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JP6776111B2 - Cellulose nanofiber manufacturing equipment and cellulose nanofiber manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、セルロースナノファイバーの製造装置及びセルロースナノファイバーの製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing cellulose nanofibers and a method for producing cellulose nanofibers.

近年、物質をナノメートルレベルまで微細化し、物質が持つ従来の性状とは異なる新たな物性を得ることを目的としたナノテクノロジーが注目されている。パルプ繊維等のセルロース系原料から製造されるセルロースナノファイバーは、強度、弾性、熱安定性等に優れているため、ろ過材、ろ過助剤、イオン交換体の基材、クロマトグラフィー分析機器の充填材、樹脂及びゴムの配合用充填剤等としての工業上の用途や、口紅、粉末化粧料、乳化化粧料等の化粧品の配合剤の用途などに用いられている。また、セルロースナノファイバーは、水系分散性に優れているため、食品、化粧品、塗料等の粘度の保持剤、食品原料生地の強化剤、水分保持剤、食品安定化剤、低カロリー添加物、乳化安定化助剤などの多くの用途における利用が期待されている。 In recent years, nanotechnology has been attracting attention for the purpose of refining substances to the nanometer level and obtaining new physical properties different from the conventional properties of substances. Cellulose nanofibers produced from cellulosic raw materials such as pulp fibers are excellent in strength, elasticity, thermal stability, etc., and therefore are filled with filter media, filter aids, ion exchanger base materials, and chromatography analysis equipment. It is used for industrial purposes such as a filler for blending materials, resins and rubbers, and as a blending agent for cosmetics such as lipsticks, powder cosmetics and emulsified cosmetics. In addition, since cellulose nanofibers have excellent water-based dispersibility, they are viscosity-retaining agents for foods, cosmetics, paints, etc., fortifiers for food raw material fabrics, water-retaining agents, food stabilizers, low-calorie additives, and emulsification. It is expected to be used in many applications such as stabilizing aids.

セルロースナノファイバーを製造する場合、水分散状態のパルプ等を機械的な処理によって解繊することが一般的である(特開2010−235679号公報参照)。 When producing cellulose nanofibers, it is common to defibrate pulp or the like in an aqueous-dispersed state by mechanical treatment (see JP-A-2010-235679).

特開2010−235679号公報JP-A-2010-235679

しかしながら、機械的処理でセルロースナノファイバーを製造する場合、パルプ等を水に分散させたスラリー中のパルプ繊維に対して複数回の機械的処理が必要となる。機械的処理を行った場合、機械的処理の回数を重ねるごとにセルロースファイバーが微細化されて、セルロースファイバーのスラリーの粘性が高くなることにより非常に流動性が悪くなる。このため、配管内でスラリーが壁面に付着しやすくなるとともに、排出後もスラリーの一部が配管の壁面に残留したままの状態になりやすく、配管の詰まりや汚染が生じやすくなるおそれがある。また、一般の溶接管においては、配管の溶接時に生じた異物が残留してスラリーに混入するおそれもある。従って、セルロースナノファイバーの生産性の向上を図るためには、配管の詰まりや汚染の発生を抑制することが求められる。 However, when cellulose nanofibers are produced by mechanical treatment, the pulp fibers in a slurry in which pulp or the like is dispersed in water need to be mechanically treated a plurality of times. When the mechanical treatment is performed, the cellulose fibers are refined as the number of mechanical treatments is repeated, and the viscosity of the cellulose fiber slurry becomes high, so that the fluidity becomes very poor. For this reason, the slurry tends to adhere to the wall surface in the pipe, and a part of the slurry tends to remain on the wall surface of the pipe even after being discharged, which may cause clogging or contamination of the pipe. Further, in a general welded pipe, foreign matter generated during welding of the pipe may remain and be mixed in the slurry. Therefore, in order to improve the productivity of cellulose nanofibers, it is required to suppress the occurrence of clogging and contamination of pipes.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、配管の詰まり及び汚染を抑制してセルロースナノファイバーを効率よく製造することができるセルロースナノファイバーの製造装置及びセルロースナノファイバーの製造方法を提供することである。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is an apparatus for producing cellulose nanofibers and a cellulose capable of efficiently producing cellulose nanofibers by suppressing clogging and contamination of pipes. It is to provide a method for producing nanofibers.

発明者らは、セルロースナノファイバーの製造において、水分散状態のパルプ等の機械的処理の回数を重ねるごとに粘性が高くなるセルロースファイバーのスラリーを流入及び流出する配管として特定の配管を用いることにより、セルロースナノファイバーの生産性の向上を図ることができることを見出し、本発明の完成に至った。 In the production of cellulose nanofibers, the inventors have used a specific pipe as a pipe for inflowing and outflowing a cellulose fiber slurry whose viscosity increases as the number of mechanical treatments of pulp or the like in an aqueous dispersion state is repeated. , It has been found that the productivity of cellulose nanofibers can be improved, and the present invention has been completed.

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、スラリー中のパルプ繊維を微細化処理するセルロースナノファイバーの製造装置であって、上記スラリー中のパルプ繊維を微細化処理する高圧ホモジナイザーと、上記高圧ホモジナイザーを用いてパルプ繊維の微細化処理が行われたスラリーが貯留されるタンクと、上記高圧ホモジナイザー及び上記タンクに連結される配管とを備え、上記配管がガスケットを装着した継手を介して接続されるサニタリー配管であるセルロースナノファイバーの製造装置である。 That is, the invention made to solve the above problems is an apparatus for producing cellulose nanofibers for refining pulp fibers in a slurry, a high-pressure homogenizer for refining pulp fibers in the slurry, and the above. A tank for storing a slurry in which pulp fibers have been refined using a high-pressure homogenizer and a pipe connected to the high-pressure homogenizer and the tank are provided, and the pipes are connected via a joint fitted with a gasket. It is a manufacturing device for cellulose nanofibers, which is a sanitary pipe.

当該セルロースナノファイバーの製造装置においては、水分散状態のパルプ等に多数回の機械的処理が必要なセルロースナノファイバーの製造において、機械的処理の回数を重ねるごとに粘性が高くなるセルロースファイバーのスラリーを流入及び流出する配管が、ガスケットを装着した継手を介して接続されるサニタリー配管である。この結果、粘性が非常に高く、流動性が低下して壁面に付着しやすい状態のセルロースファイバーのスラリーを上記配管により流入及び流出しても、上記配管が、継ぎ目のない構造を有するとともに凹凸のない内壁面を有するので、配管の詰まりが生じやすくなるおそれを改善でき、上記高粘性のスラリーを安定して移送することができる。また、溶接管のように、溶接時に生じた異物が残留してスラリーに混入するおそれを解消できる。従って、効率よくセルロースナノファイバーを製造することができる。 In the cellulose nanofiber manufacturing apparatus, in the production of cellulose nanofibers that require a large number of mechanical treatments for pulp or the like in an aqueous dispersion state, the cellulose fiber slurry becomes more viscous as the number of mechanical treatments is repeated. The pipes that flow in and out of the pipe are sanitary pipes that are connected via a joint fitted with a gasket. As a result, even if a slurry of cellulose fibers having a very high viscosity and a reduced fluidity and easily adhering to the wall surface flows in and out through the pipe, the pipe has a seamless structure and is uneven. Since it has no inner wall surface, it is possible to improve the possibility that the piping is easily clogged, and the highly viscous slurry can be stably transferred. Further, unlike a welded pipe, it is possible to eliminate the possibility that foreign matter generated during welding remains and is mixed in the slurry. Therefore, cellulose nanofibers can be efficiently produced.

