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JP7735894B2 - Ionic functionalized cellulose nanocrystals, their production method, and dispersions, sheets, and powders - Google Patents
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JP7735894B2 - Ionic functionalized cellulose nanocrystals, their production method, and dispersions, sheets, and powders - Google Patents

Ionic functionalized cellulose nanocrystals, their production method, and dispersions, sheets, and powders

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JP7735894B2 JP2022024931A JP2022024931A JP7735894B2 JP 7735894 B2 JP7735894 B2 JP 7735894B2 JP 2022024931 A JP2022024931 A JP 2022024931A JP 2022024931 A JP2022024931 A JP 2022024931A JP 7735894 B2 JP7735894 B2 JP 7735894B2
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Description

本発明は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルおよびその製造方法、ならびに、前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する分散液、シートおよびパウダーに関する。 The present invention relates to cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced therein, a method for producing the same, and dispersions, sheets, and powders containing the cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced therein.

近年、石油資源の代替および環境意識の高まりから、再生産可能な天然繊維を利用した材料が着目されている。天然繊維の中でも、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロース、とくに木材由来の繊維状セルロース(パルプ)は、主に紙製品としてこれまで幅広く使用されてきた。 In recent years, materials made from renewable natural fibers have been attracting attention due to the need to replace petroleum resources and growing environmental awareness. Among natural fibers, fibrous cellulose with a fiber diameter of 10 μm to 50 μm, particularly wood-derived fibrous cellulose (pulp), has been widely used, primarily in paper products.

特許文献1には、高濃度であっても低い粘度を有するセルロースナノファイバーを得ることを目的として、酸化剤を用いてセルロース系材料を酸化し、酸化されたセルロース系材料をセルラーゼおよび/またはヘミセルラーゼの存在下でホモジナイザーで処理し、解繊・分散してセルロースナノファイバー化する、セルロースナノファイバーの製造方法が記載されている。
非特許文献1には、未変性コットンパルプを高濃度のリン酸で加水分解してリン酸化セルロースナノクリスタルを得ることが記載されている。
また、非特許文献2には、セルロースナノクリスタルに(i)水系でのリン酸化、または(ii)溶融尿素系でのリン酸化により、リン酸基を導入することが記載されている。
Patent Document 1 describes a method for producing cellulose nanofibers, in which a cellulosic material is oxidized using an oxidizing agent, and the oxidized cellulosic material is treated with a homogenizer in the presence of cellulase and/or hemicellulase to defibrate and disperse the material into cellulose nanofibers, with the aim of obtaining cellulose nanofibers that have low viscosity even at high concentrations.
Non-Patent Document 1 describes the production of phosphorylated cellulose nanocrystals by hydrolyzing unmodified cotton pulp with a high concentration of phosphoric acid.
Furthermore, Non-Patent Document 2 describes the introduction of phosphate groups into cellulose nanocrystals by (i) phosphorylation in an aqueous system or (ii) phosphorylation in a molten urea system.

国際公開第2011/118746号International Publication No. 2011/118746

Biomacromolecules, vol.14, 1223-1230, 2013Biomacromolecules, vol.14, 1223-1230, 2013 Carbohydrate Polymers, vol.125, 301-313, 2015Carbohydrate Polymers, vol.125, 301-313, 2015

特許文献1に記載のように短繊維化したナノセルロースファイバーでは、水分散液とした場合の低粘度化が十分ではなかった。
セルロースナノクリスタルでは、水分散液とした場合により低粘度となるが、イオン性官能基の導入量が少ないと、透明性や耐塩性が十分でないという問題があり、非特許文献1に記載の方法では、加水分解中にリン酸基を導入しているため、セルロースナノクリスタルに、十分なイオン性官能基の導入を行うことができない。また、非特許文献2に記載の方法でも、セルロースナノクリスタルにリン酸基を導入しており、(i)の方法では、十分なイオン性官能基の導入を行うことができず、(ii)の方法では、(i)に比べ、イオン性官能基は多く導入できるものの、目的外の官能基(カルバミド基)も多量に含まれると推定される。また、(i)、(ii)いずれの方法においても、セルロースナノクリスタルに対してイオン性官能基の導入を行うため、低濃度のセルロースナノクリスタル分散液に大量の試薬を用いて反応させざるを得ず、工業化の観点で改善の余地があった。
本発明の目的は、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れ、イオン性官能基の導入量の高いセルロースナノクリスタルおよびその製造方法を提供することである。さらに、本発明は、前記セルロースナノクリスタルを含有する分散液、シート、およびパウダーを提供することを目的とする。
As described in Patent Document 1, nanocellulose fibers that have been shortened to short fibers do not sufficiently reduce the viscosity when dispersed in water.
Although cellulose nanocrystals have a lower viscosity when dispersed in water, the introduction of a small amount of ionic functional groups poses problems such as insufficient transparency and salt tolerance. The method described in Non-Patent Document 1 introduces phosphate groups during hydrolysis, which prevents the introduction of sufficient ionic functional groups into the cellulose nanocrystals. Furthermore, the method described in Non-Patent Document 2 also introduces phosphate groups into the cellulose nanocrystals. However, method (i) does not allow the introduction of sufficient ionic functional groups. While method (ii) can introduce more ionic functional groups than method (i), it is estimated that a large amount of unintended functional groups (carbamide groups) is also present. Furthermore, in both methods (i) and (ii), the introduction of ionic functional groups into the cellulose nanocrystals necessitates the use of large amounts of reagents in a low-concentration cellulose nanocrystal dispersion, leaving room for improvement in terms of industrialization.
An object of the present invention is to provide cellulose nanocrystals that, when dispersed in water, have low viscosity, high transparency, excellent salt tolerance, and a high amount of ionic functional groups introduced therein, and a method for producing the same.A further object of the present invention is to provide dispersions, sheets, and powders containing the cellulose nanocrystals.

