JP6898093B2 - Method for producing cellulose mixture - Google Patents
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Description
本発明は、セルロース混合物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a cellulose mixture.
セルロース誘導体は、シャンプーやリンス、トリートメント、コンディショナー等の洗浄剤組成物の配合成分や分散剤、改質剤、凝集剤等に用いられ、その用途は多岐にわたる。このセルロース誘導体の製造原料となるセルロースは、結晶性が高く、反応性に乏しいため、その結晶性を低減し、反応性を改善する必要がある。
そこで、一般的なセルロース誘導体の製造方法としては、セルロースと大量の水及び大過剰のアルカリ金属水酸化物をスラリー状態で混合してアルカリセルロースとする、アルセル化又はマーセル化と呼ばれるセルロースの活性化処理の後、グリシジルトリアルキルアンモニウムクロリド等のカチオン化剤やアルキレンオキシド等のヒドロキシアルキル化剤(以下、セルロースを誘導体化するために用いる、カチオン化剤やヒドロキシアルキル化剤等の化合物をまとめて「反応剤」ともいう)と反応させて誘導体化する方法が知られている。しかしながらこの方法では、大過剰のアルカリを使用するため、反応剤の反応選択率が低い上に、大量の塩が副生して、その副生塩を除去するための精製負荷が問題になる。
Cellulose derivatives are used as compounding components, dispersants, modifiers, flocculants, etc. of detergent compositions such as shampoos, rinses, treatments, and conditioners, and their uses are wide-ranging. Since cellulose, which is a raw material for producing this cellulose derivative, has high crystallinity and poor reactivity, it is necessary to reduce the crystallinity and improve the reactivity.
Therefore, as a general method for producing a cellulose derivative, a large amount of water and a large excess of alkali metal hydroxide are mixed in a slurry state to obtain an alkali cellulose, which is called cellulose activation or mercellification. After the treatment, cationizing agents such as glycidyltrialkylammonium chloride and hydroxyalkylating agents such as alkylene oxide (hereinafter, compounds such as cationizing agents and hydroxyalkylating agents used for derivatizing cellulose are collectively referred to as " A method of derivatizing by reacting with a "reactant") is known. However, since a large excess of alkali is used in this method, the reaction selectivity of the reactant is low, and a large amount of salt is by-produced, and the purification load for removing the by-product salt becomes a problem.
そこで、予めボールミルやロッドミル等を用いたメカノケミカル的手法でセルロースの結晶性を低下させ、その後にセルロースの誘導体化を行う方法も知られている。この方法ではセルロースの活性化に必要なアルカリが少量でよいため、大過剰のアルカリを除去するための洗浄工程を省略することができ、上記の生産性や効率に関する課題を解決した優れた方法である。
例えばセルロース誘導体であるヒドロキシプロピルセルロース(HPC)の製造方法として、機械力を用いて粉砕した低結晶性の粉末セルロース、セルロースのアンヒドログルコース単位に対して当量程度のアルカリ金属水酸化物及び水を混合してアルカリセルロースとした後、粉体状態のままプロピレンオキシドと反応させる方法が知られている(特許文献1)。しかしながら少量のアルカリでセルロースを活性化する際、セルロース中へのアルカリの拡散が不十分であると、セルロースのI型結晶が残存しやすい。このセルロースを粉末状態でプロピレンオキシドと反応させると、反応不活性であるI型結晶部分のヒドロキシプロピル化が進行し難いため反応が均一に進行せず、得られるヒドロキシプロピルセルロースの水溶性も低下することがある。これを回避するためには、ほぼ完全に結晶がなくなるまで結晶性を低下させたセルロースを原料に用いることが必要であった。
また、水の存在下では、反応剤であるプロピレンオキシドが加水分解し多量化するという副反応が進行して副生成物を生じることがある。反応終了後の前記洗浄工程を省略した場合、当該副生成物が製品中に残存し、製品純度が低下しやすいという問題があるので、上記副反応の発生を抑えてセルロースと反応剤との反応選択率を向上させることが望まれている。
Therefore, there is also known a method in which the crystallinity of cellulose is lowered in advance by a mechanochemical method using a ball mill, a rod mill, or the like, and then the cellulose is derivatized. Since this method requires only a small amount of alkali to activate cellulose, the washing step for removing a large excess of alkali can be omitted, and it is an excellent method that solves the above-mentioned problems related to productivity and efficiency. is there.
For example, as a method for producing hydroxypropyl cellulose (HPC), which is a cellulose derivative, low-crystalline powdered cellulose crushed by mechanical force, alkali metal hydroxide and water in an amount equivalent to the anhydroglucose unit of cellulose are used. A method is known in which the mixture is mixed to obtain alkaline cellulose and then reacted with propylene oxide in a powder state (Patent Document 1). However, when activating cellulose with a small amount of alkali, if the diffusion of the alkali into the cellulose is insufficient, type I crystals of the cellulose tend to remain. When this cellulose is reacted with propylene oxide in a powder state, the reaction does not proceed uniformly because the hydroxypropylation of the reaction-inactive I-type crystal portion does not proceed uniformly, and the water solubility of the obtained hydroxypropyl cellulose also decreases. Sometimes. In order to avoid this, it was necessary to use cellulose whose crystallinity was lowered until almost completely no crystals were used as a raw material.
Further, in the presence of water, a side reaction in which propylene oxide, which is a reactant, is hydrolyzed and increased in quantity may proceed to produce a by-product. If the washing step after the reaction is omitted, there is a problem that the by-product remains in the product and the product purity tends to decrease. Therefore, the occurrence of the side reaction is suppressed and the reaction between the cellulose and the reactant is performed. It is desired to improve the selectivity.
セルロース溶液を用いてセルロース誘導体や再生セルロースを製造することも知られており、セルロースの溶解性を高め、温和な条件でセルロース溶液を得る方法が検討されている。例えば特許文献2には、セルロース原料と水酸化四級アンモニウム水溶液とを接触させる工程を含むセルロース水溶液の製造方法であって、水酸化四級アンモニウム水溶液中のアルカリ金属のハロゲン化物および/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物の合計の濃度を1重量%以下とするか、又は、前記接触を環状ポリエーテルの存在下に行うことを特徴とする、セルロース水溶液の製造方法が開示されている。
また、特許文献3には、第四級ホスホニウム水酸化物及び第四級アンモニウム水酸化物から選ばれる少なくとも1種のオニウム水酸化物と水とを含み、且つオニウム水酸化物の含有量が45〜85重量%、水の含有量が15〜55重量%である溶媒にセルロースを溶解する工程を含む、固体状セルロースの製造方法が開示されている。
It is also known to produce cellulose derivatives and regenerated cellulose using a cellulose solution, and a method of increasing the solubility of cellulose and obtaining a cellulose solution under mild conditions is being studied. For example, Pat. A method for producing an aqueous cellulose solution is disclosed, wherein the total concentration of halides of similar metals is 1% by weight or less, or the contact is carried out in the presence of cyclic polyether.
Further, Patent Document 3 contains at least one onium hydroxide selected from a quaternary phosphonium hydroxide and a quaternary ammonium hydroxide and water, and has an onium hydroxide content of 45. A method for producing solid cellulose is disclosed, which comprises a step of dissolving cellulose in a solvent having a water content of ~ 85% by weight and a water content of 15 to 55% by weight.
本発明は、セルロース誘導体の製造原料として用いると、水溶性の高いセルロース誘導体を高選択率で得ることができるセルロース混合物を製造する方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a cellulose mixture capable of obtaining a highly water-soluble cellulose derivative with a high selectivity when used as a raw material for producing a cellulose derivative.
本発明者らは、セルロースと、第四級アンモニウム水酸化物及び所定の溶媒とを混合することにより前記課題を解決できることを見出した。
本発明は、下記に関する。
[1]原料セルロースと、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒とを混合する工程を有するセルロース混合物の製造方法であって、該溶媒は有機溶剤を含み、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中、水の含有量が50質量%未満である、セルロース混合物の製造方法。
[2]上記[1]に記載の方法によりセルロース混合物を得る工程と、該セルロース混合物と反応剤とを混合して反応させる工程とを有する、セルロース誘導体の製造方法。
[3]上記[1]に記載の方法によりセルロース混合物を得る工程と、該セルロース混合物とセルロースの貧溶媒とを混合してセルロースを再沈殿させる工程とを有する、再生セルロースの製造方法。
The present inventors have found that the above problems can be solved by mixing cellulose with a quaternary ammonium hydroxide and a predetermined solvent.
The present invention relates to the following.
[1] A method for producing a cellulose mixture, which comprises a step of mixing a raw material cellulose with a quaternary ammonium hydroxide and a solvent. The solvent contains an organic solvent, and the quaternary ammonium hydroxide and a solvent are used. A method for producing a cellulose mixture, wherein the water content is less than 50% by mass in a total amount of 100% by mass.
[2] A method for producing a cellulose derivative, which comprises a step of obtaining a cellulose mixture by the method according to the above [1] and a step of mixing and reacting the cellulose mixture with a reactant.
[3] A method for producing regenerated cellulose, which comprises a step of obtaining a cellulose mixture by the method according to the above [1], and a step of mixing the cellulose mixture with a poor solvent for cellulose to reprecipitate cellulose.
本発明の製造方法により得られるセルロース混合物は、セルロース誘導体の製造原料として用いると水溶性の高いセルロース誘導体を高選択率で得ることができる。また当該セルロース混合物は、再生セルロースの製造にも好適に用いられる。 When the cellulose mixture obtained by the production method of the present invention is used as a raw material for producing a cellulose derivative, a highly water-soluble cellulose derivative can be obtained with a high selectivity. The cellulose mixture is also suitably used for producing regenerated cellulose.
[セルロース混合物の製造方法]
本発明のセルロース混合物の製造方法(以下、「本発明の製造方法」ともいう)は、原料セルロースと、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒とを混合する工程を有し、該溶媒は有機溶剤を含み、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中、水の含有量が50質量%未満であることを特徴とする。本発明においてセルロース混合物とは、セルロース、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒を含む混合物であればよく、例えば、(1)セルロース、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒を含む固体状態の混合物、(2)セルロース、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒を含む、湿潤又は懸濁状態の混合物、並びに、(3)セルロースが第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒に溶解した溶液状態の混合物いずれの態様も包含する。(1)の「固体状態の混合物」とは、(2)及び(3)以外の状態の混合物をいう。
[Method for producing cellulose mixture]
The method for producing a cellulose mixture of the present invention (hereinafter, also referred to as "the method for producing the present invention") includes a step of mixing a raw material cellulose with a quaternary ammonium hydroxide and a solvent, and the solvent is an organic solvent. The content of water is less than 50% by mass in a total amount of 100% by mass of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent. In the present invention, the cellulose mixture may be a mixture containing cellulose, a quaternary ammonium hydroxide and a solvent, and for example, (1) a mixture in a solid state containing cellulose, a quaternary ammonium hydroxide and a solvent. Either (2) a wet or suspended mixture containing cellulose, a quaternary ammonium hydroxide and a solvent, or (3) a mixture in which cellulose is dissolved in a quaternary ammonium hydroxide and a solvent. Also includes aspects. The "mixture in a solid state" in (1) means a mixture in a state other than (2) and (3).
本発明の製造方法により得られるセルロース混合物は、セルロース誘導体の製造原料として用いると、セルロース誘導体を高選択率で得ることができるという効果を奏する。この理由は定かではないが、以下のように考えられる。
セルロースは結晶性が高いことから、水や有機溶媒などの溶媒に対する溶解性が低く、セルロース誘導体の製造に用いられる各種反応剤との反応活性も低い。第四級アンモニウム水酸化物は他のアルカリ化合物と同様にセルロースの活性化が可能で、セルロースと反応剤との反応触媒としても作用し、かつ、第四級アンモニウム水酸化物を含む溶媒はセルロースの良溶媒ともなる。
第四級アンモニウム水酸化物と有機溶剤を含む溶媒とを併用すると、第四級アンモニウム水酸化物が原料セルロース中に均一に拡散するため、セルロースが均一に活性化される。さらに、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中の水の含有量が50質量%未満であると、上記効果に加えて、反応剤であるアルキレンオキシドの加水分解を抑制することもできる。
そのため本発明の方法によれば、第四級アンモニウム水酸化物の使用量が少なくてもセルロースを活性化することができ、アルキレンオキシド等の反応剤の反応選択率及び反応均一性も向上するので、水溶性の高いセルロース誘導体を高選択率で得ることができると考えられる。
加えて、第四級アンモニウム水酸化物と有機溶剤を含む溶媒との混合溶媒をセルロースと接触させることにより、セルロースの結晶性を低減させることができるため、本発明の方法により、再生セルロースの製造に好適なセルロース混合物を容易に調製できる。
When the cellulose mixture obtained by the production method of the present invention is used as a raw material for producing a cellulose derivative, it has an effect that the cellulose derivative can be obtained with a high selectivity. The reason for this is not clear, but it can be considered as follows.
Since cellulose has high crystallinity, it has low solubility in solvents such as water and organic solvents, and has low reaction activity with various reactants used for producing cellulose derivatives. The quaternary ammonium hydroxide can activate cellulose like other alkaline compounds, acts as a reaction catalyst between cellulose and a reactant, and the solvent containing the quaternary ammonium hydroxide is cellulose. It also serves as a good solvent for.
When a quaternary ammonium hydroxide and a solvent containing an organic solvent are used in combination, the quaternary ammonium hydroxide diffuses uniformly into the raw material cellulose, so that the cellulose is uniformly activated. Further, when the content of water in 100% by mass of the total amount of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent is less than 50% by mass, in addition to the above effects, hydrolysis of the alkylene oxide as a reactant is suppressed. You can also do it.
Therefore, according to the method of the present invention, cellulose can be activated even if the amount of quaternary ammonium hydroxide used is small, and the reaction selectivity and reaction uniformity of a reactant such as alkylene oxide are also improved. , It is considered that a highly water-soluble cellulose derivative can be obtained with a high selectivity.
In addition, the crystallinity of cellulose can be reduced by bringing a mixed solvent of a quaternary ammonium hydroxide and a solvent containing an organic solvent into contact with cellulose. Therefore, the method of the present invention can be used to produce regenerated cellulose. A suitable cellulose mixture can be easily prepared.
<原料セルロース>
本発明の製造方法に用いられる原料セルロースとしては、化学的に純粋なセルロースの他、各種木材チップ、各種樹木の剪定枝材、間伐材、枝木材、建築廃材、工場廃材等の木材類;木材から製造される木材パルプ、綿の種子の周囲の繊維から得られるコットンリンターパルプ等のパルプ類;新聞紙、段ボール、雑誌、上質紙等の紙類;稲わら、とうもろこし茎等の植物茎・葉類;籾殻、パーム殻、ココナッツ殻等の植物殻類等、種々のセルロース含有原料を用いることができる。これらの中では、原料中のセルロース純度、セルロースの重合度、及び入手容易性の観点から、各種木材チップ、各種樹木の剪定枝材、間伐材、枝木材、建築廃材、工場廃材等の木材類;木材から製造されるウッドパルプ、綿の種子の周囲の繊維から得られるコットンリンターパルプ等のパルプ類が好ましい。本発明においては、原料に用いる、化学的に純粋なセルロース又はセルロース含有原料をまとめて「原料セルロース」という。
原料セルロース中のセルロースの平均重合度は特に限定はないが、得られるセルロース誘導体を各種用途へ用いた際の性能の観点から、好ましくは100以上、より好ましくは200以上、さらに好ましくは500以上、よりさらに好ましくは1,000以上であり、入手容易性の観点から、該平均重合度は好ましくは12,000以下、より好ましくは10,000以下、さらに好ましくは5,000以下、よりさらに好ましくは2,500以下である。
原料セルロースの平均重合度とは、実施例に記載の銅−アンモニア法等により測定される粘度平均重合度をいう。
<Raw material cellulose>
The raw material cellulose used in the production method of the present invention includes chemically pure cellulose, various wood chips, pruned branches of various trees, thinned wood, branch wood, construction waste, factory waste, and other wood; wood. Pulps such as wood pulp produced from, cotton linter pulp obtained from fibers around cotton seeds; papers such as newspapers, cardboards, magazines, and fine papers; plant stems and leaves such as rice straw and corn stalks. Various cellulose-containing raw materials such as paddy husks, palm husks, coconut husks and other plant husks can be used. Among these, woods such as various wood chips, pruned branches of various trees, thinned wood, branch wood, construction waste, factory waste, etc. from the viewpoint of cellulose purity in raw materials, degree of cellulose polymerization, and availability. Pulps such as wood pulp produced from wood and cotton linter pulp obtained from the fibers around cotton seeds are preferred. In the present invention, chemically pure cellulose or a cellulose-containing raw material used as a raw material is collectively referred to as "raw material cellulose".
The average degree of polymerization of cellulose in the raw material cellulose is not particularly limited, but from the viewpoint of performance when the obtained cellulose derivative is used for various purposes, it is preferably 100 or more, more preferably 200 or more, still more preferably 500 or more. It is even more preferably 1,000 or more, and from the viewpoint of availability, the average degree of polymerization is preferably 12,000 or less, more preferably 10,000 or less, still more preferably 5,000 or less, and even more preferably 5,000 or less. It is 2,500 or less.
The average degree of polymerization of the raw material cellulose means the average degree of polymerization of viscosity measured by the copper-ammonia method or the like described in Examples.
原料セルロースの形状は特に限定されないが、操作上の観点から、シート状、ペレット状、チップ状、綿状又は粉末状であることが好ましく、チップ状、綿状又は粉末状がより好ましく、操作上の観点、及びセルロース誘導体の製造に用いられる反応剤との反応性を向上させる観点から、粉末状がさらに好ましい。チップ状の原料セルロースは、例えば原料セルロースを裁断処理することで得ることができる。粉末状の原料セルロースは、例えば原料セルロースを必要に応じて裁断処理及び乾燥処理した後、粉砕処理することで得ることができる。粉砕処理では、原料セルロースを粉末化するとともに結晶化度を低減することができるので、反応性をより向上させることができる。以下、裁断処理、乾燥処理、及び粉砕処理について説明する。 The shape of the raw material cellulose is not particularly limited, but from the viewpoint of operation, it is preferably in the form of a sheet, pellet, chip, cotton or powder, more preferably in the form of chip, cotton or powder, and in operation. From the viewpoint of improving the reactivity with the reactant used for producing the cellulose derivative, the powder form is more preferable. The chip-shaped raw material cellulose can be obtained, for example, by cutting the raw material cellulose. The powdered raw material cellulose can be obtained, for example, by cutting the raw material cellulose as necessary, drying the raw material cellulose, and then pulverizing the raw material cellulose. In the pulverization treatment, the raw material cellulose can be pulverized and the crystallinity can be reduced, so that the reactivity can be further improved. Hereinafter, the cutting treatment, the drying treatment, and the crushing treatment will be described.
