JPWO2011074301A1 - Method for oxidizing cellulose and method for producing cellulose nanofiber - Google Patents

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Abstract

セルロース系原料の一級水酸基の酸化を促進してカルボキシル基を効率よく導入する方法を提供する。また、流動性、透明性及び熱安定性に優れたセルロースナノファイバー分散液を低エネルギーで効率よく製造する方法を提供する。(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、pH8〜11の条件下で次亜ハロゲン酸塩によりセルロース系原料を酸化し、セルロース系原料の絶乾質量に対して1.0mmol/g以上のカルボキシル基を導入し、次いで、pH4〜6の条件下で亜ハロゲン酸塩によりさらに酸化する。得られた酸化セルロース系原料を、解繊・分散処理してセルロースナノファイバー分散液を得る。Provided is a method for efficiently introducing a carboxyl group by promoting oxidation of a primary hydroxyl group of a cellulose-based raw material. Further, the present invention provides a method for efficiently producing a cellulose nanofiber dispersion excellent in fluidity, transparency and thermal stability with low energy. In the presence of (1) an N-oxyl compound, and (2) a compound selected from the group consisting of bromide, iodide, or a mixture thereof, a cellulosic raw material is obtained with hypohalite under the conditions of pH 8-11. Oxidize and introduce 1.0 mmol / g or more of carboxyl groups with respect to the absolute dry mass of the cellulosic raw material, and then further oxidize with halite under pH 4-6 conditions. The obtained oxidized cellulose raw material is defibrated and dispersed to obtain a cellulose nanofiber dispersion.

Description

本発明は、セルロース系原料の一級水酸基を効率的にカルボキシル基に変換して酸化されたセルロース系原料を得る方法、及び、上記により得られた酸化されたセルロース系原料から流動性、透明性および熱安定性に優れるセルロースナノファイバーを製造する方法に関する。   The present invention provides a method for obtaining an oxidized cellulosic raw material by efficiently converting primary hydroxyl groups of the cellulosic raw material to carboxyl groups, and fluidity, transparency, and from the oxidized cellulosic raw material obtained as described above. The present invention relates to a method for producing cellulose nanofibers excellent in thermal stability.

セルロース系原料を、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、TEMPOと称する)と臭化物またはヨウ化物とを触媒として、安価な酸化剤である次亜塩素酸ナトリウム共存下で処理すると、セルロースのC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、ミクロフィブリルの表面にカルボキシル基を導入することができ、これを解繊することによりセルロースナノファイバー水分散液を調製することができることが知られている(非特許文献1)。   Hypochlorous acid, which is an inexpensive oxidant, using cellulose raw material as a catalyst with 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and bromide or iodide. When treated in the presence of sodium acid, the primary hydroxyl group at the C6 position of cellulose is selectively oxidized, and a carboxyl group can be introduced on the surface of the microfibril. It is known that it can be prepared (Non-patent Document 1).

このセルロースナノファイバーを製造する技術は、溶媒として水を使用すること、反応副生成物が塩化ナトリウムのみであること等、反応プロセスとしての環境調和性には優位性がある。しかし、上記の酸化方法では、セルロース系原料の不十分な酸化により、酸化パルプ中に、カルボキシル基のみならず、アルデヒド基も混在することとなる。アルデヒド基を含みカルボキシル基量が比較的少ない酸化パルプは、カルボキシル基量が比較的多い酸化パルプに比べて、解繊・分散処理に多量のエネルギーを要することがわかっている。これは、カルボキシル基量の多い酸化パルプでは、カルボキシル基同士の電荷反発力によりパルプ間に微視的隙間が生じて解繊しやすい状態となるが、アルデヒド基量が多くカルボキシル基量が少ない酸化パルプでは、アルデヒド基はカルボキシル基と異なり負電荷を有していないため電荷反発力が弱く、解繊及び分散の促進に寄与するパルプ間の隙間があまり形成されないためと考えられる。また、アルデヒド基を有する酸化パルプでは、セルロース中のアルデヒド基と水酸基との間でヘミアセタール結合及び/又はアセタール結合が形成され、パルプ同士が架橋し、分散性が悪化すると考えられる。   This technique for producing cellulose nanofibers is superior in environmental harmony as a reaction process, such as the use of water as a solvent and the fact that the reaction byproduct is only sodium chloride. However, in the oxidation method described above, not only carboxyl groups but also aldehyde groups are mixed in the oxidized pulp due to insufficient oxidation of the cellulosic material. It has been found that oxidized pulp containing an aldehyde group and having a relatively small amount of carboxyl groups requires a larger amount of energy for defibrating and dispersing treatment than oxidized pulp having a relatively large amount of carboxyl groups. This is because in oxidized pulp with a large amount of carboxyl groups, microscopic gaps are created between the pulps due to the charge repulsion between the carboxyl groups, and it becomes easy to fibrillate, but oxidation with a large amount of aldehyde groups and a small amount of carboxyl groups In the pulp, unlike the carboxyl group, the aldehyde group does not have a negative charge, so the charge repulsion is weak, and it is considered that the gap between the pulps contributing to the promotion of defibration and dispersion is not formed so much. Moreover, in the oxidized pulp which has an aldehyde group, a hemiacetal bond and / or an acetal bond are formed between the aldehyde group in a cellulose, and a hydroxyl group, and it is thought that a pulp bridge | crosslinks and dispersibility deteriorates.

さらに、アルデヒド基を含有する酸化パルプのナノ分散液から得られたフィルムは、熱退色し易いことがわかっており、アルデヒド基はセルロースナノファイバーフィルムの透明性を損なう原因物質であると考えられる。   Furthermore, it has been found that films obtained from nano dispersions of oxidized pulp containing aldehyde groups are susceptible to thermal fading, and aldehyde groups are considered to be causative substances that impair the transparency of cellulose nanofiber films.

したがって、セルロース系原料における一級水酸基の酸化を促進し、一級水酸基をカルボキシル基まで効率よく酸化できる方法の開発が望まれている。   Therefore, it is desired to develop a method capable of accelerating the oxidation of the primary hydroxyl group in the cellulosic raw material and efficiently oxidizing the primary hydroxyl group to the carboxyl group.

TEMPOを用いてリグノセルロースを酸化する方法において、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いるときに水系媒体のpHを8〜11に保持することが好ましいことが報告されており、また、酸化剤として亜塩素酸ナトリウムを用いるときに水系媒体のpHを4〜7に保持することが好ましいことが報告されている(特許文献1)。   In the method of oxidizing lignocellulose using TEMPO, it has been reported that it is preferable to maintain the pH of the aqueous medium at 8 to 11 when sodium hypochlorite is used as the oxidizing agent. It has been reported that it is preferable to maintain the pH of the aqueous medium at 4 to 7 when using sodium chlorite (Patent Document 1).

また、TEMPOを用いて芳香族化合物における一級水酸基をカルボキシル基に酸化する方法として、pH6.7のリン酸緩衝溶液中で、次亜塩素酸ナトリムと亜塩素酸ナトリウムを同時に添加して反応させる方法が提案されている(非特許文献2)。   In addition, as a method of oxidizing a primary hydroxyl group in an aromatic compound to a carboxyl group using TEMPO, a method in which sodium hypochlorite and sodium chlorite are simultaneously added and reacted in a phosphate buffer solution at pH 6.7. Has been proposed (Non-Patent Document 2).