本発明者等は、特定の製造方法によりセルロースナノクリスタルを製造すること、または、イオン性官能基の導入量が特定値以上であるセルロースナノクリスタルにより、上記の課題が解決されることを見出した。
本発明は、以下の<1>~<19>に関する。
<1> 下記工程A~工程Cをこの順で含む、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法。
工程A:セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程
工程B:イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程
工程C:加水分解されたイオン性官能基を導入したセルロース繊維を解繊する解繊工程
<2> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびカチオン性基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<1>に記載の製造方法。
<3> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<1>または<2>に記載の製造方法。
<4> 工程Aにおいて、セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量が、0.5mmol/g以上である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の製造方法。
<5> イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基導入量が、0.1mmol/g以上である、<1>~<4>のいずれか1つに記載の製造方法。
<6> イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量が、0.06mmol/g以下である、<1>~<5>のいずれか1つに記載の製造方法。
<7> 工程Bで使用する酸性水溶液が、リン酸、硫酸、五酸化二リン、および塩酸よりなる群から選択される酸化合物の水溶液である、<1>~<6>のいずれか1つに記載の製造方法。
<8> イオン性官能基導入量が0.1mmol/g以上である、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル(ただし、セルロースの6位の炭素原子のみが酸化され、カルボキシ基が導入されているセルロースナノクリスタルを除く)。
<9> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびアンモニウム基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<8>に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<10> 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種である、<8>または<9>に記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<11> 前記イオン性官能基導入量が0.5mmol/g以上である、<8>~<10>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<12> セルロースの2位および3位の炭素原子の少なくともいずれか1つに前記イオン性官能基が導入されている、<8>~<11>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<13> イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量が、0.06mmol/g以下である、<8>~<12>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<14> 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの1.5質量%水分散液の粘度が100mPa・s以下である、<8>~<13>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<15> 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液の全光線透過率が95.5%以上である、<8>~<14>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<16> 前記イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液に100mmol/Lとなるように塩化ナトリウムを添加した場合、塩化ナトリウムを添加後の全光線透過率をT、塩化ナトリウムを添加前の全光線透過率をTとしたとき、T/Tが0.98以上である、<8>~<15>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル。
<17> <8>~<16>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、分散液。
<18> <8>~<16>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、シート。
<19> <8>~<16>のいずれか1つに記載のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する、パウダー。
The present inventors have discovered that the above problems can be solved by producing cellulose nanocrystals using a specific production method, or by using cellulose nanocrystals having an amount of ionic functional groups introduced that is equal to or greater than a specific value.
The present invention relates to the following items <1> to <19>.
<1> A method for producing cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein, comprising the following steps A to C in this order:
Step A: an ionic functional group introduction step of introducing ionic functional groups into cellulose fibers; Step B: a hydrolysis step of hydrolyzing the cellulose fibers having the ionic functional groups introduced therein with an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more; and Step C: a defibration step of defibrating the hydrolyzed cellulose fibers having the ionic functional groups introduced therein. <2> The production method according to <1>, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and a cationic group.
<3> The method according to <1> or <2>, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxo acid group and a group derived from a phosphorus oxo acid group.
<4> The production method according to any one of <1> to <3>, wherein in step A, the amount of ionic functional groups introduced into the cellulose fiber is 0.5 mmol/g or more.
<5> The method according to any one of <1> to <4>, wherein the amount of ionic functional groups introduced into the cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein is 0.1 mmol/g or more.
<6> The method according to any one of <1> to <5>, wherein the amount of carbamide groups in the cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced is 0.06 mmol/g or less.
<7> The production method according to any one of <1> to <6>, wherein the acidic aqueous solution used in step B is an aqueous solution of an acid compound selected from the group consisting of phosphoric acid, sulfuric acid, diphosphorus pentoxide, and hydrochloric acid.
<8> Cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein, in which the amount of ionic functional groups introduced is 0.1 mmol/g or more (excluding cellulose nanocrystals in which only the carbon atom at the 6th position of cellulose is oxidized and a carboxy group is introduced).
<9> The cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to <8>, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and an ammonium group.
<10> The cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to <8> or <9>, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxo acid group and a group derived from a phosphorus oxo acid group.
<11> The cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to any one of <8> to <10>, wherein the amount of the ionic functional group introduced therein is 0.5 mmol/g or more.
<12> The cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to any one of <8> to <11>, wherein the ionic functional group is introduced into at least one of the carbon atoms at the 2nd and 3rd positions of the cellulose.
<13> The cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to any one of <8> to <12>, wherein the amount of carbamide groups in the cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein is 0.06 mmol/g or less.
<14> The cellulose nanocrystal having introduced therein an ionic functional group according to any one of <8> to <13>, wherein a 1.5% by mass aqueous dispersion of the cellulose nanocrystal having introduced therein an ionic functional group has a viscosity of 100 mPa·s or less.
<15> The ionically functionalized cellulose nanocrystal according to any one of <8> to <14>, wherein a 0.2% by mass aqueous dispersion of the ionically functionalized cellulose nanocrystal has a total light transmittance of 95.5% or more.
<16> The cellulose nanocrystal having an ionically functionalized group introduced therein according to any one of <8> to <15>, wherein when sodium chloride is added to a 0.2 mass% aqueous dispersion of the cellulose nanocrystal having an ionically functionalized group introduced therein so as to give a concentration of 100 mmol/L, T/ T0 is 0.98 or more, where T is the total light transmittance after the addition of sodium chloride and T0 is the total light transmittance before the addition of sodium chloride.
<17> A dispersion liquid containing the cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to any one of <8> to <16>.
<18> A sheet containing the cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to any one of <8> to <16>.
<19> A powder containing the cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein according to any one of <8> to <16>.

本発明によれば、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れ、イオン性官能基の導入量の高いセルロースナノクリスタルおよびその製造方法を提供ができる。さらに、本発明によれば、前記セルロースナノクリスタルを含有する分散液、シート、およびパウダーを提供することができる。 The present invention provides cellulose nanocrystals that, when dispersed in water, have low viscosity, high transparency, excellent salt tolerance, and a high amount of ionic functional groups introduced, as well as a method for producing the same. Furthermore, the present invention can provide dispersions, sheets, and powders containing the cellulose nanocrystals.

図1は、リンオキソ酸基を有するセルロース繊維含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a slurry containing cellulose fibers having phosphorus oxo acid groups and pH. 図2は、カルボキシ基を有するセルロース繊維含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a slurry containing cellulose fibers having carboxy groups and the pH.

[イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法]
本発明のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル(以下、「イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル」を、単に「イオン性官能基導入CNC」または「CNC」ともいう)の製造方法は、下記工程A~工程Cをこの順で含む。
工程A:セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程
工程B:イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程
工程C:加水分解されたイオン性官能基を導入したセルロース繊維を解繊する解繊工程
本発明の製造方法によれば、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れ、イオン性官能基の導入量の高いセルロースナノクリスタルが提供される。
セルロースナノクリスタルは、繊維幅が1000nm以下のナノレベルまで解繊されており、かつ、酸加水分解により非晶質領域が除去され、高度に結晶化されている。
本実施形態の製造方法により、上記の効果が得られる理由としては、以下のように考えられる。従来、特許文献1に記載されているように、セルロースナノファイバーを短繊維化することにより、水分散液としたときに低粘度のナノセルロースを得る試みが行われていたが、セルロースナノファイバーの短繊維化では、水分散液とした場合に十分な低粘度化を行うことは困難であった。
水分散液とした場合に、十分な低粘度化を達成する目的で、セルロースの酸加水分解により非晶質部分を加水分解し、その後、解繊することによりセルロースナノクリスタルを製造することが行われ、この方法で得られたセルロースナノクリスタルでは、水分散液とした場合の低粘度化は達成されるものの、水分散液の透明性および耐塩性の点で問題があった。この問題を解決するために、酸加水分解および解繊により得られたセルロースナノクリスタルに、イオン性官能基を導入することが行われてきた。しかし、セルロースナノクリスタルにイオン性官能基を導入する方法では、セルロースナノクリスタル分散液の濃度が低く、高濃度での薬品処理が困難であり、反応効率が低いことから、導入できるイオン性官能基量が少なく、透明性および耐塩性を十分に向上させることができなかった。また、イオン性官能基以外の官能基が不純物として残存するという問題があった。さらに、セルロースナノクリスタルを得てからリンオキソ酸基を導入する方法では、リンオキソ酸基同士の縮合や、1分子のリンオキソ酸が複数のセルロースの水酸基と反応することにより、強酸性基と弱酸性基との導入量に差異が生じる場合があった。
本発明では、セルロース繊維にイオン性官能基を導入した後に、加水分解および解繊を行うことで、得られるセルロースナノクリスタルへのイオン性官能基の導入量を増加させることができ、その結果、透明性および耐塩性が向上したものと考えられる。また、セルロース繊維にイオン性官能基を導入した後に酸加水分解を行うことにより、イオン性官能基以外の官能基を低減することができ、より純度に優れるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られたと考えられる。さらに、イオン性官能基を導入した後に加水分解を行うことにより、リンオキソ酸基を導入した場合であっても、強酸性基と弱酸性基との導入量の差異が少ない、または差異がないイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られる。
また、イオン性官能基が導入されたセルロース繊維を加水分解した後に、解繊を行うことで、加水分解されたセルロース繊維が有するイオン性官能基の電気的反発力により、解繊効率が高まり、より繊維幅が小さいセルロースナノクリスタルが得られる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
[Method for producing cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced]
The method for producing ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of the present invention (hereinafter, "ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals" may also be simply referred to as "ionic functional group-introduced CNCs" or "CNCs") comprises the following steps A to C in this order:
Step A: An ionic functional group introduction step for introducing ionic functional groups into cellulose fibers. Step B: A hydrolysis step for hydrolyzing the cellulose fibers into which ionic functional groups have been introduced using an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more. Step C: A defibration step for defibrating the hydrolyzed cellulose fibers into which ionic functional groups have been introduced. According to the production method of the present invention, cellulose nanocrystals are provided which, when made into an aqueous dispersion, have low viscosity, high transparency, excellent salt tolerance, and a high amount of ionic functional groups introduced.
Cellulose nanocrystals are defibrated to the nano level with a fiber width of 1000 nm or less, and are highly crystallized by removing amorphous regions through acid hydrolysis.
The reason why the above-described effects are obtained by the production method of this embodiment is thought to be as follows: As described in Patent Document 1, attempts have been made to shorten cellulose nanofibers to obtain nanocellulose with low viscosity when dispersed in water, but shortening cellulose nanofibers has proven difficult to achieve a sufficient viscosity reduction when dispersed in water.
To achieve a sufficiently low viscosity when prepared as an aqueous dispersion, cellulose nanocrystals have been produced by acid hydrolysis of the amorphous portion of cellulose followed by defibration. While this method achieves a low viscosity when prepared as an aqueous dispersion, the resulting cellulose nanocrystals suffer from problems with the transparency and salt tolerance of the aqueous dispersion. To address this issue, attempts have been made to introduce ionic functional groups into the cellulose nanocrystals obtained by acid hydrolysis and defibration. However, this method of introducing ionic functional groups into cellulose nanocrystals results in a low concentration of the cellulose nanocrystal dispersion, making chemical treatment at high concentrations difficult and reducing the reaction efficiency. Consequently, the amount of ionic functional groups that can be introduced is limited, and transparency and salt tolerance cannot be sufficiently improved. Another problem is that functional groups other than the ionic functional groups remain as impurities. Furthermore, when phosphorus oxoacid groups are introduced after cellulose nanocrystals are obtained, condensation between phosphorus oxoacid groups or the reaction of a single phosphorus oxoacid molecule with multiple cellulose hydroxyl groups can lead to differences in the amount of strongly acidic and weakly acidic groups introduced.
In the present invention, by introducing ionic functional groups into cellulose fibers and then carrying out hydrolysis and defibration, it is possible to increase the amount of ionic functional groups introduced into the resulting cellulose nanocrystals, which is thought to result in improved transparency and salt tolerance. Furthermore, by carrying out acid hydrolysis after introducing ionic functional groups into cellulose fibers, it is possible to reduce functional groups other than ionic functional groups, and it is thought that ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals with higher purity can be obtained. Furthermore, by carrying out hydrolysis after introducing ionic functional groups, it is possible to obtain ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals with little or no difference in the amount of strongly acidic groups and weakly acidic groups introduced, even when phosphorus oxo acid groups are introduced.
Furthermore, by hydrolyzing cellulose fibers into which ionic functional groups have been introduced and then defibrating them, the electrical repulsive force of the ionic functional groups possessed by the hydrolyzed cellulose fibers increases the defibration efficiency, resulting in cellulose nanocrystals with smaller fiber widths.
The present invention will be described in further detail below.