(裁断処理)
原料セルロースの種類や形状によっては、前処理として裁断処理を行うことが好ましい。原料セルロースを裁断する方法は、原料セルロースの種類や形状により適宜選択することができるが、例えば、シュレッダー、スリッターカッター及びロータリーカッターから選ばれる1種以上の裁断機を使用する方法が挙げられる。
シート状の原料セルロースを用いる場合、裁断機としてシュレッダー又はスリッターカッターを使用することが好ましく、生産性を向上させる観点から、スリッターカッターを使用することがより好ましい。
スリッターカッターは、シートの長手方向に沿った縦方向にロールカッターで縦切りして、細長い短冊状とし、次に、固定刃と回転刃でシートの幅方向に短く横切りする裁断機であって、スリッターカッターを用いることにより、原料セルロースの形状をさいの目形状にすることができる。スリッターカッターとしては、株式会社荻野精機製作所製の裁断機(スーパーカッター)、株式会社ホーライ製のシートペレタイザー等を好ましく使用でき、この装置を使用すると、シート状の原料セルロースを約1〜20mm角に裁断することができる。
(Cut processing)
Depending on the type and shape of the raw material cellulose, it is preferable to perform a cutting treatment as a pretreatment. The method for cutting the raw material cellulose can be appropriately selected depending on the type and shape of the raw material cellulose, and examples thereof include a method using one or more cutting machines selected from a shredder, a slitter cutter and a rotary cutter.
When a sheet-shaped raw material cellulose is used, it is preferable to use a shredder or a slitter cutter as a cutting machine, and it is more preferable to use a slitter cutter from the viewpoint of improving productivity.
A slitter cutter is a cutting machine that cuts vertically along the longitudinal direction of a sheet with a roll cutter to form an elongated strip, and then cuts shortly in the width direction of the sheet with a fixed blade and a rotary blade. By using a slitter cutter, the shape of the raw material cellulose can be diced. As the slitter cutter, a cutting machine (super cutter) manufactured by Ogino Seiki Seisakusho Co., Ltd., a sheet pelletizer manufactured by Horai Co., Ltd., etc. can be preferably used. Can be cut.
間伐材、剪定枝材、建築廃材等の木材類、あるいはシート状以外の原料セルロースを裁断する場合には、ロータリーカッターを使用することが好ましい。ロータリーカッターは、回転刃とスクリーンから構成され、ロータリーカッターを用いることにより、回転刃によりスクリーンの目開き以下の大きさに裁断された原料セルロースを容易に得ることができる。なお、必要に応じて固定刃を設け、回転刃と固定刃により裁断することもできる。
ロータリーカッターを使用する場合、得られる裁断処理物の大きさは、スクリーンの目開きを変えることにより、制御することができる。
When cutting wood such as thinned wood, pruned branch wood, construction waste wood, or raw material cellulose other than sheet-shaped wood, it is preferable to use a rotary cutter. The rotary cutter is composed of a rotary blade and a screen, and by using the rotary cutter, raw material cellulose cut to a size equal to or smaller than the opening of the screen by the rotary blade can be easily obtained. If necessary, a fixed blade may be provided, and cutting may be performed by a rotary blade and a fixed blade.
When using a rotary cutter, the size of the cut product obtained can be controlled by changing the opening of the screen.
裁断処理後に得られる原料セルロースの大きさとしては、生産性を向上させる観点から、好ましくは1mm角以上、より好ましくは2mm角以上であり、後の粉砕処理における粉砕に要する負荷を軽減する観点、及び後述する乾燥処理を効率よく容易に行う観点から、好ましくは70mm角以下、より好ましくは50mm角以下である。 The size of the raw material cellulose obtained after the cutting treatment is preferably 1 mm square or more, more preferably 2 mm square or more from the viewpoint of improving productivity, and from the viewpoint of reducing the load required for crushing in the subsequent crushing treatment. From the viewpoint of efficiently and easily performing the drying treatment described later, the size is preferably 70 mm square or less, more preferably 50 mm square or less.
(乾燥処理)
一般に、市販のパルプ類、バイオマス資源として利用される紙類、木材類、植物茎・葉類、植物殻類等の原料セルロースは、5質量%を超える水分を含有しており、通常5〜30質量%程度の水分を含有している。したがって、原料セルロース、好ましくは裁断処理後に得られる原料セルロースの乾燥処理を行うことによって水分量を調整することが、本発明の効果を得る観点からは好ましい。また、粉砕処理に供される原料セルロースの水分量が少ない方が、粉砕及び低結晶化が効率よく進行する。
(Drying process)
In general, commercially available pulps, papers used as biomass resources, woods, plant stems / leaves, plant shells and other raw material celluloses contain more than 5% by mass of water, and usually 5 to 30%. It contains about mass% of water. Therefore, it is preferable to adjust the water content by drying the raw material cellulose, preferably the raw material cellulose obtained after the cutting treatment, from the viewpoint of obtaining the effect of the present invention. Further, the smaller the water content of the raw material cellulose used for the pulverization treatment, the more efficiently the pulverization and the low crystallization proceed.
乾燥処理における温度は、効率よく乾燥を行う観点から、好ましくは50℃以上、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは130℃以上であり、品質確保の点から、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは170℃以下である。乾燥処理時間は、水分量を低減する観点から、好ましくは0.01時間以上、より好ましくは0.1時間以上、さらに好ましくは0.5時間以上であり、効率よく乾燥を行う観点から、好ましくは2時間以下、より好ましくは1.5時間以下である。
必要に応じて減圧下で乾燥処理を行ってもよく、効率よく乾燥を行う観点から、絶対圧力は、好ましくは1kPa以上、より好ましくは50kPa以上、さらに好ましくは100kPa以上であり、また、好ましくは120kPa以下、より好ましくは105kPa以下である。
乾燥方法としては、公知の乾燥手段を適宜選択すればよく、例えば、「粉体工学概論」(社団法人日本粉体工業技術会編集 粉体工学情報センター1995年発行)176頁に記載の方法が挙げられる。該乾燥手段としては、熱風受熱乾燥法、伝導受熱乾燥法、除湿空気乾燥法、冷風乾燥法、マイクロ波乾燥法、赤外線乾燥法、天日乾燥法、真空乾燥法、凍結乾燥法等が挙げられる。
これらの乾燥方法は1種でも又は2種以上を組み合わせて使用してもよく、効率よく乾燥を行う観点から、伝導受熱乾燥法が好ましい。乾燥処理はバッチ処理、連続処理のいずれでも可能であるが、生産性を向上させる観点から連続処理が望ましい。
The temperature in the drying treatment is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, still more preferably 130 ° C. or higher from the viewpoint of efficient drying, and preferably 250 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower from the viewpoint of quality assurance. Is 200 ° C. or lower, more preferably 170 ° C. or lower. The drying treatment time is preferably 0.01 hours or more, more preferably 0.1 hours or more, still more preferably 0.5 hours or more from the viewpoint of reducing the amount of water, and is preferable from the viewpoint of efficient drying. Is 2 hours or less, more preferably 1.5 hours or less.
If necessary, the drying treatment may be carried out under reduced pressure, and from the viewpoint of efficient drying, the absolute pressure is preferably 1 kPa or more, more preferably 50 kPa or more, still more preferably 100 kPa or more, and preferably 100 kPa or more. It is 120 kPa or less, more preferably 105 kPa or less.
As the drying method, a known drying means may be appropriately selected. For example, the method described in "Introduction to Powder Engineering" (edited by Japan Powder Industry Technology Association, published in 1995 by Powder Engineering Information Center) is described on page 176. Can be mentioned. Examples of the drying means include a hot air heat receiving drying method, a conduction heat receiving drying method, a dehumidifying air drying method, a cold air drying method, a microwave drying method, an infrared drying method, a sun drying method, a vacuum drying method, and a freeze drying method. ..
These drying methods may be used alone or in combination of two or more, and the conduction heat receiving drying method is preferable from the viewpoint of efficient drying. The drying treatment can be either batch treatment or continuous treatment, but continuous treatment is desirable from the viewpoint of improving productivity.
連続乾燥機としては、伝熱効率の観点から伝導受熱型の横型攪拌乾燥機が好ましい。さらに、微粉が発生しにくく、連続排出の安定性を向上させる観点から2軸の横型攪拌乾燥機が好ましい。2軸の横型攪拌乾燥機としては、株式会社奈良機械製作所製の2軸パドルドライヤーを好ましく使用できる。 As the continuous dryer, a conduction heat receiving type horizontal stirring dryer is preferable from the viewpoint of heat transfer efficiency. Further, a biaxial horizontal stirring dryer is preferable from the viewpoint that fine powder is less likely to be generated and the stability of continuous discharge is improved. As the 2-axis horizontal stirring dryer, a 2-axis paddle dryer manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. can be preferably used.
乾燥処理後の原料セルロースの水分量の下限は、原料セルロースに対して0質量%であるが、生産性を向上させる観点から、該水分量は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは1.0質量%以上である。また、粉砕処理において原料セルロースを効率よく粉砕及び低結晶化する観点、セルロース混合物中の水の含有量を調整しやすくする観点、及び、得られるセルロース誘導体の水溶性を向上させる観点から、当該水分量は好ましくは2.5質量%以下であり、より好ましくは2.3質量%以下、さらに好ましくは2.1質量%以下、よりさらに好ましくは2.0質量%以下、よりさらに好ましくは1.5質量%以下である。
当該水分量は、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
The lower limit of the water content of the raw material cellulose after the drying treatment is 0% by mass with respect to the raw material cellulose, but from the viewpoint of improving productivity, the water content is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more. It is 0.5% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more. Further, from the viewpoint of efficiently pulverizing and lowering the crystallization of the raw material cellulose in the pulverization treatment, from the viewpoint of facilitating the adjustment of the water content in the cellulose mixture, and from the viewpoint of improving the water solubility of the obtained cellulose derivative, the moisture concerned The amount is preferably 2.5% by mass or less, more preferably 2.3% by mass or less, still more preferably 2.1% by mass or less, still more preferably 2.0% by mass or less, still more preferably 1. It is 5% by mass or less.
Specifically, the water content can be measured by the method described in Examples.
(粉砕処理)
粉砕処理で用いられる粉砕機に特に制限はなく、原料セルロースを粉末化できる装置であればよい。
粉砕機の具体例としては、高圧圧縮ロールミルや、ロール回転ミル等のロールミル、リングローラーミル、ローラーレースミル又はボールレースミル等の竪型ローラーミル、転動ボールミル、振動ボールミル、振動ロッドミル、振動チューブミル、遊星ボールミル又は遠心流動化ミル等の容器駆動式媒体ミル、塔式粉砕機、攪拌槽式ミル、流通槽式ミル等の媒体攪拌式ミル、高速遠心ローラーミルやオングミル等の圧密せん断ミル、乳鉢、石臼、マスコロイダー、フレットミル、エッジランナーミル、ナイフミル、カッターミル等が挙げられる。
これらの中では、原料セルロースの粉砕効率及び低結晶化効率を向上させる観点から、容器駆動式媒体ミル又は媒体攪拌式ミルが好ましく、容器駆動式媒体ミルがより好ましく、振動ボールミル、振動ロッドミル又は振動チューブミル等の振動ミルがさらに好ましく、振動ロッドミルがよりさらに好ましい。粉砕方法としては、バッチ式、連続式のいずれでもよい。
粉砕処理に用いる装置の材質、媒体の材質に特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレス、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、チッ化珪素、ガラス等が挙げられるが、原料セルロースの粉砕効率の観点から、鉄、ステンレス、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素が好ましく、さらに工業的な利用の観点から、鉄又はステンレスが特に好ましい。
(Crushing)
The crusher used in the pulverization treatment is not particularly limited as long as it is an apparatus capable of pulverizing the raw material cellulose.
Specific examples of the crusher include a high-pressure compression roll mill, a roll mill such as a roll rotation mill, a ring roller mill, a vertical roller mill such as a roller race mill or a ball race mill, a rolling ball mill, a vibrating ball mill, a vibrating rod mill, and a vibrating tube. Container-driven medium mills such as mills, planetary ball mills or centrifugal fluidization mills, tower crushers, stirring tank mills, medium stirring mills such as distribution tank mills, compact shear mills such as high-speed centrifugal roller mills and ong mills, Examples include mortars, millstones, mass colloiders, fret mills, edge runner mills, knife mills, cutter mills, and the like.
Among these, from the viewpoint of improving the pulverization efficiency and low crystallization efficiency of the raw material cellulose, a container-driven medium mill or a medium stirring type mill is preferable, a container-driven medium mill is more preferable, and a vibration ball mill, a vibration rod mill or a vibration. A vibration mill such as a tube mill is more preferable, and a vibration rod mill is even more preferable. The crushing method may be either a batch type or a continuous type.
The material of the apparatus and the material of the medium used for the crushing treatment are not particularly limited, and examples thereof include iron, stainless steel, alumina, zirconia, silicon carbide, silicon carbide, glass, etc., but from the viewpoint of crushing efficiency of the raw material cellulose, Iron, stainless steel, zirconia, silicon carbide, and silicon nitride are preferable, and iron or stainless steel is particularly preferable from the viewpoint of industrial use.
原料セルロースの粉砕効率及び低結晶化効率を向上させる観点から、用いる装置が振動ミルであって、媒体がロッドの場合には、ロッドの外径は、粉砕効率の観点から好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5mm以上であり、同様の観点から、好ましくは100mm以下、より好ましくは50mm以下である。
ロッドの充填率は、振動ミルの機種により好適な範囲が異なるが、原料セルロースの粉砕効率、及び生産性を向上させる観点から、粉砕容器の体積に対して、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15体積%以上、さらに好ましくは50体積%以上、60体積%以上であり、また好ましくは97体積%以下、より好ましくは90体積%以下、さらに好ましくは80体積%以下、よりさらに好ましくは70体積%以下である。
充填率がこの範囲内であれば、原料セルロースとロッドとの接触頻度が向上するとともに、媒体の動きを妨げずに、粉砕効率を向上させることができる。ここで充填率とは、振動ミルの攪拌部の容積に対するロッドの体積をいう。
From the viewpoint of improving the pulverization efficiency and low crystallization efficiency of the raw material cellulose, when the device used is a vibration mill and the medium is a rod, the outer diameter of the rod is preferably 0.1 mm or more from the viewpoint of pulverization efficiency. , More preferably 0.5 mm or more, and from the same viewpoint, preferably 100 mm or less, more preferably 50 mm or less.
The rod filling rate varies depending on the model of the vibration mill, but is preferably 10% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, based on the volume of the crushing container, from the viewpoint of improving the crushing efficiency and productivity of the raw material cellulose. Is 15% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, 60% by volume or more, and preferably 97% by volume or less, more preferably 90% by volume or less, still more preferably 80% by volume or less, still more preferably 70. It is less than or equal to the volume.
When the filling rate is within this range, the contact frequency between the raw material cellulose and the rod can be improved, and the pulverization efficiency can be improved without hindering the movement of the medium. Here, the filling rate means the volume of the rod with respect to the volume of the stirring portion of the vibrating mill.
粉砕処理に用いる粉砕機は1種でもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また原料セルロースの粉砕効率及び低結晶化効率を向上させる観点から、粉砕処理は多段階に分けて行ってもよい。粉砕処理を多段階に分けて行う場合、例えば、裁断処理及び乾燥処理を行った原料セルロースを粗粉砕処理し、次いで、小粒径化処理を行う方法が挙げられる。小粒径化処理では、篩を用いて粗粉を除去する操作を併用してもよい。 The crusher used for the crushing treatment may be one type or a combination of two or more types. Further, from the viewpoint of improving the pulverization efficiency and low crystallization efficiency of the raw material cellulose, the pulverization treatment may be performed in a plurality of stages. When the pulverization treatment is performed in a plurality of stages, for example, a method of coarsely pulverizing the raw material cellulose which has been subjected to the cutting treatment and the drying treatment and then performing the particle size reduction treatment can be mentioned. In the particle size reduction treatment, an operation of removing coarse powder using a sieve may be used in combination.
小粒径化処理で用いる粉砕機としては、高速回転式微粉砕機が好ましい。高速回転式微粉砕機とは、ハンマー、ブレード、ピン等を高速回転させ、衝撃、せん断により粉砕筒内に装填された粗粉砕セルロースの粉砕を行う装置である。
小粒径化処理に用いられる高速回転式微粉砕機としては、「改訂六版 化学工学便覧」(社団法人化学工学会編集、丸善株式会社、1999年発行)843頁に記載の高速回転ミル及び分級機内蔵型高速回転ミルに分類されるものが挙げられる。これらの高速回転ミル及び分級機内蔵型高速回転ミルの中でも、粗粉砕セルロースの小粒径化の観点から、ハンマーミル、ディスインテグレーター、ターボ型ミル、アニュラー型ミルからなる群から選ばれるいずれか1種が好ましい。
ハンマーミルとしては株式会社ダルトン製のアトマイザーやサンプルミル、ディスインテグレーターとしては株式会社奈良機械製作所製の自由粉砕機、ターボ型ミルとしてはターボ工業株式会社製のターボミル、アニュラー型ミルとしては株式会社アーステクニカ製のクリプトロンシリーズを、それぞれ好ましく使用することができる。
As the pulverizer used in the particle size reduction treatment, a high-speed rotary pulverizer is preferable. The high-speed rotary pulverizer is a device that pulverizes coarsely pulverized cellulose loaded in a pulverization cylinder by impact and shearing by rotating a hammer, a blade, a pin, etc. at high speed.
As a high-speed rotary pulverizer used for the particle size reduction treatment, the high-speed rotary mill and classification described on page 843 of "Revised Sixth Edition Chemical Engineering Handbook" (edited by the Society of Chemical Engineers of Japan, Maruzen Co., Ltd., published in 1999). Examples include those classified as a built-in high-speed rotary mill. Among these high-speed rotary mills and high-speed rotary mills with a built-in classifier, any one selected from the group consisting of a hammer mill, a disintegrator, a turbo type mill, and an annual type mill from the viewpoint of reducing the particle size of coarsely pulverized cellulose. Seeds are preferred.
