JP7416707B2 - 微生物セルロースからビスコースドープ(viscose dope)を製造するための方法 - Google Patents

微生物セルロースからビスコースドープ(viscose dope)を製造するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、微生物セルロースパルプ、微生物セルロースパルプを製造するための方法、微生物セルロースパルプをマーセル法で処理するための方法、微生物セルロースパルプをマーセル化する(mercerising)ための前記方法を用いて前記微生物セルロースパルプから製造されたビスコースドープ、前記微生物セルロースパルプからビスコースドープを製造するための方法、及びビスコースレーヨン繊維、ビスコースシートなどの前記ビスコースドープから製造された物品に関する。
ビスコースレーヨンは、通常、木材系セルロースパルプ又はコットンリンターを原料とする植物セルロースから製造された再生セルロースからなる繊維である。これらの供給源からのセルロースを抽出し、精製してパルプを製造する。
ビスコース繊維の製造のための既存の供給原料のために、木材からビスコースグレードのセルロースパルプを製造することは、時間及びエネルギーを消費するプロセスである。例えば、木材からセルロースパルプを生成することは、水酸化ナトリウム/硫化ナトリウム中の木材を高温で処理する前に、木材のバーキング(barking)及びチッピングを必要とする(例えば、クラフト法)。集中的な林業及び関連するインフラストラクチャは、資源集約的であり、産業においてセルロース原料の上昇し続ける需要を満たすことは、困難であり続けている。
ビスコースドープを製造するために、マーセル化法として知られるプロセスでは、まず、セルロースパルプを水酸化ナトリウム(通常、16~19%)中に浸漬し、アルカリセルロース(近似式[C-ONa])を製造する。マーセル化はパルプを膨潤させ、これは効果的なキサンテート化(xanthation)(後述)に必須である。
次いで、過剰の水酸化ナトリウムをアルカリセルロースから除去し(典型的には真空下でのプレスにより)、その後、アルカリセルロースを細断し、制御された温度及び湿度でエージングする。エージングプロセスは、脱重合を引き起こすセルロースポリマーと酸素との反応を伴い、したがって、セルロースポリマーの長さに影響を及ぼす。
エージング後、以下の式にしたがい、固体アルカリセルロースを二硫化炭素と反応させ、ナトリウムセルロースキサンテートが生成される。
セルロースキサンテートのキサンテート基は、セルロースキサンテートをより可溶性にする。即ち、アルカリセルロースと反応する二硫化炭素が多いほど、得られるナトリウムセルロースキサンテートの溶解度は大きくなる。置換の程度は、多くの場合、「ガンマ数」の数を参照することにより記述される。ガンマ数は、100個の無水グルコース単位(AGU)当たりのキサンテート基の数を意味する。セルロースの各無水グルコース単位に3個のヒドロキシル基が存在するので、最大ガンマ数は300である。
次いで、ナトリウムセルロースキサンテートを水酸化ナトリウムに溶解させて、「ビスコースドープ」として知られる粘性のあるセルロースキサンテート溶液を製造する。ビスコースドープはエージング又は「熟成(ripened)」されてもよく、この間にキサンテート官能化がセルロース鎖上に均一に分布し、このことは、有利な繊維特性に重要である(例えば、その内容を参照により援用する非特許文献1を参照)。
ビスコースドープを用いて、ビスコースレーヨン繊維(単に、ビスコース及び/又はレーヨンとしても知られる場合がある)及びセルロースシート(セロハンとして知られる場合がある)などの多くの製品を製造することができる。
ビスコースレーヨン繊維は、セルロースの溶解度に関与するキサンテート基を硫酸などの酸で加水分解することにより、ナトリウムセルロースキサンテートから不溶性セルロースを再生することにより製造される。
繊維は、ビスコースドープがスピナレット(spinerettes)を通って酸の浴(典型的には、ZnSO及びNaSOなど凝固剤を含む)に強制的に通されるときに不溶性セルロースを再生することによって製造される。
ビスコースドープからビスコースレーヨン繊維を製造することを可能にするために、ビスコースドープは特定の特性を有する必要がある。第1に、繊維の製造を可能にする、ビスコースドープ中のセルロースの濃度に実際的な下限が存在する。セルロースの濃度が低すぎると、繊維、シート、又は他の製造物品は、十分な耐久性を有しない。一般に、ビスコースレーヨン繊維の製造に工業的に適用される方法で使用されるビスコースドープ中のセルロースの濃度は、約10%である。
第2に、少なくともビスコースレーヨン繊維の製造の場合、ビスコースドープ中のセルロースポリマーは、引張強度、伸長、吸収性、耐摩耗性、染色の容易性などの適切な特性を有する繊維を提供するために、ある最小長さである必要がある。ビスコースドープ中のセルロースキサンテートポリマーのサイズを測定するために用いられる1つのパラメータは、「重量平均分子量」Mwである。Mwは、分子量平均への寄与を決定する際の鎖の分子量を考慮し、ポリマー鎖が大きくなるほど、Mwに対する寄与が大きくなる。ビスコースレーヨン繊維の製造のための工業的に適用されるプロセスにおいては、セルロースポリマーのMwは、通常、約150,000~200,000gmol-1である。したがって、ビスコースレーヨン繊維の製造のためのビスコースドープの製造に使用される任意のセルロース源は、この範囲を超えるMwを有する必要がある。
第3に、ビスコースドープの粘度は、繊維を製造するためにスピナレットを強制的に通過させることができなければならない。ドープの粘度は、ドープ中のセルロースの濃度と、セルロースポリマーの長さとの積であり、より高い濃度且つより長いポリマーは、より高い粘度をもたらす。上述したように、ポリマーの長さは、マーセル化後のエージングによって短くすることができ、長くはならない。
第4に、ビスコースドープは、粒子状物質を含まず、又はゲル化し、濾過されることができ、スピナレットの封鎖を回避する必要がある。
ビスコースドープの性質は、アルカリセルロースのエージング、ビスコースドープの熟成などの、ビスコースドープが製造される種々の条件と、セルロース出発材料の特性の両方の関数である。本発明の方法は、ビスコースドープを微生物セルロースから製造することを可能にし、前記ビスコースドープは、ビスコースレーヨン繊維、ビスコースシート、ビスコースレーヨン及びビスコースシート製造に適した性質を有するビスコースドープが好適な他の製造物品の製造に適している。
本発明は、前述した先行技術の欠点のうちの1つ以上を克服する、又は少なくとも改善すること、又は有用若しくは商業的な選択を提供することを目的とする。
背景技術の前述の説明は、本発明の理解を容易にすることを意図している。この議論は、言及した任意の材料が、本願優先日における技術常識の一部である又は一部であったことを認める又は承認するものではない。
セルロースの潜在的な供給源は数多く存在するが、最も一般的に使用されるものは、木材パルプ及びコットンリンターである。微生物セルロースは、ビスコースドープの製造のためのセルロースパルプの製造のための、木材パルプ又はコットンリンターなどの従来のセルロース供給源に対する持続可能な代替物を提供する。
木材パルプ及びコットンリンターに由来するセルロースは、十分に特徴付けられた出発物質であり、それらから適切なビスコースドープを製造するための重要なプロセスパラメータは、よく知られており且つ広く受け入れられており、ビスコース製造施設が、これらの2つの供給源のうちの1つによって製造されたセルロースパルプ及びビスコースドープの製造のための方法を最適化している。
しかし、本発明の以下の説明でより詳細に説明されるように、本発明者らは、微生物セルロースが、これらの従来の供給源に由来するセルロースと異なる性質を有し、これらの異なる性質のいくつかが、ビスコースドープの製造に対する従来のアプローチを効果的でないものとしていることを見出した。
更に、本発明者らは、場合により、単純には、セルロース源として微生物セルロースを使用する従来の供給源からビスコースドープを製造するために必要であると考えられるプロセスパラメータを達成できないことを見出した。それにもかかわらず、本発明者らは、これまで必要であると考えられてきたプロセスパラメータを達成することなく、微生物セルロースからビスコースドープを製造することができることを見出した。
更に、本発明者らは、クラフト法などの木材からセルロースパルプを製造するための従来の技術よりも、エネルギーや、水、化学薬品、及び/又は廃棄物の管理労力が大幅に少ない技術を用いて、ビスコースドープの製造に適したセルロースパルプを微生物セルロースから製造することができることを見出した。
したがって、本発明者らは、微生物セルロースからセルロースパルプを製造するための方法であって、前記微生物セルロースがビスコースドープを製造することができる方法を見出した。本発明者らは、更に、前記微生物セルロースパルプからビスコースドープを製造するための方法を更に見出した。本発明の非常に好ましい形態では、本発明の方法により製造されたビスコースドープは、ビスコースレーヨン繊維の製造に適している。本発明の更に好ましい形態では、本発明の方法により製造されたビスコースドープは、ビスコースシートの製造に適している。
本発明の微生物セルロースパルプは、従来の供給源から製造されたものよりも、より高い分子量、及びより均一な分子量分布を有するセルロースポリマーを含む。
本発明の第1の態様では、重量平均分子量(Mw)が、700000gmol-1よりも大きい微生物セルロースパルプが提供される。
本発明の第2の態様では、多分散指数が4.5未満である微生物セルロースパルプが提供される。
当業者に理解されるように、多分散指数は、ポリマーの分子量分布の幅の尺度であり、数平均分子量で除した重量平均分子量(PD=Mw/Mn)と定義される。より大きな多分散指数はよりブロードな分子量範囲に対応し、多分散指数1は、全てのポリマーが等しい鎖長を有することに対応する。
好ましくは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.040g未満である。より好ましくは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.030g未満である。更に好ましくは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.020g未満である。
好ましくは、微生物セルロースパルプは、ビスコースドープの製造に適している。
当業者に理解されるように、微生物セルロースは、高い親水性、高い重合度(DP)、及び強い湿紙強度(wet-web strength)などの、木材パルプ由来のセルロースと著しく異なる多くの物理的性質を示す。特に、本発明者らは、微生物セルロースの高い親水性は、本発明者らが、より高い多孔度をもたらし、したがって流体パルプの製造により多くの水を必要とするより細いフィブリルであることを見出したもののより広い表面積に起因すると考えている。より大きな重合度は、より反応性の高いヒドロキシル基及びより高い親水性を意味する。更に、本発明者らは、微生物セルロースが、非晶質領域が少なく、吸水効率が高いことを意味する結晶性指数がより高いことを見出した。
木材由来のセルロースに対する微生物セルロースの驚くべき種々の性質が本発明者らによって見出され、微生物セルロースからビスコースドープを製造する能力に著しい影響を与える。例えば、微生物セルロースの吸水能は、本発明の微生物セルロースパルプにおけるセルロース濃度を制限することが分かった。特に、パルプ1mL当たり0.040g超のセルロース濃度を有するパルプが、更なる加工のために非常に望ましくない取扱い特性を示すことが分かった。重要なことには、本発明者らは、4.0%w/w(40gL-1)超の濃度を有する微生物セルロースに由来するパルプをマーセル化すると、セルロースが凝集し、マーセル化中にセルロースが水酸化ナトリウムと適度に反応することを妨げることを見出した。比較として、木材に由来するセルロースの7.0%w/w溶液でさえ、自由流動性の流体パルプである。
本発明者らは、マーセル化中に水酸化ナトリウムと接触する前の水による微生物セルロースのパルプ化が、ビスコースドープの製造の好適性に不可欠であることを見出した。上述のように、微生物セルロースは、より細いフィブリルの緻密なマトリックスとして形成される。本発明者らは、微生物セルロースがマーセル化工程前にパルプ化されていない場合には、マーセル化反応は緻密なマトリックスの表面でのみ発生し、外面の「ゲル化」をもたらし、セルロース固体マトリックス内での更なる反応を防げることを見出した。当業者に理解されるように、これは、セルロースがマーセル化工程前にパルプ化されていない木材に由来するセルロースからビスコースドープを製造するための典型的な方法とは異なる。水酸化ナトリウムに接触させると、木材由来のセルロースはこのゲル化を示さない。理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、セルロースマクロ構造が、十分量の水酸化ナトリウム溶液を吸収して、マーセル化反応を完了させるのに十分に多孔質であると理解している。
本発明の第3の態様では、ビスコースドープの製造のための微生物セルロースパルプを製造するための方法が提供され、前記方法は、以下の工程を含む:
微生物セルロースをある体積の水に曝露して前記ビスコースドープの製造のための微生物セルロースパルプを生成する工程であって、前記微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度が、パルプ1mL当たりセルロース0.040g未満である工程。
好ましくは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.030g未満である。より好ましくは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.020g未満である。
好ましくは、本発明の第3の態様の微生物セルロースパルプは、本発明の第1及び第2の態様の微生物セルロースパルプの性質を有する。
本発明の第4の態様では、微生物セルロースパルプをマーセル化する方法が提供され、前記方法は、以下の工程を含む:
微生物セルロースパルプをある量の水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程であって、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度が、混合物1mL当たりセルロース0.035g未満である工程。
本明細書全体を通して、文脈がそうでないことを必要としない限り、用語「マーセル化する」、「マーセル化」、又はその変形は、セルロース含有材料、特に微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウムに曝露することを含むプロセスを意味すると理解される。当業者に理解されるように、水酸化ナトリウムへのセルロース含有材料の曝露は、ビスコースドープの製造において効果的なキサンテート化を可能にする。
本発明の第5の態様では、前記方法にしたがって、微生物セルロースパルプをマーセル化する工程を含む、ビスコースドープを製造するための方法が提供される。
好ましくは、前記ビスコースドープは、ビスコースレーヨン繊維の製造に適している。
好ましくは、前記ビスコースドープは、ビスコースシートの製造に適している。
本発明の第6の態様では、本発明の第3の態様の微生物セルロースパルプを製造するための方法により製造された微生物セルロースパルプが提供される。
本発明の第7の態様では、本発明の第5の態様により製造された微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物が提供される。
本発明の第8の態様では、本発明の第3の態様の微生物セルロースパルプを用いたビスコースドープの製造のための方法が提供される。
本発明の第9の態様では、本発明の第4の態様により製造された微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物を用いる、ビスコースドープの製造のための方法が提供される。
本発明の第10の態様では、本発明の第5又は第9の態様のビスコースドープの製造のための方法により製造されたビスコースドープが提供される。
本発明の第11の態様では、本発明の第10の態様のビスコースドープから製造物品を製造するための方法が提供される。
本発明の一形態では、製造物品はビスコースレーヨン繊維である。本発明の一形態では、製造物品はビスコースシートである。
本発明の第12の態様では、本発明の第11の態様の方法により製造された製造物品が提供される。
前述のように、本発明の一態様においては、微生物セルロースパルプを用いるビスコースドープの製造のための方法であって、前記方法は、前記微生物セルロースパルプを製造する工程を含み、前記工程は、微生物セルロースをある体積の水に曝露して前記ビスコースドープの製造のための前記微生物セルロースパルプを生成する工程であって、前記微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度が、パルプ1mL当たりセルロース0.040g未満である工程を含む方法が提供される。
より好ましくは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.030g未満である。更に好ましくは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.020g未満である。
微生物セルロースパルプ
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプ中のセルロースの重量平均分子量(Mw)は、700000gmol-1より大きい。好ましくは、重量平均分子量(Mw)は、800000gmol-1より大きい。好ましくは、重量平均分子量(Mw)は、900000gmol-1より大きい。好ましくは、重量平均分子量(Mw)は、1000000gmol-1より大きい。本発明の特定の実施形態では、Mwは、2000000gmol-1未満である。本発明の特定の実施形態では、Mwは、1500000gmol-1未満である。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、例えば、その内容を参照により援用する“An Introduction to Gel Permeation Chromatography and Size Exclusion Chromatography”, Agilent Technologies, 2015, https://www.agilent.com/cs/library/primers/Public/5990-6969EN%20GPC%20SEC%20Chrom%20Guide.pdf; and More S, Barth HG, “Size Exclusion Chromatography”, 1st ed. Berlin (Ger), Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. KG. 199, p234に記載される技術で測定することができる。
ゲル浸透クロマトグラフィーは、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)及びゲル濾過クロマトグラフィー(GFC)としても知られている。
Mwの決定のための別の技術は、固有粘度を測定し、次いでMark-Houwink Equationを適用することを含む。
式中、a及びKは、後述するように、ポリマー-溶媒系に依存する。
固有粘度は、Ubbelohde(AKA Ostwald、又は“U-tube”)Viscometer又は等価な機器を用いて測定される。この技術は、ポリマーの固有粘度がポリマーの溶出量に直接関係するので、サイズ排除クロマトグラフィーと共に使用される。したがって、サイズ排除クロマトグラフにおけるポリマーのいくつかの単分散サンプルを実行させることにより、K及びaの値は、最良適合のラインを用いてグラフ上で決定することができる。次いで、分子量と固有粘度の関係を定義する。
本発明の一実施形態では、上記のように、微生物セルロースパルプ中のセルロースの重量平均分子量(Mw)は、これらの技術のうちの1つ以上によって決定される。本発明の好ましい態様において、Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて決定される。
本発明の一態様において、微生物セルロースパルプ中のセルロースの多分散指数は、約4.5未満である。好ましくは、多分散指数は、約4.0未満である。
本発明の一形態では、多分散指数は4.5未満である。好ましくは、多分散指数は4未満である。
本発明の一形態では、多分散指数は約2~約4である。本発明の一形態では、多分散指数は約3~約4である。
本発明の一形態では、多分散指数は2~4である。本発明の一形態では、多分散指数は3~4である。
セルロースパルプ中のセルロースの多分散性は、セルロースのMwの測定のための技術と同じ技術を用いて生成させた測定値から計算することができる。本発明の一実施形態では、前述のように、セルロースの多分散性は、これらの技術のうちの1つ以上によって決定される。本発明の好ましい実施形態においては、Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて決定される。