上記ガスケットとしては、フッ素系樹脂を材料とすると好ましい。このようにすることで、上記ガスケットが良好な耐アルカリ性、耐熱性及び耐酸性を有するので、上記ガスケットの耐久性を向上することができる。 It is preferable that the gasket is made of a fluororesin. By doing so, since the gasket has good alkali resistance, heat resistance and acid resistance, the durability of the gasket can be improved.

上記配管内面については、例えばバフ仕上げが挙げられる。上記配管内面の表面粗度(Ra)は1.5μm以下が好ましい。上記配管内面の表面粗度(Ra)は1.3μm以下がより好ましく、1.1μm以下がさらに好ましい。このようにすることで、上記配管内でスラリーが壁面に付着し難くなるとともに、排出後もスラリーの一部が配管の壁面に残留したままの状態になり難く、配管の詰まりや汚染が生じ難くなる。 The inner surface of the pipe may be buffed, for example. The surface roughness (Ra) of the inner surface of the pipe is preferably 1.5 μm or less. The surface roughness (Ra) of the inner surface of the pipe is more preferably 1.3 μm or less, and further preferably 1.1 μm or less. By doing so, it is difficult for the slurry to adhere to the wall surface in the above pipe, and it is difficult for a part of the slurry to remain on the wall surface of the pipe even after being discharged, so that the pipe is less likely to be clogged or contaminated. Become.

当該セルロースナノファイバーの製造装置は、固形分濃度が0.1質量%以上8.0質量%以下であるスラリー中のパルプ繊維を微細化処理する。微細化処理が行われるパルプ繊維を含有するスラリーの固形分濃度を上記範囲とすることで、上記スラリーの粘性が過度に上昇することによる配管の詰まりの発生を抑制し、より効率的にセルロースナノファイバーを製造することができる。ここで、固形分濃度とは、溶媒以外の成分をいう。 The cellulose nanofiber manufacturing apparatus finely processes pulp fibers in a slurry having a solid content concentration of 0.1% by mass or more and 8.0% by mass or less. By setting the solid content concentration of the slurry containing the pulp fibers to be refined within the above range, it is possible to suppress the occurrence of clogging of the piping due to the excessive increase in the viscosity of the slurry, and to make the cellulose nanos more efficient. Fiber can be manufactured. Here, the solid content concentration means a component other than the solvent.

上記課題を解決するためになされた別の発明は、高圧ホモジナイザーを用いてスラリー中のパルプ繊維を微細化処理する工程と、上記パルプ繊維の微細化処理が行われたスラリーが、サニタリー配管によって移送される工程とを備え、上記スラリー固形分濃度が、0.1質量%以上8.0質量%以下であるセルロースナノファイバーの製造方法である。当該セルロースナノファイバー製造方法によれば、微細化処理が行われるパルプ繊維を含有するスラリーの固形分濃度を上記範囲とすることで、上記スラリーの粘性が過度に上昇することを抑制し、パルプスラリーが好適な粘度となるため、サニタリー配管によって上記スラリーを効率よく移送できるとともに、上記配管内のパルプ繊維の詰まりの発生を抑制することができる。従って、より効率的にセルロースナノファイバーを製造することができる。ここで、固形分濃度とは、溶媒以外の成分をいう。 Another invention made to solve the above problems is a step of refining the pulp fibers in the slurry using a high-pressure homogenizer, and the slurry obtained by refining the pulp fibers is transferred by a sanitary pipe. This is a method for producing cellulose nanofibers, which comprises the above-mentioned steps and has a slurry solid content concentration of 0.1% by mass or more and 8.0% by mass or less. According to the cellulose nanofiber manufacturing method, by setting the solid content concentration of the slurry containing the pulp fiber to be subjected to the micronization treatment within the above range, it is possible to suppress an excessive increase in the viscosity of the slurry, and the pulp slurry. Is suitable for the viscosity, so that the slurry can be efficiently transferred by the sanitary piping, and the occurrence of clogging of pulp fibers in the piping can be suppressed. Therefore, cellulose nanofibers can be produced more efficiently. Here, the solid content concentration means a component other than the solvent.

なお、「セルロースナノファイバー」とは、パルプ繊維を解繊して得られる微細なセルロース繊維をいい、一般的に繊維幅がナノサイズ(1nm以上1000nm以下)のセルロース微細繊維を含むセルロース繊維をいう。 The "cellulose nanofiber" refers to a fine cellulose fiber obtained by defibrating a pulp fiber, and generally refers to a cellulose fiber containing cellulose fine fiber having a fiber width of nano size (1 nm or more and 1000 nm or less). ..

本発明のセルロースナノファイバーの製造装置及びセルロースナノファイバーの製造方法によれば、配管の詰まり及び汚染の発生を抑制して効率よくセルロースナノファイバーを製造することができる。 According to the cellulose nanofiber manufacturing apparatus and the cellulose nanofiber manufacturing method of the present invention, it is possible to efficiently manufacture cellulose nanofibers by suppressing the occurrence of clogging and contamination of pipes.

本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバーの製造装置の概略図である。It is the schematic of the manufacturing apparatus of the cellulose nanofiber which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るへルール式継手の概略断面図である。It is the schematic sectional drawing of the ferrule type joint which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るネジ式継手の概略断面図である。It is the schematic sectional drawing of the screw type joint which concerns on one Embodiment of this invention. 対向衝突型高圧ホモジナイザーの部分的模式図である。It is a partial schematic diagram of the opposed collision type high pressure homogenizer.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバーの製造装置及びセルロースナノファイバーの製造方法について詳説する。 Hereinafter, the cellulose nanofiber manufacturing apparatus and the cellulose nanofiber manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[セルロースナノファイバーの製造装置]
図1のセルロースナノファイバーの製造装置1は、パルプ繊維を水に分散させた状態のスラリーにおけるパルプ繊維を微細化処理する装置である。セルロースナノファイバーの製造装置1は、スラリーが貯留されるタンク10及びタンク20と、スラリー中のパルプ繊維を微細化処理する高圧ホモジナイザー5と、タンク10の底部に連結される配管6と、タンク20の底部に連結される配管9と、高圧ホモジナイザー5に接続される配管12と、製造されたセルロースナノファイバーを図示しないコンテナ等の貯蔵タンクへ移送するためのポンプ13及び配管31を備える。また、高圧ホモジナイザー5を経由してスラリーを移送するための高圧ポンプ14と、開閉手段である三方弁15、二方弁25、二方弁27、二方弁16、三方弁17、三方弁18及び二方弁30と、配管7、配管23、配管33、配管36、配管24、配管35、配管8、配管19、配管34、配管22及び配管32とを備える。
[Cellulose nanofiber manufacturing equipment]
The cellulose nanofiber manufacturing apparatus 1 of FIG. 1 is an apparatus for refining pulp fibers in a slurry in which pulp fibers are dispersed in water. The cellulose nanofiber manufacturing apparatus 1 includes a tank 10 and a tank 20 for storing the slurry, a high-pressure homogenizer 5 for purifying the pulp fibers in the slurry, a pipe 6 connected to the bottom of the tank 10, and the tank 20. The pipe 9 is connected to the bottom of the pipe, the pipe 12 is connected to the high-pressure homogenizer 5, and the pump 13 and the pipe 31 for transferring the manufactured cellulose nanofibers to a storage tank such as a container (not shown) are provided. Further, a high-pressure pump 14 for transferring the slurry via the high-pressure homogenizer 5 and three-way valve 15, two-way valve 25, two-way valve 27, two-way valve 16, three-way valve 17, and three-way valve 18 which are opening / closing means. A two-way valve 30, a pipe 7, a pipe 23, a pipe 33, a pipe 36, a pipe 24, a pipe 35, a pipe 8, a pipe 19, a pipe 34, a pipe 22 and a pipe 32 are provided.

