JPWO2010134357A1 - Method for producing cellulose nanofiber dispersion, cellulose nanofiber dispersion, cellulose nanofiber molded body, and cellulose nanofiber composite - Google Patents

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Abstract

本発明により、広範な有機溶剤可溶な高分子材料との複合化にも好適に用いることができるセルロースナノファイバー分散液の製造方法が提供される。本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを有機溶媒を含む媒体に分散させるに際して、前記有機溶媒の種類に応じて、前記セルロースナノファイバーの前記基をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換する置換工程を実行することを特徴とする。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a method for producing a cellulose nanofiber dispersion that can be suitably used for compounding with a wide range of organic solvent-soluble polymer materials. According to the method for producing a cellulose nanofiber dispersion of the present invention, when cellulose nanofibers having a carboxylate group are dispersed in a medium containing an organic solvent, the cellulose nanofibers are dispersed according to the type of the organic solvent. A substitution step of substituting a group from a carboxylate type to a carboxylic acid type is performed.

Description

本発明は、セルロースナノファイバー分散液の製造方法、セルロースナノファイバー分散液、セルロースナノファイバー成形体、及びセルロースナノファイバー複合体に関するものである。
本願は、2009年5月22日に、日本に出願された特願2009−124408号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a method for producing a cellulose nanofiber dispersion, a cellulose nanofiber dispersion, a cellulose nanofiber molded article, and a cellulose nanofiber composite.
This application claims priority on May 22, 2009 based on Japanese Patent Application No. 2009-124408 for which it applied to Japan, and uses the content here.

本発明者らは、セルロースなどの天然繊維材料をTEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル)触媒の存在下で酸化させ、機械的な解繊処理を施すことで、直径数ナノメートルの高結晶性極細繊維(ナノファイバー)を製造する方法をすでに提案した(特許文献1参照)。この製造方法により、水中で1本1本のセルロースナノファイバーが分離され、種々の用途への応用展開が可能な新規材料であるセルロースナノファイバー分散液を得ることができた。   The present inventors oxidize natural fiber materials such as cellulose in the presence of a TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl) catalyst and perform a mechanical fibrillation treatment. Thus, a method for producing highly crystalline ultrafine fibers (nanofibers) having a diameter of several nanometers has already been proposed (see Patent Document 1). By this production method, each cellulose nanofiber was separated in water, and a cellulose nanofiber dispersion, which was a novel material that could be applied to various uses, could be obtained.

特開2008−001728号公報JP 2008-001728 A

ところで、セルロースナノファイバーをポリビニルアルコール(PVA)などの他の材料と複合化する際には、複合化対象の材料と同一の溶媒にセルロースナノファイバーを分散させる必要がある。しかしながら、特許文献1記載の製造方法で得られるセルロースナノファイバー分散液では、分散の媒体が水であったため、複合化させる材料に制限があった。しかも、TEMPO触媒酸化により得られたセルロースナノファイバーを単に有機溶媒に投入しても、凝集−沈殿してしまい、均一に分散させることができなかった。   By the way, when cellulose nanofibers are compounded with other materials such as polyvinyl alcohol (PVA), it is necessary to disperse the cellulose nanofibers in the same solvent as the material to be complexed. However, in the cellulose nanofiber dispersion obtained by the production method described in Patent Document 1, since the dispersion medium was water, there were limitations on the materials to be combined. Moreover, even if the cellulose nanofibers obtained by TEMPO catalytic oxidation are simply put into an organic solvent, they are aggregated and precipitated and cannot be uniformly dispersed.

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、広範な有機溶剤可溶な高分子材料との複合化に好適に用いることができるセルロースナノファイバー分散液とその製造方法を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記のセルロースナノファイバー分散液を用いたセルロースナノファイバー成形体及びセルロースナノファイバー複合体を提供することを目的の一つとする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a cellulose nanofiber dispersion that can be suitably used for compounding with a wide range of organic solvent-soluble polymer materials and a method for producing the same. Is one of the purposes.
Another object of the present invention is to provide a cellulose nanofiber molded article and a cellulose nanofiber composite using the cellulose nanofiber dispersion.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを有機溶媒を含む媒体に分散させるに際して、前記有機溶媒の種類に応じて、前記セルロースナノファイバーの前記基をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換する置換工程を実行することを特徴とする。
この製造方法によれば、ナノファイバー表面のカルボン酸塩型の基を、有機溶媒の種類に応じてカルボン酸型の基に置換するので、有機溶媒の性質に応じてセルロースナノファイバーを改質し、幅広い溶媒にセルロースナノファイバーを分散させることができる。これにより、液体成分の除去が容易であり、広範な材料との複合化にも好適に用いることができるセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
According to the method for producing a cellulose nanofiber dispersion of the present invention, when cellulose nanofibers having a carboxylate group are dispersed in a medium containing an organic solvent, the cellulose nanofibers may be dispersed according to the type of the organic solvent. A substitution step of substituting a group from a carboxylate type to a carboxylic acid type is performed.
According to this production method, the carboxylate type group on the surface of the nanofiber is replaced with a carboxylic acid type group according to the type of the organic solvent, so that the cellulose nanofiber is modified according to the nature of the organic solvent. , Cellulose nanofibers can be dispersed in a wide range of solvents. Thereby, the removal of a liquid component is easy and the cellulose nanofiber dispersion liquid which can be used suitably also for composite_combination with a wide range of materials can be manufactured easily.

前記置換工程において、前記基のカルボン酸型への置換率を、前記有機溶媒の種類に基づいて異ならせることが好ましい。
この製造方法によれば、置換工程の条件管理により容易に制御できる置換率によってセルロースナノファイバーの表面状態を制御するので、種々の有機溶媒を用いてセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
In the substitution step, the substitution rate of the group to the carboxylic acid type is preferably varied based on the type of the organic solvent.
According to this production method, since the surface state of the cellulose nanofiber is controlled by the substitution rate that can be easily controlled by the condition management of the substitution step, it is possible to easily produce the cellulose nanofiber dispersion using various organic solvents. it can.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、前記セルロースナノファイバー水分散液に、ジメチルスルホキシド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を添加する工程と、前記有機溶媒が添加された前記セルロースナノファイバー水分散液から前記水系溶媒を除去する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、ジメチルスルホキシド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を用いたセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
The method for producing a cellulose nanofiber dispersion of the present invention comprises a step of dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate group in an aqueous solvent to prepare a cellulose nanofiber aqueous dispersion, and the cellulose nanofiber aqueous dispersion. And adding one or two organic solvents selected from dimethyl sulfoxide and N, N-dimethylformamide, and removing the aqueous solvent from the cellulose nanofiber aqueous dispersion to which the organic solvent is added. And a process.
According to this production method, a cellulose nanofiber dispersion using one or two organic solvents selected from dimethyl sulfoxide and N, N-dimethylformamide can be easily produced.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、前記セルロースナノファイバー水分散液に酸を加えることで、少なくとも一部の前記基をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換し、前記セルロースナノファイバーをゲル化する工程と、前記セルロースナノファイバーのゲルに、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を添加する工程と、前記有機溶媒が添加された前記ゲルから水を除去する工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を用いたセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
The method for producing a cellulose nanofiber dispersion of the present invention comprises a step of dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate group in an aqueous solvent to prepare a cellulose nanofiber aqueous dispersion, and the cellulose nanofiber aqueous dispersion. And adding at least a part of the groups from a carboxylate type to a carboxylic acid type to gel the cellulose nanofibers, and adding the cellulose nanofiber gel to dimethyl sulfoxide, N, A step of adding one or more organic solvents selected from N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide, and a step of removing water from the gel to which the organic solvent has been added. It is characterized by that.
According to this production method, a cellulose nanofiber dispersion using one or more organic solvents selected from dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide is easily produced. be able to.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、前記セルロースナノファイバー水分散液に酸を加えることで、少なくとも一部の前記基をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換し、前記セルロースナノファイバーをゲル化する工程と、前記ゲルにジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を供給し、前記ゲルに含まれる溶媒を置換する工程と、溶媒置換後の前記ゲルを有機溶媒に分散させる工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を用いたセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
The method for producing a cellulose nanofiber dispersion of the present invention comprises a step of dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate group in an aqueous solvent to prepare a cellulose nanofiber aqueous dispersion, and the cellulose nanofiber aqueous dispersion. An acid is added to at least a part of the group from a carboxylate type to a carboxylic acid type, and the cellulose nanofiber is gelled; and the gel is dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, And supplying one or more organic solvents selected from N, N-dimethylformamide, substituting the solvent contained in the gel, and dispersing the gel after solvent replacement in the organic solvent; It is characterized by having.
According to this production method, a cellulose nanofiber dispersion using one or more organic solvents selected from dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide is easily produced. be able to.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、前記セルロースナノファイバー水分散液に酸を加えることで、前記基の80%以上をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換し、前記セルロースナノファイバーをゲル化する工程と、前記ゲルにN,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を供給し、前記ゲルに含まれる溶媒を置換する工程と、溶媒置換後の前記ゲルを有機溶媒に分散させる工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、N,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を用いたセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
The method for producing a cellulose nanofiber dispersion of the present invention comprises a step of dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate group in an aqueous solvent to prepare a cellulose nanofiber aqueous dispersion, and the cellulose nanofiber aqueous dispersion. 80% or more of the groups are changed from a carboxylate type to a carboxylic acid type by adding an acid to the gel, and the cellulose nanofibers are gelled, and N, N-dimethylacetamide and N, N are added to the gel. -Supplying one or two organic solvents selected from dimethylformamide, replacing the solvent contained in the gel, and dispersing the gel after solvent replacement in the organic solvent. Features.
According to this production method, a cellulose nanofiber dispersion using one or two organic solvents selected from N, N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide can be easily produced.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、天然セルロースを酸化して得られる、カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースを有機溶媒中で解繊することにより、前記酸化セルロースのナノファイバーとして分散させる工程を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、予めセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させることなく、ジメチルスルホキシド等の有機溶媒を用いたセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
The method for producing a cellulose nanofiber dispersion according to the present invention provides a nanofiber of oxidized cellulose by defibrating an oxidized cellulose having a carboxylate group obtained by oxidizing natural cellulose in an organic solvent. It has the process to disperse | distribute. It is characterized by the above-mentioned.
According to this production method, a cellulose nanofiber dispersion using an organic solvent such as dimethylsulfoxide can be easily produced without previously dispersing the cellulose nanofibers in an aqueous solvent.

前記分散させる工程に先だって、前記酸化セルロースの懸濁液を所定の時間撹拌する工程を有することが好ましい。
この製造方法によれば、攪拌処理によって酸化セルロースが一部解繊されるため、有機溶媒中での解繊が容易となり、セルロースナノファイバー分散液をさらに容易に製造することができる。
Prior to the dispersing step, it is preferable to have a step of stirring the oxidized cellulose suspension for a predetermined time.
According to this production method, part of the oxidized cellulose is defibrated by the stirring treatment, so that defibration in an organic solvent is facilitated, and the cellulose nanofiber dispersion can be produced more easily.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、天然セルロースを酸化して得られる、カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースの水懸濁液に酸を加えることで、前記基の80%以上をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換する工程と、前記基をカルボン酸型に置換した前記酸化セルロースを有機溶媒中で解繊することにより、前記酸化セルロースのナノファイバーとして分散させる工程と、を有することを特徴とする。
この製造方法によれば、予めセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させることなく、N,N−ジメチルホルムアミド等の有機溶媒を用いたセルロースナノファイバー分散液を容易に製造することができる。
The method for producing a cellulose nanofiber dispersion of the present invention comprises adding an acid to an aqueous suspension of oxidized cellulose having carboxylate type groups obtained by oxidizing natural cellulose, so that 80% or more of the groups are added. Replacing the carboxylate type with a carboxylic acid type, and dispersing the oxidized cellulose having the group substituted with a carboxylic acid type in an organic solvent to disperse the oxidized cellulose nanofibers; It is characterized by having.
According to this production method, a cellulose nanofiber dispersion using an organic solvent such as N, N-dimethylformamide can be easily produced without previously dispersing cellulose nanofibers in an aqueous solvent.

前記分散させる工程に先だって、前記酸化セルロースの懸濁液を所定の時間撹拌する工程を有することが好ましい。
この製造方法によれば、攪拌処理によって酸化セルロースが一部解繊されるため、有機溶媒中での解繊が容易となり、セルロースナノファイバー分散液をさらに容易に製造することができる。
Prior to the dispersing step, it is preferable to have a step of stirring the oxidized cellulose suspension for a predetermined time.
According to this production method, part of the oxidized cellulose is defibrated by the stirring treatment, so that defibration in an organic solvent is facilitated, and the cellulose nanofiber dispersion can be produced more easily.

次に、本発明のセルロースナノファイバー分散液は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを、ジメチルスルホキシド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を含む媒体に分散させたことを特徴とする。
この構成によれば、媒体が有機溶媒であることから、液体成分の除去が容易であり、広範な材料との複合化にも好適に用いることができるセルロースナノファイバー分散液を提供することができる。
Next, the cellulose nanofiber dispersion of the present invention is a medium containing cellulose nanofibers having carboxylate type groups, one or two organic solvents selected from dimethyl sulfoxide and N, N-dimethylformamide. It is characterized by being dispersed in.
According to this configuration, since the medium is an organic solvent, it is easy to remove the liquid component, and it is possible to provide a cellulose nanofiber dispersion that can be suitably used for compounding with a wide range of materials. .

本発明のセルロースナノファイバー分散液は、カルボン酸塩型の基とカルボン酸型の基とを有するセルロースナノファイバーを、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を含む媒体に分散させたことを特徴とする。
この構成によれば、媒体が有機溶媒であることから、液体成分の除去が容易であり、広範な材料との複合化にも好適に用いることができるセルロースナノファイバー分散液を提供することができる。
In the cellulose nanofiber dispersion liquid of the present invention, cellulose nanofibers having a carboxylate type group and a carboxylic acid type group are selected from dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide. It is characterized by being dispersed in a medium containing one or more organic solvents.
According to this configuration, since the medium is an organic solvent, it is easy to remove the liquid component, and it is possible to provide a cellulose nanofiber dispersion that can be suitably used for compounding with a wide range of materials. .

本発明のセルロースナノファイバー分散液は、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを、N,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を含む媒体に分散させたことを特徴とする。
この構成によれば、媒体が有機溶媒であることから、液体成分の除去が容易であり、広範な材料との複合化にも好適に用いることができるセルロースナノファイバー分散液を提供することができる。
The cellulose nanofiber dispersion liquid of the present invention comprises a cellulose nanofiber having a carboxylate group, and one or more organic solvents selected from N, N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide. It is characterized by being dispersed in a medium containing it.
According to this configuration, since the medium is an organic solvent, it is easy to remove the liquid component, and it is possible to provide a cellulose nanofiber dispersion that can be suitably used for compounding with a wide range of materials. .

次に、本発明のセルロースナノファイバー成形体は、上記のセルロースナノファイバー分散液を所定形状に保持しつつ液体成分を除去することで得られたことを特徴とする。
この構成によれば、セルロースナノファイバーによる機能性を良好に発現でき、しかも製造性に優れたセルロースナノファイバー成形体を提供することができる。
Next, the cellulose nanofiber molded product of the present invention is obtained by removing the liquid component while holding the cellulose nanofiber dispersion in a predetermined shape.
According to this configuration, it is possible to provide a cellulose nanofiber molded article that can well express the functionality of cellulose nanofibers and is excellent in manufacturability.

次に、本発明のセルロースナノファイバー複合体は、第1の材料としてのセルロースナノファイバーを含む上記のセルロースナノファイバー分散液と、第2の材料を含む液体材料とを混合してなる複合分散液を用いて得られたことを特徴とする。
この構成によれば、セルロースナノファイバーによる機能性を良好に発現でき、しかも製造性に優れたセルロースナノファイバー複合体を提供することができる。
Next, the cellulose nanofiber composite of the present invention is a composite dispersion obtained by mixing the cellulose nanofiber dispersion containing the cellulose nanofiber as the first material and the liquid material containing the second material. It was obtained by using.
According to this configuration, it is possible to provide a cellulose nanofiber composite that can favorably exhibit the functionality of cellulose nanofibers and that is excellent in manufacturability.