The hammer mill is an atomizer or sample mill manufactured by Dalton Corporation, the disintegrator is a free crusher manufactured by Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd., the turbo type mill is a turbo mill manufactured by Turbo Kogyo Co., Ltd., and the annual type mill is Earth Co., Ltd. Each of Technica's Cryptron series can be preferably used.
粉砕処理時の温度に特に限定はないが、セルロースの分解及び操作コストを抑制する観点から、好ましくは−20℃以上、より好ましくは−10℃以上、さらに好ましくは0℃以上であり、好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。処理時の発熱により昇温が認められる場合には、冷却等の操作を行うことができる。
粉砕処理の時間は、原料セルロースが粉末化されるよう、適宜調整すればよい。粉砕処理の時間は、用いる粉砕機や使用するエネルギー量等によって変わるが、原料セルロースを十分に粉末化させる観点から、好ましくは0.01時間以上、より好ましくは0.05時間以上であり、生産性を向上させる観点から、好ましくは20時間以下、より好ましくは10時間以下、さらに好ましくは5時間以下である。
The temperature during the pulverization treatment is not particularly limited, but is preferably −20 ° C. or higher, more preferably −10 ° C. or higher, still more preferably 0 ° C. or higher, preferably 0 ° C. or higher, from the viewpoint of suppressing the decomposition and operation cost of cellulose. It is 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, still more preferably 100 ° C. or lower. If a temperature rise is observed due to heat generated during the treatment, operations such as cooling can be performed.
The time of the pulverization treatment may be appropriately adjusted so that the raw material cellulose is pulverized. The crushing treatment time varies depending on the crusher used, the amount of energy used, and the like, but from the viewpoint of sufficiently pulverizing the raw material cellulose, it is preferably 0.01 hours or more, more preferably 0.05 hours or more, and is produced. From the viewpoint of improving the property, it is preferably 20 hours or less, more preferably 10 hours or less, still more preferably 5 hours or less.
上記の粉砕処理により、原料セルロースの粉末化及び低結晶化が進行し、本発明の製造方法に用いるのに好適な粉末状の原料セルロースを得ることができる。
粉砕処理後に得られる粉末状の原料セルロースの結晶化度は、溶解性の観点、及び、後述する反応剤との反応性を向上させる観点から、好ましくは95%以下、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは30%以下であり、好ましくは0%以上である。セルロースの結晶化度が小さいほど、結晶部と非晶部の反応速度に差が生じにくく、より均一に反応が進行する。
本発明において、セルロースの結晶化度とは原料セルロースのI型結晶構造に由来する結晶化度を示し、X線結晶回折測定の結果から下記計算式(1)により求められる。
結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100 (1)
〔式中、I22.6は、X線回折におけるセルロースI型結晶の格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度を示し、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す。〕
By the above pulverization treatment, powdering and low crystallization of the raw material cellulose proceed, and a powdered raw material cellulose suitable for use in the production method of the present invention can be obtained.
The crystallinity of the powdered raw material cellulose obtained after the pulverization treatment is preferably 95% or less, more preferably 50% or less, from the viewpoint of solubility and improvement of reactivity with a reactant described later. More preferably, it is 30% or less, and preferably 0% or more. The smaller the crystallinity of cellulose, the less likely it is that there will be a difference in the reaction rate between the crystalline portion and the amorphous portion, and the reaction will proceed more uniformly.
In the present invention, the crystallinity of cellulose indicates the crystallinity derived from the I-type crystal structure of the raw material cellulose, and is calculated from the result of X-ray crystal diffraction measurement by the following calculation formula (1).
Crystallinity (%) = [(I 22.6 −I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100 (1)
[In the formula, I 22.6 shows the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) of the cellulose I type crystal in X-ray diffraction, and I 18.5 is the amorphous part (diffraction angle 2θ =). It shows a diffraction intensity of 18.5 °). ]
粉砕処理後に得られる粉末状の原料セルロースの平均重合度は、得られるセルロース誘導体を各種用途へ用いた際の性能の観点から、好ましくは200以上、より好ましくは500以上である。また、原料セルロースの入手容易性の観点から、該平均重合度は好ましくは3,000以下、より好ましくは2,000以下、さらに好ましくは1,000以下である。 The average degree of polymerization of the powdered raw material cellulose obtained after the pulverization treatment is preferably 200 or more, more preferably 500 or more, from the viewpoint of performance when the obtained cellulose derivative is used for various purposes. Further, from the viewpoint of availability of the raw material cellulose, the average degree of polymerization is preferably 3,000 or less, more preferably 2,000 or less, and further preferably 1,000 or less.
粉砕処理後に得られる粉末状の原料セルロース中の水分量は、0質量%以上であるが、生産性を向上させる観点及び入手容易性の観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは1.0質量%以上である。また、セルロース混合物中の水分量を低減する観点から、該水分量は好ましくは2.5質量%以下であり、より好ましくは2.3質量%以下、さらに好ましくは2.1質量%以下、よりさらに好ましくは2.0質量%以下、よりさらに好ましくは1.5質量%以下である。 The water content in the powdered raw material cellulose obtained after the pulverization treatment is 0% by mass or more, but from the viewpoint of improving productivity and availability, it is preferably 0.1% by mass or more, more preferably. It is 0.5% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more. Further, from the viewpoint of reducing the water content in the cellulose mixture, the water content is preferably 2.5% by mass or less, more preferably 2.3% by mass or less, still more preferably 2.1% by mass or less. It is more preferably 2.0% by mass or less, and even more preferably 1.5% by mass or less.
また、粉砕処理後に得られる粉末状の原料セルロースのメジアン径は、反応剤との反応均一性の観点及び粉末状の原料セルロースの生産性を向上させる観点から、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは30μm以上であり、溶解性の観点から、好ましくは1000μm以下、より好ましくは500μm以下、さらに好ましくは200μm以下である。 The median diameter of the powdered raw material cellulose obtained after the pulverization treatment is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm, from the viewpoint of reaction uniformity with the reactant and improving the productivity of the powdered raw material cellulose. As described above, it is more preferably 30 μm or more, and from the viewpoint of solubility, it is preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less, still more preferably 200 μm or less.
<第四級アンモニウム水酸化物>
本発明に用いる第四級アンモニウム水酸化物としては、置換又は非置換の炭化水素基を4つ有するアンモニウム水酸化物が挙げられる。例えば、第四級アンモニウム水酸化物としては下記一般式(1)で表される化合物が好ましい。
<Quaternary ammonium hydroxide>
Examples of the quaternary ammonium hydroxide used in the present invention include ammonium hydroxide having four substituted or unsubstituted hydrocarbon groups. For example, as the quaternary ammonium hydroxide, a compound represented by the following general formula (1) is preferable.
式(1)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、炭素数1以上24以下の、置換又は非置換の炭化水素基である。
当該「置換又は非置換の炭化水素基」としては、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリール基、ヒドロキシアリール基、及びアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上が好ましく、アルキル基及びアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上がより好ましく、アルキル基がさらに好ましい。
In the formula (1), R 1 to R 4 are independently substituted or unsubstituted hydrocarbon groups having 1 or more and 24 or less carbon atoms.
The "substituted or unsubstituted hydrocarbon group" is preferably at least one selected from the group consisting of an alkyl group, a hydroxyalkyl group, an aryl group, a hydroxyaryl group, and an aralkyl group, and is composed of an alkyl group and an aralkyl group. One or more selected from the group is more preferable, and an alkyl group is further preferable.
上記アルキル基は直鎖又は分岐鎖のいずれでもよい。直鎖又は分岐鎖のアルキル基の炭素数は1以上であり、セルロースの結晶性を低減させる観点から好ましくは2以上、より好ましくは3以上である。また、溶媒溶解性の観点から、直鎖又は分岐鎖のアルキル基の炭素数は好ましくは24以下、より好ましくは20以下、さらに好ましくは18以下、よりさらに好ましくは12以下、よりさらに好ましくは10以下、よりさらに好ましくは8以下、よりさらに好ましくは6以下である。また、直鎖又は分岐鎖のアルキル基の中でも、直鎖アルキル基が好ましい。
当該アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ドコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、及びテトラコシル基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、及びヘキシル基からなる群から選ばれる1種以上が好ましく、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びヘキシル基からなる群から選ばれる1種以上がより好ましく、ブチル基がさらに好ましい。
The alkyl group may be either a straight chain or a branched chain. The alkyl group of the linear or branched chain has 1 or more carbon atoms, and is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, from the viewpoint of reducing the crystallinity of cellulose. From the viewpoint of solvent solubility, the alkyl group of the linear or branched chain preferably has 24 or less carbon atoms, more preferably 20 or less, still more preferably 18 or less, still more preferably 12 or less, and even more preferably 10. Below, it is even more preferably 8 or less, and even more preferably 6 or less. Further, among the linear or branched alkyl groups, a linear alkyl group is preferable.
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group and an isooctyl group. 2-Ethylhexyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadesyl group, icosyl group, docosyl group, henicosyl group, docosyl group, Examples thereof include a tricosyl group and a tetracosyl group. Among these, at least one selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group is preferable, and from the group consisting of an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group. One or more selected are more preferable, and a butyl group is further preferable.
上記ヒドロキシアルキル基の炭素数は1以上であり、セルロースの結晶性を低減させる観点から好ましくは2以上、より好ましくは3以上である。また溶媒溶解性の観点から、上記ヒドロキシアルキル基の炭素数は好ましくは24以下、より好ましくは20以下、さらに好ましくは18以下、よりさらに好ましくは12以下、よりさらに好ましくは10以下、よりさらに好ましくは8以下、よりさらに好ましくは6以下である。
当該ヒドロキシアルキル基としては、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、4−ヒドロキシブチル基、ヒドロキシペンチル基、ヒドロキシヘキシル基、ヒドロキシヘプチル基、ヒドロキシオクチル基、ヒドロキシノニル基、ヒドロキシデシル基、ヒドロキシウンデシル基、ヒドロキシドデシル基、ヒドロキシトリデシル基、ヒドロキシテトラデシル基、ヒドロキシペンタデシル基、ヒドロキシヘキサデシル基、ヒドロキシヘプタデシル基、ヒドロキシオクタデシル基、ヒドロキシノナデシル基、ヒドロキシイコシル基、ヒドロキシドコシル基、ヒドロキシヘンイコシル基、ヒドロキシドコシル基、ヒドロキシトリコシル基、及びヒドロキシテトラコシル基等が挙げられる。
The hydroxyalkyl group has 1 or more carbon atoms, and is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, from the viewpoint of reducing the crystallinity of cellulose. From the viewpoint of solvent solubility, the hydroxyalkyl group preferably has 24 or less carbon atoms, more preferably 20 or less, still more preferably 18 or less, still more preferably 12 or less, still more preferably 10 or less, and even more preferably. Is 8 or less, more preferably 6 or less.
Examples of the hydroxyalkyl group include 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl group, 3-hydroxypropyl group, 4-hydroxybutyl group, hydroxypentyl group, hydroxyhexyl group, hydroxyheptyl group, hydroxyoctyl group and hydroxynonyl group. , Hydroxydecyl group, hydroxyundecyl group, hydroxydodecyl group, hydroxytridecyl group, hydroxytetradecyl group, hydroxypentadecyl group, hydroxyhexadecyl group, hydroxyheptadecyl group, hydroxyoctadecyl group, hydroxynonadecil group, hydroxyico Examples thereof include a syl group, a hydroxydocosyl group, a hydroxyhenicosyl group, a hydroxydocosyl group, a hydroxytricosyl group, and a hydroxytetracosyl group.
上記アリール基及びヒドロキシアリール基の炭素数は6以上であり、溶媒溶解性の観点から、好ましくは炭素数24以下、より好ましくは20以下、さらに好ましくは18以下、よりさらに好ましくは16以下、よりさらに好ましくは12以下、よりさらに好ましくは8以下である。当該アリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、エチルフェニル基、ジエチルフェニル基、プロピルフェニル基、ブチルフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基が好ましい。また当該ヒドロキシアリール基としては、ヒドロキシフェニル基、クレジル基、ヒドロキシナフチル基等が挙げられる。
また、上記アラルキル基の炭素数は7以上であり、溶媒溶解性の観点から、好ましくは炭素数24以下、より好ましくは19以下、さらに好ましくは17以下、よりさらに好ましくは13以下、よりさらに好ましくは9以下である。当該アラルキル基としては、ベンジル基、メチルベンジル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基、4−フェニルブチル基、及びナフチルメチル基等が挙げられる。これらの中でも、ベンジル基が好ましい。
The aryl group and the hydroxyaryl group have 6 or more carbon atoms, and from the viewpoint of solvent solubility, the number of carbon atoms is preferably 24 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 18 or less, still more preferably 16 or less. It is even more preferably 12 or less, and even more preferably 8 or less. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, a xsilyl group, an ethylphenyl group, a diethylphenyl group, a propylphenyl group, a butylphenyl group, a naphthyl group, a phenanthryl group and the like. Among these, a phenyl group is preferable. Examples of the hydroxyaryl group include a hydroxyphenyl group, a cresyl group, and a hydroxynaphthyl group.
The aralkyl group has 7 or more carbon atoms, and from the viewpoint of solvent solubility, it preferably has 24 or less carbon atoms, more preferably 19 or less, still more preferably 17 or less, still more preferably 13 or less, and even more preferably. Is 9 or less. Examples of the aralkyl group include a benzyl group, a methylbenzyl group, a 1-phenylethyl group, a 2-phenylethyl group, a 3-phenylpropyl group, a 4-phenylbutyl group, a naphthylmethyl group and the like. Among these, a benzyl group is preferable.
R1〜R4は互いに同一でもよく、異なっていてもよい。上記の中でも、R1〜R4はそれぞれ独立に、炭素数1以上12以下の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、炭素数6以上18以下のアリール基、及び炭素数7以上19以下のアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上が好ましく、炭素数1以上8以下の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、炭素数6以上12以下のアリール基、及び炭素数7以上13以下のアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上がより好ましく、炭素数1以上6以下の直鎖アルキル基、炭素数6以上8以下のアリール基、及び炭素数7以上9以下のアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上がさらに好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、フェニル基、及びベンジル基からなる群から選ばれる1種以上がよりさらに好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びベンジル基からなる群から選ばれる1種以上がよりさらに好ましい。
また溶媒溶解性の観点からは、R1〜R4のうち2つ以上が炭素数1以上6以下の直鎖アルキル基であることが好ましく、3つ以上が炭素数1以上6以下の直鎖アルキル基であることがより好ましく、4つ全てが炭素数1以上6以下の直鎖アルキル基であることがさらに好ましい。直鎖アルキル基の炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上である。
R 1 to R 4 may be the same or different from each other. Among the above, R 1 to R 4 are independently linear or branched alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, aryl groups having 6 to 18 carbon atoms, and aralkyl groups having 7 to 19 carbon atoms. One or more selected from the group consisting of 1 or more is preferable, and it is composed of a linear or branched alkyl group having 1 or more and 8 or less carbon atoms, an aryl group having 6 or more and 12 or less carbon atoms, and an aralkyl group having 7 or more and 13 or less carbon atoms. One or more selected from the group is more preferable, and one selected from the group consisting of a linear alkyl group having 1 or more and 6 or less carbon atoms, an aryl group having 6 or more and 8 or less carbon atoms, and an aralkyl group having 7 or more and 9 or less carbon atoms. More than one kind is more preferable, and one or more kinds selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a phenyl group, and a benzyl group are even more preferable. More preferably, one or more selected from the group consisting of a propyl group, a butyl group, and a benzyl group.
From the viewpoint of solvent solubility, it is preferable that two or more of R 1 to R 4 are linear alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and 3 or more are linear alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms. It is more preferable that it is an alkyl group, and it is further preferable that all four are linear alkyl groups having 1 or more and 6 or less carbon atoms. The linear alkyl group preferably has 2 or more carbon atoms, and more preferably 3 or more carbon atoms.
また、第四級アンモニウム水酸化物が有する4つの置換基(一般式(1)におけるR1〜R4)の炭素数の合計は4以上であり、好ましくは8以上、より好ましくは12以上である。また、溶媒溶解性の観点から、該炭素数は好ましくは48以下、より好ましくは40以下、さらに好ましくは32以下、よりさらに好ましくは24以下、よりさらに好ましくは22以下、よりさらに好ましくは18以下である。 Further, the total number of carbon atoms of the four substituents (R 1 to R 4 in the general formula (1)) contained in the quaternary ammonium hydroxide is 4 or more, preferably 8 or more, more preferably 12 or more. is there. From the viewpoint of solvent solubility, the number of carbon atoms is preferably 48 or less, more preferably 40 or less, still more preferably 32 or less, still more preferably 24 or less, still more preferably 22 or less, still more preferably 18 or less. Is.
第四級アンモニウム水酸化物の具体例としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド(THAH)、トリメチルペンチルアンモニウムヒドロキシド、トリブチルエチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(BTMAH)、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。これらの中でも、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(BTMAH)、及びベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド(BTEAH)からなる群から選ばれる1種以上が好ましく、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(BTMAH)、及びベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド(BTEAH)からなる群から選ばれる1種以上がより好ましく、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)及びベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド(BTEAH)からなる群から選ばれる1種以上がさらに好ましく、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)がよりさらに好ましい。
第四級アンモニウム水酸化物は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
Specific examples of the quaternary ammonium hydroxide are tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), tetrahexylammonium hydroxide (THAH), and trimethylpentyl. Examples thereof include ammonium hydroxide, tributylethylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide (BTMAH), and benzyltriethylammonium hydroxide. Among these, it consists of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), benzyltrimethylammonium hydroxide (BTMAH), and benzyltriethylammonium hydroxide (BTEAH). One or more selected from the group is preferable, and one or more selected from the group consisting of tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), benzyltrimethylammonium hydroxide (BTMAH), and benzyltriethylammonium hydroxide (BTEAH) is more preferable. One or more selected from the group consisting of tetrabutylammonium hydroxide (TBAH) and benzyltriethylammonium hydroxide (BTEAH) is more preferable, and tetrabutylammonium hydroxide (TBAH) is even more preferable.