特開2008−308802号公報JP 2008-308802 A

Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007)Saito, T., et al., Cellulose Commun., 14 (2), 62 (2007) Zhao, M., et al., J. Org. Chem., 64, 2564 (1999)Zhao, M., et al., J. Org. Chem., 64, 2564 (1999)

しかしながら、上述の次亜塩素酸ナトリウムのみの添加及び亜塩素酸ナトリウムのみの添加(特許文献1)、並びに次亜塩素酸ナトリウムと亜塩素酸ナトリウムの同時添加(非特許文献2)では、セルロース系原料における一級水酸基をカルボキシル基まで効率よく酸化するには実用上不十分であった。   However, the addition of only sodium hypochlorite and the addition of sodium chlorite (Patent Document 1) and the simultaneous addition of sodium hypochlorite and sodium chlorite (Non-Patent Document 2) It was practically insufficient to efficiently oxidize the primary hydroxyl group in the raw material to the carboxyl group.

したがって、セルロース系原料における一級水酸基の酸化を促進し、一級水酸基をカルボキシル基まで効率よく酸化できる方法の開発が望まれている。また、流動性、透明性および熱安定性に優れるセルロースナノファイバー分散液を低エネルギーで効率よく製造できる方法の開発が望まれている。   Therefore, it is desired to develop a method capable of accelerating the oxidation of the primary hydroxyl group in the cellulosic raw material and efficiently oxidizing the primary hydroxyl group to the carboxyl group. In addition, development of a method capable of efficiently producing a cellulose nanofiber dispersion excellent in fluidity, transparency and thermal stability with low energy is desired.

課題を解決する手段Means to solve the problem

本発明者らは、鋭意検討した結果、(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で行なうセルロース系原料の酸化において、まず、次亜ハロゲン酸塩を添加して、pHを8〜11の条件下でセルロース系原料の酸化反応を行わせ、セルロース系原料の絶乾質量に対して1.0mmol/g以上のカルボキシル基を導入し、反応が終了した後、当該セルロース系原料をろ別・洗浄することなく、酸などにより反応系のpHを4〜6に調整し、次いで、亜ハロゲン酸塩を添加してさらに酸化反応を行わせることにより、セルロース系原料における一級水酸基を、効率的にカルボキシル基に変換することができることを見出した。また、こうして得られた酸化されたセルロース系原料(本明細書においては、「酸化セルロース系原料」又は「酸化パルプ」ともいう。)を解繊・分散することにより、流動性、透明性および熱安定性に優れたセルロースナノファイバー分散液を、低エネルギーで効率よく製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have conducted (1) N-oxyl compound, and (2) oxidation of a cellulosic raw material in the presence of a compound selected from the group consisting of bromide, iodide, or a mixture thereof. First, hypohalite is added to cause the oxidation reaction of the cellulosic raw material under the conditions of pH 8 to 11, and 1.0 mmol / g or more of the carboxyl relative to the absolute dry mass of the cellulosic raw material. After the reaction is completed and the reaction is completed, the pH of the reaction system is adjusted to 4 to 6 with an acid or the like without filtering and washing the cellulosic raw material. It has been found that the primary hydroxyl group in the cellulosic material can be efficiently converted to a carboxyl group by carrying out the oxidation reaction. In addition, the oxidized cellulose raw material (also referred to as “oxidized cellulose-based raw material” or “oxidized pulp” in the present specification) thus obtained is defibrated and dispersed, whereby fluidity, transparency and heat are obtained. The inventors have found that a cellulose nanofiber dispersion excellent in stability can be efficiently produced with low energy, and have completed the present invention.

本発明では、(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、次亜ハロゲン酸塩を用いpH8〜11でセルロース系原料の酸化反応を行わせ、セルロース系原料の絶乾質量に対して1.0mmol/g以上のカルボキシル基を導入した後、続いて、当該セルロース系原料のろ別・洗浄処理を行なうことなくpHを4〜6に調整し、さらに亜ハロゲン酸塩で酸化反応を行わせることにより、セルロース系原料の酸化を促進させ、従来よりも高い割合でカルボキシル基を導入した酸化セルロース系原料を得ることができる。本発明により得られた酸化セルロース系原料は、酸化反応の初期に生成されるアルデヒド基がさらにカルボキシル基へと酸化されているため、アルデヒド基の量が少なく、かつ、カルボキシル基の含有割合が高くなっており、したがって、カルボキシル基同士の電荷反発力によるセルロース系原料同士の間の微視的隙間の形成が促進され、また、アルデヒド基によるパルプ同士の架橋の形成が抑制されている。よって、本発明により得られた酸化セルロース系原料は、従来よりも低いエネルギーで効率よく解繊することができる。そして、セルロース鎖の短繊維化により、得られる分散液のB型粘度が顕著に低下し、流動性が向上すると考えられる。また、こうして得られたセルロースナノファイバーは、熱退色の原因となるアルデヒド基の量が少ないため、従来法で得られる酸化セルロース系原料を用いたセルロースナノファイバーに比べて、透明性および熱安定性に優れている。   In the present invention, a cellulose system is used at a pH of 8 to 11 using hypohalite in the presence of (1) N-oxyl compound and (2) a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. After the raw material is oxidized and 1.0 mmol / g or more of carboxyl groups are introduced with respect to the absolute dry mass of the cellulosic raw material, the pH is subsequently adjusted without subjecting the cellulosic raw material to filtration and washing. Is adjusted to 4-6, and further an oxidation reaction is carried out with a halite, thereby promoting the oxidation of the cellulosic material and obtaining an oxidized cellulosic material in which carboxyl groups are introduced at a higher rate than before. it can. In the oxidized cellulose-based raw material obtained by the present invention, since the aldehyde group generated at the initial stage of the oxidation reaction is further oxidized to a carboxyl group, the amount of the aldehyde group is small and the content ratio of the carboxyl group is high. Therefore, formation of a microscopic gap between cellulosic raw materials due to charge repulsion between carboxyl groups is promoted, and formation of cross-linking of pulps by aldehyde groups is suppressed. Therefore, the oxidized cellulose raw material obtained by the present invention can be efficiently defibrated with lower energy than before. And it is thought that the B-type viscosity of the resulting dispersion is remarkably lowered and the fluidity is improved by shortening the cellulose chain. In addition, the cellulose nanofibers obtained in this way have less aldehyde groups that cause thermal fading, so they are more transparent and more stable than cellulose nanofibers using oxidized cellulose-based raw materials obtained by conventional methods. Is excellent.

図1は、カルボキシル基量の測定方法の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a method for measuring the amount of carboxyl groups.

(N−オキシル化合物)
本発明で用いるN−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。例えば、本発明で使用されるN−オキシル化合物としては、下記一般式(式1)で示される物質が挙げられる。
(N-oxyl compound)
As the N-oxyl compound used in the present invention, any compound can be used as long as it promotes the target oxidation reaction. For example, the N-oxyl compound used in the present invention includes a substance represented by the following general formula (Formula 1).

Figure 2011074301
(式1中、R1〜R4は同一又は異なる炭素数1〜4程度のアルキル基を示す。)
Figure 2011074301
(In Formula 1, R 1 to R 4 represent the same or different alkyl groups having about 1 to 4 carbon atoms.)

