JP7197490B2 - Method for producing anion-modified cellulose nanofiber - Google Patents

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Description

本発明はアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing anion-modified cellulose nanofibers.

セルロース系原料を2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシラジカル(以下、「TEMPO」と呼ぶ)と安価な酸化剤である次亜塩素酸ナトリウムとの共存下で処理すると、セルロースのミクロフィブリルの表面にカルボキシル基を効率よく導入することができる(特許文献1)。また、セルロース系原料をマーセル化した後にモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムと反応させることにより、セルロースにカルボキシメチル基を導入することができる(特許文献2)。カルボキシル基やカルボキシメチル基が導入されたセルロースは、溶媒中でこれらの基がマイナスに荷電する(以下、「アニオン変性セルロース」と呼ぶ)。このようなアニオン変性セルロースを溶媒中でミキサー等で処理すると、セルロースのミクロフィブリルであるセルロースナノファイバー分散液が得られることが知られている(特許文献3)。 Cellulosic raw material is treated in the presence of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter referred to as "TEMPO") and sodium hypochlorite, which is an inexpensive oxidizing agent. Then, carboxyl groups can be efficiently introduced onto the surface of cellulose microfibrils (Patent Document 1). Moreover, a carboxymethyl group can be introduced into cellulose by reacting with monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate after mercerizing a cellulosic raw material (Patent Document 2). Cellulose into which a carboxyl group or a carboxymethyl group has been introduced is negatively charged in a solvent (hereinafter referred to as "anion-modified cellulose"). It is known that when such anion-modified cellulose is treated with a mixer or the like in a solvent, a cellulose nanofiber dispersion liquid, which is cellulose microfibrils, can be obtained (Patent Document 3).

セルロースナノファイバーは、生分解性の水分散型素材である。上記の方法により得られたセルロースナノファイバーは、分散液の形態であるため、各種水溶性ポリマーとブレンドすることや、有機・無機系顔料と複合化して改質することもできる。また、セルロースナノファイバーをシート化又は繊維化することもできる。このような特性により、セルロースナノファイバーを高機能包装材料、透明有機基板部材、高機能繊維、分離膜、再生医療材料等に応用した新規高機能性商品の開発が検討されている。 Cellulose nanofibers are biodegradable, water-dispersible materials. Since the cellulose nanofibers obtained by the above method are in the form of a dispersion, they can be modified by blending with various water-soluble polymers or by combining with organic or inorganic pigments. Cellulose nanofibers can also be made into sheets or fibers. Due to these characteristics, the development of new high-performance products applying cellulose nanofibers to high-performance packaging materials, transparent organic substrate members, high-performance fibers, separation membranes, regenerative medicine materials, etc., is being studied.

上記の方法により得られたセルロースナノファイバー水分散液では、セルロースナノファイバーの表面に存在するカルボキシル基等のアニオン性基がナトリウム塩などの塩を形成し、親水性が高い状態となっている。樹脂と複合化する等、用途によっては、アニオン性基を酸型に変換して親水性を下げたセルロースナノファイバーが求められる。アニオン性基を酸型に変換するために、塩酸や硫酸等の鉱酸を用いた酸処理が行われている(特許文献4参照)。 In the aqueous dispersion of cellulose nanofibers obtained by the above method, anionic groups such as carboxyl groups present on the surface of the cellulose nanofibers form salts such as sodium salts, resulting in a state of high hydrophilicity. Cellulose nanofibers with reduced hydrophilicity by converting anionic groups into acid forms are required for some applications, such as compounding with resins. In order to convert an anionic group into an acid form, an acid treatment using a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid is performed (see Patent Document 4).

特開2008-001728号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-001728 特開平10-251301号公報JP-A-10-251301 国際公開第2011/115154号WO2011/115154 国際公開第2010/116795号WO2010/116795

アニオン性基を酸型に変化するために鉱酸を用いた酸処理行うと、塩化ナトリウム等の副生成物が生成するため、洗浄によりこの副生成物を取り除く必要がある。また、洗浄に使用した水を脱水して除去する必要があり、脱水後には、ろ布を通過させて残ったろ物を回収するが、極めて短い繊維長のセルロースナノファイバーはろ布を通過してしまうため、収率が大きく低下する場合があった。
そのため、アニオン変性セルロースナノファイバー塩を脱塩する方法として、副生成物の発生がない陽イオン交換樹脂を用いた方法の検討が始まっている。
Acid treatment with a mineral acid to convert an anionic group into an acid form produces by-products such as sodium chloride, which must be removed by washing. In addition, it is necessary to remove the water used for washing by dehydration, and after dehydration, the remaining filter material is collected by passing it through the filter cloth, but cellulose nanofibers with extremely short fiber lengths pass through the filter cloth. Therefore, in some cases, the yield is greatly reduced.
Therefore, as a method for desalting the anion-modified cellulose nanofiber salt, studies have begun on a method using a cation exchange resin that does not generate by-products.

本発明の目的は、使用済みの陽イオン交換樹脂がセルロースナノファイバーに混入することがないアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for producing anion-modified cellulose nanofibers in which used cation exchange resin does not contaminate the cellulose nanofibers.

本発明者は上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、使用済みの陽イオン交換樹脂を回収することにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies aimed at solving the above problems, the present inventors have found that the above objects can be achieved by recovering used cation exchange resins, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、以下の(1)~(12)を提供する。
(1)アニオン変性セルロースを調製する調製工程と、前記調製工程にて得られた前記アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバー塩を得る解繊工程と、前記解繊工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバー塩に対して、陽イオン交換樹脂を用いた陽イオン交換反応を行うことにより脱塩処理してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る脱塩工程と、前記脱塩工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバーと前記陽イオン交換樹脂を含む混合物から前記陽イオン交換樹脂を回収する回収工程とを有するアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(2)前記回収工程で、0.01MPa以上5MPa以下の加圧ろ過又は0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧ろ過を行う(1)に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(3)前記回収工程において、目開き5μm以上400μm以下のメッシュ状、もしくはスリット幅5μm以上400μm以下のスリット状のろ材を用いる(1)又は(2)に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(4)前記回収工程の前又は後に、精密ろ過の工程をさらに有する(1)~(3)の何れかに記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(5)前記回収工程で回収された前記陽イオン交換樹脂に対して、酸処理による陽イオン交換樹脂の再生工程を実施する(1)~(4)の何れかに記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(6)前記回収工程での前記混合物の送液及び加圧ろ過、もしくは前記脱塩工程と前記回収工程との間の送液に、容積式ネジポンプを用いる工程を含む(1)~(5)の何れかに記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(7)前記容積式ネジポンプは、容積式一軸偏心ネジポンプ又は容積式二軸スクリューポンプである(6)に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(8)前記回収工程での前記混合物の送液及び加圧ろ過、もしくは前記脱塩工程と前記回収工程との間の送液に、容積式往復ポンプを用いる工程を含む(1)~(5)の何れかに記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(9)前記容積式往復ポンプは、容積式ダイヤフラムポンプである(8)に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(10)前記調製工程は、セルロース系原料をN-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて酸化する工程を含み、前記調製工程により得られる前記アニオン変性セルロースは、セルロースにカルボキシル基が導入されたものである(1)~(9)の何れかに記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(11)前記調製工程は、セルロース系原料をマーセル化剤によりマーセル化処理した後、カルボキシメチル化剤と反応させる工程を含み、前記調製工程により得られる前記アニオン変性セルロースは、セルロースにカルボキシメチル基が導入されたものである(1)~(9)の何れかに記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
(12)前記調製工程は、セルロース系原料にリン酸系化合物を添加する工程を含み、前記調製工程により得られる前記アニオン変性セルロースは、セルロースにリン酸基が導入されたものである(1)~(9)の何れかに記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
That is, the present invention provides the following (1) to (12).
(1) A preparation step of preparing anion-modified cellulose, a defibration step of defibrating the anion-modified cellulose obtained in the preparation step to obtain an anion-modified cellulose nanofiber salt, and a desalting step of obtaining anion-modified cellulose nanofibers by subjecting the obtained anion-modified cellulose nanofiber salt to a cation exchange reaction using a cation exchange resin to obtain an anion-modified cellulose nanofiber; and a recovery step of recovering the cation exchange resin from a mixture containing the anion-modified cellulose nanofibers obtained by the above method and the cation-exchange resin.
(2) The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to (1), wherein in the recovery step, pressure filtration at 0.01 MPa or more and 5 MPa or less or vacuum filtration at 0.01 MPa or more and 0.1 MPa or less is performed.
(3) The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to (1) or (2), in which a mesh-like filter medium with an opening of 5 μm or more and 400 μm or less or a slit-like filter medium with a slit width of 5 μm or more and 400 μm or less is used in the collection step. .
(4) The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to any one of (1) to (3), further comprising a microfiltration step before or after the recovery step.
(5) The anion-modified cellulose nanofiber according to any one of (1) to (4), wherein the cation exchange resin recovered in the recovery step is subjected to a cation exchange resin regeneration step by acid treatment. manufacturing method.
(6) including a step of using a positive displacement screw pump for liquid transfer and pressure filtration of the mixture in the recovery step, or liquid transfer between the desalting step and the recovery step (1) to (5) 3. A method for producing an anion-modified cellulose nanofiber according to any one of .
(7) The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to (6), wherein the positive displacement screw pump is a positive displacement uniaxial eccentric screw pump or a positive displacement twin screw pump.
(8) including a step of using a positive displacement reciprocating pump for liquid transfer and pressure filtration of the mixture in the recovery step, or liquid transfer between the desalination step and the recovery step (1) to (5) ).
(9) The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to (8), wherein the positive displacement reciprocating pump is a positive displacement diaphragm pump.
(10) The preparation step includes a step of oxidizing the cellulosic raw material using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromides, iodides, and mixtures thereof. , The method for producing an anion-modified cellulose nanofiber according to any one of (1) to (9), wherein the anion-modified cellulose obtained by the preparation step is cellulose to which a carboxyl group has been introduced.
(11) The preparation step includes a step of mercerizing the cellulosic raw material with a mercerizing agent and then reacting it with a carboxymethylating agent, and the anion-modified cellulose obtained by the preparation step has a carboxymethyl group on the cellulose. The method for producing an anion-modified cellulose nanofiber according to any one of (1) to (9), wherein the is introduced.
(12) The preparation step includes a step of adding a phosphate compound to the cellulosic raw material, and the anion-modified cellulose obtained by the preparation step is obtained by introducing a phosphate group into the cellulose (1). The method for producing an anion-modified cellulose nanofiber according to any one of (9).