The quaternary ammonium hydroxide may be used alone or in combination of two or more.
第四級アンモニウム水酸化物の製造方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
第四級アンモニウム水酸化物の製造時、単離が困難である場合には、第四級アンモニウム水酸化物は後述する溶媒を含んだ状態で用いてもよい。本発明の効果を得る観点からは、当該溶媒は有機溶剤であることが好ましい。有機溶剤としては第四級アンモニウム水酸化物を溶解しうる溶剤であれば特に制限はないが、第四級アンモニウム水酸化物の分解を抑制する観点からは極性溶剤であることが好ましく、プロトン性極性溶剤がより好ましい。極性溶剤は、後述する溶媒において例示する極性溶剤と同様のものを用いることができる。
The method for producing the quaternary ammonium hydroxide is not particularly limited, and a known method can be used.
If isolation is difficult during the production of the quaternary ammonium hydroxide, the quaternary ammonium hydroxide may be used in a state containing a solvent described later. From the viewpoint of obtaining the effects of the present invention, the solvent is preferably an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the quaternary ammonium hydroxide, but it is preferably a polar solvent from the viewpoint of suppressing the decomposition of the quaternary ammonium hydroxide, and is protic. Polar solvents are more preferred. As the polar solvent, the same polar solvent as those exemplified in the solvent described later can be used.
<溶媒>
本発明の製造方法で用いる溶媒は有機溶剤を含み、前記原料セルロースと混合する第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中、水の含有量が50質量%未満であることを特徴とする。当該溶媒が有機溶剤を含み、かつ水の含有量を少なくすることでアルキレンオキシドの加水分解を抑制できるので、反応選択率も向上する。例えばセルロース混合物の製造において、原料セルロースと混合する溶媒が水のみである場合や、原料セルロースと混合する溶媒中の水の含有量が多い場合には、反応選択率が低下する。
<Solvent>
The solvent used in the production method of the present invention contains an organic solvent, and the water content is less than 50% by mass in the total amount of 100% by mass of the quaternary ammonium hydroxide mixed with the raw material cellulose and the solvent. It is characterized by. Since the solvent contains an organic solvent and the water content is reduced, hydrolysis of the alkylene oxide can be suppressed, so that the reaction selectivity is also improved. For example, in the production of a cellulose mixture, when the solvent to be mixed with the raw material cellulose is only water or when the content of water in the solvent mixed with the raw material cellulose is large, the reaction selectivity is lowered.
(有機溶剤)
本発明に用いられる有機溶剤としては特に限定されないが、原料セルロース中に第四級アンモニウム水酸化物を均一に拡散させる観点、及び、セルロースとの親和性の観点から、極性溶剤が好ましい。極性溶剤としては、プロトン性極性溶剤、非プロトン性極性溶剤が挙げられる。
本発明に用いられるプロトン性極性溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、(1−メチルエトキシ)−2−プロパノール、1−(2−ブトキシエトキシ)−2−プロパノール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等の1価アルコール;エチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、ポリアルキレングリコール等の2価アルコール;ヘキサントリオール、オクタントリオール、デカントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、エチルオキシルトリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、グリセリン等の3価アルコール;等が挙げられる。これらの中でも、第四級アンモニウム水酸化物の溶解性の観点からは1価アルコールが好ましく、メタノール、エタノール、1−プロパノール、及び2−プロパノールからなる群から選ばれる1種以上がより好ましい。
非プロトン性極性溶剤は水酸基等の活性水素を有さない極性溶剤であり、例えば、アセトニトリル;ジメチルスルホキシド;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤;N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン等のラクトン類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の環状エーテル類;アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム等のハロゲン系溶剤;が挙げられる。
(Organic solvent)
The organic solvent used in the present invention is not particularly limited, but a polar solvent is preferable from the viewpoint of uniformly diffusing the quaternary ammonium hydroxide in the raw material cellulose and from the viewpoint of affinity with cellulose. Examples of the polar solvent include a protonic polar solvent and an aprotic polar solvent.
Examples of the protonic polar solvent used in the present invention include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 2, 2-Dimethyl-1-propanol, hexanol, cyclohexanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, (1-methylethoxy) -2-propanol, 1- (2-butoxyethoxy) -2 -Monohydric alcohols such as propanol, dipropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether; ethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, neopentyl glycol, butanediol, pentanediol, hexanediol , Dihydric alcohols such as cyclohexanediol and polyalkylene glycol; trihydric alcohols such as hexanetriol, octanetriol, decantriol, trimethylolethane, trimethylolpropane, ethyloxyltrimethylolpropane, trimethylolbutane and glycerin; Be done. Among these, a monohydric alcohol is preferable from the viewpoint of solubility of the quaternary ammonium hydroxide, and one or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, and 2-propanol is more preferable.
The aprotonic polar solvent is a polar solvent that does not have active hydrogen such as a hydroxyl group, and is, for example, an amide solvent such as acetonitrile; dimethylsulfoxide; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; N-methylpyrrolidone. , Lactones such as γ-butyrolactone; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane; ketones such as acetone and methylisobutylketone; halogen-based solvents such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane and chloroform; Be done.
上記極性溶剤は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でもセルロース及び第四級アンモニウム水酸化物との親和性の観点からは、当該有機溶剤が非プロトン性極性溶剤を含むことがより好ましく、非プロトン性極性溶剤としてアセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、及びγ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる1種以上を含むことがより好ましく、アセトニトリル及びジメチルスルホキシドからなる群から選ばれる1種以上を含むことがさらに好ましい。
最終製造物であるセルロース誘導体や再生セルロースから非プロトン性極性溶剤を除去する観点からは、低沸点の非プロトン性極性溶剤が好ましく、アセトニトリルがより好ましい。一方、セルロース混合物の製造過程における非プロトン性極性溶剤の揮発を避ける観点からは、高沸点の非プロトン性極性溶剤が好ましく、ジメチルスルホキシドがより好ましい。
The polar solvent may be used alone or in combination of two or more. Among them, from the viewpoint of affinity with cellulose and quaternary ammonium hydroxide, it is more preferable that the organic solvent contains an aprotic polar solvent, and as the aprotic polar solvent, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, N, N- It is more preferable to contain one or more selected from the group consisting of dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and γ-butyrolactone, and more than one selected from the group consisting of acetonitrile and dimethyl sulfoxide. Is even more preferable.
From the viewpoint of removing the aprotic polar solvent from the cellulose derivative or regenerated cellulose which is the final product, a low boiling point aprotic polar solvent is preferable, and acetonitrile is more preferable. On the other hand, from the viewpoint of avoiding volatilization of the aprotic polar solvent in the production process of the cellulose mixture, a high boiling point aprotic polar solvent is preferable, and dimethyl sulfoxide is more preferable.
上記極性溶剤中の非プロトン性極性溶剤の含有量は、セルロース及び第四級アンモニウム水酸化物との親和性の観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、よりさらに好ましくは30質量%以上、よりさらに好ましくは50質量%以上である。また、上限は100質量%であり、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下である。 The content of the aprotic polar solvent in the polar solvent is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 10% by mass or more, from the viewpoint of compatibility with cellulose and quaternary ammonium hydroxide. It is 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, and even more preferably 50% by mass or more. The upper limit is 100% by mass, preferably 90% by mass or less, and more preferably 85% by mass or less.
本発明の製造方法においては、前記原料セルロースと混合する、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中、水の含有量は50質量%未満である。当該水の含有量が少ないことにより、得られるセルロース誘導体の反応選択率が向上する。
当該水の含有量の下限は0質量%である。また上記効果を得る観点から、水の含有量は、好ましくは40質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは7.5質量%以下、よりさらに好ましくは5.0質量%以下、よりさらに好ましくは2.0質量%以下である。
In the production method of the present invention, the content of water is less than 50% by mass in the total amount of 100% by mass of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent mixed with the raw material cellulose. When the water content is low, the reaction selectivity of the obtained cellulose derivative is improved.
The lower limit of the water content is 0% by mass. From the viewpoint of obtaining the above effects, the water content is preferably 40% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 7.5% by mass or less, still more. It is preferably 5.0% by mass or less, and even more preferably 2.0% by mass or less.
(使用量)
前記原料セルロースと混合する第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒の好ましい使用量は下記のとおりである。
第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との比率は特に限定されない。セルロースの活性化向上の観点、セルロースの溶解性の観点、並びに、得られるセルロース誘導体の水溶性及び反応選択率向上の観点から、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との質量比(第四級アンモニウム水酸化物/溶媒)は、好ましくは1/99〜99/1、より好ましくは5/95〜95/5、さらに好ましくは10/90〜90/10、よりさらに好ましくは15/85〜85/15、よりさらに好ましくは15/85〜80/20、よりさらに好ましくは15/85〜75/25、よりさらに好ましくは20/80〜70/30、よりさらに好ましくは20/80〜60/40、よりさらに好ましくは30/70〜60/40、よりさらに好ましくは30/70〜55/45である。
(amount to use)
The preferable amounts of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent to be mixed with the raw material cellulose are as follows.
The ratio of the quaternary ammonium hydroxide to the solvent is not particularly limited. From the viewpoint of improving the activation of cellulose, the viewpoint of the solubility of cellulose, and the viewpoint of improving the water solubility and reaction selectivity of the obtained cellulose derivative, the mass ratio of the quaternary ammonium hydroxide to the solvent (quaternary). The ammonium hydroxide / solvent) is preferably 1/99 to 99/1, more preferably 5/95 to 95/5, even more preferably 10/90 to 90/10, even more preferably 15/85 to 85. / 15, even more preferably 15/85 to 80/20, even more preferably 15/85 to 75/25, even more preferably 20/80 to 70/30, even more preferably 20/80 to 60/40. , More preferably 30/70 to 60/40, and even more preferably 30/70 to 55/45.
ここで、後述するセルロース誘導体の製造においては、生産性及び経済性の観点からは、セルロースと反応剤とを固相状態で反応させることが好ましい。そのため、当該セルロース誘導体の製造原料として用いるセルロース混合物は固体状態であることが好ましい。
固体状態のセルロース混合物を製造する場合、原料セルロースと混合する第四級アンモニウム水酸化物の量は、セルロースを活性化し、反応剤との反応均一性及び反応効率を向上させる観点、並びに、得られるセルロース誘導体の水溶性及び反応選択率を向上させる観点から、原料セルロースの主鎖を構成するセルロースのアンヒドログルコース単位(以下「AGU」ともいう)1モルに対し、好ましくは0.01モル当量以上、より好ましくは0.1モル当量以上、さらに好ましくは0.2モル当量以上、よりさらに好ましくは0.5モル当量以上であり、経済性の観点から、好ましくは5.0モル当量以下、より好ましくは3.0モル当量以下、さらに好ましくは2.0モル当量以下、よりさらに好ましくは1.5モル当量以下、よりさらに好ましくは1.3モル当量以下である。
また固体状態のセルロース混合物を製造する場合、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量は、原料セルロースに対し、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは100質量%以上、よりさらに好ましくは150質量%以上、さらに好ましくは200質量%以上であり、固体状態を維持する点から、好ましくは800質量%以下、より好ましくは650質量%以下、さらに好ましくは500質量%以下、よりさらに好ましくは400質量%以下である。
Here, in the production of the cellulose derivative described later, it is preferable to react the cellulose with the reactant in a solid phase state from the viewpoint of productivity and economy. Therefore, the cellulose mixture used as a raw material for producing the cellulose derivative is preferably in a solid state.
When producing a cellulose mixture in a solid state, the amount of the quaternary ammonium hydroxide to be mixed with the raw material cellulose is obtained from the viewpoint of activating the cellulose and improving the reaction uniformity and reaction efficiency with the reactant. From the viewpoint of improving the water solubility and reaction selectivity of the cellulose derivative, preferably 0.01 molar equivalent or more with respect to 1 mol of anhydroglucose unit (hereinafter, also referred to as “AGU”) of the cellulose constituting the main chain of the raw material cellulose. , More preferably 0.1 molar equivalent or more, still more preferably 0.2 molar equivalent or more, even more preferably 0.5 molar equivalent or more, and from the viewpoint of economic efficiency, preferably 5.0 molar equivalent or less. It is preferably 3.0 molar equivalents or less, more preferably 2.0 molar equivalents or less, even more preferably 1.5 molar equivalents or less, still more preferably 1.3 molar equivalents or less.
When producing a cellulose mixture in a solid state, the total amount of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 100, based on the raw material cellulose. It is preferably 800% by mass or less, more preferably 150% by mass or more, still more preferably 200% by mass or more, and preferably 800% by mass or less, more preferably 650% by mass or less, still more preferably 500, from the viewpoint of maintaining a solid state. It is mass% or less, more preferably 400 mass% or less.
一方、セルロース混合物としてセルロース溶液を製造する場合には、第四級アンモニウム水酸化物の使用量は、セルロースを活性化し、反応剤との反応均一性及び反応効率を向上させる観点、並びに、得られるセルロース誘導体の水溶性及び反応選択率を向上させる観点から、セルロースのAGU1モルに対し、好ましくは0.01モル当量以上、より好ましくは0.1モル当量以上、さらに好ましくは0.2モル当量以上、よりさらに好ましくは0.5モル当量以上、よりさらに好ましくは0.7モル当量以上である。第四級アンモニウム水酸化物の使用量の上限値、及び、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量は、セルロースが溶解する量である限り特に制限されず、所望するセルロース溶液の濃度に応じて適宜選択できる。
セルロース溶液中のセルロース濃度は、例えば0.01質量%以上、25質量%以下の範囲から選択される。
On the other hand, when a cellulose solution is produced as a cellulose mixture, the amount of the quaternary ammonium hydroxide used is obtained from the viewpoint of activating the cellulose and improving the reaction uniformity and reaction efficiency with the reactant. From the viewpoint of improving the water solubility and reaction selectivity of the cellulose derivative, preferably 0.01 molar equivalent or more, more preferably 0.1 molar equivalent or more, still more preferably 0.2 molar equivalent or more, relative to 1 mol of AGU of cellulose. , More preferably 0.5 molar equivalents or more, even more preferably 0.7 molar equivalents or more. The upper limit of the amount of the quaternary ammonium hydroxide used and the total amount of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent are not particularly limited as long as the amount of the quaternary ammonium hydroxide is dissolved, and the desired concentration of the cellulose solution is not limited. It can be selected as appropriate according to.
The cellulose concentration in the cellulose solution is selected from, for example, 0.01% by mass or more and 25% by mass or less.
セルロース混合物中の水の含有量は、本発明の効果を得る観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは5.0質量%以下、よりさらに好ましくは2.5質量%以下、よりさらに好ましくは1.0質量%以下である。また、セルロース混合物中の水の含有量の下限値は0質量%である。 The content of water in the cellulose mixture is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5.0% by mass, from the viewpoint of obtaining the effects of the present invention. % Or less, more preferably 2.5% by mass or less, still more preferably 1.0% by mass or less. The lower limit of the water content in the cellulose mixture is 0% by mass.
本発明の製造方法において、原料セルロースと、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒との混合順序には特に制限はない。例えば、(i)原料セルロースと第四級アンモニウム水酸化物とを混合し、次いで溶媒を添加して混合する方法、(ii)原料セルロースに、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との混合物を添加して混合する方法、(iii)原料セルロースと溶媒とを混合し、次いで第四級アンモニウム水酸化物を添加して混合する方法、などが挙げられる。
第四級アンモニウム水酸化物は、溶媒の一部を含む状態で添加、混合してもよい。例えば(i)の方法では、第四級アンモニウム水酸化物と前記溶媒の一部とを含む混合液を調製し、これを原料セルロースと混合した後に、前記溶媒の残部を添加して混合する。(iii)の方法では、第四級アンモニウム水酸化物と前記溶媒の一部とを含む混合液を調製し、原料セルロースと前記溶媒の残部とを混合した後に、前記混合液を添加して混合する。
固体状態のセルロース混合物を製造する場合には、各成分を均一に混合する観点から、(iii)の方法が好ましい。中でも、前記「溶媒の残部」が非プロトン性極性溶剤であることが好ましい。すなわち、原料セルロースと非プロトン性極性溶剤とを混合した後に、前記混合液を添加して混合する方法である。
各成分の混合方法は、原料セルロース、第四級アンモニウム水酸化物、及び溶媒を均一に混合できる方法であれば特に制限はなく、例えば、公知の機械式攪拌装置などを用いることができる。
In the production method of the present invention, the mixing order of the raw material cellulose, the quaternary ammonium hydroxide and the solvent is not particularly limited. For example, (i) a method of mixing raw material cellulose and quaternary ammonium hydroxide and then adding a solvent to mix, (ii) a method of mixing raw material cellulose with a mixture of quaternary ammonium hydroxide and solvent. Examples thereof include a method of adding and mixing, a method of (iii) mixing a raw material cellulose and a solvent, and then adding and mixing a quaternary ammonium hydroxide.
The quaternary ammonium hydroxide may be added and mixed in a state containing a part of the solvent. For example, in the method (i), a mixed solution containing a quaternary ammonium hydroxide and a part of the solvent is prepared, mixed with the raw material cellulose, and then the rest of the solvent is added and mixed. In the method (iii), a mixed solution containing a quaternary ammonium hydroxide and a part of the solvent is prepared, the raw material cellulose and the rest of the solvent are mixed, and then the mixed solution is added and mixed. To do.
When producing a cellulose mixture in a solid state, the method (iii) is preferable from the viewpoint of uniformly mixing each component. Above all, it is preferable that the "residue of the solvent" is an aprotic polar solvent. That is, it is a method in which the raw material cellulose and the aprotic polar solvent are mixed, and then the mixed solution is added and mixed.
The mixing method of each component is not particularly limited as long as the raw material cellulose, the quaternary ammonium hydroxide, and the solvent can be uniformly mixed, and for example, a known mechanical stirrer or the like can be used.
各成分の混合時の温度は特に制限されないが、セルロース混合物中の各成分の分解や揮発を避ける観点から、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、さらに好ましくは40℃以下である。また、経済性の観点、及び、セルロース混合物がセルロース溶液である場合の原料セルロースの溶解性の観点から、好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上である。
各成分の混合時間も特に制限されないが、均一に混合する観点からは、好ましくは2分以上、より好ましくは5分以上であり、生産性の観点から、好ましくは72時間以下、より好ましくは48時間以下である。
本発明の方法で得られたセルロース混合物は、セルロース誘導体の製造原料や、再生セルロースの製造原料として好適に用いられる。
The temperature at the time of mixing each component is not particularly limited, but is preferably 80 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or lower, still more preferably 40 ° C. or lower, from the viewpoint of avoiding decomposition or volatilization of each component in the cellulose mixture. Further, from the viewpoint of economy and the solubility of the raw material cellulose when the cellulose mixture is a cellulose solution, the temperature is preferably 10 ° C. or higher, more preferably 15 ° C. or higher.
