TW202108115A - 包含羧甲基化纖維素奈米纖維及水溶性高分子之乳化劑與使用該乳化劑之乳化物的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供羧甲基纖維素奈米纖維之新用途。將羧甲基化纖維素奈米纖維、與以羧甲基化纖維素奈米纖維當作100質量份時為5~300質量份之量的水溶性高分子進行混合並乾燥而成為乳化劑。使用此乳化劑,可促進油系介質與水系介質之乳化。
Description
本發明關於以特定之混合比包含羧甲基化纖維素奈米纖維與水溶性高分子之混合物的乾燥固形物之乳化劑及使用該乳化劑之乳化物的製造方法。
羧甲基化纖維素係將羧甲基予以醚鍵結至纖維素的葡萄糖殘基中之羥基的一部分者。經羧甲基化的纖維素係在化妝品、醫藥品、食品、各種工業製品等中,被使用作為增黏劑、黏結劑、黏合劑、吸水材、保水材、乳化安定劑等之各種添加劑。經羧甲基化的纖維素係具有源自天然纖維素的緩慢生物分解性,同時為可焚化廢棄之環境友善的材料,用途係預測今後會擴大。
於羧甲基化纖維素中,若羧甲基之量增加(即羧甲基取代度增加),則羧甲基化纖維素變溶解於水中。另一方面,藉由將羧甲基取代度調整至適度的範圍,可成為即使在水中也能維持羧甲基化纖維素的纖維狀之形狀。具有纖維狀之形狀的經羧甲基化的纖維素係藉由機械地解纖,可轉換成具有奈米尺度的纖維直徑之奈米纖維(專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2014/088072號
[發明所欲解決的課題]
羧甲基化纖維素係由於其增黏性、吸水性、保水性等性質,而在飲食品、化妝品、水系塗料等各式各樣的領域中被使用作為添加劑。又,關於將羧甲基化纖維素予以奈米纖維化後的羧甲基化纖維素奈米纖維,亦期待作為各式各樣的領域之添加劑使用。本發明之目的在於提供羧甲基化纖維素的奈米纖維之新用途。
[解決課題的手段]
本發明者們專心致力地檢討,結果發現:對於羧甲基化纖維素的奈米纖維,以特定之比例混合水溶性高分子後,使其乾燥而成為乾燥固形物者,係在添加至水系介質及油系介質,以家庭用混合器程度的攪拌力(旋轉數1000~8000rpm)進行攪拌、混合時,可促進水系介質與油系介質之乳化,形成安定的(即水系介質與油系介質不易分離)乳化物。亦即發現:包含羧甲基化纖維素的奈米纖維與特定濃度的水溶性高分子之乾燥固形物係可作為乳化劑使用。又發現,使用該乳化劑,可製造乳化安定性高的乳化物之方法。
作為本發明,不受以下所限定,但可舉出以下者。
[1]一種乳化劑,其係包含羧甲基化纖維素奈米纖維與水溶性高分子的混合物之乾燥固形物之乳化劑,將羧甲基化纖維素奈米纖維當作100質量份時的水溶性高分子之量為5~300質量份。
[2]如[1]記載之乳化劑,其中羧甲基化纖維素奈米纖維之每葡萄糖單位的羧甲基取代度為0.01~0.50。
[3]如[1]或[2]記載之乳化劑,其中前述水溶性高分子係羧甲基纖維素或其鹽。
[4]一種飲食品,其含有如[1]~[3]中任一項記載之乳化劑。
[5]一種化妝品,其含有如[1]~[3]中任一項記載之乳化劑。
[6]一種塗料,其含有如[1]~[3]中任一項記載之乳化劑。
[7]一種如[1]~[3]中任一項記載之乳化劑之製造方法,其包含:
形成包含羧甲基化纖維素奈米纖維、水溶性高分子及溶劑之混合物之步驟,及
使用轉筒型乾燥裝置,將前述混合物乾燥之步驟。
[8]如[7]記載之製造方法,其中進一步包含在前述乾燥步驟之前,將前述混合物的pH調整至9~11之步驟。
[9]一種乳化物的製造方法,其包含:
將如[1]~[3]中任一項記載之乳化劑與水系介質及油系介質混合,準備前述乳化劑、水系介質及油系介質之混合物之步驟1,及
攪拌前述乳化劑、水系介質及油系介質之混合物,調製水系介質及油系介質乳化的乳化物之步驟2。
[10]如[9]記載之乳化物的製造方法,其中於前述步驟1中,包含將前述乳化劑在最初與水系介質或油系介質的任一者混合,其次,於將乳化劑在最初與水系介質混合時,添加油系介質,另一方面,於將乳化劑在最初與油系介質混合時,添加水系介質。
[11]如[10]記載之乳化物的製造方法,其中於前述步驟1中,包含將前述乳化劑在最初與油系介質混合,其次,添加水系介質。
[12]如[9]~[11]中任一項記載之乳化物的製造方法,其中於前述步驟2中,包含以旋轉數1000~8000rpm進行攪拌。
[13]如[9]~[11]中任一項記載之乳化物的製造方法,其中包含以前述步驟2所得之乳化物中的羧甲基化纖維素奈米纖維與水溶性高分子之量的合計成為0.05~1.00質量%之方式,於前述步驟1中添加前述乳化劑。