式1で表される化合物のうち、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下TEMPOと称する)及び4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下、4−ヒドロキシTEMPOと称する)が好ましい。また、下記式2〜4のいずれかで表されるN−オキシル化合物、すなわち、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基をアルコールでエーテル化、またはカルボン酸若しくはスルホン酸でエステル化し、適度な疎水性を付与した4−ヒドロキシTEMPO誘導体は、安価であり、かつ均一に酸化されたセルロース系原料を得ることができるため、とりわけ好ましい。   Among the compounds represented by Formula 1, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1 -Piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as 4-hydroxy TEMPO) is preferred. Further, the N-oxyl compound represented by any one of the following formulas 2 to 4, that is, the hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO was etherified with alcohol or esterified with carboxylic acid or sulfonic acid to impart moderate hydrophobicity. The 4-hydroxy TEMPO derivative is particularly preferable because it is inexpensive and can obtain a uniformly oxidized cellulose raw material.

Figure 2011074301
Figure 2011074301

Figure 2011074301
Figure 2011074301

Figure 2011074301
(式2〜4中、Rは炭素数4以下の直鎖又は分岐状炭素鎖である。)
Figure 2011074301
(In formulas 2 to 4, R is a linear or branched carbon chain having 4 or less carbon atoms.)

さらに、下記式5で表されるN−オキシル化合物、すなわち、アザアダマンタン型ニトロキシラジカルは、短時間で、均一に酸化されたセルロース系原料を得ることができるため、とりわけ好ましい。   Furthermore, an N-oxyl compound represented by the following formula 5, that is, an azaadamantane type nitroxy radical, is particularly preferable because it can obtain a uniformly oxidized cellulose raw material in a short time.

Figure 2011074301
(式5中、R5及びR6は、同一又は異なる水素又はC1〜C6の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基を示す。)
Figure 2011074301
(In Formula 5, R 5 and R 6 represent the same or different hydrogen or a C 1 to C 6 linear or branched alkyl group.)

N−オキシル化合物の使用量は、セルロース系原料をナノファイバー化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.01〜10mmol、好ましくは0.01〜1mmol、さらに好ましくは0.05〜0.5mmol程度を用いることができる。   The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalyst amount that can make the cellulose-based raw material into nanofibers. For example, about 0.01 to 10 mmol, preferably 0.01 to 1 mmol, and more preferably about 0.05 to 0.5 mmol can be used with respect to 1 g of the cellulosic raw material.

(臭化物またはヨウ化物)
セルロース系原料の酸化の際に用いる臭化物またはヨウ化物としては、水中で解離してイオン化可能な化合物、例えば、臭化アルカリ金属やヨウ化アルカリ金属などを使用することができる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.1〜100mmol、好ましくは0.1〜10mmol、さらに好ましくは0.5〜5mmol程度を用いることができる。
(Bromide or iodide)
As the bromide or iodide used in oxidizing the cellulosic raw material, a compound that can be dissociated and ionized in water, such as an alkali metal bromide or an alkali metal iodide, can be used. The amount of bromide or iodide used can be selected as long as the oxidation reaction can be promoted. For example, 0.1 to 100 mmol, preferably 0.1 to 10 mmol, and more preferably about 0.5 to 5 mmol can be used for 1 g of cellulosic raw material.

(セルロース系原料)
本発明で用いるセルロース系原料は特に限定されるものではなく、各種木材由来のクラフトパルプあるいはサルファイトパルプ、それらを高圧ホモジナイザーやミル等で粉砕した粉末セルロース、あるいはそれらを酸加水分解などの化学処理により精製した微結晶セルロース粉末などを使用することができる。他に、ケナフ、麻、イネ、バガス、竹等の植物を使用することもできる。このうち、漂白済みクラフトパルプ、漂白済みサルファイトパルプ、または粉末セルロースを用いることが量産化やコストの観点から好ましい。
(Cellulosic material)
The cellulose-based raw material used in the present invention is not particularly limited, and kraft pulp or sulfite pulp derived from various woods, powdered cellulose obtained by pulverizing them with a high-pressure homogenizer or a mill, or chemical treatment such as acid hydrolysis. The microcrystalline cellulose powder refined by the above can be used. In addition, plants such as kenaf, hemp, rice, bagasse and bamboo can also be used. Of these, bleached kraft pulp, bleached sulfite pulp, or powdered cellulose is preferably used from the viewpoint of mass production and cost.

粉末セルロースはセルロース純度の高い木材パルプの非結晶部分を酸加水分解処理で除去した後、粉砕・篩い分けすることで得られる微結晶性セルロースからなる棒軸状粒子である。セルロースの重合度は100〜500程度、X線回折法による粉末セルロースの結晶化度は70〜90%、レーザー回折式粒度分布測定装置による平均粒子径は100μm以下の基本特性を有する。   Powdered cellulose is a rod-like particle made of microcrystalline cellulose obtained by removing a non-crystalline portion of wood pulp having a high cellulose purity by acid hydrolysis, and then pulverizing and sieving. The degree of polymerization of cellulose is about 100 to 500, the degree of crystallinity of powdered cellulose by X-ray diffractometry is 70 to 90%, and the average particle size by a laser diffraction type particle size distribution measuring device is 100 μm or less.

(次亜ハロゲン酸塩)
本発明の酸化方法では、上記の(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、まず次亜ハロゲン酸塩を用いて、pH8〜11の条件下でセルロース系原料の酸化を行なう。使用できる次亜ハロゲン酸塩の種類には、特に限定はないが、例えば、次亜塩素酸アンモニウム、次亜臭素酸アンモニウム、及び次亜ヨウ素酸アンモニウム、並びに、次亜塩素酸、次亜臭素酸、及び次亜ヨウ素酸のアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩などを、単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、現在工業プロセスにおいて最も汎用されている安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムを用いることが特に好ましい。
(Hypohalite)
In the oxidation method of the present invention, hypohalite is first used in the presence of the above-mentioned (1) N-oxyl compound and (2) a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. Then, the cellulosic material is oxidized under the condition of pH 8-11. The type of hypohalite that can be used is not particularly limited. For example, ammonium hypochlorite, ammonium hypobromite, and ammonium hypoiodite, and hypochlorous acid and hypobromite. , And alkali metal or alkaline earth metal salts of hypoiodous acid can be used alone or in combination of two or more. Among them, it is particularly preferable to use sodium hypochlorite, which is most widely used in industrial processes at present and has a low environmental impact.

次亜ハロゲン酸塩の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.5〜500mmol、好ましくは0.5〜50mmol、さらに好ましくは2.5〜25mmol程度を用いることができる。   The amount of hypohalite used can be selected as long as the oxidation reaction can be promoted. For example, 0.5 to 500 mmol, preferably 0.5 to 50 mmol, and more preferably about 2.5 to 25 mmol can be used for 1 g of cellulosic raw material.

(亜ハロゲン酸塩)
本発明の酸化方法では、上記のpH8〜11での次亜ハロゲン酸塩を用いての酸化に続いて、セルロース系原料をろ別・洗浄することなく、pHを4〜6に調整して亜ハロゲン酸塩を添加し、セルロース系原料のさらなる酸化を行なう。使用できる亜ハロゲン酸塩の種類には、特に限定はないが、例えば、亜塩素酸アンモニウム、亜臭素酸アンモニウム、及び亜ヨウ素酸アンモニウム、並びに、亜塩素酸、亜臭素酸、亜ヨウ素酸のアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩などを、単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(Halogenite)
In the oxidation method of the present invention, following the oxidation using the hypohalite at pH 8 to 11, the pH is adjusted to 4 to 6 without filtering and washing the cellulosic raw material. Halogenate is added to further oxidize the cellulosic material. There are no particular limitations on the type of halite salt that can be used. For example, ammonium chlorite, ammonium bromate, and ammonium iodate, as well as alkalis of chlorous acid, bromic acid, and iodic acid. Metals or alkaline earth metal salts can be used alone or in combination of two or more.