<工程A>
工程Aは、セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程である。
〔セルロース繊維〕
セルロース繊維は、セルロースを含む繊維原料であり、セルロース繊維としては、とくに限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、例えば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、とくに限定されないが、例えば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、とくに限定されないが、例えばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら、竹、およびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、とくに限定されないが、例えば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、例えば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時のCNCの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さいという観点から、例えば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。
セルロース繊維としては、例えばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。
また、セルロース繊維に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。
<Process A>
Step A is an ionic functional group introduction step in which ionic functional groups are introduced into cellulose fibers.
[Cellulose fiber]
Cellulose fibers are fiber materials containing cellulose. While not particularly limited, pulp is preferred due to its availability and low cost. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include, but are not limited to, chemical pulps such as hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP), and oxygen-bleached kraft pulp (OKP); semi-chemical pulps such as semi-chemical pulp (SCP) and chemi-ground wood pulp (CGP); and mechanical pulps such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP). Examples of non-wood pulp include, but are not limited to, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lint, and non-wood pulps such as hemp, straw, bamboo, and bagasse. The deinked pulp is not particularly limited, but may be, for example, deinked pulp made from recycled paper. The pulp of this embodiment may be one of the above types alone or a mixture of two or more types.
Among the above pulps, for example, wood pulp and deinked pulp are preferred from the viewpoint of availability. Furthermore, among wood pulps, for example, chemical pulp is more preferred, and kraft pulp and sulfite pulp are even more preferred, from the viewpoint of a high cellulose content, a high CNC yield during defibration treatment, and small decomposition of cellulose in the pulp.
As the cellulose fiber, for example, cellulose contained in sea squirts or bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can also be used.
Moreover, instead of cellulose fibers, fibers formed from linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can also be used.

〔イオン性官能基〕
工程Aでは、セルロース繊維にイオン性官能基を導入する。セルロース繊維にイオン性官能基を導入することにより、解繊処理における解繊効率を高めることができ、また、得られるセルロースナノクリスタルの透明性、耐塩性を向上させることができる。
イオン性官能基としては、例えばアニオン性官能基およびカチオン性官能基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性官能基としてアニオン性官能基を有することがとくに好ましい。
[Ionic Functional Group]
In step A, ionic functional groups are introduced into cellulose fibers. By introducing ionic functional groups into cellulose fibers, the defibration efficiency in the defibration treatment can be increased, and the transparency and salt resistance of the resulting cellulose nanocrystals can be improved.
The ionic functional group may include, for example, either or both of an anionic functional group and a cationic functional group. In this embodiment, it is particularly preferable that the ionic functional group is an anionic functional group.

イオン性官能基としてのアニオン性官能基としては、例えばリンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する基(単にカルボキシ基ということもある)、硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)、ザンテート基、ホスホン基、ホスフィン基、スルホン基、カルボキシアルキル基等を挙げることができる。
イオン性官能基としてのカチオン性官能基としては、例えばアンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性官能基はアンモニウム基であることが好ましい。
中でも、イオン性官能基は、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、およびカチオン性官能基よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、硫黄オキソ酸基、および硫黄オキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましく、リンオキソ酸基であることがよりさらに好ましい。アニオン性官能基としてリンオキソ酸基を導入することにより、透明性、耐塩性に優れるセルロースナノクリスタルが得られる。
Examples of anionic functional groups as ionic functional groups include phosphorus oxo acid groups or groups derived from phosphorus oxo acid groups (sometimes simply referred to as phosphorus oxo acid groups), carboxy groups or groups derived from carboxy groups (sometimes simply referred to as carboxy groups), sulfur oxo acid groups or groups derived from sulfur oxo acid groups (sometimes simply referred to as sulfur oxo acid groups), xanthate groups, phosphonic groups, phosphine groups, sulfonic groups, and carboxyalkyl groups.
Examples of cationic functional groups as ionic functional groups include ammonium groups, phosphonium groups, sulfonium groups, etc. Among these, the cationic functional group is preferably an ammonium group.
Among these, the ionic functional group is preferably at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfonic acid group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, a carboxymethyl group, a carboxyethyl group, and a cationic functional group, more preferably at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfur oxoacid group, and a group derived from a sulfur oxoacid group, even more preferably at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group and a group derived from a phosphorus oxoacid group, and even more preferably a phosphorus oxoacid group. By introducing a phosphorus oxoacid group as the anionic functional group, cellulose nanocrystals with excellent transparency and salt resistance can be obtained.

リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基は、例えば下記式(1)で表される置換基である。各セルロース繊維には、下記式(1)で表される置換基が複数導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(1)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 The phosphorus oxoacid group or a group derived from the phosphorus oxoacid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). Multiple substituents represented by the following formula (1) may be introduced into each cellulose fiber. In this case, the multiple introduced substituents represented by the following formula (1) may be the same or different.

式(1)中、a、bおよびnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。n個あるαおよびα’のうち少なくとも1つはOであり、残りはRまたはORである。なお、各αおよびα’の全てがOであっても構わない。n個あるαは全て同じでも、それぞれ異なっていてもよい。βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。 In formula (1), a, b, and n are natural numbers, and m is an arbitrary number (where a = b × m). At least one of the n α and α' is O- , and the rest are R or OR. All of the α and α' may be O- . The n α may all be the same or different. β b+ is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance.

Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。また、式(1)においては、nは1であることが好ましい。 Each R is a hydrogen atom, a saturated linear hydrocarbon group, a saturated branched hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated branched hydrocarbon group, an unsaturated cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a derivative thereof. Furthermore, in formula (1), n is preferably 1.

飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、またはn-ブチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、またはt-ブチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、またはシクロヘキシル基等が挙げられるが、とくに限定されない。不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、またはアリル基等が挙げられるが、とくに限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、または3-ブテニル基等が挙げられるが、とくに限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、とくに限定されない。芳香族基としては、フェニル基、またはナフチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。 Saturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, and n-butyl groups. Saturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propyl and t-butyl groups. Saturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentyl and cyclohexyl groups. Unsaturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, vinyl and allyl groups. Unsaturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propenyl and 3-butenyl groups. Unsaturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentenyl and cyclohexenyl groups. Aromatic groups include, but are not limited to, phenyl and naphthyl groups.

また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖または側鎖に対し、カルボキシ基、カルボキシレート基(-COO-)、ヒドロキシ基、アミノ基およびアンモニウム基などの官能基から選択される少なくとも1種類が付加または置換した状態の官能基が挙げられるが、とくに限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数はとくに限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、セルロース繊維への浸透を容易にし、セルロースナノクリスタルの収率を高めることもできる。なお、式(1)中にRが複数個存在する場合やセルロース繊維に上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 Furthermore, the derivative group in R includes, but is not limited to, functional groups in which at least one functional group selected from the group consisting of a carboxy group, a carboxylate group (-COO-), a hydroxy group, an amino group, and an ammonium group is added to or substituted on the main chain or side chain of the above-mentioned hydrocarbon groups. The number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less. By ensuring that the number of carbon atoms constituting the main chain of R falls within the above range, the molecular weight of the phosphorus oxoacid group can be kept within an appropriate range, facilitating penetration into cellulose fibers and increasing the yield of cellulose nanocrystals. Note that when there are multiple Rs in formula (1) or when multiple types of substituents represented by formula (1) are introduced into cellulose fibers, the multiple Rs may be the same or different.

βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、もしくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、もしくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、式(1)中にβb+が複数個存在する場合やセルロース繊維に上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含むセルロース繊維を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、またはカリウムのイオンが好ましいが、とくに限定されない。 β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic or inorganic substance. Examples of the monovalent or higher cation composed of an organic substance include organic onium ions. Examples of the organic onium ions include organic ammonium ions and organic phosphonium ions. Examples of the organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of the organic phosphonium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of the monovalent or higher cation composed of an inorganic substance include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, ions of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, and ammonium ions. Note that when multiple β b+ groups exist in formula (1) or when multiple types of substituents represented by formula (1) are introduced into cellulose fibers, the multiple β b+ groups may be the same or different. Examples of the monovalent or higher cation composed of an organic or inorganic substance include, but are not limited to, sodium or potassium ions, which are resistant to yellowing when cellulose fibers containing β b+ are heated and are easy to use industrially.

リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基としては、より具体的には、リン酸基(-PO)、リン酸基の塩、亜リン酸基(ホスホン酸基)(-PO)、亜リン酸基(ホスホン酸基)の塩が挙げられる。また、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(例えば、ピロリン酸基)、ホスホン酸が縮合した基(例えば、ポリホスホン酸基)、リン酸エステル基(例えば、モノメチルリン酸基、ポリオキシエチレンアルキルリン酸基)、アルキルホスホン酸基(例えば、メチルホスホン酸基)などであってもよい。 More specific examples of the phosphorus oxo acid group or substituent derived from a phosphorus oxo acid group include a phosphate group ( -PO3H2 ), a salt of a phosphate group, a phosphorous acid ( phosphonic acid) group ( -PO2H2 ), and a salt of a phosphite (phosphonic acid) group. Furthermore, the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from a phosphorus oxo acid group may be a group in which a phosphate group is condensed (e.g., a pyrophosphate group), a group in which a phosphonic acid is condensed (e.g., a polyphosphonic acid group), a phosphate ester group (e.g., a monomethyl phosphate group, a polyoxyethylene alkyl phosphate group), an alkyl phosphonic acid group (e.g., a methylphosphonic acid group), or the like.

また、硫黄オキソ酸基(硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する置換基)は、例えば下記式(2)で表される置換基である。各セルロース繊維には、下記式(2)で表される置換基が複数入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(2)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 Furthermore, the sulfur oxoacid group (sulfur oxoacid group or a substituent derived from a sulfur oxoacid group) is, for example, a substituent represented by the following formula (2). Each cellulose fiber may contain multiple substituents represented by the following formula (2). In this case, the multiple introduced substituents represented by the following formula (2) may be the same or different.

上記構造式中、bおよびnは自然数であり、pは0または1であり、mは任意の数である(ただし、1=b×mである)。なお、nが2以上である場合、複数あるpは同一の数であってもよく、異なる数であってもよい。上記構造式中、βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、もしくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、もしくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、繊維状セルロースに上記式(2)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含むセルロース繊維を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、またはカリウムのイオンが好ましいが、とくに限定されない。 In the structural formula, b and n are natural numbers, p is 0 or 1, and m is any number (where 1 = b × m). When n is 2 or greater, the multiple p's may be the same or different. In the structural formula, β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic or inorganic substance. Examples of the monovalent or higher cation composed of an organic substance include organic onium ions. Examples of the organic onium ions include organic ammonium ions and organic phosphonium ions. Examples of the organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of the organic phosphonium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of the monovalent or higher cation composed of an inorganic substance include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, ions of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, and ammonium ions. When multiple types of substituents represented by the above formula (2) are introduced into the fibrous cellulose, the multiple β b+ may be the same or different. As the organic or inorganic cations of monovalent or higher, sodium or potassium ions are preferred, as they are less likely to yellow when β b+ -containing cellulose fibers are heated and are easy to use industrially, but there is no particular limitation.

セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量は、例えば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.30mmol/g以上であることが好ましく、0.50mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがよりさらに好ましい。また、セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量は、例えば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、3.00mmol/g以下であることがよりさらに好ましい。イオン性官能基の導入量を上記範囲内とすることにより、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性が良好となる。
ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性官能基の対イオンが水素イオン(H)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。
The amount of ionic functional groups introduced into the cellulose fibers is, for example, preferably 0.30 mmol/g or more per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 0.50 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, and even more preferably 1.00 mmol/g or more. Furthermore, the amount of ionic functional groups introduced into the cellulose fibers is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol/g or less, even more preferably 3.50 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less. By keeping the amount of ionic functional groups introduced within the above ranges, the transparency and salt resistance of the resulting cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein are improved.
Here, the denominator in the unit mmol/g indicates the mass of the fibrous cellulose when the counter ion of the ionic functional group is a hydrogen ion (H + ).

セルロース繊維および後述するイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに対するイオン性官能基の導入量は、例えば中和滴定法、元素分析により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られたセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of ionic functional groups introduced into cellulose fibers and cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced, described below, can be measured, for example, by neutralization titration or elemental analysis. When measuring by neutralization titration, the amount introduced is measured by measuring the change in pH while adding an alkali such as aqueous sodium hydroxide solution to a slurry containing the obtained cellulose fibers or cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced.

