JP7171607B2 - マイクロフィブリル化セルロースフォーム - Google Patents
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Description
(i)均質な混合物がもたらされるように、マイクロフィブリル化セルロースの所定量を、溶媒、好ましくは水中において、少なくとも1つの水溶性の塩の所定量と一緒に混合するステップ;
(ii)(i)の混合物を所望の形状に至らしめること、およびこの混合物をオーブンによって乾燥まで好ましくは80℃以上において、より好ましくは105℃以上において乾燥させるステップ(第1の乾燥ステップ);
(iii)ステップ(ii)の完了後に、ステップ(ii)の乾燥させられた材料を溶媒、好ましくは水中に浸漬し、それゆえに、ステップ(i)において追加された塩の少なくとも95%、好ましくは99.5%を浸出するステップ;
(iv)ステップ(iii)の完了後に、ステップ(iii)からのこの混合物をオーブンによって乾燥まで好ましくは80℃以上において、より好ましくは105℃以上において乾燥させ(第2の乾燥ステップ)、多孔質の塩不含材料をもたらすステップ。
多孔質材料の総体的な質量に対して相対的に、それぞれ質量によって85%以上、好ましくは95%以上、さらに好ましくは99%以上のマイクロフィブリル化セルロースを含むこと(前記マイクロフィブリル化セルロースは、マイクロフィブリル化セルロースを作り上げている繊維/フィブリルの長さがマイクロメートル範囲であり、マイクロフィブリル化セルロースを作り上げている繊維/フィブリルの直径がナノメートル範囲であるという特徴を有する);
1~1000kg/m3、好ましくは10~500kg/m3、さらに好ましくは10~200kg/m3、または5~50kg/m3である、体積あたりの質量の比として測定される密度、
によって特徴付けられる。
本発明による多孔質材料は考えられるいかなる形態または形状でも提供または製造することができ、例えば大きいシートとして、例えば絶縁または建設への使用のために提供される。
本発明では、セルロース、ゆえにマイクロフィブリル化セルロースの由来について、具体的な制約はない。原則的には、セルロースマイクロフィブリルの原材料は、いずれかのセルロース性の材料、特に木材、一年生植物、綿、亜麻、藁、ラミー、バガス(サトウキビから)、好適な藻類、ジュート、テンサイ、柑橘果実、食品加工産業もしくはエネルギー作物からの廃材、またはバクテリア由来もしくは動物由来、例えば被嚢類からのセルロースであり得る。
原則として、本発明におけるマイクロフィブリル化セルロースはその官能基に関し未改質であってもよく、あるいは物理的改質もしくは化学的改質されていてもよく、または両方であってもよい。
(a)セルロースパルプを少なくとも1つの機械的前処理ステップに付すステップ;
(b)ステップ(a)の機械的に前処理されたセルロースパルプをホモジナイズステップに付し、これにより、ステップ(a)の機械的に前処理されたセルロースパルプ中に存在するセルロース繊維と比べて低減された長さおよび直径のフィブリルおよびフィブリル束をもたらし、前記ステップ(b)がマイクロフィブリル化セルロースをもたらすステップ;
ここでホモジナイズステップ(b)は、ステップ(a)からのセルロースパルプを圧縮することとセルロースパルプを圧力降下に付すこととを含む。
マイクロフィブリル化セルロースの調製
本発明に従う多孔質材料を作るために用いられるMFCは商業的に利用可能であり、オウシュウトウヒ(軟材)からのセルロースパルプに基づく「Exilva-F01-V」としてBorregaard社によって市販されている。
ステップ(i)のMFCはペーストとして存在し、固形分含量10%であった。溶媒は水であった。
セルロースフォームの調製
例1のMFC(固形分含量:10%)50gを、50gのNaCl(アルドリッチ31434N;D50粒子サイズ:400μm)と注意深く混合した。得られたペーストをディスク形状に成形し、105℃で一晩乾燥させた。次いで、乾燥したディスクを蒸留水(200ml)中に浸漬し、4時間保持した。水を3回交換し、このステップの後にディスクを105℃で一晩乾燥させ、多孔質ディスク(4.8g)が得られた。
セルロースフォームの再分散試験
例2で得られた材料2gを198gの蒸留水と混合した。混合物をUltra-Turraxによって4min/10000rpmで混合し、再分散可能ではないことを意味する可視の相分離を有する懸濁液が得られた。
セルロースフォームの調製
例1のMFC(固形分含量:10%)60gを、60gのNaClと注意深く混合した。ペーストを直径9cmおよび高さ1.2cmのガラスペトリ皿上に広げ、45℃で一晩、その後105℃で一晩乾燥させた。乾燥したディスクを蒸留水(250ml)中に1時間浸漬した。水を3回交換し、これの後にディスクを105℃で8時間乾燥させ、直径8.7cmおよび厚さ0.8cmの多孔質ディスク(5.84g)が得られた(図1参照)。