亜ハロゲン酸塩の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.5〜500mmol、好ましくは0.5〜50mmol、さらに好ましくは2.5〜25mmol程度を用いることができる。   The amount of halite used can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. For example, 0.5 to 500 mmol, preferably 0.5 to 50 mmol, and more preferably about 2.5 to 25 mmol can be used for 1 g of cellulosic raw material.

(酸化反応条件)
本発明の酸化方法では、最初に次亜ハロゲン酸塩を用いて酸化を行なうが、その際、次亜ハロゲン酸塩による酸化反応により得られた酸化セルロース系原料のカルボキシル基量が、セルロース系原料の絶乾質量に対して、1.0mmol/g以上、好ましくは1.0mmol/g〜2.5mmol/g、より好ましくは1.2mmol/g〜2.5mmol/g、とりわけ好ましくは1.3mmol/g〜2.0mmol/gとなるように条件を設定する。具体的には、酸化反応時間の調整、酸化反応温度の調整、酸化反応pHの調整、N−オキシル化合物や臭化物、ヨウ化物、次亜ハロゲン酸塩の添加量の調整などを行うことにより、所望のカルボキシル基量とすることができる。
(Oxidation reaction conditions)
In the oxidation method of the present invention, oxidation is first performed using hypohalite. At this time, the amount of carboxyl groups of the oxidized cellulose-based material obtained by the oxidation reaction with hypohalite is the cellulose-based material. 1.0 mmol / g or more, preferably 1.0 mmol / g to 2.5 mmol / g, more preferably 1.2 mmol / g to 2.5 mmol / g, particularly preferably 1.3 mmol The conditions are set to be / g to 2.0 mmol / g. Specifically, by adjusting the oxidation reaction time, adjusting the oxidation reaction temperature, adjusting the oxidation reaction pH, adjusting the addition amount of N-oxyl compound, bromide, iodide, hypohalite, etc. The amount of the carboxyl group can be determined.

また、本発明の酸化方法では、次亜ハロゲン酸塩を用いて酸化を行う際に、pHを8〜11に調整する。より好ましくは、pH9〜11である。pH8未満では、酸化反応がほとんど進行しない。また、pHが11を超えると反応が遅くなるから不利である。酸化反応の進行に伴って反応液のpHの低下がみられるが、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加することにより、反応液のpHを8〜11、好ましくは9〜11に維持することが望ましい。   In the oxidation method of the present invention, the pH is adjusted to 8 to 11 when oxidation is performed using hypohalite. More preferably, the pH is 9-11. Below pH 8, the oxidation reaction hardly proceeds. Moreover, since reaction will become slow when pH exceeds 11, it is disadvantageous. Although the pH of the reaction solution decreases with the progress of the oxidation reaction, the pH of the reaction solution is adjusted to 8 to 8 by adding an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution in order to advance the oxidation reaction efficiently. 11, preferably 9 to 11.

本発明の酸化方法では、上記の次亜ハロゲン酸塩による酸化反応に続いて、セルロース系原料のろ別・洗浄を行なうことなく、亜ハロゲン酸塩による酸化反応を行なう。本発明において、「セルロース系原料のろ別・洗浄」とは、反応終了後の懸濁液をろ過するなどにより、反応後のセルロース及び未反応のセルロースを分離(ろ別)し、これを水などの適当な液体を用いて洗浄する作業をいう。本発明では、次亜ハロゲン酸塩による酸化反応後、亜ハロゲン酸塩による酸化反応前に、セルロース系原料のろ別及び洗浄を行なわない。すなわち、本発明では、次亜ハロゲン酸塩による酸化反応後の反応系を、そのまま、次工程の亜ハロゲン酸塩による酸化反応に用いる。したがって、本発明の酸化反応は、ワンポットで行なうことができる。酸化反応をワンポットで行なうことにより、反応のための手順を簡略化することができ、また、歩留りを向上させることができる。また、それらに加えて、今回新たに、ろ別・洗浄を行なわないことにより、驚くべきことに透明度の高い酸化セルロース系原料が得られることを見出した(実施例1及び比較例6の結果を参照のこと)。亜ハロゲン酸塩による酸化反応は、亜ハロゲン酸塩による酸化により得られた酸化セルロース系原料のカルボキシル基量が、セルロース系原料の絶乾質量に対して、1.1mmol/g以上、好ましくは1.1mmol/g〜2.6mmol/g、より好ましくは1.3mmol/g〜2.6mmol/g、とりわけ好ましくは1.4mmol/g〜2.1mmol/gとなるように条件を設定する。   In the oxidation method of the present invention, following the oxidation reaction with the hypohalite, an oxidation reaction with the halite is performed without filtering and washing the cellulosic material. In the present invention, “filtering and washing the cellulose-based raw material” means separating (filtering) the cellulose after reaction and unreacted cellulose by filtering the suspension after completion of the reaction. This refers to the operation of washing with an appropriate liquid. In the present invention, the cellulosic raw material is not filtered and washed after the oxidation reaction with the hypohalite and before the oxidation reaction with the halite. That is, in the present invention, the reaction system after the oxidation reaction with hypohalite is used as it is for the oxidation reaction with halite in the next step. Therefore, the oxidation reaction of the present invention can be performed in one pot. By performing the oxidation reaction in one pot, the procedure for the reaction can be simplified, and the yield can be improved. Further, in addition to these, it was found that, by performing filtration and washing anew this time, surprisingly, a highly transparent oxidized cellulose-based raw material can be obtained (results of Example 1 and Comparative Example 6). See In the oxidation reaction with the halite, the carboxyl group amount of the oxidized cellulose-based material obtained by oxidation with the halite is 1.1 mmol / g or more, preferably 1 with respect to the absolute dry mass of the cellulose-based material. The conditions are set so as to be 1 mmol / g to 2.6 mmol / g, more preferably 1.3 mmol / g to 2.6 mmol / g, and particularly preferably 1.4 mmol / g to 2.1 mmol / g.

亜ハロゲン酸塩による酸化反応を行なう際には、予め、塩酸、硫酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸、及びリン酸等の鉱酸などを用いて反応系のpHを4〜6に調整する。pHが4未満であると亜ハロゲン酸塩が不安定化し、分解する。また、pHが6を超えると、酸化反応速度が低下し、不利である。   When performing the oxidation reaction with a halite, the pH of the reaction system is adjusted to 4 to 6 in advance using a mineral acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, sulfurous acid, nitrous acid, and phosphoric acid. When the pH is less than 4, the halite is destabilized and decomposes. Moreover, when pH exceeds 6, an oxidation reaction rate falls and it is disadvantageous.

