JP6925948B2 - 抗菌性微細セルロース - Google Patents
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Description
請求項2に記載の発明は、該微細セルロースのカルボキシル基量が0.1mmol/g以上3.0mmol/g以下であることを特徴とする請求項1に記載の抗菌性微細セルロースである。
請求項3に記載の発明は、該微細セルロースは結晶化度が50%以上であり、かつ、セルロースI型の結晶構造を有することを特徴とする請求項1または2に記載の抗菌性微細セルロースである。
また本発明の製造方法によれば、微細セルロースと金属微粒子を別々で混合する工程なく、静電的な相互作用を利用し、微細セルロースのカルボキシル基上に選択的に金属微粒子を還元析出することができるため、金属微粒子の凝集がなく、かつ高密度に微細セルロース上に金属微粒子を担持することが可能になる。分散性よく金属微粒子を微細セルロース上に担持させることができることから、透明性が高く、さらには抗菌性を低下させることなく金属微粒子の量を減少させることが可能になり、低コスト化を実現することが可能になる。
さらに溶媒中で金属微粒子を微細セルロース上に還元析出可能であるため、そのままコーティング剤として用いることも可能である。また、分散液はチキソトロピー性を有することからスプレーコーティングも可能であり、立体的な構造体にもコーティングすることも可能である。
本発明の抗菌性コーティング剤を例えば衣類にコートした場合、優れた抗菌性や消臭性を示し、クリーニング等によって適度に衣類から脱離をすることから硬くこわばることもない衣類を提供することも可能になる。
本発明の微細セルロースは結晶表面にカルボキシル基を有し、カルボキシル基量が0.1mmol/g以上3.0mmol/g以下が好ましい。0.5mmol/g以上2.0mmol/g以下がより好ましい。カルボキシル基量が0.1mmol/g未満であると、静電的な反発が起こらずに微細セルロースを均一に分散させることは難しい。また、3.0mmol/gを超えると、微細セルロースの結晶性が低下してしまうおそれがある。また、本発明の微細セルロースは数平均繊維幅が1nm以上50nm以下であり、且つ数平均繊維長が数平均繊維幅の100倍以上10000倍以下であることが好ましい。数平均繊維幅が1nm未満ではセルロースがナノファイバー状態にならず、50nmを超えると本発明の抗菌性微細セルロースにおいて十分な抗菌機能が得られないおそれがある。また、数平均繊維長が数平均繊維幅の100倍未満の場合、微細セルロース上に金属微粒子を析出した際に粘度が低いため、沈殿してしまうおそれがあり、反対に10000倍を超えると分散液の粘度が高くなり、分散性に問題が生じる可能性がある。
なお、上記のカルボキシル基量、微細セルロースのサイズは、下記で説明するセルロースを酸化する工程、微細化し分散液化する工程における諸条件を適宜調節することにより、所望の値に設定可能である。
また、微細セルロースは結晶化度が50%以上であり、かつ、セルロースI型の結晶構造を有することが好ましい。結晶化度が50%以上であることにより、内部に結晶構造を維持したまま微細な構造をとることができるため好ましく、セルロースI型の結晶構造を有することにより、結晶性の高い天然物由来のセルロースを用いることができるため好ましい。
酸化されるセルロースの原料としては、木材パルプ、非木材パルプ、古紙パルプ、コットン、バクテリアセルロース、バロニアセルロース、ホヤセルロース、微結晶セルロース等を用いることができる。
酸化セルロースを微細化する方法としてはまず、酸化セルロースを水やアルコールをはじめとした各種有機溶媒やそれらの混合溶媒中に懸濁させる。必要とあれば、分散性を上げるために分散液のpH調整を行ってもよい。pH調整に用いられるアルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア水溶液、さらには水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウムなどの有機アルカリなどが挙げられる。コストや入手のしやすさなどから水酸化ナトリウムが好ましい。
酸化微細セルロース表面に担持させる金属微粒子としては、特に限定しないが、抗菌性を有する金属微粒子が好ましく、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、レニウム、鉄、鉛、銅、亜鉛、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム、チタンなどの金属又はこれらの合金、または酸化物、複酸化物等が挙げられる。中でも、銀またはその化合物、例えば酸化銀、塩化銀等が好ましい。また、金属微粒子の粒子径が1nm以上20nm以下であれば、酸化微細セルロース表面においてより緻密に金属微粒子を担持することが可能になり、抗菌性の効率を向上させることが可能になる点から好ましい。また、酸化微細セルロース表面に金属微粒子を担持させる方法としては、特に限定しないが、酸化微細セルロース表面上に高密度に金属微粒子を担持させるため、前記金属または合金、酸化物、複酸化物等の溶液と酸化微細セルロースの水分散液を混合し、酸化微細セルロース表面のアニオン性のカルボキシル基と前記金属または合金、酸化物、複酸化物のカチオンを静電的に相互作用させ、還元し析出させることが好ましい。前記金属または合金、酸化物、複酸化物を還元させる方法としては、特に限定しないが、弱い還元剤を用いる方が粒径を小さく均一に制御しやすく、かつ簡便で好ましい。還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化アルミニウムリチウム、シアノ化水素化ホウ素ナトリウム、トリアルコキシ水素化アルミニウムリチウム、ジイソブチル水素化アルミニウム等の水素化金属が挙げられ、安全性や汎用性から水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。
このようにして、本発明の抗菌性微細セルロースの分散液、上記の形態では抗菌性微細セルロースの水分散液が得られる。
本発明では、上記のようにして得られた抗菌性微細セルロースの分散液、例えば抗菌性微細セルロースの水分散液を、そのまま抗菌性コーティング剤として用いることができる。このとき該水分散液の600nmにおける透過率は80%以上となり、透明性に優れる。