また本発明によれば、従来不可能であったセルロースナノファイバーの有機溶剤への分散を簡便な手法で行うことができる。
本発明のセルロースナノファイバー分散液は、媒体が有機溶媒であるため、広範な有機溶剤可溶な高分子材料との複合化も容易に行うことができる分散液となる。
また本発明によれば、本発明のセルロースナノファイバー分散液を用い、製造性に優れたセルロースナノファイバー成形体及びセルロースナノファイバー複合体を提供することができる。
Moreover, according to the present invention, it is possible to disperse cellulose nanofibers in an organic solvent, which has been impossible in the past, by a simple technique.
Since the cellulose nanofiber dispersion of the present invention is an organic solvent, it becomes a dispersion that can be easily combined with a wide range of organic solvent-soluble polymer materials.
Moreover, according to this invention, the cellulose nanofiber dispersion and the cellulose nanofiber composite_body | complex excellent in manufacturability can be provided using the cellulose nanofiber dispersion liquid of this invention.

本発明の第1の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st manufacturing method of this invention. 本発明の第2の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd manufacturing method of this invention. 本発明の第4の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 4th manufacturing method of this invention. 本発明の第5の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 5th manufacturing method of this invention. 本発明の第6の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 6th manufacturing method of this invention. 本発明の第7の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 7th manufacturing method of this invention. 第1実施例に係るセルロースナノファイバー分散液の写真。The photograph of the cellulose nanofiber dispersion liquid concerning a 1st example. 第1実施例に係るセルロースナノファイバー分散液の光透過率測定結果。The light transmittance measurement result of the cellulose nanofiber dispersion liquid which concerns on 1st Example. 第2実施例に係るセルロースナノファイバー分散液の写真。The photograph of the cellulose nanofiber dispersion liquid concerning a 2nd example. 第2実施例に係るセルロースナノファイバー分散液の写真。The photograph of the cellulose nanofiber dispersion liquid concerning a 2nd example. 第3実施例に係るセルロースナノファイバー分散液の写真。The photograph of the cellulose nanofiber dispersion liquid concerning a 3rd example.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(セルロースナノファイバー分散液の製造方法)
本実施形態のセルロースナノファイバー分散液の製造方法は、有機溶媒の種類に応じて、以下の第1から第3の製造方法を選択して用いることで、有機溶媒中にセルロースナノファイバーが均一に分散されたセルロースナノファイバー分散液を製造するものである。
(Method for producing cellulose nanofiber dispersion)
The manufacturing method of the cellulose nanofiber dispersion liquid of the present embodiment selects and uses the following first to third manufacturing methods according to the type of the organic solvent, so that the cellulose nanofibers are uniformly in the organic solvent. A dispersed cellulose nanofiber dispersion is produced.

<第1の製造方法>
セルロースナノファイバー分散液の第1の製造方法は、以下の工程1A〜1Cを有する。図1は、第1の製造方法を示す説明図である。
(1A)カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
(1B)セルロースナノファイバー水分散液に有機溶媒を添加する工程
(1C)有機溶媒が添加されたセルロースナノファイバー水分散液から水系溶媒を除去する工程
<First manufacturing method>
The 1st manufacturing method of a cellulose nanofiber dispersion has the following processes 1A-1C. FIG. 1 is an explanatory view showing a first manufacturing method.
(1A) Step of preparing cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofiber having carboxylate type group in aqueous solvent (1B) Step of adding organic solvent to cellulose nanofiber aqueous dispersion (1C) A step of removing an aqueous solvent from an aqueous dispersion of cellulose nanofibers to which an organic solvent is added

「工程1A」
まず、工程1Aについて説明する。
工程1Aは、カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーの水分散液を作製する工程である。上記の構成を備えたセルロースナノファイバー水分散液が得られるならば、その製造方法は特に限定されないが、本発明者らによりすでに提案されているTEMPO触媒酸化によるセルロースナノファイバーの製造方法を用いることが好ましい。
すなわち、天然セルロースを原料とし、水系溶媒中においてTEMPO(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル)などのN−オキシル化合物を酸化触媒とし、酸化剤を作用させることにより天然セルロースを酸化させる酸化処理工程と、酸化処理工程後の天然セルロースを媒体に分散させる分散工程とを含む製造方法によりセルロースナノファイバー水分散液を作製することが好ましい。
"Process 1A"
First, step 1A will be described.
Step 1A is a step of preparing an aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a carboxylate type group. The method for producing the cellulose nanofiber aqueous dispersion having the above structure is not particularly limited, but the method for producing cellulose nanofiber by TEMPO catalytic oxidation already proposed by the present inventors is used. Is preferred.
That is, natural cellulose is used as a raw material, an N-oxyl compound such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl) is used as an oxidation catalyst in an aqueous solvent, and an oxidizing agent is allowed to act. It is preferable to prepare a cellulose nanofiber aqueous dispersion by a production method including an oxidation treatment step of oxidizing natural cellulose by a method and a dispersion step of dispersing natural cellulose after the oxidation treatment step in a medium.

酸化処理工程では、まず、水中に天然セルロースを分散させた分散液を調製する。天然セルロースは、植物、動物、バクテリア産生ゲル等のセルロースの生合成系から単離した精製セルロースである。具体的には、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ、コットンリンターやコットンリント等の綿系パルプ、麦わらパルプやバガスパルプ等の非木材系パルプ、バクテリアセルロース、ホヤから単離されるセルロース、海草から単離されるセルロースなどを例示することができる。   In the oxidation treatment step, first, a dispersion in which natural cellulose is dispersed in water is prepared. Natural cellulose is purified cellulose isolated from cellulose biosynthetic systems such as plants, animals, and bacteria-producing gels. Specifically, it is isolated from softwood pulp, hardwood pulp, cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as straw pulp and bagasse pulp, bacterial cellulose, cellulose isolated from sea squirt, seaweed A cellulose etc. can be illustrated.

また、単離、精製された天然セルロースに対して、叩解等の表面積を拡大する処理を施してもよい。これにより反応効率を高めることができ、生産性を高めることができる。また、天然セルロースは、単離、精製の後、未乾燥状態で保存したものを用いることが好ましい。未乾燥状態で保存することで、ミクロフィブリルの集束体を膨潤しやすい状態に保持することができるので、反応効率を高めるとともに、繊維径の細いセルロースナノファイバーを得やすくなる。   Moreover, you may give the process which expands surface areas, such as beating, to the natural cellulose isolated and refine | purified. Thereby, reaction efficiency can be improved and productivity can be improved. In addition, it is preferable to use natural cellulose that has been stored in an undried state after isolation and purification. By storing in an undried state, it is possible to keep the microfibril bundle in an easily swellable state, so that the reaction efficiency is improved and cellulose nanofibers with a small fiber diameter are easily obtained.

酸化処理工程において、反応溶液における天然セルロースの分散媒には典型的には水が用いられる。反応溶液中の天然セルロース濃度は、試薬(酸化剤、触媒等)の十分な溶解が可能であれば特に限定されない。通常は、反応溶液の重量に対して5%程度以下の濃度とすることが好ましい。   In the oxidation treatment step, water is typically used as a dispersion medium for natural cellulose in the reaction solution. The natural cellulose concentration in the reaction solution is not particularly limited as long as the reagent (oxidant, catalyst, etc.) can be sufficiently dissolved. Usually, the concentration is preferably about 5% or less with respect to the weight of the reaction solution.

反応溶液に添加される触媒としては、N−オキシル化合物が用いられている。N−オキシル化合物としては、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジンーN−オキシル)及びC4位に各種の官能基を有するTEMPO誘導体を用いることができる。TEMPO誘導体としては、4−アセトアミドTEMPO、4−カルボキシTEMPO、4−フォスフォノオキシTEMPOなどを挙げることができる。特に、TEMPO及び4−アセトアミドTEMPOは、反応速度において好ましい結果が得られている。
N−オキシル化合物の添加は触媒量で十分であり、具体的には、反応溶液に対して0.1〜4mmol/Lの範囲で添加すればよい。好ましくは、0.1〜2mmol/Lの添加量範囲である。
An N-oxyl compound is used as a catalyst added to the reaction solution. As the N-oxyl compound, TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl) and a TEMPO derivative having various functional groups at the C4 position can be used. Examples of the TEMPO derivative include 4-acetamido TEMPO, 4-carboxy TEMPO, 4-phosphonooxy TEMPO, and the like. In particular, TEMPO and 4-acetamido TEMPO have obtained favorable results in the reaction rate.
A catalytic amount is sufficient for the addition of the N-oxyl compound. Specifically, it may be added in a range of 0.1 to 4 mmol / L with respect to the reaction solution. Preferably, it is the addition amount range of 0.1-2 mmol / L.

さらに、酸化剤の種類によっては、N−オキシル化合物に、臭化物やヨウ化物を組み合わせた触媒成分を用いてもよい。例えば、アンモニウム塩(臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム)、臭化又はヨウ化アルカリ金属(臭化リチウム、臭化カリウム、臭化ナトリウムなどの臭化物、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウムなどのヨウ化物)、臭化又はヨウ化アルカリ土類金属(臭化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化ストロンチウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化ストロンチウムなど)を用いることができる。これらの臭化物及びヨウ化物は、単独又は2種以上の組み合わせで使用することができる。   Further, depending on the type of oxidizing agent, a catalyst component in which a bromide or iodide is combined with an N-oxyl compound may be used. For example, ammonium salt (ammonium bromide, ammonium iodide), bromide or alkali metal iodide (bromide such as lithium bromide, potassium bromide, sodium bromide, lithium iodide, potassium iodide, sodium iodide, etc. Iodide), bromide or alkaline earth metal iodides (calcium bromide, magnesium bromide, strontium bromide, calcium iodide, magnesium iodide, strontium iodide, etc.) can be used. These bromides and iodides can be used alone or in combination of two or more.

酸化剤としては、次亜ハロゲン酸又はその塩(次亜塩素酸又はその塩、次亜臭素酸又はその塩、次亜ヨウ素酸又はその塩など)、亜ハロゲン酸又はその塩(亜塩素酸又はその塩、亜臭素酸又はその塩、亜ヨウ素酸又はその塩など)、過ハロゲン酸又はその塩(過塩素酸又はその塩、過ヨウ素酸又はその塩など)、ハロゲン(塩素、臭素、ヨウ素など)、ハロゲン酸化物(ClO、ClO2、Cl2O6、BrO2、Br3O7など)、窒素酸化物(NO、NO2、N2O3など)、過酸(過酸化水素、過酢酸、過硫酸、過安息香酸など)が含まれる。これらの酸化剤は単独又は2種以上の組み合わせで使用することができる。また、ラッカーゼなどの酸化酵素と組み合わせて用いてもよい。酸化剤の含有量は、1〜50mmol/Lの範囲とすることが好ましい。   As the oxidizing agent, hypohalous acid or a salt thereof (hypochlorous acid or a salt thereof, hypobromous acid or a salt thereof, hypoiodous acid or a salt thereof, etc.), a halogenous acid or a salt thereof (chlorous acid or a salt thereof) Salts thereof, bromous acid or salts thereof, iodic acid or salts thereof, perhalogen acids or salts thereof (perchloric acid or salts thereof, periodic acid or salts thereof), halogens (chlorine, bromine, iodine, etc.) ), Halogen oxides (ClO, ClO2, Cl2O6, BrO2, Br3O7, etc.), nitrogen oxides (NO, NO2, N2O3, etc.), peracids (hydrogen peroxide, peracetic acid, persulfuric acid, perbenzoic acid, etc.) It is. These oxidizing agents can be used alone or in combination of two or more. Further, it may be used in combination with an oxidase such as laccase. The content of the oxidizing agent is preferably in the range of 1 to 50 mmol / L.

次亜ハロゲン酸塩としては、次亜塩素酸の場合に、次亜塩素酸リチウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウムなどのアルカリ金属塩や、次亜塩素酸カルシウム、次亜塩素酸マグネシウム、次亜塩素酸ストロンチウムなどのアルカリ土類金属塩、次亜塩素酸アンモニウムなどを例示することができる。また、これらに対応する次亜臭素酸塩、次亜ヨウ素酸塩を用いることもできる。   As hypohalite, in the case of hypochlorous acid, alkali metal salts such as lithium hypochlorite, potassium hypochlorite, sodium hypochlorite, calcium hypochlorite, hypochlorous acid, etc. Examples include magnesium, alkaline earth metal salts such as strontium hypochlorite, and ammonium hypochlorite. Moreover, hypobromite and hypoiodite corresponding to these can also be used.

亜ハロゲン酸塩としては、例えば亜塩素酸の場合、亜塩素酸リチウム、亜塩素酸カリウム、亜塩素酸ナトリウムなどのアルカリ金属塩や、亜塩素酸カルシウム、亜塩素酸マグネシウム、亜塩素酸ストロンチウムなどのアルカリ土類金属塩、亜塩素酸アンモニウムなどを例示することができる。また、これらに対応する亜臭素酸塩、亜ヨウ素酸塩を用いることもできる。   Examples of halous acid salts include, in the case of chlorous acid, alkali metal salts such as lithium chlorite, potassium chlorite, and sodium chlorite, calcium chlorite, magnesium chlorite, and strontium chlorite. Examples thereof include alkaline earth metal salts and ammonium chlorite. In addition, bromite and iodate corresponding to these can also be used.

過ハロゲン酸塩としては、例えば過塩素酸塩の場合、過塩素酸リチウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウムなどのアルカリ金属塩や、過塩素酸カルシウム、過塩素酸マグネシウム、過塩素酸ストロンチウムなどのアルカリ土類金属塩、過塩素酸アンモニウムなどを例示することができる。また、これらに対応する過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩を用いることもできる。   As perhalogenates, for example, in the case of perchlorates, alkali metal salts such as lithium perchlorate, potassium perchlorate, sodium perchlorate, calcium perchlorate, magnesium perchlorate, strontium perchlorate Examples thereof include alkaline earth metal salts such as ammonium perchlorate. Moreover, perbromate and periodate corresponding to these can also be used.

本発明における好ましい酸化剤としては、次亜ハロゲン酸アルカリ金属塩、あるいは亜ハロゲン酸アルカリ金属塩を挙げることができ、次亜塩素酸アルカリ金属塩又は亜塩素酸アルカリ金属塩を用いることがより好ましい。
先に記載の触媒については、酸化剤の種類に応じて適宜選択すればよく、例えば、次亜塩素酸アルカリ金属塩を酸化剤とする場合には、N−オキシル化合物と、臭化物又はヨウ化物とを組み合わせた触媒成分を用いることが好ましく、亜塩素酸アルカリ金属塩を酸化剤とする場合には、N−オキシル化合物を単独で触媒成分として用いることが好ましい。
As a preferable oxidizing agent in the present invention, an alkali metal hypohalite or an alkali metal halite can be mentioned, and an alkali metal hypochlorite or an alkali metal chlorite is more preferably used. .
The catalyst described above may be appropriately selected according to the kind of the oxidizing agent. For example, when an alkali metal hypochlorite is used as the oxidizing agent, an N-oxyl compound, bromide or iodide, It is preferable to use a catalyst component in combination with N, and when an alkali metal chlorite is used as the oxidizing agent, it is preferable to use an N-oxyl compound alone as the catalyst component.

以下、代表的な酸化処理工程について2種類の具体例を呈示して説明する。   Hereinafter, a typical oxidation process will be described with two specific examples.

[酸化処理工程の第1の例]
酸化処理工程の第1の例では、セルロース原料を水に懸濁したものに、N−オキシル化合物(TEMPO等)及びアルカリ金属臭化物(又はアルカリ金属ヨウ化物)と、酸化剤としての次亜塩素酸ナトリウム(次亜塩素酸塩)とを添加した反応溶液を調製し、0℃〜室温(10℃〜30℃)の温度条件下、必要に応じて攪拌しながら酸化反応を進行させる。
[First example of oxidation treatment step]
In the first example of the oxidation treatment step, a cellulose raw material suspended in water, an N-oxyl compound (such as TEMPO) and an alkali metal bromide (or alkali metal iodide), and hypochlorous acid as an oxidizing agent A reaction solution to which sodium (hypochlorite) is added is prepared, and the oxidation reaction is allowed to proceed with stirring as necessary under a temperature condition of 0 ° C. to room temperature (10 ° C. to 30 ° C.).

