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JP7015201B2 - Modified chitin nanofibers and their manufacturing methods - Google Patents
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JP7015201B2 - Modified chitin nanofibers and their manufacturing methods - Google Patents

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JP7015201B2 JP2018065393A JP2018065393A JP7015201B2 JP 7015201 B2 JP7015201 B2 JP 7015201B2 JP 2018065393 A JP2018065393 A JP 2018065393A JP 2018065393 A JP2018065393 A JP 2018065393A JP 7015201 B2 JP7015201 B2 JP 7015201B2
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Description

本発明は、透明フィルム原料、医療用材料、化粧品原料、樹脂強化剤などに利用できる修飾キチン系ナノファイバーおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to modified chitin-based nanofibers that can be used as a transparent film raw material, a medical material, a cosmetic raw material, a resin strengthening agent, and the like, and a method for producing the same.

キチンは、アセチルグルコサミンが直鎖状に連結した多糖類であり、カニやエビ、昆虫の外皮、担子菌(キノコ)を含む菌類の細胞壁の主成分であり、高強度、低熱膨張性、吸着性能、生体適合性等の特性を有している。そのため、キチンを解繊したナノファイバーは、透明フィルム原料、医療用材料、化粧品原料、樹脂強化剤などの用途に利用することが期待されており、キチンナノファイバーの簡便な製造方法が求められている。 Chitin is a polysaccharide in which acetylglucosamine is linearly linked, and is the main component of the cell wall of fungi including crabs, shrimp, insect hulls, and basidiomycetes (mushrooms). , Has characteristics such as biocompatibility. Therefore, nanofibers obtained by defibrating chitin are expected to be used for transparent film raw materials, medical materials, cosmetic raw materials, resin strengthening agents, etc., and a simple method for producing chitin nanofibers is required. There is.

特開2003-155349号公報(特許文献1)には、キチン・キトサン系繊維などの天然有機繊維を、メタノールやエタノールなどの膨潤媒体に対して試料濃度1~5%で剪断力を付与して解繊することにより、超微細化繊維を製造している。実施例では、天然有機繊維として、セルロース系天然繊維、キトサン、コラーゲン繊維、リサイクル回収物を超微細化している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-155349 (Patent Document 1) applies a shearing force to a swelling medium such as methanol or ethanol by applying a shearing force to a swelling medium such as chitin / chitosan fiber at a sample concentration of 1 to 5%. Ultrafine fibers are manufactured by defibrating. In the examples, as natural organic fibers, cellulosic natural fibers, chitosan, collagen fibers, and recycled products are ultrafine.

しかし、この方法では、繊維間の水素結合を十分に断ち切ることができず、均一なナノファイバーを製造できない。 However, with this method, hydrogen bonds between fibers cannot be sufficiently broken, and uniform nanofibers cannot be produced.

特許第5186694号公報(特許文献2)には、甲殻類由来のキチン含有材料を、少なくとも1回の脱蛋白工程および少なくとも1回の脱灰工程に付し、酸性試薬にて処理する工程に付し、次いで解繊工程に付すキチンナノファイバーの製造方法が開示されている。この文献には、前記解繊工程は、石臼式磨砕機および/または高圧ホモジナイザーを用いて解繊することが記載されている。 Japanese Patent No. 5186694 (Patent Document 2) describes a step of subjecting a chitin-containing material derived from shellfish to at least one deproteinization step and at least one decalcification step, and then treating the chitin-containing material with an acidic reagent. Then, a method for producing chitin nanofibers to be subjected to the defibration step is disclosed. This document describes that the defibration step is defibrated using a millstone grinder and / or a high pressure homogenizer.

しかし、この方法では、ナノファイバーを製造するために、強い機械的処理が必要である。 However, this method requires strong mechanical processing to produce nanofibers.

特開2003-155349号公報(請求項1、実施例)JP-A-2003-155349 (Claim 1, Example) 特許第5186694号公報(請求項1および3)Japanese Patent No. 5186694 (Claims 1 and 3)

従って、本発明の目的は、簡便かつ効率良く生産できるとともに、均一なナノサイズで、繊維形状の損傷が少なくてアスペクト比が大きい修飾キチン系ナノファイバーおよびその製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a modified chitin-based nanofiber having a uniform nanosize, less damage to the fiber shape, and a large aspect ratio, and a method for producing the same, which can be easily and efficiently produced.

本発明の他の目的は、強力な機械的な剪断をすることなく、省エネルギーな方法で生産できる修飾キチン系ナノファイバーおよびその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide modified chitin-based nanofibers which can be produced by an energy-saving method without strong mechanical shearing and a method for producing the same.

本発明のさらに他の目的は、有機溶媒への分散性に優れた修飾キチン系ナノファイバーおよびその製造方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a modified chitin-based nanofiber having excellent dispersibility in an organic solvent and a method for producing the same.

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、塩基または酸触媒とカルボン酸無水物とを含む反応性解繊液をキチン類に浸透させて、キチン類をエステル化して化学解繊し、特定の修飾キチン系微細繊維、すなわち均一なナノサイズで、繊維形状の損傷が少なくてアスペクト比が大きいキチン系ナノファイバーを、簡便かつ効率良く生産できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of diligent studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors infiltrate the chitins with a reactive defibrating solution containing a base or an acid catalyst and a carboxylic acid anhydride, and esterify the chitins to chemically solve them. The present invention has been completed by finding that it is possible to easily and efficiently produce a specific modified chitin-based fine fiber, that is, a chitin-based nanofiber having a uniform nanosize, less damage to the fiber shape, and a large aspect ratio.

すなわち、本発明の修飾キチン系ナノファイバーの製造方法は、塩基触媒または酸触媒を含む触媒とカルボン酸無水物とを含む反応性解繊液をキチン類に浸透させて、キチン類をエステル化して化学解繊し、修飾キチン系微細繊維を得る修飾解繊工程と、得られた修飾キチン系微細繊維に分散媒を添加して攪拌し、修飾キチン系ナノファイバーを得る攪拌工程とを含む。前記反応性解繊液は、さらにドナー数25以上の非プロトン性溶媒、例えば、アルキルスルホキシド類、アルキルアミド類およびピロリドン類からなる群より選択された少なくとも1種(特に、ジC1-2アルキルスルホキシド)を含んでいてもよい。前記カルボン酸無水物は、二塩基カルボン酸無水物、例えば、脂肪族ジカルボン酸無水物、脂環族ジカルボン酸無水物および芳香族ジカルボン酸無水物からなる群より選択された少なくとも1種(特に、炭素数4~6の飽和脂肪族ジカルボン酸無水物)であってもよい。前記触媒はアルカリ金属炭酸水素塩であってもよい。前記触媒の割合は、前記カルボン酸無水物100重量部に対して100重量部以上であってもよい。前記カルボン酸無水物の割合は、前記キチン類100重量部に対して60重量部以上であってもよい。前記攪拌工程において、前記修飾キチン系微細化繊維を液-液剪断してもよい。 That is, in the method for producing modified chitin-based nanofibers of the present invention, a reactive defibrating solution containing a catalyst containing a base catalyst or an acid catalyst and a carboxylic acid anhydride is permeated into the chitins to esterify the chitins. It includes a modified defibration step of chemically defibrating to obtain modified chitin-based fine fibers, and a stirring step of adding a dispersion medium to the obtained modified chitin-based fine fibers and stirring to obtain modified chitin-based nanofibers. The reactive defibrating solution further comprises at least one selected from the group consisting of aprotic solvents having 25 or more donors, for example, alkyl sulfoxides, alkyl amides and pyrrolidones (particularly, di-C 1-2 alkyl). It may contain sulfoxide). The carboxylic acid anhydride is at least one selected from the group consisting of dibasic carboxylic acid anhydrides, for example, aliphatic dicarboxylic acid anhydrides, alicyclic dicarboxylic acid anhydrides and aromatic dicarboxylic acid anhydrides (particularly,). It may be a saturated aliphatic dicarboxylic acid anhydride having 4 to 6 carbon atoms). The catalyst may be an alkali metal bicarbonate. The ratio of the catalyst may be 100 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the carboxylic acid anhydride. The ratio of the carboxylic acid anhydride may be 60 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the chitins. In the stirring step, the modified chitin-based finely divided fiber may be liquid-liquid sheared.

本発明には、アルカン二酸無水物で修飾され、平均繊維径が100nm以下であり、かつ平均繊維長が1μm以上である修飾キチン系ナノファイバーも含まれる。 The present invention also includes modified chitin-based nanofibers modified with alkanedioic anhydride, having an average fiber diameter of 100 nm or less and an average fiber length of 1 μm or more.

本発明では、塩基または酸触媒とカルボン酸無水物とを含む反応性解繊液をキチン類に浸透させて、キチン類をエステル化して化学解繊するため、天然由来のキチン類のミクロフィブリル構造を破壊することなく解繊できる。特に、本発明では、前記反応性解繊液の浸透に伴ってキチン類を膨潤させることができ、強力な機械的な剪断をすることなく、キチン類の解繊効率を向上できる。そのため、ナノサイズで繊維形状の損傷が少なくてアスペクト比が大きく、且つ有機溶媒への分散性が優れた修飾キチン系微細繊維を、省エネルギーな方法で簡便かつ効率良く生産できる。 In the present invention, a reactive defibrating solution containing a base or acid catalyst and a carboxylic acid anhydride is permeated into chitins to esterify the chitins for chemical defibration. Can be defibrated without destroying. In particular, in the present invention, chitins can be swelled with the permeation of the reactive defibrating solution, and the defibration efficiency of chitins can be improved without strong mechanical shearing. Therefore, modified chitin-based fine fibers having a nano-sized size, less damage to the fiber shape, a large aspect ratio, and excellent dispersibility in an organic solvent can be easily and efficiently produced by an energy-saving method.