図1は、リンオキソ酸基を有するセルロース繊維含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。セルロース繊維に対するリンオキソ酸基の導入量は、例えば次のように測定される。なお、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルのリンオキソ酸基量についても、同様に測定される。
まず、セルロース繊維を含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型のセルロース繊維の質量を示すことから、酸型のセルロース繊維が有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときのセルロース繊維の質量に変換することで、陽イオンCが対イオンであるセルロース繊維が有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1000}
A[mmol/g]:セルロース繊維が有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の強酸性基量と弱酸性基量を足した値)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(例えば、Naは23、Alは9)
1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added dropwise to a slurry containing cellulose fibers having phosphorus oxo acid groups and pH. The amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the cellulose fibers is measured, for example, as follows. The amount of phosphorus oxo acid groups in cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced is also measured in the same manner.
First, a slurry containing cellulose fibers is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, the measurement object may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, the change in pH is observed while adding aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve such as that shown in the upper part of Figure 1 is obtained. The titration curve shown in the upper part of Figure 1 plots the measured pH against the amount of alkali added, while the titration curve shown in the lower part of Figure 1 plots the pH increment (derivative value) (1/mmol) against the amount of alkali added. In this neutralization titration, two points are identified in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, where the increment (derivative value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized. Of these, the first maximum point of the increment after starting to add the alkali is called the first endpoint, and the next maximum point of the increment is called the second endpoint. The amount of alkali required from the start of titration to the first endpoint is equal to the amount of first dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, the amount of alkali required from the first endpoint to the second endpoint is equal to the amount of second dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, and the amount of alkali required from the start of titration to the second endpoint is equal to the total amount of dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration.The value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first endpoint by the solids content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol/g).Note that when simply referring to the amount of phosphorus oxo acid group introduced (or amount of phosphorus oxo acid group), it refers to the amount of first dissociated acid.
In FIG. 1 , the region from the start of titration to the first endpoint is referred to as the first region, and the region from the first endpoint to the second endpoint is referred to as the second region. For example, when the phosphorus oxoacid group is a phosphate group and this phosphate group undergoes condensation, the amount of weakly acidic groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to herein as the second dissociated acid amount) appears to decrease, and the amount of alkali required in the second region is smaller than the amount of alkali required in the first region. On the other hand, the amount of strongly acidic groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to herein as the first dissociated acid amount) corresponds to the amount of phosphorus atoms regardless of whether condensation occurs. Furthermore, when the phosphorus oxoacid group is a phosphite group, the phosphorus oxoacid group no longer contains weakly acidic groups, so the amount of alkali required in the second region is reduced or may even be zero. In this case, there is only one point on the titration curve where the pH increment is maximized.
The above-mentioned amount of introduced phosphorus oxoacid groups (mmol/g) indicates the amount of phosphorus oxoacid groups in the acid-form cellulose fibers (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (acid form)), since the denominator indicates the mass of the acid-form cellulose fibers. On the other hand, when the counter ions of the phosphorus oxoacid groups are substituted with an arbitrary cation C so as to be the charge equivalent, the amount of phosphorus oxoacid groups in the cellulose fibers with the cation C as the counter ion (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (C-form)) can be determined by converting the denominator to the mass of the cellulose fibers when the cation C is the counter ion.
That is, it is calculated using the following formula.
Amount of phosphorus oxoacid group (C type)=Amount of phosphorus oxoacid group (acid type)/{1+(W−1)×A/1000}
A [mmol/g]: total amount of anions derived from phosphorus oxoacid groups in cellulose fibers (the sum of the amount of strongly acidic groups and the amount of weakly acidic groups in phosphorus oxoacid groups)
W: Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)

図2は、カルボキシ基を有するセルロース繊維に対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。
セルロース繊維に対するカルボキシ基の導入量は、例えば次のように測定される。なお、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルのカルボキシ基量についても、同様に測定される。
まず、セルロース繊維を含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図2に示すような滴定曲線を得る。
図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象のセルロース繊維含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H)であるときのセルロース繊維の質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto cellulose fibers having carboxy groups and pH.
The amount of carboxyl groups introduced into cellulose fibers is measured, for example, as follows: The amount of carboxyl groups in cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced is also measured in the same manner.
First, a slurry containing cellulose fibers is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, the measurement target may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below before treatment with the strongly acidic ion exchange resin. Next, a sodium hydroxide solution is added, and the change in pH is observed to obtain a titration curve as shown in FIG. 2.
As shown in Figure 2, in this neutralization titration, a single point is observed where the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximum on the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added. This maximum increment is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in Figure 2 is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxy groups in the slurry used for titration. The amount of carboxy groups introduced (mmol/g) was calculated by dividing the amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve by the solids content (g) in the cellulose fiber-containing slurry to be titrated.
The above-mentioned amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) indicates the amount of substituents per 1 g of cellulose fiber mass when the counter ion of the carboxyl group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type)).

なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、分母が酸型のセルロース繊維の質量であることから、酸型のセルロース繊維が有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときのセルロース繊維の質量に変換することで、陽イオンCが対イオンであるセルロース繊維が有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(C型))(mmol/g)を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
カルボキシ基量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1000}
W:陽イオンCの1価あたりの式量(例えば、Naは23、Alは9)
The above-mentioned amount of carboxy groups introduced (mmol/g) indicates the amount of carboxy groups possessed by acid-form cellulose fibers (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (acid form)), since the denominator is the mass of the acid-form cellulose fibers. On the other hand, when the counter ions of the carboxy groups are substituted with an arbitrary cation C so as to be the charge equivalent, the amount of carboxy groups possessed by the cellulose fibers with the cation C as the counter ion (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (C form)) (mmol/g) can be determined by converting the denominator to the mass of the cellulose fibers when the cation C is the counter ion.
That is, it is calculated using the following formula.
Amount of carboxyl group (C type)=Amount of carboxyl group (acid type)/{1+(W−1)×(Amount of carboxyl group (acid type))/1000}
W: Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)

また、セルロース繊維およびイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに対する硫黄オキソ酸基・スルホン基の導入量は、得られたセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを過塩素酸と濃硝酸を用いて湿式灰化した後に、適当な倍率で希釈してICP発光分析により硫黄量を測定する。
この硫黄量を、供試したセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの絶乾質量で除した値を硫黄オキソ酸基量・スルホン酸基量(単位:mmol/g)とする。
Furthermore, the amount of sulfur oxoacid groups and sulfonic acid groups introduced into the cellulose fibers and cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced therein is measured by wet ashing the obtained cellulose fibers or cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced therein using perchloric acid and concentrated nitric acid, diluting them at an appropriate ratio, and then measuring the amount of sulfur by ICP optical emission analysis.
The amount of sulfur divided by the bone dry mass of the cellulose fiber or cellulose nanocrystals to which ionic functional groups have been introduced is taken as the amount of sulfur oxoacid groups or sulfonic acid groups (unit: mmol/g).

なお、滴定法による置換基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低い置換基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒間に10~50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、セルロース繊維含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。 When measuring the amount of substituents using titration, if too much sodium hydroxide solution is added or if the titration interval is too short, the amount of substituents may be lower than expected and an accurate value may not be obtained. An appropriate amount and titration interval, for example, is to titrate 10 to 50 μL of 0.1 N sodium hydroxide solution over a period of 5 to 30 seconds. To eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the cellulose fiber-containing slurry, it is also recommended to measure while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry, for example, from 15 minutes before the start of titration until the end of titration.

セルロース繊維は、後述するイオン性官能基導入セルロース繊維の製造工程において添加される尿素および/または尿素誘導体に由来したカルバミド基を有していてもよい。この場合、セルロース繊維におけるカルバミド基の導入量(カルバミド基量)は、例えばセルロース繊維1g(質量)あたり1.50mmol/g以下であることが好ましく、1.00mmol/g以下であることがより好ましく、0.30mmol/g以下であることがさらに好ましく、0.20mmol/g以下であることがとくに好ましい。なお、セルロース繊維におけるカルバミド基の導入量(カルバミド基量)は、0.00mmol/gであってもよい。カルバミド基とリンオキソ酸基は、セルロースの水酸基に反応して導入される基であるため、カルバミド基の導入量が多くなればなるほど、リンオキソ酸基の導入量は減少する。このため、カルバミド基の導入量を上記範囲内とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を高め、適切な範囲とすることができる。なお、カルバミド基自体には、電気伝導性がないため、カルバミド基の導入により得られるイオン性官能基導入セルロースは得られない。このため、カルバミド基の導入量を上記範囲内とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を高めることで、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性を向上させることができる。 The cellulose fibers may contain carbamide groups derived from urea and/or urea derivatives added during the manufacturing process of the ionic functional group-introduced cellulose fibers described below. In this case, the amount of carbamide groups introduced into the cellulose fibers (carbamide group amount) is, for example, preferably 1.50 mmol/g or less per 1 g (mass) of cellulose fiber, more preferably 1.00 mmol/g or less, even more preferably 0.30 mmol/g or less, and particularly preferably 0.20 mmol/g or less. The amount of carbamide groups introduced into the cellulose fibers (carbamide group amount) may be 0.00 mmol/g. Because carbamide groups and phosphorus oxoacid groups are introduced by reaction with hydroxyl groups of cellulose, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced decreases as the amount of carbamide groups introduced increases. Therefore, by setting the amount of carbamide groups introduced within the above range, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced can be increased and maintained within an appropriate range. Note that carbamide groups themselves are not electrically conductive, so the introduction of carbamide groups does not result in cellulose with ionic functional groups. Therefore, by keeping the amount of carbamide groups introduced within the above range, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced can be increased, thereby improving the transparency and salt tolerance of the resulting cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced.