反応終了後は、必要に応じて酸化剤(次亜塩素酸ナトリウムなど)を分解する処理を行い、その後、反応溶液のろ過と水洗洗浄を繰り返すことで、精製した繊維状TEMPO触媒酸化セルロース(以下、酸化セルロースと称する)を得る。   After the completion of the reaction, a treatment for decomposing an oxidizing agent (such as sodium hypochlorite) is performed as necessary, and then the purified fibrous TEMPO-catalyzed oxidized cellulose (hereinafter referred to as “filtered” TEMPO-catalyzed oxidized cellulose (hereinafter referred to as “filtered cellulose tempo catalyst”) , Referred to as oxidized cellulose).

第1の例の酸化処理工程では、反応の進行に伴ってカルボキシル基が生成するために反応溶液のpHが低下する。そこで、酸化反応を十分に進行させるためには、反応系をアルカリ性領域、例えばpH9〜12(好ましくは10〜11)の範囲に維持することが好ましい。反応系のpH調整は、アルカリ(水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ金属成分を含む水溶液など)を反応系に適宜添加することにより行うことができる。また第1の例の酸化処理工程では、酸化反応の進行に伴って反応溶液のpHが低下するため、pH低下の進行が認められなくなった時点を反応終点とすることができる。   In the oxidation treatment process of the first example, a carboxyl group is generated with the progress of the reaction, so that the pH of the reaction solution is lowered. Therefore, in order to sufficiently advance the oxidation reaction, it is preferable to maintain the reaction system in an alkaline region, for example, in the range of pH 9 to 12 (preferably 10 to 11). The pH of the reaction system can be adjusted by appropriately adding an alkali (such as an aqueous solution containing an alkali metal component such as an aqueous sodium hydroxide solution) to the reaction system. Moreover, in the oxidation treatment process of the first example, the pH of the reaction solution decreases with the progress of the oxidation reaction, so that the point in time when the progress of the pH decrease is not recognized can be set as the reaction end point.

なお、第1の例の酸化処理工程における反応温度は室温より高くすることもでき、高温で反応させることで反応効率を高めることができる。その一方で、次亜塩素酸ナトリウムから塩素ガスが発生しやすくなるので、高温で反応させる場合には塩素ガスの処理系を用意することが好ましい。   Note that the reaction temperature in the oxidation treatment step of the first example can be higher than room temperature, and the reaction efficiency can be increased by reacting at a high temperature. On the other hand, since chlorine gas is easily generated from sodium hypochlorite, it is preferable to prepare a chlorine gas treatment system when the reaction is performed at a high temperature.

[酸化処理工程の第2の例]
次に、酸化反応の第2の例では、セルロース原料を水に懸濁したものに、N−オキシル化合物と、酸化剤としての亜塩素酸ナトリウム(亜塩素酸塩)とを添加した反応溶液を調製し、室温〜100℃程度の温度条件下、必要に応じて攪拌しながら酸化反応を進行させる。酸化反応終了後の酸化セルロースを抽出する処理は、上述した第1の例の場合と同様である。
[Second Example of Oxidation Process]
Next, in a second example of the oxidation reaction, a reaction solution in which an N-oxyl compound and sodium chlorite (chlorite) as an oxidizing agent are added to a suspension of a cellulose raw material in water. The oxidation reaction is allowed to proceed with stirring as necessary under a temperature condition of room temperature to about 100 ° C. The process for extracting the oxidized cellulose after completion of the oxidation reaction is the same as in the case of the first example described above.

第2の例の酸化処理工程では、反応溶液のpHは中性から酸性の範囲で維持される。より具体的には、4以上7以下のpH範囲とすることが好ましい。特に、反応溶液のpHが8以上とならないように留意すべきである。これは、セルロースのC6位に一時的に生成するアルデヒド基によるベータ脱離反応が生じないようにするためである。   In the oxidation treatment process of the second example, the pH of the reaction solution is maintained in a neutral to acidic range. More specifically, a pH range of 4 to 7 is preferable. In particular, care should be taken that the pH of the reaction solution does not exceed 8. This is to prevent a beta elimination reaction due to an aldehyde group temporarily generated at the C6 position of cellulose.

さらに、反応溶液に緩衝液を添加することが好ましい。緩衝液としては、リン酸緩衝液、酢酸緩衝液、クエン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、トリス緩衝液等、種々の緩衝液を用いることができる。
緩衝液を用いて反応中のpH変化を抑えるようにすることで、pHを維持するための酸やアルカリの連続的な添加が不要になり、またpHメーターの設置も不要になる。そして、酸やアルカリの添加が不要であることから、反応容器を密閉することができる。
Furthermore, it is preferable to add a buffer to the reaction solution. As the buffer solution, various buffer solutions such as a phosphate buffer solution, an acetate buffer solution, a citrate buffer solution, a borate buffer solution, a tartaric acid buffer solution, and a Tris buffer solution can be used.
By suppressing the pH change during the reaction using a buffer solution, it is not necessary to continuously add acid or alkali to maintain the pH, and it is not necessary to install a pH meter. And since addition of an acid or an alkali is unnecessary, a reaction container can be sealed.

第2の例では、酸化剤として、水酸基の酸化によって生成するアルデヒド基も酸化することができる酸化剤を用いる。このような酸化剤としては、亜塩素酸ナトリウムなどの亜ハロゲン酸又はその塩や、過酸化水素と酸化酵素(ラッカーゼ)の混合物、過酸(過硫酸(過硫酸水素カリウムなど)、過酢酸、過安息香酸など)を例示することができる。   In the second example, an oxidizing agent that can also oxidize an aldehyde group generated by oxidation of a hydroxyl group is used as the oxidizing agent. Examples of such oxidizing agents include halous acid such as sodium chlorite or salts thereof, a mixture of hydrogen peroxide and oxidase (laccase), peracid (persulfuric acid (such as potassium hydrogen persulfate), peracetic acid, Examples thereof include perbenzoic acid.

アルデヒド基をカルボキシル基に酸化することができる酸化剤を用いることで、C6位のアルデヒド基の生成を防ぐことができる。N−オキシル化合物を触媒とした酸化反応では、グルコース成分の1級水酸基が選択的に酸化されてアルデヒド基を含む中間体が生成する可能性がある。しかし第2の例の酸化反応では、アルデヒド基を酸化する酸化剤を含むため、この中間体のアルデヒド基は速やかに酸化されてカルボキシル基に変換される。
したがって、アルデヒド基によって引き起こされるベータ脱離反応を防止することができ、高分子量のセルロースナノファイバーを得ることができる。
By using an oxidizing agent capable of oxidizing an aldehyde group to a carboxyl group, generation of an aldehyde group at the C6 position can be prevented. In the oxidation reaction using an N-oxyl compound as a catalyst, the primary hydroxyl group of the glucose component may be selectively oxidized to produce an intermediate containing an aldehyde group. However, since the oxidation reaction of the second example includes an oxidizing agent that oxidizes an aldehyde group, the intermediate aldehyde group is rapidly oxidized and converted to a carboxyl group.
Therefore, the beta elimination reaction caused by the aldehyde group can be prevented, and high molecular weight cellulose nanofibers can be obtained.

また、上述した酸化剤を主酸化剤として用いるのを前提として、次亜ハロゲン酸又はその塩を添加することが好ましい。例えば、少量の次亜塩素酸ナトリウムを添加することで、反応速度を大きく向上させることができる。反応溶液に添加された次亜塩素酸ナトリウムは、TEMPOの酸化剤として機能し、酸化されたTEMPOがセルロースのC6位の1級水酸基を酸化してC6位にアルデヒド基を生成する。そして、生成したアルデヒド基は、主酸化剤である亜塩素酸ナトリウムによって迅速にカルボキシル基に酸化される。また、アルデヒド基の酸化の際に、亜塩素酸ナトリウムが次亜塩素酸ナトリウムに変化する。さらに、生成した次亜塩素酸ナトリウムはTEMPOの酸化剤として補充される。
このように、反応溶液に次亜塩素酸ナトリウム等を添加することで、TEMPOの酸化反応を促進することができ、反応速度を高めることができる。次亜ハロゲン酸塩等の添加量は、1mmol/L程度以下とすることが好ましい。
In addition, it is preferable to add hypohalous acid or a salt thereof on the premise that the above-described oxidizing agent is used as the main oxidizing agent. For example, the reaction rate can be greatly improved by adding a small amount of sodium hypochlorite. Sodium hypochlorite added to the reaction solution functions as an oxidizing agent for TEMPO, and the oxidized TEMPO oxidizes the primary hydroxyl group at the C6 position of cellulose to produce an aldehyde group at the C6 position. And the produced | generated aldehyde group is rapidly oxidized to a carboxyl group by the sodium chlorite which is a main oxidizing agent. Further, during the oxidation of the aldehyde group, sodium chlorite changes to sodium hypochlorite. Furthermore, the produced sodium hypochlorite is supplemented as an oxidizing agent for TEMPO.
Thus, by adding sodium hypochlorite or the like to the reaction solution, the oxidation reaction of TEMPO can be promoted and the reaction rate can be increased. The amount of hypohalite added is preferably about 1 mmol / L or less.

以上のような酸化処理工程を経て、酸化セルロースを得ることができる。図では、酸化セルロースを符号Pで示している。   Oxidized cellulose can be obtained through the oxidation treatment steps as described above. In the figure, the oxidized cellulose is indicated by the symbol P.

[分散工程]
次に、分散工程では、酸化処理工程で得られた酸化セルロース又は精製工程を経た酸化セルロースを、媒体中に分散させる。
分散に用いる媒体(分散媒)としては、水系溶媒が用いられる。本実施形態における水系溶媒は、不可避的に混入する成分を除いて水のみである溶媒、若しくは20重量%未満の水と相溶性のアルコール等の有機溶媒と水との混合溶媒である。上記分散媒としては、典型的には、水が用いられる。図では水を符号Wで示している。
[Dispersion process]
Next, in the dispersion step, the oxidized cellulose obtained in the oxidation treatment step or the oxidized cellulose that has undergone the purification step is dispersed in the medium.
As a medium (dispersion medium) used for dispersion, an aqueous solvent is used. The aqueous solvent in the present embodiment is a solvent that is only water except for components that are inevitably mixed, or a mixed solvent of water and an organic solvent such as an alcohol compatible with less than 20% by weight of water. Typically, water is used as the dispersion medium. In the figure, water is indicated by the symbol W.

分散工程により、セルロースナノファイバーが媒体に分散されたセルロースナノファイバー分散液が得られる。図では、水系溶媒にセルロースナノファイバーが分散した分散液を符号D1で示している。工程1Aで作製されるセルロースナノファイバー水分散液は、セルロースの一部のC6位の1級水酸基がカルボン酸ナトリウム塩(カルボキシル基のナトリウム塩)に酸化されたセルロースナノファイバーが水系溶媒中に均一に分散されたものである。   A cellulose nanofiber dispersion liquid in which cellulose nanofibers are dispersed in a medium is obtained by the dispersion step. In the figure, a dispersion in which cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous solvent is indicated by a symbol D1. In the cellulose nanofiber aqueous dispersion prepared in Step 1A, cellulose nanofibers in which a part of the C6-primary hydroxyl group of cellulose is oxidized to sodium carboxylate (sodium salt of carboxyl group) are uniformly in an aqueous solvent. Are distributed.

本実施形態の場合、セルロースナノファイバー水分散液の濃度は、0.05重量%以上2重量%以下の範囲とすることが好ましい。さらに好ましくは0.1重量%以上0.5重量%以下である。このような範囲とすることで、後段の工程1B、1Cにおける有機溶媒への置換を、セルロースナノファイバーをゲル化させることなく行うことができる。   In the case of the present embodiment, the concentration of the cellulose nanofiber aqueous dispersion is preferably in the range of 0.05% by weight to 2% by weight. More preferably, it is 0.1 weight% or more and 0.5 weight% or less. By setting it as such a range, substitution to the organic solvent in latter process 1B, 1C can be performed, without gelatinizing a cellulose nanofiber.

分散工程において用いる分散装置(解繊装置)としては、種々のものを使用することができる。例えば、家庭用ミキサー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、二軸混練り装置、石臼等の解繊装置を用いることができる。これらのほかにも、家庭用や工業生産用に汎用的に用いられる解繊装置で容易にセルロースナノファイバーの分散液を得られる。また、各種ホモジナイザーや各種レファイナーのような強力で叩解能力のある解繊装置を用いると、より効率的に繊維径の細いセルロースナノファイバーが得られる。   Various devices can be used as a dispersion device (defibration device) used in the dispersion step. For example, a household mixer, an ultrasonic homogenizer, a high-pressure homogenizer, a biaxial kneading device, a defibrating device such as a stone mill can be used. In addition to these, a dispersion of cellulose nanofibers can be easily obtained with a defibrating apparatus generally used for household use or industrial production. In addition, if a defibrating apparatus having a strong and beating ability such as various homogenizers and various refiners is used, cellulose nanofibers having a small fiber diameter can be obtained more efficiently.

「工程1B」
次に、工程1Bでは、セルロースナノファイバー水分散液に有機溶媒を添加する。
第1の製造方法で用いられる有機溶媒は、セルロースナノファイバーを改質することなく分散させることができる有機溶媒であり、ジメチルスルホキシド(DMSO)及びN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)から選ばれる1種又は2種の有機溶媒、あるいは、これらの有機溶媒に少量(30%以下)の水を添加した混合溶媒が用いられる。図では、得られる混合溶媒分散液を符号D2で示している。
有機溶媒の添加量は、有機溶媒の種類や混合溶媒の組成に応じて適宜変更することが好ましいが、例えば、セルロースナノファイバー水分散液に対して20%以上80%以下の範囲である。
なお、上記以外にも、セルロースナノファイバーを改質することなく分散させることができる有機溶媒であれば用いることができる。
"Process 1B"
Next, in Step 1B, an organic solvent is added to the cellulose nanofiber aqueous dispersion.
The organic solvent used in the first production method is an organic solvent that can be dispersed without modifying cellulose nanofibers, and is selected from dimethyl sulfoxide (DMSO) and N, N-dimethylformamide (DMF). A seed or two organic solvents, or a mixed solvent obtained by adding a small amount (30% or less) of water to these organic solvents is used. In the figure, the obtained mixed solvent dispersion is indicated by a symbol D2.
The addition amount of the organic solvent is preferably changed as appropriate according to the type of the organic solvent and the composition of the mixed solvent, and is, for example, in the range of 20% to 80% with respect to the cellulose nanofiber aqueous dispersion.
In addition to the above, any organic solvent that can be dispersed without modifying cellulose nanofibers can be used.

「工程1C」
次に、工程1Cでは、有機溶媒を添加されたセルロースナノファイバー水分散液から水系溶媒を除去する。
水系溶媒の除去方法は、水系溶媒と有機溶媒の混合溶媒から水系溶媒のみを選択的に除去できる方法であれば任意の方法を用いることができる。簡便な方法としては、水系溶媒の沸点は通常80〜100℃程度、有機溶媒の沸点はジメチルスルホキシドが189℃、N,N−ジメチルホルムアミドが153℃であることから、これらの沸点の差を利用して溶液をエバポレート(減圧留去)することで、水系溶媒を除去する方法が挙げられる。本実施形態の場合、エバポレート時の分散液の加熱温度は、60℃を超えない温度とされる。
"Process 1C"
Next, in Step 1C, the aqueous solvent is removed from the cellulose nanofiber aqueous dispersion to which the organic solvent has been added.
As the method for removing the aqueous solvent, any method can be used as long as it can selectively remove only the aqueous solvent from the mixed solvent of the aqueous solvent and the organic solvent. As a simple method, the boiling point of the aqueous solvent is usually about 80 to 100 ° C., and the boiling point of the organic solvent is 189 ° C. for dimethyl sulfoxide and 153 ° C. for N, N-dimethylformamide. Then, the method of removing the aqueous solvent by evaporating the solution (depressurizing distillation) can be mentioned. In the case of this embodiment, the heating temperature of the dispersion during evaporation is set to a temperature not exceeding 60 ° C.