図1は、実施例1で得られた修飾キチンナノファイバーの走査型電子顕微鏡(SEM)写真(5000倍)である。FIG. 1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph (5000x) of the modified chitin nanofibers obtained in Example 1. 図2は、実施例1で得られた修飾キチンナノファイバーのFT-IRの測定結果を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the measurement results of FT-IR of the modified chitin nanofibers obtained in Example 1. 図3は、実施例2で得られた修飾キチンナノファイバーのSEM写真(5000倍)である。FIG. 3 is an SEM photograph (5000 times) of the modified chitin nanofiber obtained in Example 2. 図4は、実施例3で得られた修飾キチンナノファイバーのSEM写真(5000倍)である。FIG. 4 is an SEM photograph (5000 times) of the modified chitin nanofiber obtained in Example 3. 図5は、実施例4で得られた修飾キチンナノファイバーのSEM写真(5000倍)である。FIG. 5 is an SEM photograph (5000 times) of the modified chitin nanofiber obtained in Example 4. 図6は、実施例5で得られた修飾キチンナノファイバーのSEM写真(5000倍)である。FIG. 6 is an SEM photograph (5000 times) of the modified chitin nanofiber obtained in Example 5. 図7は、実施例6で得られた修飾キチンナノファイバーのSEM写真(5000倍)である。FIG. 7 is an SEM photograph (5000 times) of the modified chitin nanofiber obtained in Example 6. 図8は、比較例1で得られたキチンファイバーのSEM写真(1000倍)である。FIG. 8 is an SEM photograph (1000 times) of the chitin fiber obtained in Comparative Example 1. 図9は、比較例2で得られたキチンファイバーのSEM写真(5000倍)である。FIG. 9 is an SEM photograph (5000 times) of the chitin fiber obtained in Comparative Example 2.

[修飾解繊工程]
本発明の修飾キチン系ナノファイバーの製造方法は、塩基触媒または酸触媒を含む触媒とカルボン酸無水物とを含む反応性解繊液(反応性解繊溶液または混合液)をキチン類に浸透させてキチン類をエステル化して化学解繊し、修飾キチン系微細繊維を得る修飾解繊工程を含む。本発明では、この工程によってキチン類が修飾されると同時に、解繊される理由は次のように推定できる。すなわち、前記触媒およびカルボン酸無水物(特に、さらに非プロトン性溶媒)を含む反応性解繊液は、キチン類に対する溶解性の低い溶液であり、この溶液がキチン類のミクロフィブリル間に浸透してキチン系繊維を膨潤させ、ミクロフィブリルの表面の水酸基を修飾する。さらに、この修飾によりミクロフィブリル間の水素結合が破壊され、ミクロフィブリル同士は容易に離れ、解繊される。また、前記溶液は、ミクロフィブリルの結晶ゾーン(ドメイン)に浸透しないため、得られた修飾キチン系微細繊維は、ダメージが少なく、天然のミクロフィブリルに近い構造を有している。同時に、この工程では、強力な剪断力の働きによる機械的解繊手段を用いることなく、キチン類を解繊できるため、物理的な作用によるダメージも少ない。そのため、得られた修飾キチン系微細繊維は、高い強度を保持していると推定できる。
[Modified defibration process]
In the method for producing modified chitin-based nanofibers of the present invention, a reactive defibrating solution (reactive defibrating solution or mixed solution) containing a catalyst containing a base catalyst or an acid catalyst and a carboxylic acid anhydride is impregnated into chitins. It includes a modified defibration step of esterifying chitins and chemically defibrating them to obtain modified chitin-based fine fibers. In the present invention, the reason why chitins are modified and defibrated at the same time by this step can be presumed as follows. That is, the reactive defibrating solution containing the catalyst and the carboxylic acid anhydride (particularly, further an aprotic solvent) is a solution having low solubility in chitins, and this solution permeates between the microfibrils of the chitins. It swells the chitin-based fibers and modifies the hydroxyl groups on the surface of the microfibrils. Furthermore, this modification breaks the hydrogen bonds between the microfibrils, and the microfibrils are easily separated from each other and defibrated. Further, since the solution does not penetrate into the crystal zone (domain) of the microfibril, the obtained modified chitin-based fine fiber has less damage and has a structure similar to that of a natural microfibril. At the same time, in this step, chitins can be defibrated without using mechanical defibration means by the action of a strong shearing force, so that there is little damage due to physical action. Therefore, it can be estimated that the obtained modified chitin-based fine fibers retain high strength.

(キチン類)
原料となるキチン類は、カニやエビなどの甲殻類、オキアミ、昆虫などの天然生物の殻および外皮由来のキチン(β-1,4-ポリ-N-アセチル-D-グルコサミン)またはその誘導体である。本明細書および特許請求の範囲において、キチンの誘導体とは、キチンの特性を損なわない範囲で、N-アセチル基の一部が脱アセチル化したり、ヒドロキシル基の一部がアルキル基やアシル基などにより置換した誘導体を意味する。
(Chitins)
The raw materials for chitin are crustaceans such as crabs and shrimp, shells of natural organisms such as krill and insects, and chitin (β-1,4-poly-N-acetyl-D-glucosamine) derived from the outer skin or derivatives thereof. be. In the present specification and the scope of patent claims, a chitin derivative is a derivative of chitin, such as a part of N-acetyl group being deacetylated or a part of hydroxyl group being an alkyl group or an acyl group as long as the characteristics of chitin are not impaired. Means a derivative substituted with.

キチンの結晶構造は、特に限定されず、α型、β型、γ型のいずれでもよいが、資源量が豊富であり、かつ強度も向上できる点から、α型が好ましい。 The crystal structure of chitin is not particularly limited and may be any of α-type, β-type and γ-type, but α-type is preferable because it has abundant resources and can improve strength.

キチンのN-アセチル化度(全グルコサミン単位のうち、N-アセチル化されたグルコサミン単位の割合)は、特に限定されず、通常90%以上(例えば90~100%)程度であるが、解繊性に優れる点から、高い方が好ましく、100%アセチル化されたキチンの精製は困難であり、例えば91~99.9%、好ましくは92~99%、さらに好ましくは93~98%程度である。 The degree of N-acetylation of chitin (the ratio of N-acetylated glucosamine units to the total glucosamine units) is not particularly limited and is usually about 90% or more (for example, 90 to 100%), but defibration. From the viewpoint of excellent properties, a higher value is preferable, and purification of 100% acetylated chitin is difficult, for example, 91 to 99.9%, preferably 92 to 99%, and more preferably 93 to 98%. ..

本明細書および特許請求の範囲において、キチン類のN-アセチル化度は、窒素含有量に基づいて算出できるとともに、赤外吸収スペクトル、NMRスペクトルなどにより測定できる。 Within the present specification and claims, the degree of N-acetylation of chitins can be calculated based on the nitrogen content, and can also be measured by an infrared absorption spectrum, an NMR spectrum, or the like.

キチン類の平均重合度(粘度平均重合度)は、例えば100~100000、好ましくは500~50000、さらに好ましくは1000~30000(特に2000~20000)程度である。 The average degree of polymerization (viscosity average degree of polymerization) of chitins is, for example, 100 to 100,000, preferably 500 to 50,000, and more preferably 1,000 to 30,000 (particularly 2000 to 20,000).

原料となるキチン類の形状は、特に限定されず、通常、粒状または繊維状である。キチン類の平均粒径(繊維形状などの異方形状の場合、長径と短径との平均値を粒径として算出)は、通常0.1μm以上であり、例えば1~5000μm、好ましくは3~1000μm、さらに好ましくは5~100μm(特に10~50μm)程度であってもよい。なお、本明細書および特許請求の範囲では、原料キチン類の平均粒径は、SEM写真の画像からランダムに50個の繊維を選択し、加算平均して算出してもよい。 The shape of the chitins used as a raw material is not particularly limited, and is usually granular or fibrous. The average particle size of chitins (in the case of an anisotropic shape such as a fiber shape, the average value of the major axis and the minor axis is calculated as the particle size) is usually 0.1 μm or more, for example, 1 to 5000 μm, preferably 3 to 3. It may be about 1000 μm, more preferably about 5 to 100 μm (particularly 10 to 50 μm). In the present specification and claims, the average particle size of the raw material chitins may be calculated by randomly selecting 50 fibers from the image of the SEM photograph and adding and averaging them.

キチン類と反応性解繊液との重量割合は、前者/後者=1/99~30/70程度の範囲から選択でき、例えば1.2/98.8~25/75、好ましくは1.3/98.7~20/80、さらに好ましくは1.5/98.5~10/90(特に2/98~5/95)程度である。キチン類の割合が少なすぎると、修飾キチン系微細繊維の生産量が低くなり、多すぎると、反応時間が長くなるため、いずれにしても生産性が低下する虞がある。さらに、キチン類の割合が多すぎると得られた微細繊維のサイズと修飾率の均一性が低下する虞がある。 The weight ratio of the chitins and the reactive defibrating solution can be selected from the range of the former / the latter = 1/99 to 30/70, for example, 1.2 / 98.8 to 25/75, preferably 1.3. / 98.7 to 20/80, more preferably 1.5 / 98.5 to 10/90 (particularly 2/98 to 5/95). If the proportion of chitins is too small, the production amount of modified chitin-based fine fibers will be low, and if it is too large, the reaction time will be long, and in any case, the productivity may decrease. Furthermore, if the proportion of chitins is too large, the size of the obtained fine fibers and the uniformity of the modification rate may decrease.