なお、一般的な化合物において、亜ハロゲン酸塩を用いてアルデヒド基を酸化する場合、pHが徐々に上昇するため、酸などを添加してpHを適正範囲に維持することが通常行なわれるが、本発明の亜ハロゲン酸塩での反応時には、pHの上昇が特にみられない。理由は不明であるが、亜ハロゲン酸塩での酸化反応に先立って行なわれた次亜ハロゲン酸塩での酸化反応により、セルロース系原料から反応液中に何らかの水溶性の酸性物質が溶出し、緩衝作用を生じているのではないかと考えられる。したがって、本発明の酸化反応において、亜ハロゲン酸塩での反応時には、反応の初めにpHを4〜6に調整しておけば、その後、特に酸などを添加することによりpHを調整する必要はない。   In general compounds, when an aldehyde group is oxidized using a halite, the pH gradually increases. Therefore, it is usually performed to add an acid or the like to maintain the pH within an appropriate range. During the reaction with the halite of the present invention, there is no particular increase in pH. The reason is unknown, but due to the oxidation reaction with hypohalite performed prior to the oxidation reaction with halite, some water-soluble acidic substances are eluted from the cellulosic raw material into the reaction solution, It is thought that the buffer action is produced. Therefore, in the oxidation reaction of the present invention, at the time of the reaction with the halite, if the pH is adjusted to 4-6 at the beginning of the reaction, it is necessary to adjust the pH by adding an acid or the like thereafter. Absent.

本発明において、酸化反応時の温度は、次亜ハロゲン酸塩による酸化でも亜ハロゲン酸塩による酸化でも特に限定はなく、例えば、15〜30℃程度の室温下であってもセルロース系原料を効率よく酸化することができる。また、本発明において、酸化反応時間は、酸化されたセルロース系原料の所望の用途や品質を考慮して適宜設定することができ、特に限定されない。例えば、pH8〜11での次亜ハロゲン酸塩による酸化(反応温度、20℃)は30分〜3時間程度、好ましくは1〜3時間程度行うことができる。続いてpH4〜6での亜ハロゲン酸塩による酸化(反応温度20℃)は30分〜5時間程度、好ましくは1〜5時間程度、さらに好ましくは3〜5時間程度行なうことができる。次亜ハロゲン酸塩による酸化(反応温度、20℃)が30分より短い場合や、亜ハロゲン酸塩による酸化(反応温度、20℃)が30分より短い場合は、得られた酸化セルロース系原料のカルボキシル基量が少なく、従来よりも低いエネルギーで効率よく解繊することができない傾向にある。   In the present invention, the temperature during the oxidation reaction is not particularly limited by oxidation with hypohalite or oxidation with hypohalite. For example, the efficiency of cellulosic raw materials is improved even at room temperature of about 15 to 30 ° C. Can oxidize well. Moreover, in this invention, oxidation reaction time can be suitably set in consideration of the desired use and quality of the oxidized cellulose raw material, and is not specifically limited. For example, oxidation with hypohalite at pH 8-11 (reaction temperature, 20 ° C.) can be performed for about 30 minutes to 3 hours, preferably about 1 to 3 hours. Subsequently, oxidation with a halite at a pH of 4 to 6 (reaction temperature 20 ° C.) can be performed for about 30 minutes to 5 hours, preferably about 1 to 5 hours, and more preferably about 3 to 5 hours. When oxidation by hypohalite (reaction temperature, 20 ° C.) is shorter than 30 minutes, or oxidation by hypohalite (reaction temperature, 20 ° C.) is shorter than 30 minutes, the obtained oxidized cellulose raw material The amount of the carboxyl group is small, and there is a tendency that it cannot be efficiently defibrated with lower energy than before.

本発明の酸化方法では、次亜ハロゲン酸塩による酸化と亜ハロゲン酸塩による酸化を、同一の反応容器内で、連続して行なうことができる。反応容器は、通常の酸化反応に使用される容器を用いることができ、特に限定されない。   In the oxidation method of the present invention, oxidation with hypohalite and oxidation with halite can be carried out continuously in the same reaction vessel. As the reaction vessel, a vessel used for a normal oxidation reaction can be used, and is not particularly limited.

本発明の酸化方法により得られた酸化セルロース系原料は、酸化反応の初期に生成されるアルデヒド基がさらにカルボキシル基へと酸化され、アルデヒド基の量が少なくなっている。酸化セルロース系原料のカルボキシル基量は、1.1mmol/g以上、好ましくは1.1mmol/g〜2.6mmol/g、より好ましくは1.3mmol/g〜2.6mmol/g、とりわけ好ましくは1.4mmol/g〜2.1mmol/gである。また、酸化セルロース系原料のアルデヒド基量は、0.05mmol/g以下、より好ましくは0.01mmol/g以下である。   In the oxidized cellulose-based raw material obtained by the oxidation method of the present invention, the aldehyde group generated at the initial stage of the oxidation reaction is further oxidized to a carboxyl group, and the amount of the aldehyde group is reduced. The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose-based raw material is 1.1 mmol / g or more, preferably 1.1 mmol / g to 2.6 mmol / g, more preferably 1.3 mmol / g to 2.6 mmol / g, particularly preferably 1. .4 mmol / g to 2.1 mmol / g. Moreover, the amount of aldehyde groups in the oxidized cellulose-based raw material is 0.05 mmol / g or less, more preferably 0.01 mmol / g or less.

(解繊・分散処理)
本発明の酸化方法にて得られた酸化されたセルロース系原料は、酸化反応が十分に進んでおり、カルボキシル基の含有量が多くなっているから、解繊・分散処理により簡単にナノファイバー化することができる。解繊・分散処理の具体的な方法としては、例えば、酸化されたセルロース系原料を十分に水洗した後、高速せん断ミキサーや高圧ホモジナイザーなどの公知の混合、攪拌、乳化、分散装置を用いて、セルロースナノファイバーへと加工することができる。本発明で用いる解繊・分散装置の種類としては、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置が挙げられ、これらを必要に応じて単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。解繊・分散時のせん断速度は1000sec−1以上であれば、凝集構造のない均一かつ透明なセルロースナノファイバーを得ることができるから、好ましい。また、50MPa以上、好ましくは100MPa以上、さらに好ましくは140MPa以上の条件下で分散できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーで処理すると、透明性と流動性に優れるセルロースナノファイバー分散液を効率よく製造できるから、好ましい。
(Defibration / dispersion processing)
The oxidized cellulosic raw material obtained by the oxidation method of the present invention has a sufficiently advanced oxidation reaction and has a high carboxyl group content. can do. As a specific method of defibration / dispersion treatment, for example, after sufficiently washing the oxidized cellulose raw material, using a known mixing, stirring, emulsifying, dispersing device such as a high-speed shear mixer or a high-pressure homogenizer, It can be processed into cellulose nanofibers. Examples of the type of defibrating / dispersing device used in the present invention include high-speed rotating type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, ultrasonic type, etc., and these may be used alone or in combination of two or more types as necessary. Can be used in combination. A shear rate during defibration / dispersion of 1000 sec −1 or more is preferable because uniform and transparent cellulose nanofibers having no aggregated structure can be obtained. Further, when treated with a wet high pressure or ultrahigh pressure homogenizer that can be dispersed under conditions of 50 MPa or more, preferably 100 MPa or more, more preferably 140 MPa or more, a cellulose nanofiber dispersion excellent in transparency and fluidity can be efficiently produced. ,preferable.