本発明によれば、使用済みの陽イオン交換樹脂がセルロースナノファイバーに混入することがないアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing anion-modified cellulose nanofibers in which the cellulose nanofibers are not contaminated with used cation exchange resins.

以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「~」は端値を含む。すなわち「X~Y」はその両端の値XおよびYを含む。 The present invention will be described in detail below. In the present invention, "-" includes end values. That is, "X through Y" includes the values X and Y at both ends.

本発明のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法は、アニオン変性セルロースを調製する調製工程と、前記調製工程にて得られた前記アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバー塩を得る解繊工程と、前記解繊工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバー塩に対して、陽イオン交換樹脂を用いた陽イオン交換反応を行うことにより脱塩処理してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る脱塩工程と、前記脱塩工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバーと前記陽イオン交換樹脂を含む混合物から前記陽イオン交換樹脂を回収する回収工程とを有する。 The method for producing anion-modified cellulose nanofibers of the present invention comprises a preparation step of preparing anion-modified cellulose, and defibration of the anion-modified cellulose obtained in the preparation step to obtain an anion-modified cellulose nanofiber salt. and the anion-modified cellulose nanofiber salt obtained in the fibrillation step is desalted by performing a cation exchange reaction using a cation exchange resin to obtain anion-modified cellulose nanofibers. It has a desalting step and a recovery step of recovering the cation exchange resin from the mixture containing the anion-modified cellulose nanofibers obtained in the desalting step and the cation exchange resin.

(調製工程)
本発明の調製工程においては、セルロース系原料をアニオン変性して、アニオン変性セルロースを調製する。
(Preparation process)
In the preparation process of the present invention, a cellulosic raw material is anion-modified to prepare anion-modified cellulose.

(セルロース系原料)
セルロース系原料としては、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等を起源とするものが知られており、本発明ではそのいずれも使用できる。植物または微生物由来のセルロース繊維が好ましく、植物由来のセルロース繊維がより好ましい。
(cellulosic raw material)
Cellulosic raw materials include plants (e.g., wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, pulp (softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp). (LUKP), bleached hardwood kraft pulp (LBKP), unbleached softwood sulfite pulp (NUSP), bleached softwood sulfite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.), animals (e.g. sea squirts) , algae, microorganisms (e.g., acetobacter), microbial products, etc. are known, and any of them can be used in the present invention.Cellulose fibers derived from plants or microorganisms are preferred, and cellulose fibers derived from plants are preferred. of cellulose fibers are more preferred.

(アニオン変性)
アニオン変性とはセルロースにアニオン基を導入することであり、具体的に酸化または置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入することである。本発明において前記酸化反応とはピラノース環の水酸基を直接カルボキシル基に酸化する反応をいう。また、本発明において置換反応とは、当該酸化以外の置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入する反応である。
(anion modification)
Anionic modification is the introduction of anionic groups into cellulose, specifically the introduction of anionic groups into pyranose rings by oxidation or substitution reaction. In the present invention, the oxidation reaction means a reaction of directly oxidizing a hydroxyl group of a pyranose ring to a carboxyl group. Further, in the present invention, the substitution reaction is a reaction for introducing an anionic group into the pyranose ring by a substitution reaction other than the oxidation.

(カルボキシル化)
アニオン変性セルロースとしてカルボキシル化(酸化)したセルロースを用いることができる。本発明におけるカルボキシ基とは、-COOH(酸型)または-COOM(塩型)をいう。ここで、Mは金属イオンであり、ナトリウムやカリウムが挙げられる。カルボキシル化セルロース(「酸化セルロース」とも呼ぶ)は、上記のセルロース系原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。特に限定されないが、カルボキシル基の量はアニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、0.6~3.0mmol/gが好ましく、1.0~2.0mmol/gがさらに好ましい。カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース系原料を、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(-COOH)またはカルボキシレート基(-COO-)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。
(carboxylation)
Carboxylated (oxidized) cellulose can be used as the anion-modified cellulose. The carboxy group in the present invention means -COOH (acid form) or -COOM (salt form). Here, M is a metal ion such as sodium or potassium. Carboxylated cellulose (also called “oxidized cellulose”) can be obtained by carboxylating (oxidizing) the above cellulosic raw material by a known method. Although not particularly limited, the amount of carboxyl groups is preferably 0.6 to 3.0 mmol/g, more preferably 1.0 to 2.0 mmol/g, relative to the absolute dry mass of the anion-modified cellulose nanofiber. As an example of a carboxylation (oxidation) method, a cellulosic feedstock is treated in water with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromides, iodides, and mixtures thereof. A method of oxidation can be mentioned. This oxidation reaction selectively oxidizes the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface, resulting in a cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (--COOH) or carboxylate group ( --COO.sup.- ) on the surface. can be obtained. Although the concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, it is preferably 5% by mass or less.

N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N-オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であればいずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4-ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物の使用量は、セルロース系原料を酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.01~10mmolが好ましく、0.01~1mmolがより好ましく、0.01~0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1~4mmol/L程度がよい。 An N-oxyl compound means a compound capable of generating a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction. Examples include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivatives (eg 4-hydroxy TEMPO). The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalyst amount capable of oxidizing the cellulosic raw material. For example, it is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and even more preferably 0.01 to 0.5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulosic raw material. Further, it is preferable that the concentration is about 0.1 to 4 mmol/L with respect to the reaction system.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.1~100mmolが好ましく、0.1~10mmolがより好ましく、0.5~5mmolがさらに好ましい。当該変性は酸化反応による変性である。 Bromides are compounds containing bromine, examples of which include alkali metal bromides that can be dissociated and ionized in water. Also, iodides are compounds containing iodine, examples of which include alkali metal iodides. The amount of bromide or iodide to be used can be selected within a range capable of promoting the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and even more preferably 0.5 to 5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulosic raw material. The modification is modification by an oxidation reaction.

酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.5~500mmolが好ましく、0.5~50mmolがより好ましく、2.5~25mmolがさらに好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1~40molが好ましい。 Known oxidizing agents can be used, for example, halogens, hypohalous acids, halogenous acids, perhalogenates or salts thereof, halogen oxides, peroxides and the like can be used. Among them, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has less environmental load. An appropriate amount of the oxidizing agent to be used is, for example, preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, and even more preferably 2.5 to 25 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulosic raw material. Further, for example, 1 to 40 mol is preferable per 1 mol of the N-oxyl compound.

セルロース系原料の酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4~40℃が好ましく、また15~30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHが低下する。酸化反応を効率よく進行させるために、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を随時反応系中に添加して、反応液のpHを9~12、好ましくは10~11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5~6時間、例えば、0.5~4時間程度である。 In the process of oxidizing cellulosic raw materials, the reaction can proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40°C, and may be room temperature of about 15 to 30°C. As the reaction progresses, carboxyl groups are generated in the cellulose, so that the pH of the reaction solution is lowered. In order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to the reaction system as needed to maintain the pH of the reaction solution at about 9-12, preferably about 10-11. Water is preferable as the reaction medium because it is easy to handle and less likely to cause side reactions. The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually about 0.5 to 6 hours, for example about 0.5 to 4 hours.

また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後にろ別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する塩による反応阻害を受けることなく、セルロース系原料に効率よくカルボキシル基を導入することができる。 Moreover, the oxidation reaction may be carried out in two steps. For example, the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the reaction in the first step is oxidized again under the same or different reaction conditions, so that the cellulose can be obtained without reaction inhibition due to salts produced as a by-product in the reaction in the first step. A carboxyl group can be efficiently introduced into a system raw material.

酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。アニオン変性セルロースナノファイバーにおけるカルボキシル基量とセルロースナノファイバーとしたときのカルボキシル基量は同じであることが好ましい。 The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the amount of the oxidizing agent added and the reaction time. The amount of carboxyl groups in the anion-modified cellulose nanofibers and the amount of carboxyl groups in the cellulose nanofibers are preferably the same.

本発明では、上記の工程で得られる酸化セルロースにおいて、セルロース系原料に導入したカルボキシル基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、酸化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。 In the present invention, in the oxidized cellulose obtained by the above steps, the carboxyl group introduced into the cellulosic raw material is usually in the form of a salt, such as an alkali metal salt such as a sodium salt. Prior to the defibration step, the alkali metal salt of the oxidized cellulose may be replaced with other cationic salts such as phosphonium salts, imidazolinium salts, ammonium salts, sulfonium salts and the like. Substitutions can be carried out by known methods.

(カルボキシメチル化)
好ましいアニオン基としては、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基が挙げられる。本発明におけるカルボキシアルキル基とは、-RCOOH(酸型)または-RCOOM(塩型)をいう。ここでRはメチレン基、エチレン基等のアルキレン基、Mは金属イオンである。カルボキシアルキル化セルロースは公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.60未満であることが好ましい。さらにアニオン基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシメチル置換度は0.60未満であることが好ましい。当該置換度が0.60以上であると結晶性が低下し、溶解成分の割合が増加するため、ナノファイバーとしての機能が失われる。またカルボキシアルキル置換度の下限値は0.01以上が好ましい。操業性を考慮すると当該置換度は0.02~0.50であることが特に好ましく、0.10~0.30であることが更に好ましい。このようなカルボキシアルキル化セルロースを製造する方法の一例として、以下の工程を含む方法が挙げられる。当該変性は置換反応による変性である。カルボキシメチル化セルロースを例にして説明する。
i)発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0~70℃、好ましくは10~60℃、かつ反応時間15分~8時間、好ましくは30分~7時間、マーセル化処理する工程、
ii)次いで、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05~10.0倍モル添加し、反応温度30~90℃、好ましくは40~80℃、かつ反応時間30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、エーテル化反応を行う工程。
(Carboxymethylation)
Preferred anionic groups include carboxyalkyl groups such as carboxymethyl groups. The carboxyalkyl group in the present invention means -RCOOH (acid form) or -RCOOM (salt form). Here, R is an alkylene group such as a methylene group or an ethylene group, and M is a metal ion. Carboxyalkylated cellulose may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used. Preferably, the degree of carboxyalkyl substitution per anhydroglucose unit of the cellulose is less than 0.60. Furthermore, when the anionic group is a carboxymethyl group, the degree of carboxymethyl substitution is preferably less than 0.60. If the degree of substitution is 0.60 or more, the crystallinity is lowered and the proportion of dissolved components is increased, so that the function as nanofibers is lost. Also, the lower limit of the degree of carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 or more. Considering workability, the degree of substitution is particularly preferably 0.02 to 0.50, more preferably 0.10 to 0.30. An example of a method for producing such carboxyalkylated cellulose includes the following steps. The modification is modification by a substitution reaction. Carboxymethylated cellulose will be described as an example.
i) Mix the raw material, solvent and mercerizing agent, and mercerize at a reaction temperature of 0 to 70° C., preferably 10 to 60° C., for a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. process,
ii) Then, a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times mol per glucose residue, the reaction temperature is 30 to 90° C., preferably 40 to 80° C., and the reaction time is 30 minutes to 10 hours, preferably A step of performing an etherification reaction for 1 to 4 hours.