配管6、配管9、配管12、配管31、配管7、配管23、配管33、配管36、配管24、配管35、配管8、配管19、配管34、配管22及び配管32は、ガスケットを装着した継手を介して接続されるサニタリー配管である。上記配管が、サニタリー配管であることにより、粘性が非常に高く、流動性が低下して壁面に付着しやすい状態のセルロースファイバーのスラリーを流入及び流出しても、上記配管が、継ぎ目のない構造を有するとともに凹凸のない内壁面を有するので、配管の詰まりが生じやすくなるおそれを改善でき、上記高粘性のスラリーを安定して移送することができる。また、溶接管のように、溶接時に生じた異物が残留してスラリーに混入するおそれを解消できる。従って、効率よくセルロースナノファイバーを製造することができる。 Pipe 6, pipe 9, pipe 12, pipe 31, pipe 7, pipe 23, pipe 33, pipe 36, pipe 24, pipe 35, pipe 8, pipe 19, pipe 34, pipe 22 and pipe 32 are fitted with gaskets. It is a sanitary pipe connected via a joint. Since the pipe is a sanitary pipe, the pipe has a seamless structure even if a slurry of cellulose fibers having a very high viscosity and a low fluidity and easily adhering to the wall surface flows in and out. Since it has an inner wall surface having no unevenness, it is possible to improve the possibility that the piping is easily clogged, and the highly viscous slurry can be stably transferred. Further, unlike a welded pipe, it is possible to eliminate the possibility that foreign matter generated during welding remains and is mixed in the slurry. Therefore, cellulose nanofibers can be efficiently produced.

上記配管の材質としては、ステンレス鋼であるSUS304、SUS316L等が用いられる。また、上記配管の表面及び内面を研磨処理が施されているため、上記配管の表面及び内面に付着したスラリーを容易に洗浄することができる。 As the material of the pipe, stainless steels such as SUS304 and SUS316L are used. Further, since the surface and inner surface of the pipe are polished, the slurry adhering to the surface and inner surface of the pipe can be easily cleaned.

上記配管は、管の継手として脱着が容易なヘルール式継手又はネジ式継手が用いられる。上記配管の脱着が容易であることにより、配管自体を取り外して、効率よく配管を洗浄することができる。図2は、ヘルール式継手50の概略断面図である。図3は、ネジ式継手60の概略断面図である。図2に示すように、ヘルール式継手40は、ヘルール41、ヘルール42、クランプ44、クランプ45、ヘルールガスケット43から構成される。へルール式継手40は、内面に凹凸が形成されないので、スラリーが継手内に残留することを抑制することができる。また、図3に示すように、ネジ式継手60は、ネジスリーブ61、ネジライナー62、六角ナット63、六角ナット64、L型ガスケット65から構成される。ネジ式継手60は、繰り返しの脱着に対して耐久性に優れる。 As the pipe, a ferrule type joint or a screw type joint that can be easily attached and detached is used as the pipe joint. Since the pipe can be easily attached and detached, the pipe itself can be removed and the pipe can be efficiently cleaned. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the ferrule type joint 50. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the screw type joint 60. As shown in FIG. 2, the ferrule type joint 40 is composed of a ferrule 41, a ferrule 42, a clamp 44, a clamp 45, and a ferrule gasket 43. Since the ferrule type joint 40 does not have irregularities on the inner surface, it is possible to prevent the slurry from remaining in the joint. Further, as shown in FIG. 3, the screw type joint 60 is composed of a screw sleeve 61, a screw liner 62, a hexagon nut 63, a hexagon nut 64, and an L-shaped gasket 65. The screw type joint 60 has excellent durability against repeated attachment / detachment.

ヘルールガスケット43及びL型ガスケット65は、シール性維持のために用いる。これらのガスケット(パッキン)の材質としては、耐久性の点からフッ素系樹脂が好ましい。フッ素系樹脂としては、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、ETFE(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、ECTFE(クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体)等が挙げられるが、その中でもより耐アルカリ性、耐熱性及び耐酸性に優れるポリテトラフロロエチレンが好ましい。 The ferrule gasket 43 and the L-shaped gasket 65 are used for maintaining the sealing property. As the material of these gaskets (packing), a fluororesin is preferable from the viewpoint of durability. Examples of the fluororesin include PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer), and ETFE (tetrafluoroethylene / (Ethylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), ECTFE (chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer), etc., among which more alkali resistance, heat resistance and acid resistance Polytetrafluoroethylene having excellent properties is preferable.

上記配管6、配管9、配管12、配管31、配管7、配管23、配管33、配管36、配管24、配管35、配管8、配管19、配管34、配管22及び配管32の内径としては、35mm以上100mm以下が好ましい。上記配管の内径を上記範囲とすることで、高粘性のスラリーの圧力及び流量を適切に制御することができるとともに、パルプ繊維の詰まりの発生を抑制することができる。 The inner diameters of the above pipe 6, pipe 9, pipe 12, pipe 31, pipe 7, pipe 23, pipe 33, pipe 36, pipe 24, pipe 35, pipe 8, pipe 19, pipe 34, pipe 22 and pipe 32 are It is preferably 35 mm or more and 100 mm or less. By setting the inner diameter of the pipe within the above range, the pressure and flow rate of the highly viscous slurry can be appropriately controlled, and the occurrence of clogging of pulp fibers can be suppressed.

タンク10及びタンク20には、スラリーが貯留される。タンク10には、パルプ繊維を水に分散させた状態のスラリーなどの原料を投入するための投入口11と、投入された原料を混合する攪拌機4が設けられている。また、タンク20には、投入口21と、攪拌機39が設けられている。 The slurry is stored in the tank 10 and the tank 20. The tank 10 is provided with a charging port 11 for charging raw materials such as a slurry in which pulp fibers are dispersed in water, and a stirrer 4 for mixing the charged raw materials. Further, the tank 20 is provided with a charging port 21 and a stirrer 39.

タンク10には、スラリーを流入及び流出する配管6が底部に連結されている。配管6は配管7と接続され、配管7は、三方弁15が設置されると共に配管23と接続されている。配管23は、三方弁18及び二方弁25が設置される。配管23は、二方弁25を介して配管33と接続され、三方弁18を介して配管12及び配管24と接続されている。配管24は、三方弁18及び二方弁27が設置され、二方弁27を介して配管35と接続される。 A pipe 6 for flowing in and out of the slurry is connected to the bottom of the tank 10. The pipe 6 is connected to the pipe 7, and the pipe 7 is connected to the pipe 23 together with the installation of the three-way valve 15. A three-way valve 18 and a two-way valve 25 are installed in the pipe 23. The pipe 23 is connected to the pipe 33 via the two-way valve 25, and is connected to the pipe 12 and the pipe 24 via the three-way valve 18. A three-way valve 18 and a two-way valve 27 are installed in the pipe 24, and the pipe 24 is connected to the pipe 35 via the two-way valve 27.

配管12は、配管36と接続されると共に高圧ポンプ14及び高圧ホモジナイザー5と接続されている。また、配管12は、三方弁17を介して配管22及び配管19と接続されている。配管22は、三方弁17及び三方弁15が設置され、三方弁15を介して配管32及び配管7と接続されている。配管19は、配管8と接続されると共に、三方弁17及び二方弁16が設置され、二方弁16を介して配管34と接続されている。 The pipe 12 is connected to the pipe 36 and is also connected to the high pressure pump 14 and the high pressure homogenizer 5. Further, the pipe 12 is connected to the pipe 22 and the pipe 19 via a three-way valve 17. A three-way valve 17 and a three-way valve 15 are installed in the pipe 22, and the pipe 22 is connected to the pipe 32 and the pipe 7 via the three-way valve 15. The pipe 19 is connected to the pipe 8, and a three-way valve 17 and a two-way valve 16 are installed, and the pipe 19 is connected to the pipe 34 via the two-way valve 16.