以上の工程1A〜1Cにより、セルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させてなるセルロースナノファイバー分散液を作製することができる。図では、得られる有機溶媒分散液を符号D3で示している。得られるセルロースナノファイバー分散液は、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明な懸濁液である。
なお、工程1Aで得られるセルロースナノファイバー水分散液から液体成分の全部又は一部を除去したセルロースナノファイバーの乾燥物やゲルに有機溶媒を添加しても、セルロースナノファイバーを有機溶媒中に均一に分散させることはできない。そこで本実施形態では、工程1Aにおいてセルロースナノファイバーを水系溶媒に均一に分散させたセルロースナノファイバー水分散液をまず作製し、かかる水分散液の水系溶媒を有機溶媒に置換する手法を用いている。かかる手法を用いることで、セルロースナノファイバーの分散状態を維持したままで系に有機溶媒を加えることができ、これにより、有機溶媒中にセルロースナノファイバーが分散されたセルロースナノファイバー分散液を容易に得られるようにした。
Through the above steps 1A to 1C, a cellulose nanofiber dispersion liquid in which cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent can be produced. In the figure, the obtained organic solvent dispersion is indicated by reference numeral D3. The resulting cellulose nanofiber dispersion is a transparent suspension in which each cellulose nanofiber is uniformly dispersed in an organic solvent.
Even if an organic solvent is added to a dried cellulose gel or gel obtained by removing all or part of the liquid components from the aqueous dispersion of cellulose nanofibers obtained in step 1A, the cellulose nanofibers are uniformly in the organic solvent. It cannot be dispersed. Therefore, in the present embodiment, in Step 1A, a cellulose nanofiber aqueous dispersion in which cellulose nanofibers are uniformly dispersed in an aqueous solvent is first prepared, and the aqueous solvent in the aqueous dispersion is replaced with an organic solvent. . By using such a technique, an organic solvent can be added to the system while maintaining the dispersion state of the cellulose nanofibers, which makes it easy to obtain a cellulose nanofiber dispersion in which cellulose nanofibers are dispersed in the organic solvent. I was able to get it.

<第2の製造方法>
セルロースナノファイバー分散液の第2の製造方法は、以下の工程2A〜2Dを有する。図2は、第2の製造方法を示す説明図である。
(2A)カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
(2B)セルロースナノファイバー水分散液に酸を加え、セルロースナノファイバーのカルボン酸塩型の基の一部をカルボン酸型の基に置換する工程
(2C)一部の基がカルボン酸型に置換されたセルロースナノファイバーのゲルに有機溶媒を添加する工程
(2D)有機溶媒が添加されたセルロースナノファイバー水分散液から水系溶媒を除去する工程
<Second production method>
The 2nd manufacturing method of a cellulose nanofiber dispersion has the following processes 2A-2D. FIG. 2 is an explanatory view showing a second manufacturing method.
(2A) Step of preparing cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofiber having carboxylate type group in aqueous solvent (2B) Adding acid to cellulose nanofiber aqueous dispersion, and carboxylating cellulose nanofiber Step of substituting a part of acid salt type group with carboxylic acid type group (2C) Step of adding organic solvent to gel of cellulose nanofiber in which part of group is substituted with carboxylic acid type (2D) Organic solvent Of removing aqueous solvent from cellulose nanofiber aqueous dispersion with added

「工程2A」
工程2Aは、先に説明した第1の製造方法における工程1Aと同様である。かかる工程2Aにより、セルロースのC6位にカルボン酸ナトリウム塩を有するセルロースナノファイバーの水分散液を得る。
"Process 2A"
Step 2A is the same as step 1A in the first manufacturing method described above. By this step 2A, an aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a carboxylic acid sodium salt at the C6 position of cellulose is obtained.

「工程2B」
工程2Bは、セルロースナノファイバーに含まれるナトリウムの一部を水素に置換し、カルボン酸型の基(−COOH基)とする工程である。
表面にカルボン酸ナトリウム塩を有するセルロースナノファイバーは、水中ではカルボン酸がイオン化し、カルボン酸イオン同士の荷電反発力によりセルロースナノファイバーを良好に分散させることができる。しかし、有機溶媒中では上記のイオン化の程度が低い場合があるため、セルロースナノファイバー同士が凝集してゲル化してしまう。そこで工程2Bにおいて、ナトリウムを水素に置換してカルボン酸型の基とするセルロースナノファイバーの改質を行い、有機溶媒中に分散可能な構造に変換している。
"Process 2B"
Step 2B is a step of replacing a part of sodium contained in the cellulose nanofibers with hydrogen to form a carboxylic acid type group (—COOH group).
Cellulose nanofibers having a carboxylic acid sodium salt on the surface can ionize the carboxylic acid in water and disperse the cellulose nanofibers well by the charge repulsion between the carboxylic acid ions. However, since the degree of ionization described above may be low in an organic solvent, cellulose nanofibers aggregate and gel. Therefore, in step 2B, cellulose nanofibers having a carboxylic acid type group by replacing sodium with hydrogen are modified to convert them into a structure dispersible in an organic solvent.

本実施形態の場合、セルロースナノファイバーに含まれるカルボン酸ナトリウム塩の一部のみをカルボン酸型の基に置換するので、所望の置換率となるようにセルロースナノファイバーを酸性溶液(酸を加えた分散液)に保持する時間を管理する。図では、酸性溶液を符号Waで示している。   In the case of this embodiment, since only a part of the carboxylic acid sodium salt contained in the cellulose nanofibers is substituted with a carboxylic acid type group, the cellulose nanofibers are converted into an acidic solution (added with an acid) so as to obtain a desired substitution rate. The time to hold in the dispersion) is managed. In the figure, the acidic solution is indicated by the symbol Wa.

保持時間は、加えた酸の種類や酸性溶液のpH、セルロースナノファイバーの含有量などに応じて設定する。酸性溶液のpHが一定であれば、カルボン酸型の基への置換率は、保持時間を長くするほど高くなり、保持時間の変化に対して単調に変化するので、保持時間によって管理するのが簡便である。
なお、処理後のセルロースナノファイバーにおけるカルボン酸塩型の基(カルボン酸ナトリウム塩)とカルボン酸型の基との比率は、FT−IR等の分析装置を用いて測定することができる。
The holding time is set according to the type of acid added, the pH of the acidic solution, the content of cellulose nanofibers, and the like. If the pH of the acidic solution is constant, the substitution rate to the carboxylic acid type group becomes higher as the retention time is increased, and changes monotonously with the change in the retention time. Convenient.
In addition, the ratio of the carboxylate type group (carboxylic acid sodium salt) and the carboxylic acid type group in the cellulose nanofiber after the treatment can be measured using an analyzer such as FT-IR.

工程2Bでは、セルロースナノファイバー水分散液を酸性に維持できればよいため、酸の種類は特に限定されず、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、過酸化水素などの無機酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、アジピン酸、セバシン酸、セバシン酸ソーダ、ステアリン酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、フマール酸、グルコン酸などの有機酸のいずれであっても用いることができる。酸によるセルロースナノファイバーの変質や損傷を回避でき、廃液処理の容易さなどの観点から、塩酸を用いることが好ましい。   In Step 2B, since the cellulose nanofiber aqueous dispersion may be maintained acidic, the type of acid is not particularly limited, and inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, hydrogen peroxide, citric acid, apple Any organic acid such as acid, lactic acid, adipic acid, sebacic acid, sodium sebacate, stearic acid, maleic acid, succinic acid, tartaric acid, fumaric acid and gluconic acid can be used. It is preferable to use hydrochloric acid from the viewpoint of avoiding alteration and damage of the cellulose nanofibers due to acid and facilitating waste liquid treatment.

セルロースナノファイバー水分散液に酸を加えて酸性溶液にすると、セルロースナノファイバーの分散性に寄与しているカルボン酸イオンが塩基となって水素を受け取り、カルボン酸型の基となる。その結果、セルロースナノファイバーが凝集してゲル化する。図では、生じるゲルを符号Gで示している。   When an acid is added to the cellulose nanofiber aqueous dispersion to form an acidic solution, the carboxylate ion contributing to the dispersibility of the cellulose nanofibers becomes a base and receives hydrogen to form a carboxylic acid type group. As a result, cellulose nanofibers aggregate and gel. In the figure, the resulting gel is indicated by the symbol G.

その後、所定の置換率が得られる時間が経過した時点でゲル化させたセルロースナノファイバーをろ集し、水で洗浄することで酸と反応生成物(例えば塩酸を用いた場合には塩化ナトリウム)を除去する。 After that, when the time required to obtain a predetermined substitution rate has elapsed, the gelatinized cellulose nanofibers are collected by filtration and washed with water to obtain an acid and a reaction product (for example, sodium chloride when hydrochloric acid is used). Remove.

「工程2C」
次に、工程2Cでは、工程2Bで得られたセルロースナノファイバーのゲルに、有機溶媒を添加する。
第2の製造方法で用いられる有機溶媒は、カルボン酸塩型の基とカルボン酸型の基の双方を含むセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であり、ジメチルスルホキシド(DMSO)と水(含有率10%以上)の混合溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)及びN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)から選ばれる1種又は2種の有機溶媒、あるいは、これらの有機溶媒に少量(30%以下)の水を添加した混合溶媒が用いられる。図では、有機溶媒の添加によって生じる混合溶媒を符号Mで示している。
有機溶媒の添加量は、有機溶媒の種類や混合溶媒の組成に応じて適宜変更することが好ましいが、例えば、セルロースナノファイバーのゲルの重量1gあたり1mL以上20mL以下の範囲、さらに好ましくは5mL以上10mL以下である。
なお、上記以外にも、部分的にカルボン酸型の基が導入されたセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であれば用いることができる。
"Process 2C"
Next, in Step 2C, an organic solvent is added to the cellulose nanofiber gel obtained in Step 2B.
The organic solvent used in the second production method is an organic solvent that can disperse cellulose nanofibers containing both carboxylate type groups and carboxylic acid type groups. Dimethyl sulfoxide (DMSO) and water ( A mixed solvent having a content of 10% or more), one or two organic solvents selected from N, N-dimethylformamide (DMF) and N, N-dimethylacetamide (DMAc), or a small amount of these organic solvents ( A mixed solvent to which 30% or less of water is added is used. In the figure, the mixed solvent produced by the addition of the organic solvent is indicated by the symbol M.
The addition amount of the organic solvent is preferably changed as appropriate according to the type of the organic solvent and the composition of the mixed solvent. For example, the amount is 1 mL or more and 20 mL or less, more preferably 5 mL or more, per 1 g of cellulose nanofiber gel weight. 10 mL or less.
In addition to the above, any organic solvent that can disperse cellulose nanofibers partially introduced with a carboxylic acid type group can be used.

「工程2D」
次に、工程2Dでは、有機溶媒を添加されたセルロースナノファイバー水分散液から水系溶媒を除去する。工程2Dは、先の第1の製造方法における工程1Cと同様の工程であり、例えば、工程2Cにおいて有機溶媒を加えた分散液を60℃を超えない温度でエバポレートすることで、分散液から水系溶媒を選択的に除去することができる。その後、セルロースナノファイバーと有機溶媒とを含む分散液に解繊処理を施すことでセルロースナノファイバー分散液が得られる。図では、得られる分散液を符号D4で示している。上記の解繊処理としては、先の工程1Aで用いた分散処理と同様の解繊方法を用いることができる。
以上の工程で得られるセルロースナノファイバー分散液は、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明な懸濁液である。
"Process 2D"
Next, in Step 2D, the aqueous solvent is removed from the cellulose nanofiber aqueous dispersion to which the organic solvent has been added. Step 2D is the same step as Step 1C in the first production method, and for example, the dispersion added with the organic solvent in Step 2C is evaporated at a temperature not exceeding 60 ° C. The solvent can be selectively removed. Thereafter, a cellulose nanofiber dispersion is obtained by subjecting the dispersion containing cellulose nanofibers and an organic solvent to a defibrating treatment. In the figure, the resulting dispersion is denoted by reference numeral D4. As the above-described defibrating treatment, a defibrating method similar to the dispersion treatment used in the previous step 1A can be used.
The cellulose nanofiber dispersion obtained by the above steps is a transparent suspension in which each cellulose nanofiber is uniformly dispersed in an organic solvent.

なお、上記のセルロースナノファイバーと有機溶媒とを含む分散液に、さらに有機溶媒を加えてセルロースナノファイバー分散液の濃度を調整してもよい。この場合の有機溶媒の添加量は、有機溶媒に対して分散可能なセルロースナノファイバーの量に応じて適宜に設定される。例えば、セルロースナノファイバーの濃度(g/mL)が1%以下となるように有機溶媒を加える。   The concentration of the cellulose nanofiber dispersion may be adjusted by adding an organic solvent to the dispersion containing the cellulose nanofiber and the organic solvent. The addition amount of the organic solvent in this case is appropriately set according to the amount of cellulose nanofiber dispersible in the organic solvent. For example, an organic solvent is added so that the concentration (g / mL) of cellulose nanofiber is 1% or less.

<第2の製造方法の変形例>
上記第2の製造方法では、セルロースナノファイバーのゲルに有機溶媒を加えた後に水系溶媒を除去する方法を用いたが、セルロースナノファイバーのゲルの溶媒を有機溶媒に置換する方法を用いることもできる。この溶媒置換法を用いた製造方法について以下に説明する。なお、本変形例は、上記第2の製造方法と多くが共通するため、図を用いた説明を省略する。
<Modification of Second Manufacturing Method>
In the second production method, the method of removing the aqueous solvent after adding the organic solvent to the cellulose nanofiber gel was used, but a method of replacing the solvent of the cellulose nanofiber gel with the organic solvent can also be used. . A production method using this solvent substitution method will be described below. In addition, since this modification has many in common with the said 2nd manufacturing method, description using a figure is abbreviate | omitted.

変形例に係る製造方法は、以下の工程2A、2B、2E、2Fを有する。
(2A)カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
(2B)セルロースナノファイバー水分散液に酸を加え、セルロースナノファイバーのカルボン酸塩型の基の一部をカルボン酸型の基に置換する工程
(2E)一部の基がカルボン酸型に置換されたセルロースナノファイバーのゲルを過量の有機溶媒で洗浄する工程
(2F)さらに有機溶媒を加えてセルロースナノファイバーを分散させる工程
The manufacturing method according to the modified example includes the following steps 2A, 2B, 2E, and 2F.
(2A) Step of preparing cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofiber having carboxylate type group in aqueous solvent (2B) Adding acid to cellulose nanofiber aqueous dispersion, and carboxylating cellulose nanofiber A step of substituting a part of the acid salt type group with a carboxylic acid type group (2E) A step of washing the gel of cellulose nanofiber in which a part of the group is substituted with the carboxylic acid type with an excessive amount of organic solvent (2F) Step of dispersing cellulose nanofiber by adding organic solvent

工程2A及び工程2Bは、先の第2の製造方法と同様であるから、本例ではその説明を省略する。
工程2Eでは、ゲル化したセルロースナノファイバーの水系溶媒を有機溶媒に置換する。工程2Bでろ集されたセルロースナノファイバーのゲルは、水を含んだ状態となっているので、このゲルを有機溶媒を用いて洗浄することで、ゲルに含まれる水を有機溶媒に置換する。
Since Step 2A and Step 2B are the same as those in the second manufacturing method, description thereof is omitted in this example.
In step 2E, the aqueous solvent of the gelatinized cellulose nanofiber is replaced with an organic solvent. Since the cellulose nanofiber gel collected in the step 2B contains water, the gel is washed with an organic solvent to replace the water contained in the gel with the organic solvent.

工程2Fでは、工程2Eで溶媒置換を行った後のセルロースナノファイバーのゲルに所定量の有機溶媒を加えることでセルロースナノファイバーの濃度を調整する。その後、超音波処理などの解繊処理を実行することで、セルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させてなるセルロースナノファイバー分散液を作製することができる。得られるセルロースナノファイバー分散液は、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明な懸濁液である。
なお、上記の解繊処理としては、先の工程1Aで用いた分散処理と同様の解繊方法を用いることができる。
In step 2F, the cellulose nanofiber concentration is adjusted by adding a predetermined amount of organic solvent to the cellulose nanofiber gel after solvent substitution in step 2E. Thereafter, a cellulose nanofiber dispersion liquid in which cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent can be produced by performing a fibrillation treatment such as ultrasonic treatment. The resulting cellulose nanofiber dispersion is a transparent suspension in which each cellulose nanofiber is uniformly dispersed in an organic solvent.
In addition, as said defibrating process, the defibrating method similar to the dispersion | distribution process used by previous process 1A can be used.