発底原料としては前述のセルロース系原料を使用できる。溶媒としては、3~20質量倍の水または低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、または2種以上の混合媒体を使用できる。低級アルコールを混合する場合、その混合割合は60~95質量%である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5~20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用できる。 As the bottom raw material, the above-mentioned cellulose-based raw material can be used. As the solvent, 3 to 20 times by mass of water or a lower alcohol, specifically water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc. alone, or two Mixed media of more than one species can be used. When a lower alcohol is mixed, the mixing ratio is 60 to 95% by mass. As the mercerizing agent, an alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, can be used in an amount of 0.5 to 20 times the moles of the anhydroglucose residue of the starting material.

前述のとおり、セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は0.04未満であり、0.01以上0.60未満であることが好ましい。セルロースにカルボキシメチル置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カルボキシメチル置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換基が0.02より小さいと、ナノ解繊が十分でない場合がある。アニオン変性セルロースナノファイバーにおける置換度とセルロースナノファイバーとしたときの置換度は通常、同じである。 As described above, the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of cellulose is less than 0.04, preferably 0.01 or more and less than 0.60. By introducing carboxymethyl substituents into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which carboxymethyl substituents have been introduced can be easily nano-fibrillated. If the number of carboxymethyl substituents per glucose unit is less than 0.02, nano-fibrillation may not be sufficient. The degree of substitution in anion-modified cellulose nanofibers and the degree of substitution in cellulose nanofibers are usually the same.

本発明では、上記の工程で得られるカルボキシアルキル化セルロースにおいて、セルロース系原料に導入したカルボキシアルキル基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、カルボキシアルキル化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。 In the present invention, in the carboxyalkylated cellulose obtained by the above steps, the carboxyalkyl group introduced into the cellulosic raw material is usually in the form of a salt, such as an alkali metal salt such as a sodium salt. Prior to the defibration step, the alkali metal salts of the carboxyalkylated cellulose may be replaced with other cationic salts such as phosphonium salts, imidazolinium salts, ammonium salts, sulfonium salts and the like. Substitutions can be carried out by known methods.

(エステル化)
アニオン変性セルロースとしてエステル化したセルロースを用いることもできる。セルロース系原料にリン酸系化合物Aの粉末や水溶液を混合する方法、セルロース系原料のスラリーにリン酸系化合物Aの水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸系化合物Aはリン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらは1種、あるいは2種以上を併用してリン酸基を導入することができる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物Aは水溶液として用いることが望ましい。リン酸系化合物Aの水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。
(Esterification)
Esterified cellulose can also be used as anion-modified cellulose. Examples include a method of mixing a cellulose-based raw material with a powder or an aqueous solution of the phosphate-based compound A, and a method of adding an aqueous solution of the phosphate-based compound A to a slurry of the cellulose-based raw material. Phosphoric acid compound A includes phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of salts. Among the above, a compound having a phosphate group is preferable because it is low cost, easy to handle, and can introduce a phosphate group into the cellulose of the pulp fiber to improve defibration efficiency. Compounds having a phosphate group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, phosphorus Tripotassium acid, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like. These may be used singly or in combination of two or more to introduce a phosphate group. Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid, from the viewpoint of high efficiency of introduction of phosphate group, easy fibrillation in the fibrillation process described below, and easy industrial application is preferred. Sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are particularly preferred. Further, it is desirable to use the phosphoric acid compound A in the form of an aqueous solution, since the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introduction of the phosphoric acid group is increased. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid-based compound A is preferably 7 or less because the efficiency of introducing phosphate groups is high, but from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fibers, the pH is preferably 3 to 7.

リン酸エステル化セルロースの製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1~10質量%のセルロース系原料の懸濁液に、リン酸系化合物Aを撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物Aの添加量はリン元素量として、0.2~500質量部であることが好ましく、1~400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物Aの割合が前記下限値以上であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるので、コスト面から好ましくない。 Examples of the method for producing the phosphorylated cellulose include the following method. A phosphoric acid compound A is added to a suspension of a cellulosic raw material having a solid concentration of 0.1 to 10% by mass while stirring to introduce a phosphoric acid group into the cellulose. When the cellulosic raw material is 100 parts by mass, the amount of phosphoric acid compound A added is preferably 0.2 to 500 parts by mass, more preferably 1 to 400 parts by mass, in terms of elemental amount of phosphorus. . If the proportion of the phosphoric acid-based compound A is at least the lower limit, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. However, if the above upper limit is exceeded, the effect of improving the yield reaches a ceiling, which is not preferable from the viewpoint of cost.

リン酸系化合物Aの他に化合物Bの粉末や水溶液を混合してもよい。化合物Bは特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃~赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。化合物Bの添加量はセルロース系原料の固形分100質量部に対して、2~1000質量部が好ましく、100~700質量部がより好ましい。反応温度は0~95℃が好ましく、30~90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1~600分程度であり、30~480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100~170℃で加熱処理することが好ましい。 In addition to the phosphoric acid-based compound A, a powder or aqueous solution of the compound B may be mixed. The compound B is not particularly limited, but a basic nitrogen-containing compound is preferable. "Basic" herein is defined as the pink-red color of the aqueous solution in the presence of the phenolphthalein indicator or the pH of the aqueous solution being greater than 7. The basic nitrogen-containing compound used in the present invention is not particularly limited as long as the effect of the present invention is exhibited, but a compound having an amino group is preferable. Examples include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like. Among them, urea is preferred because it is inexpensive and easy to handle. The amount of compound B added is preferably 2 to 1000 parts by mass, more preferably 100 to 700 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the cellulosic raw material. The reaction temperature is preferably 0 to 95°C, more preferably 30 to 90°C. Although the reaction time is not particularly limited, it is about 1 to 600 minutes, more preferably 30 to 480 minutes. When the esterification reaction conditions are within these ranges, cellulose can be prevented from being excessively esterified and easily dissolved, and the yield of phosphate esterified cellulose is improved. After dehydrating the obtained phosphate-esterified cellulose suspension, it is preferable to heat-treat at 100 to 170° C. from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose. Further, it is preferable to heat at 130° C. or less, preferably 110° C. or less while water is contained in the heat treatment, and heat at 100 to 170° C. after removing the water.

リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース系原料は煮沸した後、冷水で洗浄することで洗浄されることが好ましい。これらのエステル化による変性は置換反応による変性である。アニオン変性セルロースナノファイバーにおける置換度とセルロースナノファイバーとしたときの置換度は同じであることが好ましい。 The degree of phosphate group substitution per glucose unit of the phosphated cellulose is preferably 0.001 or more and less than 0.40. By introducing a phosphate group substituent into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which a phosphate group has been introduced can be easily nano-fibrillated. If the degree of phosphate group substitution per glucose unit is less than 0.001, sufficient nanofibrillation cannot be achieved. On the other hand, if the degree of phosphate group substitution per glucose unit is greater than 0.40, the nanofibers may not be obtained due to swelling or dissolution. In order to perform defibration efficiently, it is preferable that the obtained phosphoric esterified cellulose-based raw material is washed by washing with cold water after boiling. Modification by these esterifications is modification by a substitution reaction. The degree of substitution in the anion-modified cellulose nanofiber and the degree of substitution in the cellulose nanofiber are preferably the same.

本発明では、上記の工程で得られるリン酸エステル化セルロースにおいて、セルロース系原料に導入したリン酸基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、リン酸エステル化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。 In the present invention, in the phosphate-esterified cellulose obtained by the above steps, the phosphate group introduced into the cellulosic raw material is usually in the form of a salt, such as an alkali metal salt such as a sodium salt. Prior to the fibrillation step, the alkali metal salt of the phosphate esterified cellulose may be replaced with other cation salts such as phosphonium salts, imidazolinium salts, ammonium salts, sulfonium salts and the like. Substitutions can be carried out by known methods.

(解繊工程)
本発明の解繊工程においては、アニオン変性セルロースを解繊する。解繊処理としては、例えば、アニオン変性セルロースを十分に水洗した後、高速せん断ミキサーや高圧ホモジナイザー等の公知の装置を用いて行うことができる。解繊装置の種類としては、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式が挙げられる。これらの装置は単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(Fibrillation process)
In the defibration step of the present invention, anion-modified cellulose is defibrated. As defibration treatment, for example, after sufficiently washing the anion-modified cellulose with water, it can be carried out using a known device such as a high-speed shearing mixer or a high-pressure homogenizer. Examples of the types of defibration equipment include high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, and ultrasonic type. These devices may be used alone, or two or more of them may be used in combination.

高速せん断ミキサーを用いる場合、せん断速度は1000sec-1以上が好ましい。せん断速度が1000sec-1以上であると、凝集構造が少なく、均一にナノファイバー化することができる。高圧ホモジナイザーを用いる場合、印加する圧力は、50MPa以上が好ましく、100MPa以上がより好ましく、140MPa以上がさらに好ましい。当該圧力の湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーで処理すると、ナノファイバー化が効率よく進行し、水分散液とした場合に低粘度の、アニオン変性セルロースナノファイバーを効率よく得ることができる。When using a high-speed shear mixer, the shear rate is preferably 1000 sec -1 or more. When the shear rate is 1000 sec -1 or more, the aggregate structure is small and nanofibers can be formed uniformly. When using a high-pressure homogenizer, the applied pressure is preferably 50 MPa or higher, more preferably 100 MPa or higher, and even more preferably 140 MPa or higher. When treated with a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer at this pressure, nanofiber formation proceeds efficiently, and anion-modified cellulose nanofibers with low viscosity can be efficiently obtained in the case of an aqueous dispersion.