本発明の抗菌性コーティング剤は、様々な基材上に塗工し、コーティング膜を形成することが可能である。
本発明の抗菌性微細セルロースを含む分散液を基材上に塗工する場合の方法としては、コンマコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、ダイレクトグラビアコーター、リバースグラビアコーター、オフセットグラビアコーター、ロールキスコーター、リバースキスコーター、キスグラビアコーター、リバースキスグラビアコーター、エアドクターコーター、ナイフコーター、バーコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター、リップコーター、ディップコーター、ブレードコーター、ブラシコーター、カーテンコーター、ダイスロットコーター等のいずれかもしくは二つ以上の塗工方法を組み合わせて用いることができる。また立体に塗工する場合の方法としては、スプレーコーター、ディップコーター等のいずれかもしくは二つ以上の塗工方法を組み合わせて用いることできる。塗工方法はバッチ式、連続式によらない。
<セルロースのTEMPO酸化>
針葉樹晒クラフトパルプ30gを蒸留水1800gに懸濁し、蒸留水200gにTEMPOを0.3g、臭化ナトリウムを3g溶解させた溶液を加え、20℃まで冷却した。ここに2mol/l、密度1.15g/mlの次亜塩素酸ナトリウム水溶液172gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に20℃に保ち、反応中のpHの低下は0.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでpH10に保ち続けた。セルロースの質量に対して、水酸化ナトリウムが2.85mmol/gになったところで十分量のエタノールを添加し反応を停止させた。その後、pH1になるまで塩酸を添加した後、蒸留水で十分洗浄を繰り返し、酸化セルロースを得た。
上記TEMPO酸化で得た酸化セルロースを固形分重量で0.1g量りとり、1%濃度で水に分散させ、塩酸を加えてpHを3とした。その後0.5N水酸化ナトリウム水溶液を用いて電導度滴定法により、カルボキシル基量(mmol/g)を求めた。結果は1.6mmol/gであった。
上記TEMPO酸化で得た酸化セルロース1gを99gの蒸留水に分散させ、水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH10に調製した。調製した分散液をジューサーミキサーで60分間微細化処理し、1%濃度の酸化微細セルロースの水分散液を得た。
上記酸化微細セルロースの水分散液と5mM硝酸銀水溶液を混合し、十分攪拌した。その後、10mM水素化ホウ素ナトリウムを添加し、銀イオンを還元し酸化微細セルロース上に銀微粒子を担持させ、微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液を作製した。
前記実施例1のセルロースのTEMPO酸化において、水酸化ナトリウムの添加量を1.5mmol/gとし、得られた酸化セルロースのカルボキシル基量を1.3mmol/gとした以外は同様の方法で、実施例2の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液を作製した。
前記実施例1のセルロースのTEMPO酸化において、水酸化ナトリウムの添加量を4.0mmol/gとし、得られた酸化セルロースのカルボキシル基量を1.9mmol/gとした以外は同様の方法で、実施例3の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液を作製した。
前記実施例1の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液の作製において、硝酸銀水溶液の濃度を2.5mMとし、担持した銀微粒子の大きさを1nmとした以外は同様の方法で、実施例4の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液を作製した。
前記実施例1の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液の作製において、硝酸銀水溶液の濃度を10mMとし、担持した銀微粒子の大きさを4nmとした以外は同様の方法で、実施例5の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液を作製した。
5mM硝酸銀水溶液に10mM水素化ホウ素ナトリウム水溶液を添加し、充分攪拌し予め銀イオンを還元した。得られた液に実施例1の酸化微細セルロース水分散液を添加し比較例1の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液を作製した。
上記実施例1〜5および比較例1の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液をJIS L1902の菌液吸収法に基づき実施し、黄色ぶどう球菌の静菌活性値で評価した。
上記実施例1〜5および比較例1の微細セルロース−銀微粒子複合体水分散液の600nmにおける透過率をUV−vis分光光度計を用いて測定した。
結果を表1に示す。
Claims (3)
- 木材を由来とする微細セルロースの表面上に、銀またはその化合物からなる金属微粒子が担持されてなる抗菌性微細セルロースであって、前記微細セルロースは、少なくともその結晶表面にカルボキシル基を有し、前記金属微粒子は、前記微細セルロースの結晶表面のカルボキシル基上に析出したものであり、
該微細セルロースは数平均繊維幅が1nm以上3.5nm以下であり、
該抗菌性微細セルロースの水分散液の600nmにおける透過率が80%以上であり、
該微細セルロースは数平均繊維長が前記数平均繊維幅の100倍以上10000倍以下であり、
該金属微粒子の粒子径が1nm以上20nm以下である
ことを特徴とする抗菌性微細セルロース。 - 該微細セルロースのカルボキシル基量が0.1mmol/g以上3.0mmol/g以下であることを特徴とする請求項1に記載の抗菌性微細セルロース。
- 該微細セルロースは結晶化度が50%以上であり、かつ、セルロースI型の結晶構造を有することを特徴とする請求項1または2に記載の抗菌性微細セルロース。
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