(カルボン酸無水物)
カルボン酸無水物(エステル化剤)には、一塩基カルボン酸(モノカルボン酸)無水物、二塩基カルボン酸(ジカルボン酸)無水物、多塩基カルボン酸無水物が含まれる。
(Carboxylic acid anhydride)
The carboxylic acid anhydride (esterifying agent) includes a monobasic carboxylic acid (monocarboxylic acid) anhydride, a dibasic carboxylic acid (dicarboxylic acid) anhydride, and a polybasic carboxylic acid anhydride.

一塩基カルボン酸無水物としては、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸、無水吉草酸、エタン酸プロピオン酸無水物などの無水飽和脂肪族モノカルボン酸;無水(メタ)アクリル酸、無水クロトン酸などの無水不飽和脂肪族モノカルボン酸;無水シクロヘキサンカルボン酸、無水テトラヒドロ安息香酸などの無水脂環族モノカルボン酸;無水安息香酸、無水4-メチル安息香酸などの無水芳香族モノカルボン酸などが挙げられる。 Examples of the monobasic carboxylic acid anhydride include anhydrous saturated aliphatic monocarboxylic acids such as anhydrous acetic acid, anhydrous propionic acid, anhydrous butyric acid, anhydrous isobutyric acid, anhydrous valeric acid, and ethanoic acid propionic anhydride; anhydrous (meth) acrylic. Anhydrous unsaturated aliphatic monocarboxylic acid such as acid and crotonic anhydride; Anhydrous alicyclic monocarboxylic acid such as cyclohexanecarboxylic acid anhydride and tetrahydrobenzoic acid anhydride; Anhydrous aromatic acid such as benzoic acid anhydride and 4-methylbenzoic acid anhydride. Examples include monocarboxylic acid.

二塩基カルボン酸無水物としては、例えば、無水コハク酸などの無水飽和脂肪族ジカルボン酸;無水マレイン酸、無水イタコン酸などの無水不飽和脂肪族ジカルボン酸;1-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などの無水脂環族ジカルボン酸;無水フタル酸、無水ナフタル酸などの無水芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。 Examples of the dibasic carboxylic acid anhydride include anhydrous saturated aliphatic dicarboxylic acid such as succinic anhydride; anhydrous unsaturated aliphatic dicarboxylic acid such as maleic anhydride and itaconic anhydride; 1-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid. Anhydrous alicyclic dicarboxylic acids such as anhydrous, hexahydroanhydride phthalic acid and methyltetrahydrohydride phthalic acid; anhydrous aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid anhydride and naphthalic acid anhydride can be mentioned.

多塩基カルボン酸無水物としては、例えば、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などの無水ポリカルボン酸などが挙げられる。 Examples of the polybasic carboxylic acid anhydride include anhydrous polycarboxylic acids such as trimellitic anhydride and pyromellitic anhydride.

これらのカルボン酸無水物は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのカルボン酸無水物のうち、修飾性および解繊性の点から、脂肪族ジカルボン酸無水物、脂環族ジカルボン酸無水物および芳香族ジカルボン酸無水物からなる群より選択された少なくとも1種の二塩基カルボン酸無水物が好ましく、炭素数4~8の飽和または不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物がさらに好ましく、無水コハク酸などの炭素数4~6の飽和脂肪族ジカルボン酸無水物(アルカン二酸無水物)が最も好ましい。炭素数が大きすぎると、ミクロフィブリル間への浸透性とキチン類の水酸基に対する反応性が低下する虞がある。 These carboxylic acid anhydrides can be used alone or in combination of two or more. Of these carboxylic acid anhydrides, at least one selected from the group consisting of aliphatic dicarboxylic acid anhydrides, alicyclic dicarboxylic acid anhydrides and aromatic dicarboxylic acid anhydrides from the viewpoint of modifying property and defibration. The dibasic carboxylic acid anhydride of is preferable, a saturated or unsaturated aliphatic dicarboxylic acid anhydride having 4 to 8 carbon atoms is more preferable, and a saturated aliphatic dicarboxylic acid anhydride (alkane) having 4 to 6 carbon atoms such as succinic anhydride is preferable. Diacid anhydride) is most preferable. If the number of carbon atoms is too large, the permeability between microfibrils and the reactivity of chitins with hydroxyl groups may decrease.

反応性解繊液中のカルボン酸無水物の濃度(重量割合)は、ミクロフィブリル間への浸透性とキチン類の水酸基に対する反応性のバランスに優れる点から、1~50重量%(例えば1.5~40重量%)程度の範囲から選択でき、例えば2~30重量%、好ましくは2.5~10重量%、さらに好ましくは3~5重量%程度である。 The concentration (weight ratio) of the carboxylic acid anhydride in the reactive defibrating solution is 1 to 50% by weight (for example, 1.) from the viewpoint of excellent balance between the permeability between microfibrils and the reactivity of chitins with hydroxyl groups. It can be selected from the range of about 5 to 40% by weight), and is, for example, 2 to 30% by weight, preferably 2.5 to 10% by weight, and more preferably about 3 to 5% by weight.

キチン類とカルボン酸無水物との割合は、ミクロフィブリル間への浸透性とキチン類の水酸基に対する反応性のバランスに優れる点から、キチン類のグルコサミンユニット(N-アセチル-D-グルコサミン単位)換算のモル比で、前者/後者=10/1~1/10程度の範囲から選択でき、例えば1/1~1/8、好ましくは1/2~1/6、さらに好ましくは1/3~1/5程度である。両者の重量割合は、例えば、キチン類/カルボン酸無水物=70/30~5/95、好ましくは60/40~10/90、さらに好ましくは50/50~30/70程度である。化学解繊性の点から、カルボン酸無水物の割合は、キチン類100重量部に対して20重量部以上(例えば20~500重量部)であってもよく、例えば50~300重量部、好ましくは80~200重量部、さらに好ましくは90~150重量部(特に100~130重量部)程度であってもよい。 The ratio of chitins and carboxylic acid anhydrides is converted into a glucosamine unit (N-acetyl-D-glucosamine unit) of chitins because it has an excellent balance between permeability between microfibrils and reactivity of chitins with hydroxyl groups. The molar ratio of the former / the latter can be selected from the range of about 10/1 to 1/10, for example, 1/1 to 1/8, preferably 1/2 to 1/6, and more preferably 1/3 to 1. It is about / 5. The weight ratio of the two is, for example, chitin / carboxylic acid anhydride = 70/30 to 5/95, preferably 60/40 to 10/90, and more preferably about 50/50 to 30/70. From the viewpoint of chemical defibration, the ratio of the carboxylic acid anhydride may be 20 parts by weight or more (for example, 20 to 500 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of the chitins, for example, 50 to 300 parts by weight, preferably 50 parts by weight. May be about 80 to 200 parts by weight, more preferably 90 to 150 parts by weight (particularly 100 to 130 parts by weight).

(触媒)
本発明では、キチン類のエステル化を促進するために、カルボン酸無水物に加えて触媒を用いる。触媒には、塩基触媒、酸触媒(プロトン酸、ルイス酸など)が含まれる。
(catalyst)
In the present invention, a catalyst is used in addition to the carboxylic acid anhydride to promote the esterification of chitins. The catalyst includes a base catalyst and an acid catalyst (protonic acid, Lewis acid, etc.).

塩基触媒としては、例えば、第三級アミン類(例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどのトリC1-4アルキルアミンなど)、複素環式アミン類(4-ジメチルアミノピリジン、モルホリン、ピペリジンなど)、第4級アンモニウム塩(例えば、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウムなどのテトラアルキルアンモニウムハライド;塩化ベンジルトリメチルアンモニウムなどのベンジルトリアルキルアンモニウムハライドなど)、アルカリ金属化合物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩;水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ金属水素化物;酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カリウム、酪酸ナトリウムなどのアルカリ金属カルボン酸塩;メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム(ホウ砂)などのアルカリ金属ホウ酸塩;リン酸三ナトリウムなどのリン酸アルカリ金属塩;リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウムなどのアルカリ金属リン酸水素塩;ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、ナトリウムt-ブトキシド、カリウムt-ブトキシドなどのアルカリ金属アルコキシドなど)、アルカリ土類金属化合物(例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物;炭酸マグネシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩;炭酸水素マグネシウムなどのアルカリ土類金属炭酸水素塩;酢酸カルシウムなどのカルボン酸アルカリ土類金属塩;カルシウムt-ブトキシドなどのアルカリ土類金属アルコキシドなど)などが挙げられる。これらの塩基触媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。 Examples of the base catalyst include tertiary amines (eg, tri-C 1-4 alkylamines such as trimethylamine and triethylamine), heterocyclic amines (4-dimethylaminopyridine, morpholin, piperidine, etc.), and fourth. Secondary ammonium salts (eg, tetraalkylammonium halides such as tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide; benzyltrialkylammonium halides such as benzyltrimethylammonium chloride, etc.), alkali metal compounds (eg, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc.) Alkaline metal hydroxides; Alkaline metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; Alkaline metal hydrogen carbonates such as sodium hydrogen carbonate and potassium hydrogen carbonate; Alkaline metal hydrides such as sodium hydride and potassium hydride; Sodium acetate, Alkali metal carboxylates such as potassium acetate, sodium propionate, potassium propionate, sodium butyrate; alkali metal borates such as sodium metaborate, sodium tetraborate (hosand); alkali phosphates such as trisodium phosphate Metal salts; Alkaline metal hydrogen phosphates such as sodium dihydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate; sodium methoxyd, potassium methoxyd, sodium ethoxydo, potassium ethoxydo, sodium t-butoxide, Alkaline metal alkoxides such as potassium t-butoxide), alkaline earth metal compounds (eg, alkaline earth metal hydroxides such as magnesium hydroxide and calcium hydroxide; alkaline earth metal carbonates such as magnesium carbonate; hydrogen carbonate Alkaline earth metal hydrogen carbonates such as magnesium; carboxylic acid alkaline earth metal salts such as calcium acetate; alkaline earth metal alkoxides such as calcium t-butoxide) and the like. These base catalysts can be used alone or in combination of two or more.