アニオン変性セルロースは、水等の水分散液として解繊処理に供する。水分散液中のアニオン変性セルロースの濃度が高いと、解繊処理の途中で粘度が過度に増大して均一に解繊できない場合や、装置が停止するという場合がある。従って、アニオン変性セルロースの濃度は、アニオン変性セルロースの処理条件に応じて適宣設定する必要がある。一例として、アニオン変性セルロースの濃度は、0.3~50%(w/v)が好ましく、0.5~10%(w/v)がより好ましく、1.0~5%(w/v)がさらに好ましい。本発明においては、アニオン変性セルロースを解繊した後に、アニオン変性セルロースナノファイバー塩が得られる。 Anion-modified cellulose is subjected to defibration treatment as an aqueous dispersion such as water. If the concentration of the anion-modified cellulose in the aqueous dispersion is high, the viscosity may excessively increase during the defibration treatment, and the fibrillation may not be uniform, or the apparatus may stop. Therefore, the concentration of the anion-modified cellulose should be properly set according to the processing conditions for the anion-modified cellulose. As an example, the concentration of anion-modified cellulose is preferably 0.3 to 50% (w/v), more preferably 0.5 to 10% (w/v), and 1.0 to 5% (w/v). is more preferred. In the present invention, an anion-modified cellulose nanofiber salt is obtained after defibrating the anion-modified cellulose.

(脱塩工程)
本発明の脱塩工程においては、アニオン変性セルロースナノファイバー塩に対して、陽イオン交換樹脂を接触させて陽イオン交換反応を行うことにより脱塩処理してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る。アニオン変性セルロースナノファイバー塩は、陽イオン交換樹脂と接触することによりカチオン塩がプロトンに置換される。陽イオン交換樹脂を用いるので、不要な塩化ナトリウム等の副生成物が生成しない。
(Desalination process)
In the desalting step of the present invention, the anion-modified cellulose nanofiber salt is brought into contact with a cation exchange resin to perform a cation exchange reaction, thereby obtaining an anion-modified cellulose nanofiber. In the anion-modified cellulose nanofiber salt, the cation salt is replaced with protons by contacting with a cation exchange resin. Since a cation exchange resin is used, unnecessary by-products such as sodium chloride are not generated.

アニオン変性セルロースナノファイバー塩は、解繊工程で得られた水分散液を脱塩工程にそのまま供することができる。なお、必要に応じて水を添加して濃度を低くすることもできる。 The anion-modified cellulose nanofiber salt can be directly subjected to the desalting step in the aqueous dispersion obtained in the defibration step. In addition, water can be added as needed to lower the concentration.

陽イオン交換樹脂としては、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂及び弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。中でも、強酸性イオン交換樹脂を用いることが好ましい。強酸性イオン交換樹脂及び弱酸性イオン交換樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂或いはアクリル系樹脂にスルホン酸基或いはカルボキシ基を導入したものが挙げられる。
陽イオン交換樹脂の形状は、特に限定されず、細粒(粒状)、膜状、繊維等、種々の形状のものを用いることができる。中でも、アニオン変性セルロースナノファイバー塩を効率よく処理し、処理後の分離が容易であるとの観点から、粒状が好ましい。このような陽イオン交換樹脂としては市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、アンバージェット1020、同1024、同1060、同1220(以上、オルガノ社製)、アンバーライトIR-200C、同IR-120B(以上、東京有機化学社製)、レバチットSP 112、同S100(以上、バイエル社製)、GEL CK08P(三菱化学社製)、Dowex 50W-X8(ダウ・ケミカル社製)等が挙げられる。
As the cation exchange resin, both strongly acidic ion exchange resins and weakly acidic ion exchange resins can be used as long as the counter ion is H + . Among them, it is preferable to use a strongly acidic ion exchange resin. Examples of strongly acidic ion exchange resins and weakly acidic ion exchange resins include those obtained by introducing sulfonic acid groups or carboxyl groups into styrene resins or acrylic resins.
The shape of the cation exchange resin is not particularly limited, and various shapes such as fine granules (granules), membranes, and fibers can be used. Among them, the granular form is preferable from the viewpoint of efficiently treating the anion-modified cellulose nanofiber salt and facilitating separation after the treatment. A commercial product can be used as such a cation exchange resin. Commercially available products include, for example, Amberjet 1020, Amberjet 1024, Amberjet 1060, Amberjet 1220 (manufactured by Organo Corporation), Amberlite IR-200C, Amberlite IR-120B (manufactured by Tokyo Organic Chemical Co., Ltd.), Lewatit SP 112. , S100 (manufactured by Bayer), GEL CK08P (manufactured by Mitsubishi Chemical), Dowex 50W-X8 (manufactured by Dow Chemical) and the like.

アニオン変性セルロースナノファイバー塩と陽イオン交換樹脂の接触は、例えば、粒状の陽イオン交換樹脂とアニオン変性セルロースナノファイバー塩の水分散液を混合し、必要に応じ撹拌・振とうしながら、アニオン変性セルロースナノファイバー塩と陽イオン交換樹脂とを一定時間接触させることにより行うことができる。 The contact between the anion-modified cellulose nanofiber salt and the cation exchange resin is performed by, for example, mixing an aqueous dispersion of the granular cation exchange resin and the anion-modified cellulose nanofiber salt, stirring and shaking as necessary, and performing anion-modification. It can be carried out by contacting the cellulose nanofiber salt and the cation exchange resin for a certain period of time.

水分散液の濃度や陽イオン交換樹脂との比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。一例として、水分散液の濃度は、0.05~10質量%が好ましい。水分散液の濃度が0.05質量%未満であると、プロトン置換に要する時間がかかりすぎる場合がある。水分散液の濃度が10質量%超であると、十分なプロトン置換の効果が得られない場合がある。
接触時間も特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。例えば、0.2~4時間接触させて行うことができる。
The concentration of the aqueous dispersion and the ratio to the cation exchange resin are not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set them from the viewpoint of efficient proton substitution. As an example, the concentration of the aqueous dispersion is preferably 0.05 to 10% by mass. If the concentration of the aqueous dispersion is less than 0.05% by mass, the time required for proton substitution may be too long. If the concentration of the aqueous dispersion exceeds 10% by mass, a sufficient effect of proton substitution may not be obtained.
The contact time is also not particularly limited, and can be appropriately set by those skilled in the art from the viewpoint of efficient proton substitution. For example, it can be carried out by contacting for 0.2 to 4 hours.

この際、適切な量の陽イオン交換樹脂を用いてアニオン変性セルロースナノファイバー塩を十分な時間接触させることで、脱塩処理を行うことができる。 At this time, desalting can be performed by contacting the anion-modified cellulose nanofiber salt with an appropriate amount of cation exchange resin for a sufficient time.

(送液する工程)
本発明においては、上記の脱塩工程と、後述する回収工程との間に、アニオン変性セルロースナノファイバーと陽イオン交換樹脂を含む混合物をポンプで送液する工程を設ける。
(Step of sending liquid)
In the present invention, a step of pumping a mixture containing anion-modified cellulose nanofibers and a cation exchange resin is provided between the desalting step and the recovery step described later.

アニオン変性セルロースナノファイバーと陽イオン交換樹脂を含む混合物を、回収工程で用いるろ過装置等に対して送液するためのポンプとしては、高粘度なセルロースナノファイバーを送液可能な能力があれば種類を問わないが、ポンプによるせん断でイオン交換樹脂を極力傷つけないものを用いることが好ましい。 As a pump for sending a mixture containing anion-modified cellulose nanofibers and a cation exchange resin to a filtration device used in the recovery process, if it has the ability to send high-viscosity cellulose nanofibers, there is a type However, it is preferable to use a material that does not damage the ion exchange resin as much as possible when sheared by a pump.

ポンプはおもにターボ型(非容積式)ポンプと容積式ポンプに大別される。ターボ型ポンプには渦巻きポンプ、ディフューザポンプ、渦流ポンプのような遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどがある。容積式ポンプにはピストンポンプやプランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復ポンプ、また、ギヤポンプやベーンポンプ、ネジポンプなどの回転ポンプが該当する。これらの中でも、容積式ネジポンプまたは、容積式往復ポンプを用いることがより好ましい。この種のポンプは、羽根車をケーシング内で高速回転させることにより流体に運動エネルギーを与えるターボ型(非容積式)ポンプと比較して、流体に与えるせん断力が小さいことと、ローターとステーターの間の漏れがきわめて少ないことから揚程が高く、比較的粘度の高い流体の送液が可能なことが特徴である。 Pumps are roughly classified into turbo type (non-displacement) pumps and positive displacement pumps. Turbo pumps include volute pumps, diffuser pumps, centrifugal pumps such as vortex pumps, mixed flow pumps, axial flow pumps, and the like. Positive displacement pumps include reciprocating pumps such as piston pumps, plunger pumps and diaphragm pumps, and rotary pumps such as gear pumps, vane pumps and screw pumps. Among these, it is more preferable to use a positive displacement screw pump or a positive displacement reciprocating pump. Compared to turbo-type (non-displacement type) pumps, which give kinetic energy to the fluid by rotating the impeller at high speed in the casing, this type of pump gives less shearing force to the fluid, Since there is very little leakage between the pumps, the lift is high, and it is characterized by being able to feed fluids with relatively high viscosity.

容積式ネジポンプとしては、容積式一軸偏心ネジポンプ(モーノポンプ)、容積式二軸スクリューポンプなどを例示することができ、モーノポンプを用いることが好ましい。モーノポンプは、一条ネジの構造を持つ金属製ローターが、二条ネジの構造で切られたステーターの中を回転することで、ローターとステーターの間に生じる空間を連続的に移動させて流体を移送するポンプである。容積式二軸スクリューポンプは、2つのスクリューとケーシングが形成する空間に閉じ込められた流体をスクリューの回転によりスクリューの軸方向に移送するポンプである。 Examples of positive displacement screw pumps include positive displacement single-axis eccentric screw pumps (Mono pumps), positive displacement twin screw pumps, and the like, and the use of Mono pumps is preferred. In the Mohno pump, a metal rotor with a single-thread structure rotates inside a stator with a double-thread structure, thereby continuously moving the space between the rotor and stator to transfer fluid. is the pump. A positive displacement twin-screw pump is a pump that conveys a fluid confined in a space formed by two screws and a casing in the axial direction of the screws by rotating the screws.

容積式往復ポンプとしては容積式ダイヤフラムポンプ(膜ポンプ)を用いることがより好ましい。ダイヤフラムポンプはダイヤフラムと弁で構成され、ダイヤフラムを往復運動させて容積を変化させ、吸込、吐出を行い流体を移送するポンプである。ダイヤフラムポンプはシール方式と弁方式の点で異物に対しては優位である。容積式ネジポンプの摺動部は接液しているため樹脂が食い込まれやすく、通常逆止弁がないため摺動部が消耗すると圧力が立たなくなる。容積式往復ポンプであるプランジャーポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプの摺動部には樹脂が食い込まれ難く、殊にダイヤフラムポンプでは摺動部が接液しないため摺動部に樹脂等の異物を食い込まず、逆止弁に樹脂が挟まり一時的に閉塞不良を起こしても、次回以降の吐出などによって閉塞物が取り除かれる為、より優位である。 A positive displacement diaphragm pump (membrane pump) is more preferably used as the positive displacement reciprocating pump. A diaphragm pump is composed of a diaphragm and a valve, and is a pump that reciprocates the diaphragm to change its volume, sucks and discharges fluid, and transfers fluid. Diaphragm pumps are superior to foreign matter in terms of seal system and valve system. Since the sliding part of the positive displacement screw pump is in contact with the liquid, it is easy for the resin to bite into it. The sliding parts of positive displacement reciprocating pumps such as plunger pumps, piston pumps, and diaphragm pumps are difficult for resin to get into. In addition, even if resin is caught in the check valve and causes a temporary clogging failure, it is more advantageous because the clogging matter is removed by the next discharge or the like.