(セルロースナノファイバー)
本発明により製造されるセルロースナノファイバーは、幅2〜5nm、長さ1〜5μm程度のセルロースのシングルミクロフィブリルである。なお、本発明において「ナノファイバー化する」とは、セルロース系原料を、幅2〜5nm、長さ1〜5μm程度のセルロースのシングルミクロフィブリルであるセルロースナノファイバーへと加工することを意味する。
(Cellulose nanofiber)
The cellulose nanofiber produced by the present invention is a single microfibril of cellulose having a width of 2 to 5 nm and a length of about 1 to 5 μm. In the present invention, “to make nanofiber” means that a cellulose-based raw material is processed into cellulose nanofiber which is a single microfibril of cellulose having a width of about 2 to 5 nm and a length of about 1 to 5 μm.

また、本発明により製造されるセルロースナノファイバーは、酸化反応においてアルデヒド基がさらにカルボキシル基へと酸化され、アルデヒド基の量が少なくなっている。セルロースナノファイバー中のカルボキシル基量は、1.1mmol/g以上、好ましくは1.1mmol/g〜2.6mmol/g、より好ましくは1.3mmol/g〜2.6mmol/g、とりわけ好ましくは1.4mmol/g〜2.1mmol/gである。また、セルロースナノファイバー中のアルデヒド基量は0.05mmol/g以下、より好ましくは0.01mmol/g以下である。   In the cellulose nanofiber produced according to the present invention, the aldehyde group is further oxidized to a carboxyl group in the oxidation reaction, and the amount of the aldehyde group is reduced. The amount of carboxyl groups in the cellulose nanofiber is 1.1 mmol / g or more, preferably 1.1 mmol / g to 2.6 mmol / g, more preferably 1.3 mmol / g to 2.6 mmol / g, particularly preferably 1. .4 mmol / g to 2.1 mmol / g. Moreover, the amount of aldehyde groups in the cellulose nanofiber is 0.05 mmol / g or less, more preferably 0.01 mmol / g or less.

セルロースナノファイバーは、バリヤー性、透明性、及び耐熱性に優れており、そのままの状態で、あるいはフィルム状又はシート状に成形したりなどして、包装材料等の様々な用途に応用することができる。   Cellulose nanofibers are excellent in barrier properties, transparency, and heat resistance, and can be applied to various uses such as packaging materials as they are, or in the form of films or sheets. it can.

以下に実施例に基づき、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited thereto.

1.カルボキシル基量の測定
本実施例において、酸化パルプ中のカルボキシル基量の測定は、以下の手順で行った。約0.3gの酸化パルプを精秤し、0.5重量%の酸化パルプのスラリーを60ml調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して電気伝導度を測定した。測定はpHが11になるまで続けた。この操作により、例えば、図1に示されるようなグラフが得られる。
1. Measurement of the amount of carboxyl groups In this example, the amount of carboxyl groups in oxidized pulp was measured by the following procedure. About 0.3 g of oxidized pulp is precisely weighed, and 60 ml of 0.5 wt% oxidized pulp slurry is prepared. After adding 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution is prepared. Was dropped and the electrical conductivity was measured. The measurement was continued until the pH was 11. By this operation, for example, a graph as shown in FIG. 1 is obtained.

図1中の曲線部分(A)に示されるように、水酸化ナトリウムの添加の初期には、塩酸からのプロトンの中和により、急激に伝導度が低下する。続いて、曲線部分(B)で示されるように、弱酸(カルボキシル基)が中和され、伝導度の低下が緩やかになる。弱酸の中和が完了すると、曲線部分(C)に示されるように、水酸化ナトリウムの添加によって伝導度が上昇し始める。本発明におけるカルボキシル基量の測定では、曲線部分(A)の近似線と曲線部分(B)の近似線の交点Dから、曲線部分(B)の近似線と曲線部分(C)の近似線の交点Eまでに消費された水酸化ナトリウム量(a)(すなわち、弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a))から、下式を用いてカルボキシル基量を算出した。なお、こうして得られたカルボキシル基量を、「カルボキシル基量(A)」とよぶ。
カルボキシル基量〔mmol/gパルプ〕= a〔ml〕× 0.05/酸化パルプ重量〔g〕
As shown by the curved line portion (A) in FIG. 1, at the initial stage of addition of sodium hydroxide, the conductivity rapidly decreases due to neutralization of protons from hydrochloric acid. Subsequently, as shown by the curved part (B), the weak acid (carboxyl group) is neutralized, and the decrease in conductivity becomes gradual. When the neutralization of the weak acid is complete, the conductivity begins to increase with the addition of sodium hydroxide, as shown in the curve section (C). In the measurement of the amount of carboxyl groups in the present invention, from the intersection D of the approximate line of the curve part (A) and the approximate line of the curve part (B), the approximate line of the curve part (B) and the approximate line of the curve part (C) From the amount of sodium hydroxide consumed up to the intersection E (a) (that is, the amount of sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid (a)), the amount of carboxyl groups was calculated using the following equation. The amount of carboxyl groups thus obtained is referred to as “carboxyl group amount (A)”.
Amount of carboxyl group [mmol / g pulp] = a [ml] × 0.05 / oxidized pulp weight [g]

2.アルデヒド基量の測定
本実施例において、酸化パルプ中のアルデヒド基量の測定は、以下の手順で行なった。約0.3gの酸化パルプを精秤し、0.5重量%の酸化パルプのスラリーを調製した。このスラリーに酢酸を加えてpHを4〜5に調整し、次いで2%亜塩素酸ナトリウム水溶液を加えて、室温下で48時間反応させ、酸化パルプ中のアルデヒド基をカルボキシル基に変換させた。反応後のスラリーを十分に水洗した後、カルボキシル基量を、上記「1.カルボキシル基量の測定」に基づいて測定した。得られたカルボキシル基量をカルボキシル基量(B)とよぶ。アルデヒド基量は、先に「1.カルボキシル基量の測定」により算出されたカルボキシル基量(A)から、カルボキシル基量(B)を引くことにより、算出した。
アルデヒド基量[mmol/gパルプ]=(カルボキシル基量(A))−(カルボキシル基量(B))
2. Measurement of the amount of aldehyde groups In this example, the amount of aldehyde groups in oxidized pulp was measured by the following procedure. About 0.3 g of oxidized pulp was precisely weighed to prepare a slurry of 0.5 wt% oxidized pulp. Acetic acid was added to this slurry to adjust the pH to 4 to 5, and then a 2% aqueous sodium chlorite solution was added and reacted at room temperature for 48 hours to convert aldehyde groups in the oxidized pulp into carboxyl groups. After the slurry after the reaction was sufficiently washed with water, the amount of carboxyl groups was measured based on the above “1. Measurement of the amount of carboxyl groups”. The obtained amount of carboxyl groups is called the amount of carboxyl groups (B). The amount of aldehyde group was calculated by subtracting the amount of carboxyl group (B) from the amount of carboxyl group (A) previously calculated by “1. Measurement of amount of carboxyl group”.
Aldehyde group amount [mmol / g pulp] = (carboxyl group amount (A))-(carboxyl group amount (B))

3.熱退色試験
約5g/Lの酸化パルプスラリーからウエットシートを調製し、50℃で乾燥した。得られたシートを120℃で2時間加熱処理した後、ISO白色度を測定した。
3. Thermal fading test A wet sheet was prepared from about 5 g / L of oxidized pulp slurry and dried at 50 ° C. The obtained sheet was heat-treated at 120 ° C. for 2 hours, and then ISO whiteness was measured.