<第3の製造方法>
セルロースナノファイバー分散液の第3の製造方法は、以下の工程3A〜3Dを有する。
(3A)カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
(3B)セルロースナノファイバー水分散液に酸を加え、セルロースナノファイバーのカルボン酸塩型の基の80%以上をカルボン酸型の基に置換する工程
(3C)一部の基がカルボン酸型に置換されたセルロースナノファイバーのゲルを過量の有機溶媒で洗浄する工程
(3D)さらに有機溶媒を加えてセルロースナノファイバーを分散させる工程
<Third production method>
The 3rd manufacturing method of a cellulose nanofiber dispersion has the following processes 3A-3D.
(3A) Step of preparing cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofiber having carboxylate type group in aqueous solvent (3B) Adding acid to cellulose nanofiber aqueous dispersion, and carboxylating cellulose nanofiber A step of replacing 80% or more of the acid salt group with a carboxylic acid type group (3C) A step of washing a cellulose nanofiber gel in which a part of the group is replaced with a carboxylic acid type with an excess amount of an organic solvent (3D ) Addition of organic solvent to disperse cellulose nanofibers

なお、本変形例は、上記第2の製造方法の変形例と比べ、セルロースナノファイバーにおけるカルボン酸塩基からカルボン酸基への置換率が異なる他は同様の構成であるため、図を用いた説明を省略する。   In addition, since this modification is the same structure as the modification of the said 2nd manufacturing method except that the substitution rate from the carboxylic acid group to a carboxylic acid group in a cellulose nanofiber differs, description using the figure Is omitted.

「工程3A」
工程3Aは、先に説明した第1の製造方法における工程1Aと同様である。かかる工程3Aにおいてカルボン酸塩型の基(カルボン酸ナトリウム塩)を有するセルロースナノファイバーの水分散液を得る。
"Process 3A"
Step 3A is the same as step 1A in the first manufacturing method described above. In Step 3A, an aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a carboxylate type group (carboxylate sodium salt) is obtained.

「工程3B」
工程3Bは、先の第2の製造方法における工程2Bと、その手順は同様であるが、第3の製造方法では、セルロースナノファイバーに含まれるナトリウムの80%以上を水素に置換し、カルボン酸型の基(−COOH基)とする。
本実施形態の場合も、セルロースナノファイバーを酸性溶液(酸を加えた分散液)に保持する時間を管理することで、所望の80%以上の置換率を得ることができる。例えば、先の第2の製造方法の工程2Bにおける置換率が50%であるとした場合に、保持時間以外を同条件とした上で保持時間を2倍にすれば、ほぼ100%の置換率を得ることができる。
酸性溶液中に所定時間保持した後、酸性溶液中でゲル化させたセルロースナノファイバーをろ集し、水で洗浄することで酸と反応生成物(例えば塩酸を用いた場合には塩化ナトリウム)を除去する。
"Process 3B"
Step 3B has the same procedure as Step 2B in the second manufacturing method, but in the third manufacturing method, 80% or more of sodium contained in cellulose nanofibers is replaced with hydrogen, and carboxylic acid is used. A type group (—COOH group).
In the case of this embodiment as well, a desired substitution rate of 80% or more can be obtained by managing the time for holding the cellulose nanofibers in the acidic solution (dispersed liquid added with acid). For example, when the replacement rate in step 2B of the second manufacturing method is 50%, if the holding time is doubled with the conditions other than the holding time being the same, the replacement rate is almost 100%. Can be obtained.
After maintaining in the acidic solution for a predetermined time, the cellulose nanofibers gelled in the acidic solution are collected by filtration and washed with water to remove the acid and the reaction product (for example, sodium chloride when using hydrochloric acid). Remove.

「工程3C」
工程3Cでは、先の第2の製造方法の変形例における工程2Eと同様に、水を含んだ状態でろ集されたセルロースナノファイバーのゲルを、有機溶媒で洗浄することで、ゲルに含まれる水を有機溶媒に置換する。
工程3Cにおいて置換に用いられる有機溶媒は、カルボキシル基の80%以上がカルボン酸型の基であるセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であり、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)及びN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)から選ばれる1種又は2種の有機溶媒、あるいは、これらの有機溶媒に少量(30%以下)の水を添加した混合溶媒が用いられる。
有機溶媒の添加量は、有機溶媒の種類や混合溶媒の組成に応じて適宜変更することが好ましいが、例えば、セルロースナノファイバーのゲルの重量1gあたり1mL以上20mL以下の範囲、さらに好ましくは5mL以上10mL以下である。
なお、上記以外にも、部分的にカルボン酸型の基が導入されたセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であれば用いることができる。
"Process 3C"
In Step 3C, as in Step 2E in the modification of the second production method, the cellulose nanofiber gel collected in a state containing water is washed with an organic solvent, so that water contained in the gel is obtained. Is replaced with an organic solvent.
The organic solvent used for the substitution in Step 3C is an organic solvent capable of dispersing cellulose nanofibers in which 80% or more of the carboxyl groups are carboxylic acid type groups, and N, N-dimethylformamide (DMF) and N , N-dimethylacetamide (DMAc) or a mixed solvent obtained by adding a small amount (30% or less) of water to these organic solvents.
The addition amount of the organic solvent is preferably changed as appropriate according to the type of the organic solvent and the composition of the mixed solvent. For example, the amount is 1 mL or more and 20 mL or less, more preferably 5 mL or more, per 1 g of cellulose nanofiber gel weight. 10 mL or less.
In addition to the above, any organic solvent that can disperse cellulose nanofibers partially introduced with a carboxylic acid type group can be used.

「工程3D」
工程3Dでは、先の第2の製造方法の変形例における工程2Fと同様に、溶媒置換を行った後のセルロースナノファイバーのゲルに所定量の有機溶媒を加えることでセルロースナノファイバーの濃度を調整する。その後、超音波処理などの解繊処理を実行することで、セルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させてなるセルロースナノファイバー分散液を作製することができる。得られるセルロースナノファイバー分散液は、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明な懸濁液である。
なお、上記の解繊処理としては、先の工程1Aで用いた分散処理と同様の解繊方法を用いることができる。
"Process 3D"
In step 3D, the concentration of cellulose nanofibers is adjusted by adding a predetermined amount of organic solvent to the gel of cellulose nanofibers after solvent replacement, as in step 2F in the modification of the second manufacturing method. To do. Thereafter, a cellulose nanofiber dispersion liquid in which cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent can be produced by performing a fibrillation treatment such as ultrasonic treatment. The resulting cellulose nanofiber dispersion is a transparent suspension in which each cellulose nanofiber is uniformly dispersed in an organic solvent.
In addition, as said defibrating process, the defibrating method similar to the dispersion | distribution process used by previous process 1A can be used.

以上の第1の製造方法から第3の製造方法では、あらかじめセルロースナノファイバーの水分散液を形成した後に、分散させるための溶媒を有機溶媒に置換することで、セルロースナノファイバーの有機溶媒分散液を得ることとした。すなわち、上記方法では一度セルロースナノファイバーの水分散液の状態を経ることで、有機溶媒中の分散を容易に行わせることができるという利点を有する。しかし、上記製造方法では、解繊処理を重ねて行う必要が生じること、水系溶媒から有機溶媒への置換のために多量の有機溶媒を用いる必要があること、など、改良の余地も残っている。   In the above first to third manufacturing methods, an aqueous dispersion of cellulose nanofibers is formed in advance, and then the organic solvent dispersion of cellulose nanofibers is replaced with an organic solvent for the dispersion. Decided to get. That is, the above method has an advantage that dispersion in an organic solvent can be easily performed once through the state of an aqueous dispersion of cellulose nanofibers. However, the above manufacturing method still requires room for improvement, such as the need for repeated defibrating treatments and the need to use a large amount of organic solvent for the replacement of the aqueous solvent with the organic solvent. .

これに対し、以下の第4の製造方法から第7の製造方法では、セルロースナノファイバーの水分散液の状態を経ることなく、有機溶媒分散液を得ることができる。以下、順に説明する。 In contrast, in the following fourth to seventh manufacturing methods, an organic solvent dispersion can be obtained without going through the state of the cellulose nanofiber aqueous dispersion. Hereinafter, it demonstrates in order.

<第4の製造方法>
セルロースナノファイバー分散液の第4の製造方法は、以下の工程4を有する。図3は、第4の製造方法を示す説明図である。
(4)カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースを有機溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
<Fourth manufacturing method>
The 4th manufacturing method of a cellulose nanofiber dispersion has the following processes 4. FIG. 3 is an explanatory view showing a fourth manufacturing method.
(4) Step of preparing cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing oxidized cellulose having carboxylate type group in organic solvent

「工程4」
工程4では、先に説明した第1の製造方法における工程1Aに示した方法と同様の方法にて、酸化セルロース又は精製工程を経た酸化セルロースを得る。
次に、得られた酸化セルロースを分収した後に有機溶媒中に分散させる。図では、有機用溶媒を符号Sで示している。工程4において置換に用いられる有機溶媒は、酸化セルロースを解繊して得られる、カルボン酸塩型の基であるセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であり、ジメチルスルホキシド(DMSO)及びその水溶液、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を好適なものとして挙げることができる。なお、ナノファイバーへの分散が難しくなるが、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)も使用可能である。
"Process 4"
In step 4, oxidized cellulose or oxidized cellulose that has undergone a purification step is obtained in the same manner as the method shown in step 1A of the first manufacturing method described above.
Next, the obtained oxidized cellulose is fractionated and then dispersed in an organic solvent. In the figure, the organic solvent is indicated by symbol S. The organic solvent used for substitution in Step 4 is an organic solvent that can be obtained by defibrating oxidized cellulose and can disperse cellulose nanofibers, which are carboxylate-type groups, and includes dimethyl sulfoxide (DMSO) and its An aqueous solution, N, N-dimethylformamide (DMF) can be mentioned as a suitable thing. Although dispersion into nanofibers becomes difficult, N, N-dimethylacetamide (DMAc) can also be used.

有機溶媒中の酸化セルロースに対し、上述の工程1Aで用いた分散処理と同様の解繊方法により解繊処理を施し、セルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させてなるセルロースナノファイバー分散液を作製する。図では、得られる有機溶媒分散液を符号D5で示している。解繊処理を経ても未解繊のまま残存する酸化セルロースを遠心分離により分離して除去することにより、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明なセルロースナノファイバー分散液が得られる。 The oxidized cellulose in the organic solvent is subjected to a defibrating process by the same defibrating method as the dispersion process used in the above-described step 1A, thereby producing a cellulose nanofiber dispersion liquid in which the cellulose nanofibers are dispersed in the organic solvent. . In the figure, the obtained organic solvent dispersion is indicated by reference numeral D5. Transparent cellulose nanofibers in which each cellulose nanofiber is uniformly dispersed in an organic solvent by separating and removing oxidized cellulose that remains undefibrated after defibration treatment by centrifugation A dispersion is obtained.

このときに用いる分散装置(解繊装置)としては、種々のものを使用することができるが、強い機械的剪断により酸化セルロースを解繊する装置を好適に用いることができ、各種ホモジナイザーや各種レファイナーのような強力で叩解能力のある解繊装置が好ましい。   As the dispersing device (defibrating device) used at this time, various devices can be used, but a device for defibrating oxidized cellulose by strong mechanical shearing can be suitably used. Various homogenizers and various refiners can be used. Such a strong defibrating device having a beating ability is preferable.

<第5の製造方法>
セルロースナノファイバー分散液の第5の製造方法は、以下の工程5A、5Bを有する。図4は、第5の製造方法を示す説明図である。
(5A)カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースの水分散液に酸を加え、酸化セルロースのカルボン酸塩型の基の80%以上をカルボン酸型の基に置換する工程
(5B)カルボン酸型の基を有する酸化セルロースを有機溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
<Fifth manufacturing method>
The fifth production method of the cellulose nanofiber dispersion includes the following steps 5A and 5B. FIG. 4 is an explanatory view showing a fifth manufacturing method.
(5A) A step of adding an acid to an aqueous dispersion of oxidized cellulose having a carboxylate type group and replacing 80% or more of the carboxylate type group of the oxidized cellulose with a carboxylic acid type group. (5B) Carboxylic acid Process for preparing cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing oxidized cellulose having type group in organic solvent

「工程5A」
工程5Aでは、先に説明した第1の製造方法における工程1Aに示した方法と同様の方法にて、酸化セルロース又は精製工程を経た酸化セルロースを得る。そして、酸化セルロースを水系溶媒に分散させた分散液に酸を加え酸性に維持することで、酸化セルロースのカルボン酸塩基に含まれるナトリウムの一部を水素に置換し、カルボキシル基の80%以上をカルボン酸型の基とする。もちろん、全てのカルボキシル基をカルボン酸型の基に置換することとしても良い。ここでは、上記工程2Bで示した酸を用いることができる。図では、酸処理によって得られる、カルボン酸型の基を有する酸化セルロースを、符号Paで示している。
"Process 5A"
In step 5A, oxidized cellulose or oxidized cellulose that has undergone a purification step is obtained by a method similar to the method shown in step 1A of the first manufacturing method described above. And by adding an acid to the dispersion liquid in which oxidized cellulose is dispersed in an aqueous solvent and maintaining the acidity, a part of sodium contained in the carboxylate group of the oxidized cellulose is replaced with hydrogen, and 80% or more of the carboxyl groups are removed. It is a carboxylic acid type group. Of course, all carboxyl groups may be substituted with carboxylic acid type groups. Here, the acid shown in the above step 2B can be used. In the figure, the oxidized cellulose having a carboxylic acid type group obtained by acid treatment is indicated by symbol Pa.

「工程5B」
工程5Bでは、先の第4の製造方法における工程4と同様に、酸化セルロースを分収した後に有機溶媒中に分散させ解繊処理を施すことで、セルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させてなるセルロースナノファイバー分散液を作製する。図では、得られる有機溶媒分散液を符号D6で示している。
"Process 5B"
In step 5B, as in step 4 in the fourth production method, cellulose nanofibers are dispersed in an organic solvent by separating the oxidized cellulose and dispersing it in an organic solvent, followed by fibrillation treatment. A cellulose nanofiber dispersion is prepared. In the figure, the obtained organic solvent dispersion is indicated by reference numeral D6.

工程5Bにおいて置換に用いられる有機溶媒は、カルボキシル基の80%以上がカルボン酸型の基であるセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であり、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)及びN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)を好適なものとして挙げることができる。なお、ナノファイバーへの分散が難しくなるが、ジメチルスルホキシド(DMSO)及びその水溶液も使用可能である。   The organic solvent used for substitution in Step 5B is an organic solvent capable of dispersing cellulose nanofibers in which 80% or more of the carboxyl groups are carboxylic acid type groups, and N, N-dimethylformamide (DMF) and N N-dimethylacetamide (DMAc) can be mentioned as a suitable example. In addition, although dispersion | distribution to a nanofiber becomes difficult, dimethylsulfoxide (DMSO) and its aqueous solution can also be used.

解繊処理を経ても未解繊のまま残存する酸化セルロースを遠心分離により分離して除去することにより、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明なセルロースナノファイバー分散液が得られる。   Transparent cellulose nanofibers in which each cellulose nanofiber is uniformly dispersed in an organic solvent by separating and removing oxidized cellulose that remains undefibrated after defibration treatment by centrifugation A dispersion is obtained.

先に説明した第1〜第3の製造方法では、予め水系溶媒においてセルロースナノファイバーの分散液とした後に有機溶媒に置換する際にセルロースナノファイバーがゲル状態となり、多量の水系溶媒を保有する状態となっていた。そのため、ゲルが有する水系溶媒を有機溶媒に置換する際には多量の有機溶媒が必要であった。これに対して、第4及び第5の製造方法では、酸化セルロースを有機溶媒に投入し、これを有機溶媒中でナノファイバーに分散させるので、セルロースナノファイバーがゲル状態を経ることがなく、溶媒交換に用いる多量の有機溶媒が不要となる。   In the first to third production methods described above, the cellulose nanofibers are in a gel state when the cellulose nanofibers are dispersed in advance in an aqueous solvent and then replaced with an organic solvent, and a large amount of aqueous solvent is retained. It was. Therefore, a large amount of organic solvent is required when replacing the aqueous solvent of the gel with an organic solvent. In contrast, in the fourth and fifth production methods, oxidized cellulose is added to an organic solvent, and this is dispersed in the nanofibers in the organic solvent, so that the cellulose nanofibers do not go through the gel state, and the solvent A large amount of organic solvent used for exchange is not necessary.