(回収工程)
本発明の回収工程においては、アニオン変性セルロースナノファイバーと陽イオン交換樹脂を含む混合物から、陽イオン交換樹脂を回収する。上記の脱塩工程では陽イオン交換樹脂を用いるため、不要な塩化ナトリウム等の副生成物が生成しない。そのため、陽イオン交換樹脂を用いて酸処理した後は、アニオン変性セルロースナノファイバーと陽イオン交換樹脂を含む混合物から、陽イオン交換樹脂を回収することにより、ろ液としてアニオン変性セルロースナノファイバーの水分散液が得られる。
(Recovery process)
In the recovery step of the present invention, the cation exchange resin is recovered from the mixture containing the anion-modified cellulose nanofibers and the cation exchange resin. Since a cation exchange resin is used in the desalting step, unnecessary by-products such as sodium chloride are not produced. Therefore, after the acid treatment using the cation exchange resin, the cation exchange resin is recovered from the mixture containing the anion-modified cellulose nanofibers and the cation-exchange resin, and the water of the anion-modified cellulose nanofibers is used as the filtrate. A dispersion is obtained.

陽イオン交換樹脂の回収方法は限定されないが、ろ過装置を用いてろ過する方法が好ましい。なお、回収工程の前または後に、助剤ろ過などで精密ろ過を行う工程を設けてもよい。 A method for recovering the cation exchange resin is not limited, but a method of filtering using a filtering device is preferable. Before or after the recovery step, a step of performing microfiltration such as auxiliary agent filtration may be provided.

ろ過装置に用いられるろ材の形状は限定されず、メッシュ状、スリット状など、いずれの形状も用いることができる。また、ろ材としては、孔をあけたものであっても構わない。また、ろ材の素材は限定されず、樹脂製、金属製、セラミック製などいずれの素材も用いることができるが、耐酸性を有した素材を用いることが好ましい。 The shape of the filter medium used in the filtering device is not limited, and any shape such as a mesh shape or a slit shape can be used. Also, the filter medium may be one with holes. The material of the filter medium is not limited, and any material such as resin, metal, or ceramic can be used, but it is preferable to use a material having acid resistance.

ろ材の目開き、もしくはスリット幅は、陽イオン交換樹脂を捕捉できる大きさであればよく、500μm以下が好ましく、400μm以下がより好ましい。目開きが大きすぎる場合は、陽イオン交換樹脂がろ材を通過してしまい、陽イオン交換樹脂を回収することができない。また、ろ材の目開き、もしくはスリット幅の最小径は、セルロースナノファイバーに含まれる繊維状異物の量に依存する。すなわち、セルロースナノファイバーを事前に助剤ろ過などで精密ろ過を行った場合には、5μm以上が好ましく、事前に精密ろ過を行っていない場合には、10μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましい。目開きが小さすぎる場合は、未解繊繊維由来の目詰まりが発生し、ろ過処理量が少なくなる。 The mesh opening or slit width of the filter medium may be any size as long as it can capture the cation exchange resin, and is preferably 500 μm or less, more preferably 400 μm or less. If the opening is too large, the cation exchange resin passes through the filter medium and cannot be recovered. In addition, the minimum diameter of the mesh opening or slit width of the filter medium depends on the amount of fibrous foreign matter contained in the cellulose nanofibers. That is, when the cellulose nanofibers are preliminarily subjected to microfiltration by auxiliary agent filtration or the like, the thickness is preferably 5 μm or more, and when the microfiltration is not preliminarily performed, the thickness is preferably 10 μm or more, and more preferably 50 μm or more. If the mesh opening is too small, clogging occurs due to undisentangled fibers, and the filtration throughput decreases.

助剤ろ過を行う場合に用いるろ過助剤としては、無機化合物、有機化合物のいずれを用いても良いが、汎用的に用いられる助剤として珪藻土、シリカ、パーライト、微粉セルロース、活性炭等が挙げられる。ろ過条件に応じて、助剤の種類を調整することができる。 As the filter aid used for the aid filtration, either an inorganic compound or an organic compound may be used, but commonly used aids include diatomaceous earth, silica, perlite, micronized cellulose, activated carbon, and the like. . The type of auxiliary agent can be adjusted according to the filtration conditions.

ろ過装置としては、加圧ろ過または減圧ろ過を行うことができる装置であれば種類を問わず用いることができ、例えばヌッチェ型、キャンドル型、リーフディスク型、ドラム型、フィルタープレス型、ベルトフィルター型などが挙げられる。ろ過後にろ過容器内のセルロースナノファイバーを回収可能な機構を持つものが好ましい。セルロースナノファイバーおよび陽イオン交換樹脂の回収、搬送が容易となる観点から、キャンドル型、リーフディスク型のろ過装置を用いることが好ましい。 As the filtration device, any device capable of performing pressure filtration or vacuum filtration can be used regardless of the type. For example, Nutsche type, candle type, leaf disk type, drum type, filter press type, and belt filter type. etc. It is preferable to have a mechanism capable of recovering the cellulose nanofibers in the filter container after filtration. From the viewpoint of facilitating collection and transportation of the cellulose nanofibers and the cation exchange resin, it is preferable to use a candle type or leaf disk type filtration device.

また、必要に応じてエアーで加圧し、セルロースナノファイバーを取り出し可能な機構を持つものが、回収率が向上するため好ましい。エアーで加圧する場合の圧力としては、0.01~1.0MPaが好ましく、0.05~0.5MPaがより好ましい。上記下限値よりも低い圧力の場合は、高粘度なセルロースナノファイバーの搬送が難しく、上記上限値よりも高い圧力の場合は、エアー用タンク及びろ過装置の耐圧性を高める必要があり、装置設計上好ましくない。 In addition, it is preferable to have a mechanism capable of extracting the cellulose nanofibers by pressurizing with air as necessary, since the recovery rate is improved. The pressure when pressurizing with air is preferably 0.01 to 1.0 MPa, more preferably 0.05 to 0.5 MPa. If the pressure is lower than the lower limit, it is difficult to convey the highly viscous cellulose nanofiber. If the pressure is higher than the upper limit, it is necessary to increase the pressure resistance of the air tank and filtration device. I don't like it.

加圧ろ過を行う場合の圧力としては、0.01MPa以上5MPa以下が好ましく、減圧ろ過を行う場合の圧力としては、0.01MPa以上0.1MPa以下が好ましい。 The pressure for pressure filtration is preferably 0.01 MPa or more and 5 MPa or less, and the pressure for vacuum filtration is preferably 0.01 MPa or more and 0.1 MPa or less.

ろ過装置は、ろ過後に陽イオン交換樹脂を回収する機構を有する。陽イオン交換樹脂の回収を行いやすくする観点から、ろ過装置の開口部は、大きいものであることが好ましい。ろ過装置に対して、陽イオン交換樹脂を回収するため、逆洗の機構、スクレーパーによる掻き出しの機構、ろ過容器の傾斜・反転が可能な機構などを設けてもよい。また、ろ過装置に対して、回収した陽イオン交換樹脂をコンベヤにより搬送する機構を設けてもよい。 The filtration device has a mechanism for recovering the cation exchange resin after filtration. From the viewpoint of facilitating recovery of the cation exchange resin, it is preferable that the opening of the filtration device is large. In order to recover the cation exchange resin, the filtration device may be provided with a mechanism for backwashing, a mechanism for scraping by a scraper, a mechanism for tilting and reversing the filtration container, and the like. Moreover, a mechanism for conveying the recovered cation exchange resin by a conveyor may be provided for the filtration device.

金属メッシュ等によりろ物として回収する対象は陽イオン交換樹脂であり、アニオン変性セルロースナノファイバーは、金属メッシュ等の径では除去され難く、ほぼ全量がろ液中に含まれる。そのため、収率の低下が極めて少なくなると考えられる。 The object to be collected as a filter material by a metal mesh or the like is the cation exchange resin, and the anion-modified cellulose nanofibers are difficult to remove due to the diameter of the metal mesh or the like, and almost all of the anion-modified cellulose nanofibers are contained in the filtrate. Therefore, it is considered that the decrease in yield is extremely small.

なお、回収工程でのアニオン変性セルロースナノファイバーと陽イオン交換樹脂を含む混合物の送液及び加圧ろ過においては、送液する工程と同様に、陽イオン交換樹脂を極力傷つけない方法を選択することが望ましく、例えば容積式ネジポンプまたは容積式往復ポンプを用いることが好ましい。 In addition, in the liquid transfer and pressure filtration of the mixture containing the anion-modified cellulose nanofiber and the cation exchange resin in the recovery process, as in the liquid transfer process, a method that does not damage the cation exchange resin as much as possible should be selected. is desirable, for example positive displacement screw pumps or positive displacement reciprocating pumps are preferably used.

必要に応じて、回収した陽イオン交換樹脂に微量に混入したセルロースナノファイバーの洗浄や、回収した陽イオン交換樹脂の再生のための酸処理と脱液を行ってもよい。これらの工程は、1台の装置で全て行ってもよいし、複数台の装置で行ってもよい。複数台の装置で行う場合は、異なる種類の装置を組み合わせてもよい。 If necessary, the cellulose nanofibers mixed in the collected cation exchange resin in a small amount may be washed, and the collected cation exchange resin may be subjected to acid treatment and deliquoring for regeneration. All of these steps may be performed by one device, or may be performed by a plurality of devices. When using multiple devices, different types of devices may be combined.

回収した陽イオン交換樹脂に対して酸処理による陽イオン交換樹脂の再生工程を実施する方法は限定されず、例えば、使用済み樹脂1kgに対し、5倍量の1M塩酸を添加して撹拌し、イオン交換水で4回洗浄を繰り返すなどの方法を挙げることができる。回収工程および再生工程を経た陽イオン交換樹脂は繰り返し利用できるため、コストを抑えることができる。 The method of carrying out the regeneration step of the cation exchange resin by acid treatment of the recovered cation exchange resin is not limited. A method such as repeating washing with ion-exchanged water four times can be used. Since the cation exchange resin that has undergone the recovery process and the regeneration process can be used repeatedly, costs can be reduced.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を好適に説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。なお、物性値等の測定方法は、別途記載がない限り、下記に記載した測定方法である。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples. The following examples are intended to better illustrate the present invention and are not intended to limit the present invention. Unless otherwise specified, the methods for measuring physical properties are the methods described below.