[実施例1]
セルロース系原料として針葉樹由来の漂白済みの未叩解サルファイトパルプ(日本製紙ケミカル株式会社製、カルボキシル基量:0.003mmol/g、アルデヒド基量:0.005mmol/g、ISO白色度:92.4%)用いた。前記サルファイトパルプ5g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)78mg(0.5mmol)と臭化ナトリウム754mg(7.3mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで攪拌した。反応系に2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液を16.25ml(32.5mmol)添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中、系内のpHは低下するが、0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整しながら、2時間反応させた。反応液に2N塩酸水溶液を加えてpH5とし、亜塩素酸ナトリウム2.3mg(25mmol)を添加して3時間反応させた。反応終了後、パルプをガラスフィルターで濾別し、十分に水洗して酸化パルプを得た。酸化パルプのカルボキシル基量は、アルデヒド基量、加熱試験後のISO白色度を測定した。結果を表1に示す。
[Example 1]
Bleached unbeaten sulfite pulp derived from softwood as a cellulose-based raw material (manufactured by Nippon Paper Chemical Co., Ltd., carboxyl group amount: 0.003 mmol / g, aldehyde group amount: 0.005 mmol / g, ISO whiteness: 92.4 %)Using. 5 g (absolutely dry) of the sulfite pulp was added to 500 ml of an aqueous solution in which 78 mg (0.5 mmol) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 754 mg (7.3 mmol) of sodium bromide had been dissolved, and stirred until the pulp was uniformly dispersed. After adding 16.25 ml (32.5 mmol) of 2M aqueous sodium hypochlorite solution to the reaction system, the pH was adjusted to 10.3 with 0.5N aqueous hydrochloric acid solution to initiate the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 0.5N sodium hydroxide aqueous solution was sequentially added and reacted for 2 hours while adjusting the pH to 10. 2N hydrochloric acid aqueous solution was added to the reaction solution to adjust the pH to 5, and 2.3 mg (25 mmol) of sodium chlorite was added and reacted for 3 hours. After completion of the reaction, the pulp was filtered off with a glass filter and sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp. The carboxyl group amount of the oxidized pulp was determined by measuring the aldehyde group amount and the ISO whiteness after the heating test. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
セルロース系原料として針葉樹由来の漂白済みの未叩解クラフトパルプ(日本製紙株式会社製、カルボキシル基量:0.04mmol/g、アルデヒド基量:検出されず、ISO白色度:84.6%)を用いた以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 2]
Bleached unbeaten kraft pulp derived from conifers (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., carboxyl group amount: 0.04 mmol / g, aldehyde group amount: not detected, ISO whiteness: 84.6%) is used as the cellulose-based raw material The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
セルロース系原料として広葉樹由来の漂白済みの未叩解サルファイトパルプから製造した粉末セルロース(日本製紙ケミカル株式会社製、粒径75μm、カルボキシル基量:0.05mmol/g、アルデヒド基量:0.03mmol/g、ISO白色度:91.6%)を用いた以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 3]
Powdered cellulose produced from bleached unbeaten sulfite pulp derived from hardwood as a cellulose-based raw material (manufactured by Nippon Paper Chemical Co., Ltd., particle size 75 μm, carboxyl group amount: 0.05 mmol / g, aldehyde group amount: 0.03 mmol / g, ISO whiteness: 91.6%) was used in the same manner as in Example 1 to carry out the oxidation reaction. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
次亜塩素酸ナトリウムの酸化をpH11、亜塩素酸ナトリウムの酸化をpH6で行なった以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 4]
The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that sodium hypochlorite was oxidized at pH 11 and sodium chlorite was oxidized at pH 6. The results are shown in Table 1.

[実施例5]
次亜塩素酸ナトリウムの酸化をpH8、亜塩素酸ナトリウムの酸化をpH4で行なった以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 5]
The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that sodium hypochlorite was oxidized at pH 8 and sodium chlorite was oxidized at pH 4. The results are shown in Table 1.

[実施例6]
次亜塩素酸ナトリウムの酸化を30分行った以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 6]
The oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that sodium hypochlorite was oxidized for 30 minutes. The results are shown in Table 1.

[実施例7]
次亜塩素酸ナトリウムの酸化を1時間行った以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 7]
The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that sodium hypochlorite was oxidized for 1 hour. The results are shown in Table 1.

[実施例8]
亜塩素酸ナトリウムの酸化を1時間行なった以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 8]
The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that sodium chlorite was oxidized for 1 hour. The results are shown in Table 1.

[実施例9]
次亜塩素酸ナトリウムの酸化を30分、亜塩素酸ナトリウムの酸化を1時間行なった以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Example 9]
The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that sodium hypochlorite was oxidized for 30 minutes and sodium chlorite was oxidized for 1 hour. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
亜塩素酸ナトリウムによる酸化工程を省いた以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
The oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the oxidation step with sodium chlorite was omitted. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
次亜塩素酸ナトリウムによる酸化工程を省いた以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the oxidation step with sodium hypochlorite was omitted. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加する際に同時に亜塩素酸ナトリウムを添加し、0.5N水酸化ナトリウム水溶液でpHを10に調整しながら、5時間反応させた以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
When adding sodium hypochlorite aqueous solution, sodium chlorite was added at the same time, and the reaction was carried out for 5 hours while adjusting the pH to 10 with 0.5N sodium hydroxide aqueous solution. The oxidation reaction was performed. The results are shown in Table 1.

[比較例4]
亜塩素酸ナトリウムの酸化をpH3で行なった以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 4]
The oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that sodium chlorite was oxidized at pH 3. The results are shown in Table 1.

[比較例5]
次亜塩素酸ナトリウムの酸化をpH12で行なった以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 5]
The oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that sodium hypochlorite was oxidized at pH 12. The results are shown in Table 1.

[比較例6]
次亜塩素酸ナトリウムによる酸化後に、酸化パルプをろ別・洗浄した以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 6]
The oxidation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the oxidized pulp was filtered and washed after oxidation with sodium hypochlorite. The results are shown in Table 1.

[比較例7]
次亜塩素酸ナトリウムの酸化を15分行った以外は、実施例1と同様にして酸化反応を行なった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 7]
The oxidation reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that sodium hypochlorite was oxidized for 15 minutes. The results are shown in Table 1.

Figure 2011074301
Figure 2011074301

[実施例10]
実施例1により製造した酸化パルプを、周速37m/sの回転刃ミキサー(株式会社日本精機製作所)を用いて30分間処理して、透明なゲル状のセルロースナノファイバー分散液を得た。処理に要した消費電力を(処理時における電力:kW)×(処理時間:hr)÷(処理したサンプル量:kg)により求めた。また、0.1%(w/v)のセルロースナノファイバー分散液の透明度(660nm光の透過率)をUV−VIS分光光度計UV−265FS(株式会社島津製作所)を用いて測定した。また、0.3%(w/v)のセルロースナノファイバー分散液のB型粘度(60rpm、20℃)を、TV−10型粘度計(東機産業株式会社)を用いて測定した。結果を表2に示す。
[Example 10]
The oxidized pulp produced in Example 1 was treated for 30 minutes using a rotary blade mixer (Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.) with a peripheral speed of 37 m / s to obtain a transparent gel-like cellulose nanofiber dispersion. The power consumption required for the treatment was determined by (power during treatment: kW) × (treatment time: hr) ÷ (amount of treated sample: kg). Moreover, the transparency (660 nm light transmittance) of a 0.1% (w / v) cellulose nanofiber dispersion was measured using a UV-VIS spectrophotometer UV-265FS (Shimadzu Corporation). Further, the B type viscosity (60 rpm, 20 ° C.) of the 0.3% (w / v) cellulose nanofiber dispersion was measured using a TV-10 type viscometer (Toki Sangyo Co., Ltd.). The results are shown in Table 2.