酸触媒としては、例えば、無機酸[例えば、硫酸、塩化水素(または塩酸)、硝酸、リン酸など]、有機酸[例えば、スルホン酸(メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸などのアルカンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸などのアレーンスルホン酸)など]が挙げられる。これらの酸触媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。 Examples of the acid catalyst include inorganic acids [eg, sulfuric acid, hydrogen chloride (or hydrochloric acid), nitrate, phosphoric acid, etc.] and organic acids [eg, sulfonic acids (methane sulfonic acid, ethane sulfonic acid, trifluoromethane sulfonic acid, etc.). Alcan sulfonic acid, benzene sulfonic acid, p-toluene sulfonic acid, allene sulfonic acid such as naphthalene sulfonic acid), etc.] can be mentioned. These acid catalysts can be used alone or in combination of two or more.

これらの触媒のうち、塩基触媒が好ましく、エステル化反応における触媒作用だけでなく、カルボン酸無水物のミクロフィブリル間への浸透性も促進できる点から、弱塩基性の塩基触媒(特に、弱塩基性の塩)が特に好ましい。塩基触媒であっても、強塩基性であると、エステル化剤のミクロフィブリル間への浸透の前にキチン類の表面での反応が進行し、解繊性が低下する虞がある。弱塩基性の塩基触媒は、1モル/リットルの水溶液におけるpHが7.3~10、好ましくは7.5~9.5、さらに好ましくは7.8~9(特に8~8.5)程度であってもよい。 Of these catalysts, a base catalyst is preferable, and a weakly basic base catalyst (particularly, a weak base) is preferable because it can promote not only the catalytic action in the esterification reaction but also the permeability of the carboxylic acid anhydride between microfibrils. Sexual salt) is particularly preferred. Even if it is a base catalyst, if it is strongly basic, the reaction on the surface of chitins may proceed before the esterifying agent permeates between the microfibrils, and the defibration property may decrease. The weakly basic base catalyst has a pH of 7.3 to 10, preferably 7.5 to 9.5, and more preferably 7.8 to 9 (particularly 8 to 8.5) in a 1 mol / liter aqueous solution. May be.

このような弱塩基性の塩基触媒としては、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩;酢酸ナトリウムなどのカルボン酸アルカリ金属塩;四ホウ酸ナトリウム(ホウ砂)などのアルカリ金属ホウ酸塩;リン酸三ナトリウムなどのアルカリ金属リン酸塩;リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウムなどのアルカリ金属リン酸水素塩;炭酸マグネシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩;炭酸水素マグネシウムなどのアルカリ土類金属炭酸水素塩;酢酸カルシウムなどのアルカリ土類金属カルボン酸塩などが挙げられる。これらの塩基触媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩、酢酸ナトリウムなどのアルカリ金属C1-4アルカン-モノカルボン酸塩が好ましく、アルカリ金属炭酸水素塩が特に好ましい。 As such a weakly basic base catalyst, an alkali metal carbonate such as sodium carbonate; an alkali metal hydrogen carbonate such as sodium hydrogen carbonate; a carboxylate alkali metal salt such as sodium acetate; sodium tetraborate (hosago). Alkaline metal borates such as; Alkali metal phosphates such as trisodium phosphate; Alkaline metal phosphates such as sodium dihydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate; magnesium carbonate, etc. Alkaline earth metal carbonates; alkaline earth metal hydrogen carbonates such as magnesium hydrogen carbonate; alkaline earth metal carboxylates such as calcium acetate, and the like. These base catalysts can be used alone or in combination of two or more. Of these, alkali metal bicarbonates such as sodium hydrogencarbonate, alkali metal C 1-4 alcan-monocarboxylates such as sodium acetate are preferred, and alkali metal bicarbonates are particularly preferred.

触媒の割合は、反応性解繊液全体に対して0.5~50重量%であればよく、例えば1~30重量%、好ましくは2~20重量%、さらに好ましくは3~15重量%(特に5~10重量%)程度である。触媒の割合が少なすぎると、キチン類の修飾率が低下し、キチン類を解繊する作用も低下する虞がある。一方、触媒の割合が多すぎると、修飾率が高すぎるためキチン類が分解する虞がある上に、キチン類への反応性解繊液の浸透性が低下し、キチン類を解繊する作用も低下する虞がある。 The ratio of the catalyst may be 0.5 to 50% by weight, preferably 1 to 30% by weight, preferably 2 to 20% by weight, and more preferably 3 to 15% by weight (more preferably 3 to 15% by weight) with respect to the entire reactive defibrating solution. In particular, it is about 5 to 10% by weight). If the proportion of the catalyst is too small, the modification rate of chitins may decrease, and the action of defibrating chitins may also decrease. On the other hand, if the proportion of the catalyst is too large, the modification rate is too high and the chitins may be decomposed, and the permeability of the reactive defibrating solution to the chitins is lowered, so that the chitins are defibrated. May also decrease.

触媒の割合は、カルボン酸無水物100重量部に対して50重量部以上であればよく、例えば50~1000重量部程度の範囲から選択でき、例えば50~500重量部、好ましくは80~400重量部、さらに好ましくは100~300重量部(特に150~200重量部)程度である。化学解繊性の点から、触媒の割合は、カルボン酸無水物100重量部に対して10重量部以上であってもよく、例えば10~500重量部、好ましくは50~400重量部(例えば100~350重量部)、さらに好ましくは130~300重量部(特に150~250重量部)程度であってもよい。触媒の割合が少なすぎると、キチン類の修飾率が低下し、キチン類を解繊する作用も低下する虞がある。 The ratio of the catalyst may be 50 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the carboxylic acid anhydride, and can be selected from the range of, for example, about 50 to 1000 parts by weight, for example, 50 to 500 parts by weight, preferably 80 to 400 parts by weight. Parts, more preferably about 100 to 300 parts by weight (particularly about 150 to 200 parts by weight). From the viewpoint of chemical defibration, the ratio of the catalyst may be 10 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the carboxylic acid anhydride, for example, 10 to 500 parts by weight, preferably 50 to 400 parts by weight (for example, 100 parts by weight). It may be about 350 parts by weight), more preferably about 130 to 300 parts by weight (particularly about 150 to 250 parts by weight). If the proportion of the catalyst is too small, the modification rate of chitins may decrease, and the action of defibrating chitins may also decrease.

(溶媒)
溶媒としては、カルボン酸無水物の反応性およびキチン類の解繊を損なわない溶媒であれば特に限定されないが、カルボン酸無水物のミクロフィブリル間への浸透性を促進でき、かつキチン類の水酸基に対する反応性を適度に調整できるため、ドナー数25以上の非プロトン性溶媒を含む溶媒が好ましい。このような非プロトン性溶媒のドナー数は、例えば25~35、好ましくは26~33、さらに好ましくは28~30程度である。ドナー数が低すぎると、カルボン酸無水物のミクロフィブリル間への浸透性を向上させる効果が発現しない虞がある。なお、ドナー数については、文献「Netsu Sokutei 28(3)135-143」を参照できる。
(solvent)
The solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that does not impair the reactivity of the carboxylic acid anhydride and the defibration of the chitins, but can promote the permeability of the carboxylic acid anhydride between the microfibrils and the hydroxyl group of the chitins. A solvent containing an aprotic solvent having 25 or more donors is preferable because the reactivity with respect to the solvent can be appropriately adjusted. The number of donors of such an aprotic solvent is, for example, 25 to 35, preferably 26 to 33, and more preferably about 28 to 30. If the number of donors is too low, the effect of improving the permeability of the carboxylic acid anhydride between microfibrils may not be exhibited. For the number of donors, refer to the document "Netsu Sokutei 28 (3) 135-143".

前記非プロトン性溶媒としては、例えば、アルキルスルホキシド類、アルキルアミド類、ピロリドン類などが挙げられる。これらの溶媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。 Examples of the aprotic solvent include alkyl sulfoxides, alkyl amides, pyrrolidones and the like. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

アルキルスルホキシド類としては、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、メチルエチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのジC1-4アルキルスルホキシドなどが挙げられる。 Examples of the alkyl sulfoxides include diC 1-4 alkyl sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO), methyl ethyl sulfoxide, and diethyl sulfoxide.

アルキルアミド類としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジエチルホルムアミドなどのN,N-ジC1-4アルキルホルムアミド;N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N-ジエチルアセトアミドなどのN,N-ジC1-4アルキルアセトアミドなどが挙げられる。 Examples of the alkylamides include N, N-diC 1-4 alkylformamides such as N, N-dimethylformamide (DMF) and N, N-diethylformamide; N, N-dimethylacetamide (DMAc), N, Examples thereof include N, N-diC 1-4 alkylacetamide such as N-diethylacetamide.

ピロリドン類としては、例えば、2-ピロリドン、3-ピロリドンなどのピロリドン;N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのN-C1-4アルキル-ピロリドンなどが挙げられる。 Examples of pyrrolidones include pyrrolidones such as 2-pyrrolidone and 3-pyrrolidone; NC 1-4 alkyl-pyrrolidone such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and the like.

これらの非プロトン性溶媒は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの非プロトン性溶媒(括弧内の数字はドナー数)のうち、DMSO(29.8)、DMF(26.6)、DMAc(27.8)、NMP(27.3)などが汎用される。 These aprotic solvents can be used alone or in combination of two or more. Among these aprotic solvents (numbers in parentheses are the number of donors), DMSO (29.8), DMF (26.6), DMAc (27.8), NMP (27.3) and the like are widely used. ..