タンク20には、スラリーを流入及び流出する配管9が底部に連結されている。配管9は、配管8と接続され、配管8は、配管19及び配管24と接続されている。 A pipe 9 for flowing in and out of the slurry is connected to the bottom of the tank 20. The pipe 9 is connected to the pipe 8, and the pipe 8 is connected to the pipe 19 and the pipe 24.

配管を流れるスラリーの流速としては、0.10m/s以上0.40m/s以下が好ましい。サニタリー配管により移送される高粘性のスラリーの流速を上記範囲とすることで、より効率的にスラリーを移送することができる。 The flow velocity of the slurry flowing through the pipe is preferably 0.10 m / s or more and 0.40 m / s or less. By setting the flow velocity of the highly viscous slurry transferred by the sanitary piping within the above range, the slurry can be transferred more efficiently.

高圧ホモジナイザーとは、例えば10MPa以上、好ましくは100MPa以上の圧力でスラリーを吐出できる能力を有するホモジナイザーをいう。パルプ繊維に対して高圧ホモジナイザー5で処理することで、パルプ繊維同士の衝突、圧力差、マイクロキャビテーションなどが作用し、解繊が効果的に生じる。これにより、微細化工程の処理回数を低減(短縮化)でき、セルロースナノファイバーの製造効率をより高めることができる。 The high-pressure homogenizer refers to a homogenizer having an ability to discharge a slurry at a pressure of, for example, 10 MPa or more, preferably 100 MPa or more. By treating the pulp fibers with the high-pressure homogenizer 5, collisions between the pulp fibers, pressure difference, microcavitation and the like act to effectively cause defibration. As a result, the number of processes in the miniaturization process can be reduced (shortened), and the production efficiency of cellulose nanofibers can be further improved.

高圧ホモジナイザー5としては、対向衝突型高圧ホモジナイザー(マイクロフルイダイザー、湿式ジェットミル)が好ましく、微細化処理において、上記スラリーを一直線上で対向衝突させることが好ましい。このようにすることで高圧ホモジナイザーから与えられるエネルギーを衝突エネルギーに最大限に変換することができ、より効率的なパルプ繊維の解繊を行うことができる。具体的には、図4において部分的に示されるように、対向衝突型高圧ホモジナイザーである高圧ホモジナイザー5においては、加圧されたスラリーS1及びスラリーS2が合流部Xで対向衝突するように上流側流路51が形成されている。スラリーS1及びスラリーS2は合流部Xで衝突し、衝突したスラリーS3は、下流側流路52から流出する。上流側流路51に対して、下流側流路52は垂直に設けられており、上流側流路51と下流側流路52とでT型の流路を形成している。このような高圧ホモジナイザー5を用いることで、高圧ホモジナイザー5から与えられるエネルギーを衝突エネルギーに最大限に変換することができ、より効率的なパルプ繊維の解繊が生じる。 As the high-pressure homogenizer 5, a counter-collision type high-pressure homogenizer (microfluidizer, wet jet mill) is preferable, and in the miniaturization treatment, the slurry is preferably collided in a straight line. By doing so, the energy given by the high-pressure homogenizer can be converted into collision energy to the maximum extent, and more efficient pulp fiber defibration can be performed. Specifically, as partially shown in FIG. 4, in the high-pressure homogenizer 5, which is a counter-collision type high-pressure homogenizer, the pressurized slurry S1 and the slurry S2 are opposed to each other at the confluence X on the upstream side. The flow path 51 is formed. The slurry S1 and the slurry S2 collide with each other at the confluence X, and the collided slurry S3 flows out from the downstream flow path 52. The downstream flow path 52 is provided perpendicular to the upstream side flow path 51, and the upstream side flow path 51 and the downstream side flow path 52 form a T-shaped flow path. By using such a high-pressure homogenizer 5, the energy given by the high-pressure homogenizer 5 can be converted to collision energy to the maximum extent, and more efficient pulp fiber defibration occurs.

高圧ホモジナイザー5には、スラリーを高圧ホモジナイザー5から流入及び流出する配管12が接続されている。タンク10及びタンク20に貯留されたスラリーは、高圧ポンプ14により高圧ホモジナイザー5に移送され、高圧ホモジナイザー5により微細化処理が行われたスラリーは、高圧ポンプ14によりタンク10又はタンク20に移送される。 A pipe 12 for flowing in and out of the slurry from the high pressure homogenizer 5 is connected to the high pressure homogenizer 5. The slurry stored in the tank 10 and the tank 20 is transferred to the high pressure homogenizer 5 by the high pressure pump 14, and the slurry refined by the high pressure homogenizer 5 is transferred to the tank 10 or the tank 20 by the high pressure pump 14. ..

当該セルロースナノファイバーの製造装置は、高圧ポンプ14の作動と、開閉手段である三方弁15、二方弁25、二方弁27、三方弁17、三方弁18、二方弁30及び二方弁16の開閉とを制御することにより、タンク10と高圧ホモジナイザー5との間及びタンク20と高圧ホモジナイザー5との間でスラリーの移送が行われる。 The cellulose nanofiber manufacturing apparatus operates the high-pressure pump 14, and is a three-way valve 15, two-way valve 25, two-way valve 27, three-way valve 17, three-way valve 18, two-way valve 30, and two-way valve, which are opening and closing means. By controlling the opening and closing of the 16th, the slurry is transferred between the tank 10 and the high pressure homogenizer 5 and between the tank 20 and the high pressure homogenizer 5.

配管36は、二方弁30が設置され、二方弁30を介して配管31と接続されている。配管31は、ポンプ13が設置され、多端部が図示しないコンテナ等の貯蔵タンクに接続されている。微細化処理が終了したセルロースナノファイバーは、ポンプ13により配管31を介してコンテナ等の貯蔵タンクへ移送される。 A two-way valve 30 is installed in the pipe 36, and the pipe 36 is connected to the pipe 31 via the two-way valve 30. A pump 13 is installed in the pipe 31, and the multi-ended portion is connected to a storage tank such as a container (not shown). The cellulose nanofibers that have been miniaturized are transferred by the pump 13 to a storage tank such as a container via the pipe 31.

当該セルロースナノファイバーの製造装置1は、「セルロースナノファイバーの製造方法」として後述する方法により使用することができる。当該セルロースナノファイバーの製造装置1によれば、粘性が非常に高く、流動性が低下して壁面に付着しやすい状態のセルロースファイバーのスラリーを上記配管により流入及び流出しても、上記配管が、凹凸のない内壁面を有するとともに、容易に分解洗浄できるので、スラリーが配管の壁面に残留したままの状態となるおそれや、配管の詰まりが生じやすくなるおそれを改善できる。また、溶接管のように、溶接時に生じた異物が残留してスラリーに混入するおそれを解消できる。従って、効率よくセルロースナノファイバーを製造することができる。従って、効率よくセルロースナノファイバーを製造することができる。 The cellulose nanofiber manufacturing apparatus 1 can be used by a method described later as a “cellulose nanofiber manufacturing method”. According to the cellulose nanofiber manufacturing apparatus 1, even if a slurry of cellulose fibers having a very high viscosity and a low fluidity and easily adhering to the wall surface is flowed in and out through the pipe, the pipe still has the effect. Since it has an inner wall surface without unevenness and can be easily disassembled and cleaned, it is possible to improve the possibility that the slurry remains on the wall surface of the pipe and the possibility that the pipe is easily clogged. Further, unlike a welded pipe, it is possible to eliminate the possibility that foreign matter generated during welding remains and is mixed in the slurry. Therefore, cellulose nanofibers can be efficiently produced. Therefore, cellulose nanofibers can be efficiently produced.