[14]如[12]記載之乳化物的製造方法,其中包含以前述步驟2所得之乳化物中的羧甲基化纖維素奈米纖維與水溶性高分子之量的合計成為0.05~1.00質量%之方式,於前述步驟1中添加前述乳化劑。
[發明的效果]
本發明之乳化劑係在與水系介質及油系介質混合並攪拌時,可與介質良好地混合,促進安定的乳化物之形成。本發明之乳化劑係可適用於需要乳化物之形成的各式各樣領域,例如雖然不受此等所限定,但可適用作為食品、化妝品、塗料等之領域中的乳化劑。
[實施發明的形態]
<羧甲基化纖維素奈米纖維>
於本發明中,羧甲基化纖維素奈米纖維(以下亦將「羧甲基化」簡稱「CM化」,將纖維素奈米纖維簡稱「CNF」)係藉由將經羧甲基化的纖維素(CM化纖維素)微細化到奈米級的纖維寬度為止而得,通常為纖維寬度約3~數百nm程度,例如4~500nm左右之微細纖維。縱橫比係沒有限定,但例如為100以上。CM化CNF的平均纖維直徑及平均纖維長度係可藉由使用原子力顯微鏡(AFM)或穿透型電子顯彬鏡(TEM),從觀察任意選出的200條纖維之結果,算出所得之纖維直徑及纖維長度的平均值而得。又,藉由將平均纖維長度除以平均纖維直徑,可算出縱橫比。CM化CNF係可藉由將機械力施加至CM化纖維素,進行微細化(解纖)而得。
CM化纖維素係具有構成纖維素的葡萄糖殘基中之羥基的一部分與羧甲基進行醚鍵結之構造者。CM化纖維素亦有採用鹽的形態之情況,本說明書中提及CM化纖維素時,亦包含CM化纖維素之鹽。作為CM化纖維素之鹽,例如可舉出CM化纖維素之鈉鹽等的金屬鹽等。
<纖維素原料>
作為用於製造成為CM化CNF之原料的CM化纖維素之纖維素原料,例如可舉出植物性材料(例如木材、竹、麻、黃麻、洋麻、農地殘留廢棄物、布、紙漿(針葉樹未漂白牛皮紙漿(NUKP)、針葉樹漂白牛皮紙漿(NBKP)、闊葉樹未漂白牛皮紙漿(LUKP)、闊葉樹漂白牛皮紙漿(LBKP)、針葉樹未漂白亞硫酸鹽紙漿(NUSP)、針葉樹漂白亞硫酸鹽紙漿(NBSP)熱磨機械紙漿(TMP)、再生紙漿、廢紙等))、動物性材料(例如海鞘類)、藻類、微生物(例如醋酸菌(Acetobacter))及以微生物產生物等為起源,彼等皆可使用。較佳為源自植物或微生物的纖維素纖維,更佳為源自植物的纖維素纖維。
<纖維素原料之CM化>
成為CM化CNF之原料的CM化纖維素係可藉由眾所周知之方法將上述之纖維素原料予以羧甲基化而得,亦可使用市售品。於任一情況中,皆纖維素之每無水葡萄糖單位的羧甲基取代度較佳為0.01~0.50。作為製作如此的CM化纖維素之方法的一例,可舉出如以下之方法。
使用纖維素原料與作為溶劑的3~20質量倍之水及/或低級醇,具體而言,水、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、三級丁醇等單獨或2種以上之混合介質。作為絲光處理劑,使用纖維素原料之每無水葡萄糖殘基有0.5~20倍莫耳的氫氧化鹼金屬,具體而言,使用氫氧化鈉、氫氧化鉀。混合纖維素原料、溶劑及絲光處理劑,以反應溫度0~70℃,較佳為10~60℃,且反應時間15分鐘~8小時,較佳為30分鐘~7小時,進行絲光處理。然後,相對於每葡萄糖殘基,添加0.05~10.0倍莫耳的羧甲基化劑,以反應溫度30~90℃,較佳為40~80℃,且反應時間30分鐘~10小時,較佳為1小時~4小時,進行醚化反應。
成為CM化CNF之原料的CM化纖維素,係即使分散於水中時也維持纖維狀的形狀之至少一部分,與後述的水溶性高分子之一種的羧甲基纖維素區別。若以電子顯微鏡觀察「羧甲基化纖維素(CM化纖維素)」之水分散液,則可觀察纖維狀之物質。另一方面,即使觀察水溶性高分子之一種的羧甲基纖維素之水分散液,也看不到纖維狀之物質。又,「羧甲基化纖維素」係在以X射線繞射測定時,可觀察纖維素I型結晶之波峰,但於水溶性高分子之羧甲基纖維素中看不到纖維素I型結晶。
<CM化纖維素之解纖>
藉由將CM化纖維素解纖,可製造CM化CNF。用於解纖之裝置係沒有特別的限定,可使用高速旋轉式、膠體研磨式、高壓式、輥磨式、超音波式等之裝置。於解纖之際,較佳為將強力的剪切力施加於CM化纖維素的分散體。為了效率特別良好的解纖,較佳為使用將50MPa以上之壓力施加於前述分散體,且可施加強力的剪切力之濕式高壓或超高壓均質機。前述壓力更佳為100MPa以上,尤佳為140MPa以上。又,於高壓均質機的解纖及分散處理之前,視需要可使用高速剪切混合器等眾所周知之混合、攪拌、乳化、分散裝置,對於前述分散體施予預備處理。