これらのうち、非プロトン性溶媒のうち、カルボン酸無水物のミクロフィブリル間への浸透性を高度に促進できる点から、アルキルスルホキシド類および/またはアルキルアセトアミド類(特に、DMSOなどのジC1-2アルキルスルホキシド)が好ましく、キチン類の解繊効果を向上できる点から、DMSOが特に好ましく、変色を抑制できる点からDMAcが特に好ましい。特に、化学解繊性に優れる点から、アルキルスルホキシド類が好ましく、DMSOなどのジC1-2アルキルスルホキシドが特に好ましい。 Of these, among the aprotic solvents, alkylsulfoxides and / or alkylacetamides (particularly, diC 1- such as DMSO) are capable of highly promoting the permeability of carboxylic acid anhydrides between microfibrils. 2 Alkyl sulfoxide) is preferable, DMSO is particularly preferable because it can improve the defibrating effect of chitins, and DMAc is particularly preferable because it can suppress discoloration. In particular, alkyl sulfoxides are preferable from the viewpoint of excellent chemical defibration, and diC 1-2 alkyl sulfoxide such as DMSO is particularly preferable.

溶媒は、他の溶媒として、ドナー数25未満の慣用の溶媒、例えば、メタノール、アセトニトリル、ジオキサン、アセトン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフランなどを含んでいてもよいが、ドナー数25以上の非プロトン性溶媒を主溶媒として含むのが好ましい。ドナー数25以上の非プロトン性溶媒の割合は、溶媒全体に対して50重量%以上であってもよく、好ましくは80重量%、さらに好ましくは90重量%以上であり、100重量%(ドナー数25以上の非プロトン性溶媒単独)であってもよい。ドナー数25未満の溶媒が多すぎると、キチン類のミクロフィブリル間への反応性解繊液の浸透性が低下するため、キチン類の解繊率が低下する虞がある。 The solvent may contain, as another solvent, a conventional solvent having less than 25 donors, for example, methanol, acetonitrile, dioxane, acetone, dimethyl ether, tetrahydrofuran and the like, but mainly an aprotic solvent having 25 or more donors. It is preferably contained as a solvent. The proportion of the aprotic solvent having 25 or more donors may be 50% by weight or more, preferably 80% by weight, more preferably 90% by weight or more, and 100% by weight (number of donors) with respect to the total solvent. It may be 25 or more aprotic solvents alone). If there are too many solvents with less than 25 donors, the permeability of the reactive defibrating solution between the microfibrils of the chitins will decrease, and the defibration rate of the chitins may decrease.

触媒(特に炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩)と溶媒(特にアルキルスルホキシド類および/またはアルキルアミド類などの非プロトン性溶媒)との重量比は、前者/後者=100/0~0.1/99.9程度の範囲から選択でき、修飾反応速度およびミクロフィブリル間への反応性解繊液の浸透速度を向上できる点から、例えば50/50~1/99、好ましくは30/70~2/98、さらに好ましくは20/80~3/97(特に10/90~4/96)程度である。溶媒の割合が多すぎると、キチン類の修飾率や解繊率が低下し、キチン類を解繊する作用も低下する虞がある。 The weight ratio of the catalyst (particularly alkali metal bicarbonate such as sodium hydrogen carbonate) to the solvent (particularly an aprotic solvent such as alkylsulfoxides and / or alkylamides) is the former / latter = 100/0 to 0. It can be selected from a range of about 1 / 99.9, and from the viewpoint of improving the modification reaction rate and the permeation rate of the reactive defibrated solution between microfibrils, for example, 50/50 to 1/99, preferably 30/70 to It is about 2/98, more preferably 20/80 to 3/97 (particularly 10/90 to 4/96). If the proportion of the solvent is too large, the modification rate and defibration rate of chitins may decrease, and the action of defibrating chitins may also decrease.

(他のエステル化剤)
修飾解繊工程では、本発明の効果を損なわない範囲で、他のエステル化剤を用いてもよい。他のエステル化剤としては、例えば、前記カルボン酸無水物に対応するカルボン酸(例えば、コハク酸などの脂肪族ジカルボン酸など)などが挙げられる。他のエステル化剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。他のエステル化剤の割合は、カルボン酸無水物100重量部に対して50重量部以下であり、例えば0~30重量部、好ましくは0.01~10重量部、さらに好ましくは0.1~5重量部程度である。他のエステル化剤の割合が多すぎると、修飾率が低下したり、得られた修飾キチン系微細繊維の反応性が低下する虞がある。
(Other esterifying agents)
In the modified defibration step, another esterifying agent may be used as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of other esterifying agents include carboxylic acids corresponding to the carboxylic acid anhydride (for example, aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid) and the like. Other esterifying agents can be used alone or in combination of two or more. The ratio of the other esterifying agent is 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the carboxylic acid anhydride, for example, 0 to 30 parts by weight, preferably 0.01 to 10 parts by weight, and more preferably 0.1 to 10 parts by weight. It is about 5 parts by weight. If the proportion of the other esterifying agent is too large, the modification rate may decrease or the reactivity of the obtained modified chitin-based fine fibers may decrease.

(反応条件)
修飾解繊工程では、塩基触媒または酸触媒を含む触媒とカルボン酸無水物とを含む反応性解繊液をキチン類に浸透させて、キチン類をエステル化反応させて、キチン類のミクロフィブリルの表面にある水酸基をエステル化して修飾し、かつキチン類を解繊できればよく、このような化学解繊方法は特に限定されないが、通常、触媒およびカルボン酸無水物(および必要に応じて溶媒)を含む反応性解繊液を調製し、調製した反応性解繊液にキチン類を添加して混合する方法を利用できる。
(Reaction condition)
In the modified defibration step, a reactive defibrating solution containing a catalyst containing a base catalyst or an acid catalyst and a carboxylic acid anhydride is permeated into the chitins, and the chitins are subjected to an esterification reaction to form microfibrils of the chitins. It suffices if the hydroxyl group on the surface can be esterified and modified, and the chitins can be defibrated. Such a chemical defibration method is not particularly limited, but usually a catalyst and a carboxylic acid anhydride (and a solvent if necessary) are used. A method can be used in which a reactive defibrating solution containing the mixture is prepared, and chitins are added to the prepared reactive defibrating solution and mixed.

反応性解繊液の調製方法は、予め触媒とカルボン酸無水物と(必要に応じて溶媒と)を攪拌などによって混合し、カルボン酸無水物を触媒(および溶媒)中に均一に溶解させてもよい。 The method for preparing the reactive defibrating solution is to mix the catalyst, the carboxylic acid anhydride (with a solvent if necessary) in advance by stirring, or the like, and uniformly dissolve the carboxylic acid anhydride in the catalyst (and the solvent). May be good.

得られた反応性解繊液は、キチン類に対する浸透性が高いため、キチン類を反応性解繊液に添加して混合することにより、カルボン酸無水物と触媒は、ミクロフィブリル間に浸入して、ミクロフィブリルの表面に存在する水酸基を修飾することにより、キチン類の修飾と解繊とを同時に行うことができる。 Since the obtained reactive defibrating solution has high permeability to chitins, the carboxylic acid anhydride and the catalyst penetrate between the microfibrils by adding the chitins to the reactive defibrating solution and mixing them. Therefore, by modifying the hydroxyl group existing on the surface of the microfibril, the modification of chitins and the defibration can be performed at the same time.

詳しくは、化学解繊方法は、反応性解繊液にキチン類を混合して2時間以上放置してエステル化する方法であってもよく、混合後、さらに溶液中でキチン類が均一な状態を維持できる程度の攪拌や混練(物理的にキチン類を解繊または破砕しない程度の攪拌や混練)を行ってもよい。すなわち、反応は、反応性解繊液にキチン類を混合して放置するだけでも進行するが、浸透または均一性を促進するために、キチン類を粉砕または解繊させることなく攪拌可能な攪拌手段(低濃度の反応性解繊液における手段)や混練手段(高濃度の反応性解繊液における手段)を用いて攪拌や混練を行ってもよい。 Specifically, the chemical defibration method may be a method in which chitins are mixed with a reactive defibrating solution and left for 2 hours or more for esterification, and after mixing, the chitins are further in a uniform state in the solution. You may perform stirring and kneading to the extent that the above can be maintained (stirring and kneading to the extent that the chitins are not physically defibrated or crushed). That is, the reaction proceeds even if the chitins are mixed with the reactive defibrating solution and left to stand, but in order to promote permeation or uniformity, the stirring means capable of stirring without crushing or defibrating the chitins. Stirring or kneading may be performed using (means for a low-concentration reactive defibrating solution) or kneading means (means for a high-concentration reactive defibrating solution).

前記攪拌手段は、物理的にキチン類を粉砕または解繊させる強力な攪拌ではなく、通常、化学反応で汎用されているマグネティックスターラまたは攪拌翼(例えば10~2000rpm、好ましくは50~1500rpm、さらに好ましくは50~1000rpm、特に50~500rpm程度の回転速度による攪拌)による攪拌であればよい。また、攪拌は、連続的に攪拌してもよいいし、断続的に攪拌してもよい。 The stirring means is not a strong stirring that physically grinds or defibrates chitins, but is usually a magnetic stirrer or a stirring blade (for example, 10 to 2000 rpm, preferably 50 to 1500 rpm, more preferably 50 to 1500 rpm, which is widely used in chemical reactions. Is agitation at a rotation speed of about 50 to 1000 rpm, particularly about 50 to 500 rpm). Further, the stirring may be continuous or intermittent.