[セルロースナノファイバーの製造方法]
本発明の一実施形態に係るセルロースナノファイバーの製造方法は、上述の当該セルロースナノファイバーの製造装置1を用いてスラリー中のパルプ繊維を微細化処理する。当該セルロースナノファイバーの製造方法は、
(1)タンク10に投入されたスラリーをタンク10の底部から流出して高圧ホモジナイザー5にサニタリー配管によって移送する工程(T1)と、
(2)高圧ホモジナイザー5を用いて移送されたスラリー中のパルプ繊維を微細化処理する工程(T2)と、
(3)微細化処理が行われたスラリーを、高圧ホモジナイザー5からタンク20の底部へ移送してタンク20の底部からタンク20に流入する工程(T3)と、
(4)タンク20に流入し、貯留されたスラリーをタンク20の底部から流出して高圧ホモジナイザー5にサニタリー配管によって移送する工程(T4)と、
(5)移送されたスラリー中のパルプ繊維を高圧ホモジナイザー5により再度微細化処理する工程(T5)
とを備える。
[Manufacturing method of cellulose nanofibers]
In the method for producing cellulose nanofibers according to an embodiment of the present invention, the pulp fibers in the slurry are refined using the above-mentioned cellulose nanofiber manufacturing apparatus 1. The method for producing the cellulose nanofiber is
(1) A step (T1) of flowing out the slurry charged into the tank 10 from the bottom of the tank 10 and transferring it to the high-pressure homogenizer 5 by a sanitary pipe.
(2) A step (T2) of miniaturizing the pulp fibers in the slurry transferred using the high-pressure homogenizer 5 and
(3) A step (T3) of transferring the miniaturized slurry from the high-pressure homogenizer 5 to the bottom of the tank 20 and flowing into the tank 20 from the bottom of the tank 20.
(4) A step (T4) of flowing into the tank 20, flowing out the stored slurry from the bottom of the tank 20 and transferring it to the high-pressure homogenizer 5 by a sanitary pipe.
(5) A step of reminiaturizing the pulp fibers in the transferred slurry with the high-pressure homogenizer 5 (T5).
And.

<第1タンクから高圧ホモジナイザーにサニタリー配管によって移送する工程(T1)>
T1工程においては、タンク10に投入されたスラリーをタンク10の底部から流出して高圧ホモジナイザー5にサニタリー配管によって移送する。スラリーは、パルプを通常、水に分散させたものである。
<Step of transferring from the first tank to the high-pressure homogenizer by sanitary piping (T1)>
In the T1 step, the slurry charged in the tank 10 flows out from the bottom of the tank 10 and is transferred to the high-pressure homogenizer 5 by a sanitary pipe. Slurry is usually pulp dispersed in water.

パルプ繊維としては、例えば
広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)等の広葉樹クラフトパルプ(LKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)等の針葉樹クラフトパルプ(NKP)等の化学パルプ;
ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、晒サーモメカニカルパルプ(BTMP)等の機械パルプ;
茶古紙、クラフト封筒古紙、雑誌古紙、新聞古紙、チラシ古紙、オフィス古紙、段ボール古紙、上白古紙、ケント古紙、模造古紙、地券古紙、更紙古紙等から製造される古紙パルプ;
古紙パルプを脱墨処理した脱墨パルプ(DIP)などが挙げられる。これらは、本発明の効果を損なわない限り、単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
Examples of pulp fibers include broad-leaved kraft pulp (LKP) such as broad-leaved bleached kraft pulp (LBKP) and broad-leaved unbleached kraft pulp (LUKP), coniferous bleached kraft pulp (NBKP), coniferous unbleached kraft pulp (NUKP) and the like. Chemical pulp such as kraft pulp (NKP);
Stone Grand Pulp (SGP), Pressurized Stone Grand Pulp (PGW), Refiner Grand Pulp (RGP), Chemi Grand Pulp (CGP), Thermo Grand Pulp (TGP), Grand Pulp (GP), Thermo Mechanical Pulp (TMP), Mechanical pulp such as Chemithermo Mechanical Pulp (CTMP), Bleached Thermomechanical Pulp (BTMP);
Waste paper pulp manufactured from used tea paper, used kraft envelopes, used magazines, used newspapers, used leaflets, used office paper, used corrugated paper, used white paper, Kent used paper, imitation used paper, ground ticket used paper, used paper, etc.;
Examples thereof include deinked pulp (DIP) obtained by deinking used paper pulp. These may be used alone or in combination of a plurality of types as long as the effects of the present invention are not impaired.

上記スラリーの固形分濃度としては特に限定されないが、上記スラリーの固形分濃度の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.2質量%がより好ましい。一方、上記上限としては、8.0質量%が好ましく、7.0質量%がより好ましい。上記スラリーの固形分濃度が上記下限未満の場合、パルプ繊維が効率的に解繊されず、セルロースナノファイバーの生産効率が悪くなるおそれがある。一方、上記スラリーの固形分濃度が上記上限を超える場合、上記スラリーの粘性が過度に上昇し、配管の詰まりの発生を抑制することが困難となるおそれがある。 The solid content concentration of the slurry is not particularly limited, but the lower limit of the solid content concentration of the slurry is preferably 0.1% by mass, more preferably 0.2% by mass. On the other hand, as the upper limit, 8.0% by mass is preferable, and 7.0% by mass is more preferable. If the solid content concentration of the slurry is less than the above lower limit, the pulp fibers may not be efficiently defibrated and the production efficiency of cellulose nanofibers may deteriorate. On the other hand, when the solid content concentration of the slurry exceeds the upper limit, the viscosity of the slurry may be excessively increased, and it may be difficult to suppress the occurrence of clogging of the piping.

スラリーの中のパルプ繊維は、高圧ホモジナイザーによる微細化処理を行う前に前処理を施しておくと好ましい。前処理としては、化学的処理、粗解繊、又はその組み合わせが挙げられる。化学的処理及び粗解繊を行う場合、化学的処理と粗解繊との順番は特に限定されるものではなく、いずれの工程を先に行ってもよい。微細化処理を行う前に前処理を行うことにより、パルプ繊維が柔軟になり、予備的な解繊が効率的に生じ、微細化工程の短縮化、すなわち処理回数の低減化を図ることができる。 The pulp fibers in the slurry are preferably pretreated before being miniaturized by the high pressure homogenizer. Pretreatment includes chemical treatment, coarse defibration, or a combination thereof. When the chemical treatment and the coarse defibration are performed, the order of the chemical treatment and the coarse defibration is not particularly limited, and any step may be performed first. By performing the pretreatment before the miniaturization treatment, the pulp fibers become flexible, preliminary defibration occurs efficiently, and the miniaturization process can be shortened, that is, the number of treatments can be reduced. ..

前処理の一つである化学的処理は、上記スラリー中のパルプ繊維に対して、酸化処理、加水分解処理又はこれらの組み合わせからなる化学的処理を施す工程である。このような化学的処理を施すことにより、パルプ繊維中の化学結合の一部を分断すると共に、パルプ繊維を膨潤させることができる。 The chemical treatment, which is one of the pretreatments, is a step of subjecting the pulp fibers in the slurry to an oxidation treatment, a hydrolysis treatment, or a chemical treatment consisting of a combination thereof. By performing such a chemical treatment, a part of the chemical bond in the pulp fiber can be broken and the pulp fiber can be swollen.

化学的処理に供するパルプスラリーの温度としては、例えば40℃以上90℃以下が好ましい。なお、酵素を用いた場合の処理は、40℃以上70℃以下程度が好ましい。 The temperature of the pulp slurry to be subjected to the chemical treatment is preferably, for example, 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. When the enzyme is used, the treatment is preferably about 40 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.