[実施例11]
実施例6により製造した酸化パルプを用いた以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Example 11]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the oxidized pulp produced in Example 6 was used. The results are shown in Table 2.

[比較例8]
比較例1により製造した酸化パルプを用いた以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Comparative Example 8]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the oxidized pulp produced in Comparative Example 1 was used. The results are shown in Table 2.

[比較例9]
比較例2により製造した酸化パルプを用いた以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Comparative Example 9]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the oxidized pulp produced in Comparative Example 2 was used. The results are shown in Table 2.

[比較例10]
比較例3により製造した酸化パルプを用いた以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Comparative Example 10]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the oxidized pulp produced in Comparative Example 3 was used. The results are shown in Table 2.

[比較例11]
比較例7により製造した酸化パルプを用いた以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Comparative Example 11]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the oxidized pulp produced in Comparative Example 7 was used. The results are shown in Table 2.

[実施例12]
回転刃ミキサーによる処理の代わりに、超高圧ホモジナイザー(アドバンスト・ナノ・テクノロジィ株式会社)を用いて、圧力140MPaで10回処理した以外は実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Example 12]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the treatment was performed 10 times at a pressure of 140 MPa using an ultrahigh pressure homogenizer (Advanced Nano Technology Co., Ltd.) instead of the treatment with a rotary blade mixer. The results are shown in Table 2.

[実施例13]
実施例3により製造した酸化パルプを用いた以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Example 13]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the oxidized pulp produced in Example 3 was used. The results are shown in Table 2.

[実施例14]
超高圧ホモジナイザーの処理圧を50MPaとした以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Example 14]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10, except that the treatment pressure of the ultrahigh pressure homogenizer was 50 MPa. The results are shown in Table 2.

[実施例15]
超高圧ホモジナイザーの処理圧を30MPaとした以外は、実施例10と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Example 15]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the treatment pressure of the ultrahigh pressure homogenizer was changed to 30 MPa. The results are shown in Table 2.

[比較例12]
比較例7により製造した酸化パルプを用いた以外は、実施例12と同様にしてセルロースナノファイバー分散液を得た。結果を表2に示す。
[Comparative Example 12]
A cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 12 except that the oxidized pulp produced in Comparative Example 7 was used. The results are shown in Table 2.

Figure 2011074301
Figure 2011074301

本発明の方法(実施例10〜15)により、透明度が高く、かつ流動性の良好なセルロースナノファイバー分散液を、比較的低い消費電力で製造することができた。比較例9では、導入されたカルボキシル基が非常に少なく、分散がほとんど進まなかったため、分散液の透明度がきわめて低かった。なお、比較例9において粘度が著しく低いのは、酸化パルプがほとんど分散していないためである。比較例11においても、導入されたカルボキシル基が少なかったため、酸化パルプの一部が分散されたにすぎず、分散液の透明度が低下し、粘度も見かけ上低くなった。   By the method of the present invention (Examples 10 to 15), a cellulose nanofiber dispersion liquid having high transparency and good fluidity could be produced with relatively low power consumption. In Comparative Example 9, since the introduced carboxyl groups were very few and the dispersion hardly proceeded, the transparency of the dispersion was very low. In Comparative Example 9, the viscosity is remarkably low because the oxidized pulp is hardly dispersed. Also in Comparative Example 11, since the introduced carboxyl groups were few, only a part of the oxidized pulp was dispersed, the transparency of the dispersion was lowered, and the viscosity was also apparently lowered.

Claims (6)

(A)(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、pH8〜11の条件下で次亜ハロゲン酸塩を用いてセルロース系原料を酸化し、セルロース系原料の絶乾質量に対して1.0mmol/g以上のカルボキシル基を導入すること
(B)前記(A)からのセルロース系原料を、ろ別・洗浄することなく、pH4〜6の条件下で亜ハロゲン酸塩を用いて酸化すること、
を含む、セルロース系原料の酸化方法。
A hypohalite is used under the conditions of pH 8-11 in the presence of (A) (1) N-oxyl compound, and (2) a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. The cellulosic raw material is oxidized to introduce 1.0 mmol / g or more carboxyl groups with respect to the absolute dry mass of the cellulosic raw material. (B) The cellulosic raw material from (A) is filtered and washed. Without oxidizing with halite under conditions of pH 4-6,
A method for oxidizing a cellulosic material, comprising:
セルロース系原料が、漂白済みクラフトパルプ、漂白済みサルファイトパルプ、または粉末セルロースである、請求項1に記載のセルロース系原料の酸化方法。   The method for oxidizing a cellulosic material according to claim 1, wherein the cellulosic material is bleached kraft pulp, bleached sulfite pulp, or powdered cellulose. 請求項1又は2に記載の方法により得られる、カルボキシル基量が1.1mmol/g以上、アルデヒド基量が0.05mmol/g以下の酸化セルロース系原料。   An oxidized cellulose-based material having a carboxyl group content of 1.1 mmol / g or more and an aldehyde group content of 0.05 mmol / g or less, obtained by the method according to claim 1 or 2. (A)(1)N−オキシル化合物、及び(2)臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で、pH8〜11の条件下で次亜ハロゲン酸塩を用いてセルロース系原料を酸化し、セルロース系原料の絶乾質量に対して1.0mmol/g以上のカルボキシル基を導入すること
(B)前記(A)からのセルロース系原料を、ろ別・洗浄することなく、pH4〜6の条件下で亜ハロゲン酸塩を用いて酸化すること、
を含む、セルロース系原料の酸化方法により得られた酸化されたセルロース系原料を、解繊・分散処理することによりナノファイバー化することを含む、セルロースナノファイバーの製造方法。
A hypohalite is used under the conditions of pH 8-11 in the presence of (A) (1) N-oxyl compound, and (2) a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. The cellulosic raw material is oxidized to introduce 1.0 mmol / g or more carboxyl groups with respect to the absolute dry mass of the cellulosic raw material. (B) The cellulosic raw material from (A) is filtered and washed. Without oxidizing with halite under conditions of pH 4-6,
A method for producing cellulose nanofibers, comprising: converting an oxidized cellulose raw material obtained by an oxidation method of a cellulose raw material into nanofibers by defibration and dispersion treatment.
セルロース系原料が、漂白済みクラフトパルプ、漂白済みサルファイトパルプ、または粉末セルロースである、請求項4に記載のセルロースナノファイバーの製造方法。   The manufacturing method of the cellulose nanofiber of Claim 4 whose cellulosic raw material is bleached kraft pulp, bleached sulfite pulp, or powdered cellulose. 請求項4に記載の方法により得られる、カルボキシル基量が1.1mmol/g以上、アルデヒド基量が0.05mmol/g以下、かつ、幅2〜5nmのセルロースナノファイバー。   A cellulose nanofiber having a carboxyl group amount of 1.1 mmol / g or more, an aldehyde group amount of 0.05 mmol / g or less, and a width of 2 to 5 nm obtained by the method according to claim 4.
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