好ましくは、微生物セルロースパルプは、ビスコースドープの製造に適している。
好ましくは、微生物セルロースパルプは、ビスコースレーヨン繊維の製造に適したビスコースドープの製造に適している。
好ましくは、微生物セルロースパルプは、セルロースシートの製造に適したビスコースドープの製造に適している。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプを製造するための方法は、微生物セルロースをある体積の水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程の後、
前記微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程を含む。
本明細書全体を通して、文脈がそうでないことを必要としない限り、用語「ホモジナイズプロセス」又はその変形は、少なくとも2つの別の画分を含む混合物の少なくとも1つの画分の粒子サイズを低減するプロセスを意味すると理解される。本発明の文脈においては、ホモジナイズプロセスは、微生物セルロースの平均粒径を減少させる。ホモジナイズプロセスは、必ずしも完全に均質な混合物をもたらすとは限らない。
好ましくは、微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程は、機械的、超音波、又は圧力によるホモジナイズプロセスのいずれか1つ、又はそれらの組合せから選択されるホモジナイズプロセスを利用する。より好ましくは、ホモジナイズプロセスは、機械的ホモジナイズプロセスである。
ホモジナイズプロセスがより具体的には、機械的ホモジナイズプロセスを含む本発明の一形態では、微生物セルロースは、機械的な力によって印加される応力下で変形及び/又は破壊される。機械的な力は、引張応力、曲げ応力、圧縮応力、ねじり応力、衝撃応力、及び剪断応力のうちの1つ以上から選択することができる。好ましくは、機械的な力は、圧縮応力、衝撃応力、及び剪断応力のいずれかである。
本発明者らは、高速回転ブレードを用いた機械的ホモジナイズが、微生物セルロースのホモジナイズにおいて特に有用であることを見出した。このような処理において、機械的な力は、主として、回転するブレードと微生物セルロースと間の衝突から生じる衝撃力と、媒体中における速度差によって生じる剪断力とからなることが理解される。機械的ホモジナイズ装置の他の形態としては、摩擦粉砕機が挙げられる。このような装置内において、材料は、2つの平行な研削ディスク間で研削される。
湿式微生物セルロースをホモジナイズプロセスに付すことにより、微生物セルロースの粒子サイズが低減されることが分かった。この低減された粒子サイズは、例えば、微生物セルロースパルプがビスコースドープの製造に使用される場合に行われる、マーセル化のための微生物セルロースパルプの好適性を改善することが分かった。本発明者らは、微生物セルロースパルプをマーセル化工程に付すと、マーセル化パルプ中にゼラチン状凝集体が生成できることを見出した。理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、微生物セルロースが十分にホモジナイズされていないと、セルロースフィブリルの凝集体がパルプ全体に亘って残存することがあると考えている。このような凝集体の密な充填のために、マーセル化中にNaOHに曝露されるのは、外層のみである。これにより、マーセル化が不十分な微生物セルロースコアを含むゼラチン状凝集体が生じる。これらのマーセル化が不十分なゼラチン状凝集体は、適切にキサンテート化せず、後に溶解しない。したがって、そのような凝集体の大部分を、典型的には、キサンテート化の前に除去する必要がある。本発明者らは、マーセル化工程の前の微生物セルロースの粒子サイズの低減は、そのようなゼラチン状凝集体の生成を低減させることを見出した。前述のように、本発明者らは、微生物セルロースが、より細いフィブリルの緻密な網状組織からなることを見出した。理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、粒子サイズの低減が、緻密な微生物セルロースネットワークをフィブリル化し、それによって、水酸化ナトリウム溶液へのセルロースのより大きな曝露を可能にすると考えている。
粒子の大きさを決定する方法は、当技術分野においてよく知られている。例えば、参照により本明細書中に援用す米国特許第4,605,517号明細書の一般的な方法を用いることができる。以下は、1つの非限定的な方法の説明である。
微生物セルロースパルプ中のセルロースの粒子サイズは、球相当体積直径を測定するように構成された機器、例えば、Horiba LA910 Laser Scattering Particle Size Distribution Analyzer、Malvern Mastersizer 2000、又は等価な機器を使用して、サイズを特徴付けることができる。
当業者に理解されるように、粒子サイズ分布は、多くの場合、レーザ回折分析によって測定され、d値を用いて表現される。各d値の意味は、以下の通りである。
D10:粒子の10重量%が、それ未満であるサイズ
D50:粒子の50重量%が、それ未満であるサイズ
D90:粒子の90重量%が、それ未満である
本明細書を通して、粒子サイズ分布特性に対する言及は、レーザ回折分析によって測定された特性を意味する。
本発明の一形態では、本明細書中に報告されるD90、D50、及びD10の各値は、Horiba LA910 Laser Scattering Particle Size Distribution Analyzer、Malvern Mastersizer 2000、又は当業者によって認識される他のそのような機器を用いて評価される。このような装置を用いて、サイズが未知の粒子の懸濁液についての値を取得し、対照サンプルの統計的分析に基づいて予想されるサイズ範囲内に粒子を有する対照サンプルを用いて機器をモニターする。
本発明の特定の形態では、粒子サイズ分布は、Mastersizer2000(Malvern、UK)レーザ回折装置を用いて計算される。より好ましくは、Mastersizer2000(Malvern、UK)レーザ回折装置の動作条件は、以下の通りである。
レーザ粒度測定装置: Malvern Mastersizer 2000
ユニット: Hydro 2000SM liquid route
分散キャリア流体の体積: 150mL
波長(青色及び赤色): 466及び632nm
攪拌速度: 1950rev/min
分析範囲: 0.02μm~2000μm
光学モデル(Mie理論)
使用される屈折率の値:
分散流体(水) n流体=1.33+i0
オブスキュレーションの値 10%~20%
取得時間 10s
本発明の好ましい形態では、D90は、1700μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、1600μm未満である。本発明の好ましい形態では、パルプ中のセルロースの粒子の粒子サイズ分布は、D90が1500μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、1400μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、1300μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、1200μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、1100μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、1000μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、900μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、800μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、700μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、600μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、500μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、400μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、300μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、200μm未満である。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm未満である。
本発明の好ましい形態では、パルプ中のセルロースの粒子の粒子サイズ分布は、D90が100μm~1700μmである。本発明の好ましい形態では、パルプ中のセルロースの粒子の粒子サイズ分布は、D90が100μm~1600μmである。本発明の好ましい形態では、パルプ中のセルロースの粒子の粒子サイズ分布は、D90が100μm~1500μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~1400μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~1300μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~1200μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~1500μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~1000μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~900μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~800μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~700μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~600μmである。本発明の好ましい形態では、D90は、100μm~500μmである。
本発明の好ましい形態では、D50は、1200μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、1100μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、1000μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、900μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、800μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、700μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、600μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、500μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、400μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、300μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、200μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、100μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、90μm未満である。好ましい実施形態では、D50は、80μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、70μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、60μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、50μm未満である。本発明の好ましい形態では、D50は、40μm未満である。
本発明の好ましい形態において、パルプ中の微生物セルロースの粒子の粒子サイズ分布は、D50が40~1100μmである。本発明の好ましい形態では、D50は、40~1000μmである。本発明の好ましい形態では、D50は、40~900μmである。本発明の好ましい形態では、D50は、40~800μmである。本発明の好ましい形態では、D50は、40~700μmである。本発明の好ましい形態では、D50は、40~600μmである。本発明の好ましい形態では、D50は、40~500μmである。
本発明の好ましい形態では、D10は、500μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、400μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、300μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、200μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、100μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、90μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、80μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、70μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、60μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、50μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、40μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、30μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、20μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、10μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、5μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、2μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、1μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、0.5μm未満である。
本発明の好ましい形態では、パルプ中の微生物セルロースの粒子の粒子サイズは、D10が1~150μmである。本発明の好ましい形態では、D10は、1~140μmである。本発明の好ましい形態では、D10は、1~130μmである。本発明の好ましい形態では、D10は、1~120μmである。本発明の好ましい形態では、D10は、1~110μmである。本発明の好ましい形態では、D10は、1~100μmである。本発明の好ましい形態では、D10は、1~90μmである。本発明の好ましい形態では、D10は、1~80μmである。
本発明の一形態では、D10は、800μm未満であり、D50は、1200μm未満であり、D90は、1700μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、600μm未満であり、D50は、800μm未満であり、D90は、1400μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、100μm未満であり、D50は、500μm未満であり、D90は、1200μm未満である。本発明の好ましい形態では、D10は、50μm未満であり、D50は、300μm未満であり、D90は、1000μm未満である。
微生物セルロースパルプのマーセル化
本発明の一態様において、微生物セルロースパルプを用いたビスコースドープの製造のための方法は、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウムに曝露することにより、微生物セルロースパルプをマーセル化する工程を含む。
水酸化ナトリウムは、固体形態であってもよいし、溶液状であってもよい。本発明の好ましい形態では、水酸化ナトリウムは水溶液状である。
本発明の一形態では、微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、以下の工程を含む:
前記微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程であって、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度が、混合物1mL当たりセルロース約0.35g未満である工程。
本発明の一態様では、微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、
前記微生物セルロースパルプをある量の水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程であって、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度が、混合物1mL当たりセルロース0.35g未満である工程。
当業者に理解されるように、木材パルプに由来するセルロースを使用する場合には、著しく過剰な遊離水酸化ナトリウムを含まず、セルロースの所定質量に対して十分な水酸化ナトリウム溶液が存在することを確実にするように、マーセル化溶液中のセルロース濃度を選択する。典型的なセルロース濃度は、使用する機器に応じて2.5%~7%の範囲である。前述したように、微生物セルロースは、木材由来のセルロースと著しく異なる物性を示す。これらの物性は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度を制限することが分かっている。本発明者らは、微生物セルロースの濃度を制限することにより、微生物セルロースパルプの自由流動状態が維持され、微生物セルロースと水酸化ナトリウム溶液との適切な混合を確実にすることを見出した。本発明の一形態では、微生物セルロースパルプをある量の水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程であって、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度が、混合物1mL当たりセルロース0.35g未満である工程の前に、前記方法は、以下の工程を含むことができる:
前記微生物セルロースパルプを、水を除去することにより濃縮する工程。
水を除去することにより微生物セルロースパルプを濃縮する工程は、減圧下での蒸発及び又は加熱を含む水の蒸発、又は濾過又は紡糸などの物理的分離、若しくはそれらの組合せにより行うことができる。