セルロース繊維およびイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルへのカルバミド基の導入量はセルロースに共有結合した窒素量を測定することで決定する。具体的には、セルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含む測定対象物からイオン性窒素(アンモニウムイオン)を遊離および除去させた後に、微量窒素分析法により窒素量を測定する。イオン性窒素(アンモニウムイオン)の遊離は、実質的にセルロースに共有結合した窒素が除かれない条件で行う。例えば、リンオキソ酸基導入工程の後に、アルカリ処理によってアンモニウムイオンを遊離させ、洗浄除去してから、後述する工程Bを行ってもよいし、工程Bや工程Cの後に強酸性イオン交換樹脂によってアンモニウムイオンを吸着除去させてもよい。微量窒素分析法による窒素量の測定機としては、例えば、株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110を用いることができる。測定前に低温(例えば、真空乾燥器にて、40℃24時間)で絶乾状態になるまでセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを乾燥させる。セルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの単位質量あたりのカルバミド基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られたセルロース繊維またはイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出される。 The amount of carbamide groups introduced into cellulose fibers and ionic-functionalized cellulose nanocrystals is determined by measuring the amount of nitrogen covalently bonded to cellulose. Specifically, ionic nitrogen (ammonium ions) is liberated and removed from the measurement target, including cellulose fibers or ionic-functionalized cellulose nanocrystals, and then the amount of nitrogen is measured using trace nitrogen analysis. The liberation of ionic nitrogen (ammonium ions) is performed under conditions that do not substantially remove the nitrogen covalently bonded to cellulose. For example, after the phosphorus oxoacid group introduction step, ammonium ions can be liberated by alkali treatment and washed away, followed by step B, as described below. Alternatively, ammonium ions can be adsorbed and removed using a strongly acidic ion exchange resin after steps B and C. An example of a device for measuring nitrogen content using trace nitrogen analysis is the TN-110 Total Nitrogen Analyzer manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Corporation. Before measurement, the cellulose fibers or ionic-functionalized cellulose nanocrystals are dried at low temperature (e.g., in a vacuum oven at 40°C for 24 hours) until completely dry. The amount of carbamide groups introduced per unit mass (mmol/g) of cellulose fiber or cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced therein is calculated by dividing the nitrogen content (g/g) per unit mass of cellulose fiber or cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced therein obtained by nitrogen trace analysis by the atomic weight of nitrogen.

〔イオン性官能基導入工程〕
セルロース繊維にイオン性官能基を導入するためには、上述したセルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程を有し、工程Bの前に、さらに、洗浄工程、アルカリ処理工程をこの順で有することが好ましく、洗浄工程の代わりに、または洗浄工程に加えて、酸処理工程を有していてもよい。イオン性官能基導入工程としては、リンオキソ酸基導入工程、カルボキシ基導入工程、硫黄オキソ酸基導入工程、塩素系酸化剤による酸化工程、ザンテート基導入工程、スルホン基導入工程、カルボキシアルキル化工程、が例示される。以下、それぞれについて説明する。
[Ionic Functional Group Introduction Step]
In order to introduce ionic functional groups into cellulose fibers, the method preferably includes the ionic functional group introduction step for introducing ionic functional groups into the cellulose fibers described above, and further includes a washing step and an alkali treatment step in this order before step B. Alternatively, an acid treatment step may be included instead of or in addition to the washing step. Examples of ionic functional group introduction steps include a phosphorus oxoacid group introduction step, a carboxyl group introduction step, a sulfur oxoacid group introduction step, an oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent, a xanthate group introduction step, a sulfone group introduction step, and a carboxyalkylation step. Each of these steps will be described below.

-リンオキソ酸基導入工程-
リンオキソ酸基導入工程は、セルロース繊維が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロース繊維に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
本実施形態に係るリン酸基導入工程では、セルロース繊維と化合物Aの反応を、尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロース繊維と化合物Aの反応を行ってもよい。
化合物Aを化合物Bとの共存下でセルロース繊維に作用させる方法の一例としては、乾燥状態または湿潤状態またはスラリー状のセルロース繊維に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態のセルロース繊維を用いることが好ましく、とくに乾燥状態のセルロース繊維を用いることが好ましい。セルロース繊維の形態は、とくに限定されないが、例えば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態でセルロース繊維に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、とくに水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bはセルロース繊維に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、とくに限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、セルロース繊維を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、セルロース繊維に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bをセルロース繊維に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれセルロース繊維に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。
- Phosphorus oxo acid group introduction step -
The phosphorus oxo acid group introduction step is a step in which at least one compound (hereinafter also referred to as "compound A") selected from compounds capable of introducing phosphorus oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups in cellulose fibers is allowed to act on the cellulose fibers, thereby obtaining fibers into which phosphorus oxo acid groups have been introduced.
In the phosphate group introduction step according to this embodiment, the reaction between the cellulose fibers and the compound A may be carried out in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter also referred to as "compound B"). Alternatively, the reaction between the cellulose fibers and the compound A may be carried out in the absence of compound B.
One example of a method for allowing compound A to act on cellulose fibers in the presence of compound B is a method in which compound A and compound B are mixed with cellulose fibers in a dry, wet, or slurry state. Among these methods, using cellulose fibers in a dry or wet state is preferred because of the high uniformity of the reaction, and using cellulose fibers in a dry state is particularly preferred. The form of the cellulose fibers is not particularly limited, but a cotton-like or thin sheet-like form is preferred. Examples include methods in which compound A and compound B are added to cellulose fibers in the form of a powder, a solution dissolved in a solvent, or a melted state obtained by heating to or above their melting point. Among these methods, adding compound A and compound B in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly an aqueous solution, is preferred because of the high uniformity of the reaction. Compound A and compound B may be added to cellulose fibers simultaneously, separately, or as a mixture. The method for adding compound A and compound B is not particularly limited. When compound A and compound B are in the form of a solution, the cellulose fibers may be immersed in the solution, absorbed, and then removed, or the solution may be dripped onto the cellulose fibers. Alternatively, the required amounts of compound A and compound B may be added to the cellulose fibers, or excess amounts of compound A and compound B may be added to the cellulose fibers, and then the excess compound A and compound B may be removed by squeezing or filtration.

本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが、とくに限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、例えば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、例えば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。
これらのうち、リン酸基の導入の効率が高く、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、またはリン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはリン酸二水素アンモニウムがより好ましい。
セルロース繊維に対する化合物Aの添加量は、とくに限定されないが、例えば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、セルロース繊維(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。セルロース繊維に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性をより向上させることができる。一方で、セルロース繊維に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。
The compound A used in this embodiment may be any compound that has a phosphorus atom and can form an ester bond with cellulose, including, but not limited to, phosphoric acid or a salt thereof, phosphorous acid or a salt thereof, dehydrated condensed phosphoric acid or a salt thereof, and phosphoric anhydride (diphosphorus pentoxide). Phosphoric acid can be used with various purities, such as 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid. Phosphorous acid can be used with, for example, 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Dehydrated condensed phosphoric acid is a compound in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed by a dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid. Phosphates, phosphites, and dehydrated condensed phosphates include lithium salts, sodium salts, potassium salts, and ammonium salts of phosphoric acid, phosphorous acid, or dehydrated condensed phosphoric acid, which can be neutralized to various degrees.
Among these, from the viewpoints of high efficiency in introducing a phosphate group, low cost, and ease of industrial application, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, and ammonium salt of phosphoric acid are preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, and ammonium dihydrogen phosphate are more preferred.
The amount of compound A added to the cellulose fibers is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted into the amount of phosphorus atoms, the amount of phosphorus atoms added to the cellulose fibers (bone dry mass) is preferably 0.5% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the cellulose fibers within the above range, the transparency and salt tolerance of the obtained cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein can be further improved. On the other hand, by setting the amount of phosphorus atoms added to the cellulose fibers to the above upper limit or less, a balance can be achieved between the effect of improving yield and costs.