セルロースフォームの調製
例1のExilva-F01-V50g(10%固形分含量)を100gのNaClと注意深く混合した。ペーストを直径9cmおよび高さ1.2cmのガラスペトリ皿上に広げ、45℃で一晩、その後105℃で一晩乾燥させた。乾燥したディスクを蒸留水(400ml)中に1時間浸漬した。水を3回交換し、この後にディスクを105℃で8時間乾燥させ、直径8.8cmおよび厚さ0.9cmの多孔質ディスク(4.76g)が得られた(図2参照)。
セルロースフォームの水吸収
例4で得られた材料321mg(およそ2cm×2cm)を蒸留水中に浸漬した。5分後に、その小片を水から取り出し、注意深くタッピングして過剰な水を除去した。小片の質量は1.44gであった。
セルロースフォームの水吸収
例5で得られた材料259mg(およそ2cm×2cm)を蒸留水中に浸漬した。5分後に、その小片を水から取り出し、注意深くタッピングして過剰な水を除去した。小片の質量は2.22gであった。
セルロースフィルムの水吸収
例1のMFC10g(10%固形分含量、塩の追加なし)を40gの水と注意深く混合した。懸濁液を直径9cmおよび厚さ1.2cmのガラスペトリ皿上で乾燥させ、105℃で一晩乾燥させ、薄型フィルムが得られた。そのフィルムの小片(486mg)を蒸留水中に浸漬した。5分後に、そのフィルム小片を水から取り出し、注意深くタッピングして過剰な水を除去した。フィルムの質量は816mgであった(図3参照)。
図4は、比較例8のフィルム状材料(塩なし)(最も左側の棒)と比較した、セルロースフォーム(例4および5、左から2番目および3番目の棒、それぞれ本発明による)の吸水量を示している。
Claims (8)
- 多孔質のマイクロフィブリル化セルロース系材料の製造方法であって、少なくとも次のステップ:
(i)均質な混合物がもたらされるように、マイクロフィブリル化セルロースの所定量を、水中において、少なくとも1つの水溶性の塩の所定量と一緒に混合するステップ;ここで、ステップ(i)の前記混合物中に存在する前記塩が、5μmから5mmまでの平均粒子サイズを有する粒子の形態で存在しており、
(ii)(i)の混合物を所望の形状となし、この混合物をオーブンによって乾燥させるステップ(第1の乾燥ステップ);
(iii)ステップ(ii)の完了後に、ステップ(ii)の乾燥させられた材料を水中に浸漬し、よって、ステップ(i)において添加された塩の95%以上を浸出するステップ;
(iv)ステップ(iii)の完了後に、ステップ(iii)からのこの混合物をオーブンによって乾燥させ(第2の乾燥ステップ)、多孔質の塩不含材料をもたらすステップ、
を含む、多孔質のマイクロフィブリル化セルロース系材料の製造方法。 - ステップ(ii)における混合物の乾燥が、80℃以上で行われる、請求項1に記載の方法。
- 塩の水への溶解度が、温度を20℃から100℃まで変化させるときに、25%未満だけ変化するという特徴を塩が有し、
この水溶性の塩が、20℃において、15g/100mlから100g/100mlまでの水への溶解度を有する、
請求項1又は2に記載の方法。 - 方法全体が凍結乾燥のステップを含まず、および/または、方法全体が、水以外のいずれかの溶媒の使用も、細孔形成剤として機能するいずれかの他の薬品化合物の使用も含まない、
請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。 - マイクロフィブリル化セルロースの量、すなわち水中のマイクロフィブリル化セルロース繊維/フィブリルの量(「固形分含量」)が、(i)の混合物中の水の質量に対する質量基準で、1%から30%までである、
請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 - (i)の混合物中に存在する塩とその混合物中のMFCの固形分含量との質量比が500:1から1:1までの範囲である、
請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。 - ステップ(i)の混合物中に存在する塩が、5μmから5mmまでの平均粒子サイズを有する粒子の形態で存在し、前記塩の少なくとも一部がステップ(i)および(ii)の間にこれらの粒子の形態に留まる、
請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。 - ステップ(i)の混合物中に存在する塩が、10μmから250μmまでの平均粒子サイズを有する粒子の形態で存在する、
請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
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