本発明の好ましい形態において、水を除去することにより微生物セルロースパルプを濃縮する工程は、微生物セルロースパルプを紡糸することにより行われる。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.295g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.29g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.285g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.28g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.275g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.27g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.265g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.26g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.255g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.25g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.245g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.24g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.235g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.23g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.225g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.22g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.215g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.215g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.205g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.20g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.195g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.19g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.185g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.18g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.175g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.17g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.165g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.16g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.155g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.15g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.145g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.14g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.135g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.13g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.125g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.12g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.115g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.11g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.105g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.10g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.095g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.09g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.085g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.08g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.075g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、混合物1mL当たりセルロース約0.07g未満である。
驚くべきことに、セルロースの従来の供給源の製造に使用されるセルロース濃度を考慮すると、本発明者らは、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たり0.035gより多くのセルロースを含む、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物が、典型的には、更なる加工のために非常に望ましくない取扱い特性を示すことを見出し、ある場合には、パルプが流体パルプとして全く挙動しない程度にまでになり、これは、マーセル化中におけるセルロースと水酸化ナトリウムとの適切な反応を妨げる。混合物1mL当たりのセルロース0.035gよりも高い濃度では、ゼラチン状凝集体を(例えば、篩により)選択的に除去することにより、キサンテート化に適したマーセル化パルプを製造することが可能であり得る。しかし、これは、セルロースの転化効率に悪影響を与え、非常に望ましくない。更なるアプローチは、ゼラチン状凝集体を選択的にホモジネートすることであるが、これは非効率的なアプローチであり、商業的プロセスに容易には転用できない。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.034g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりのセルロース約0.03g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.025g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.020g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.019gである。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たり約0.018g未満のセルロースである。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.017g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.016g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.015g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たり約0.014g未満のセルロースである。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.013g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たり約セルロース0.012g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.011g未満である。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.034g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.030g未満である。本発明の好ましい形態において、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.025g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.020g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.019g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.018g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.017g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.016g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.015g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.014g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.013g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.012g未満である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース0.011g未満である。
本発明の非常に好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物1mL当たりセルロース約0.010gである。
前述したように、本発明者らは、1mL当たり約0.035gを超える濃度で、マーセル化混合物の物性が、ゲル状又はウェットな固体の性質を示し、セルロースパルプからのビスコースドープの製造における本質的な工程である、パルプの効果的なマーセル化を著しくそのような阻害することを見出した。
しかし、本発明者らは、これが、1mL当たりのセルロース約0.010gの濃度の場合には、当てはまらないことを見出した。パルプ1mL当たりセルロース約0.010gを超えるが、パルプ1mL当たりセルロース約0.035g未満の濃度では、生きたパルプ(viable pulp)を製造することが可能であるが、スクリーニング又は標的化若しくは局在化ホモジナイズなどによってゲルの凝集体を除去することが必要である。商業的な文脈では、標的化又は局在化ホモジナイズは、実用的ではないであろう。ゲル凝集体の除去は、供給源のパルプへの転化効率を低下させる。本発明者らは、パルプ1mL当たり約0.035gを超える濃度では、商業的に実行可能な方法論を使用してビスコースドープを製造するためには、実際上不可能であることを見出した。
本発明の一形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース0.001g超である。このようなより低い濃度では、前述した望ましくない物性をもたらさないものの、低濃度は、一般に、より多くの液体を扱うことを伴うので、通常は望ましくない。本発明者らは、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度がパルプ1mL当たりセルロース0.001g未満であることは、商業上実際的ではないであろうと考えている。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース約0.002g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース約0.003g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース約0.004g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース約0.005g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース約0.006g超である。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース0.002g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース0.003g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース0.004g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース0.005g超である。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物中のセルロース濃度は、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウムとの混合物1mL当たりセルロース0.006g超である。
セルロースパルプをマーセル化するための技術は、当技術分野において知られている。例えば、その内容を参照により援用するWilkes AG. The Viscose Process. In: Woodings C, editor, “Regenerated Cellulose Fibres”, 1st ed. Cambridge (UK), Woodhead Publishing Limited, 2001, p. 37-61を参照されたい。
本発明の一形態では、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程は、より具体的には、微生物セルロースパルプを、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度が約80~約500gL-1である水酸化ナトリウム溶液に曝露することを含む。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、約90~約300gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、約100~約200gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、約100~約250gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、約100~約200gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、約170~約190gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、約180gL-1である。
本発明の一形態では、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程は、より具体的には、微生物セルロースパルプを、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度が80~300gL-1である水酸化ナトリウム溶液に曝露することを含む。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、90~300gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、100~200gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、100~250gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、100~200gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、170~190gL-1である。本発明のより具体的な形態では、微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中の水酸化ナトリウムの濃度は、180gL-1である。
本発明の好ましい形態は、水酸化ナトリウムのより高濃度の溶液を利用して、より多くの量の溶液を扱うことに関連するオーバーヘッド(overhead)を低減し、押圧の要求を低減する。しかし、職業的健康及び安全上の考慮事項により、上限濃度制限が課されれ得る。
本発明の別の形態は、より低濃度の水酸化ナトリウム溶液への第2の曝露を含む、「二重浸浸」として知られる技術を使用することができる。第1の曝露の後、上述した濃度で、混合物を、第2の曝露の前にごく軽くプレスし、その後、従来のプレス及び細断を行う。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程は、より具体的には、微生物セルロースパルプを、約30~約70℃の温度で水酸化ナトリウム溶液に曝露することを含む。更に好ましくは、温度は、40~60℃である。更に好ましくは、温度は、約45~約55℃である。本発明の特定の形態では、温度は、約50℃である。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程は、より具体的には、微生物セルロースパルプを、30~70℃の温度で水酸化ナトリウム溶液に曝露することを含む。好ましくは、更に、前記温度は、40~60℃である。好ましくは、更に好ましくは、前記温度は、45~55℃である。本発明の特定の形態では、前記温度は、50℃である。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露する工程は、より具体的には、微生物セルロースパルプを、100℃未満の温度で水酸化ナトリウム溶液に曝露することを含む。本発明者らは、これを超える温度で、固形物を生成する傾向があり、ビスコースドープの製造において非常に不利であることを見出した。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、少なくとも60分間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、少なくとも90分間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、少なくとも120分間行われる。
本発明者は、このようなプロセスの商業的に実用的な上限は、24時間であると考えている。好ましくは、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、24時間未満の期間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、18時間未満の期間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、15時間未満の期間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、12時間未満の期間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、9時間未満の期間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、6時間未満の期間行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプを水酸化ナトリウム溶液に曝露することにより微生物セルロースパルプをマーセル化する工程は、3時間未満の期間行われる。
微生物セルロースからビスコースドープを製造するための方法
本発明の非常に好ましい形態では、微生物セルロースパルプは、ビスコースレーヨン繊維の製造に適したビスコースドープの製造に適している。
本発明の非常に好ましい形態では、微生物セルロースパルプは、セルロースシートに適したビスコースドープの製造に適している。
本発明の一形態では、微生物セルロースパルプをマーセル化する工程の後、本発明の方法は、以下の工程を含む:
水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物をプレスして水酸化ナトリウム溶液の一部を除去する工程。
本発明の好ましい形態では、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物をプレスして水酸化ナトリウム溶液の一部を除去する工程は、より具体的には:
水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物をプレスして水酸化ナトリウム溶液の一部を除去し、少なくとも3のプレスファクターにプレスすることを含む。
プレスファクターは、プレス工程後のマーセル化微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロース及び水酸化ナトリウム含量の尺度である。プレスファクターは、プレス後のケーキの重量を元の乾燥セルロースの重量で除すことにより計算される。
プレスファクターが少なくとも3である場合、本発明の好ましい形態では、プレスファクターは、3~6である。好ましくは、プレスファクターは、3~約4.5である。好ましくは、プレスファクターは、3~約4である。
プレスファクターが少なくとも3である場合、好ましくは、3~6である。好ましくは、更に、プレスファクターは、3~4.5である。好ましくは、更に、プレスファクターは、3~4である。