<羧甲基取代度>
CM化CNF係纖維素之每無水葡萄糖單位的羧甲基取代度較佳為0.01~0.50。若羧甲基取代度未達0.01,則在將水系介質及油系介質混合於乳化劑之際發生沈澱或凝聚等,有難以形成均勻的乳化物之情況。又,若羧甲基取代度超過0.50,則容易發生在水系介質中之溶解,無法維持纖維形態,有乳化促進效果與乳化物的安定化效果減低之可能性。羧甲基取代度之下限值更佳為0.10以上,尤佳為0.20以上。羧甲基取代度之上限值較佳為0.40以下。CM化CNF的羧甲基取代度係可藉由控制成為原料的CM化纖維素之製造時所反應的羧甲基化劑之添加量、絲光處理劑之量、水與有機溶劑之組成比率等而調整。CM化纖維素的羧甲基取代度與將其解纖而得之CM化CNF的羧甲基取代度通常相同。
本說明書中所謂無水葡萄糖單位,就是意指構成纖維素的各個無水葡萄糖(葡萄糖殘基)。又,所謂羧甲基取代度(亦稱為醚化度),就是表示於構成纖維素的葡萄糖殘基中的羥基之中,被取代成羧甲基醚基之比例(每1個葡萄糖殘基的羧甲基醚基之數)。再者,羧甲基取代度亦簡稱DS。
羧甲基取代度之測定方法係如以下:
精秤試料約2.0g,置入300mL附塞子的三角燒瓶內。添加硝酸甲醇(於甲醇1000mL中加有特級濃硝酸100mL之液)100mL,振盪3小時,將羧甲基化纖維素之鹽(CMC)轉換成H-CMC(氫型羧甲基化纖維素)。精秤1.5~2.0g的其絕乾H-CMC,置入300mL附塞子的三角燒瓶內。以80%甲醇15mL濕潤H-CMC,添加100mL的0.1N-NaOH,在室溫下振盪3小時。使用酚酞當作指示劑,以0.1N-H2
SO4
逆滴定過剩的NaOH,藉由下式算出羧甲基取代度(DS值)。
A=[(100×F’-0.1N-H2
SO4
(mL)×F)×0.1]/(H-CMC的絕乾質量(g))
羧甲基取代度=0.162×A/(1-0.058×A)
F’=0.1N-H2
SO4
的因數
F:0.1N-NaOH的因數。
<纖維素I型之結晶化度>
CM化CNF中的纖維素I型之結晶化度,從乳化促進及乳化物的安定化之觀點來看,較佳為50%以上,更佳為60%以上。CM化CNF中的纖維素I型之結晶化度係可藉由成為原料的CM化纖維素之製造時的絲光處理劑之濃度與處理時之溫度以及羧甲基化之程度而控制。於絲光處理及羧甲基化中,由於使用高濃度的鹼,因此纖維素之I型結晶容易被轉換成II型,但例如藉由調整鹼(絲光處理劑)之使用量而調整改質的程度,可維持所欲的結晶性。纖維素I型之結晶化度之上限係沒有特別的限定。但認為實際上90%左右為上限。CM化纖維素的纖維素I型之結晶化度與將其解纖而得的CM化CNF的纖維素I型之結晶化度通常相同。纖維素I型之結晶化度之測定方法係如以下:
將試料載置於玻璃槽,使用X射線繞射測定裝置(LabX XRD-6000,島津製作所製)進行測定。結晶化度之算出係使用Segal等之手法進行,將X射線繞射圖之2θ=10˚~30˚的繞射強度當作基線,從2θ=22.6˚的002面之繞射強度與2θ=18.5˚的非晶質部分之繞射強度,藉由下式算出。
Xc=(I002c-Ia)/I002c×100
Xc=纖維素的I型之結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6˚、002面的繞射強度
Ia:2θ=18.5˚、非晶質部分的繞射強度。
<水溶性高分子>
於本發明中,作為水溶性高分子,例如可舉出纖維素衍生物(羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥基丙基纖維素、乙基纖維素)、黃原膠、木葡聚糖、糊精、葡聚糖、鹿角菜膠、刺槐豆膠、褐藻酸、褐藻酸鹽、聚三葡萄糖、澱粉、團粉、葛粉、加工澱粉(陽離子化澱粉、磷酸化澱粉、磷酸交聯澱粉、磷酸單酯化磷酸交聯澱粉、羥基丙基澱粉、羥基丙基磷酸交聯澱粉、乙醯化己二酸交聯澱粉、乙醯化磷酸交聯澱粉、乙醯化氧化澱粉、辛烯基琥珀酸澱粉鈉、醋酸澱粉、氧化澱粉)、玉米澱粉、阿拉伯膠、結蘭膠、聚葡萄糖、果膠、幾丁質、水溶性幾丁質、殼聚醣、酪蛋白、白蛋白、大豆蛋白溶解物、蛋白腖、聚乙烯醇、聚丙烯醯胺、聚丙烯酸鈉、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙酸乙烯酯、聚胺基酸、聚乳酸、聚蘋果酸、聚甘油、乳膠、松香系上漿劑、石油樹脂系上漿劑、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、環氧樹脂、聚醯胺樹指、聚醯胺・聚胺樹脂、聚乙烯亞胺、聚胺、植物膠、聚環氧乙烷、親水性交聯聚合物、聚丙烯酸鹽、澱粉聚丙烯酸共聚物、羅望子膠、瓜爾膠及膠體二氧化矽或此等之2個以上的混合物。其中,纖維素衍生物係從與CM化CNF的親和性良好之點來看較宜,羧甲基纖維素及其鹽為特佳。茲認為如羧甲基纖維素及其鹽之水溶性高分子係藉由進入陰離子改性纖維素奈米纖維彼此之間,擴大CNF間之距離,而提高再分散性。又,糊精亦可較宜使用作為上述的水溶性高分子。糊精由於增黏性低、透明度高,因此具有對於CNF的黏度及透明性不易造成影響,可與CNF以任意之比例混合而使用的有利點。