(カルボキシル基量の測定方法)
カルボキシル化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mLを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定した。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いてカルボキシル基量を算出した:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔mL〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕
(Method for measuring carboxyl group content)
60 mL of a 0.5% by mass slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose was prepared, and 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution was added to adjust the pH to 2.5. The electrical conductivity was measured until From the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of the weak acid, whose electrical conductivity changes slowly, the amount of carboxyl groups was calculated using the following formula:
Carboxyl group amount [mmol/g carboxylated cellulose] = a [mL] x 0.05/carboxylated cellulose mass [g]

(カルボキシメチル基置換度の測定方法)
試料約2.0gを精秤して、300mL共栓三角フラスコに入れた。硝酸メタノール(無水メタノール1Lに特級濃硝酸100mLを加えた液)100mLを加え、3時間振盪して、カルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩(以下、「Na-CMC」ともいう)をカルボキシメチル化セルロース(以下、「H-CMC」ともいう)にした。絶乾したH-CMCを1.5~2.0g精秤し、300mL共栓三角フラスコに入れた。80%メタノール15mLでH-CMCを湿潤し、0.1NのNaOH100mLを加えて室温で3時間振盪した。指示薬としてフェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定し、下記式を用いてカルボキシメチル基置換度を算出した。
[{100×F'-(0.1NのH2SO4(mL))×F}/(H-CMCの絶乾質量(g))]×0.1=Aカルボキシメチル基置換度=0.162A/(1-0.058A)
A:1gのH-CMCを中和するのに必要な1NのNaOHの量(mL)
F':0.1NのH2SO4のファクター
F:0.1NのNaOHのファクター
(Method for measuring degree of carboxymethyl group substitution)
About 2.0 g of the sample was precisely weighed and put into a 300 mL stoppered Erlenmeyer flask. Add 100 mL of methanol nitrate (100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1 L of anhydrous methanol) and shake for 3 hours to convert sodium salt of carboxymethylated cellulose (hereinafter also referred to as "Na-CMC") to carboxymethylated cellulose ( hereinafter also referred to as “H-CMC”). 1.5 to 2.0 g of absolutely dried H-CMC was precisely weighed and placed in a 300 mL stoppered conical flask. The H-CMC was wetted with 15 mL of 80% methanol, added with 100 mL of 0.1N NaOH and shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back-titrated with 0.1N H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator, and the degree of carboxymethyl group substitution was calculated using the following formula.
[{100×F′−(0.1N H 2 SO 4 (mL))×F}/(absolute dry mass of H-CMC (g))]×0.1=A degree of carboxymethyl group substitution=0 .162A/(1-0.058A)
A: Amount of 1N NaOH (mL) required to neutralize 1 g of H-CMC
F': Factor of 0.1N H2SO4 F: Factor of 0.1N NaOH

(B型粘度(mPa・s)の測定方法)
TV-10型粘度計(東機産業社)を用いて、20℃、60rpmの条件で測定した。
(Method for measuring type B viscosity (mPa s))
Using a TV-10 type viscometer (Toki Sangyo Co., Ltd.), measurement was performed at 20° C. and 60 rpm.

(実施例1)
(カルボキシル化セルロースの調製)
漂白済み針葉樹未叩解パルプ(日本製紙社製)5g(絶乾)を、TEMPO(Sigma Aldrich社製)78mg(0.5mmol)と臭化ナトリウム754mg(7.4mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液18mL添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するので、0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に維持した。2時間反応させた後、ガラスフィルターでろ過し、十分に水洗することでカルボキシル基量1.7mmol/gのカルボキシル化セルロースを得た。
(Example 1)
(Preparation of carboxylated cellulose)
5 g (absolute dry) of bleached softwood unbeaten pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) is added to 500 mL of an aqueous solution in which 78 mg (0.5 mmol) of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) and 754 mg (7.4 mmol) of sodium bromide are dissolved, Stir until the pulp is evenly dispersed. After adding 18 mL of a 2M sodium hypochlorite aqueous solution to the reaction system, the pH was adjusted to 10.3 with a 0.5N hydrochloric acid aqueous solution to initiate an oxidation reaction. Since the pH in the system decreased during the reaction, a 0.5N sodium hydroxide aqueous solution was successively added to maintain the pH at 10. After reacting for 2 hours, the mixture was filtered through a glass filter and thoroughly washed with water to obtain carboxylated cellulose having a carboxyl group content of 1.7 mmol/g.

(解繊工程)
次いで、得られたカルボキシル化セルロースのスラリーを水で1%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、140MPa)で5回処理し、透明なゲル状のカルボキシル化セルロースナノファイバー塩の分散液(1%(w/v))を得た。
(Fibrillation process)
Next, the resulting slurry of carboxylated cellulose was adjusted to 1% (w/v) with water and treated with an ultrahigh pressure homogenizer (20°C, 140 MPa) five times to obtain a transparent gel-like carboxylated cellulose nanofiber salt. A dispersion (1% (w/v)) of was obtained.

(脱塩工程)
得られたカルボキシル化セルロースナノファイバー塩の分散液に陽イオン交換樹脂(オルガノ社製、「アンバージェット1024」)を添加し、20℃で0.3時間撹拌して接触させた。
(Desalination process)
A cation exchange resin (“Amberjet 1024” manufactured by Organo Co., Ltd.) was added to the resulting carboxylated cellulose nanofiber salt dispersion, and the mixture was brought into contact with the mixture while stirring at 20° C. for 0.3 hours.

(回収工程)
タンク付ステンレスホルダー(KST-47、Advantec製、ろ過面積12.5cm2)に、ろ材として目開き250μmの金網を取り付け、ろ過装置を準備した。上記脱塩工程で得られたカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物をろ過装置の加圧タンクに充填し、窒素ガスを用いて0.35MPaに加圧し、ろ過を行った。ろ過開始から30分後にろ過を終了し、ろ液内に陽イオン交換樹脂が混入していないか、目視評価を行った。ろ液に陽イオン交換樹脂が混入していない場合に、イオン交換樹脂が回収できたとして、「イオン交換樹脂の回収」欄を「○」とした。また、得られたろ液の量(ろ過処理量)を確認した。結果を表1に示す。なお、セルロースナノファイバーを「CNF」と呼ぶことがある。
(Recovery process)
A metal mesh with an opening of 250 μm was attached as a filter medium to a stainless steel holder with a tank (KST-47, manufactured by Advantec, filtration area 12.5 cm 2 ) to prepare a filtration device. The mixture of the carboxylated cellulose nanofiber dispersion and the cation exchange resin obtained in the above desalting step was filled in a pressurized tank of a filtration device, pressurized to 0.35 MPa using nitrogen gas, and filtered. Filtration was terminated 30 minutes after the start of filtration, and visual evaluation was performed to determine whether the filtrate was contaminated with the cation exchange resin. When the cation-exchange resin was not mixed in the filtrate, the ion-exchange resin was recovered, and the column of "ion-exchange resin recovery" was marked with "○". In addition, the amount of the obtained filtrate (filtered amount) was confirmed. Table 1 shows the results. In addition, a cellulose nanofiber may be called "CNF."

(実施例2)
陽イオン交換樹脂の種類をオルガノ社製、「アンバーライトIR124」に変更したこと以外は、実施例1と同様にカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得て、ろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
A mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin was obtained in the same manner as in Example 1, except that the type of cation exchange resin was changed to "Amberlite IR124" manufactured by Organo Corporation, filtered, and made an evaluation. Table 1 shows the results.

(実施例3)
ろ材として目開き400μmの金網を用いたこと以外は、実施例1と同様にカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得て、ろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 3)
A mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin was obtained, filtered, and evaluated in the same manner as in Example 1, except that a wire mesh with an opening of 400 μm was used as the filter medium. Table 1 shows the results.

(実施例4)
ろ材として目開き100μmの金網を用いたこと以外は、実施例1と同様にカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得て、ろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 4)
A mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin was obtained, filtered, and evaluated in the same manner as in Example 1, except that a wire mesh with an opening of 100 μm was used as the filter medium. Table 1 shows the results.

(実施例5)
ろ材として目開き250μmのナイロンメッシュを用いたこと以外は、実施例1と同様にカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得て、ろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 5)
A mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin was obtained, filtered, and evaluated in the same manner as in Example 1, except that a nylon mesh with an opening of 250 μm was used as the filter medium. Table 1 shows the results.

(実施例6)
キャンドル型フィルター(シバタ製、ろ過面積0.097m2)に、ろ材として金属製のスリット状フィルター(スリット幅:50μm)を取り付け、ろ過装置を準備した。このろ過装置を用いたこと以外は、実施例1と同様にカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得て、ろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 6)
A metal slit-like filter (slit width: 50 μm) was attached as a filter medium to a candle-type filter (manufactured by Shibata, filtration area: 0.097 m 2 ) to prepare a filtering device. A mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin was obtained, filtered, and evaluated in the same manner as in Example 1, except that this filtration device was used. Table 1 shows the results.

(実施例7)
タンク付ステンレスホルダー(KST-47、Advantec製、ろ過面積12.5cm2)に、ろ過助剤として珪藻土(昭和化学工業製、ラジオライト3000、粒子径74.9μm)を純水に希釈して送液することでプレコートして珪藻土を積層させた。その後、実施例1の脱塩工程前のカルボキシル化セルロースナノファイバー塩の分散液を用いて、1段目のろ過処理を行った。得られたろ液に対して、実施例1と同様に脱塩処理を行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得た。この混合物を用いて2段目のろ過を行なった。2段目のろ過では、ろ材として目開き5μmの金属製フィルターを取り付け、ろ過装置を準備した。このろ材を用いたこと以外は、実施例1と同様に混合物のろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 7)
Diatomaceous earth (Radiolite 3000, manufactured by Showa Chemical Industry Co., Ltd., particle size 74.9 μm) as a filter aid was diluted with pure water and sent to a stainless steel holder with a tank (KST-47, manufactured by Advantec, filtration area 12.5 cm 2 ). The diatomaceous earth was layered by pre-coating by pouring. After that, using the carboxylated cellulose nanofiber salt dispersion liquid before the desalting step in Example 1, the first-stage filtration treatment was performed. The obtained filtrate was desalted in the same manner as in Example 1 to obtain a mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin. This mixture was used for the second stage of filtration. In the second-stage filtration, a filter device was prepared by attaching a metal filter with an opening of 5 μm as a filter medium. The mixture was filtered and evaluated in the same manner as in Example 1 except that this filter medium was used. Table 1 shows the results.