一方、前記混練手段も、物理的にキチン類を粉砕または解繊させる強力な混練ではなく、慣用の混練手段(通常、常温での混練手段)により、例えば10~2000rpm、好ましくは20~1500rpm、さらに好ましくは30~1000rpm、特に50~500rpm程度の回転速度で混練してもよい。慣用の混練方法としては、例えば、ミキシングローラ、ニーダ、バンバリーミキサー、押出機(一軸または二軸押出機など)などを用いた方法などが挙げられる。混練手段を利用すると、キチン類の化学解繊とその後の浸透または均一性の促進工程とを工業的に連続に行える点で有利である。 On the other hand, the kneading means is not a strong kneading method for physically crushing or defibrating chitins, but a conventional kneading means (usually a kneading means at room temperature), for example, 10 to 2000 rpm, preferably 20 to 1500 rpm. More preferably, kneading may be performed at a rotation speed of about 30 to 1000 rpm, particularly about 50 to 500 rpm. Examples of the conventional kneading method include a method using a mixing roller, a kneader, a Banbury mixer, an extruder (such as a single-screw or twin-screw extruder) and the like. The use of kneading means is advantageous in that the chemical defibration of chitins and the subsequent permeation or homogenization promotion steps can be carried out industrially and continuously.

本発明では、化学解繊における反応温度は、加熱する必要はなく、室温で反応させればよく、2時間以上反応させることにより、剪断力の働きによる機械的解繊手段を用いることなく、キチン類を化学的に解繊できる。そのため、本発明では、余分なエネルギーを使用することなくキチン類を解繊できる。なお、反応を促進するために、加熱してもよく、加熱温度は、例えば90℃以下(例えば40~90℃程度)、好ましくは80℃以下、さらに好ましくは70℃以下程度である。 In the present invention, the reaction temperature in chemical defibration does not need to be heated, the reaction may be carried out at room temperature, and the reaction is carried out for 2 hours or more without using mechanical defibration means by the action of shearing force. Can be chemically defibrated. Therefore, in the present invention, chitins can be defibrated without using extra energy. In addition, in order to promote the reaction, heating may be performed, and the heating temperature is, for example, 90 ° C. or lower (for example, about 40 to 90 ° C.), preferably 80 ° C. or lower, and more preferably 70 ° C. or lower.

反応時間は、カルボン酸無水物および触媒の種類や、前記溶媒のドナー数によって選択でき、例えば3~72時間、好ましくは5~48時間、さらに好ましくは10~36時間(特に18~30時間)程度である。反応時間が短すぎると、反応性解繊液がミクロフィブリル間まで浸透するのが不十分となり、反応が不十分となり、解繊度合いも低下する虞がある。一方、反応時間は長すぎるとキチン系微細繊維の収率が低下する虞がある。 The reaction time can be selected depending on the type of carboxylic acid anhydride and catalyst and the number of donors of the solvent, for example, 3 to 72 hours, preferably 5 to 48 hours, more preferably 10 to 36 hours (particularly 18 to 30 hours). Degree. If the reaction time is too short, the reactive defibrating solution does not sufficiently permeate between the microfibrils, the reaction becomes insufficient, and the degree of defibration may decrease. On the other hand, if the reaction time is too long, the yield of chitin-based fine fibers may decrease.

反応は、不活性ガス(窒素、アルゴンなどの希ガスなど)雰囲気下または減圧下で行ってもよいが、通常、密閉反応容器内で行う場合が多い。それらの反応条件であればエステル化反応により発生した水を系外に排出したり、空気中の水分が系内に吸入されないため、好ましい。 The reaction may be carried out under an atmosphere of an inert gas (noble gas such as nitrogen or argon) or under reduced pressure, but it is usually carried out in a closed reaction vessel. These reaction conditions are preferable because the water generated by the esterification reaction is not discharged to the outside of the system and the water in the air is not inhaled into the system.

化学解繊して得られた修飾キチン系微細繊維は、反応終了後、水などの失活剤を添加して、カルボン酸無水物(エステル化剤)を失活させた後、慣用の方法(例えば、遠心分離、濾過、濃縮、抽出など)により分離精製してもよい。例えば、失活させたエステル化剤、触媒および溶媒を溶解可能な溶媒を反応混合物に添加し、前記遠心分離、濾過、抽出などの分離法(慣用の方法)で分離精製(洗浄)してもよい。なお、分離操作は複数回(例えば、2~5回程度)行うことができる。溶媒としては、例えば、水、アセトンなどのケトン類、エタノール、イソプロパノールなどのC1-4アルカノールなどが挙げられる。 After the reaction is completed, the modified chitin-based fine fibers obtained by chemically defibrating are added with a deactivating agent such as water to deactivate the carboxylic acid anhydride (esterifying agent), and then the conventional method ( For example, it may be separated and purified by centrifugation, filtration, concentration, extraction, etc.). For example, an inactivated esterifying agent, a catalyst, and a solvent capable of dissolving the solvent may be added to the reaction mixture, and the mixture may be separated and purified (washed) by a separation method (conventional method) such as centrifugation, filtration, or extraction. good. The separation operation can be performed a plurality of times (for example, about 2 to 5 times). Examples of the solvent include water, ketones such as acetone, C 1-4 alkanol such as ethanol and isopropanol, and the like.

[攪拌工程]
得られた修飾キチン系微細繊維は、化学解繊によりナノサイズにまで解繊されているが、一部に繊維同士が緩く凝集したミクロンサイズの繊維が残存している。そのため、攪拌工程で分散媒と攪拌することにより、より均一な繊維径を有するナノファイバーを調製できる。
[Stirring step]
The obtained modified chitin-based fine fibers have been defibrated to nano-size by chemical defibration, but micron-sized fibers in which the fibers are loosely aggregated remain in some parts. Therefore, nanofibers having a more uniform fiber diameter can be prepared by stirring with the dispersion medium in the stirring step.

攪拌方法としては、攪拌できれば特に限定されず、慣用の攪拌方法を利用でき、例えば、攪拌翼を有する攪拌機(例えば、ミキサー、乳化装置など)を用いた方法などを利用できる。 The stirring method is not particularly limited as long as it can be stirred, and a conventional stirring method can be used. For example, a method using a stirrer having a stirring blade (for example, a mixer, an emulsifying device, etc.) can be used.

なかでも、攪拌方法としては、均一なナノサイズで、繊維形状の損傷が少なくてアスペクト比が大きい修飾キチン系ナノファイバーが得られる点から、修飾キチン系微細繊維を液-液剪断する攪拌方法が好ましい。液-液剪断とは、流体と接触壁面との外部剪断力による剪断とは異なり、乱流域を発生させ、速度の不規則な変動のために生じるレイノルズ応力と称される内部剪断力(流体自身の分子間引力)を利用した剪断である。本発明では、このような液-液剪断する攪拌機として、スクリーン(スリット状の複数の孔部を有する円錐体)とローター(スクリーン内部に収容された攪拌翼)とを組み合わせた乳化装置を利用できる。この乳化装置では、ロータによって攪拌された修飾キチン系微細繊維および分散媒がスクリーンを通過することにより、修飾キチン系微細繊維に対してレイノルズ応力を付与できる。このような乳化装置としては、市販の乳化装置(例えば、エム・テクニック(株)製「クレアミックス」)を利用できる。 Among them, as a stirring method, a stirring method in which modified chitin-based fine fibers are liquid-liquid sheared is used because it is possible to obtain modified chitin-based nanofibers having a uniform nanosize, less damage to the fiber shape, and a large aspect ratio. preferable. Liquid-liquid shear is different from shearing due to the external shearing force between the fluid and the contact wall surface, which creates a turbulent flow zone and causes an internal shearing force called Reynolds stress (fluid itself) caused by irregular fluctuations in velocity. Shearing using the intermolecular attractive force of. In the present invention, as such a liquid-liquid shearing stirrer, an emulsifying device combining a screen (a cone having a plurality of slit-shaped holes) and a rotor (a stirring blade housed inside the screen) can be used. .. In this emulsifying device, Reynolds stress can be applied to the modified chitin-based fine fibers by passing the modified chitin-based fine fibers and the dispersion medium agitated by the rotor through the screen. As such an emulsifying device, a commercially available emulsifying device (for example, "Clairemix" manufactured by M-Technique Co., Ltd.) can be used.

攪拌の回転速度は、2000rpm以上であればよく、例えば2000~100000rpm、好ましくは3000~50000rpm、さらに好ましくは5000~30000rpm(特に10000~25000rpm)程度である。回転速度が小さすぎると、繊維径の均一性が低下する虞がある。 The rotation speed of stirring may be 2000 rpm or more, for example, 2000 to 100,000 rpm, preferably 3000 to 50000 rpm, and more preferably 5000 to 30000 rpm (particularly 10000 to 25000 rpm). If the rotation speed is too low, the uniformity of the fiber diameter may decrease.

攪拌時間は、回転速度に応じて適宜選択でき、例えば30秒以上であってもよく、例えば30秒~1時間、好ましくは1~30分、さらに好ましくは2~10分程度である。 The stirring time can be appropriately selected depending on the rotation speed, and may be, for example, 30 seconds or more, for example, 30 seconds to 1 hour, preferably 1 to 30 minutes, and more preferably 2 to 10 minutes.

本発明では、メディアミル、コロイドミル、ロールミル、回転式、高圧式ホモジナイザーなどの外部剪断力を利用することなく、均一なナノファイバーが得られる。そのため、外部剪断力を利用しない攪拌方法が好ましい。 In the present invention, uniform nanofibers can be obtained without utilizing an external shearing force such as a media mill, a colloid mill, a roll mill, a rotary type, or a high pressure homogenizer. Therefore, a stirring method that does not utilize an external shearing force is preferable.