作為水溶性高分子,使用羧甲基纖維素或其鹽時,較宜使用每無水葡萄糖單位的羧甲基取代度為0.55~1.60的羧甲基纖維素,更佳為0.55~1.10,尤佳為0.65~1.10。又,分子長(黏度高)者由於擴大CNF間之距離的效果高而較宜,羧甲基纖維素的1質量%水溶液在25℃、30rpm下的B型黏度較佳為3~14000mPa・s,更佳為7~14000mPa・s,尤佳為1000~8000mPa・s。
水溶性高分子與CM化CNF之混合比例,係將CM化CNF(絕乾固體成分)當作100質量份時,水溶性高分子成為5~300質量份之比例,較佳為20~300質量份。若未達5質量份,則乳化劑不充分地混合於介質中,若超過300質量份,則發生乳化性之降低等問題。水溶性高分子之比例的下限值更佳為25質量份以上。水溶性高分子之比例的上限值更佳為200質量份以下,尤佳為60質量份以下。
<乾燥固形物>
使包含CM化CNF、水溶性高分子及溶劑之混合物乾燥,製造乾燥固形物。再者,於本發明中,乾燥固形物係指絕乾(溶劑量0質量%)狀態者或溶劑量為15質量%以下的濕潤狀態者。從減低輸送所花的費用之觀點來看,溶劑量較佳為0~15質量%,更佳為0~10質量%。乾燥固形物中的溶劑量係可用以下之方法測定:
使乾燥固形物在105℃的烘箱中乾燥12小時,從乾燥前後的質量來算出乾燥固形物的溶劑量。
乾燥固形物的溶劑量(質量%)={1-(乾燥後的質量/乾燥前的質量)}×100。
乾燥前的混合物中可含有的溶劑係沒有特別的限定,但較佳為水、親水性有機溶劑、疏水性有機溶劑或此等之混合溶劑。若考慮CM化CNF的分散性,則作為溶劑,較佳為水、或水與親水性有機溶劑之混合溶劑。作為溶劑與CM化CNF之混合物,可直接使用將CM化纖維素解纖而得之CM化CNF的分散液,可對於該分散液進行乾燥或過濾處理等之前處理,使其成為經濃縮的分散液而使用。又,可於CM化纖維素的分散液或CM化CNF的分散液中添加親水性有機溶劑,或者將分散液的一部分取代成親水性有機溶劑,成為CM化CNF與包含親水性有機溶劑的溶劑之混合物。使溶劑成為水與親水性有機溶劑之混合溶劑時,相對於混合溶劑之質量,親水性有機溶劑之量較佳為10質量%以上,更佳為20質量%以上,尤佳為25質量%以上。該量之上限係沒有限定,但較佳為95質量%以下,更佳為80質量%以下。
所謂親水性有機溶劑,就是指溶解於水中的有機溶劑。作為其例,不限定於此等,但可舉出甲醇、乙醇、2-丙醇、丁醇、甘油、丙酮、甲基乙基酮、1,4-二㗁烷、N-甲基-2-吡咯啶酮、四氫呋喃、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、二甲亞碸、乙腈及此等之組合。其中,較佳為甲醇、乙醇、2-丙醇等之碳數為1~4的低級醇,從安全性及取得容易性之觀點來看,更佳為甲醇、乙醇,尤佳為乙醇。
乾燥前的CM化CNF與溶劑之混合物係更包含水溶性高分子。水溶性高分子可添加至羧甲基化之前的纖維素原料之分散液,也可添加至解纖前的CM化纖維素之分散液,亦可添加至解纖後的CM化CNF之分散液,也可將CM化CNF之分散液的溶劑之一部分取代成親水性有機溶劑後添加。
包含CM化CNF、水溶性高分子與溶劑之混合物,較佳為在乾燥前將pH調整至9~11。若將pH調整至9~11後使其乾燥,則在水系介質或油系介質中的分散性變良好。於調整pH之際,可使用氫氧化鈉等之鹼即可。
作為乾燥方法,可使用眾所周知者,例如可舉出噴霧乾燥、壓榨、風乾、熱風乾燥及真空乾燥。乾燥裝置係沒有特別的限定,可將連續式的隧道乾燥裝置、帶式乾燥裝置、縱型乾燥裝置、垂直渦輪乾燥裝置、多段圓板乾燥裝置、通氣乾燥裝置、旋轉乾燥裝置、氣流乾燥裝置、噴灑乾燥裝置、噴霧乾燥裝置、圓筒乾燥裝置、轉筒乾燥裝置、皮帶乾燥裝置、螺旋輸送乾燥裝置、附加熱管的旋轉乾燥裝置、振動輸送乾燥裝置、分批式的箱型乾燥裝置、通氣乾燥裝置、真空箱型乾燥裝置及攪拌乾燥裝置等以單獨或2個以上組合使用。