<第6の製造方法>
セルロースナノファイバー分散液の第6の製造方法は、以下の工程6A、6Bを有する。図5は、第6の製造方法を示す説明図である。
(6A)カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースの水分散液を所定の時間攪拌し、酸化セルロースを予備的に一部解繊する前処理を行う工程
(6B)酸化セルロースを有機溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
<Sixth manufacturing method>
The sixth method for producing a cellulose nanofiber dispersion includes the following steps 6A and 6B. FIG. 5 is an explanatory view showing a sixth manufacturing method.
(6A) A step of performing a pretreatment in which an aqueous dispersion of oxidized cellulose having a carboxylate type group is stirred for a predetermined time to partially fibrillate the oxidized cellulose (6B) Dispersing the oxidized cellulose in an organic solvent Process for preparing cellulose nanofiber aqueous dispersion

「工程6A」
工程6Aでは、先に説明した第1の製造方法における工程1Aに示した方法と同様の方法にて、酸化セルロース又は精製工程を経た酸化セルロースを得る。そして、酸化セルロースを水系溶媒に分散させた分散液を、予め所定の時間攪拌する。
"Process 6A"
In Step 6A, oxidized cellulose or oxidized cellulose that has undergone a purification step is obtained by the same method as that shown in Step 1A of the first production method described above. And the dispersion liquid which disperse | distributed the oxidized cellulose in the aqueous solvent is stirred for predetermined time beforehand.

攪拌処理は、通常知られた攪拌器を用いて行うことができ、例えば、マグネティックスターラーを用いて攪拌子を回転させることによる攪拌や、回転翼型の攪拌器を用いることができる。   The stirring treatment can be performed using a generally known stirrer. For example, stirring by rotating a stirrer using a magnetic stirrer or a rotary blade type stirrer can be used.

攪拌処理後の酸化セルロースは、一部解繊される。図では、攪拌処理によって得られる、一部解繊された酸化セルロースを、符号Pbで示している。攪拌処理によって酸化セルロースが部分的に解繊されていることは、保水値を測定することにより検出することが可能である。   Part of the oxidized cellulose after the stirring treatment is defibrated. In the figure, the partially defibrated oxidized cellulose obtained by the stirring treatment is indicated by the symbol Pb. It can be detected by measuring the water retention value that the oxidized cellulose is partially defibrated by the stirring treatment.

「工程6B」
工程6Bでは、先の第4の製造方法における工程4と同様に、攪拌処理後の酸化セルロースを分収した後に有機溶媒中に分散させ解繊処理を施すことで、セルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させてなるセルロースナノファイバー分散液を作製する。工程6Bにおいて置換に用いられる有機溶媒は、カルボン酸塩型の基であるセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であり、ジメチルスルホキシド(DMSO)及びその水溶液、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を好適なものとして挙げることができる。なお、ナノファイバーへの分散が難しくなるが、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)も使用可能である。
"Process 6B"
In Step 6B, as in Step 4 in the previous fourth production method, the cellulose oxide after the agitation treatment is separated and dispersed in an organic solvent to perform a fibrillation treatment, whereby cellulose nanofibers are converted into an organic solvent. A dispersed cellulose nanofiber dispersion is prepared. The organic solvent used for substitution in Step 6B is an organic solvent capable of dispersing cellulose nanofibers, which are carboxylate type groups, dimethyl sulfoxide (DMSO) and its aqueous solution, N, N-dimethylformamide (DMF). ) Can be mentioned as suitable. Although dispersion into nanofibers becomes difficult, N, N-dimethylacetamide (DMAc) can also be used.

解繊処理が進むことにより、分散液が増粘し攪拌が困難となる場合には、同種の有機溶媒を追加して分散液を希釈し、粘度を低下させながら解繊処理を行う。必要に応じて、解繊処理を経ても未解繊のまま残存する酸化セルロースを遠心分離により分離して除去することにより、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明なセルロースナノファイバー分散液が得られる。図では、得られる有機溶媒分散液を符号D7で示している。   If the dispersion becomes thick and stirring becomes difficult as the defibrating process proceeds, the same kind of organic solvent is added to dilute the dispersion, and the defibrating process is performed while decreasing the viscosity. If necessary, each cellulose nanofiber was uniformly dispersed in an organic solvent by separating and removing oxidized cellulose remaining undefibrated even after defibrating treatment by centrifugation. A transparent cellulose nanofiber dispersion is obtained. In the figure, the obtained organic solvent dispersion is denoted by reference numeral D7.

<第7の製造方法>
セルロースナノファイバー分散液の第7の製造方法は、以下の工程7A〜7Cを有する。図6は、第7の製造方法を示す説明図である。
(7A)カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースの水分散液を所定の時間攪拌し、酸化セルロースを予備的に一部解繊する前処理を行う工程
(7B)前処理後の酸化セルロースの水分散液に酸を加え、酸化セルロースのカルボン酸塩型の基の80%以上をカルボン酸型の基に置換する工程
(7C)酸化セルロースを有機溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程
<Seventh manufacturing method>
The 7th manufacturing method of a cellulose nanofiber dispersion has the following processes 7A-7C. FIG. 6 is an explanatory view showing a seventh manufacturing method.
(7A) A step of performing a pretreatment of stirring an aqueous dispersion of oxidized cellulose having a carboxylate type group for a predetermined time and preliminarily partially defibrating the oxidized cellulose (7B) of the oxidized cellulose after the pretreatment (7C) Dispersing oxidized cellulose in an organic solvent to disperse cellulose nanofiber aqueous dispersion by adding acid to aqueous dispersion and replacing 80% or more of carboxylate type groups of oxidized cellulose with carboxylic acid type groups Preparation process

「工程7A」
工程7Aでは、先に説明した第6の製造方法における工程6Aに示した方法と同様の方法にて、酸化セルロースを水系溶媒に分散させた分散液を、予め所定の時間攪拌する。
"Process 7A"
In step 7A, a dispersion liquid in which oxidized cellulose is dispersed in an aqueous solvent is agitated for a predetermined time in the same manner as the method shown in step 6A in the sixth production method described above.

攪拌処理は、通常知られた攪拌器を用いて行うことができ、例えば、マグネティックスターラーを用いて攪拌子を回転させることによる攪拌や、回転翼型の攪拌器を用いることができる。   The stirring treatment can be performed using a generally known stirrer. For example, stirring by rotating a stirrer using a magnetic stirrer or a rotary blade type stirrer can be used.

「工程7B」
工程7Bでは、先の第5の製造方法における工程5Aに示した方法と同様の方法にて、攪拌処理を行った酸化セルロースが分散する水分散液に酸を加え、酸性に維持することで、酸化セルロースのカルボン酸塩基に含まれるナトリウムの一部を水素に置換し、カルボン酸型の基とする。図では、酸処理によって得られる、一部が解繊し且つカルボン酸型の基を有する酸化セルロースを、符号Pcで示している。
"Process 7B"
In step 7B, an acid is added to the aqueous dispersion in which the oxidized cellulose subjected to stirring treatment is dispersed in the same manner as the method shown in step 5A in the previous fifth production method, and the mixture is kept acidic. A part of sodium contained in the carboxylate group of oxidized cellulose is replaced with hydrogen to form a carboxylic acid type group. In the figure, the oxidized cellulose having a part of fibrillated and having a carboxylic acid type group obtained by acid treatment is indicated by a symbol Pc.

「工程7C」
工程7Cでは、先の第4の製造方法における工程4と同様に、酸処理後の酸化セルロースを分収した後に有機溶媒中に分散させ解繊処理を施すことで、セルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させてなるセルロースナノファイバー分散液を作製する。図では、得られる有機溶媒分散液を符号D8で示している。
"Process 7C"
In Step 7C, as in Step 4 in the previous fourth production method, the oxidized cellulose after acid treatment is fractionated and then dispersed in an organic solvent and subjected to a fibrillation treatment, whereby cellulose nanofibers are converted into an organic solvent. A dispersed cellulose nanofiber dispersion is prepared. In the figure, the obtained organic solvent dispersion is indicated by reference numeral D8.

工程7Cにおいて置換に用いられる有機溶媒は、カルボキシル基の80%以上がカルボン酸型の基であるセルロースナノファイバーを分散させることができる有機溶媒であり、例えばN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)が用いられる。   The organic solvent used for substitution in Step 7C is an organic solvent capable of dispersing cellulose nanofibers in which 80% or more of the carboxyl groups are carboxylic acid type groups. For example, N, N-dimethylformamide (DMF) is used. Used.

解繊処理を経ても未解繊のまま残存する酸化セルロースを遠心分離により分離して除去することにより、1本1本のセルロースナノファイバーが有機溶媒中に均一に分散された透明なセルロースナノファイバー分散液が得られる。   Transparent cellulose nanofibers in which each cellulose nanofiber is uniformly dispersed in an organic solvent by separating and removing oxidized cellulose that remains undefibrated after defibration treatment by centrifugation A dispersion is obtained.

以上に説明したように、本実施形態のセルロースナノファイバー分散液の製造方法によれば、セルロースナノファイバーを分散させる有機溶媒の種類に応じて、セルロースナノファイバーの改質処理の有無及び改質の程度が異なる第1から第7の製造方法を適宜選択して用いることで、従来得られなかったセルロースナノファイバーを製造することができる。   As described above, according to the method for producing a cellulose nanofiber dispersion of this embodiment, depending on the type of the organic solvent in which the cellulose nanofibers are dispersed, the presence or absence of the modification treatment of the cellulose nanofibers and the modification By appropriately selecting and using the first to seventh production methods having different degrees, cellulose nanofibers that have not been obtained conventionally can be produced.

上記の製造方法によって得られるセルロースナノファイバー分散液は、1本1本が分離したセルロースナノファイバーを有機溶媒に分散させたものであることから、分散液から液体成分を除去してセルロースナノファイバー成形体を作製することができる。   Since the cellulose nanofiber dispersion obtained by the above production method is obtained by dispersing cellulose nanofibers separated one by one in an organic solvent, the liquid component is removed from the dispersion to form cellulose nanofibers. The body can be made.

なお、ナノファイバー成形体は、例えば次のようにして製造することができる。ナノファイバー成形体の材料としては、上記の製造方法により得られるナノファイバー分散液を用いる。このときの分散液の粘度は10mPa・s以上5000mPa・s以下である。
そして、ガラス板等の基板上に、ナノファイバー分散液を流延塗布した後、自然乾燥、送風乾燥、真空乾燥等の乾燥法により分散液を乾燥させて膜を形成する。その後、基板から膜を剥がしてナノファイバー成形体を得る(キャスト法)。
In addition, a nanofiber molded object can be manufactured as follows, for example. As a material for the nanofiber molded body, a nanofiber dispersion obtained by the above production method is used. The viscosity of the dispersion at this time is 10 mPa · s or more and 5000 mPa · s or less.
And after apply | coating a nanofiber dispersion liquid on board | substrates, such as a glass plate, the dispersion liquid is dried with drying methods, such as natural drying, ventilation drying, and vacuum drying, and a film | membrane is formed. Thereafter, the film is peeled off from the substrate to obtain a nanofiber molded body (cast method).

あるいは、他の成形物上にナノファイバー分散液を用いてナノファイバー層を形成してもよい。
この場合、成形物の表面に塗布法、噴霧法、浸漬法等の公知の方法により、好ましくは塗布法又は噴霧法によりナノファイバー分散液を付着させ、これを乾燥固化させてナノファイバー層を形成する。さらには、膜状に形成したナノファイバー成形体を、他の成形物の表面に貼り合わせる方法も採用することができる。貼り合わせる方法としては、接着剤を用いた方法や熱融着法などが採用できる。
Alternatively, the nanofiber layer may be formed on another molded article using the nanofiber dispersion.
In this case, a nanofiber dispersion is deposited on the surface of the molded product by a known method such as a coating method, spraying method, dipping method, preferably by a coating method or spraying method, and this is dried and solidified to form a nanofiber layer. To do. Furthermore, it is also possible to employ a method in which a nanofiber molded body formed in a film shape is bonded to the surface of another molded product. As a bonding method, a method using an adhesive, a heat sealing method, or the like can be employed.

上記の成形物は、所望の形状及び大きさを有するフィルム、シート、織布、不織布等の箔状物、各種の形状及び大きさの箱やボトル等の立体容器等を用いることができる。これらの成形物は、紙、板紙、プラスチック、金属、及びこれらの複合体などからなるものを使用することができる。これらのうちでも、紙、板紙等の植物由来材料、生分解性プラスチック等の生分解性材料、又はバイオマス由来材料を用いることが好ましい。成形物は同一又は異なる材料を組み合わせた多層構造としてもよい。   The molded product may be a film, sheet, woven fabric, nonwoven fabric or other foil having a desired shape and size, or a three-dimensional container such as a box or bottle having various shapes and sizes. As these molded products, those made of paper, paperboard, plastic, metal, and composites thereof can be used. Among these, it is preferable to use plant-derived materials such as paper and paperboard, biodegradable materials such as biodegradable plastics, or biomass-derived materials. The molded product may have a multilayer structure in which the same or different materials are combined.

また、セルロースナノファイバーと他の材料との複合化を行う場合に、有機溶媒にのみ溶解ないし分散させることができる材料との複合化も容易に実施することができるため、広範な材料との複合化による繊維やフィルムへの成形に用いることができる。
例えば、ポリビニルアルコールやナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステルなどの合成高分子は有機溶媒に溶解させて紡糸あるいはフィルムに成形できる。この点、本実施形態のセルロースナノファイバー分散液は、有機溶媒中にセルロースナノファイバーが分散されているため、これらの合成高分子の材料と混合して用いることで、容易に合成高分子とセルロースナノファイバーとが複合化された繊維状成形物あるいはフィルム状成形物を得ることができる。
In addition, when compounding cellulose nanofibers with other materials, it can be easily compounded with materials that can only be dissolved or dispersed in organic solvents, so it can be combined with a wide range of materials. It can be used for forming into a fiber or a film.
For example, synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, nylon, polypropylene, polyethylene terephthalate, and polyester can be dissolved in an organic solvent and spun or formed into a film. In this regard, since the cellulose nanofiber dispersion liquid of the present embodiment has cellulose nanofibers dispersed in an organic solvent, it can be easily mixed with these synthetic polymer materials, so that the synthetic polymer and cellulose can be easily used. A fibrous molded product or a film-shaped molded product in which nanofibers are combined can be obtained.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(第1実施例)
第1実施例では、上記実施形態の第1の製造方法を用いてセルロースナノファイバー分散液を作製した。
まず、乾燥重量で1g相当分の未乾燥のパルプ、5mmolの次亜塩素酸ナトリウム、1mmolの臭化ナトリウム、0.1mmolのTEMPOを100mLの水に分散させ、室温で2.5時間穏やかに攪拌し、水洗することで、TEMPO触媒酸化パルプ(酸化セルロース)を得た。
その後、未乾燥のTEMPO触媒酸化パルプに蒸留水を加え、固形分濃度0.1%の水懸濁液を調製した。そして、懸濁液に、家庭用ミキサーで1分間、超音波処理で8分間の解繊処理を施すことで、セルロースナノファイバー水分散液とした。その後、セルロースナノファイバー水分散液から、遠心分離(100G)により未解繊成分を取り除いた。
以上により、透明な液体である濃度0.09%のセルロースナノファイバー水分散液を得た(工程1A)。
(First embodiment)
In the first example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared using the first manufacturing method of the above embodiment.
First, dry pulp equivalent to 1 g of undried pulp, 5 mmol of sodium hypochlorite, 1 mmol of sodium bromide, 0.1 mmol of TEMPO are dispersed in 100 mL of water and gently stirred at room temperature for 2.5 hours. Then, TEMPO catalyst oxidized pulp (oxidized cellulose) was obtained by washing with water.
Thereafter, distilled water was added to the undried TEMPO catalyst oxidized pulp to prepare an aqueous suspension having a solid concentration of 0.1%. Then, the suspension was subjected to a fibrillation treatment for 1 minute by a household mixer and 8 minutes by ultrasonic treatment to obtain a cellulose nanofiber aqueous dispersion. Thereafter, unfibrillated components were removed from the cellulose nanofiber aqueous dispersion by centrifugation (100 G).
As a result, a cellulose nanofiber aqueous dispersion having a concentration of 0.09%, which is a transparent liquid, was obtained (step 1A).