分散媒は、水であってもよく、有機溶媒であってもよい。有機溶媒としては、例えば、アルコール類(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどのC1-4アルカノールなど)、エーテル類(ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類)、ケトン類(アセトンなど)、アミド類(ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルアセトアミドなど)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシドなど)、アルカンジオール(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのC2-4アルカンジオール)、セロソルブ類(メチルセロソルブ、エチルセロソルブ)、カルビトール類(エチルカルビトールなど)、カーボネート類(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネートなど)などが挙げられる。これらの分散媒は、単独でまたは二種以上組み合わせてもよい。なお、分散媒は、攪拌工程で新たに添加してもよく、修飾解繊工程の洗浄などで利用した溶媒を利用してもよい。 The dispersion medium may be water or an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols (C 1-4 alkanol such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol), ethers (cyclic ethers such as dioxane and tetrahydrofuran), ketones (acetone and the like), and amides (acetone and the like). Dimethylformamide, diethylformamide, dimethylacetamide, diethylacetamide, etc.), sulfoxides (dimethylsulfoxide, etc.), alkanediol (eg, C 2-4 alkanediol such as ethylene glycol, propylene glycol), cellosolves (methylcellosolve, ethylserosolve, etc.) ), Carbitols (ethylcarbitol, etc.), carbonates (cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; dimethyl carbonate, etc.) and the like. These dispersion media may be used alone or in combination of two or more. The dispersion medium may be newly added in the stirring step, or the solvent used in washing in the modified defibration step may be used.

分散媒の溶解度パラメーター(SP値)は高い方が好ましく、具体的な溶解度パラメーターは10以上であってもよく、例えば10~30、好ましくは12~28、さらに好ましくは15~26[特に20~25]程度である。溶解度パラメーターが低すぎると、繊維径の均一性が低下する虞がある。なお、本明細書および特許請求の範囲におけるSP値は、HildebrandのSP値である。 The solubility parameter (SP value) of the dispersion medium is preferably high, and the specific solubility parameter may be 10 or more, for example, 10 to 30, preferably 12 to 28, and more preferably 15 to 26 [particularly 20 to 20 to 20]. 25]. If the solubility parameter is too low, the uniformity of the fiber diameter may decrease. The SP value in the present specification and claims is the SP value of Hildebrand.

これらの分散媒のうち、繊維径の均一性を向上できる点から、水、溶解度パラメーター10以上の有機溶媒(特にC1-4アルカノール)が好ましい。さらに、分散媒は、水を含むのが特に好ましく、水単独、水とC1-4アルカノール(エタノールなど)との混合溶媒であってもよい。 Of these dispersion media, water and an organic solvent having a solubility parameter of 10 or more (particularly C 1-4 alkanol) are preferable from the viewpoint of improving the uniformity of the fiber diameter. Further, the dispersion medium is particularly preferably containing water, and may be water alone or a mixed solvent of water and C 1-4 alkanol (ethanol or the like).

分散媒の割合は、修飾キチン系微細繊維1重量部に対して、例えば10~1000重量部、好ましくは20~500重量部、さらに好ましくは30~300重量部(特に50~150重量部)程度である。分散媒の割合が少なすぎると、高速で攪拌するのが困難となる上に、繊維に対するダメージが大きくなり、繊維径の均一性が低下する虞がある。一方、分散媒の割合が多すぎると、効率が低下し、キチン系ナノファイバーの回収が難しくなる虞がある。 The ratio of the dispersion medium is, for example, about 10 to 1000 parts by weight, preferably 20 to 500 parts by weight, more preferably 30 to 300 parts by weight (particularly 50 to 150 parts by weight) with respect to 1 part by weight of the modified chitin-based fine fiber. Is. If the proportion of the dispersion medium is too small, it becomes difficult to stir at high speed, damage to the fibers increases, and the uniformity of the fiber diameter may decrease. On the other hand, if the proportion of the dispersion medium is too large, the efficiency may decrease and it may be difficult to recover the chitin-based nanofibers.

[修飾キチン系ナノファイバー]
本発明の修飾キチン系ナノファイバーは、前記攪拌工程を経て得られ、カルボン酸無水物(特にアルカン二酸無水物)で修飾されているとともに、極細のナノサイズであり、かつ均一な繊維径に解繊されている。修飾キチン系ナノファイバーの平均繊維径は100nm以下(好ましくは80nm以下、さらに好ましくは50nm以下)であってもよく、例えば1~100nm、好ましくは3~80nm、さらに好ましくは5~60nm(特に10~50nm)程度である。繊維径が大きすぎると、膜や溶液の状態における透明性、チキソトロピー性、成膜性などが低下したり、補強材としての効果が低下する虞がある。一方、繊維径が小さすぎると、微細繊維の取り扱い性や耐熱性も低下する虞がある。
[Modified chitin nanofibers]
The modified chitin-based nanofibers of the present invention are obtained through the above-mentioned stirring step, are modified with a carboxylic acid anhydride (particularly alkandidiic acid anhydride), and have an ultrafine nanosize and a uniform fiber diameter. It has been defibrated. The average fiber diameter of the modified chitin-based nanofibers may be 100 nm or less (preferably 80 nm or less, more preferably 50 nm or less), for example, 1 to 100 nm, preferably 3 to 80 nm, still more preferably 5 to 60 nm (particularly 10). ~ 50 nm). If the fiber diameter is too large, the transparency, thixotropic property, film forming property, etc. in the state of the film or solution may be deteriorated, or the effect as a reinforcing material may be deteriorated. On the other hand, if the fiber diameter is too small, the handleability and heat resistance of the fine fibers may deteriorate.

本発明の修飾キチン系ナノファイバーは、均一な繊維径を有しており、繊維径300nm以上の繊維数が全繊維数に対して10%以下(特に5%以下)であってもよく、300nm以上の繊維を実質的に含んでいない(0%である)のが好ましい。そのため、本発明の修飾キチン系ナノファイバーの最大繊維径は500nm以下(特に300nm以下)であってもよく、好ましくは200nm以下、さらに好ましくは100nm以下であってもよい。繊維径の均一性が低すぎると、透明性、チキソトロピー性、成膜性などが低下したり、緻密または均一な膜を形成できない虞がある。 The modified chitin-based nanofiber of the present invention has a uniform fiber diameter, and the number of fibers having a fiber diameter of 300 nm or more may be 10% or less (particularly 5% or less) with respect to the total number of fibers, and is 300 nm. It is preferable that the above fibers are not substantially contained (0%). Therefore, the maximum fiber diameter of the modified chitin-based nanofiber of the present invention may be 500 nm or less (particularly 300 nm or less), preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less. If the uniformity of the fiber diameter is too low, the transparency, thixotropic property, film forming property and the like may be deteriorated, or a dense or uniform film may not be formed.

本発明の修飾キチン系ナノファイバーは、化学解繊されてナノサイズに解繊された後、強力な外部外部剪断力を付与することなく攪拌されているため、従来の強力な機械解繊法で得られたナノファイバーよりも長い繊維長を有しており、平均繊維長は1μm以上であってもよく、例えば1~1000μm程度の範囲から選択でき、例えば1~1000μm、好ましくは3~500μm、さらに好ましくは5~200μm程度であってもよい。繊維長が短すぎると、繊維長が短すぎると、補強効果や成膜機能が低下する虞がある。また、長すぎると、繊維が絡み易くなるため、溶媒や樹脂への分散性が低下する虞がある。 Since the modified chitin-based nanofibers of the present invention are chemically defibrated, defibrated to nanosize, and then stirred without applying a strong external external shearing force, the conventional powerful mechanical defibration method can be used. It has a fiber length longer than that of the obtained nanofibers, and the average fiber length may be 1 μm or more, and can be selected from the range of, for example, about 1 to 1000 μm, for example, 1 to 1000 μm, preferably 3 to 500 μm. More preferably, it may be about 5 to 200 μm. If the fiber length is too short, the reinforcing effect and the film forming function may be deteriorated if the fiber length is too short. On the other hand, if it is too long, the fibers are likely to be entangled, so that the dispersibility in the solvent or the resin may decrease.

修飾キチン系ナノファイバーの平均繊維径に対する平均繊維長の割合(アスペクト比)は用途に応じて対応でき、例えば10以上であってもよく、例えば30~10000、好ましくは50~8000、さらに好ましくは100~5000程度であってもよい。 The ratio (aspect ratio) of the average fiber length to the average fiber diameter of the modified chitin-based nanofibers can be adjusted according to the application, and may be, for example, 10 or more, for example, 30 to 10000, preferably 50 to 8000, and more preferably 50 to 8000. It may be about 100 to 5000.

なお、本明細書および特許請求の範囲では、修飾キチン系ナノファイバーの平均繊維径、平均繊維長およびアスペクト比は、走査型電子顕微鏡写真の画像からランダムに50個の繊維を選択し、加算平均して算出してもよい。 In the present specification and claims, the average fiber diameter, average fiber length and aspect ratio of the modified chitin-based nanofibers are averaged by randomly selecting 50 fibers from the images of the scanning electron micrograph. It may be calculated by

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、用いた原料の詳細は以下の通りであり、得られた修飾キチンナノファイバーの特性および評価は以下のようにして測定した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. The details of the raw materials used are as follows, and the characteristics and evaluation of the obtained modified chitin nanofibers were measured as follows.

(修飾キチンナノファイバーの形状観察)
修飾キチンナノファイバーの形状は、走査型電子顕微鏡SEM(日本電子(株)製「JSM-6510」、測定条件:20mA、60秒)を用いて観察した。なお、平均繊維径および平均繊維長は、SEM写真の画像からランダムに50個の繊維を選択し、加算平均して算出した。
(Observation of the shape of modified chitin nanofibers)
The shape of the modified chitin nanofibers was observed using a scanning electron microscope SEM (“JSM-6510” manufactured by JEOL Ltd., measurement conditions: 20 mA, 60 seconds). The average fiber diameter and the average fiber length were calculated by randomly selecting 50 fibers from the images of the SEM photograph and adding and averaging them.