木材パルプ由来のセルロースからのビスコースドープの製造の文脈では、本発明の方法のプレスファクターよりも大幅に低いプレスファクターが、ビスコースレーヨン繊維の製造に適したビスコースドープの製造において非常に望ましいことが広く理解されている。本発明者らは、本発明の方法の文脈において製造されたマーセル化微生物セルロースパルプは、木材パルプ由来セルロースに由来する許容可能なビスコースドープの生成に必要であると理解されるプレスファクターを与えるのに必要な程度にまで、実際にプレスすることができないことを見出した。
本発明の一形態では、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物をプレスして水酸化ナトリウム溶液の一部を除去する工程の後、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物は、10~21wt/wt%の水酸化ナトリウムを含む。好ましくは、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物は、11~20wt/wt%の水酸化ナトリウムを含む。好ましくは、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物は、12~19wt/wt%の水酸化ナトリウムを含む。好ましくは、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物は、13~18wt/wt%の水酸化ナトリウムを含む。好ましくは、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物は、14~17wt/wt%の水酸化ナトリウムを含む。好ましくは、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物は、15~16wt/wt%の水酸化ナトリウムを含む。好ましくは、水酸化ナトリウムと微生物セルロースパルプとの混合物は、15.5wt/wt%の水酸化ナトリウムを含む。
驚くべきことに、本発明者らは、許容可能なビスコースドープを、プレスファクターが木材パルプ由来セルロースに必要なものよりも大幅に高い微生物セルロースから製造することができることを見出した。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースパルプをマーセル化する工程の後、前記方法は、以下の工程を含む:
マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程。
好ましくは、更に、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、マーセル化微生物セルロースパルプと水酸化ナトリウム溶液との混合物をプレスして水酸化ナトリウム溶液の一部を除去する工程の後に行われる。好ましくは、更に、微生物セルロースパルプは、10~21wt/wt%の水酸化ナトリウム濃度を有する。
本発明の好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、以下の工程を含む:
二硫化炭素の濃度が微生物セルロースの乾燥重量の20~50%(w/w)であるようにマーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程。
本発明の好ましい形態では、二硫化炭素の濃度は25~45%(w/w)であり、好ましくは更に、30~40%(w/w)である。本発明の特定の形態では、二硫化炭素の濃度は、36%である。
本発明の好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、以下の工程を含む:
マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程。
本発明は、本発明の方法によって製造された微生物セルロースキサンテートを包含する。
好ましくは、更に、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、約5~約50℃の温度、好ましくは更に約5~約40℃、好ましくは更に約10~約40℃の温度で行われる。好ましくは、更に、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、約25~約35℃の温度で行われる。好ましくは、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、5~50℃の温度、好ましくは更に5~40℃、好ましくは更に10~40℃の温度で行われる。
マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程が、5~50℃の温度で行われる場合、本発明の好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、90分未満の期間行われる。
好ましくは、更に、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程は、30~90分間の期間行われる。
前記方法が、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程を含む本発明の好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程の前に、前記方法は、以下の工程を更に含む:
マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程。
本発明の好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、0~10時間の期間行われる。好ましくは、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、1~5時間の期間行われる。本発明の非常に好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、約60~約400分間の期間行われる。本発明の非常に好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、120~300分間の期間行われる。
本発明の好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも150mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な時間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも160mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも170mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも180mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも190mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも200mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも210mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも220mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも230mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも240mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。本発明の一形態では、マーセル化微生物セルロースパルプをエージングする工程は、少なくとも250mL/gの目標ドープ粘度に達するのに十分な期間行われる。
本発明者らは、ビスコースドープを製造するためのキサンテート化前のマーセル化セルロースパルプの適切なエージング時間を示すための容認モデルが、本発明者らが、本発明の微生物セルロース由来のマーセル化セルロースパルプに適していると見出した時間よりも遥かに長いエージング時間を示すことを見出した。
本発明の好ましい形態では、マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して微生物セルロースキサンテートを製造する工程の後、前記方法は、以下の工程を含む:
前記微生物セルロースキサンテートを溶解させる工程。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを溶解させてビスコースドープを製造する工程は、以下の工程を含む:
微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程。
本発明の好ましい形態では、水酸化ナトリウムの水溶液中の水酸化ナトリウムの濃度は、1~7%である。本発明の好ましい形態では、水酸化ナトリウムの水溶液中の水酸化ナトリウムの濃度は、3~6%である。本発明の好ましい形態では、水酸化ナトリウムの水溶液中の水酸化ナトリウムの濃度は、4~6%である。好ましくは、水酸化ナトリウムの水溶液中の水酸化ナトリウムの濃度は、約5%である。好ましくは、水酸化ナトリウムの水溶液中の水酸化ナトリウムの濃度は、5%である。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウムの水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、低温で行われる。
好ましくは、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、約0~約20℃の温度で行われる。好ましくは、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、約5~約10℃の温度で行われる。本発明の非常に好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、約7℃で行われる。
好ましくは、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、0~15℃の温度で行われる。好ましくは、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、5~10℃の温度で行われる。本発明の非常に好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、7℃で行われる。
本発明の別の形態では、微生物セルロースキサンテートと水酸化ナトリウム水溶液とを接触させる工程の初期温度を制御する。好ましくは、溶液の温度は、工程を通して周囲温度周辺に調整(drift)させることができる。好ましくは、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程は、0~30℃の初期温度で行われる。本発明者らは、本発明の微生物セルロースキサンテートが、木材由来のセルロースパルプから製造されたセルロースキサンテートよりも大幅に遅い溶解性を示すことを見出した。例えば、同等な条件下では、木材由来のセルロースパルプから製造されたセルロースキサンテートは、本発明の微生物セルロースキサンテートについて観測された時間のほぼ半分の時間で溶解すると予想される。
当業者に理解されるように、木材由来のセルロースパルプから製造されたセルロースキサンテートを溶解させる場合、水酸化ナトリウム水溶液と約2~3時間接触させた後でも溶解しなかった粒子は溶解しないであろう。本発明者らは、木材由来のセルロースパルプから製造されるキサンテートを溶解するために通常用いられる時間よりも長い期間、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程を行うことにより、粒子の溶解度がより高くなることを見出した。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、3時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、4時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、5時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、6時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、7時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、8時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、9時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、10時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、11時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、12時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、13時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、14時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、15時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、16時間よりも長い期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、17時間よりも長い期間行われる。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、約3.5時間~約18時間の期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、約4時間~約15時間の期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、約5時間~約10時間の期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、約6時間~約8時間の期間行われる。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、3.5時間~18時間の期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、4時間~15時間の期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、5時間~10時間の期間行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程は、6時間~8時間の期間行われる。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程中、溶液に攪拌を与える。好ましくは、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程中、溶液は攪拌される。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースキサンテートを水酸化ナトリウム水溶液と接触させて微生物セルロースビスコースドープを製造する工程の後、前記方法は、以下の工程を含む:
微生物セルロースビスコースドープを熟成する工程。
当業者に理解されるように、ビスコースからキサンテートを沈殿させるのに必要な塩溶液の濃度を、典型的には、塩指数試験(salt figure test)(塩化ナトリウムを使用する)及びHottenroth試験(塩化アンモニウムを使用する)により決定することによって、再キサンテート化(re-xanthation)の程度及びキサンテート化の均一性(ビスコース熟成)が測定される。詳細については、その内容を参照により援用するSengupta AK Rayon Fibres, in Gupta VB, Kothari VK editor, Manufactured Fibre Technology, 2nd Ed., Springer Science and Business Media; 2012, p580-513に記載されている。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースビスコースドープを熟成する工程は、周囲温度で行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースビスコースドープを熟成する工程は、約5~約50℃の温度、好ましくは更に約5~約40℃、好ましくは更に約10~約40℃の温度で行われる。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースビスコースドープを熟成する工程は、周囲温度で行われる。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースビスコースドープを熟成する工程は、5~50℃の温度、好ましくは更に5~40℃、好ましくは更に10~40℃の温度で行われる。
本発明の一形態では、微生物セルロースのビスコースドープを熟成する工程の少なくとも一部の間に、溶液に攪拌を与える。好ましくは、前記溶液は、微生物セルロースのビスコースドープを熟成する工程の少なくとも一部の間に攪拌される。本発明者らは、攪拌が停止すると、ドープの一部が沈殿し得ることを理解している。
本発明のある形態において、微生物セルロースビスコースドープを製造するための方法は、微生物セルロースビスコースドープを濾過する工程を含む。
微生物セルロースパルプを製造するための方法
前述したように、微生物セルロースパルプは、以下の工程を含む方法によって製造される:
微生物セルロースをある体積の水に曝露して前記ビスコースドープの製造のための微生物セルロースパルプを生成する工程であって、前記微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度が、パルプ1mL当たりセルロース0.040g未満である工程。
前述したように、本発明者らは、パルプ1mL当たり0.040gを超えるセルロース濃度では、微生物セルロースは、取り扱いに望ましくない物性を示し、最も重要なことには、商業的に実用的な方法を使用してセルロースパルプの適切なマーセル化を妨げることを見出した。特に、セルロースの凝集は、ビスコースドープの製造に必要なマーセル化に必要な水酸化ナトリウム溶液へのセルロースの適切な曝露を妨げる。
本発明者らは、1mL当たり0.040gを超えるセルロース濃度を有するパルプでは、商業的な技術を使用する適切なマーセル化を行うことができないことを見出した。
本発明の一形態では、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度は、パルプ1mL当たりセルロース0.001g超である。このようなより低い濃度では、前述した望ましくない物性をもたらさないものの、低濃度は、一般に、より多くの液体を扱うことを伴うので、通常は望ましくない。本発明者らは、微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度がパルプ1mL当たりセルロース0.001g未満であることは、商業上実際的ではないであろうと考えている。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースをある体積の水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程は、周囲温度で行われる。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースをある体積の水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程は、約5~約50℃の温度、好ましくは更に約5~約40℃、好ましくは更に約10~約40℃の温度で行われる。
本発明の好ましい形態では、微生物セルロースをある体積の水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程は、5~50℃の温度、好ましくは更に5~40℃、好ましくは更に10~40℃の温度で行われる。
木材パルプ及びコットンリンターなどの従来のセルロース源は、ヘミセルロース及びリグニンを含み、これらは、クラフト法などにより除去しなければならない。本発明者らは、微生物セルロースが、本質的にこれらの汚染物質を含まず、クラフト様プロセスを必要としないことを見出した。
本発明の一形態では、微生物セルロースをある体積の水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程の前に、本発明の微生物セルロースパルプを製造するための方法は、以下の工程を含む:
微生物セルロースを洗浄剤で洗浄する工程。
本発明の実施形態において、洗浄剤は、アルキルベンゼンスルホネート洗浄剤、四級アンモニウム洗浄剤、ポリオキシエチレン洗浄剤、又はグリコシド洗浄剤などの洗浄剤であることができる。