本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、例えば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
セルロース繊維(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、とくに限定されないが、例えば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。
As described above, the compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives. Examples of the compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution of compound B. Furthermore, from the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
The amount of compound B added relative to the cellulose fiber (bone dry mass) is not particularly limited, but is preferably, for example, 1 mass% or more and 500 mass% or less, more preferably 10 mass% or more and 400 mass% or less, and even more preferably 100 mass% or more and 350 mass% or less.

セルロース繊維と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、例えばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、例えばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、例えばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、とくにトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction between cellulose fibers and compound A, in addition to compound B, the reaction system may contain, for example, amides or amines. Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, and dimethylacetamide. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Of these, triethylamine in particular is known to act as a good reaction catalyst.

リンオキソ酸基導入工程においては、セルロース繊維に化合物A等を添加または混合した後、当該セルロース繊維に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、セルロース繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、例えば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxo acid group introduction step, it is preferable to add or mix compound A or the like with the cellulose fibers and then heat-treat the cellulose fibers. The heat treatment temperature is preferably selected so that phosphorus oxo acid groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis of the cellulose fibers. The heat treatment temperature is preferably 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower. Various types of equipment with heat transfer media can be used for the heat treatment, including, for example, agitator dryers, rotary dryers, disk dryers, roll-type heaters, plate-type heaters, fluidized-bed dryers, band dryers, filtration dryers, vibration fluidized-bed dryers, flash dryers, reduced-pressure dryers, infrared heaters, far-infrared heaters, microwave heaters, and high-frequency dryers.

本実施形態に係る加熱処理においては、例えば薄いシート状のセルロース繊維に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等でセルロース繊維と化合物Aを混練または撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、セルロース繊維における化合物Aの濃度ムラを抑制して、セルロース繊維表面へ、より均一にリン酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子がセルロース繊維表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様にセルロース繊維表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。
また、加熱処理に用いる加熱装置は、例えばスラリーが保持する水分および化合物Aとセルロース繊維中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、セルロース繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。
加熱処理の時間は、例えばセルロース繊維から実質的に水分が除かれてから1秒間以上300分間以下であることが好ましく、1秒間以上1,000秒間以下であることがより好ましく、10秒間以上800秒間以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。
In the heat treatment according to this embodiment, for example, a method in which compound A is added to a thin sheet of cellulose fibers by a method such as impregnation, followed by heating, or a method in which the cellulose fibers and compound A are heated while being kneaded or stirred using a kneader or the like, can be employed. This makes it possible to suppress unevenness in the concentration of compound A in the cellulose fibers and to introduce phosphate groups more uniformly onto the surface of the cellulose fibers. This is thought to be because, when water molecules move to the surface of the cellulose fibers as they are dried, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by surface tension, and is prevented from migrating to the surface of the cellulose fibers in the same way (i.e., causing unevenness in the concentration of compound A).
Furthermore, the heating device used for the heat treatment is preferably one that can constantly discharge, to the outside of the device system, for example, the moisture retained in the slurry and the moisture generated in the dehydration condensation (phosphorylation) reaction between compound A and hydroxyl groups contained in cellulose or the like in the cellulose fibers. Examples of such a heating device include an oven using a blower system. By constantly discharging moisture from the device system, it is possible to suppress the hydrolysis reaction of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphate esterification, and also to suppress acid hydrolysis of sugar chains in the cellulose fibers.
The heat treatment time is, for example, preferably from 1 second to 300 minutes after the water content has been substantially removed from the cellulose fibers, more preferably from 1 second to 1,000 seconds, and even more preferably from 10 seconds to 800 seconds. In this embodiment, by setting the heating temperature and heating time within appropriate ranges, the amount of phosphorus oxo acid groups introduced can be kept within a preferred range.

リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えばよいが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、セルロース繊維に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。本実施形態においては、好ましい態様の一例として、リンオキソ酸基導入工程を2回行う場合が挙げられる。 The phosphorus oxo acid group introduction process needs to be performed at least once, but can also be repeated two or more times. By performing the phosphorus oxo acid group introduction process two or more times, a large number of phosphorus oxo acid groups can be introduced into the cellulose fibers. In this embodiment, a preferred example is when the phosphorus oxo acid group introduction process is performed two times.

セルロース繊維に対するリンオキソ酸基の導入量は、例えばセルロース繊維1g(質量)あたり0.30mmol/g以上であることが好ましく、0.50mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、1.25mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、セルロース繊維に対するリンオキソ酸基の導入量は、例えばセルロース繊維1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性および耐塩性を向上させることができる。 The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the cellulose fibers is, for example, preferably 0.30 mmol/g or more per 1 g (mass) of cellulose fiber, more preferably 0.50 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.25 mmol/g or more. Furthermore, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the cellulose fibers is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of cellulose fiber, more preferably 3.65 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less. By keeping the amount of phosphorus oxoacid groups introduced within the above range, the transparency and salt tolerance of the resulting cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein can be improved.

-カルボキシ基導入工程-
カルボキシ基導入工程は、セルロース繊維に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、とくに限定されないが、例えばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、とくに限定されないが、例えばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、とくに限定されないが、例えばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。
-Carboxy group introduction step-
The carboxyl group introduction process is carried out by subjecting the cellulose fibers to an oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, or TEMPO oxidation treatment, or by treating the fibers with a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof, or an acid anhydride of a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof.
Examples of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, dicarboxylic acid compounds such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid, and tricarboxylic acid compounds such as citric acid and aconitic acid. Examples of derivatives of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, imidized products of acid anhydrides of compounds having carboxy groups, and derivatives of acid anhydrides of compounds having carboxy groups. Examples of imidized products of acid anhydrides of compounds having carboxy groups include, but are not limited to, imidized products of dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalimide.

カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、とくに限定されないが、例えば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、とくに限定されないが、例えばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。 Acid anhydrides of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, and itaconic anhydride. Furthermore, derivatives of acid anhydrides of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, acid anhydrides of compounds having carboxy groups such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, and diphenylmaleic anhydride, in which at least some of the hydrogen atoms have been substituted with substituents such as alkyl groups or phenyl groups.

カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、例えばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、例えばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、セルロース繊維としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。
また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、例えばセルロース繊維としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。
セルロース繊維に対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、例えばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、セルロース繊維1g(質量)あたり0.30mmol/g以上であることが好ましく、0.50mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、2.5mmol/g以下であることが好ましく、2.20mmol/g以下であることがより好ましく、2.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。
When TEMPO oxidation treatment is performed in the carboxyl group introduction step, it is preferable to perform the treatment under conditions of a pH of 6 or higher and 8 or lower. This type of treatment is also called a neutral TEMPO oxidation treatment. The neutral TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding pulp as the cellulose fiber, a nitroxy radical such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) as a catalyst, and sodium hypochlorite as a sacrificial reagent to a sodium phosphate buffer solution (pH = 6.8). Furthermore, by adding sodium chlorite, aldehydes generated during the oxidation process can be efficiently oxidized to carboxyl groups.
The TEMPO oxidation treatment may be carried out under conditions of a pH of 10 to 11. Such a treatment is also called alkaline TEMPO oxidation treatment. The alkaline TEMPO oxidation treatment can be carried out, for example, by adding a nitroxy radical such as TEMPO as a catalyst, sodium bromide as a co-catalyst, and sodium hypochlorite as an oxidizing agent to pulp as cellulose fibers.
The amount of carboxyl groups introduced into cellulose fibers varies depending on the type of substituent. For example, when carboxyl groups are introduced by TEMPO oxidation, the amount is preferably 0.30 mmol/g or more, more preferably 0.50 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 0.90 mmol/g or more, and particularly preferably 1.00 mmol/g or more per gram (mass) of cellulose fibers. Also, the amount is preferably 2.5 mmol/g or less, more preferably 2.20 mmol/g or less, and even more preferably 2.00 mmol/g or less. Furthermore, when the substituent is a carboxymethyl group, the amount may be 5.8 mmol/g or less per gram (mass) of fibrous cellulose.