The mixing time of each component is also not particularly limited, but from the viewpoint of uniform mixing, it is preferably 2 minutes or more, more preferably 5 minutes or more, and from the viewpoint of productivity, preferably 72 hours or less, more preferably 48. It's less than an hour.
The cellulose mixture obtained by the method of the present invention is suitably used as a raw material for producing a cellulose derivative or a raw material for producing regenerated cellulose.
[セルロース誘導体の製造方法]
本発明のセルロース誘導体の製造方法は、前記方法によりセルロース混合物を得る工程と、該セルロース混合物と反応剤とを混合して反応させる工程とを有する。前記セルロース混合物は第四級アンモニウム水酸化物及び有機溶剤を含む溶媒を含有するため、反応活性及び反応剤との反応均一性が高い。さらに、第四級アンモニウム水酸化物はセルロースと反応剤との反応触媒としても作用するため、当該反応が効率よく進行する。
セルロース混合物としては固体状態、湿潤又は懸濁状態、溶液状態のいずれも用いることができるが、前述したように、生産性及び経済性の観点からは、セルロースと反応剤とを固相状態で反応させることが好ましい。そのため、当該セルロース誘導体の製造に用いるセルロース混合物は固体状態であることが好ましい。
[Method for producing cellulose derivatives]
The method for producing a cellulose derivative of the present invention includes a step of obtaining a cellulose mixture by the above method and a step of mixing and reacting the cellulose mixture with a reactant. Since the cellulose mixture contains a solvent containing a quaternary ammonium hydroxide and an organic solvent, the reaction activity and the reaction uniformity with the reactant are high. Further, since the quaternary ammonium hydroxide also acts as a reaction catalyst between cellulose and the reactant, the reaction proceeds efficiently.
As the cellulose mixture, any of a solid state, a wet or suspended state, and a solution state can be used, but as described above, from the viewpoint of productivity and economy, the cellulose and the reactant are reacted in a solid state. It is preferable to let it. Therefore, the cellulose mixture used for producing the cellulose derivative is preferably in a solid state.
<反応剤>
本発明で用いる反応剤は、セルロースを誘導体化するために用いられる化合物であって、セルロースの第1級又は第2級の水酸基と反応して置換基を導入しうる化合物であり、例えばヒドロキシアルキル化剤、グリセロール化剤、カチオン化剤等が挙げられる。
本発明のセルロース誘導体の製造方法は、ヒドロキシアルキルセルロースの製造に用いることが好ましい。ヒドロキシアルキルセルロースの製造に用いる反応剤としては、アルキレンオキシド、アルキルグリシジルエーテル、アルキルハロヒドリンエーテル等のヒドロキシアルキル化剤が挙げられる。これらの中でも、反応時に塩の生成がない点、及び経済性の観点から、アルキレンオキシドが好ましい。
アルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等が挙げられ、プロピレンオキシド及びブチレンオキシドからなる群から選ばれる1種以上が好ましく、プロピレンオキシドがより好ましい。
以下、本発明のセルロース誘導体の製造方法の一例として、反応剤としてアルキレンオキシドを用いてヒドロキシアルキルセルロースを製造する方法を説明する。
<Reactant>
The reactant used in the present invention is a compound used for derivatizing cellulose and is a compound capable of reacting with a primary or secondary hydroxyl group of cellulose to introduce a substituent, for example, hydroxyalkyl. Examples thereof include an agent, a glycerol agent, and a cationizing agent.
The method for producing a cellulose derivative of the present invention is preferably used for producing hydroxyalkyl cellulose. Examples of the reactant used for producing hydroxyalkyl cellulose include hydroxyalkylating agents such as alkylene oxide, alkyl glycidyl ether, and alkyl halohydrin ether. Among these, alkylene oxides are preferable from the viewpoint of no salt formation during the reaction and economic efficiency.
Examples of the alkylene oxide include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, and one or more selected from the group consisting of propylene oxide and butylene oxide are preferable, and propylene oxide is more preferable.
Hereinafter, as an example of the method for producing a cellulose derivative of the present invention, a method for producing hydroxyalkyl cellulose using an alkylene oxide as a reactant will be described.
本発明で用いる反応剤の量は、セルロースへの置換基の所望の導入量に応じて適宜選択できる。反応剤がアルキレンオキシドである場合には、得られるヒドロキシアルキルセルロースの水溶性を向上させる観点から、セルロースのAGU1モルに対し、好ましくは0.01当量以上、より好ましくは0.10当量以上、さらに好ましくは0.20当量以上である。一方、反応生成物の水溶液粘度を向上させる観点、及び経済性の観点から、本発明で用いるアルキレンオキシドの量は、セルロースのAGU1モルに対し、好ましくは50当量以下、より好ましくは30当量以下、さらに好ましくは20当量以下、よりさらに好ましくは10当量以下、よりさらに好ましくは5.0当量以下である。 The amount of the reactant used in the present invention can be appropriately selected according to the desired amount of the substituent into cellulose. When the reactant is an alkylene oxide, it is preferably 0.01 equivalent or more, more preferably 0.10 equivalent or more, and further, with respect to 1 mol of AGU of cellulose, from the viewpoint of improving the water solubility of the obtained hydroxyalkyl cellulose. It is preferably 0.20 equivalent or more. On the other hand, from the viewpoint of improving the viscosity of the aqueous solution of the reaction product and from the viewpoint of economic efficiency, the amount of alkylene oxide used in the present invention is preferably 50 equivalents or less, more preferably 30 equivalents or less, based on 1 mol of AGU of cellulose. It is more preferably 20 equivalents or less, even more preferably 10 equivalents or less, and even more preferably 5.0 equivalents or less.
セルロース混合物に対するアルキレンオキシドの添加方法には特に制限はなく、一括添加、分割添加のいずれでもよい。反応均一性の観点、及びアルキレンオキシド自身の重合を避ける観点からは、分割添加が好ましい。また、アルキレンオキシドの沸点以上の温度で反応させる場合には、還流管を備えた反応装置を用い、アルキレンオキシドを徐々に滴下させながら行うのが好ましい。 The method of adding the alkylene oxide to the cellulose mixture is not particularly limited, and either batch addition or divided addition may be used. From the viewpoint of reaction homogeneity and from the viewpoint of avoiding polymerization of the alkylene oxide itself, split addition is preferable. When the reaction is carried out at a temperature equal to or higher than the boiling point of the alkylene oxide, it is preferable to use a reaction device equipped with a reflux tube and gradually drop the alkylene oxide.
本発明においては、装置を使用してセルロース混合物と反応剤の混合及び反応を行ってもよい。当該装置としては、撹拌が可能なレディゲミキサー等のミキサーや、粉体、高粘度物質、樹脂等の混錬に用いられる、いわゆるニーダー等の混合機を挙げることができる。
反応温度及び反応温度は、反応剤の種類等に応じて適宜選択できる。反応剤がアルキレンオキシドである場合、反応速度を向上させる観点から、好ましくは0℃以上、より好ましくは10℃以上、さらに好ましくは20℃以上、よりさらに好ましくは40℃以上である。また、原料の分解を抑制する観点から、反応温度は好ましくは150℃以下、より好ましくは100℃以下、さらに好ましくは80℃以下、よりさらに好ましくは60℃以下である。
In the present invention, the apparatus may be used to mix and react the cellulose mixture with the reactants. Examples of the apparatus include a mixer such as a Ladyge mixer capable of stirring and a mixer such as a so-called kneader used for kneading powders, high-viscosity substances, resins and the like.
The reaction temperature and the reaction temperature can be appropriately selected depending on the type of the reactant and the like. When the reactant is an alkylene oxide, it is preferably 0 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, still more preferably 20 ° C. or higher, still more preferably 40 ° C. or higher, from the viewpoint of improving the reaction rate. Further, from the viewpoint of suppressing decomposition of the raw material, the reaction temperature is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, still more preferably 80 ° C. or lower, still more preferably 60 ° C. or lower.
反応時間は、反応速度及び反応収率を向上させる観点から、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは1時間以上、さらに好ましくは3時間以上、よりさらに好ましくは12時間以上、よりさらに好ましくは24時間以上である。また、セルロースのアンヒドログルコース由来の主鎖の分子量の低下を抑制する観点からは、該反応時間は、好ましくは96時間以下、より好ましくは72時間以下である。
上記反応は、ヒドロキシアルキルセルロースの着色、及びアンヒドログルコース由来の主鎖の分子量の低下を抑制する観点から、必要に応じて窒素等の不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
The reaction time is preferably 0.1 hour or longer, more preferably 1 hour or longer, still more preferably 3 hours or longer, still more preferably 12 hours or longer, still more preferably 12 hours or longer, from the viewpoint of improving the reaction rate and the reaction yield. 24 hours or more. Further, from the viewpoint of suppressing a decrease in the molecular weight of the main chain derived from anhydroglucose of cellulose, the reaction time is preferably 96 hours or less, more preferably 72 hours or less.
The above reaction is preferably carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen, if necessary, from the viewpoint of suppressing the coloring of hydroxyalkyl cellulose and the decrease in the molecular weight of the main chain derived from anhydroglucose.
反応終了後は、酸性化合物を用いて第四級アンモニウム水酸化物を中和する工程を行うことができる。酸性化合物としては、硫酸、塩酸、リン酸等の無機酸;酢酸、乳酸、クエン酸、グリコール酸等の有機酸を用いることができる。中和効率の観点、及びセルロースのアンヒドログルコース由来の主鎖の分子量の低下を抑制する観点から、当該酸性化合物としては有機酸が好ましく、カルボン酸がより好ましく、酢酸がさらに好ましい。 After completion of the reaction, a step of neutralizing the quaternary ammonium hydroxide using an acidic compound can be performed. As the acidic compound, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid; and organic acids such as acetic acid, lactic acid, citric acid and glycolic acid can be used. From the viewpoint of neutralization efficiency and from the viewpoint of suppressing a decrease in the molecular weight of the main chain derived from anhydroglucose of cellulose, the acidic compound is preferably an organic acid, more preferably a carboxylic acid, and even more preferably acetic acid.
反応終了後に得られたヒドロキシアルキルセルロースは、必要に応じて、ろ過精製により分別したり、熱水、含水イソプロパノール、含水アセトン溶媒等で洗浄して未反応のアルキレンオキシド、並びにアルキレンオキシド由来の副生成物を除去したりすることもできる。その他、精製方法としては、凍結乾燥、再沈殿精製、遠心分離、透析膜を使用した膜精製等、一般的な精製方法を用いることができる。これらの精製方法の中では、精製効率、及び得られるヒドロキシアルキルセルロースの純度の高さの観点から、ろ過精製又は膜精製が好ましい。 If necessary, the hydroxyalkyl cellulose obtained after completion of the reaction is separated by filtration and purification, or washed with hot water, hydrous isopropanol, hydroacetone solvent, etc. to unreacted alkylene oxide and by-products derived from alkylene oxide. You can also remove things. In addition, as a purification method, general purification methods such as freeze-drying, reprecipitation purification, centrifugation, and membrane purification using a dialysis membrane can be used. Among these purification methods, filtration purification or membrane purification is preferable from the viewpoint of purification efficiency and high purity of the obtained hydroxyalkyl cellulose.
得られたヒドロキシアルキルセルロースは、必要に応じ乾燥を行うこともできる。乾燥方法としては特に制限はないが、乾燥効率を向上させる観点からは減圧乾燥を行うことが好ましく、凍結乾燥を行うことがより好ましい。 The obtained hydroxyalkyl cellulose can also be dried if necessary. The drying method is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the drying efficiency, vacuum drying is preferable, and freeze drying is more preferable.
ヒドロキシアルキルセルロースは、水溶性の観点から、セルロース主鎖を構成するセルロースのAGU1モルあたりに対するヒドロキシアルキル基の平均付加モル数が、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.50以上、よりさらに好ましくは0.80以上である。また、ヒドロキシアルキルセルロースの水溶液粘度、及び経済性の観点から、好ましくは20以下、より好ましくは10以下、さらに好ましくは8.0以下、よりさらに好ましくは5.0以下である。
ヒドロキシアルキル基の平均付加モル数は、具体的には実施例に記載の方法により測定できる。
From the viewpoint of water solubility, the average number of moles of hydroxyalkyl groups added per mole of AGU of cellulose constituting the cellulose main chain is preferably 0.10 or more, more preferably 0.20 or more, still more preferable. Is 0.50 or more, more preferably 0.80 or more. Further, from the viewpoint of the viscosity of the aqueous solution of hydroxyalkyl cellulose and economic efficiency, it is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, still more preferably 8.0 or less, still more preferably 5.0 or less.
Specifically, the average number of moles of hydroxyalkyl groups added can be measured by the method described in Examples.
当該ヒドロキシアルキルセルロースは、さらにカチオン化剤と反応させてカチオン化ヒドロキシアルキルセルロールを製造することもできる。
本発明の製造方法で得られたセルロース誘導体は、シャンプー、リンス、トリートメント、コンディショナー等の洗浄剤組成物の配合成分、分散剤、改質剤、凝集剤等に好適である。
The hydroxyalkyl cellulose can also be further reacted with a cationizing agent to produce a cationized hydroxyalkyl cell roll.
The cellulose derivative obtained by the production method of the present invention is suitable for compounding components, dispersants, modifiers, flocculants and the like of detergent compositions such as shampoos, rinses, treatments and conditioners.
[再生セルロースの製造方法]
本発明の再生セルロースの製造方法は、前記方法によりセルロース混合物を得る工程と、該セルロース混合物とセルロースの貧溶媒とを混合してセルロースを再沈殿させる工程とを有することを特徴とする。再生セルロースの製造には、固体状態、溶液状態のいずれのセルロース混合物を用いてもよいが、セルロース混合物として固体状態のセルロース混合物を用いることが好ましい。固体状態のセルロース混合物を用いると、より少ない溶媒量で再生セルロースを調製できるため、生産性や経済性の点で好適である。セルロース混合物中に含まれる原料セルロース、第四級アンモニウム水酸化物、溶媒、これらの使用量、並びに好ましい態様については前記と同じである。
再生セルロースの製造に用いるセルロース混合物中のセルロース濃度は、再生セルロースの生産性の観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1.0質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。
[Manufacturing method of regenerated cellulose]
The method for producing regenerated cellulose of the present invention is characterized by including a step of obtaining a cellulose mixture by the above method and a step of mixing the cellulose mixture with a poor solvent for cellulose to reprecipitate the cellulose. A mixture of cellulose in a solid state or a solution may be used for producing regenerated cellulose, but it is preferable to use a mixture of cellulose in a solid state as the cellulose mixture. When a cellulose mixture in a solid state is used, regenerated cellulose can be prepared with a smaller amount of solvent, which is preferable in terms of productivity and economy. The raw material cellulose contained in the cellulose mixture, the quaternary ammonium hydroxide, the solvent, the amount of these used, and the preferred embodiment are the same as described above.
From the viewpoint of productivity of regenerated cellulose, the cellulose concentration in the cellulose mixture used for producing regenerated cellulose is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, and preferably 50% by mass or less. , More preferably 30% by mass or less.
セルロースの貧溶媒は特に制限されず、水又は有機溶剤のいずれも用いることができる。当該貧溶媒は混合溶媒ではなく単一組成の溶媒であることが好ましい。単一組成の溶媒は、セルロースの溶解性が低いためである。また、再沈殿後に貧溶媒を除去する観点からは、貧溶媒は常圧における沸点が100℃未満であることが好ましい。
上記観点、及びセルロース混合物との混和性の観点から、貧溶媒としては、水又は常圧における沸点が100℃未満の極性溶剤が好ましい。当該極性溶剤としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール等の炭素数1以上4以下のアルコール、又はアセトンが好ましく、エタノールがより好ましい。
なお、貧溶媒として水を用いると、得られる再生セルロースはII型結晶となり、貧溶媒としてエタノール等の極性溶剤を用いると、得られる再生セルロースは非晶性のセルロースとなる。
The poor solvent for cellulose is not particularly limited, and either water or an organic solvent can be used. The poor solvent is preferably a single composition solvent rather than a mixed solvent. This is because the solvent having a single composition has low solubility of cellulose. Further, from the viewpoint of removing the poor solvent after reprecipitation, the poor solvent preferably has a boiling point of less than 100 ° C. at normal pressure.
From the above viewpoint and the miscibility with the cellulose mixture, the poor solvent is preferably water or a polar solvent having a boiling point of less than 100 ° C. at normal pressure. As the polar solvent, alcohols having 1 or more and 4 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol and 1-butanol, or acetone are preferable, and ethanol is more preferable.
When water is used as the poor solvent, the obtained regenerated cellulose becomes type II crystals, and when a polar solvent such as ethanol is used as the poor solvent, the obtained regenerated cellulose becomes amorphous cellulose.
セルロースを再沈殿させる際のセルロース混合物と貧溶媒との混合方法は特に制限されず、例えば、反応槽中に貧溶媒を充填し、必要に応じ攪拌しながら、貧溶媒中にセルロース混合物を添加する方法が挙げられる。その際、貧溶媒中にセルロース混合物を添加し再沈殿させると、粉末状又は粒状の再生セルロースが得られる。また、セルロース溶液を貧溶媒中に繊維状に押出添加して紡糸すると、繊維状の再生セルロースを得ることができる。
再沈殿時の温度は、貧溶媒の沸点未満であれば特に制限されず、通常、0℃以上、80℃以下の範囲である。
再沈殿したセルロースは、ろ過などにより固液分離した後、必要に応じ洗浄、乾燥して、再生セルロースとして単離することができる。得られた再生セルロースは、セルロース誘導体の製造原料や再生セルロース繊維として有用である。
The method of mixing the cellulose mixture and the poor solvent when reprecipitating cellulose is not particularly limited. For example, the reaction vessel is filled with the poor solvent, and the cellulose mixture is added to the poor solvent with stirring as necessary. The method can be mentioned. At that time, when the cellulose mixture is added to the poor solvent and reprecipitated, powdered or granular regenerated cellulose can be obtained. Further, when a cellulose solution is extruded into a poor solvent in a fibrous form and spun, fibrous regenerated cellulose can be obtained.