本発明の実施形態では、洗浄剤は、塩素、オゾン、次亜塩素酸ナトリウム、又は過酸化水素のような漂白剤であることができる。
本発明の実施形態では、洗浄剤は、ナトリウム、カリウム、又は水酸化カルシウム若しくは酸化物などの苛性剤であることができる。
本発明の実施形態では、洗浄剤はアニオン性界面活性剤であることができる。好ましくは、アニオン性界面活性剤は、スルホン酸塩、アルコール硫酸塩、脂肪アルコール硫酸塩、脂肪アルコールエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、リン酸エステル、カルボン酸塩、及びそれらの混合物からなる群から選択される。本発明の一形態では、線状剤は、Texapon(登録商標)(BASF SE)である。
本発明の実施形態では、洗浄剤は、非イオン性界面活性剤であることができる。好ましくは、非イオン性界面活性剤は、エトキシレート、脂肪アルコールエトキシレート、アルキルフェノールエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、特殊エトキシル化脂肪エステル及び油、エトキシル化アミン及び/又は脂肪酸アミド、末端ブロックエトキシレート、ポリヒドロキシ化合物の脂肪酸エステル、グリセロールの脂肪酸エステル、ソルビトールの脂肪酸エステル、ショ糖の脂肪酸エステル、アルキルポリグルコシド、アミンオキシド、スルホキシド、及びホスフィンオキシドを含む群から選択される。より好ましくは、非イオン性界面活性剤は、Polysobate80(Tween80(登録商標)、Sigma-Aldrich社)などのソルビトールの脂肪酸エステルである。
本発明の好ましい形態では、洗浄剤は、0.1%~4%の非イオン性界面活性剤を含む水溶液である。より好ましくは、洗浄剤は、0.5%~2%の非イオン性界面活性剤を含む水溶液である。より好ましくは、洗浄剤は、約1%の非イオン性界面活性剤を含む水溶液である。
本発明の好ましい形態では、洗浄剤は、0.1%~4%のソルビトールの脂肪酸エステルを含む水溶液である。より好ましくは、洗浄剤は、0.5%~2%のソルビトールの脂肪酸エステルを含む水溶液である。より好ましくは、洗浄剤は、約1%のソルビトールの脂肪酸エステルを含む水溶液である。
本発明は、1種類の洗浄剤のみ、又は2種類以上の洗浄剤を組み合わせて使用することを包含する。
本発明の実施形態では、洗浄剤は、苛性剤と非イオン性界面活性剤との組合せを含む。より好ましくは、苛性剤は水酸化ナトリウムであり、非イオン性界面活性剤はソルビトールの脂肪酸エステルである。より好ましくは、ソルビトールの脂肪酸エステルはPolysobate80である。
本発明の好ましい形態では、洗浄剤は、0.5%~3%の水酸化ナトリウムと0.1%~4%の非イオン性界面活性剤とを含む。より好ましくは、洗浄剤は、1%~2%の水酸化ナトリウムと0.5%~2%の非イオン性界面活性剤とを含む。より好ましくは、洗浄剤は、約1.5%の水酸化ナトリウムと約1%の非イオン性界面活性剤とを含む。
本発明の好ましい形態では、洗浄剤は、0.5%~3%の水酸化ナトリウムと0.1%~4%のPolysobate80とを含む。より好ましくは、洗浄剤は、1%~2%の水酸化ナトリウムと0.5%~2%のPolysobate80を含む。より好ましくは、洗浄剤は、約1.5%の水酸化ナトリウムと約1%のPolysobate80とを含む。
当業者に理解されるように、微生物セルロースは、ある範囲の供給源に由来することができ、ビスコースドープの製造を妨げる可能性のある、ある範囲の無機又は有機化合物(残留細菌細胞破片、脂質/脂肪、タンパク質、炭水化物、酢酸、及び残留培地など)によって汚染され得る。微生物セルロースがそのように汚染されている場合、洗剤剤による洗浄が有利である。しかし、微生物セルロースは、汚染物質を含まないように製造することができ、この場合、洗浄剤は不要である。これは、本発明の有利な実施形態を表す。
前記方法が微生物セルロースを洗浄剤で洗浄する工程を含む本発明の好ましい形態では、前記微生物セルロースを洗浄剤で洗浄する工程の後に、前記方法は、好ましくは、以下の工程を含む:
前記微生物セルロースを水で洗浄する工程。
前記微生物セルロースを水で洗浄する工程は、洗浄剤を除去することを意図している。洗浄剤を使用しない場合、本発明の有利な形態は、微生物セルロースを水で洗浄する工程を含まない。微生物セルロースを水で洗浄する工程は、複数回行うことができる。。本発明の好ましい形態では、微生物セルロースを水で洗浄する工程を2回行うことができる。
本発明の非常に好ましい形態では、微生物セルロースをある体積の水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程の前に、本発明の方法は、以下の工程を含む:
微生物セルロースを細分化する工程。
本発明の非常に好ましい形態では、微生物セルロースを細分化する工程は、洗浄剤で微生物セルロースを洗浄する工程の前に行われる。
本発明の非常に好ましい形態では、本発明の微生物セルロースパルプを製造するための方法は、以下の工程を含む:
微生物セルロースをある体積の水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程であって、前記微生物セルロースパルプ中のセルロース濃度が、パルプ1mL当たりセルロース0.040g未満である工程。
パルプの粒子サイズ分布が1700μm未満のD90を有するように、微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程。本発明は、本明細書中に記載される本発明の方法によって製造された微生物セルロースパルプを包含する。
ビスコースドープの製造のための木材パルプからのセルロースパルプの調製のための従来の技術は、セルロース源を特定の試薬に曝露しながら、セルロース源を加熱することを含む。本発明の好ましい形態は、周囲温度で微生物セルロースを水に曝露することを含むので、これらの形態は、従来のアプローチよりも消費エネルギーが大幅に少ない。
前述したように、本発明の方法における洗浄剤の使用は、任意である。洗浄剤を使用しない本発明の実施形態は、木材パルプからセルロースパルプを調製するための従来の技術に対して、明確な環境及び入力コストの利点を提供する。これらの従来の技術は、大量の水酸化ナトリウム及び/又は硫化ナトリウムを使用し、そのいずれもが大きな環境及びコストのオーバーヘッドをもたらす。したがって、本発明のこれらの形態は、従来の技術に対して大きな利点を提供する。
製造物品を製造するための方法
本発明は、本発明の方法によって製造されたビスコースドープを包含する。
本発明は、ビスコースレーヨン繊維及びビスコースシートを含むがこれらに限定されない本発明のビスコースドープを用いて製造された製造物品を包含する。
本発明の好ましい形態では、ビスコースドープは、約100000~200000gmol-1のMwを有する。
本発明の好ましい形態では、ビスコースドープは、約9~10%(w/w)のセルロース含量を有する。
本発明の好ましい形態では、ビスコースドープは、50~80の間のフィルタ目詰まり値(filter clogging value)を有する。
本発明の好ましい形態では、ビスコースドープは、5~15の熟成指数を有する。好ましくは、更に、ビスコースドープは、5~13の熟成指数を有する。好ましくは、更に、ビスコースドープは、5~12の熟成指数を有する。好ましくは、更に、ビスコースドープは、5~11の熟成指数を有する。好ましくは、更に、ビスコースドープは、5~10の熟成指数を有する。
本発明のフィルタ目詰まり値は、Trieber法(その内容を参照により援用する“Chemical Changes of Cellulose Pulps In the Processing of Viscose to Dope” Strunk P, Lindgren A, Eliasson B, Agnemo R. 2012; 46(9-10): 559-569を参照されたい)によって決定され、以下の式によって計算される。
式中、t1、t2は、それぞれ、分単位での濾過時間(20分間及び60分間)であり、M1及びM2は、それぞれ、0~20分間及び0~60分間で濾過された、グラム単位でのビスコースドープの質量である。
フィルタの目詰まり値をが算出されると、それは、続いて、粘度Krに調整される。
ビスコースレーヨン繊維
本発明の好ましい形態では、ビスコースドープは、ビスコースレーヨン繊維の製造に適している。
ビスコース繊維の製造のための方法は、当業者に知られている。例えば、その内容を参照により援用するWilkes, Andrew, 2001, “The Viscose Process”, “In Regenerated Cellulose Fibres”, edited by Calvin Woodings, p37-61, Cambridge: Woodhead Publishing Ltdを参照されたい。
ビスコースドープは、典型的には、紡糸の直前に濾過される。その理由は、典型的には、ビスコースドープ中に存在する粒子状物質がいくらか存在するからである。如何に微細又は軽微なものであっても、微粒子材料を除去することは、紡糸ジェットにおける孔の閉塞を防止する。歴史的には、布フィルタをフィルタプレスで用い粒子を除去し、典型的には、濾過3つのステージで行い、各ステージは、並行な多数のプレート及びフレームユニットからなる。微粒子が被覆してしまうと、生地を手動で除去し、再使用又は廃棄のために洗浄する。最大粒子除去効率を達成するためには、濾過の各ステージ間の、ビスコースに妥当な滞留時間を確立することが重要であると考えられる。大部分の現代のビスコースプラントは、現在、自動機械的フィルタの使用を好んで利用している。これらは、10~30μm範囲の孔径を有する焼結金属スクリーンから本質的になる。機械的フィルタはまた、ある種の材料が、断面が焼結孔サイズよりも小さい粒子繊維を通過することを可能とする。更なる濾過は、各紡糸ライン上の中央フィルタ、各紡糸ラウンダアーム上のキャンドルフィルタ、及び/又は各ジェットアセンブリ内のフィルタクロスによって、紡糸マシンで行われることがある。
フィルタの多孔度は、紡糸システムに依存する。例えば、80μm孔を有する紡糸システムによってビスコースドープを紡糸するために、次いで、ドープを、紡糸前に~30μmで濾過する。紡糸システムがより大きな孔を有する場合、濾過物は、それに応じてより多孔質になり得る。紡糸システムは、再生すべき繊維/製品の種類に依存する。短繊維の場合、繊維は、50~80μm孔を通して再生される。
本発明のビスコースドープは、5μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シリンジフィルタ(レジストシリンジフィルタ)を通して濾過可能である。このシリンジフィルタは、粘稠液体用に作られている。この濾過方法は、典型的な工業的プロセス(上述の機械的又は布濾過)とは異なるが、本発明者らは、ビスコースドープが5μmで濾過可能である場合は、より大きな孔サイズを有するフィルタを通して濾過可能であると合理的に想定できるという点で、ビスコースレーヨン繊維を製造する目的における本発明のビスコースドープの性能の適切な指標であると考えている。
当業者に理解されるように、ビスコースドープの濾過される能力は、「濾過性(filterability)」として記述される。セルロースの従来の供給源(木材パルプ及びコットンリンターなど)から生成されたビスコースドープを~30分以内ではプレス(真空及びプレス)下で濾過することができない場合、ドープは、非濾過性であると一般的に考える。これは、ドープが経時的に流体様になり、室温でよりゲル状になり、紡糸に適さない可能性があるからである。本発明のビスコースドープの観察は、室温でより長い時間安定であることを示す。
紡糸時の連続性を確実にするために、ビスコースを脱気して、分散した空気又は他のガスを除去する必要があり、さもないと、ビスコースがジェットを通ってフィラメント状に押し出されるときに、これらが、スモールバブルを形成することがある。従来の技術は、真空を適用しながら、ビスコースを、その表面:体積比が最大となるように表面に送る。「コア」、「フィルム」、及び「タンク」脱気装置がある。なお、いくらかの水及びCSは、脱気時にビスコースから失われる。
繊維の再生後、繊維は、硫酸、硫酸亜鉛、硫化水素、及び二硫化炭素(及び少量の硫黄及びポリスルフィド)で汚染されているので、洗浄する必要がある。一般に、多状態向流機(multistate counter-current machine)を有することにより、洗浄が達成される。例えば、移動レール、フラットベッド、又はタンク浸漬型である。一般に、洗浄は、複数の段階を含む。
1.典型的には、硫酸溶液中にて90℃で行われ、再生を完了し且つ再生生成物(HS及びCS)を蒸発させる酸性水洗浄(温水洗浄としても知られる)。
2.11~12のpHで、NaOH/NaS又はNaSH中で洗浄することにより、硫黄又は残留多硫化物を溶解する(及び残留する酸を中和する)ための脱硫。
3.水洗。
4.過酸化水素若しくは(「完全塩素フリー製品」のための)オゾン又は次亜塩素酸ナトリウムによる漂白。
5.残留漂白剤を除去するための水洗。
6.任意に、少量の酸を添加して繊維pHを補正し、残留亜鉛を可溶性形態に転化することができる。
殆ど全ての商業的な場合においては、ビスコース繊維は、乾燥及びベール包装(baling)の前に、加工用潤滑剤で仕上げられる。潤滑剤の選択は、最終使用要件に依存する。使用される一般的な潤滑剤は、脂肪酸、脂肪酸の塩、エトキシル化脂肪酸、及びエーテルである。例えば、その内容を参照により援用するThe Glycerine Producers’ Association. Uses Of Glycerine; and Wilkes AG. The Viscose Process. In: Woodings C, editor. Regenerated Cellulose Fibres. 1st ed. Cambridge (UK): Woodhead Publishing Limited; 2001. p. 37-61を参照されたい。
一態様において、本発明は、本発明の微生物セルロースビスコースドープからビスコースレーヨン繊維を製造するための方法を含む。
本発明は、このような方法により製造されたビスコースレーヨン繊維を含む。
ビスコースシート
本発明の好ましい形態では、ビスコースドープは、ビスコースシートを製造するのに適している。
ビスコースシートの製造のための方法は、当業者に知られている。
ビスコースを、移動ローラの平滑な表面に圧力下で押し出し、均一な厚みで凝固浴(硫酸、硫酸亜鉛、及び硫酸ナトリウム)に移し、セルロースの膜を再生し、これを、次いで、一連のバット(vats)を介して連続的にロールから他のものへ剥離する。再生されたセルロースフィルムは、ビスコースレーヨン繊維の製造に関連して上述したように、洗浄のためバットを通す。
更に、洗浄された再生セルロースフィルムを高純度のグリセリン溶液に通し、その後乾燥させる。「膜」又は「セロファン」は、グリセリン重量を10~25%に維持し、これにより、完成品及び製品に可撓性及び耐久性が付与され、収縮が低減される。
例えば、その内容を参照により援用するBranderberger JE, Manufacture of Viscose Films, United States Patent 1,548,864. 1925 Aug 11; Hyden W. Manufacture and Properties of Regenerated Cellulose Films. Industrial and Engineering Chemistry. 1925; 21(5): 405-410,及びBranderberger JE, Apparatus For The Continuous Manufacture Of Cellulose Films. United States Patent 991,267を参照されたい。
一態様において、本発明は、本発明の微生物セルロースビスコースドープからビスコースシートを製造するための方法を含む。
本発明は、このような方法によって製造されたビスコースシートを含む。
微生物セルロース
本発明の方法における使用のための微生物セルロースは、当技術分野でよく知られた種々の手段によって製造することができる。例えば、以下の通りである。
Hestrin, S. & Schramm, M. (1954) Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum. 2. Preparation of freeze-dried cells capable of polymerizing glucose to cellulose. Biochem. J. 58 (345-352)
Czaja, W., Krystynowicza, A., Bieleckia, S. & Brown, R. M. Jr. (2006) Microbial cellulose-the natural power to heal wounds. Biomaterials 27 145-151
Czaja, W. K., Young D. J., Kawecki, M. & Brown R. M. Jr. (2007). The future prospects of microbial cellulose in biomedical applications. Biomacromolecules; 8(1):1-12
Mendes, P. N., Rahal, S. C., Marques Pereira-Jr, O. C., Fabris, V. E., Rahal Lenharo, S. L., Ferreira de Lima-Neto, J. & da Cruz Landim-Alvarenga, F. (2009) In vivo and in vitro evaluation of an Acetobacter xylinum synthesized microbial cellulose membrane intended for guided tissue repair. Acta Veterinaria Scandinavica, 51:12
Albert Mihranyan(2011) Cellulose from cladophorales green algae: From environmental problem to high-tech composite materials DOI: 10.1002/app.32959 Journal of Applied Polymer Science Volume 119, Issue 4, pages 2449-2460.
本発明の好ましい形態において、前記微生物セルロースは、Acetobacter属細菌によって産生される微生物セルロースである。
Acetobacter属細菌は、約7%エタノール及び十分な炭酸カルシウムを含有する培地上でコロニーを成長させて部分的に不透明になることにより、当業者によって容易に同定することができる。Acetobacterコロニーがエタノールから十分な酢酸を形成すると、コロニーの周りの炭酸カルシウムが溶解し、非常に明確な透明帯を形成する。
定義
本明細書全体を通して、文脈がそうでないこと必要としない限り、用語「微生物セルロース」は、細菌によって産生されるセルロースを意味する。
本明細書全体を通して、文脈がそうでないこと必要としない限り、用語「含む(comprise)」又は、「含む(comprises)」若しくは「含んでいる(comprising)」などの変形は、記載された整数又は整数の群を包含することを意味するが、任意の他の整数又は整数の群を除外するものではないことが理解される。
本明細書で使用される選択された用語の他の定義は、本発明の詳細な説明内に見出すことができ、全体に亘って適用され得る。特段の断りがない限り、本明細書で使用される全ての他の科学的及び技術的用語は、本発明が属する技術分野の当業者に一般に理解される意味と同じ意味を有する。用語「活性剤」は、1種の活性剤を意味することができる、又は2種以上の活性剤を包含することができる。
本明細書に記載される本発明は、値(例えば、サイズ、変位、及び電界強度など)の1つ以上の範囲を含むことができる。値の範囲は、範囲を定義する値を含む範囲内の全ての値と、その範囲に隣接する値であって、その範囲の境界を規定する値に直接隣接する値と同一又は実質的に同一の結果をもたらす値とを含むと理解される。
本明細書に引用された各文書、文献、特許出願、又は特許は、その全体が参照により本明細書に援用される。このことは、読者により、それが、本明細書の一部として読まれ考慮されるべきであることを意味する。本明細書において引用された文書、文献、特許出願、又は特許は、本明細書において繰り返さないのは、簡潔性の理由のためだけに過ぎない。
本明細書に記載される又は本明細書に参照により援用される文献における製品についての製造業者の指示、記述、製品仕様、及び製品シートは、本明細書に参照により援用され、本発明の実施において使用することができる。
実験
本発明の特定の態様は、以下、一連の実験によって実証される。これらの実験は、本発明の態様の例示することのみを意図し、本発明の前述の説明の一般性を何ら限定するものではない。
材料及び方法
サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)-Mw