於該等之中,使用形成薄膜且進行乾燥之裝置者,由於可將熱能均勻地直接供給至被乾燥物,可更有效率地以短時間進行乾燥處理,從能量效率之點來看較宜。又,形成薄膜且進行乾燥之裝置,係從可以直接刮取薄膜等之簡便的手段立即回收乾燥物之點來看亦較宜。再者,亦發現於形成薄膜後使其乾燥時,再分散性進一步升高。作為形成薄膜且進行乾燥之裝置,例如可舉出在轉筒或皮帶上形成薄膜,使其乾燥之轉筒型乾燥裝置或皮帶型乾燥裝置。其中,較佳為連續乾燥與乾燥物之回收容易的轉筒型乾燥裝置。
所謂轉筒型乾燥裝置,就是一邊使經加熱的轉筒旋轉,一邊將CM化CNF、水溶性高分子與溶劑之混合物連續地供給至轉筒表面,進行溶劑之蒸發及濃縮,同時使CNF與水溶性高分子以薄膜狀附著於轉筒表面及乾燥,以刀子刮取在轉筒表面上所形成的乾燥物而製造乾燥固形物之裝置。於轉筒型乾燥裝置中,有使用2支轉筒的雙轉筒型或雙生(twin)轉筒型之裝置,或者使用1支轉筒的單轉筒型裝置,但皆可使用。於此等之中,較佳為可藉由調整轉筒間的間隙而調整薄膜的膜厚之雙轉筒型裝置。
乾燥的薄膜之膜厚較佳為50~1000μm,更佳為100~300μm。若為50μm以上,則乾燥後的刮取容易,又若為1000μm以下,則看到乳化時的在水系介質及油系介質中之分散性提升效果。乾燥溫度係沒有特別的限定。例如可使用200℃以下左右之溫度進行乾燥。使用形成薄膜及使其乾燥的轉筒型乾燥裝置或皮帶型乾燥裝置進行乾燥時,乾燥溫度係指轉筒或皮帶表面之溫度。
乾燥係可在常壓下進行,也可在真空或減壓下進行。其中,在真空或減壓下進行乾燥者,係可使水分之沸點降低,加速蒸發速度,加速對象物之乾燥,得到減輕對於樣品的熱影響之有利點而較宜。
在真空或減壓下進行乾燥(以下亦稱為「真空乾燥」)時,較佳為在0~50kPa之範圍中進行乾燥。低壓者由於得到可使水分在更低溫下蒸發的有利點,故較佳為50kPa以下,更佳為30kPa以下,尤佳為10kPa以下。
於乾燥之際,較佳為使前述混合物在如40~100℃之比較低的溫度下真空乾燥而得到乾燥固形物。若乾燥溫度低,則生產效率降低,因此乾燥溫度較佳為40℃以上,更佳為45℃以上,尤佳為50℃以上。又,若乾燥溫度高,則發生纖維素的著色或損傷,因此較佳為100℃以下,更佳為90℃以下,尤佳為85℃以下,尤更佳為80℃以下,也可未達80℃。
作為真空乾燥裝置,並沒有特別的限定,可將真空式箱型乾燥裝置、真空式轉筒乾燥機、真空式噴霧乾燥機、真空式皮帶乾燥機等以單獨或2個以上組合而使用。所謂真空式轉筒乾燥機,就是將經加熱的轉筒配置於真空或減壓下,一邊使轉筒旋轉,一邊將CM化CNF、水溶性高分子與溶劑之混合物連續地供給至轉筒表面,進行溶劑之蒸發及濃縮,同時使CNF與水溶性高分子以薄膜狀附著於轉筒表面及乾燥,以刀子刮取在轉筒表面上所形成的乾燥物而製造乾燥固形物之裝置。
所得之乾燥固形物係可適宜粉碎、分級等,而成為粉體狀,也可為其以外之形態。成為粉體時,中值粒徑較佳為10.0~150.0μm左右,更佳為25.0~100.0μm,尤佳為35.0~70.0μm。若中值粒徑為10.0μm以上,則不易發生粉體飛舞等問題,若為150.0μm以下,則由於適度的蓬鬆而粉體的裝填作業變容易而較宜。粉體的中值粒徑係可藉由調整粉碎、分級之條件而調整。
再者,中值粒徑係可藉由以下之程序測定:
使用甲醇作為分散介質,以散射強度0.1~20%之方式調製樣品,以雷射繞射式粒度分布測定裝置(MALVERN公司製,Mastersizer(註冊商標)3000)進行測定。
<乳化劑>
上述所得之乾燥固形物係可促進水系介質與油系介質之乳化,可適用作為乳化劑。本發明之乳化劑包含上述之CM化CNF與水溶性高分子之混合物的乾燥固形物。所謂乳化劑,就是指促進水系介質與油系介質之乳化,或具有使乳化安定化的作用之劑。劑「促進乳化」者,係指具有該劑時,與無該劑之情況相比,可以更少的能量(混合器的少旋轉數、少處理時間等)形成乳化。又,劑「使乳化安定化」者,係指具有該劑時,與無該劑之情況相比,可以將乳化物在更長期中保持而不分離成水系介質與油系介質。
乳化劑係除了上述之乾燥固形物之外,在不損害本發明的效果之範圍內,亦可包含色素、賦形劑等。
本發明之乳化劑包含CM化CNF與水溶性高分子之混合物的乾燥固形物。較佳為全體是乾燥固形物(例如經乾燥的粉體等)之形態。本發明之乳化劑係良好地混合於水系介質與油系介質之混合物中,發揮高的乳化促進效果與乳化物的安定化效果。本發明之乳化劑係可適用於飲食品、化妝品、塗料、醫藥品、飼料、造紙等之各式各樣的領域中。