The temperature at the time of reprecipitation is not particularly limited as long as it is lower than the boiling point of the poor solvent, and is usually in the range of 0 ° C. or higher and 80 ° C. or lower.
The re-precipitated cellulose can be separated into solid and liquid by filtration or the like, and then washed and dried as necessary to be isolated as regenerated cellulose. The obtained regenerated cellulose is useful as a raw material for producing a cellulose derivative and as a regenerated cellulose fiber.
上述した実施の形態に関し、本発明は以下のセルロース混合物の製造方法、セルロース誘導体の製造方法、再生セルロースの製造方法、セルロース混合物、及び使用を開示する。
<1>
原料セルロースと、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒とを混合する工程を有するセルロース混合物の製造方法であって、該溶媒は有機溶剤を含み、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中、水の含有量が50質量%未満、好ましくは40質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは7.5質量%以下、よりさらに好ましくは5.0質量%以下、よりさらに好ましくは2.0質量%以下である、セルロース混合物の製造方法。
<2>
前記有機溶剤が極性溶剤であり、好ましくは非プロトン性極性溶剤を含む、上記<1>に記載のセルロース混合物の製造方法。
<3>
前記非プロトン性極性溶剤がアセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、及びγ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる1種以上、好ましくはアセトニトリル及びジメチルスルホキシドからなる群から選ばれる1種以上である、上記<2>に記載のセルロース混合物の製造方法。
<4>
前記セルロース混合物中の水の含有量が、前記原料セルロース中のセルロースに対し好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは5.0質量%以下、よりさらに好ましくは2.5質量%以下、よりさらに好ましくは1.0質量%以下である、上記<1>〜<3>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
<5>
前記第四級アンモニウム水酸化物が置換又は非置換の炭化水素基を4つ有するアンモニウム水酸化物であり、好ましくは下記一般式(1)で表される化合物である、上記<1>〜<4>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
式(1)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、炭素数1以上24以下の、置換又は非置換の炭化水素基であり、好ましくは炭素数1以上24以下の、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アリール基、ヒドロキシアリール基、及びアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上、より好ましくは、炭素数1以上12以下の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、炭素数6以上18以下のアリール基、及び炭素数7以上19以下のアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上、さらに好ましくは炭素数1以上8以下の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、炭素数6以上12以下のアリール基、及び炭素数7以上13以下のアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上、よりさらに好ましくは炭素数1以上6以下の直鎖アルキル基、炭素数6以上8以下のアリール基、及び炭素数7以上9以下のアラルキル基からなる群から選ばれる1種以上、よりさらに好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、フェニル基、及びベンジル基からなる群から選ばれる1種以上、よりさらに好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びベンジル基からなる群から選ばれる1種以上である。R1〜R4は互いに同一でもよく、異なっていてもよい。
Regarding the above-described embodiments, the present invention discloses the following methods for producing a cellulose mixture, a method for producing a cellulose derivative, a method for producing regenerated cellulose, a cellulose mixture, and its use.
<1>
A method for producing a cellulose mixture comprising a step of mixing a raw material cellulose with a quaternary ammonium hydroxide and a solvent, wherein the solvent contains an organic solvent and the total amount of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent. The water content in 100% by mass is less than 50% by mass, preferably 40% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 7.5% by mass or less, and more. A method for producing a cellulose mixture, more preferably 5.0% by mass or less, still more preferably 2.0% by mass or less.
<2>
The method for producing a cellulose mixture according to <1> above, wherein the organic solvent is a polar solvent, preferably containing an aprotic polar solvent.
<3>
The aprotic polar solvent is one or more selected from the group consisting of acetonitrile, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and γ-butyrolactone, preferably acetonitrile and dimethyl. The method for producing a cellulose mixture according to <2> above, which is one or more selected from the group consisting of sulfoxide.
<4>
The content of water in the cellulose mixture is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5.0% by mass, based on the cellulose in the raw material cellulose. % Or less, more preferably 2.5% by mass or less, still more preferably 1.0% by mass or less, according to any one of <1> to <3> above.
<5>
The quaternary ammonium hydroxide is an ammonium hydroxide having four substituted or unsubstituted hydrocarbon groups, and is preferably a compound represented by the following general formula (1). The method for producing a cellulose mixture according to any one of 4>.
In the formula (1), R 1 to R 4 are independently substituted or unsubstituted hydrocarbon groups having 1 to 24 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, and a hydroxyalkyl group. One or more selected from the group consisting of a group, an aryl group, a hydroxyaryl group, and an aralkyl group, more preferably a linear or branched alkyl group having 1 or more and 12 or less carbon atoms, and an aryl having 6 or more and 18 or less carbon atoms. One or more selected from the group consisting of a group and an aralkyl group having 7 or more and 19 or less carbon atoms, more preferably a linear or branched alkyl group having 1 or more and 8 or less carbon atoms, and an aryl group having 6 or more and 12 or less carbon atoms. , And one or more selected from the group consisting of aralkyl groups having 7 or more and 13 or less carbon atoms, more preferably a linear alkyl group having 1 or more and 6 or less carbon atoms, an aryl group having 6 or more and 8 or less carbon atoms, and a carbon number of carbon atoms. One or more selected from the group consisting of 7 or more and 9 or less aralkyl groups, more preferably selected from the group consisting of methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, phenyl group, and benzyl group. One or more, more preferably one or more selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a benzyl group. R 1 to R 4 may be the same or different from each other.
<6>
前記一般式(1)におけるR1〜R4の炭素数の合計が4以上、好ましくは8以上、より好ましくは12以上であり、48以下、好ましくは40以下、より好ましくは32以下、さらに好ましくは24以下、よりさらに好ましくは22以下、よりさらに好ましくは18以下である、上記<5>に記載のセルロース混合物の製造方法。
<7>
前記第四級アンモニウム水酸化物と前記溶媒との質量比が1/99〜99/1、好ましくは5/95〜95/5、より好ましくは10/90〜90/10、さらに好ましくは15/85〜85/15、よりさらに好ましくは15/85〜80/20、よりさらに好ましくは15/85〜75/25、よりさらに好ましくは20/80〜70/30、よりさらに好ましくは20/80〜60/40、よりさらに好ましくは30/70〜60/40、よりさらに好ましくは30/70〜55/45である、上記<1>〜<6>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
<8>
前記極性溶剤中の非プロトン性極性溶剤の含有量が、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、よりさらに好ましくは30質量%以上、よりさらに好ましくは50質量%以上であり、100質量%以下、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下である、上記<2>〜<7>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
<9>
前記第四級アンモニウム水酸化物がテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(BTMAH)、及びベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド(BTEAH)からなる群から選ばれる1種以上、好ましくはテトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(BTMAH)、及びベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド(BTEAH)からなる群から選ばれる1種以上、より好ましくはテトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)及びベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド(BTEAH)からなる群から選ばれる1種以上、さらに好ましくはテトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)である、上記<1>〜<8>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
<10>
前記セルロース混合物が固体状態である、上記<1>〜<9>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
<6>
The total number of carbon atoms of R 1 to R 4 in the general formula (1) is 4 or more, preferably 8 or more, more preferably 12 or more, and 48 or less, preferably 40 or less, more preferably 32 or less, still more preferable. Is 24 or less, more preferably 22 or less, still more preferably 18 or less, the method for producing a cellulose mixture according to <5> above.
<7>
The mass ratio of the quaternary ammonium hydroxide to the solvent is 1/99 to 99/1, preferably 5/95 to 95/5, more preferably 10/90 to 90/10, still more preferably 15 /. 85-85 / 15, even more preferably 15/85-80/20, even more preferably 15/85-75/25, even more preferably 20/80-70/30, even more preferably 20/80- Production of the cellulose mixture according to any one of <1> to <6> above, which is 60/40, more preferably 30/70 to 60/40, and even more preferably 30/70 to 55/45. Method.
<8>
The content of the aprotonic polar solvent in the polar solvent is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 20% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more, still more preferably. Is 50% by mass or more, 100% by mass or less, preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, according to any one of <2> to <7> above. Method.
<9>
The quaternary ammonium hydroxide is tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), benzyltrimethylammonium hydroxide (BTMAH), and benzyltriethylammonium hydroxide. One or more selected from the group consisting of (BTEAH), preferably one selected from the group consisting of tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), benzyltrimethylammonium hydroxide (BTMAH), and benzyltriethylammonium hydroxide (BTEAH). The above <1>, more preferably one or more selected from the group consisting of tetrabutylammonium hydroxide (TBAH) and benzyltriethylammonium hydroxide (BTEAH), and even more preferably tetrabutylammonium hydroxide (TBAH). The method for producing a cellulose mixture according to any one of <8>.
<10>
The method for producing a cellulose mixture according to any one of <1> to <9> above, wherein the cellulose mixture is in a solid state.
<11>
前記原料セルロースと混合する前記第四級アンモニウム水酸化物の量が、原料セルロースの主鎖を構成するセルロースのアンヒドログルコース単位1モルに対し、好ましくは0.01モル当量以上、より好ましくは0.1モル当量以上、さらに好ましくは0.2モル当量以上、よりさらに好ましくは0.5モル当量以上であり、好ましくは5.0モル当量以下、より好ましくは3.0モル当量以下、さらに好ましくは2.0モル当量以下、よりさらに好ましくは1.5モル当量以下、よりさらに好ましくは1.3モル当量以下である、上記<10>に記載のセルロース混合物の製造方法。
<12>
前記第四級アンモニウム水酸化物と前記溶媒との合計量が、原料セルロースに対し、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは100質量%以上、よりさらに好ましくは150質量%以上、さらに好ましくは200質量%以上であり、好ましくは800質量%以下、より好ましくは650質量%以下、さらに好ましくは500質量%以下、よりさらに好ましくは400質量%以下である、上記<10>又は<11>に記載のセルロース混合物の製造方法。
<12>
前記セルロース混合物がセルロース溶液である、上記<1>〜<9>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
<13>
前記セルロース混合物中の水の含有量が、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは5.0質量%以下、よりさらに好ましくは2.5質量%以下、よりさらに好ましくは1.0質量%以下である、上記<1>〜<12>のいずれか1項に記載のセルロース混合物の製造方法。
<14>
上記<1>〜<13>のいずれか1項に記載の方法によりセルロース混合物を得る工程と、該セルロース混合物と反応剤とを混合して反応させる工程とを有する、セルロース誘導体の製造方法。
<15>
前記反応剤がアルキレンオキシド、好ましくはプロピレンオキシド及びブチレンオキシドからなる群から選ばれる1種以上、より好ましくはプロピレンオキシドである、上記<14>に記載のセルロース誘導体の製造方法。
<11>
The amount of the quaternary ammonium hydroxide mixed with the raw material cellulose is preferably 0.01 molar equivalent or more, more preferably 0, relative to 1 mol of anhydroglucose units of the cellulose constituting the main chain of the raw material cellulose. .1 molar equivalent or more, more preferably 0.2 molar equivalent or more, still more preferably 0.5 molar equivalent or more, preferably 5.0 molar equivalent or less, more preferably 3.0 molar equivalent or less, still more preferable. The method for producing a cellulose mixture according to <10> above, wherein is 2.0 molar equivalents or less, more preferably 1.5 molar equivalents or less, still more preferably 1.3 molar equivalents or less.
<12>
The total amount of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 100% by mass or more, still more preferably 150, based on the raw material cellulose. By mass% or more, more preferably 200% by mass or more, preferably 800% by mass or less, more preferably 650% by mass or less, still more preferably 500% by mass or less, still more preferably 400% by mass or less. 10> or <11>. The method for producing a cellulose mixture.
<12>
The method for producing a cellulose mixture according to any one of <1> to <9> above, wherein the cellulose mixture is a cellulose solution.
<13>
The content of water in the cellulose mixture is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5.0% by mass or less, still more preferably 2. The method for producing a cellulose mixture according to any one of <1> to <12> above, which is 5.5% by mass or less, more preferably 1.0% by mass or less.
<14>
A method for producing a cellulose derivative, which comprises a step of obtaining a cellulose mixture by the method according to any one of <1> to <13> above, and a step of mixing and reacting the cellulose mixture with a reactant.
<15>
The method for producing a cellulose derivative according to <14> above, wherein the reactant is one or more selected from the group consisting of alkylene oxide, preferably propylene oxide and butylene oxide, more preferably propylene oxide.
<16>
前記製造方法に用いるアルキレンオキシドの量が、セルロースのAGU1モルに対し、好ましくは0.01当量以上、より好ましくは0.10当量以上、さらに好ましくは0.20当量以上であり、好ましくは50当量以下、より好ましくは30当量以下、さらに好ましくは20当量以下、よりさらに好ましくは10当量以下、よりさらに好ましくは5.0当量以下である、上記<15>に記載のセルロース誘導体の製造方法。
<17>
前記セルロース誘導体がヒドロキシアルキルセルロースである、上記<14>〜<16>のいずれか1項に記載のセルロース誘導体の製造方法。
<18>
前記ヒドロキシアルキルセルロースにおけるヒドロキシアルキル基の平均付加モル数が、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.50以上、よりさらに好ましくは0.80以上であり、好ましくは20以下、より好ましくは10以下、さらに好ましくは8.0以下、よりさらに好ましくは5.0以下である、上記<17>に記載のセルロース誘導体の製造方法。
<19>
上記<1>〜<13>のいずれか1項に記載の方法によりセルロース混合物を得る工程と、該セルロース混合物とセルロースの貧溶媒とを混合してセルロースを再沈殿させる工程とを有する、再生セルロースの製造方法。
<20>
前記貧溶媒が単一組成の溶媒である、上記<19>に記載の再生セルロースの製造方法。
<16>
The amount of alkylene oxide used in the production method is preferably 0.01 equivalents or more, more preferably 0.10 equivalents or more, still more preferably 0.20 equivalents or more, and preferably 50 equivalents, relative to 1 mol of AGU of cellulose. The method for producing a cellulose derivative according to <15>, wherein the method is more preferably 30 equivalents or less, still more preferably 20 equivalents or less, still more preferably 10 equivalents or less, still more preferably 5.0 equivalents or less.
<17>
The method for producing a cellulose derivative according to any one of <14> to <16> above, wherein the cellulose derivative is hydroxyalkyl cellulose.
<18>
The average number of moles of hydroxyalkyl groups added to the hydroxyalkyl cellulose is preferably 0.10 or more, more preferably 0.20 or more, still more preferably 0.50 or more, still more preferably 0.80 or more, and is preferable. The method for producing a cellulose derivative according to <17> above, wherein is 20 or less, more preferably 10 or less, still more preferably 8.0 or less, and even more preferably 5.0 or less.
<19>
Regenerated cellulose having a step of obtaining a cellulose mixture by the method according to any one of <1> to <13> above, and a step of mixing the cellulose mixture with a poor solvent for cellulose to reprecipitate cellulose. Manufacturing method.
<20>
The method for producing regenerated cellulose according to <19> above, wherein the poor solvent is a solvent having a single composition.
<21>
前記貧溶媒が水又は常圧における沸点が100℃未満の極性溶剤である、上記<19>又は<20>に記載の再生セルロースの製造方法。
<22>
前記極性溶剤が炭素数1以上4以下のアルコール又はアセトン、好ましくはエタノールである、上記<21>に記載の再生セルロースの製造方法。
<23>
原料セルロース、第四級アンモニウム水酸化物及び溶媒を含有するセルロース混合物であって、該溶媒は有機溶剤を含み、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中、水の含有量が50質量%未満、好ましくは40質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは7.5質量%以下、よりさらに好ましくは5.0質量%以下、よりさらに好ましくは2.0質量%以下である、セルロース混合物。
<24>
上記<23>に記載のセルロース混合物の、セルロース誘導体の製造への使用。
<25>
上記<23>に記載のセルロース混合物の、再生セルロースの製造への使用。
<21>
The method for producing regenerated cellulose according to <19> or <20> above, wherein the poor solvent is water or a polar solvent having a boiling point of less than 100 ° C. at normal pressure.
<22>
The method for producing regenerated cellulose according to <21> above, wherein the polar solvent is alcohol or acetone having 1 to 4 carbon atoms, preferably ethanol.
<23>
A cellulose mixture containing a raw material cellulose, a quaternary ammonium hydroxide and a solvent, wherein the solvent contains an organic solvent and contains water in a total amount of 100% by mass of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent. The amount is less than 50% by mass, preferably 40% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less, still more preferably 7.5% by mass or less, still more preferably 5.0% by mass. Hereinafter, the cellulose mixture is more preferably 2.0% by mass or less.
<24>
Use of the cellulose mixture according to <23> above for the production of cellulose derivatives.
<25>
Use of the cellulose mixture according to <23> above for the production of regenerated cellulose.
以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例において、特記しない限り、「%」は「質量%」を意味する。
平均重合度、結晶化度、水分量、メジアン径、ヒドロキシアルキル基の平均付加モル数、反応選択率、及び水溶性の測定ないし算出は、下記の方法により行った。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. In the following Examples and Comparative Examples, "%" means "mass%" unless otherwise specified.
The average degree of polymerization, crystallinity, water content, median diameter, average number of moles of hydroxyalkyl groups added, reaction selectivity, and water solubility were measured or calculated by the following methods.
(1)平均重合度の測定
実施例及び比較例において用いた原料セルロース(パルプ)の粘度平均重合度は、以下に示す方法によって測定した。
(i)測定用溶液の調製
メスフラスコ(100mL)に塩化第一銅(関東化学工業(株)製)0.5g、25%アンモニア水(アルドリッチ社製)20〜30mLを加え、完全に溶解した後に、水酸化第二銅(関東化学社製)1.0g、及び25%アンモニア水を加えた。これを30〜40分、25℃で撹拌して、完全に溶解した。その後、精秤した粉砕パルプ(105℃、20kPa[絶対圧力]で12時間減圧乾燥したもの)を加え、メスフラスコの標線まで前記アンモニア水を満たした。マグネチックスターラーで12時間、25℃で撹拌して溶解した。同じように添加するパルプ量を20〜500mgの範囲で変えて、異なる濃度の測定用溶液を調製した。
(ii)粘度平均重合度の測定
前記(i)で得られた測定用溶液をウベローデ粘度計に入れ、恒温槽(20±0.1℃)中で1時間静置したのち、液の流下速度を測定した。種々のパルプ濃度(g/dL)の測定用溶液の流下時間(t(秒))とパルプ無添加の銅アンモニア水溶液の流下時間(t0(秒))から、下記式により、それぞれの濃度における還元粘度(ηsp/c)を以下の式より求めた。
ηsp/c=(t/t0−1)/c
(式中、cはパルプ濃度(g/dL)である。)
さらに、還元粘度をc=0に外挿して固有粘度[η](dL/g)を求め、以下の式より粘度平均重合度(DPv)を求めた。
DPv=2000×[η]
(式中、2000はセルロースに固有の係数である。)
(1) Measurement of Average Degree of Polymerization The viscosity average degree of polymerization of the raw material cellulose (pulp) used in Examples and Comparative Examples was measured by the method shown below.