SECは、固体固定相と液体移動相とからなる液体クロマトグラフィーの一種である。これは、ポリマーの鎖長を、それらのサイズに基づいてポリマーを分離することにより測定する技術である。
器具は、器具を介して溶媒を押し出すポンプと、サンプルを導入する注入口と、「静止相」を保持するためのカラムと、カラムから離れるときに成分を検出するための1つ以上の検出器と、最後に、結果を計算するためのコンピュータ及びソフトウェアとを備える。
まず、ポリマーを溶媒に溶解させる。この場合、セルロースポリマーは、塩化リチウム/ジメチルアセトアミド(LiCl/DMAc)ミックス中に溶解する。ポリマーが溶液に溶解されると、それらは、「線状」の「鎖」として存在するのではなく、それら自身の上でコイル状となる。したがって、溶液重合体は、微小球のように存在し、そのように挙動する。球のサイズは、分子量(即ち、大きなポリマー→大球)に依存する。
ポリマーが溶媒に溶解されると、溶液を注入し、カラムを通って流動する。カラムマトリックスは、SECがポリマービーズの多孔質構造である「静止相」からなる。ポリマー溶液が下方に移動するにつれて、ポリマー分子を細孔に出入りさせるように作用する拡散によってカラム分割が繰り返し生じる。小さなポリマーは、ビーズ内の多くの細孔に入ることができ、溶出するのに長い時間を要する。長いポリマーは多くの細孔には入ることができず、カラムを速く移動する。溶出時間を検出し、クロマトグラムと呼ばれるグラフに記録する。より高い分子量、したがってより大きなポリマー「コイル」が、最初に溶出し、続いて、後に出現する低分子量ポリマー(より小さいポリマー「コイル」)が溶出する。
次に、クロマトグラム上で生成されたデータを較正(既知分子量の一連のポリマーの溶出挙動を示す)と比較し、次いで分子量分布を計算する。
以下の説明では、分子量分布分析は、RI検出器を備えたPL-GPC 220で決定し、移動相:0.5%(w/v)LiCl/DMAc、流速1mL/分、温度70℃、Polymer Lab製の20μmMixed-Aカラム(1つのガードカラムとして配列)と直列に配置した2つの30cmカラムを用いて行った。
使用される方法は相対的であり、結果は、同一の方法、カラムタイプ、及びカラム数で分析したサンプルと比較することができる。本発明の一形態では、前述したMwパラメータは、前述した方法論を用いて得られた測定に由来する。Mwを計算するための方法は、そのいずれの内容も参照により援用する“An Introduction to Gel Permeation Chromatography and Size Exclusion Chromatography”, Agilent Technologies, 2015, https://www.agilent.com/cs/library/primers/Public/5990-6969EN%20GPC%20SEC%20Chrom%20Guide.pdf,及び“More S, Barth HG. Size Exclusion Chromatography”, 1st ed. Berlin (Ger), Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. KG., 1999, p234に記載されている。
粒子サイズ測定
粒子サイズ分布は、Mastersizer2000(Malvern、UK)レーザ回折装置を用いて測定した。測定値は、分散ユニット「Hydro2000SM(A)」を用いて行った。Hydro2000SMは、連続的に可変の一軸ポンプ及び攪拌機を有する湿式サンプル分散ユニットである。各測定において、測定システム内に配されたサンプルパルプの量を、オブスキュアランス(obscurance)の値が10~20%の範囲内にある量とした。ポンプ及び攪拌機の速度は、懸濁液の最大ホモジナイズを得るように選択した。1.0wt/wt%超のパルプの場合、ホモジナイズがサンプルのゲルの厚みが厚いため達成できず、測定することができなかった。測定した全ての他のサンプルについて、攪拌機速度を2000rpmに設定した。
測定系の特定の検出器に登録されたレーザ光の強度は、Mie理論又はFraunhofer理論にしたがう粒子サイズ分布に変換することができる。理論の選択は、測定の実施者次第である。標準ISO13320は、50μm未満の粒子についてのMie理論の適用を推奨しており、より大きな粒子の場合には、両方の理論が同様の結果を与える。Fraunhoferモデルは、既知サイズの固体不透明ディスクがレーザビームを通過するときに生成される散乱パターンを予測することができる。しかし、サンプルの性質に起因して、ディスク状で完全に不透明である粒子は殆ど存在しないと考え、Mie理論を、パルプの粒子サイズを測定するために用いた。Mie理論は、全ての条件下で全ての材料の光散乱挙動を正確に予測する。Mieモデルは、光がどのように球状粒子を介して散乱されるかを予測し、光が粒子を通過するか、又は粒子に吸収されるかを考慮する。
したがって、サンプルの吸収及び屈折率の指数の値を決定することが必要である。屈折率は、1.33(分散相が水であるので水と同じ)と測定され、吸収は、0.01であると仮定された(なお、吸収は、通常、サンプルの色強度に基づく。観察されるサンプルがより軽量且つより透明であるほど、吸収値はより低くなる、例えば、0.0001)。
Mastersizer2000は、3連のサンプルで測定し、その値を平均として報告する。サンプル調製に関して、サンプルは、分散ユニットの閉塞及び破壊を避けるために十分に希釈した。なお、サンプルの希釈は、粒子サイズ測定に影響を及ぼさない。サンプルの%volは、機器のソフトウェアによって提供される報告に見出すことができる。
機器は、機器の製造者(Malvern、UK)によって提供される標準を用いて較正され、標準は、水中のポリマー単球分散体である。
本発明の実施例
実施例1
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。シートを、24mm~100mmの範囲のフレークに機械的に細断する。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、処理された正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、脱イオン水(667mL)に添加し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて5分間ブレンドして、均質な濃厚白色パルプ(7.5gL-1、粒子サイズ:D10=25μm、D50=129μm、D90=502μm、Mw=1,005,257、PD=3.8)を得た。水酸化ナトリウムペレット(180g、4.50mol)を脱イオン水(333mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロースパルプ(667mL)を水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=4.8gL-1)を室温にて5分間磁気攪拌で激しく攪拌し、得られたパルプを均一に分散させた。次いで、反応混合物を50℃で2時間加熱し、穏やかに攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して素早く真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの250mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は20.7g(プレスファクター=4.1)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(1.80g、1.42mL、0.0236mol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、30~34℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、50mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。6時間後、混合物は、懸濁固体を有する粘着性のある塊から非常に濃厚な透明且つ粘稠な橙色液に変化した。次いで、粘稠な液体を、周囲温度で16時間ゆっくりと攪拌して、非常に粘稠な橙色液;即ち、明らかにビスコース繊維の製造に適したビスコースドープ(セルロース含量=10%vol、Hottenroth指数=9、ボールフォール10cm=192秒)を得た。
実施例2
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて水(0.5~1L)にブレンドして、濃厚白色パルプを得た。これを、デックルに通してウェットな固体シートを形成した。次いで、シートを、凍結乾燥させて乾燥白色シートを得た。
凍結乾燥シート(1.052g)を脱イオン水(130mL)に添加し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて1分間ブレンドして、均質な濃厚白色パルプ(8.1gL-1、粒子サイズ:D10=72μm、D50=408μm、D90=1186μm、Mw=1005257、PD=3.8)を得た。水酸化ナトリウムペレット(36.037g、0.901mol)を脱イオン水(70mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロース濃厚白色パルプ(130mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=5.1gL-1)を室温にて5分間磁気攪拌で激しく攪拌し、得られたパルプを均一に分散させた。次いで、反応混合物を50~55℃で75分間加熱し、穏やかに攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して素早く真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。
次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は4.83g(プレスファクター=4.6)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.35g、0.28mL、4.6mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、30~32℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を5分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、10mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。17時間後、混合物は、粘着性のある塊から均質で濃厚な粘稠液;即ち、ビスコースドープ(セルロース含量=10%wt/vol、Hottenroth指数=9、ボールフォール10cm=192秒)に変化した。このビスコースドープは、5μmPTFEシリンジフィルタ(「Rezist Syringe Filter」)を通して濾過することができた。したがって、ビスコースドープは、ビスコースレーヨン繊維を紡糸するのに適していると予想される。
実施例3
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、次いで、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて水(0.5~1L)にブレンドして、濃厚白色パルプを得た。これを、デックルに通してウェットな固体シートを形成した。次いで、シートを、凍結乾燥させて乾燥白色シートを得た。
乾燥微生物セルロールシート(1.05g)を脱イオン水(130mL)に添加し、従来のブレンダを用いて1分間ブレンドし、均質な濃厚白色パルプ(8.1gL-1、粒子サイズ:D10=72μm、D50=408μm、D90=1186μm、Mw=1005257、PD=3.8)を得た。
水酸化ナトリウムペレット(36.22g、0.906mol)を脱イオン水(70mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロース濃厚白色パルプ(130mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=5.1gL-1)を室温にて5分間磁気攪拌で激しく攪拌し、得られたパルプを均一に分散させた。次いで、反応混合物を50~53℃で90分間加熱し、穏やかに攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は4.80g(プレスファクター=4.5)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.35g、0.28mL、4.6mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、30~34℃で水浴中に放置した。45分間後、隔壁を除去し、混合物を10分間空気に曝露すると、固体は、橙色になり、粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、10mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。1時間後、混合物は、粘着性のある塊から、大きなゲル様粒子を含む濃厚な粘稠橙色液に変化した。得られた混合物を、10~16℃でゆっくりと攪拌して、未溶解の懸濁白色固体をいくらか含む橙色液を得た。次いで、得られた混合物を、5μmPTFEシリンジフィルタ(「Rezist Syringe Filter」)に通して、透明な粘稠橙色液;即ち、ビスコースドープ(セルロース含量=10%wt/vol)を得た。
実施例4
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、次いで、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて水(0.5~1L)にブレンドして、濃厚白色パルプを得た。これを、デックルに通してウェットな固体シートを形成した。次いで、シートを、1日間凍結乾燥させて乾燥白色シートを得た。
凍結乾燥シート(1.018g)を脱イオン水(130mL)に添加し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて1分間ブレンドし、均質な濃厚白色パルプ(7.8gL-1、粒子サイズ:D10=72μm、D50=408μm、D90=1186μm、Mw=1005257、PD=3.8)を得た。
水酸化ナトリウムペレット(36.189g、0.905mol)を脱イオン水(70mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロース濃厚白色パルプ(130mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=4.9gL-1)を室温にて85分間50~55℃で磁気攪拌により攪拌した。得られた混合物を、ブフナー漏斗に通して真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移し、2時間室温で静置した。固体の正味重量は5.4g(プレスファクター=5.3)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、二硫化炭素(0.35g、0.28mL、4.6mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、32℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を5分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、10mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。1時間後、混合物は、粘着性のある塊から、殆ど塊を含まない均質な濃厚粘稠液に変化した。溶解混合物を、~16℃で17時間ゆっくりと攪拌して、濃厚な粘稠橙色液;即ち、ビスコースドープ(セルロース含量=10%wt/vol)を得た。ビスコースドープを、5μmPTFEシリンジフィルタ(「Rezist Syringe Filter」)に通して濾過した。
実施例5
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(1.343g)を小粒子状固体に乾式ブレンドした後、18%水酸化ナトリウム溶液(100mL)に添加した。次いで、反応混合物(セルロース濃度=13.4gL-1、100mL)を加熱し、50℃で2.3時間激しく攪拌した。その後、高温反応混合物をブフナー漏斗に通して素早く真空濾過して、ウェットなオフホワイトの半透明固体を得た。次いで、固体を、計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は1.423g(プレスファクター=1.06)であった。反応容器を封止した後、50℃の水浴中で19時間放置した。次いで、二硫化炭素(0.44g、0.35mL、5.8mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、周囲温度で放置した。3時間後、混合物を1時間空気に曝露すると、固体は、隔壁を除去し、ゼラチン状の半透明淡橙色となった。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、13.0mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。1時間後、混合物に変化はなく、固体は、全く溶解していないようであった。
実施例6
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、105℃にてオーブン中で乾燥させた。乾燥固体(1.034g)を脱イオン水(103.5mL)に添加し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて5分間ブレンドして、濃厚白色パルプ(10gL-1、Mw=1005257、PD=3.8)を得た。水酸化ナトリウムペレット(36.022g、0.901mol)を脱イオン水(100mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロース濃厚白色パルプ(103.5mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=4.9gL-1)を室温にて5分間磁気攪拌で激しく攪拌し、パルプを均一に分散させた。次いで、反応混合物を50℃で2時間加熱し、穏やかに攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜及びガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は4.33g(プレスファクター=4.1)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.37g、0.29mL、4.8mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、32℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、僅かに粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、10mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。周囲温度で17時間後、混合物は、褐色の粘稠な透明液;即ち、ビスコースドープ(セルロース含量=10%wt/vol)となった。
実施例7
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、105℃にてオーブン中で乾燥させた。乾燥固体(3.027g)を脱イオン水(202mL)に添加し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて3分間ブレンドして、均質な濃厚白色パルプ(15gL-1、Mw=1005257、PD=3.8)を得た。
水酸化ナトリウムペレット(36.086g、0.902mol)を脱イオン水(100mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロースウェット固体(100mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=7.3gL-1)を室温にて5分間磁気攪拌で激しく攪拌し、得られたパルプを均一に分散させた。次いで、反応混合物を、50℃で2時間加熱し、穏やかに攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して素早く真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は7.17g(プレスファクター=4.7)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.56g、0.44mL、7.3mol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、32℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、僅かに粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、15mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。周囲温度で17時間後、混合物は、褐色の粘稠な透明液(セルロース含量=10%wt/vol)となった。