本發明之乳化劑係可添加於飲食品中使用。作為飲食品,不限定於此等,但可舉出調味醬、美乃滋、泡沫乳油等。
本發明之乳化劑係可添加於化妝品中使用。作為化妝品,不限定於此等,但可舉出洗面料、洗髪料、整髪料、洗劑、乳膏、指甲油等。
本發明之乳化劑係可添加於塗料中使用。另外,進行乳化者,例如可添加於醫藥品中的軟膏、飼料(例如牛用代用乳等)等中使用。
<乳化物的製造方法>
將本發明之乳化劑與水系介質及油系介質混合,準備乳化劑、水系介質及油系介質之混合物(步驟1),藉由攪拌此混合物(步驟2),進行水系介質與油系介質之乳化,可製造乳化物。所謂水系介質,就是指水及水與以任意比例能混合的水溶性有機溶劑,其例係如「乳化劑」之欄中上述。所謂油系介質,就是指在添加水時不混合(分離)之常溫下液狀(包含黏性高但具有流動性者)之物質。油系介質係隨著乳化物之種類而不同,例如不限定於此等,但可舉出食用油、礦物油(mineral oil)、矽油、角鯊烷等。
水系介質與油系介質係各自獨立,可為1種或複數的物質之混合物。乳化對象之水系介質與油系介質之最終所得的乳化物中之混合比率係沒有特別的限定,例如水系介質:油系介質(質量比)可為1:99~99:1之範圍。
最終所得之乳化物中的CM化CNF與水溶性高分子之比例係隨著所用的水系介質或油系介質之種類、水系介質與油系介質之混合比率等而不同,並沒有特別的限定,例如相對於乳化物之質量,較佳為以CM化CNF與水溶性高分子之量的合計成為0.01~5.00質量%之方式,在步驟1中添加乳化劑。更佳為0.02~3.00質量%,尤佳為0.05~1.00質量%,尤更佳為0.10~0.50質量%。考慮按照水系介質與油系介質之種類,藉由添加如此之量的乳化劑,可形成安定的(水系介質與油系介質不易分離)乳化物。若源自乳化劑的固體成分量為0.50質量%以下,則可具有能抑制因攪拌可能產生的氣泡殘留在乳化物中之有利點。
將乳化劑混合於水系介質及油系介質時(步驟1),不是將乳化劑直接添加至油系介質與水系介質之混合物,而是首先添加油系介質或水系介質之任一者,使乳化劑與油系介質或水系介質融和後,其次與另一尚未添加的介質混合,因所得之乳化物的安定性顯著地升高而較宜。得到如此之效果的理由雖然未明,但推測是否藉由與一方的介質混合而乳化劑中的CM化CNF係某程度膨潤,成為容易分散之狀態。又,作為油系介質與水系介質之添加順序,最初將油系介質與乳化劑混合而調製混合物,其次將所得之混合物與水系介質混合之情況者,係相較於最初與水系介質混合其次與油系介質混合之情況,乳化安定化效果更提高而較宜。
於將乳化劑在最初添加至水系介質或油系介質之任一者的情況中,在添加後,較佳為使用眾所周知的混合及攪拌裝置,進行攪拌。此時的攪拌之條件係沒有特別的限定,例如只要以100~1000rpm左右,攪拌1~10分鐘左右即可。攪拌後,可添加另一方的介質。
於混合乳化劑與水系介質與油系介質後,可藉由使用眾所周知的混合、攪拌、乳化或分散裝置進行攪拌,而進行水系介質與油系介質之乳化(步驟2)。本發明之乳化劑由於在水系介質或油系介質中混合性良好,因此可不使用如高壓均質機之特殊裝置,可以家庭用的果汁機混合器程度之攪拌力形成乳化物。作為如此的混合器,例如可舉出旋轉數為1000~15000rpm,較佳為1000~12000ppm,更佳為1000~8000rpm左右的混合器。使用如此的混合器,只要攪拌1分鐘以上,較佳為2~15分鐘左右,更佳為3~10分鐘左右即可。
本發明之乳化物的製造方法係可適用於飲食品、化妝品、塗料、醫藥品、飼料、造紙等各式各樣的領域中。
本發明之乳化物的製造方法係可在飲食品之領域中使用。例如,不限定於此等,但可應用於調味醬、美乃滋、泡沫乳油等之製造。
本發明之乳化物的製造方法係可在化妝品之領域中使用。例如,不限定於此等,但可應用於洗面料、洗髪料、整髪料、洗劑、乳膏、指甲油等之製造。
本發明之乳化物的製造方法係可在塗料之領域中使用。另外,進行乳化者,例如可應用於醫藥品中的軟膏或飼料(例如牛用代用乳等)等之製造。
[實施例]
以下,舉出實施例及比較例來更具體地說明本發明,惟本發明不受此等所限定。再者,只要沒有特別預先指明,則份及%表示質量份及質量%。
(CM化CNF之製造)
於將旋轉數調節至100rpm的雙軸捏合機中,添加在水30份中溶解有異丙醇(IPA)620份與氫氧化鈉10份者,將闊葉樹紙漿(日本造紙(股)製,LBKP)以在100℃乾燥60分鐘時的乾燥質量計100份加入。在30℃下攪拌90分鐘,混合而調製絲光處理纖維素。更一邊攪拌,一邊添加IPA 15份與單氯乙酸12份,攪拌30分鐘後,升溫至70℃,使其羧甲基化反應90分鐘。