酸化処理に用いられる酸化剤としては、オゾン、次亜塩素酸又はその塩、亜塩素酸又はその塩、過塩素酸又はその塩、過硫酸又はその塩、過有機酸等を挙げることができる。これらの中でも、過硫酸類(過硫酸及びその塩)が好ましい。酸化処理を行う際は、N−オキシル化合物等の酸化触媒を併用することもできる。加水分解処理に用いられる触媒としては、酸や酵素が挙げられる。酸としては、硫酸、過硫酸類、塩酸等が挙げられるが、硫酸及び過硫酸類が好ましい。酸を用いる場合の反応槽中のpHとしては、3以下が好ましく、0.5以上2以下がより好ましい。酵素としては、セルラーゼ系酵素や、ヘミセルラーゼ系酵素等を挙げることができ、セルラーゼ系酵素が好ましい。酸化処理及び加水分解処理は、複数種の処理剤を用いてもよいし、酸化処理と加水分解処理とを組み合わせてもよい。なお、過硫酸等、酸化剤としても機能する酸を用いた場合、酸化反応と加水分解反応とが共に生じる。 Examples of the oxidizing agent used in the oxidation treatment include ozone, hypochlorous acid or a salt thereof, chloric acid or a salt thereof, perchloric acid or a salt thereof, persulfate or a salt thereof, and a perorganic acid. Among these, persulfates (persulfates and salts thereof) are preferable. When performing the oxidation treatment, an oxidation catalyst such as an N-oxyl compound can also be used in combination. Examples of the catalyst used in the hydrolysis treatment include acids and enzymes. Examples of the acid include sulfuric acid, persulfuric acid, hydrochloric acid and the like, but sulfuric acid and persulfuric acid are preferable. When an acid is used, the pH in the reaction vessel is preferably 3 or less, more preferably 0.5 or more and 2 or less. Examples of the enzyme include cellulase-based enzymes and hemicellulase-based enzymes, and cellulase-based enzymes are preferable. For the oxidation treatment and the hydrolysis treatment, a plurality of kinds of treatment agents may be used, or the oxidation treatment and the hydrolysis treatment may be combined. When an acid that also functions as an oxidizing agent, such as persulfuric acid, is used, both an oxidation reaction and a hydrolysis reaction occur.

化学的処理は、公知の反応槽にスラリーを貯め、酸化剤等の処理剤を添加することによって行うことができる。上記反応槽としては、晒タワー等の製紙用タワーを用いることができる。化学的処理工程の処理(反応)時間は、スラリーの濃度や温度、処理剤の添加量等に応じて変更されるが、例えば0.5時間以上12時間以下とすることができる。 The chemical treatment can be carried out by storing the slurry in a known reaction tank and adding a treatment agent such as an oxidizing agent. As the reaction tank, a papermaking tower such as a bleaching tower can be used. The treatment (reaction) time of the chemical treatment step varies depending on the concentration and temperature of the slurry, the amount of the treatment agent added, and the like, and can be, for example, 0.5 hours or more and 12 hours or less.

化学的処理を経たスラリーは、必要に応じ中和処理、洗浄処理等が施され、配管を用いて移送されて次工程に供される。なお、酵素を用いた化学的処理の場合は、スラリーへの熱水(温水)の注入などにより、スラリー温度を上げ、酵素を失活させることにより、反応を終了させることもできる。 The slurry that has undergone the chemical treatment is subjected to a neutralization treatment, a cleaning treatment, etc., if necessary, and is transferred using a pipe to be used in the next process. In the case of chemical treatment using an enzyme, the reaction can be terminated by raising the slurry temperature by injecting hot water (warm water) into the slurry and inactivating the enzyme.

なお、化学的処理工程におけるスラリーの移送においても、スラリーが配管の壁面に残留したままの状態となるおそれや、配管の詰まりが生じやすくなるおそれを改善できる観点からサニタリー配管を用いることが好ましい。特に、酸化処理及び加水分解処理が行われる化学的処理工程においては、上記サニタリー配管のガスケットとして耐アルカリ性、耐熱性及び耐酸性に優れるポリテトラフロロエチレン製のものを用いると、上記ガスケットの耐久性を向上することができる点でより好ましい。 It should be noted that it is preferable to use the sanitary pipe from the viewpoint of improving the possibility that the slurry remains on the wall surface of the pipe and the possibility that the pipe is easily clogged even in the transfer of the slurry in the chemical treatment step. In particular, in the chemical treatment step in which the oxidation treatment and the hydrolysis treatment are performed, if a gasket made of polytetrafluoroethylene having excellent alkali resistance, heat resistance and acid resistance is used as the gasket for the sanitary pipe, the durability of the gasket is durable. It is more preferable in that it can improve.

前処理の一つである粗解繊処理工程は、スラリー中のパルプ繊維をリファイナーにより粗解繊する工程である。間隙を極小さくして負荷をかけながら叩解するリファイナーを用いた前処理により、パルプ繊維に対して剪断力が効果的に付与され、パルプ繊維に毛羽立ちが生じ、パルプ繊維が柔軟になり、予備的な解繊が生じる。リファイナーとは、パルプ繊維を叩解する装置であり、公知のものを用いることができる。リファイナーとしては、パルプ繊維に対して効率的に剪断力を付与し、予備的な解繊を進めることができること等の点から、コニカルタイプやダブルディスクリファイナー(DDR)及びシングルディスクリファイナー(SDR)が好ましい。なお、粗解繊処理工程において、リファイナーを用いると、処理後の分離や洗浄が不要となる点からも好ましい。 The crude defibration treatment step, which is one of the pretreatments, is a step of coarsely defibrating the pulp fibers in the slurry with a refiner. Pretreatment with a refiner that minimizes the gap and beats while applying a load effectively applies shearing force to the pulp fibers, causes fluffing of the pulp fibers, makes the pulp fibers flexible, and is preliminary. Debrisation occurs. The refiner is a device for beating pulp fibers, and a known device can be used. As the refiner, a conical type, a double disc refiner (DDR) and a single disc refiner (SDR) are preferable from the viewpoints that a shearing force can be efficiently applied to the pulp fibers and preliminary defibration can be promoted. .. It should be noted that the use of a refiner in the coarse defibration treatment step is also preferable from the viewpoint that separation and cleaning after the treatment become unnecessary.

前処理工程を経てタンクに投入されるパルプ繊維のファイン率の下限は、60%であり、70%が好ましく、75%がより好ましい。また、このファイン率の上限は、90%であり、85%が好ましい。このファイン率を上記下限以上とすることで、十分な前処理(解繊)が進んだパルプ繊維となり、高圧ホモジナイザーによる微細化処理において効率的に更なる微細化を行うことができる。また、ファイン率を上記下限以上とすることで、微細化処理において高圧ホモジナイザーを用いて処理した際、パルプ繊維の流路内での詰まりの発生を低減することもできる。一方、このパルプ繊維のファイン率が上記上限以下とすることで、過剰に前処理、特に粗解繊処理工程を施すことを抑制することができ、製造工程全体としての、省エネルギー化及び高効率化を図ることができ、セルロースナノファイバーの生産性を高めることができる。ここで「ファイン率」とは、繊維長が0.2mm以下、かつ繊維幅が75μm以下であるパルプ繊維の質量基準の割合をいう。このファイン率は、バルメット社製の繊維分析計「FS5」によって測定することができる。繊維分析計「FS5」は、希釈したセルロース繊維が繊維分析計内部の測定セルを通過する際の画像分析により高い精度でセルロース繊維の長さ、幅を測定できる。 The lower limit of the fine ratio of the pulp fibers charged into the tank through the pretreatment step is 60%, preferably 70%, and more preferably 75%. The upper limit of the fine ratio is 90%, preferably 85%. By setting this fine ratio to the above lower limit or more, the pulp fiber has undergone sufficient pretreatment (defibration), and further miniaturization can be efficiently performed in the miniaturization treatment by the high-pressure homogenizer. Further, by setting the fine ratio to the above lower limit or higher, it is possible to reduce the occurrence of clogging in the flow path of the pulp fiber when the pulp fiber is treated with a high-pressure homogenizer in the miniaturization treatment. On the other hand, by setting the fine ratio of the pulp fibers to the above upper limit or less, it is possible to suppress excessive pretreatment, particularly coarse defibration treatment step, and to save energy and improve efficiency in the entire manufacturing process. It is possible to increase the productivity of cellulose nanofibers. Here, the "fine ratio" refers to a mass-based ratio of pulp fibers having a fiber length of 0.2 mm or less and a fiber width of 75 μm or less. This fine ratio can be measured by a fiber analyzer "FS5" manufactured by Valmet. The fiber analyzer "FS5" can measure the length and width of the cellulose fibers with high accuracy by image analysis when the diluted cellulose fibers pass through the measurement cell inside the fiber analyzer.