実施例8
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、105℃にてオーブン中で乾燥させた。乾燥固体(3.057g)を脱イオン水(202mL)に添加し、300 W Braun Multiquick 1 Hand Processorを用いて5分間ブレンドして、均質な濃厚白色パルプ(15gL-1、Mw=1005257、PD=3.8)を得た。
水酸化ナトリウムペレット(54.06g、1.352mol)を脱イオン水(200mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロースウェット固体(100mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=7.6gL-1)を室温にて5分間磁気攪拌で激しく攪拌し、得られたパルプを均一に分散させた。次いで、反応混合物を、50℃で2時間加熱し、穏やかに攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して素早く真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は8.327g(プレスファクター=5.4)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.55g、0.43mL、7.2mol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、32℃で水浴中に放置した。55分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、僅かに粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、15mL)を、0~7℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。周囲温度で17時間後、混合物は、褐色で濃厚な粘稠透明液となった。
実施例9
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、105℃にてオーブン中で乾燥させた。乾燥固体(3.02g)を脱イオン水(100mL)に添加し、300 W Braun Multiquick 1 Hand Processorを用いて3分間ブレンドして、濃厚なウェット固形塊(30gL-1、Mw=1005257、PD=3.8)を得た。
水酸化ナトリウムペレット(17.988g、0.450mol)を脱イオン水(50mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロースウェット固体(51.167g)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=15gL-1)を室温にて短時間激しく用手攪拌し、50℃で103分間加熱し、磁気攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して真空濾過し、淡褐色固体からなるモイストなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、乾燥ワットマン濾紙(グレード1)間で2回プレスし、その後、計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は7.361g(プレスファクター=4.9)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.55g、0.43mL、7.2mol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、32℃で水浴中に放置した。55分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、僅かに粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、15mL)を、0~7℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。周囲温度で17時間後、混合物は、未溶解の懸濁固体を大量に含む濃厚な粘稠褐色液となった。得られた混合物は、ビスコース繊維及び製造物品の効率的な製造に適していないとみなした。
実施例10
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、105℃にてオーブン中で乾燥させた。水酸化ナトリウムペレット(27.08g)を脱イオン水(150mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で激しく攪拌した。水酸化ナトリウム溶液を、調製した乾燥微生物セルロース固体(3.010g)に添加し、375 W Waring Variable Speed Laboratory blender中、最大速度設定で3分間ブレンドして、2.0%の反応混合物パルプを得た。反応混合物を50℃で98分間攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して真空濾過し、淡褐色でモイストな硬質固体を得た。次に、この固体を、乾燥ワットマン濾紙(グレード1)間で2回プレスし、その後、計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は9.093g(プレスファクター=3.02)であった。反応容器を、ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(1.09g、0.86mL、0.0143mol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、32℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になった。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。その後、水酸化ナトリウム溶液(5.0%、30mL)を、0~7℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。6時間後、混合物は変化せず、ウェットな橙色固体のままであった。次いで、混合物を17時間室温で攪拌し、変化は見られなかった。溶解は起こらなかった。
実施例11
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、次いで、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて水(0.5~1L)にブレンドして、濃厚白色パルプを得た。これを、1mmのポアサイズを有するデックルに通してウェットな固体シートを形成した。次いで、シートを、1日間凍結乾燥させて乾燥白色シートを得た。
次いで、シートを小さな正方形状(10mm、20g)に切断し、18%水酸化ナトリウム溶液(800mL)に添加し、50℃で30分間機械的に攪拌した。次いで、目標のプレスファクター2.8を得るために、反応混合物を70kpcm-2にて一定圧力でプレスした。プレスファクター3.45を達成することができた。次いで、得られたアルカリセルロースを、強化された(tempered)シュレッダーを用いて45分間細断した。ここで、ミルは、13分間前方と2分間後方を3周期行った。細断された固体を空気入りガラスボトル内に単離し、50℃で30分毎に周期的に攪拌される多孔性パラ膜で被覆した。6時間後、エージングした固体を閉じた反応容器に移した。二硫化炭素(7.2g、5.7mL、0.0946mol)を、真空下、シリンジで隔壁を通して反応容器に導入した。反応容器を32℃にて水浴中で回転させることにより、反応混合物を攪拌した。反応容器内の真空を維持した。150分間後、固体は、橙色固体になった。10%水酸化ナトリウム溶液(105mL)を7℃の橙色固体に10分間攪拌しながら添加し、次いで脱イオン水(105mL)を混合物に添加した。次いで、混合物を回転により7℃で180分間攪拌した。固体の大部分が溶解し、懸濁された白色粒子状物からなる褐色粘稠液を得た。次いで、この混合物を室温で16時間放置して、白色粒子状物(セルロース含量=9.13%、250mLg-1、未溶解のアルカリセルロース/キサンテート=4.0%、熟成指数=9)からなる褐色の粘稠な液体を得た。4.0%という高い未溶解アルカリセルロース/キサンテート含量のために、この液体は、繊維の製造のための紡糸ができなかった。これは、100μmフィルタで濾過し、続いて30μmフィルタを過すことによる2段階濾過により克服することを試みた。これは、効率的でないことが証明され、紡糸機器が詰まる前に、繊維1.6g(繊維収率=8.0%)の製造しか提供されず、ビスコースドープの広範な製造には不適切であると考えられる。回収された少量のビスコースドープは、標準的なビスコース条件を用いて、次の値:靭性14.22cN/tex、伸び率15.75%、及び力価2.77dtexを有する繊維に紡糸することができた。
実施例12
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽下で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を単離し、105℃にて6時間オーブン中で乾燥させた。乾燥固体(3.0g)を脱イオン水(400mL)に添加し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて3分間ブレンドして、均質な濃厚白色パルプ(7.5gL-1、粒子サイズ:D10=47μm、D50=268μm、D90=943μm、Mw=1,005,257、PD=3.8)を得た。
水酸化ナトリウムペレット(36.1g、0.903mol)を脱イオン水(66mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロースパルプ(133mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物を室温にて短時間(5分間)激しく攪拌し、得られたパルプを均一に分散させた。次いで、反応混合物を、50℃で2時間加熱し、穏やかに攪拌した後、高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して素早く真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は3.99g(プレスファクター=4.0)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.35g、0.28mL、4.60mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、30~34℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、明るい橙色になり、粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、11mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。混合物を氷浴中(10~19℃)で攪拌した。16時間後、橙色混合物は、透明な褐色粘稠液;即ち、ビスコースドープ(セルロース含量=9.1%wt/vol)となった。
得られたビスコースドープを、ルアーロック針(0.8mmゲージ)を備えた10mLのシリンジに装填し、先端を、130gL-1硫酸、310gL-1硫酸ナトリウム、9.5gL-1の硫酸亜鉛の再生溶液に浸した。ビスコースドープを、シリンジで再生浴中に押し出して白色繊維を生成し、これを、再生浴中に数分間放置した後、水で十分に洗浄し、次いで、ガラス板上で延伸し空気中で乾燥させた。
実施例13(未乾燥微生物セルロースペリクルからのビスコースドープ)
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースペリクルは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。微生物セルロースペリクル(109.85g、約0.84gセルロース)を、300 W Braun Multiquick 1 Hand Processorを用いて~2分間スティックブレンド(stick blended)して、淡桃色スラッジ(セルロース濃度=7.6gL-1)を得た。
水酸化ナトリウムペレット(36.99g、0.925mol)を脱イオン水(59.07g)に添加し、ペレットが溶解するまで攪拌した。次いで、微生物セルローススラッジを、温水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=5.0gL-1)を50℃で120分間攪拌した。反応混合物は、深褐色/赤色であった。これを、ブフナー漏斗に通して真空濾過し、ウェットな淡桃色固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は3.08g(プレスファクター=3.7)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、隔壁で外部雰囲気から封止した。二硫化炭素(0.30g、0.24mL、4.0mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、30~34℃で水浴中に放置した。60分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、鈍い橙色になった。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、8.84mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。3時間後、混合物は、懸濁された固体を含む粘着性のある塊から非常に粘稠な橙色液;即ち、ビスコースドープ(セルロース含量=6.6wt/wt%)に変化した。
実施例14
この実施例は、洗浄剤使用が任意であることを示す。
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる、又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることなど外熱を用いることにより乾燥させる。
乾燥微生物セルロースシート(5.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を~30分間煮沸した後、正方形物を篩で単離し、脱イオン水(1.11L)に添加し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて3分間ブレンドして、均質な微細白色パルプ(4.5gL-1)を得た。水酸化ナトリウムペレット(54.0g、1.35mol)を脱イオン水(70mL)に添加し、ペレットが溶解するまで冷水浴中で攪拌した。次いで、微生物セルロースパルプ(230mL)を、この水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=3.3gL-1)を50℃で110分間穏やかに攪拌した。高温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して素早く真空濾過し、ウェットなオフホワイト固体を得た。次に、この固体を、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は5.8g(プレスファクター=5.6)であった。反応容器を、真空ポンプで排気し、二硫化炭素(0.36g、0.28mL、0.0047mol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入た。反応フラスコを穏やかに攪拌後、30~34℃で水浴中に放置した。75分間後、隔壁を除去し、固体を1分間空気に曝露すると、固体は、淡橙色になり、粘着性を生じた。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.0%、12mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。17時間後、混合物は、均質な橙色粘稠液(セルロース含量=8%)となった。
実施例15
この実施例は、固体の水酸化ナトリウムを使用するマーセル化を示す。
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースペリクルは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。シートを、約24mmのフレークに機械的に細断する。微生物セルロースフレーク(2.05g)を水(400mL)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(0.5g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、処理されたフレーク(2.05g)を篩で単離し、新鮮な水(400mL)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、1日間~50℃でオーブン乾燥させた。乾燥フレークを脱イオン水(198mL)に添加した後、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて3分間ブレンドして、均質な濃厚白色パルプ(10.3gL-1)を得た。
次いで、水酸化ナトリウムペレット(43.75g、1.094mol)を白色パルプに添加し、ペレットが溶解するまで攪拌した。次いで、微生物セルローススラッジを、温水酸化ナトリウム溶液に添加し、得られた混合物(セルロース濃度=9.9gL-1)を50℃で2時間穏やかに攪拌し、温反応混合物を、ブフナー漏斗に通して素早く真空濾過し、ウェットな白色濾過ケーキを得た。次に、このケーキを、更なる液体が生じなくなるまでワットマン濾紙(グレード1)間で数回プレスし、その後、ゴム隔膜、及びタップ付きガスアダプタを取り付けた計量済みの100mLの2口丸底フラスコに移した。固体の正味重量は7.71g(プレスファクター=3.8)であった。反応容器を、50℃にて71分間水浴中で放置した。濃縮物が生成され、これをペーパータオルで除去した。反応容器を室温まで冷却した後、真空ポンプで排気した。二硫化炭素(0.72g、0.57mL、9.5mmol)をシリンジで隔壁を通して反応フラスコに導入し、穏やかに攪拌後、30~34℃で水浴中に放置した。51分間後、隔壁を除去し、混合物を1分間空気に曝露すると、固体は、橙色になり、粘着性を有する固体になった。フラスコを隔壁で再封止した後、氷浴中に5分間浸漬した。水酸化ナトリウム溶液(5.01wt/wt%、21.05mL)を、0~5℃で攪拌しながら橙色固体に添加した。16時間後、混合物は、粘着性のある塊から粘稠な橙色液;即ち、ビスコース繊維の製造に明らかに適したビスコースドープ(セルロース含量=9.5%、ボールフォール20cm=59秒)に変化した。
実施例16
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
乾燥微生物セルロースシート(20.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて水(0.5~1L)中でブレンドして、濃厚白色パルプを得た。
このパルプを水酸化ナトリウム溶液に添加して、最終濃度18%の水酸化ナトリウムマーセル化溶液を作成し、50℃で120分間機械的に攪拌した。次いで、目標のプレスファクターを得るために、反応混合物を70kpcm-2にて一定圧力でプレスした。4.5のプレスファクターを達成することができた。得られたアルカリセルロースを、空気入りの、多孔性パラ膜で被覆したガラスボトル中で単離し、50℃で235分間攪拌した。250g/mlの目標固有粘度が達成された後、エージング後の固体を閉じた反応容器に移した。次いで、二硫化炭素(最終投入量~48.5%)を、真空下にてシリンジで隔壁を通して反応容器に導入した。反応容器を32℃で水浴中にて回転させることにより、反応混合物を攪拌した。反応容器内の真空を維持した。50分間後、固体は、橙色固体になった。5%水酸化ナトリウム溶液を、7℃で180分間攪拌しながら、橙色固体に添加した。全ての固体が溶解し、褐色粘稠液を得た。次いで、混合物を室温で16時間放置して、(セルロース含量=5.8%、Kr値307、ボールフォーリング6s、及びガンマ数40)からなる褐色の粘稠液を得た。このビスコースドープは、標準的なビスコース条件を用いて、次の値:靭性16.24cN/tex、伸び率15.47%、及び力価1.49dtexを有する繊維に紡糸することができた。