反應結束後,以醋酸中和直到成為pH7為止,以含水甲醇洗淨,進行脫液、乾燥、粉碎,得到羧甲基取代度0.18的羧甲基化纖維素。
以水將上述步驟所得之羧甲基化纖維素調整至1.0%(w/v),以超高壓均質機(20℃、150MPa)處理3次,得到羧甲基化纖維素奈米纖維分散液。所得之纖維係平均纖維直徑為5nm,縱橫比為150。
(乳化劑之製造)
使用上述所得之CM化CNF(羧甲基取代度0.18、平均纖維直徑5nm、縱橫比150),調製固體成分濃度0.7質量%之水性懸浮液,於其中相對於CM化CNF,添加40質量%(即將CM化CNF當作100質量份時羧甲基纖維素成為40質量份)的羧甲基纖維素(商品名:Sunrose(註冊商標)F350HC-4,黏度(1質量%、25℃、30rpm)約3000mPa・s,羧甲基取代度約0.92),藉由TK均質混合機(6000rpm)攪拌5分鐘,調製CM化CNF與水溶性高分子(羧甲基纖維素)與溶劑(水)之混合物。此混合物之pH為7左右。於此混合物中加入氫氧化鈉水溶液,將pH調整至9。此時的混合物之固體成分(包含CM化CNF與羧甲基纖維素)為1.4質量%。
其次,將前述混合物(固體成分1.4質量%)塗佈於轉筒乾燥機(KATSURAGI工業公司製)之轉筒表面,形成厚度100~200μm左右之薄膜,於轉筒乾燥機之轉筒表面溫度為140℃、轉筒旋轉數2rpm下乾燥,得到含水量5質量%的乾燥固形物(乳化劑)。
(實施例1)
將上述所得之乾燥固形物(乳化劑)添加至水:食用油(芥花油)=50:50(質量比)之混合物中,使得相對於水、食用油與乳化劑之合計,源自乳化劑的固體成分(包含CM化CNF與羧甲基纖維素)之比例成為0.50質量%。使用均質混合機(6000rpm),攪拌5分鐘而調製乳化物,在室溫下靜置1星期,目視確認乳化狀態,結果看不到水系介質與油系介質之分離,維持著乳化。在乳化物內看見若干氣泡。
(實施例2)
除了添加上述所得之乳化劑,使得源自乳化劑的固體成分之比例成為0.20質量%以外,與實施例1同樣地進行。即使在室溫下靜置1星期後也看不到水系介質與油系介質之分離,維持著乳化。又,在乳化物內中看不到氣泡,可抑制乳化物內的氣泡之殘留。
(比較例1)
除了代替包含CM化CNF與羧甲基纖維素之乾燥固形物,使用粉末狀纖維素KC Flock W-50GK(日本造紙公司製,中值粒徑45μm、羧甲基取代度0)以外,與實施例1同樣地,以均質混合機攪拌,但水系介質與油系介質仍然相分離,得不到安定的乳化物。
[表1]
(實施例3)
將上述所得之乾燥固形物(乳化劑)添加至50質量份的食用油(芥花油),使用攪拌器,以500rpm攪拌5分鐘而調製乳化劑與油系介質(食用油)之混合物。將所得之混合物與50質量份的水混合,使用均質分散器(3000rpm),攪拌5分鐘而調製乳化物。乳化物中的CM化CNF與水溶性高分子之量的合計為0.20質量%。將所得之乳化物在室溫下靜置1日。圖1中顯示結果。
(實施例4)
將上述所得之乾燥固形物(乳化劑)添加至50質量份的水中,使用攪拌器,以500rpm攪拌5分而調製乳化劑與水系介質(水)之混合物。將所得之混合物與50質量份的食用油(芥花油)混合,使用均質分散器(3000rpm),攪拌5分鐘而調製乳化物。乳化物中的CM化CNF與水溶性高分子之量的合計係與實施例1同樣地為0.20質量%。將所得之乳化物在室溫下靜置1日。圖1中顯示結果。
(實施例5)
將上述所得之乾燥固形物(乳化劑)添加至50質量份的食用油(芥花油)與50質量份的水之混合物中,使用均質分散器(3000rpm)攪拌5分鐘後,在室溫下靜置1日。乳化劑與食用油與水之混合物中的CM化CNF與水溶性高分子之量的合計係與實施例1同樣地為0.20質量%。圖1中顯示結果。
(實施例6)
除了將乳化物中的CM化CNF與水溶性高分子之量的合計設為0.10質量%以外,與實施例3同樣。圖2中顯示將所得之乳化物在室溫下靜置1日後的結果。
(實施例7)
除了將乳化物中的CM化CNF與水溶性高分子之量的合計設為0.10質量%以外,與實施例4同樣。圖2中顯示將所得之乳化物在室溫下靜置1日後的結果。
(實施例8)
除了將乳化劑與食用油與水之混合物中的CM化CNF與水溶性高分子之量的合計設為0.10質量%以外,與實施例5同樣。圖2中顯示在室溫下靜置1日後的結果。