次に、セルロースナノファイバー水分散液100mLに対して、ジメチルスルホキシド(85%水溶液)25mLを加え(工程1B)、その後45℃でエバポレートして脱水することで(工程1C)、濃度0.25%(g/mL)のセルロースナノファイバー分散液を得た。
得られた分散液は、図7(a)に示すように透明な懸濁液であった。また、図7(b)に示すように、偏光板を介した観察において複屈折性を示し、セルロースナノファイバーが有機溶媒中に分散された分散液であることが確認された。
Next, 25 mL of dimethyl sulfoxide (85% aqueous solution) is added to 100 mL of the cellulose nanofiber aqueous dispersion (Step 1B), and then evaporated and dehydrated at 45 ° C. (Step 1C), with a concentration of 0.25%. A cellulose nanofiber dispersion (g / mL) was obtained.
The obtained dispersion was a transparent suspension as shown in FIG. Moreover, as shown in FIG.7 (b), it showed birefringence in the observation through a polarizing plate, and it was confirmed that it is a dispersion liquid by which the cellulose nanofiber was disperse | distributed in the organic solvent.

また、上記条件において、添加する有機溶媒を、N,N−ジメチルホルムアミドに代えて同様の分散液を調製したところ、同様に透明で複屈折性を示すセルロースナノファイバー分散液が得られることが確認された。   In addition, under the above conditions, when the same dispersion was prepared by replacing the organic solvent to be added with N, N-dimethylformamide, it was confirmed that a cellulose nanofiber dispersion showing transparency and birefringence was obtained. It was done.

[透明性の評価]
ここで、図8は、上記第1実施例で作製したセルロースナノファイバー水分散液と、第1実施例で作製したジメチルスルホキシド水溶液を用いたセルロースナノファイバー分散液の光透過率を測定した結果を示すグラフである。なお、いずれの試料も、測定に際して濃度0.1%に調整した。
図8に示すように、溶媒に水を用いた場合と有機溶媒を用いた場合とで透過率は同等であり、本発明によれば、従来のセルロースナノファイバー水分散液と同等の分散性を有するセルロースナノファイバー有機溶媒分散液を作製できることが確認された。
[Evaluation of transparency]
Here, FIG. 8 shows the results of measuring the light transmittance of the cellulose nanofiber dispersion prepared in the first example and the cellulose nanofiber dispersion using the dimethyl sulfoxide aqueous solution prepared in the first example. It is a graph to show. All samples were adjusted to a concentration of 0.1% during measurement.
As shown in FIG. 8, the transmittance is the same when water is used as the solvent and when the organic solvent is used. According to the present invention, the dispersibility equivalent to that of the conventional cellulose nanofiber aqueous dispersion is obtained. It was confirmed that the cellulose nanofiber organic solvent dispersion liquid can be produced.

(第2実施例)
第2実施例では、上記実施形態の第2の製造方法を用いてセルロースナノファイバー分散液を作製した。
まず、第1実施例と同様の方法でセルロースナノファイバー水分散液を調製した(工程2A)。
次に、セルロースナノファイバー水分散液100mLに対して、1M塩酸1mLを攪拌しながら加えた後、30分間攪拌を継続した(工程2B)。その後、ポアサイズ0.45μmのメンブレンフィルターを用いて、ゲル化したセルロースナノファイバーをろ集し、次いで蒸留水で洗浄した。
ここで、ろ集したゲルをFT−IRで分析したところ、セルロース表面のカルボキシル基は、カルボン酸塩型とカルボン酸型が同程度の比率であった。
本実施例では、上記ゲルを用いて、以下の(1)、(2)の方法によりセルロースナノファイバー分散液を作製した。
(Second embodiment)
In the second example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared using the second production method of the above embodiment.
First, an aqueous cellulose nanofiber dispersion was prepared in the same manner as in the first example (Step 2A).
Next, 1 mL of 1M hydrochloric acid was added to 100 mL of the cellulose nanofiber aqueous dispersion while stirring, and then stirring was continued for 30 minutes (step 2B). Then, the gelatinized cellulose nanofiber was collected by filtration using a membrane filter having a pore size of 0.45 μm, and then washed with distilled water.
Here, when the collected gel was analyzed by FT-IR, the carboxyl group on the cellulose surface had a ratio of the carboxylate type and the carboxylic acid type to the same degree.
In this example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared by the following methods (1) and (2) using the gel.

(1)セルロースナノファイバーのゲル5gに対してジメチルスルホキシド(85%水溶液)を25g加え(工程2C)、50℃でエバポレートして脱水することで(工程2D)、濃度0.25%(g/mL)のセルロースナノファイバー分散液を得た。
得られた分散液は、図7に示した第1実施例のセルロースナノファイバー分散液と同様に透明な懸濁液であり、複屈折性を示すものであった。
(1) 25 g of dimethyl sulfoxide (85% aqueous solution) is added to 5 g of cellulose nanofiber gel (Step 2C), evaporated at 50 ° C. and dehydrated (Step 2D), and the concentration is 0.25% (g / g). mL) of cellulose nanofiber dispersion.
The obtained dispersion was a transparent suspension similar to the cellulose nanofiber dispersion of Example 1 shown in FIG. 7, and exhibited birefringence.

(2)セルロースナノファイバーのゲルをポアサイズ0.1μmのメンブレンフィルター上で各溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド)で洗浄することで、ゲルの溶媒を置換した(工程2E)。
その後、溶媒置換を行ったのと同じ溶媒を加えて濃度を0.25%(g/mL)に調整し、その後超音波処理(1分間)を行うことでセルロースナノファイバーを分散させた(工程2F)。
以上の工程により、N,N−ジメチルホルムアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液と、N,N−ジメチルアセトアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液を得た。
(2) The cellulose nanofiber gel was washed with each solvent (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide) on a membrane filter having a pore size of 0.1 μm to replace the gel solvent (step 2E). ).
Thereafter, the same solvent as that used for solvent replacement was added to adjust the concentration to 0.25% (g / mL), and then ultrasonic treatment (for 1 minute) was performed to disperse the cellulose nanofibers (process) 2F).
Through the above steps, a cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylformamide as a solvent and a cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylacetamide as a solvent were obtained.

図9は、N,N−ジメチルホルムアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液の写真である。図9(a)に示すように、分散液は透明な懸濁液であり、また図9(b)に示すように、複屈折性を示すものであった。
図10は、N,N−ジメチルアセトアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液の写真である。図10(a)に示すように、分散液は透明な懸濁液であり、また図10(b)に示すように、複屈折性を示すものであった。
FIG. 9 is a photograph of a cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylformamide as a solvent. As shown in FIG. 9 (a), the dispersion was a transparent suspension, and as shown in FIG. 9 (b), it showed birefringence.
FIG. 10 is a photograph of a cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylacetamide as a solvent. As shown in FIG. 10 (a), the dispersion was a transparent suspension, and as shown in FIG. 10 (b), it showed birefringence.

(第3実施例)
第3実施例では、上記実施形態の第3の製造方法を用いてセルロースナノファイバー分散液を作製した。
まず、第1実施例と同様の方法でセルロースナノファイバー水分散液を調製した(工程3A)。
次に、セルロースナノファイバー水分散液100mLに対して、1M塩酸1mLを攪拌しながら加えた後、60分間攪拌を継続した。その後、ポアサイズ0.45μmのメンブレンフィルターを用いてゲル化したセルロースナノファイバーをろ集し、次いで蒸留水で洗浄した(工程3B)。
ここで、ろ集したゲルをFT−IRで分析したところ、セルロース表面のカルボキシル基は、90%以上がカルボン酸型に置換されていた。
(Third embodiment)
In the third example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared using the third manufacturing method of the above embodiment.
First, an aqueous cellulose nanofiber dispersion was prepared in the same manner as in the first example (Step 3A).
Next, 1 mL of 1M hydrochloric acid was added to 100 mL of the cellulose nanofiber aqueous dispersion while stirring, and then stirring was continued for 60 minutes. Thereafter, the gelatinized cellulose nanofibers were collected using a membrane filter having a pore size of 0.45 μm, and then washed with distilled water (step 3B).
Here, when the collected gel was analyzed by FT-IR, 90% or more of the carboxyl groups on the cellulose surface were substituted with a carboxylic acid type.

次に、セルロースナノファイバーのゲルをポアサイズ0.1μmのメンブレンフィルター上で各溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド)で洗浄することで、ゲルの溶媒を置換した(工程3C)。
その後、溶媒置換を行ったのと同じ溶媒を加えて濃度を0.25%(g/mL)に調整し、その後超音波処理(1分間)を行うことでセルロースナノファイバーを分散させた(工程3D)。
Next, the gel of the cellulose nanofiber was washed with each solvent (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide) on a membrane filter having a pore size of 0.1 μm to replace the gel solvent (Step 3C). ).
Thereafter, the same solvent as that used for solvent replacement was added to adjust the concentration to 0.25% (g / mL), and then ultrasonic treatment (for 1 minute) was performed to disperse the cellulose nanofibers (process) 3D).

以上の工程により、N,N−ジメチルホルムアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液と、N,N−ジメチルアセトアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液を得た。
図11は、N,N−ジメチルアセトアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液の写真である。図11(a)に示すように、分散液は透明な懸濁液であり、また図11(b)に示すように、複屈折性を示すものであった。また、N,N−ジメチルホルムアミドを溶媒とするセルロースナノファイバー分散液も、透明な懸濁液であり、また複屈折性を示すものであった。
Through the above steps, a cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylformamide as a solvent and a cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylacetamide as a solvent were obtained.
FIG. 11 is a photograph of a cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylacetamide as a solvent. As shown in FIG. 11 (a), the dispersion was a transparent suspension and exhibited birefringence as shown in FIG. 11 (b). Moreover, the cellulose nanofiber dispersion using N, N-dimethylformamide as a solvent was also a transparent suspension and exhibited birefringence.

以上の第1から第3実施例の結果に基づいて得られた有機溶媒の種類とセルロースナノファイバーの分散性の関係を表1に示す。
表1に示すように、第1実施例(第1の製造方法)ではジメチルスルホキシド及びN,N−ジメチルホルムアミドを用いたセルロースナノファイバー分散液が得られるが、N,N−ジメチルアセトアミドを用いた場合には、セルロースナノファイバーを均一に分散させることができなかった。その一方で、第2実施例及び第3実施例では、N,N−ジメチルアセトアミドを用いてセルロースナノファイバーが均一に分散されたセルロースナノファイバーが得られた。
他の製造方法を用いた場合も同様であり、これらを総合すると、有機溶媒の種類に応じて、第1から第3の製造方法のいずれかを選択して用いることで、均一に分散されたセルロースナノファイバー分散液が得られることが分かる。
Table 1 shows the relationship between the type of organic solvent obtained based on the results of the first to third examples and the dispersibility of cellulose nanofibers.
As shown in Table 1, cellulose nanofiber dispersions using dimethyl sulfoxide and N, N-dimethylformamide were obtained in the first example (first production method), but N, N-dimethylacetamide was used. In some cases, the cellulose nanofibers could not be uniformly dispersed. On the other hand, in the second and third examples, cellulose nanofibers in which cellulose nanofibers were uniformly dispersed using N, N-dimethylacetamide were obtained.
The same applies to the case where other production methods are used. When these are combined, it is uniformly dispersed by selecting and using one of the first to third production methods according to the type of the organic solvent. It turns out that a cellulose nanofiber dispersion liquid is obtained.

具体的には、用いる溶媒がジメチルスルホキシド(DMSO)である場合には、セルロースナノファイバーの表面にカルボン酸塩型の基を含む状態で分散させる第1の製造方法を採用することで、セルロースナノファイバー分散液を作製することができる。
また、用いる溶媒が85%ジメチルスルホキシド水溶液である場合には、第1の製造方法、又は、セルロースナノファイバーの一部のカルボン酸塩型の基をカルボン酸型の基に置換する第2の製造方法を用いることで、セルロースナノファイバー分散液を作製することができる。
また、用いる溶媒がN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)である場合には、第2の製造方法、又は、セルロースナノファイバーのカルボン酸塩型の基のほぼ全量をカルボン酸型に置換する第3の製造方法を用いることで、セルロースナノファイバー分散液を作製することができる。
また、用いる溶媒がN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)である場合には、第1から第3の製造方法のいずれを用いても、セルロースナノファイバー分散液を作製することができる。
Specifically, when the solvent to be used is dimethyl sulfoxide (DMSO), cellulose nanofibers can be obtained by adopting the first production method in which the cellulose nanofibers are dispersed in a state containing carboxylate type groups. A fiber dispersion can be made.
When the solvent to be used is an 85% dimethyl sulfoxide aqueous solution, the first production method or the second production in which a part of the carboxylate type group of the cellulose nanofiber is substituted with a carboxylic acid type group. By using this method, a cellulose nanofiber dispersion can be produced.
When the solvent to be used is N, N-dimethylacetamide (DMAc), the second production method or the third method in which almost all of the carboxylate group of the cellulose nanofiber is substituted with the carboxylic acid type. By using this production method, a cellulose nanofiber dispersion can be produced.
In addition, when the solvent to be used is N, N-dimethylformamide (DMF), the cellulose nanofiber dispersion can be produced by using any of the first to third production methods.

(第4実施例)
第4実施例では、上記実施形態の第4の製造方法を用いてセルロースナノファイバー分散液を作製した。
まず、乾燥重量で2g相当分の未乾燥のパルプを用い、第1実施例と同様の方法で、TEMPO触媒酸化パルプを得た。
その後、遠心チューブ(50mL容)において、TEMPO触媒酸化パルプにジメチルスルホキシドを加え、固形分濃度1%の懸濁液40mLを調製した。そして、3回の遠心分離(100G)により懸濁液から水を除去した。
その後、懸濁液40mLに対し、ホモジナイザー(ヒスコトロン、マイクロテック・ニチオン社製)を用いて解繊処理(10000rpm、10分間)を施した。その後、遠心分離(100G)により未解繊成分を取り除いた(工程4)。
(Fourth embodiment)
In the fourth example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared using the fourth production method of the above embodiment.
First, TEMPO-catalyzed oxidized pulp was obtained in the same manner as in the first example, using undried pulp equivalent to 2 g in dry weight.
Thereafter, in a centrifuge tube (50 mL volume), dimethyl sulfoxide was added to the TEMPO catalyst oxidized pulp to prepare 40 mL of a suspension having a solid content concentration of 1%. Then, water was removed from the suspension by three times of centrifugation (100 G).
Thereafter, defibration treatment (10000 rpm, 10 minutes) was applied to 40 mL of the suspension using a homogenizer (Hiscotron, manufactured by Microtech Nichion). Thereafter, undefibrated components were removed by centrifugation (100G) (step 4).

以上の工程により、ジメチルスルホキシドを溶媒とする濃度0.1%(g/mL)のセルロースナノファイバー分散液を得た。得られた分散液は、図7に示した第1実施例のセルロースナノファイバー分散液と同様に透明な懸濁液であり、複屈折性を示すものであった。   Through the above steps, a cellulose nanofiber dispersion having a concentration of 0.1% (g / mL) using dimethyl sulfoxide as a solvent was obtained. The obtained dispersion was a transparent suspension similar to the cellulose nanofiber dispersion of Example 1 shown in FIG. 7, and exhibited birefringence.

(第5実施例)
第5実施例では、上記実施形態の第5の製造方法を用いてセルロースナノファイバー分散液を作製した。
まず、乾燥重量で2g相当分の未乾燥のパルプを用い、第1実施例と同様の方法で、TEMPO触媒酸化パルプを得た。
その後、未乾燥のTEMPO触媒酸化パルプを0.1M塩酸中で2時間攪拌した後、ガラスフィルター(P100(ISO呼称))でろ集し、0.1M塩酸200mLを用いて洗浄した。この塩酸中における攪拌、ろ集、洗浄の工程を2回繰り返し、表面のカルボキシル基が完全にカルボン酸型に置換されたTEMPO触媒酸化パルプを得た(工程5A)。
(5th Example)
In the fifth example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared using the fifth production method of the above embodiment.
First, TEMPO-catalyzed oxidized pulp was obtained in the same manner as in the first example, using undried pulp equivalent to 2 g in dry weight.
Thereafter, the undried TEMPO-catalyzed oxidized pulp was stirred in 0.1 M hydrochloric acid for 2 hours, collected by a glass filter (P100 (ISO name)), and washed with 200 mL of 0.1 M hydrochloric acid. The steps of stirring, filtering and washing in hydrochloric acid were repeated twice to obtain a TEMPO-catalyzed oxidized pulp in which the surface carboxyl groups were completely substituted with the carboxylic acid type (step 5A).