実施例17
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
微生物セルロースシート(20.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて水(0.5~1L)中でブレンドして、濃厚白色パルプを得た。
このパルプを水酸化ナトリウム溶液に添加して、最終濃度18%の水酸化ナトリウムマーセル化溶液を作成し、50℃で120分間機械的に攪拌した。次いで、目標のプレスファクターを得るために、反応混合物を70kpcm-2にて一定圧力でプレスした。4.5のプレスファクターを達成することができた。得られたアルカリセルロースを、空気入りの、多孔性パラ膜で被覆したガラスボトル中で単離し、50℃で235分間攪拌した。250g/mlの目標固有粘度が達成された後、エージング後の固体を閉じた反応容器に移した。次いで、二硫化炭素(最終投入量36%)を、真空下にてシリンジで隔壁を通して反応容器に導入した。反応容器を32℃で水浴中にて回転させることにより、反応混合物を攪拌した。反応容器内の真空を維持した。50分間後、固体は、橙色固体になった。5%水酸化ナトリウム溶液を、7℃で180分間攪拌しながら、橙色固体に添加した。全ての固体が溶解し、褐色粘稠液を得た。次いで、混合物を室温で16時間放置して、(セルロース含量=8.6%、Kr値472、ボールフォーリング29s、及びガンマ数35)からなる褐色の粘稠液を得た。このビスコースドープは、標準的なビスコース条件を用いて、次の値:靭性19.00+cN/tex、伸び率14.25%、及び力価2.09dtexを有する繊維に紡糸することができた。
実施例18
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。
本実験の目的のために、サンプルを分割し、一部分のみを水分含量5%未満となるように乾燥させた。
未乾燥又は乾燥微生物セルロースシートの両方のサンプルを、NutriBullet Rx フードプロセッサ(剪断力)を用いて水でマーセル化し、1%の微生物セルロース含量パルプを得た。これらの時間を変化させて、微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程が、粒子サイズ及び微生物セルロースの繊維塊に及ぼす影響を決定した。
各サンプルの粒子サイズ分析は、前述したように、Mastersizer2000レーザ回折装置を用いて行った。結果を以下の表1に示す。
予想されたように、微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程は、微生物セルロース粒子の測定された粒子サイズ分布を低減させる。ホモジナイズ工程を長く行うほど、粒子サイズ分布は小さくなる。偏光レンズ及び20x倍率を使用して、各サンプルの画像を取得し、ブレンド時間がパルプ中の微生物セルロースに及ぼす影響を定性的に比較した。30秒間のブレンド時間パルプは、フィブリル化されなかった多くの微生物セルロースフレークを示した。ブレンド時間を60秒間に延ばすと、微生物セルロースフレークの数は減少した。ブレンド時間を90秒間に延ばすと、残存する微生物セルロースフレークは更に少なくなった。120秒間のパルプについては、微生物セルロースフレークの大部分が十分にフィブリル化されたことが観察された。180秒間及び300秒間のパルプについて、フィブリル化の程度が更に増加した。
Mastersizer2000から受領したデータの比較と、行った観察とから、粒子サイズの低減とフィブリル化の程度との間に強い相関関係が示された。
実施例19
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
脱イオン水(198g)を、洗浄済みの欠けた乾燥微生物セルロースフレーク(2.0g)に添加し、次いで、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribullet中でブレンドした。別々のサンプルを10分間、20分間、及び30分間のトータルブレンド時間で取得した。ブレンドを~2~3分間毎に停止させ、ブレンド再開前に、ブレンダを冷却できるようにした。
各サンプルの粒子サイズ分布分析は、前述したように、Mastersizer2000レーザ回折装置を用いて行った。結果を以下の表2に示す。
予想されたように、微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程は、微生物セルロース粒子の測定された粒子サイズ分布を低減させた。ホモジナイズ工程を長く行うほど、粒子サイズ分布は小さくなる。
実施例20
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
1.0wt/wt%の微生物セルロースパルプ6サンプルを、乾燥した微生物セルロース2gから調製した。各サンプルを、異なるブレンド時間でホモジナイズ工程に付した。前記したMastersizer2000レーザ回折装置を用いて、微生物セルロースパルプの粒子サイズを測定した。
各パルプのぞれぞれを水酸化ナトリウム溶液に添加して、最終濃度18%の水酸化ナトリウムマーセル化溶液を作成し、50℃で120分間機械的に攪拌した。次いで、反応混合物を、グレード1ワットマン濾紙間で用手にて4回プレスした。各回、新しい濾紙を用いてプレスファクターを得た。次いで、得られたアルカリセルロースを、隔壁及びガスアダプタを取り付けた閉じた2口丸底フラスコ中で単離した。次に、真空ポンプで反応容器から空気を排気した後、二硫化炭素(セルロース質量の36%)をシリンジで隔壁を通して導入した。次いで、反応混合物を短時間攪拌した後、反応容器を32℃で水浴中に放置した。70~80分間後、固体は、僅かに粘着性の橙色固体になった。反応容器の真空を解除し、固体を封止前に短時間通常の空気に曝露し、次いで氷浴中で5分間冷却した。氷浴中で、5.0%水酸化ナトリウム溶液を磁気攪拌しながら橙色固体に添加した。この固体を氷浴中で一晩攪拌し、0~7℃の温度を3時間維持し、次いで21℃までゆっくりと昇温させた。~16時間後、固体は溶解して、粘稠な橙色液(但し、30秒間ブレンドされたパルプを使用した場合を除く。この場合は、凝集した非均質な橙色混合物を生じた)を得た。
ビスコースドープを生成し、粘稠液のゲル含量を測定した。得られたビスコースドープのそれぞれをD.I水で希釈し(20x)、次いで、~20分間攪拌して均質な橙色液を得た。これを、予め秤量した20ミクロン又は8ミクロンのワットマン濾紙を取り付けたブフナー漏斗に通して真空濾過した。次いで、濾紙を40℃のオーブン中で完全に乾燥するまで乾燥し、秤量した。濾過及び乾燥前後の濾紙の質量差を、「ゲル含量」とした。この%ゲル含量を、希釈されたビスコースドープの質量によって計算した。結果を表3に示す。
予想されたように、微生物セルロースパルプの粒子サイズは、プレスファクターと同様に、ブレンド時間の増加に伴って減少した。これは、より大きな粒子は、より容易に水分を保持することと、パルプのブレンド時間を変更することによって、プレスファクターを制御することができることを示唆している。
結果は、ゲル含量は、一般に、ブレンド時間が長いと減少することを示した。90秒間のブレンド時間は外れ値であると思われる。これは、パルプ中の粒子サイズの低減は、パルプをマーセル化/キサンテート化プロセスに付すことをより容易にすることができることを示唆する。理論に束縛されるものではないが、本発明者らは、粒子サイズの低減が、緻密な微生物セルロースネットワークをフィブリル化するように作用し、それによってNaOHとの接触をより大きくすることができると考えている。
実施例21
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。出発材料は、大量の水で洗浄して残留酢酸を除去し、乾燥はさせなかった。
一連の試験を行って、得られたビスコースドープのゲル含量に対する生の(raw)微生物セルロースペリクルのブレンド時間の影響を決定した。各ペリクルのセルロース含量を乾燥及び質量差の記録により測定して、反応中のセルロースの真の質量を求めた。微生物セルロースペリクルのセルロース含量は実質的に変化しているが、厚いペリクルの場合、平均は1~2%であった。ペリクルは、2.0gのセルロースを含有する1.0wt/wt%のパルプが得られるように選択した。以下の表に示すように、種々のブレンド時間でパルプの6サンプルを調製した。Mastersizer2000を用いて、パルプの粒子サイズ分布を測定した。
各パルプのぞれぞれを水酸化ナトリウム溶液に添加して、最終濃度18%の水酸化ナトリウムマーセル化溶液を作成し、50℃で120分間機械的且つ磁気的に攪拌した。次いで、反応混合物を、グレード1ワットマン濾紙間で用手にて4回プレスした。各回、新しい濾紙を用いてプレスファクターを得た。次いで、得られたアルカリセルロースを、隔壁及びガスアダプタを取り付けた閉じた2口丸底フラスコ中で単離した。次に、真空ポンプで反応容器から空気を排気した後、二硫化炭素(セルロース質量の36%)をシリンジで隔壁を通して導入した。次いで、反応混合物を短時間攪拌した後、反応容器を32℃で水浴中に放置した。70~80分間後、固体は、僅かに粘着性の橙色固体になった。反応容器の真空を解除し、固体を封止前に短時間通常の空気に曝露し、次いで氷浴中で5分間冷却した。氷浴中で、5.0%水酸化ナトリウム溶液を磁気攪拌しながら橙色固体に添加した。この固体を氷浴中で一晩攪拌し、0~7℃の温度を3時間維持し、次いで21℃までゆっくりと昇温させた。~16時間後、固体は溶解して、粘稠な橙色液(但し、30秒間ブレンドされたパルプを使用した場合を除く。この場合は、凝集した非均質な橙色混合物を生じた)を得た。
ビスコースドープを生成し、粘稠液のゲル含量を測定した。得られたビスコースドープのそれぞれをD.I水で希釈し(20x)、次いで、~20分間攪拌して均質な橙色液を得た。これを、予め秤量した8ミクロンのワットマン濾紙を取り付けたブフナー漏斗に通して真空濾過した。次いで、濾紙を40℃のオーブン中で完全に乾燥するまで乾燥し、秤量した。濾過及び乾燥前後の濾紙の質量差を、「ゲル含量」とした。この%ゲル含量を、希釈されたビスコースドープの質量によって計算した。結果を表4に示す。
予想されたように、微生物セルロースパルプの粒子サイズは、プレスファクターと同様に、ブレンド時間の増加に伴って減少した。これは、より大きな粒子は、より容易に水分を保持することと、パルプのブレンド時間を変更することによって、プレスファクターを制御することができることを示唆している。
結果は、ゲル含量は、一般に、ブレンド時間が長いと減少することを示した。30秒間と90秒間のブレンド時間は外れ値であると思われる。これは、パルプ中の粒子サイズの低減は、パルプをマーセル化/キサンテート化プロセスに付すことをより容易にすることを示唆する。理論に束縛されるものではないが、本発明者らは、粒子サイズの低減が、緻密な微生物セルロースネットワークをフィブリル化するように作用し、それによってNaOHとの接触をより大きくすることができると考えている。更に、実施例19の結果と比較して、未乾燥の微生物セルロースから調製されたビスコースドープは、洗浄及び乾燥された微生物セルロースから調製されたビスコースドープよりもゲル含量が低いことが分かった。理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、未乾燥微生物セルロースが、セルロースポリマー間の水素結合ネットワークを破壊するのに役立つ、ペリクル中の大量の水の存在により、NaOHと遥かに反応しやすいという事実による可能性が高いと考えている(分子間及びシート間結合)。
実施例22
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
乾燥微生物セルロースシート(20.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて1%で水中にて120秒間ブレンドして、濃厚白色パルプを得た。パルプの各サンプルを、1.5%、2%、3%、4%、及び5%で濃縮した。
各パルプをそれぞれ水酸化ナトリウム溶液に添加して、最終濃度18%の水酸化ナトリウムマーセル化溶液を作成し、50℃で120分間機械的に攪拌した。次いで、目標のプレスファクターを得るために、反応混合物を70kpcm-2にて一定圧力でプレスした。得られたアルカリセルロースを、空気入りの、多孔性パラ膜で被覆したガラスボトル中で単離し、50℃で235分間攪拌した。250g/mlの目標固有粘度が達成された後、エージング後の固体を閉じた反応容器に移した。次いで、二硫化炭素(最終投入量36%)を、真空下にてシリンジで隔壁を通して反応容器に導入した。反応容器を32℃で水浴中にて回転させることにより、反応混合物を攪拌した。反応容器内の真空を維持した。50分間後、固体は、橙色固体になった。5%水酸化ナトリウム溶液を、7℃で180分間攪拌しながら、橙色固体に添加した。全ての固体が溶解し、褐色粘稠液を得た。次いで、混合物を室温で16時間放置して、粘稠液を得た。
ドープを水で希釈(20x)し、濾紙(ポアサイズ8μm)で濾過して測定したゲル含量を水でよく洗浄し、48時間風乾した。結果を以下の表5に示す。
この結果は、パルプ中の微生物セルロース濃度の増加により、ドープ中のゲル含量が増加することを示した。パルプ濃度が2%から4%に増加すると、ドープ中に残留する繊維塊の数が徐々に増加する。4%では、ドープは目に見える多くの、大きな未溶解の粒子を有していた。本発明者らは、これらのドープを商業的に使用するためには、かなりの濾過が必要とされると予想している。パルプの濃度が4%を超えると、パルプは、更なる加工のために非常に望ましくない取り扱い上の問題を示し始めたことが観察された。パルプは、流体パルプとして挙動しなかった。これは、マーセル化中にセルロースと水酸化ナトリウムとの適切な反応を妨げた。これにより、マーセル化パルプ中に残留する微生物セルロースの繊維塊の数が著しく増加した。濾過によってこれらの凝集体を選択的に除去することが可能であり得るが、必要とされる濾過量は商業的に実用的ではない。
実施例23
炭素源、栄養素、水、及び他の増殖因子を含有する液体培養培地中でセルロース産生細菌を増殖させることにより、微生物セルロースシートを製造した。本発明のセルロース産生細菌は、Acetobacter xylinumであり、サイズが1~4μmである桿状のグラム陰性菌である。好気性条件下では、A. xylinumは、限定されるものではないがグルコース、スクロース、及びエタノールなどの炭素源を大量の純粋なセルロースミクロフィブリルに変換する。
A. xylinumを増殖させるために使用される最も一般的な培養培地は、改変Hestrin and Schramm,1954である。この培地は、2%(w/v)のグルコース、0.5%(w/v)のペプトン(Difco bactopeptone)、0.5%(w/v)の酵母エキス(Difco)、0.27%の無水リン酸二ナトリウム、0.15%(w/v)のクエン酸一水和物を含有し、酢酸を用いてpH5に維持され、最適温度は30℃である。
1つの別の培地は、前記液体に、ココナッツミルク又はココナッツ水を栄養素の代替物としてそれぞれ20~50%の最終濃度で添加することである。別の方法は、ワイン及びビールを栄養素の代替物として最終エタノール濃度5~8%で添加することである。
微生物セルロースシートは、最適増殖条件で、8~12日間で約10mmの厚みに達する。回収は、培養容器から微生物セルロースシートを除去すること、水で洗浄することを含む。シートは、太陽で乾燥させる又は部屋を5%未満の水分含量となるように乾燥させることにより乾燥させることができる。
乾燥微生物セルロースシート(20.0g)を24mmの正方形状に切断し、水(1.0L)に添加して懸濁液を生成した。この懸濁液を100℃に2分間で加熱した後、Biozet Attack洗濯用洗剤(花王社)(1.25g)を混合物に添加し、次いで、25分間煮沸した。次に、正方形物(5.0g)を篩で単離し、新鮮な水(1.0L)に添加した後、20分間煮沸した。混合物を室温まで冷却し、正方形物を篩で単離し、抽出器ブレードを備えた600 W Nutribulletを用いて1%で水中にて120秒間ブレンドして、濃厚白色パルプを得た。パルプの各サンプルを、1.5%で濃縮した。
各パルプをそれぞれ水酸化ナトリウム溶液に添加して、最終濃度18%の水酸化ナトリウムマーセル化溶液を作成し、50℃で120分間機械的に攪拌した。次いで、目標のプレスファクターを得るために、反応混合物を70kpcm-2にて一定圧力でプレスした。得られたアルカリセルロースを、空気入りの、多孔性パラ膜で被覆したガラスボトル中で単離し、50℃で235分間攪拌した。250g/mlの目標固有粘度が達成された後、エージング後の固体を閉じた反応容器に移した。次いで、二硫化炭素(最終投入量36%)を、真空下にてシリンジで隔壁を通して反応容器に導入した。反応容器を32℃で水浴中にて回転させることにより、反応混合物を攪拌した。反応容器内の真空を維持した。50分間後、固体は、橙色固体になった。
5%水酸化ナトリウム溶液を、7℃で所定時間攪拌しながら、橙色固体に添加した。攪拌時間がビスコースドープのゲル含量に及ぼす影響を理解するために、1.0wt/wt%~1.5wt/wt%の各サンプルを、それぞれ0.5、3.0、及び18時間攪拌した。
攪拌終了後、各混合物を室温で16時間放置して、粘稠な液体を得た。
各サンプルのゲル含量は、ドープを水で希釈し(20x)、濾紙(ポアサイズ8μm)で濾過し、水でよく洗浄し、48時間風乾することにより測定した。結果を以下の表6に示す。
結果は、溶解工程中の攪拌時間の増加が最終ビスコースドープのゲル含量の減少につながることを示した。当業者に理解されるように、木材由来のセルロースパルプから製造されたセルロースキサンテートを溶解させる場合、水酸化ナトリウム水溶液と約2~3時間接触させた後でも溶解しなかった粒子は溶解しないであろう。結果は、木材由来のセルロースパルプから製造されるキサンテートを溶解するために通常用いられる時間よりも長い期間、微生物セルロースキサンテートを攪拌しながら水酸化ナトリウム水溶液と接触させる工程を行うことにより、粒子の溶解度がより高くなることを示すことが当業者によく理解されている。
Wilkes, Andrew, 2001, "The Viscose Process", "In Regenerated Cellulose Fibres", edited by Calvin Woodings, p37-61, Cambridge: Woodhead Publishing Ltd,Wilkes、Andrew、(2001)

Claims (6)

  1. ビスコースドープを製造するための方法であって、前記方法が、
    微生物セルロースを水に曝露して微生物セルロースパルプを生成する工程であって、前記微生物セルロースパルプ中のセルロースの濃度が、前記微生物セルロースパルプ1mL当たり前記セルロース0.040g未満である工程と、
    前記微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程と、
    前記微生物セルロースパルプをある量の水酸化ナトリウム溶液に曝露して、マーセル化微生物セルロースパルプを生成する工程であって、前記微生物セルロースパルプと前記水酸化ナトリウム溶液との混合物中のセルロースの濃度が、前記混合物1mL当たり前記セルロース0.035g未満である工程と、
    前記マーセル化微生物セルロースパルプを二硫化炭素で処理して、微生物セルロールキサンテートを製造する工程と、
    前記微生物セルロールキサンテートを溶解させて前記ビスコースドープを製造する工程と、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程が、
    前記微生物セルロースパルプを、前記微生物セルロースパルプ中の前記セルロースの粒子の粒子サイズ分布が、1700μm未満のD90を有するようにホモジナイズする工程を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程が、
    前記微生物セルロースパルプを、前記微生物セルロースパルプ中の前記セルロースの粒子の粒子サイズ分布が、1200μm未満のD50を有するようにホモジナイズする工程を含む請求項1から2のいずれかに記載の方法。
  4. 前記微生物セルロースパルプをホモジナイズする工程が、
    前記微生物セルロースパルプを、前記微生物セルロースパルプ中の前記セルロースの粒子の粒子サイズ分布が、500μm未満のD10を有するようにホモジナイズする工程を含む請求項1から3のいずれかに記載の方法。
  5. ビスコースレーヨン繊維を製造するための方法であって、前記方法が、
    請求項1から4のいずれかに記載の方法によりビスコースドープを製造する工程と、
    前記ビスコースドープから前記ビスコースレーヨン繊維を製造する工程と、
    を含むことを特徴とする方法。
  6. ビスコースシートを製造するための方法であって、前記方法が、
    請求項1から4のいずれかに記載の方法によりビスコースドープを製造する工程と、
    前記ビスコースドープから前記ビスコースシートを製造する工程と、
    を含むことを特徴とする方法。
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