なお、前処理の後に、パルプ繊維のファイン率を測定するファイン率測定工程を設けてもよい。 After the pretreatment, a fine rate measuring step for measuring the fine rate of the pulp fiber may be provided.

このファイン率は、前処理、特に粗解繊処理工程における処理量などによって調整することができる。例えば、リファイナーによる処理時間を長くすることや、リファイナーによる処理の際、ディスク(プレート)の間隔(クリアランス)を狭くする、ディスクの刃幅、溝幅、刃の高さ、刃の交差角度、ディスクのパタ−ンの組み合わせなどによって、ファイン率を高めることができる。 This fine ratio can be adjusted by the amount of treatment in the pretreatment, particularly the coarse defibration treatment step. For example, increasing the processing time by the refiner, narrowing the interval (clearance) of the discs (plates) during processing by the refiner, disc blade width, groove width, blade height, blade crossing angle, disc The fine rate can be increased by combining the patterns of.

前処理工程を経てタンク10に投入されるパルプ繊維の平均繊維長としては特に限定されないが、下限としては、0.15mmが好ましく、0.2mmがより好ましく、0.25mmがさらに好ましい。一方、この上限としては、0.5mmが好ましく、0.4mmがより好ましい。このような繊維長のパルプ繊維を微細化処理に供することで、製造工程全体としての省エネルギー化及び高効率化を図ることができ、セルロースナノファイバーの生産性を高めることができる。 The average fiber length of the pulp fibers charged into the tank 10 through the pretreatment step is not particularly limited, but the lower limit is preferably 0.15 mm, more preferably 0.2 mm, and even more preferably 0.25 mm. On the other hand, as the upper limit, 0.5 mm is preferable, and 0.4 mm is more preferable. By subjecting pulp fibers having such a fiber length to a micronization treatment, energy saving and high efficiency of the entire manufacturing process can be achieved, and the productivity of cellulose nanofibers can be increased.

作製されたスラリーは、投入口11からタンク10に投入され、必要に応じて攪拌される。サニタリー配管によって高圧ホモジナイザー5に移送するスラリーの温度は公知の方法により制御される。移送するスラリーの温度としては、例えば20℃以上70℃以下が好ましい。スラリーの温度を上記範囲とすることでスラリーの流動性が向上し、より効率よく流出入管を介して移送することができる。 The produced slurry is charged into the tank 10 from the charging port 11 and stirred as needed. The temperature of the slurry transferred to the high pressure homogenizer 5 by the sanitary piping is controlled by a known method. The temperature of the slurry to be transferred is preferably, for example, 20 ° C. or higher and 70 ° C. or lower. By setting the temperature of the slurry in the above range, the fluidity of the slurry is improved, and the slurry can be transferred via the inflow / outflow pipe more efficiently.

まず、三方弁15、二方弁25及び二方弁30を閉方向に動作すると共に、三方弁18の配管23及び配管12に接続される弁を開方向に動作する。次に、高圧ポンプ14を作動させ、スラリーをタンク10の底部から流出する。そして、配管6、配管7、配管23及び配管12を介して高圧ホモジナイザー5にスラリーを移送する。 First, the three-way valve 15, the two-way valve 25, and the two-way valve 30 are operated in the closing direction, and the valves connected to the pipes 23 and 12 of the three-way valve 18 are operated in the opening direction. Next, the high pressure pump 14 is operated to drain the slurry from the bottom of the tank 10. Then, the slurry is transferred to the high-pressure homogenizer 5 via the pipe 6, the pipe 7, the pipe 23, and the pipe 12.

<高圧ホモジナイザーにより微細化処理する工程(T2)>
T2工程は、高圧ホモジナイザー5を用いて移送されたスラリー中のパルプ繊維を微細化処理する工程である。微細化工程の機械的な処理を施す方法として、上述のように高圧ホモジナイザー5を用いる。
<Step of miniaturization processing with a high-pressure homogenizer (T2)>
The T2 step is a step of refining the pulp fibers in the slurry transferred using the high-pressure homogenizer 5. As a method of performing the mechanical processing of the miniaturization step, the high pressure homogenizer 5 is used as described above.

<高圧ホモジナイザーから移送して第2タンクに投入する工程(T3)>
T3工程では、高圧ホモジナイザー5により微細化処理が行われたスラリーを、タンク20の底部へサニタリー配管によって移送してタンク20の底部から流入する。
<Step of transferring from the high-pressure homogenizer and charging into the second tank (T3)>
In the T3 step, the slurry that has been miniaturized by the high-pressure homogenizer 5 is transferred to the bottom of the tank 20 by a sanitary pipe and flows in from the bottom of the tank 20.

まず、三方弁18、二方弁16及び二方弁27を閉方向に動作すると共に、三方弁17の配管12及び配管19に接続される弁を開方向に動作する。そして、高圧ホモジナイザー5により微細化処理が行われたスラリーを、高圧ポンプ14を用いて配管12、配管19、配管8及び配管9を介してスラリーをタンク20の底部から流入する。 First, the three-way valve 18, the two-way valve 16 and the two-way valve 27 are operated in the closing direction, and the valves connected to the pipe 12 and the pipe 19 of the three-way valve 17 are operated in the opening direction. Then, the slurry that has been miniaturized by the high-pressure homogenizer 5 is introduced from the bottom of the tank 20 through the pipe 12, the pipe 19, the pipe 8 and the pipe 9 using the high-pressure pump 14.

<第2タンクから高圧ホモジナイザーにサニタリー配管によって移送する工程(T4)>
T4工程では、タンク20に流入されたスラリーをタンク20の底部から流出して高圧ホモジナイザー5にサニタリー配管によって移送する。
<Step of transferring from the second tank to the high-pressure homogenizer by sanitary piping (T4)>
In the T4 step, the slurry flowing into the tank 20 flows out from the bottom of the tank 20 and is transferred to the high-pressure homogenizer 5 by a sanitary pipe.

まず、三方弁17、二方弁16及び二方弁27を閉方向に動作すると共に、三方弁18の配管24及び配管12に接続される弁を開方向に動作する。次に、高圧ポンプ14を作動させ、スラリーをタンク20の底部から流出する。そして、配管9、配管8、配管24及び配管12を介して高圧ホモジナイザー5にスラリーを移送する。 First, the three-way valve 17, the two-way valve 16 and the two-way valve 27 are operated in the closing direction, and the valves connected to the pipe 24 and the pipe 12 of the three-way valve 18 are operated in the opening direction. Next, the high pressure pump 14 is operated to drain the slurry from the bottom of the tank 20. Then, the slurry is transferred to the high-pressure homogenizer 5 via the pipe 9, the pipe 8, the pipe 24, and the pipe 12.