(修飾キチンナノファイバーの修飾の有無)
得られた修飾キチンナノファイバーを、80℃で5時間減圧乾燥したものをフーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)で分析した。なお、測定は、NICOLET社製「NICOLET iS5」を用い、反射モードで分析した。
(Presence / absence of modification of modified chitin nanofibers)
The obtained modified chitin nanofibers were dried under reduced pressure at 80 ° C. for 5 hours and analyzed by a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR). The measurement was performed using "NICOLET iS5" manufactured by NICOLET, and the analysis was performed in the reflection mode.

実施例1
ジメチルスルホキシド90gにキチン(東京化成工業(株)製)3g、無水コハク酸3.3g、炭酸水素ナトリウム5.6gを加えて、25℃の室内で24時間スターラー攪拌を行った。反応液を濾過し、90gの水で3回洗浄、遠心分離することにより、未修飾の原料および触媒を除去した。得られた固形物に蒸留水を加えて全量700mlとして乳化装置(エム・テクニック(株)製「クレアミックス CLM-0.8S」)で5分間攪拌処理してキチンナノファイバー分散液を得た。得られた分散液のキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図1に示す。図1から明らかなように、分散液では、ナノファイバーが生成している。さらに、分散液を乾燥し、FTIRで測定した結果を図2に示す。図2に示すように、1730cm-1でのエステル結合の吸収バンドが検出され、無水コハク酸で修飾されていることが確認できた。
Example 1
To 90 g of dimethyl sulfoxide, 3 g of chitin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 3.3 g of succinic anhydride, and 5.6 g of sodium hydrogen carbonate were added, and the mixture was stirred with a stirrer for 24 hours in a room at 25 ° C. The reaction was filtered, washed 3 times with 90 g of water and centrifuged to remove unmodified raw materials and catalyst. Distilled water was added to the obtained solid to make a total volume of 700 ml, and the mixture was stirred with an emulsifying device (“Clearmix CLM-0.8S” manufactured by M-Technique Co., Ltd.) for 5 minutes to obtain a chitin nanofiber dispersion. FIG. 1 shows the results of SEM observation of the shape of the chitin nanofibers in the obtained dispersion. As is clear from FIG. 1, nanofibers are produced in the dispersion liquid. Further, the dispersion liquid was dried, and the results measured by FTIR are shown in FIG. As shown in FIG. 2, the absorption band of the ester bond at 1730 cm -1 was detected, and it was confirmed that it was modified with succinic anhydride.

実施例2
ジメチルスルホキシド90gをジメチルアセトアミド90gに変更した以外は実施例1と同様にしてキチンナノファイバー分散液を得た。得られたキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図3に示す。
Example 2
A chitin nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that 90 g of dimethyl sulfoxide was changed to 90 g of dimethylacetamide. The results of SEM observation of the shape of the obtained chitin nanofibers are shown in FIG.

実施例3
無水コハク酸3.3gを無水マレイン酸3.2gに変更した以外は実施例1と同様にしてキチンナノファイバー分散液を得た。得られたキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図4に示す。
Example 3
A chitin nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.3 g of succinic anhydride was changed to 3.2 g of maleic anhydride. The results of SEM observation of the shape of the obtained chitin nanofibers are shown in FIG.

実施例4
無水コハク酸3.3gを無水フタル酸3.3gに変更した以外は実施例1と同様にしてキチンナノファイバー分散液を得た。得られたキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図5に示す。
Example 4
A chitin nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.3 g of succinic anhydride was changed to 3.3 g of phthalic anhydride. The results of SEM observation of the shape of the obtained chitin nanofibers are shown in FIG.

実施例5
炭酸水素ナトリウム5.6gを2.8gに変更した以外は実施例1と同様にしてキチンナノファイバー分散液を得た。得られたキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図6に示す。
Example 5
A chitin nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5.6 g of sodium hydrogen carbonate was changed to 2.8 g. The results of SEM observation of the shape of the obtained chitin nanofibers are shown in FIG.

実施例6
無水コハク酸3.3gを1.7gに変更した以外は実施例1と同様にしてキチンナノファイバー分散液を得た。得られたキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図7に示す。
Example 6
A chitin nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.3 g of succinic anhydride was changed to 1.7 g. The results of SEM observation of the shape of the obtained chitin nanofibers are shown in FIG.

比較例1
化学的解繊処理はせず、原料のキチンに蒸留水を加えて全量700mlとして乳化装置で5分間攪拌処理して分散液を得た。得られた分散液のキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図8に示す。図8の結果から明らかなように、キチンの表面の一部はナノファイバー化されているが、数μm以上の粒子が大半を占めていた。
Comparative Example 1
Distilled water was added to the raw material chitin without chemical defibration treatment to make a total volume of 700 ml, and the mixture was stirred with an emulsifying device for 5 minutes to obtain a dispersion. FIG. 8 shows the results of SEM observation of the shape of the chitin nanofibers in the obtained dispersion. As is clear from the results of FIG. 8, a part of the surface of chitin was made into nanofibers, but most of the particles were several μm or more.

比較例2
炭酸水素ナトリウムを加えなかったこと以外は実施例1と同様にしてキチンナノファイバー分散液を得た。得られたキチンナノファイバーの形状をSEM観察した結果を図9に示す。図9の結果から明らかなように、解繊は一部では進行するが、均一なナノファイバーは得られず、未解繊部分が多く残存していた。
Comparative Example 2
A chitin nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that sodium hydrogen carbonate was not added. The results of SEM observation of the shape of the obtained chitin nanofibers are shown in FIG. As is clear from the results of FIG. 9, defibration progressed in some parts, but uniform nanofibers could not be obtained, and many undefibrated parts remained.

本発明のキチン系ナノファイバーは、透明フィルム原料、医療用材料、化粧品原料、樹脂強化剤などに利用できる。 The chitin-based nanofiber of the present invention can be used as a transparent film raw material, a medical material, a cosmetic raw material, a resin strengthening agent, and the like.

Claims (11)

媒と二塩基カルボン酸無水物とを含む反応性解繊液をキチン類に浸透させて、キチン類をエステル化して化学解繊し、修飾キチン系微細繊維を得る修飾解繊工程と、得られた修飾キチン系微細繊維に分散媒を添加して攪拌し、修飾キチン系ナノファイバーを得る攪拌工程とを含む、修飾キチン系ナノファイバーの製造方法であって、
触媒が、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、カルボン酸アルカリ金属塩、アルカリ金属ホウ酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属リン酸水素塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩及びアルカリ土類金属カルボン酸塩から選択される少なくとも一種である製造方法
A modified defibration step of permeating a reactive defibrating solution containing a catalyst and a dibasic carboxylic acid anhydride into chitins to esterify the chitins and chemically defibrating them to obtain modified chitin-based fine fibers. A method for producing modified chitin-based nanofibers, which comprises a stirring step of adding a dispersion medium to the modified chitin-based fine fibers and stirring to obtain modified chitin-based nanofibers.
The catalyst is alkali metal carbonate, alkali metal hydrogen carbonate, carboxylic acid alkali metal salt, alkali metal borate, alkali metal phosphate, alkali metal hydrogen phosphate, alkaline earth metal carbonate, alkaline earth metal. A production method that is at least one selected from bicarbonate and alkaline earth metal carboxylates .
反応性解繊液が、さらにドナー数25以上の非プロトン性溶媒を含む請求項1記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the reactive defibrating solution further contains an aprotic solvent having 25 or more donors. ドナー数25以上の非プロトン性溶媒が、アルキルスルホキシド類、アルキルアミド類およびピロリドン類からなる群より選択された少なくとも1種である請求項2記載の製造方法。 The production method according to claim 2, wherein the aprotic solvent having 25 or more donors is at least one selected from the group consisting of alkyl sulfoxides, alkyl amides and pyrrolidones. ドナー数25以上の非プロトン性溶媒が、ジC1-2アルキルスルホキシドである請求項3記載の製造方法。 The production method according to claim 3, wherein the aprotic solvent having 25 or more donors is diC 1-2 alkyl sulfoxide. 二塩基カルボン酸無水物が、脂肪族ジカルボン酸無水物、脂環族ジカルボン酸無水物および芳香族ジカルボン酸無水物からなる群より選択された少なくとも1種である請求項1~4のいずれかに記載の製造方法。 One of claims 1 to 4, wherein the dibasic carboxylic acid anhydride is at least one selected from the group consisting of an aliphatic dicarboxylic acid anhydride, an alicyclic dicarboxylic acid anhydride and an aromatic dicarboxylic acid anhydride. The manufacturing method described. 二塩基カルボン酸無水物が炭素数4~6の飽和脂肪族ジカルボン酸無水物である請求項1~5のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the dibasic carboxylic acid anhydride is a saturated aliphatic dicarboxylic acid anhydride having 4 to 6 carbon atoms. 触媒がアルカリ金属炭酸水素塩である請求項1~のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the catalyst is an alkali metal bicarbonate. 触媒の割合が、二塩基カルボン酸無水物100重量部に対して100重量部以上である請求項1~のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the ratio of the catalyst is 100 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the dibasic carboxylic acid anhydride. 二塩基カルボン酸無水物の割合が、キチン類100重量部に対して60重量部以上である請求項1~のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 8 , wherein the ratio of the dibasic carboxylic acid anhydride is 60 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of chitins. 攪拌工程において、修飾キチン系微細繊維を液-液剪断する請求項1~のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 9 , wherein the modified chitin-based fine fibers are liquid-liquid sheared in the stirring step. アルカン二酸無水物で修飾され、平均繊維径が100nm以下であり、かつ平均繊維長が1μm以上である修飾キチン系ナノファイバー。 A modified chitin-based nanofiber modified with alkandidiic anhydride, having an average fiber diameter of 100 nm or less and an average fiber length of 1 μm or more.
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