その後、遠心チューブ(50mL容)において、カルボン酸型TEMPO触媒酸化パルプにN,N−ジメチルホルムアミドを加え、固形分濃度1%の懸濁液40mLを調製した。そして、3回の遠心分離(100G)により懸濁液から水および塩酸を除去した。
その後、懸濁液40mLに、ホモジナイザーを用いて解繊処理(10000rpm、10分間)を施した。その後、遠心分離(100G)により未解繊成分を取り除いた(工程5B)。
Thereafter, in a centrifuge tube (50 mL volume), N, N-dimethylformamide was added to the carboxylic acid type TEMPO-catalyzed oxidized pulp to prepare 40 mL of a suspension having a solid content concentration of 1%. Then, water and hydrochloric acid were removed from the suspension by three times of centrifugation (100 G).
Thereafter, 40 mL of the suspension was defibrated (10000 rpm, 10 minutes) using a homogenizer. Thereafter, undefibrated components were removed by centrifugation (100G) (step 5B).

以上の工程により、N,N−ジメチルホルムアミドを溶媒とする濃度0.05%(g/mL)のセルロースナノファイバー分散液を得た。得られた分散液は、図7に示した第1実施例のセルロースナノファイバー分散液と同様に透明な懸濁液であり、複屈折性を示すものであった。   Through the above steps, a cellulose nanofiber dispersion having a concentration of 0.05% (g / mL) using N, N-dimethylformamide as a solvent was obtained. The obtained dispersion was a transparent suspension similar to the cellulose nanofiber dispersion of Example 1 shown in FIG. 7, and exhibited birefringence.

(第6実施例)
第6実施例では、上記実施形態の第6の製造方法を用いてセルロースナノファイバー分散液を作製した。
まず、乾燥重量で2g相当分の未乾燥のパルプを用い、第1実施例と同様の方法で、TEMPO触媒酸化パルプを得た。
未乾燥のTEMPO触媒酸化パルプに蒸留水を加えて、固形分濃度5%の水懸濁液を調製し、マグネティックスターラーを用いて、400rpmで12時間攪拌した。攪拌後のTEMPO触媒酸化パルプの保水値を測定した結果、攪拌前よりも保水値の上昇が確認された(工程6A)。
その後、攪拌処理したTEMPO触媒酸化パルプをろ集し、遠心チューブ(50mL容)においてジメチルスルホキシドを加え、固形分濃度1%の懸濁液40mLを調製した。そして、3回の遠心分離(100G)により懸濁液から水を除去した。
その後、懸濁液40mLに対し、ホモジナイザーを用いて解繊処理(10000rpm、10分間)を施した。得られるゲル状の高粘度液に、ジメチルスルホキシドを40mL加え、再度ホモジナイザーを用いて同条件の解繊処理を加えた(工程6B)。
(Sixth embodiment)
In the sixth example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared using the sixth production method of the above embodiment.
First, TEMPO-catalyzed oxidized pulp was obtained in the same manner as in the first example, using undried pulp equivalent to 2 g in dry weight.
Distilled water was added to the undried TEMPO-catalyzed oxidized pulp to prepare an aqueous suspension with a solid content concentration of 5%, and the mixture was stirred at 400 rpm for 12 hours using a magnetic stirrer. As a result of measuring the water retention value of the TEMPO-catalyzed oxidized pulp after stirring, an increase in the water retention value was confirmed as compared to before stirring (step 6A).
Thereafter, the stirred TEMPO catalyst oxidized pulp was collected by filtration, and dimethyl sulfoxide was added in a centrifuge tube (50 mL volume) to prepare 40 mL of a suspension having a solid content concentration of 1%. Then, water was removed from the suspension by three times of centrifugation (100 G).
Thereafter, defibration treatment (10000 rpm, 10 minutes) was applied to 40 mL of the suspension using a homogenizer. 40 mL of dimethyl sulfoxide was added to the gel-like high-viscosity liquid obtained, and defibration treatment under the same conditions was added again using a homogenizer (step 6B).

以上の工程により、ジメチルスルホキシドを溶媒とする濃度0.5%(g/mL)のセルロースナノファイバー分散液を得た。得られた分散液は、図7に示した第1実施例のセルロースナノファイバー分散液と同様に透明な懸濁液であり、複屈折性を示すものであった。   Through the above steps, a cellulose nanofiber dispersion having a concentration of 0.5% (g / mL) using dimethyl sulfoxide as a solvent was obtained. The obtained dispersion was a transparent suspension similar to the cellulose nanofiber dispersion of Example 1 shown in FIG. 7, and exhibited birefringence.

(第7実施例)
第7実施例では、上記実施形態の第7の製造方法を用いてセルロースナノファイバー分散液を作製した。
まず、第6実施例と同様の方法で、攪拌処理をしたTEMPO触媒酸化パルプを得た(工程7A)。
その後、未乾燥の攪拌処理後のTEMPO触媒酸化パルプを、0.1M塩酸中で2時間攪拌した後、ガラスフィルター(P100(ISO呼称))でろ集し、0.1M塩酸200mLを用いて洗浄した。この塩酸中における攪拌、ろ集、洗浄の工程を2回繰り返し、表面のカルボキシル基が完全にカルボン酸型に置換されたTEMPO触媒酸化パルプを得た(工程7B)。
その後、遠心チューブ(50mL容)において、カルボン酸型TEMPO触媒酸化パルプにN,N−ジメチルホルムアミドを加え、固形分濃度1%の懸濁液40mLを調製した。そして、3回の遠心分離(100G)により懸濁液から水および塩酸を除去した。
その後、懸濁液40mLに、ホモジナイザーを用いて解繊処理(10000rpm、10分間)を施した。その後、遠心分離(100G)により未解繊成分を取り除いた(工程7C)。
(Seventh embodiment)
In the seventh example, a cellulose nanofiber dispersion was prepared using the seventh manufacturing method of the above embodiment.
First, the TEMPO catalyst oxidized pulp which stirred by the method similar to 6th Example was obtained (process 7A).
Thereafter, the TEMPO-catalyzed oxidized pulp after undried stirring was stirred in 0.1M hydrochloric acid for 2 hours, and then collected by a glass filter (P100 (ISO name)) and washed with 200 mL of 0.1M hydrochloric acid. . The steps of stirring, filtering and washing in hydrochloric acid were repeated twice to obtain a TEMPO-catalyzed oxidized pulp in which the surface carboxyl groups were completely substituted with the carboxylic acid type (step 7B).
Thereafter, in a centrifuge tube (50 mL volume), N, N-dimethylformamide was added to the carboxylic acid type TEMPO-catalyzed oxidized pulp to prepare 40 mL of a suspension having a solid content concentration of 1%. Then, water and hydrochloric acid were removed from the suspension by three times of centrifugation (100 G).
Thereafter, 40 mL of the suspension was defibrated (10000 rpm, 10 minutes) using a homogenizer. Thereafter, undefibrated components were removed by centrifugation (100G) (step 7C).

以上の工程により、N,N−ジメチルホルムアミドを溶媒とする濃度0.1%(g/mL)のセルロースナノファイバー分散液を得た。得られた分散液は、図7に示した第1実施例のセルロースナノファイバー分散液と同様に透明な懸濁液であり、複屈折性を示すものであった。   Through the above steps, a cellulose nanofiber dispersion having a concentration of 0.1% (g / mL) using N, N-dimethylformamide as a solvent was obtained. The obtained dispersion was a transparent suspension similar to the cellulose nanofiber dispersion of Example 1 shown in FIG. 7, and exhibited birefringence.

以上により、本発明の製造方法を用いるとセルロースナノファイバーの有機溶媒分散液が良好に得られることが分かり、本発明の有用性が確かめられた。   From the above, it was found that an organic solvent dispersion of cellulose nanofibers can be obtained satisfactorily by using the production method of the present invention, and the usefulness of the present invention was confirmed.

本発明によれば、本発明のセルロースナノファイバー分散液を用い、製造性に優れたセルロースナノファイバー成形体及びセルロースナノファイバー複合体を提供することができるため、本発明は産業上極めて有用である。   According to the present invention, the cellulose nanofiber dispersion of the present invention can be used to provide a cellulose nanofiber molded article and a cellulose nanofiber composite excellent in manufacturability. Therefore, the present invention is extremely useful industrially. .

D1〜D8…分散液、G…ゲル、P…酸化セルロース   D1 to D8 ... dispersion, G ... gel, P ... oxidized cellulose

Claims (15)

カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを有機溶媒を含む媒体に分散させるに際して、
前記有機溶媒の種類に応じて、前記セルロースナノファイバーの前記基をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換する置換工程を実行することを特徴とするセルロースナノファイバー分散液の製造方法。
When dispersing cellulose nanofibers having carboxylate type groups in a medium containing an organic solvent,
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion, comprising performing a substitution step of substituting the group of the cellulose nanofibers from a carboxylate type to a carboxylic acid type according to the type of the organic solvent.
前記置換工程において、前記基のカルボン酸型への置換率を、前記有機溶媒の種類に基づいて異ならせることを特徴とする請求項1に記載のセルロースナノファイバー分散液の製造方法。   The method for producing a cellulose nanofiber dispersion according to claim 1, wherein, in the substitution step, the substitution rate of the group to the carboxylic acid type is varied based on the type of the organic solvent. カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、
前記セルロースナノファイバー水分散液に、ジメチルスルホキシド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を添加する工程と、
前記有機溶媒が添加された前記セルロースナノファイバー水分散液から前記水系溶媒を除去する工程と、
を有することを特徴とするセルロースナノファイバー分散液の製造方法。
A step of preparing a cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate type group in an aqueous solvent;
Adding one or two organic solvents selected from dimethyl sulfoxide and N, N-dimethylformamide to the cellulose nanofiber aqueous dispersion;
Removing the aqueous solvent from the cellulose nanofiber aqueous dispersion to which the organic solvent has been added;
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion, comprising:
カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、
前記セルロースナノファイバー水分散液に酸を加えることで、少なくとも一部の前記基をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換し、前記セルロースナノファイバーをゲル化する工程と、
前記セルロースナノファイバーのゲルに、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を添加する工程と、
前記有機溶媒が添加された前記ゲルから水を除去する工程と、
を有することを特徴とするセルロースナノファイバー分散液の製造方法。
A step of preparing a cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate type group in an aqueous solvent;
Adding an acid to the cellulose nanofiber aqueous dispersion, substituting at least a part of the group from a carboxylate type to a carboxylic acid type, and gelling the cellulose nanofiber;
Adding one or more organic solvents selected from dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide to the cellulose nanofiber gel;
Removing water from the gel to which the organic solvent has been added;
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion, comprising:
カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、
前記セルロースナノファイバー水分散液に酸を加えることで、少なくとも一部の前記基をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換し、前記セルロースナノファイバーをゲル化する工程と、
前記ゲルにジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を供給し、前記ゲルに含まれる溶媒を置換する工程と、
溶媒置換後の前記ゲルを有機溶媒に分散させる工程と、
を有することを特徴とするセルロースナノファイバー分散液の製造方法。
A step of preparing a cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate type group in an aqueous solvent;
Adding an acid to the cellulose nanofiber aqueous dispersion, substituting at least a part of the group from a carboxylate type to a carboxylic acid type, and gelling the cellulose nanofiber;
Supplying one or more organic solvents selected from dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide to the gel, and replacing the solvent contained in the gel;
Dispersing the gel after solvent substitution in an organic solvent;
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion, comprising:
カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを水系溶媒に分散させてセルロースナノファイバー水分散液を調製する工程と、
前記セルロースナノファイバー水分散液に酸を加えることで、前記基の80%以上をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換し、前記セルロースナノファイバーをゲル化する工程と、
前記ゲルにN,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を供給し、前記ゲルに含まれる溶媒を置換する工程と、
溶媒置換後の前記ゲルを有機溶媒に分散させる工程と、
を有することを特徴とするセルロースナノファイバー分散液の製造方法。
A step of preparing a cellulose nanofiber aqueous dispersion by dispersing cellulose nanofibers having a carboxylate type group in an aqueous solvent;
Adding an acid to the cellulose nanofiber aqueous dispersion to replace 80% or more of the groups from a carboxylate type to a carboxylic acid type, and gelling the cellulose nanofiber;
Supplying one or two organic solvents selected from N, N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide to the gel, and replacing the solvent contained in the gel;
Dispersing the gel after solvent substitution in an organic solvent;
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion, comprising:
天然セルロースを酸化して得られる、カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースを有機溶媒中で解繊することにより、前記酸化セルロースのナノファイバーとして分散させる工程を有することを特徴とするセルロースナノファイバー分散液の製造方法。   Cellulose nanofibers comprising a step of dispersing oxidized cellulose having carboxylate group obtained by oxidizing natural cellulose in an organic solvent to disperse the oxidized cellulose nanofibers A method for producing a dispersion. 前記分散させる工程に先だって、前記酸化セルロースの懸濁液を所定の時間撹拌する工程を有することを特徴とする請求項7に記載のセルロースナノファイバー分散液の製造方法。   The method for producing a cellulose nanofiber dispersion according to claim 7, further comprising a step of stirring the oxidized cellulose suspension for a predetermined time prior to the dispersing step. 天然セルロースを酸化して得られる、カルボン酸塩型の基を有する酸化セルロースの水懸濁液に酸を加えることで、前記基の80%以上をカルボン酸塩型からカルボン酸型に置換する工程と、
前記基をカルボン酸型に置換した前記酸化セルロースを有機溶媒中で解繊することにより、前記酸化セルロースのナノファイバーとして分散させる工程と、
を有することを特徴とするセルロースナノファイバー分散液の製造方法。
A step of replacing 80% or more of the groups from carboxylate type to carboxylic acid type by adding an acid to an aqueous suspension of oxidized cellulose having carboxylate type groups obtained by oxidizing natural cellulose. When,
Disperse the oxidized cellulose having the carboxylic acid type substituted in an organic solvent to disperse the oxidized cellulose as nanofibers;
A method for producing a cellulose nanofiber dispersion, comprising:
前記置換する工程に先だって、前記酸化セルロースの懸濁液を所定の時間撹拌する工程を有することを特徴とする請求項9に記載のセルロースナノファイバー分散液の製造方法。   The method for producing a cellulose nanofiber dispersion according to claim 9, further comprising a step of stirring the oxidized cellulose suspension for a predetermined time prior to the replacing step. カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを、ジメチルスルホキシド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種の有機溶媒を含む媒体に分散させたことを特徴とするセルロースナノファイバー分散液。   Dispersing cellulose nanofibers having carboxylate type groups in a medium containing one or two organic solvents selected from dimethyl sulfoxide and N, N-dimethylformamide liquid. カルボン酸塩型の基とカルボン酸型の基とを有するセルロースナノファイバーを、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を含む媒体に分散させたことを特徴とするセルロースナノファイバー分散液。   One or more organic solvents selected from cellulose nanofibers having a carboxylate type group and a carboxylic acid type group selected from dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide A cellulose nanofiber dispersion characterized by being dispersed in a medium containing カルボン酸塩型の基を有するセルロースナノファイバーを、N,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミドから選択される1種又は2種以上の有機溶媒を含む媒体に分散させたことを特徴とするセルロースナノファイバー分散液。   A cellulose nanofiber having a carboxylate type group is dispersed in a medium containing one or more organic solvents selected from N, N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide. Cellulose nanofiber dispersion. 請求項11から13のいずれか1項に記載のセルロースナノファイバー分散液を所定形状に保持しつつ液体成分を除去することで得られたことを特徴とするセルロースナノファイバー成形体。   A cellulose nanofiber molded article obtained by removing a liquid component while maintaining the cellulose nanofiber dispersion liquid according to any one of claims 11 to 13 in a predetermined shape. 第1の材料としてのセルロースナノファイバーを含む請求項11から13のいずれか1項に記載のセルロースナノファイバー分散液と、第2の材料を含む液体材料とを混合してなる複合分散液を用いて得られたことを特徴とするセルロースナノファイバー複合体。   The composite dispersion liquid which mixes the cellulose nanofiber dispersion liquid of any one of Claim 11 to 13 containing the cellulose nanofiber as a 1st material, and the liquid material containing a 2nd material is used. A cellulose nanofiber composite obtained by
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