<高圧ホモジナイザーにより再度微細化処理する工程(T5)>
T5工程では、移送されたスラリー中のパルプ繊維を高圧ホモジナイザー5により再度微細化処理する。
<Step of refining again with a high-pressure homogenizer (T5)>
In the T5 step, the pulp fibers in the transferred slurry are re-miniaturized by the high-pressure homogenizer 5.

本実施形態においては、T5工程の後、三方弁18及び二方弁25を閉方向に動作し、三方弁17の配管12及び配管22に接続される弁を開方向に動作すると共に、三方弁15の配管22及び配管7に接続される弁を開方向に動作する。そして、高圧ホモジナイザー5により微細化処理が行われたスラリーを、高圧ポンプ14を用いて配管12、配管22、配管7及び配管6を介してスラリーをタンク10の底部から流入後、再度T1工程〜T5工程を繰り返してもよい。このように、1つの高圧ホモジナイザー及び2つのタンクに対して、サニタリー配管を用いてスラリーを循環させて効率よく複数回の微細化処理を行うことによりセルロースナノファイバーが製造される。 In the present embodiment, after the T5 step, the three-way valve 18 and the two-way valve 25 are operated in the closed direction, the valves connected to the pipe 12 and the pipe 22 of the three-way valve 17 are operated in the open direction, and the three-way valve is operated. The valve connected to the pipe 22 and the pipe 7 of the pipe 15 is operated in the opening direction. Then, the slurry that has been miniaturized by the high-pressure homogenizer 5 is introduced from the bottom of the tank 10 through the pipe 12, the pipe 22, the pipe 7, and the pipe 6 using the high-pressure pump 14, and then the T1 step is performed again. The T5 step may be repeated. In this way, cellulose nanofibers are produced by circulating a slurry in one high-pressure homogenizer and two tanks using a sanitary pipe and efficiently performing a plurality of miniaturization treatments.

微細化処理により得られるセルロースナノファイバーは、十分に微細化がされており、水分散状態でレーザー回折法により測定される擬似粒度分布曲線において1つのピークを有する。また、上記擬似粒度分布曲線におけるピークとなる粒径(最頻径)としては5μm以上25μm以下が好ましい。得られるセルロースナノファイバーがこのような粒度分布を有する場合、十分に微細化された良好な性能を発揮することができる。なお、「擬似粒度分布曲線」とは、粒度分布測定装置(例えば株式会社セイシン企業のレーザー回折・散乱式粒度分布測定器)を用いて測定される体積基準粒度分布を示す曲線を意味する。 The cellulose nanofibers obtained by the miniaturization treatment are sufficiently finely divided and have one peak in the pseudo particle size distribution curve measured by the laser diffraction method in the water-dispersed state. The peak particle size (mode) in the pseudo particle size distribution curve is preferably 5 μm or more and 25 μm or less. When the obtained cellulose nanofibers have such a particle size distribution, they can exhibit sufficiently finely divided and good performance. The "pseudo particle size distribution curve" means a curve showing a volume-based particle size distribution measured using a particle size distribution measuring device (for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.).

このようにして得られたセルロースナノファイバーは、ろ過材、ろ過助剤、イオン交換体の基材、クロマトグラフィー分析機器の充填材、樹脂及びゴムの配合用充填剤、化粧品配合剤、粘度保持剤、食品原料生地の強化剤、水分保持剤、食品安定化剤、低カロリー添加物、乳化安定化助剤などの用途に広く用いることができる。 The cellulose nanofibers thus obtained are filter media, filter aids, base materials for ion exchangers, fillers for chromatographic analysis equipment, fillers for blending resins and rubbers, cosmetic blenders, and viscosity preservatives. It can be widely used as a toughener for food raw material dough, a water retention agent, a food stabilizer, a low-calorie additive, an emulsion stabilization aid, and the like.

[その他の実施形態]
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Other Embodiments]
It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, but is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. To.

本発明のセルロースナノファイバーの製造装置及びセルロースナノファイバーの製造方法によれば、配管の詰まり及び汚染の発生を抑制してセルロースナノファイバーを効率よく製造することができる。 According to the cellulose nanofiber manufacturing apparatus and the cellulose nanofiber manufacturing method of the present invention, it is possible to efficiently manufacture cellulose nanofibers by suppressing the occurrence of clogging and contamination of pipes.

1 セルロースナノファイバー製造装置
4、39 攪拌機
5 高圧ホモジナイザー
6、9 配管
7、8、12、19、22、23、24、31、32、33、34、35、36 配管
10、20 タンク
11、21 投入口
13 ポンプ
14 高圧ポンプ
15、17、18 三方弁
16、25、27、30 二方弁
40 ヘルール式継手
41、42 ヘルール
43 ヘルールガスケット
44、45 クランプ
51 上流側流路
52 下流側流路
60 ネジ式継手
61 ネジスリーブ
62 ネジライナー
63、64 六角ナット
65 L型ガスケット
S1、S2、S3 スラリー
X 合流部
1 Cellulose nanofiber manufacturing equipment 4, 39 Stirrer 5 High-pressure homogenizer 6, 9 Piping 7, 8, 12, 19, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 35, 36 Piping 10, 20 Tank 11, 21 Input port 13 Pump 14 High pressure pump 15, 17, 18 Three-way valve 16, 25, 27, 30 Two-way valve 40 Ferrule type joint 41, 42 Ferrule 43 Ferrule gasket 44, 45 Clamp 51 Upstream side flow path 52 Downstream side flow path 60 Threaded Fittings 61 Threaded Sleeves 62 Threaded Liners 63, 64 Hex Nuts 65 L-shaped Gaskets S1, S2, S3 Slurry X Confluence

Claims (4)

スラリー中のパルプ繊維を微細化処理するセルロースナノファイバーの製造装置であって、
上記スラリー中のパルプ繊維を微細化処理する高圧ホモジナイザーと、
上記高圧ホモジナイザーを用いてパルプ繊維の微細化処理が行われたスラリーが貯留されるタンクと、
上記高圧ホモジナイザー及び上記タンクに連結される配管と
を備え、
上記配管がガスケットを装着した継手を介して接続されるサニタリー配管であるセルロースナノファイバーの製造装置。
A device for producing cellulose nanofibers that refines pulp fibers in a slurry.
A high-pressure homogenizer that refines the pulp fibers in the slurry,
A tank for storing the slurry that has been miniaturized with pulp fibers using the high-pressure homogenizer, and
Equipped with the high-pressure homogenizer and piping connected to the tank,
A device for manufacturing cellulose nanofibers, which is a sanitary pipe in which the pipe is connected via a joint fitted with a gasket.
上記ガスケットがフッ素系樹脂を材料とする請求項1に記載のセルロースナノファイバーの製造装置。 The apparatus for producing cellulose nanofibers according to claim 1, wherein the gasket is made of a fluororesin. 固形分濃度が0.1質量%以上8.0質量%以下であるスラリー中のパルプ繊維を微細化処理する請求項1又は請求項2に記載のセルロースナノファイバーの製造装置。 The apparatus for producing cellulose nanofibers according to claim 1 or 2, wherein the pulp fibers in the slurry having a solid content concentration of 0.1% by mass or more and 8.0% by mass or less are micronized. 高圧ホモジナイザーを用いてスラリー中のパルプ繊維を微細化処理する工程と、
上記パルプ繊維の微細化処理が行われたスラリーが、サニタリー配管によって移送される工程と
を備え、
上記スラリー固形分濃度が、0.1質量%以上8.0質量%以下であるセルロースナノファイバーの製造方法。
A process of refining pulp fibers in a slurry using a high-pressure homogenizer, and
The slurry is provided with a step of transferring the slurry obtained by refining the pulp fiber by a sanitary pipe.
A method for producing cellulose nanofibers, wherein the slurry solid content concentration is 0.1% by mass or more and 8.0% by mass or less.
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