(I) Preparation of measurement solution To a volumetric flask (100 mL), 0.5 g of cuprous chloride (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and 20 to 30 mL of 25% aqueous ammonia (manufactured by Aldrich) were added and completely dissolved. Later, 1.0 g of cupric hydroxide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and 25% aqueous ammonia were added. This was stirred for 30-40 minutes at 25 ° C. to completely dissolve. Then, finely weighed pulverized pulp (dried under reduced pressure at 105 ° C. and 20 kPa [absolute pressure] for 12 hours) was added, and the aqueous ammonia was filled up to the marked line of the volumetric flask. It was dissolved by stirring with a magnetic stirrer at 25 ° C. for 12 hours. The amount of pulp added in the same manner was changed in the range of 20 to 500 mg to prepare different concentrations of measurement solutions.
(Ii) Measurement of Viscosity Average Degree of Polymerization The measurement solution obtained in (i) above is placed in an Ubbelohde viscometer and allowed to stand in a constant temperature bath (20 ± 0.1 ° C.) for 1 hour, and then the flow rate of the liquid. Was measured. From the flow time (t (seconds)) of the measurement solutions of various pulp concentrations (g / dL) and the flow time (t 0 (seconds)) of the copper ammonia aqueous solution without pulp addition, at each concentration according to the following formula. The reduced viscosity (η sp / c) was calculated from the following formula.
η sp / c = (t / t 0-1 ) / c
(In the formula, c is the pulp concentration (g / dL).)
Further, the reduced viscosity was extrapolated to c = 0 to obtain the intrinsic viscosity [η] (dL / g), and the viscosity average degree of polymerization (DP v ) was obtained from the following formula.
DP v = 2000 × [η]
(In the formula, 2000 is a coefficient peculiar to cellulose.)
(2)結晶化度の算出
セルロースの結晶化度は、それぞれのパルプのX線回折強度を、X線回折装置「RINT 2500VC X−RAY diffractometer」(リガク社製)を用いて以下の条件で測定し、下記計算式に基づいて算出した。
結晶化度(%)=〔(I22.6−I18.5)/I22.6〕×100
〔式中、I22.6は、X線回折におけるセルロースI型結晶の格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度を示し、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す。〕
測定条件は、X線源:Cu/Kα−radiation,管電圧:40kV,管電流:120mA,測定範囲:2θ=5〜45°,X線のスキャンスピード:10°/minであり、測定用のサンプルは面積320mm2×厚さ1mmのペレットを圧縮して作製した。
(2) Calculation of Crystallinity The crystallinity of cellulose is measured by measuring the X-ray diffraction intensity of each pulp using an X-ray diffractometer "RINT 2500VC X-RAY divercatometer" (manufactured by Rigaku) under the following conditions. Then, it was calculated based on the following formula.
Crystallinity (%) = [(I 22.6 −I 18.5 ) / I 22.6 ] × 100
[In the formula, I 22.6 shows the diffraction intensity of the lattice plane (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) of the cellulose I type crystal in X-ray diffraction, and I 18.5 is the amorphous part (diffraction angle 2θ =). It shows a diffraction intensity of 18.5 °). ]
The measurement conditions are X-ray source: Cu / Kα-radiation, tube voltage: 40 kV, tube current: 120 mA, measurement range: 2θ = 5 to 45 °, X-ray scan speed: 10 ° / min, for measurement. The sample was prepared by compressing pellets having an area of 320 mm 2 × a thickness of 1 mm.
(3)水分量の測定
原料セルロース中の水分量は、電子式水分計「MOC−120H」(島津製作所社製)を用いて測定した。温度120℃にて測定を行い、30秒間の質量変化率が 0.1質量%以下となる点を測定の終点とした。前記条件下において測定された水分量の値を、原料セルロースから水を差し引いた残余の質量に対する質量%に換算し、水分量とした。
(3) Measurement of Moisture Content The water content in the raw material cellulose was measured using an electronic moisture meter "MOC-120H" (manufactured by Shimadzu Corporation). The measurement was performed at a temperature of 120 ° C., and the point at which the mass change rate for 30 seconds was 0.1% by mass or less was defined as the end point of the measurement. The value of the water content measured under the above conditions was converted into mass% with respect to the mass of the residue obtained by subtracting water from the raw material cellulose, and used as the water content.
(4)セルロース含有量
原料セルロースから水を差し引いた残余の成分の含有量を原料セルロースの質量に対する質量%に換算し、セルロース含有量とした。
(4) Cellulose content The content of the residual component obtained by subtracting water from the raw material cellulose was converted into mass% with respect to the mass of the raw material cellulose to obtain the cellulose content.
(5)メジアン径の測定
粉末状原料セルロース(粉砕パルプ)のメジアン径は、レーザー回析/散乱式粒度分布測定装置「LA−920」(堀場製作所社製)を用いて測定した。粉末状原料セルロースをエタノールに添加し、1分間超音波分散処理を行った後、この分散液を試料として測定を行った。
(5) Measurement of Median Diameter The median diameter of the powdered raw material cellulose (crushed pulp) was measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device “LA-920” (manufactured by HORIBA, Ltd.). After adding powdered raw material cellulose to ethanol and performing ultrasonic dispersion treatment for 1 minute, measurement was carried out using this dispersion as a sample.
(6)ヒドロキシアルキル基の平均付加モル数の算出
ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)の、セルロースの主鎖を構成するAGUあたりのヒドロキシプロピル基の導入数の平均値(平均付加モル数)は、第十六改正日本薬局方47頁に記載の「ヒドロキシプロピルセルロースの分析法」に従って得られた値から求めた。
具体的には、実施例で得られた精製HPCのヒドロキシプロポキシ基含有量〔式量(−OC3H6OH)=75.09〕(b(モル/g))(%)を、下記計算式から求めた。
b(モル/g)=ガスクロマトグラフ分析から求められるヒドロキシプロポキシ基含有量(%)/(75.09×100)
次に、得られた値bと下記計算式からHPCのヒドロキシプロピル基の平均付加モル数(m)を算出した。
b=m/(162+m×58.08)
ガスクロマトグラフィー測定は「GC−2014」(島津サイエンス社製)を用いて測定を行った。また、オートサンプラーとして「AOC−20i」(島津サイエンス社製)、水素発生装置として「HG260B」(ジーエルサイエンス社製)を用いた。分析条件は以下の通りである。
カラム:「Silicone SE−30 30% Chromosorb W 60/80 AW−DMCS」(島津サイエンス社製)
カラム温度:60℃(5min)→10℃/1min→300℃(1min)
インジェクター温度:250℃
検出器温度:320℃
打ち込み量:1μL
またヒドロキシブチルセルロース(HBC)の、セルロース主鎖を構成するAGUあたりのヒドロキシブチル基の導入量の平均値(平均付加モル数)は以下の方法で行った。
実施例で得られた精製HBCのヒドロキシブトキシ基含有量〔式量(−OC4H8OH)=89.11〕(b’(モル/g))(%)を、下記計算式から求めた。
b’(モル/g)=ガスクロマトグラフ分析から求められるヒドロキシブトキシ基含有量(%)/(89.11×100)
次に、得られた値b’と下記計算式からHBCのヒドロキシブチル基の平均付加モル数(m)を算出した。
b’=m/(162+m×72.10)
ガスクロマトグラフィー測定は「GC−2014」(島津サイエンス社製)を用いて測定を行った。また、オートサンプラーとして「AOC−20i」(島津サイエンス社製)、水素発生装置として「HG260B」(ジーエルサイエンス社製)を用いた。分析条件は以下の通りである。
カラム:「Silicone SE−30 30% Chromosorb W 60/80 AW−DMCS」(島津サイエンス社製)
カラム温度:60℃(5min)→10℃/1min→300℃(1min)
インジェクター温度:250℃
検出器温度:320℃
打ち込み量:1μL
(6) Calculation of Average Number of Additions of Hydroxyalkyl Groups The average value (average number of additions of moles) of hydroxypropyl cellulose (HPC) introduced with hydroxypropyl groups per AGU constituting the main chain of cellulose is the tenth. (Vi) Obtained from the values obtained according to the "Analytical Method for Hydroxypropyl Cellulose" described on page 47 of the revised Japanese Pharmacy.
Specifically, the hydroxypropoxy group content [formula (-OC 3 H 6 OH) = 75.09] (b (mol / g)) (%) of the purified HPC obtained in the examples is calculated as follows. Obtained from the formula.
b (mol / g) = hydroxypropoxy group content (%) obtained from gas chromatograph analysis / (75.09 × 100)
Next, the average number of moles (m) of hydroxypropyl groups added to HPC was calculated from the obtained value b and the following formula.
b = m / (162 + m × 58.08)
Gas chromatography measurement was performed using "GC-2014" (manufactured by Shimadzu Science Co., Ltd.). Further, "AOC-20i" (manufactured by Shimadzu Science Co., Ltd.) was used as an autosampler, and "HG260B" (manufactured by GL Sciences Co., Ltd.) was used as a hydrogen generator. The analysis conditions are as follows.
Column: "Silicone SE-30 30% Chromosorb W 60/80 AW-DMCS" (manufactured by Shimadzu Science Co., Ltd.)
Column temperature: 60 ° C (5 min) → 10 ° C / 1 min → 300 ° C (1 min)
Injector temperature: 250 ° C
Detector temperature: 320 ° C
Drive amount: 1 μL
The average value (average number of added moles) of the amount of hydroxybutyl groups introduced per AGU constituting the cellulose main chain of hydroxybutyl cellulose (HBC) was determined by the following method.
The hydroxybutoxy group content [formula (-OC 4 H 8 OH) = 89.11] (b'(mol / g)) (%) of the purified HBC obtained in the examples was calculated from the following formula. ..
b'(mol / g) = hydroxybutoxy group content (%) obtained from gas chromatograph analysis / (89.11 × 100)
Next, the average number of moles (m) of hydroxybutyl groups added to HBC was calculated from the obtained value b'and the following formula.
b'= m / (162 + m × 72.10)
Gas chromatography measurement was performed using "GC-2014" (manufactured by Shimadzu Science Co., Ltd.). Further, "AOC-20i" (manufactured by Shimadzu Science Co., Ltd.) was used as an autosampler, and "HG260B" (manufactured by GL Sciences Co., Ltd.) was used as a hydrogen generator. The analysis conditions are as follows.
Column: "Silicone SE-30 30% Chromosorb W 60/80 AW-DMCS" (manufactured by Shimadzu Science Co., Ltd.)
Column temperature: 60 ° C (5 min) → 10 ° C / 1 min → 300 ° C (1 min)
Injector temperature: 250 ° C
Detector temperature: 320 ° C
Drive amount: 1 μL
(7)反応選択率の算出
反応剤としてアルキレンオキシドを用いた場合の反応選択率は、アルキレンオキシドの投入量と得られたHPC又はHBCのヒドロキシアルキル基の平均付加モル数から、下記計算式により算出した。
反応選択率(%)=ヒドロキシアルキル基の平均付加モル数/[(アルキレンオキシド投入量(モル)/主鎖AGU(モル))×100]
(7) Calculation of reaction selectivity The reaction selectivity when alkylene oxide is used as the reactant is calculated by the following formula from the input amount of alkylene oxide and the average number of moles of hydroxyalkyl groups of HPC or HBC obtained. Calculated.
Reaction selectivity (%) = average number of moles of hydroxyalkyl group added / [(alkylene oxide input amount (mol) / main chain AGU (mol)) x 100]
(8)水溶性の評価
HPC又はHBC150mgを精秤し、水50mlと撹拌子を加え、マグネチックスターラーで室温下、一晩攪拌を行った。その後、3000rpm、30分間の条件で、遠心分離機「H−28F」(コクサン社製)を用いて遠心分離した。得られた上澄みを凍結乾燥し、得られた固形分の重量を測定することで水可溶分の重量分率(%)を求めた。表1に示す水溶性(%)は水可溶分の重量分率であり、該重量分率が高いほど水溶性に優れることを意味する。
(8) Evaluation of water solubility 150 mg of HPC or HBC was precisely weighed, 50 ml of water and a stirrer were added, and the mixture was stirred overnight at room temperature with a magnetic stirrer. Then, it was centrifuged at 3000 rpm for 30 minutes using a centrifuge "H-28F" (manufactured by Kokusan Co., Ltd.). The obtained supernatant was freeze-dried, and the weight of the obtained solid content was measured to determine the weight fraction (%) of the water-soluble component. The water-soluble (%) shown in Table 1 is the weight fraction of the water-soluble component, and the higher the weight fraction, the better the water solubility.
製造例1(粉末状原料セルロースの製造)
(1)裁断処理
セルロース含有原料として、シート状木材パルプ「BioflocHV+」(Tembec社製、結晶化度:82%、水分量:8.5質量%、平均重合度1550)を、裁断機「RK6−800」(荻野精機製作所社製)を用いて3mm×1.5mm×1mmのチップ状に裁断した。
(2)乾燥処理
前記(1)の裁断処理により得られたチップ状の原料セルロースを、2軸横型攪拌乾燥機「NPD−3W(1/2)」(奈良機械製作所社製)を用いて乾燥した。大気圧下、連続処理にてパルプを乾燥した。このとき乾燥機の加熱媒体は150℃のスチームを用い、チップ状の原料セルロースの供給速度は45kg/hとした。連続処理で得られた乾燥後のチップ状の原料セルロースの水分量は0.5質量%であった。
(3)粗粉砕処理
前記(2)の乾燥処理により得られた乾燥後の原料セルロースを、連続式振動ミル「YAMT−200」(ユーラステクノ社製、第1及び第2粉砕室の容量:112L)を用いて粗粉砕した。第1及び第2粉砕室には、直径30mm、長さ1300mmのステンレス製の丸棒状の粉砕媒体を80本ずつ収容した。粉砕媒体の充填率は66.5%であった。連続式振動ミルを振動数16.7Hz、振幅13.4mm、温度75℃、乾燥後の原料セルロースの滞留時間2.6分間の条件下、乾燥後の原料セルロースを20kg/hで投入した。得られた粗粉砕セルロースのメジアン径は191μm、結晶化度は19%であった。
(4)セルロース小粒径化処理
前記(3)の粗粉砕処理により得られた粗粉砕セルロースを、高速回転式微粉砕機「KIIW−1型」(ダルトン社製)を用いて小粒径化した。目開き0.7mmのスクリーンを装着し、ローター周速度を81m/sで駆動すると共に、原料供給部から粗粉砕セルロースを18kg/hの供給速度で供給した。
次いで、円形振動篩機「KGC−500」(興和工業所社製)に、篩面積0.196m2、目開き150μmのSUS製スクリーンを装着し、振動数30Hz(振動回転数1800r/min)、縦方向の片振幅3mm、横方向の片振幅3mm、ウエイト位相角60°で駆動すると共に、原料供給部から原料を14kg/hの供給速度で供給して、粗粉を除去し、篩通過物を粉末状の原料セルロース(結晶化度:19%、水分量:1.5質量%、平均重合度:855、メジアン径:83μm)として回収した。
Production Example 1 (Production of powdered raw material cellulose)
(1) Cutting treatment As a cellulose-containing raw material, a sheet-shaped wood pulp "BioflocHV +" (manufactured by Tembec, crystallinity: 82%, water content: 8.5% by mass, average degree of polymerization 1550) was used as a cutting machine "RK6-". It was cut into a chip shape of 3 mm × 1.5 mm × 1 mm using “800” (manufactured by Ogino Seiki Seisakusho Co., Ltd.).
(2) Drying treatment The chip-shaped raw material cellulose obtained by the cutting treatment of (1) above is dried using a twin-screw horizontal stirring dryer "NPD-3W (1/2)" (manufactured by Nara Kikai Seisakusho Co., Ltd.). did. The pulp was dried by continuous treatment under atmospheric pressure. At this time, steam at 150 ° C. was used as the heating medium of the dryer, and the supply rate of the chip-shaped raw material cellulose was 45 kg / h. The water content of the dry chip-shaped raw material cellulose obtained by the continuous treatment was 0.5% by mass.
(3) Coarse crushing treatment The dried raw material cellulose obtained by the drying treatment of (2) above is used in a continuous vibration mill "YAMT-200" (manufactured by Eura Techno Co., Ltd., capacity of first and second crushing chambers: 112 L). ) Was used for coarse crushing. In the first and second crushing chambers, 80 stainless steel round bar-shaped crushing media having a diameter of 30 mm and a length of 1300 mm were housed. The filling rate of the pulverization medium was 66.5%. Under the conditions of a continuous vibration mill having a frequency of 16.7 Hz, an amplitude of 13.4 mm, a temperature of 75 ° C., and a residence time of the raw material cellulose after drying for 2.6 minutes, the raw material cellulose after drying was charged at 20 kg / h. The obtained crudely pulverized cellulose had a median diameter of 191 μm and a crystallinity of 19%.
(4) Cellulose particle size reduction treatment The coarsely pulverized cellulose obtained by the coarse pulverization treatment of (3) above was reduced in particle size using a high-speed rotary fine pulverizer "KIIW-1 type" (manufactured by Dalton). .. A screen with a mesh opening of 0.7 mm was attached, the rotor peripheral speed was driven at 81 m / s, and coarsely pulverized cellulose was supplied from the raw material supply unit at a supply speed of 18 kg / h.