實施例5係相當於將實施例1中的乳化時之攪拌速度從6000rpm變更為3000rpm者。由圖1之結果可知,相較於將乳化劑(乾燥固形物的粉末)直接添加至油系介質與水系介質之混合物的實施例5,於將乳化劑在最初與油系介質或水系介質混合而形成混合物後,將所得之混合物與另一方的介質混合之實施例3及4中,即使在室溫下靜置1日後也維持乳化,顯示高的乳化安定性。實施例6~8分別對應於實施例3~5,將實施例3~5中的乳化劑之量(0.20質量%)減少至一半(0.10質量%)。於將乳化劑在最初與油系介質混合而形成混合物,將所得之混合物與水系介質混合之實施例6中,可知儘管乳化劑之量少,卻在室溫下靜置1日後維持著乳化,顯示高的乳化安定性。另一方面,於將乳化劑在最初與水系介質混合而形成混合物,將所得之混合物與油系介質混合之實施例7中,可知由於乳化劑之量的降低,相較於實施例4,靜置1日後乳化粒子之凝聚(凝稠)係稍微進行,但大致維持著乳化。又,於不將乳化劑在最初與油系介質或水系介質混合,而直接添加至油系介質與水系介質之混合物的實施例8中,可知與實施例5同樣地,靜置1日後水系介質與油系介質係分離。根據以上,用於本發明的CM化CNF與水溶性高分子之混合物的乾燥固形物之乳化劑,係藉由在最初與油系介質或水系介質混合而形成混合物,其次,將此混合物另一方的介質混合(實施例3、4、6、7),相較於直接添加至油系介質與水系介質的混合物之情況(實施例5、8),可知能製造顯示高的乳化安定性之乳化物。又,相較於將乳化劑在最初與水系介質混合後,其次混合於油系介質中之情況(實施例7),可知將乳化劑在最初與油系介質混合後,其次混合於水系介質中者(實施例4)係得到高的乳化安定性。
乳化劑 | 乳化評價 | |||
CM化CNF的羧甲基取代度 | 添加量 (質量%) | 乳化性 | 氣泡的狀態 | |
實施例1 | 0.18 | 0.50 | 乳化性良好 | 有若干 |
實施例2 | 0.18 | 0.20 | 乳化性良好 | 無 |
比較例1 | - | 0.50 | 相分離 | 無 |
[圖1]係顯示將實施例3~5各自所製造的乳化物在室溫下靜置1日時的結果之照片。
[圖2]係顯示將實施例6~8各自所製造的乳化物在室溫下靜置1日時的結果之照片。
Claims (14)
- 一種乳化劑,其係包含羧甲基化纖維素奈米纖維與水溶性高分子的混合物之乾燥固形物之乳化劑,將羧甲基化纖維素奈米纖維當作100質量份時的水溶性高分子之量為5~300質量份。
- 如請求項1之乳化劑,其中羧甲基化纖維素奈米纖維之每葡萄糖單位的羧甲基取代度為0.01~0.50。
- 如請求項1或2之乳化劑,其中前述水溶性高分子係羧甲基纖維素或其鹽。
- 一種飲食品,其含有如請求項1~3中任一項之乳化劑。
- 一種化妝品,其含有如請求項1~3中任一項之乳化劑。
- 一種塗料,其含有如請求項1~3中任一項之乳化劑。
- 一種如請求項1~3中任一項之乳化劑的製造方法,其包含: 形成包含羧甲基化纖維素奈米纖維、水溶性高分子及溶劑之混合物之步驟,及 使用轉筒型乾燥裝置,將前述混合物乾燥之步驟。
- 如請求項7之製造方法,其中進一步包含在前述乾燥步驟之前,將前述混合物的pH調整至9~11之步驟。
- 一種乳化物的製造方法,其包含: 將如請求項1~3中任一項之乳化劑與水系介質及油系介質混合,準備前述乳化劑、水系介質及油系介質之混合物之步驟1,及 攪拌前述乳化劑、水系介質及油系介質之混合物,調製水系介質及油系介質乳化的乳化物之步驟2。
- 如請求項9之乳化物的製造方法,其中於前述步驟1中,包含將前述乳化劑在最初與水系介質或油系介質的任一者混合,其次,於將乳化劑在最初與水系介質混合時,添加油系介質,另一方面,於將乳化劑在最初與油系介質混合時,添加水系介質。
- 如請求項10之乳化物的製造方法,其中於前述步驟1中,包含將前述乳化劑在最初與油系介質混合,其次,添加水系介質。
- 如請求項9~11中任一項之乳化物的製造方法,其中於前述步驟2中,包含以旋轉數1000~8000rpm進行攪拌。
- 如請求項9~11中任一項之乳化物的製造方法,其中包含以前述步驟2所得之乳化物中的羧甲基化纖維素奈米纖維與水溶性高分子之量的合計成為0.05~1.00質量%之方式,於前述步驟1中添加前述乳化劑。
- 如請求項12之乳化物的製造方法,其中包含以前述步驟2所得之乳化物中的羧甲基化纖維素奈米纖維與水溶性高分子之量的合計成為0.05~1.00質量%之方式,於前述步驟1中添加前述乳化劑。
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