(比較例1)
ろ材として目開き5μmの金属製フィルターを用いたこと以外は、実施例1と同様にしてカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得て、ろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative example 1)
A mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin was obtained in the same manner as in Example 1, except that a metal filter with an opening of 5 μm was used as the filter medium, filtered, and evaluated. Table 1 shows the results.

(比較例2)
ろ材として通気度12のPET製ろ布を用いたこと以外は、実施例1と同様にカルボキシル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を得て、ろ過、および評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative example 2)
A mixture of a carboxylated cellulose nanofiber dispersion and a cation exchange resin was obtained, filtered, and evaluated in the same manner as in Example 1, except that a PET filter cloth with an air permeability of 12 was used as the filter medium. Table 1 shows the results.

Figure 0007197490000001
Figure 0007197490000001

表1からわかるように、アニオン変性セルロースナノファイバー塩と陽イオン交換樹脂を用いて脱塩処理を行い、アニオン変性セルロースナノファイバーと陽イオン交換樹脂を含む混合物を得て、得られた混合物をろ過装置を用いてろ過することにより、陽イオン交換樹脂を回収することができた。また、得られたセルロースナノファイバーを含むろ液には、陽イオン交換樹脂が混入していなかった。 As can be seen from Table 1, desalting is performed using an anion-modified cellulose nanofiber salt and a cation exchange resin to obtain a mixture containing the anion-modified cellulose nanofibers and the cation exchange resin, and the resulting mixture is filtered. The cation exchange resin could be recovered by filtering using a device. Moreover, the cation exchange resin was not mixed in the obtained filtrate containing the cellulose nanofibers.

比較例1,2は、ろ材の目開きが小さく、閉塞により良好なろ過処理量を得られなかったのに対し、実施例1~6は目開き又はスリット幅の大きなろ材であったため、CNFに含まれる未解繊繊維等による目詰まりはほとんど発生しなかった。また実施例7ではCNFに含まれる未解繊繊維等を事前に除去することで、目詰まりを生じることなく、良好なろ過処理量を得られた。 In Comparative Examples 1 and 2, the opening of the filter medium was small, and a good filtration throughput could not be obtained due to clogging, whereas Examples 1 to 6 had a large opening or slit width. Clogging due to contained unfibrillated fibers and the like hardly occurred. Moreover, in Example 7, by removing in advance the unfibrillated fibers and the like contained in the CNF, a good filtration throughput was obtained without causing clogging.

(実施例8)
ホッパーを取り付けたモーノポンプ(送液用ポンプ)の出口ホースの先端に、目開き250μmのナイロンメッシュを取り付けた。ホッパーに、実施例1と同様にして得られた分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を投入した。その後、ポンプで送液し、加圧ろ過を30分間実施し、陽イオン交換樹脂とセルロースナノファイバーをろ別した。なお、ろ過開始時の圧力は0.1MPaであり、ろ過終了時の圧力は0.3MPaであった。また、得られたカルボキシル化セルロースナノファイバーの1%分散液のB型粘度は、2500mPa・sであった(60rpm、20℃)。
得られたセルロースナノファイバーの分散液を顕微鏡で観察したところ、樹脂の破片の混入は認められなかった。
(Example 8)
A nylon mesh with an opening of 250 μm was attached to the tip of the outlet hose of the monopump (liquid transfer pump) attached with the hopper. A mixture of the dispersion obtained in the same manner as in Example 1 and the cation exchange resin was charged into the hopper. After that, the solution was fed by a pump, pressure filtration was performed for 30 minutes, and the cation exchange resin and the cellulose nanofibers were separated by filtration. The pressure at the start of filtration was 0.1 MPa, and the pressure at the end of filtration was 0.3 MPa. Moreover, the B-type viscosity of the resulting 1% dispersion of carboxylated cellulose nanofibers was 2500 mPa·s (60 rpm, 20° C.).
When the resulting cellulose nanofiber dispersion was observed under a microscope, no contamination of resin fragments was observed.

(実施例9)
(カルボキシメチル化セルロースの調製)
パルプを撹拌することができる反応器に、パルプ(LBKP、日本製紙社製)を乾燥質量で250g入れ、撹拌しながら50質量%水酸化ナトリウム水溶液112gと、水67gを添加した。30℃で45分間撹拌し、マーセル化処理した後、撹拌しながら35質量%モノクロロ酢酸ナトリウム水溶液を364g添加した。30℃で60分間撹拌し、30分かけて70℃まで昇温した後、70℃で1時間反応を行った。その後、反応物を取り出し、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.27のカルボキシメチル化されたパルプ(以下、「カルボキシメチル化セルロース」ともいう)を得た。
(Example 9)
(Preparation of carboxymethylated cellulose)
250 g of dry mass of pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was placed in a reactor capable of stirring pulp, and 112 g of a 50% by mass sodium hydroxide aqueous solution and 67 g of water were added while stirring. After stirring at 30° C. for 45 minutes and mercerizing, 364 g of a 35 mass % sodium monochloroacetate aqueous solution was added while stirring. The mixture was stirred at 30°C for 60 minutes, heated to 70°C over 30 minutes, and reacted at 70°C for 1 hour. Thereafter, the reactant was taken out to obtain a carboxymethylated pulp having a degree of carboxymethyl substitution of 0.27 per glucose unit (hereinafter also referred to as "carboxymethylated cellulose").

(解繊工程)
カルボキシメチル化セルロースを水で1%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、140Mpa)で3回処理して、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー塩の分散液を得た。
(Fibrillation process)
Carboxymethylated cellulose was adjusted to 1% (w/v) with water and treated with an ultrahigh pressure homogenizer (20° C., 140 MPa) three times to obtain a carboxymethylated cellulose nanofiber salt dispersion.

(脱塩工程)
得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバー塩の分散液に陽イオン交換樹脂(オルガノ社製、「アンバージェット1024」)を添加し、20℃で0.3時間撹拌して接触させた。
(Desalination process)
A cation exchange resin ("Amberjet 1024" manufactured by Organo Co., Ltd.) was added to the resulting carboxymethylated cellulose nanofiber salt dispersion, and the mixture was brought into contact with the mixture while stirring at 20°C for 0.3 hours.

ホッパーを取り付けたモーノポンプ(送液用ポンプ)の出口ホースの先端に、目開き250μmのナイロンメッシュを取り付けた。ホッパーに、上記で得られたボキシメチル化セルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を投入した。その後、ポンプで送液し、加圧ろ過を30分間実施し、陽イオン交換樹脂とセルロースナノファイバーをろ別した。なお、ろ過開始時の圧力は0.1MPaであり、ろ過終了時の圧力は0.3MPaであった。また、得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの1%分散液のB型粘度は、3500mPa・sであった(60rpm、20℃)。
得られたセルロースナノファイバーの分散液を顕微鏡で観察したところ、樹脂の破片の混入は認められなかった。
A nylon mesh with an opening of 250 μm was attached to the tip of the outlet hose of the monopump (liquid transfer pump) attached with the hopper. A hopper was charged with the mixture of the boxymethylated cellulose nanofiber dispersion obtained above and the cation exchange resin. After that, the solution was fed by a pump, pressure filtration was performed for 30 minutes, and the cation exchange resin and the cellulose nanofibers were separated by filtration. The pressure at the start of filtration was 0.1 MPa, and the pressure at the end of filtration was 0.3 MPa. Moreover, the B-type viscosity of the resulting 1% dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers was 3500 mPa·s (60 rpm, 20° C.).
When the resulting cellulose nanofiber dispersion was observed under a microscope, no contamination of resin fragments was observed.

(実施例10)
実施例8のポンプをダイヤフラムポンプに変更した以外は、実施例8と同様にセルロースナノファイバー分散液と陽イオン交換樹脂の混合物を投入し、その後、ポンプで送液し、加圧ろ過を30分実施し、陽イオン交換樹脂とセルロースナノファイバーをろ別した。なお、ろ過開始時の圧力は0.1MPaであり、ろ過終了時の圧力は0.3MPaであった。また、得られたカルボキシル化セルロースナノファイバーの1%分散液のB型粘度は、2600mPa・sであった(60rpm、20℃)。
得られたセルロースナノファイバーの分散液を顕微鏡で観察したところ、樹脂の破片の混入は認められなかった。
(Example 10)
A mixture of the cellulose nanofiber dispersion and the cation exchange resin was charged in the same manner as in Example 8, except that the pump in Example 8 was changed to a diaphragm pump, and then the liquid was pumped and filtered under pressure for 30 minutes. Then, the cation exchange resin and cellulose nanofibers were separated by filtration. The pressure at the start of filtration was 0.1 MPa, and the pressure at the end of filtration was 0.3 MPa. Moreover, the B-type viscosity of the resulting 1% dispersion of carboxylated cellulose nanofibers was 2600 mPa·s (60 rpm, 20° C.).
When the resulting cellulose nanofiber dispersion was observed under a microscope, no contamination of resin fragments was observed.

(比較例3)
送液用ポンプとして渦流ポンプを用いたこと以外は実施例10と同様にして陽イオン交換樹脂とセルロースナノファイバーのろ別を行った。なお、ろ過開始時の圧力は0.1MPaであり、ろ過終了時の圧力は0.3MPaであった。また、得られたカルボキシル化セルロースナノファイバーの1%分散液のB型粘度は、2500mPa・sであった(60rpm、20℃)。
得られたセルロースナノファイバーの分散液を顕微鏡で観察したところ、樹脂の破片が検出された。
(Comparative Example 3)
The cation exchange resin and the cellulose nanofibers were separated by filtration in the same manner as in Example 10, except that a vortex pump was used as the pump for liquid transfer. The pressure at the start of filtration was 0.1 MPa, and the pressure at the end of filtration was 0.3 MPa. Moreover, the B-type viscosity of the resulting 1% dispersion of carboxylated cellulose nanofibers was 2500 mPa·s (60 rpm, 20° C.).
When the resulting cellulose nanofiber dispersion was observed under a microscope, resin fragments were detected.