Next, a SUS screen with a sieve area of 0.196 m 2 and an opening of 150 μm was attached to a circular vibrating sieve machine “KGC-500” (manufactured by Kowa Kogyosho Co., Ltd.), and the frequency was 30 Hz (vibration speed 1800 r / min). It is driven with a one-sided amplitude of 3 mm in the vertical direction, a one-sided amplitude of 3 mm in the horizontal direction, and a weight phase angle of 60 °, and the raw material is supplied from the raw material supply unit at a supply speed of 14 kg / h to remove coarse powder and pass through a sieve. Was recovered as a powdery raw material cellulose (crystallization degree: 19%, water content: 1.5% by mass, average degree of polymerization: 855, median diameter: 83 μm).
製造例2(TBAHの製造)
テトラブチルアンモニウムクロライド(東京化成工業(株)製)13.9gをビーカーに量り取り、これにメタノール(和光純薬工業(株)製)500mlを加え、マグネチックスターラーを用いて撹拌し、室温下で溶解させた。これに、予め500mlのメタノール(和光純薬工業(株)製)で洗浄した強イオン性イオン交換樹脂(DOWEX MONOSPHER(登録商標)550(OH)、和光純薬工業(株)製)56.7gを加えて室温下で撹拌した。濾過によりイオン交換樹脂を除去し、バス温30℃のエバポレーターでメタノールを留去後、真空ポンプを用いて真空乾燥することでテトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)を得た。
得られたTBAH1.0gをイオン交換水50mlで希釈し、これに1%フェノールフタレインエタノール溶液を加えて1M塩酸(和光純薬工業(株)製)で中和滴定を行うことでTBAHの純度を算出した。得られたTBAHの純度は70%であった。なお、残余の30%はメタノールである。
Production Example 2 (Production of TBAH)
Weigh 13.9 g of tetrabutylammonium chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in a beaker, add 500 ml of methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to this, stir with a magnetic stirrer, and cool at room temperature. Dissolved in. To this, 56.7 g of a strongly ionic ion exchange resin (DOWNEX MONOSPHER (registered trademark) 550 (OH), manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) previously washed with 500 ml of methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Was added and stirred at room temperature. The ion exchange resin was removed by filtration, methanol was distilled off with an evaporator at a bath temperature of 30 ° C., and then vacuum dried using a vacuum pump to obtain tetrabutylammonium hydroxide (TBAH).
The purity of TBAH is obtained by diluting 1.0 g of the obtained TBAH with 50 ml of ion-exchanged water, adding a 1% phenolphthalein ethanol solution to this, and performing neutralization titration with 1M hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Was calculated. The purity of the obtained TBAH was 70%. The remaining 30% is methanol.
製造例3(BTEAHの製造)
ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド(和光純薬工業(株)製)11.4gをビーカーに量り取り、これにメタノール(和光純薬工業(株)製)500mlを加え、マグネチックスターラーを用いて撹拌し、室温下で溶解させた。これに、予め500mlのメタノール(和光純薬工業(株)製)で洗浄した強イオン性イオン交換樹脂(DOWEX MONOSPHER(登録商標)550(OH)、和光純薬工業(株)製)56.7gを加えて室温下で撹拌した。濾過によりイオン交換樹脂を除去し、バス温30℃のエバポレーターでメタノールを留去後、真空ポンプを用いて真空乾燥することでベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド(BTEAH)を得た。
得られたBTEAH1.0gをイオン交換水50mlで希釈し、これに1%フェノールフタレインエタノール溶液を加えて1M塩酸(和光純薬工業(株)製)で中和滴定を行うことでBTEAHの純度を算出した。得られたBTEAHの純度は68%であった。なお、残余の32%はメタノールである。
Production Example 3 (Production of BTEAH)
Weigh 11.4 g of benzyltriethylammonium chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in a beaker, add 500 ml of methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to this, stir with a magnetic stirrer, and room temperature. Dissolved below. To this, 56.7 g of a strongly ionic ion exchange resin (DOWNEX MONOSPHER (registered trademark) 550 (OH), manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) previously washed with 500 ml of methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Was added and stirred at room temperature. The ion exchange resin was removed by filtration, methanol was distilled off with an evaporator at a bath temperature of 30 ° C., and then vacuum dried using a vacuum pump to obtain benzyltriethylammonium hydroxide (BTEAH).
The purity of BTEAH is obtained by diluting 1.0 g of the obtained BTEAH with 50 ml of ion-exchanged water, adding a 1% phenolphthalein ethanol solution to this, and performing neutralization titration with 1M hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Was calculated. The purity of the obtained BTEAH was 68%. The remaining 32% is methanol.
実施例1
(セルロース混合物の製造)
製造例1で得られた粉末状の原料セルロース2.0gを乳鉢に量り取り、ジメチルスルホキシド(和光純薬工業(株)製)3.2gをスポイトで原料セルロースに数滴ずつ加えて乳棒で混合する操作を繰り返した。ジメチルスルホキシドを添加した後、これに製造例2で得られた純度70%のTBAH3.2g(TBAH純分2.24g、メタノール0.96g)をスポイトで数滴ずつ加えて乳棒で混合する操作を繰り返し、セルロース混合物を得た。
(HPCの製造)
得られたセルロース混合物をガラス製密閉容器に移し、ここに反応剤であるプロピレンオキシド(和光純薬工業(株)製)を0.29g(0.4当量/AGU)添加して密閉後、50℃で2時間反応させた。この操作をさらに4回繰り返し、計2.0当量/AGUのプロピレンオキシドを反応に用いた。得られた粗HPCを酢酸(和光純薬工業(株)製)で中和し、中和物を透析膜(和光純薬工業(株)製、分画分子量8000)を用いて精製した後、凍結乾燥を行い、精製HPCを得た。
得られた精製HPCについて前述の評価を行った。結果を表1に示す。
Example 1
(Manufacturing of cellulose mixture)
Weigh 2.0 g of the powdered raw material cellulose obtained in Production Example 1 into a mortar, add 3.2 g of dimethyl sulfoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to the raw material cellulose with a dropper, and mix with a pestle. The operation to do was repeated. After adding dimethyl sulfoxide, 3.2 g of TBAH having a purity of 70% (TBAH pure content 2.24 g, methanol 0.96 g) obtained in Production Example 2 is added to the mixture in several drops with a dropper and mixed with a pestle. Repeatedly, a cellulose mixture was obtained.
(Manufacturing of HPC)
The obtained cellulose mixture is transferred to a closed glass container, 0.29 g (0.4 equivalent / AGU) of propylene oxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a reactant is added thereto, and the mixture is sealed, and then 50. The reaction was carried out at ° C. for 2 hours. This operation was repeated 4 more times and a total of 2.0 eq / AGU of propylene oxide was used in the reaction. The obtained crude HPC is neutralized with acetic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the neutralized product is purified using a dialysis membrane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight cut off of 8000). Freeze-drying was performed to obtain purified HPC.
The above-mentioned evaluation was performed on the obtained purified HPC. The results are shown in Table 1.
実施例2
実施例1において、ジメチルスルホキシドの使用量を1.6g、製造例2で得られた純度70%のTBAHの使用量を1.6gにそれぞれ変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース混合物を得た。また、このセルロース混合物を用いて実施例1と同様の方法で精製HPCを得た。得られた精製HPCについて前述の評価を行った結果を表1に示す。
Example 2
In Example 1, the same method as in Example 1 was used except that the amount of dimethyl sulfoxide used was changed to 1.6 g and the amount of TBAH having a purity of 70% obtained in Production Example 2 was changed to 1.6 g. A cellulose mixture was obtained. Further, using this cellulose mixture, purified HPC was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the above-mentioned evaluation of the obtained purified HPC.
実施例3
実施例1において、ジメチルスルホキシドの使用量を1.9g、製造例2で得られた純度70%のTBAHの使用量を4.5gにそれぞれ変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース混合物を得た。また、このセルロース混合物を用いて実施例1と同様の方法で精製HPCを得た。得られた精製HPCについて前述の評価を行った結果を表1に示す。
Example 3
In Example 1, the same method as in Example 1 was used except that the amount of dimethyl sulfoxide used was changed to 1.9 g and the amount of 70% pure TBAH obtained in Production Example 2 was changed to 4.5 g. A cellulose mixture was obtained. Further, using this cellulose mixture, purified HPC was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the above-mentioned evaluation of the obtained purified HPC.
実施例4
実施例1において、ジメチルスルホキシドの使用量を0.64g、製造例2で得られた純度70%のTBAHの使用量を5.8gにそれぞれ変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース混合物を得た。また、このセルロース混合物を用いて実施例1と同様の方法で精製HPCを得た。得られた精製HPCについて前述の評価を行った結果を表1に示す。
Example 4
In Example 1, the same method as in Example 1 was used except that the amount of dimethyl sulfoxide used was changed to 0.64 g and the amount of 70% pure TBAH obtained in Production Example 2 was changed to 5.8 g. A cellulose mixture was obtained. Further, using this cellulose mixture, purified HPC was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the above-mentioned evaluation of the obtained purified HPC.
実施例5
実施例1において、ジメチルスルホキシド3.2gに代えてアセトニトリル3.2gを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース混合物を得た。また、このセルロース混合物を用いて実施例1と同様の方法で精製HPCを得た。得られた精製HPCについて前述の評価を行った結果を表1に示す。
Example 5
A cellulose mixture was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.2 g of acetonitrile was used instead of 3.2 g of dimethyl sulfoxide. Further, using this cellulose mixture, purified HPC was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the above-mentioned evaluation of the obtained purified HPC.
実施例6
実施例1において、ジメチルスルホキシドの使用量を2.58gに変更し、製造例2で得られた純度70%のTBAH3.2gに代えて、製造例3で得られた純度68%のBTEAH2.6g(BTEAH純分1.8g、メタノール0.8g)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース混合物を得た。また、このセルロース混合物を用いて実施例1と同様の方法で精製HPCを得た。得られた精製HPCについて前述の評価を行った結果を表1に示す。
Example 6
In Example 1, the amount of dimethyl sulfoxide used was changed to 2.58 g, and instead of 3.2 g of TBAH having a purity of 70% obtained in Production Example 2, 2.6 g of BTEAH having a purity of 68% obtained in Production Example 3 was used. A cellulose mixture was obtained in the same manner as in Example 1 except that (BDEAH pure content 1.8 g, methanol 0.8 g) was used. Further, using this cellulose mixture, purified HPC was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the above-mentioned evaluation of the obtained purified HPC.
実施例7
実施例1と同様の方法でセルロース混合物を得た後、以下の方法でヒドロキシブチルセルロース(HBC)を製造した。
(HBCの製造)
セルロース混合物をガラス製密閉容器に移し、ここに反応剤である1,2−ブチレンオキシド(東京化成工業(株)製)を0.45g(0.5当量/AGU)添加して、50℃で2時間反応させた。この操作をさらに1回繰り返し、計1.0当量/AGUの1,2−ブチレンオキシドを反応に用いた。得られた粗HBCを酢酸(和光純薬工業(株)製)で中和し、中和物を透析膜(和光純薬工業(株)製、分画分子量8000)を用いて精製した後、凍結乾燥を行い、精製HBCを得た。
得られた精製HBCについて前述の評価を行った。結果を表1に示す。
Example 7
After obtaining a cellulose mixture by the same method as in Example 1, hydroxybutyl cellulose (HBC) was produced by the following method.
(Manufacturing of HBC)
The cellulose mixture was transferred to a closed glass container, and 0.45 g (0.5 equivalent / AGU) of the reactant 1,2-butylene oxide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added thereto at 50 ° C. It was allowed to react for 2 hours. This operation was repeated once more and a total of 1.0 eq / AGU of 1,2-butylene oxide was used in the reaction. The obtained crude HBC is neutralized with acetic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the neutralized product is purified using a dialysis membrane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight cut-off 8000). Freeze-drying was performed to obtain purified HBC.
The above-mentioned evaluation was performed on the obtained purified HBC. The results are shown in Table 1.
比較例1
実施例1において、ジメチルスルホキシド3.2gに代えて水3.2gを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でセルロース混合物及び精製HPCを得た。得られた精製HPCについて前述の評価を行った結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A cellulose mixture and purified HPC were obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.2 g of water was used instead of 3.2 g of dimethyl sulfoxide. Table 1 shows the results of the above-mentioned evaluation of the obtained purified HPC.
比較例2
実施例2において、ジメチルスルホキシド1.6gに代えて水1.6gを用いたこと以外は、実施例2と同様の方法でセルロース混合物及び精製HPCを得た。得られた精製HPCについて前述の評価を行った結果を表1に示す。
Comparative Example 2
A cellulose mixture and purified HPC were obtained in the same manner as in Example 2 except that 1.6 g of water was used instead of 1.6 g of dimethyl sulfoxide in Example 2. Table 1 shows the results of the above-mentioned evaluation of the obtained purified HPC.
注釈)
TBAH:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド
BTEAH:ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド
PO:プロピレンオキシド
BO:ブチレンオキシド
Note)
TBAH: Tetrabutylammonium Hydroxide BTEAH: Benzyltriethylammonium Hydroxide PO: Propylene Oxide BO: Butylene Oxide
表1より、本発明の製造方法により得られるセルロース混合物を用いてセルロース誘導体であるヒドロキシアルキルセルロースを製造すると、得られるヒドロキシアルキルセルロースは水溶性に優れ、反応選択率も高くなることがわかる。一方、比較例1及び2のように、第四級アンモニウム水酸化物と溶媒との合計量100質量%中、水の含有量が50質量%以上であると、ヒドロキシアルキルセルロースの水溶性及び反応選択率はいずれも低下する。 From Table 1, it can be seen that when hydroxyalkyl cellulose, which is a cellulose derivative, is produced using the cellulose mixture obtained by the production method of the present invention, the obtained hydroxyalkyl cellulose has excellent water solubility and a high reaction selectivity. On the other hand, as in Comparative Examples 1 and 2, when the water content is 50% by mass or more in the total amount of 100% by mass of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent, the water solubility and reaction of the hydroxyalkyl cellulose The selectivity decreases in both cases.
実施例8(再生セルロースの製造)
撹拌子を備えたガラス容器にアセトニトリル(和光純薬工業(株)製)1.0gと製造例2で得られた純度70%のTBAH1.0g(TBAH純分0.70g、メタノール0.30g)を量り取り、室温下で撹拌を行った。これに製造例1で得られた粉末状の原料セルロースを200mg加え、室温下で1時間撹拌することで1質量%のセルロース溶液を調製した(セルロース混合物調製工程)。次いで、撹拌子を備えたビーカーに50mlのイオン交換水を加え、これに調製したセルロース溶液をスポイトで少量ずつ加えて再沈殿させることで固形物を析出させた(再沈殿工程)。固形物を濾過によって回収し、減圧下、50℃で一晩乾燥させることで粉末状の固形物を得た。
原料パルプと、上記固形物(再生セルロース)の広角X線回折図(測定条件:試料形状は粉末状、測定機器と測定条件については原料セルロースの結晶化度の算出に用いた条件と同一)を図1に示す。実施例8で得られた固形物の広角X線回折図では原料パルプのX線回折パターンに見られるセルロースI型の回折は見られず、セルロースII型の回折が見られ、再生セルロースが得られたことが分かる。
Example 8 (Production of Regenerated Cellulose)
1.0 g of acetonitrile (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 1.0 g of TBAH with a purity of 70% obtained in Production Example 2 (TBAH pure content 0.70 g, methanol 0.30 g) in a glass container equipped with a stirrer. Was weighed and stirred at room temperature. 200 mg of the powdered raw material cellulose obtained in Production Example 1 was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour to prepare a 1% by mass cellulose solution (cellulose mixture preparation step). Next, 50 ml of ion-exchanged water was added to a beaker equipped with a stirrer, and the prepared cellulose solution was added little by little with a dropper and reprecipitated to precipitate a solid substance (reprecipitation step). The solid was collected by filtration and dried under reduced pressure at 50 ° C. overnight to obtain a powdery solid.
Wide-angle X-ray diffraction pattern of the raw material pulp and the solid substance (regenerated cellulose) (measurement conditions: sample shape is powder, measuring equipment and measurement conditions are the same as those used to calculate the crystallinity of raw material cellulose). It is shown in FIG. In the wide-angle X-ray diffraction pattern of the solid matter obtained in Example 8, the cellulose type I diffraction seen in the X-ray diffraction pattern of the raw material pulp was not observed, but the cellulose type II diffraction was observed, and regenerated cellulose was obtained. You can see that.
本発明の製造方法により得られるセルロース混合物は、セルロース誘導体の製造原料として用いると水溶性の高いセルロース誘導体を高選択率で得ることができる。また当該セルロース混合物は、再生セルロースの製造にも好適に用いられる。 When the cellulose mixture obtained by the production method of the present invention is used as a raw material for producing a cellulose derivative, a highly water-soluble cellulose derivative can be obtained with a high selectivity. The cellulose mixture is also suitably used for producing regenerated cellulose.
Claims (11)
前記原料セルロースが粉末状であり、該粉末状の原料セルロースのメジアン径が10μm以上1000μm以下であり、
前記有機溶剤が極性溶剤を含み、該極性溶剤が非プロトン性極性溶剤を含み、
前記非プロトン性極性溶剤がアセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、及びγ−ブチロラクトンからなる群から選ばれる1種以上を含み、
前記第四級アンモニウム水酸化物と前記溶媒との質量比が30/70〜60/40である、セルロース混合物の製造方法。 A method for producing a cellulose mixture comprising a step of mixing a raw material cellulose with a quaternary ammonium hydroxide and a solvent, wherein the solvent contains an organic solvent and the total amount of the quaternary ammonium hydroxide and the solvent. The water content in 100% by mass is less than 50% by mass,
The raw material cellulose is in the form of powder, and the median diameter of the powdered raw material cellulose is 10 μm or more and 1000 μm or less.
The organic solvent contains a polar solvent, and the polar solvent contains an aprotic polar solvent.
The aprotic polar solvent comprises one or more selected from the group consisting of acetonitrile, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and γ-butyrolactone.
A method for producing a cellulose mixture, wherein the mass ratio of the quaternary ammonium hydroxide to the solvent is 30/70 to 60/40.
式(1)中、R1〜R4はそれぞれ独立に、炭素数1以上24以下の、置換又は非置換の炭化水素基である。 The method for producing a cellulose mixture according to any one of claims 1 to 5, wherein the quaternary ammonium hydroxide is a compound represented by the following general formula (1).
In the formula (1), R 1 to R 4 are independently substituted or unsubstituted hydrocarbon groups having 1 or more and 24 or less carbon atoms.
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