(比較例4)
送液用ポンプとして渦流ポンプを用いたこと以外は実施例11と同様にして陽イオン交換樹脂とセルロースナノファイバーのろ別を行った。なお、ろ過開始時の圧力は0.1MPaであり、ろ過終了時の圧力は0.3MPaであった。また、得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの1%分散液のB型粘度は、3500mPa・sであった(60rpm、20℃)。
得られたセルロースナノファイバーの分散液を顕微鏡で観察したところ、樹脂の破片が検出された。
(Comparative Example 4)
The cation exchange resin and the cellulose nanofibers were separated by filtration in the same manner as in Example 11, except that a vortex pump was used as the liquid-sending pump. The pressure at the start of filtration was 0.1 MPa, and the pressure at the end of filtration was 0.3 MPa. Moreover, the B-type viscosity of the resulting 1% dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers was 3500 mPa·s (60 rpm, 20° C.).
When the resulting cellulose nanofiber dispersion was observed under a microscope, resin fragments were detected.

Figure 0007197490000002
Figure 0007197490000002

表2からわかるように、容積式一軸偏心ネジポンプであるモーノポンプ及び容積式往復ポンプである容積式ダイヤフラムポンプを用いて陽イオン交換樹脂とセルロースナノファイバー分散液の混合物を送液し、ろ別した場合は、ろ液に陽イオン交換樹脂の破片の混入は認められなかった。一方、渦流ポンプを用いて送液し、ろ別した場合は、ろ液に陽イオン交換樹脂の破片が検出された。 As can be seen from Table 2, when a mixture of a cation exchange resin and a cellulose nanofiber dispersion is fed and filtered using a mono-pump, which is a positive displacement uniaxial eccentric screw pump, and a positive displacement diaphragm pump, which is a positive displacement reciprocating pump. No cation exchange resin fragments were found in the filtrate. On the other hand, when the liquid was fed using a vortex pump and filtered, fragments of the cation exchange resin were detected in the filtrate.

アニオン変性セルロースナノファイバーと陽イオン交換樹脂を含む混合物を、陽イオン交換樹脂を回収する回収工程に送液する際に、容積式一軸偏心ネジポンプ又は容積式ダイヤフラムポンプを用いて送液すると、陽イオン交換樹脂の破片の混入が無いアニオン変性セルロースナノファイバーを得られることがわかった。 When a mixture containing anion-modified cellulose nanofibers and a cation exchange resin is sent to a recovery step for recovering the cation exchange resin, a positive displacement single-axis eccentric screw pump or a positive displacement diaphragm pump is used to transfer the cations. It was found that anion-modified cellulose nanofibers free from contamination by fragments of the exchange resin could be obtained.

Claims (10)

カルボキシル化セルロース、カルボキシメチル化セルロース、又はリン酸エステル化セルロースを含むアニオン変性セルロースを調製する調製工程と、
前記調製工程にて得られた前記アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバー塩を得る解繊工程と、
前記解繊工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバー塩に対して、陽イオン交換樹脂を用いた陽イオン交換反応を行うことにより脱塩処理してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る脱塩工程と、
前記脱塩工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバーと前記陽イオン交換樹脂を含む混合物から前記陽イオン交換樹脂を回収する回収工程と
前記回収工程での前記混合物の送液及び加圧ろ過、もしくは前記脱塩工程と前記回収工程との間の送液に、容積式ネジポンプ又は容積式往復ポンプを用いる工程とを有し、
前記回収工程において、目開き10μm以上400μm以下のメッシュ状、もしくはスリット幅10μm以上400μm以下のスリット状のろ材を用いるアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
a preparation step of preparing an anion-modified cellulose comprising carboxylated cellulose, carboxymethylated cellulose, or phosphate esterified cellulose ;
a fibrillation step of fibrillating the anion-modified cellulose obtained in the preparation step to obtain an anion-modified cellulose nanofiber salt;
A desalting step of obtaining anion-modified cellulose nanofibers by desalting the anion-modified cellulose nanofiber salt obtained in the defibration step by performing a cation exchange reaction using a cation exchange resin. When,
a recovery step of recovering the cation exchange resin from the mixture containing the anion-modified cellulose nanofibers obtained in the desalting step and the cation exchange resin ;
a step of using a positive displacement screw pump or a positive displacement reciprocating pump for liquid transfer and pressure filtration of the mixture in the recovery step, or for liquid transfer between the desalting step and the recovery step;
A method for producing anion-modified cellulose nanofibers using a mesh-like filter medium with an opening of 10 μm or more and 400 μm or less or a slit-like filter medium with a slit width of 10 μm or more and 400 μm or less in the collecting step .
カルボキシル化セルロース、カルボキシメチル化セルロース、又はリン酸エステル化セルロースを含むアニオン変性セルロースを調製する調製工程と、a preparation step of preparing an anion-modified cellulose comprising carboxylated cellulose, carboxymethylated cellulose, or phosphate esterified cellulose;
前記調製工程にて得られた前記アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバー塩を得る解繊工程と、a fibrillation step of fibrillating the anion-modified cellulose obtained in the preparation step to obtain an anion-modified cellulose nanofiber salt;
前記解繊工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバー塩に対して、精密ろ過を行う精密ろ過工程と、A microfiltration step of performing microfiltration on the anion-modified cellulose nanofiber salt obtained in the fibrillation step;
前記精密ろ過工程後の前記アニオン変性セルロースナノファイバー塩に対して、陽イオン交換樹脂を用いた陽イオン交換反応を行うことにより脱塩処理してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る脱塩工程と、a desalting step of obtaining anion-modified cellulose nanofibers by desalting the anion-modified cellulose nanofiber salt after the microfiltration step by performing a cation exchange reaction using a cation exchange resin;
前記脱塩工程にて得られた前記アニオン変性セルロースナノファイバーと前記陽イオン交換樹脂を含む混合物から前記陽イオン交換樹脂を回収する回収工程と、a recovery step of recovering the cation exchange resin from the mixture containing the anion-modified cellulose nanofibers obtained in the desalting step and the cation exchange resin;
前記回収工程での前記混合物の送液及び加圧ろ過、もしくは前記脱塩工程と前記回収工程との間の送液に、容積式ネジポンプ又は容積式往復ポンプを用いる工程とを有し、a step of using a positive displacement screw pump or a positive displacement reciprocating pump for liquid transfer and pressure filtration of the mixture in the recovery step, or for liquid transfer between the desalting step and the recovery step;
前記回収工程において、目開き5μm以上400μm以下のメッシュ状、もしくはスリット幅5μm以上400μm以下のスリット状のろ材を用いるアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。A method for producing anion-modified cellulose nanofibers using a mesh-like filter medium with an opening of 5 μm or more and 400 μm or less or a slit-like filter medium with a slit width of 5 μm or more and 400 μm or less in the collecting step.
前記回収工程で、0.01MPa以上5MPa以下の加圧ろ過又は0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧ろ過を行う請求項1又は2に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。 The method for producing an anion-modified cellulose nanofiber according to claim 1 or 2 , wherein in the recovery step, pressure filtration at 0.01 MPa or more and 5 MPa or less or vacuum filtration at 0.01 MPa or more and 0.1 MPa or less is performed. 前記回収工程の前又は後に、精密ろ過の工程をさらに有する請求項1に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。 The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to claim 1 , further comprising a step of microfiltration before or after the recovery step. 前記回収工程で回収された前記陽イオン交換樹脂に対して、酸処理による陽イオン交換樹脂の再生工程を実施する請求項1~4の何れか一項に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。 The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to any one of claims 1 to 4, wherein the cation exchange resin recovered in the recovery step is subjected to a cation exchange resin regeneration step by acid treatment. . 前記容積式ネジポンプは、容積式一軸偏心ネジポンプ又は容積式二軸スクリューポンプである請求項1~5の何れか一項に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。 The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive displacement screw pump is a positive displacement uniaxial eccentric screw pump or a positive displacement twin screw pump. 前記容積式往復ポンプは、容積式ダイヤフラムポンプである請求項1~5の何れか一項に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。 The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive displacement reciprocating pump is a positive displacement diaphragm pump. 前記アニオン変性セルロースは、前記カルボキシル化セルロースであって、
前記調製工程は、セルロース系原料をN-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて酸化する工程を含み、前記調製工程により得られる前記カルボキシル化セルロースは、セルロースにカルボキシル基が導入されたものである請求項1~の何れか一項に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
The anion-modified cellulose is the carboxylated cellulose,
The preparation step includes the step of oxidizing the cellulosic raw material using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromides, iodides, and mixtures thereof; The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to any one of claims 1 to 7 , wherein the carboxylated cellulose obtained by the process is cellulose into which a carboxyl group has been introduced.
前記アニオン変性セルロースは、前記カルボキシメチル化セルロースであって、
前記調製工程は、セルロース系原料をマーセル化剤によりマーセル化処理した後、カルボキシメチル化剤と反応させる工程を含み、前記調製工程により得られる前記カルボキシメチル化セルロースは、セルロースにカルボキシメチル基が導入されたものである請求項1~の何れか一項に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
The anion-modified cellulose is the carboxymethylated cellulose,
The preparation step includes a step of mercerizing the cellulosic raw material with a mercerizing agent and then reacting it with a carboxymethylating agent, and the carboxymethylated cellulose obtained by the preparation step has a carboxymethyl group introduced into the cellulose. The method for producing anion-modified cellulose nanofibers according to any one of claims 1 to 7 , wherein the anion-modified cellulose nanofibers are prepared.
前記アニオン変性セルロースは、前記リン酸エステル化セルロースであって、
前記調製工程は、セルロース系原料にリン酸系化合物を添加する工程を含み、前記調製工程により得られる前記リン酸エステル化セルロースは、セルロースにリン酸基が導入されたものであり、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.01以上0.40未満であり、
前記リン酸系化合物は、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸、リン酸エステル、ポリリン酸エステル、亜リン酸エステル、ホスホン酸エステル、ポリホスホン酸エステル、リン酸塩、ポリリン酸塩、亜リン酸塩、ホスホン酸塩、及びポリホスホン酸塩からなる群より選ばれた1種以上の化合物である、請求項1~の何れか一項に記載のアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法。
The anion-modified cellulose is the phosphate-esterified cellulose,
The preparation step includes a step of adding a phosphoric acid compound to the cellulosic raw material, and the phosphorylated cellulose obtained by the preparation step is obtained by introducing a phosphoric acid group into cellulose , and glucose units The degree of phosphate group substitution per unit is 0.01 or more and less than 0.40,
The phosphoric acid compound includes phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, phosphate ester, polyphosphate ester, phosphite ester, phosphonate ester, polyphosphonate ester, phosphate, and polyphosphoric acid. Production of anion-modified cellulose nanofibers according to any one of claims 1 to 7 , which is one or more compounds selected from the group consisting of salts, phosphites, phosphonates, and polyphosphonates. Method.
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