-硫黄オキソ酸基導入工程-
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造工程は、イオン性官能基導入工程として、例えば、硫黄オキソ酸基導入工程を含んでもよい。硫黄オキソ酸基導入工程は、セルロース繊維が有する水酸基と硫黄オキソ酸が反応することで、硫黄オキソ酸基を有するセルロース繊維(硫黄オキソ酸基導入繊維)を得ることができる。
- Sulfur oxo acid group introduction step -
The process for producing cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein may include, for example, a sulfur oxoacid group introduction step, in which hydroxyl groups in cellulose fibers react with sulfur oxoacids to obtain cellulose fibers having sulfur oxoacid groups (sulfur oxoacid group-introduced fibers).

硫黄オキソ酸基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Aに代えて、セルロース繊維が有する水酸基と反応することで、硫黄オキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物C」ともいう)を用いる。化合物Cとしては、硫黄原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、硫酸もしくはその塩、亜硫酸もしくはその塩、硫酸アミドなどが挙げられるがとくに限定されない。硫酸としては、種々の純度のものを使用することができ、例えば96%硫酸(濃硫酸)を使用することができる。亜硫酸としては、5%亜硫酸水が挙げられる。硫酸塩または亜硫酸塩としては、硫酸塩または亜硫酸塩のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。硫酸アミドとしては、スルファミン酸などを使用することができる。硫黄オキソ酸基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることが好ましい。 In the sulfur oxo acid group introduction process, instead of compound A in the above-described <Phosphorus oxo acid group introduction process>, at least one compound (hereinafter also referred to as "compound C") selected from compounds capable of introducing sulfur oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups in cellulose fibers is used. Compound C may be any compound containing a sulfur atom and capable of forming an ester bond with cellulose, including, but not limited to, sulfuric acid or its salts, sulfurous acid or its salts, and sulfuric acid amides. Sulfuric acid of various purities can be used, such as 96% sulfuric acid (concentrated sulfuric acid). Sulfurous acid can be 5% aqueous sulfurous acid. Sulfates or sulfites include lithium, sodium, potassium, and ammonium salts of sulfates or sulfites, which can be neutralized to various degrees. Sulfamic acid or other sulfuric acid amides can be used. In the sulfur oxo acid group introduction process, it is preferable to use compound B in the above-described <Phosphorus oxo acid group introduction process>.

硫黄オキソ酸基導入工程においては、セルロース繊維に硫黄オキソ酸、ならびに、尿素および/または尿素誘導体を含む水溶液を混合した後、当該セルロース繊維に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、硫黄オキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理温度は、300℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。 In the sulfur oxoacid group introduction process, it is preferable to mix cellulose fibers with an aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or a urea derivative, and then heat-treat the cellulose fibers. The heat-treatment temperature is preferably selected so that sulfur oxoacid groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis of the fibers. The heat-treatment temperature is preferably 100°C or higher, more preferably 120°C or higher, and even more preferably 150°C or higher. The heat-treatment temperature is preferably 300°C or lower, more preferably 250°C or lower, and even more preferably 200°C or lower.

加熱処理工程では、実質的に水分がなくなるまで加熱をすることが好ましい。このため、加熱処理時間は、セルロース繊維に含まれる水分量や、硫黄オキソ酸、ならびに、尿素および/または尿素誘導体を含む水溶液の添加量によって、変動するが、例えば、10秒間以上10,000秒間以下とすることが好ましい。加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、例えば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the heat treatment step, it is preferable to heat until substantially all moisture is removed. Therefore, the heat treatment time varies depending on the amount of moisture contained in the cellulose fiber and the amount of aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or a urea derivative added, but is preferably, for example, 10 seconds or more and 10,000 seconds or less. Heat treatment can be performed using equipment with various heat media, such as agitator dryers, rotary dryers, disk dryers, roll-type heaters, plate-type heaters, fluidized bed dryers, band dryers, filtration dryers, vibration fluidized dryers, pneumatic dryers, reduced-pressure dryers, infrared heaters, far-infrared heaters, microwave heaters, and high-frequency dryers.

セルロース繊維に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、0.05mmol/g以上であることが好ましく、0.10mmol/g以上であることがより好ましく、0.20mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.50mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、0.80mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、セルロース繊維に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。硫黄オキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、解繊性を向上させ、より繊維幅の少ないイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを得ることが可能となる。 The amount of sulfur oxoacid groups introduced into cellulose fibers is preferably 0.05 mmol/g or more, more preferably 0.10 mmol/g or more, even more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, and particularly preferably 0.90 mmol/g or more. Furthermore, the amount of sulfur oxoacid groups introduced into cellulose fibers is preferably 5.00 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less. By keeping the amount of sulfur oxoacid groups introduced within the above range, it is possible to improve defibration ability and obtain cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced and smaller fiber widths.

-塩素系酸化剤による酸化工程(第二のカルボキシ基導入工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えば塩素系酸化剤による酸化工程を含んでもよい。塩素系酸化剤による酸化工程では、塩素系酸化剤を湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にカルボキシ基が導入される。
- Oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent (second carboxyl group introduction step) -
The ionic functional group introduction step may include, for example, an oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent, in which the chlorine-based oxidizing agent is added to wet or dry cellulose fibers having hydroxyl groups to cause a reaction, thereby introducing carboxyl groups into the cellulose fibers.

塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、亜塩素酸、亜塩素酸塩、塩素酸、塩素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、二酸化塩素などが挙げられる。イオン性官能基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性、耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点から、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素が好ましい。
塩素系酸化剤は、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。
Examples of chlorine-based oxidizing agents include hypochlorous acid, hypochlorites, chlorous acid, chlorites, chloric acid, chlorates, perchloric acid, perchlorates, chlorine dioxide, etc. Sodium hypochlorite, sodium chlorite, and chlorine dioxide are preferred from the standpoints of the efficiency of introducing ionic functional groups, and thus the transparency, salt resistance, cost, and ease of handling of the resulting cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein.
The chlorine-based oxidizing agent may be added to the cellulose fibers as a reagent, or may be dissolved in a suitable solvent and then added.

塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤の溶液中濃度は、例えば有効塩素濃度に換算して、1質量%以上1,000質量%以下であることが好ましく、5質量%以上500質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上100質量%以下であることがさらに好ましい。
塩素系酸化剤のセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、10質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、100質量部以上5,000質量部以下であることがさらに好ましい。
The concentration of the chlorine-based oxidizing agent in the solution in the oxidation step using the chlorine-based oxidizing agent is, for example, converted into an effective chlorine concentration, preferably 1% by mass or more and 1,000% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 500% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or more and 100% by mass or less.
The amount of the chlorine-based oxidizing agent added per 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass or more and 5,000 parts by mass or less.

塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤との反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
反応時のpHは、5以上15以下であることが好ましく、7以上14以下であることがより好ましく、9以上13以下であることがさらに好ましい。また、反応開始時、反応中のpHは塩酸や水酸化ナトリウムを適宜添加しながら一定(例えば、pH11)を保つことが好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time with the chlorine-based oxidizing agent in the oxidation step using the chlorine-based oxidizing agent may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 20 minutes to 400 minutes.
The pH during the reaction is preferably 5 or more and 15 or less, more preferably 7 or more and 14 or less, and even more preferably 9 or more and 13 or less. At the start of the reaction and during the reaction, the pH is preferably maintained constant (for example, pH 11) by appropriately adding hydrochloric acid or sodium hydroxide. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed with water and removed by filtration or the like.

-ザンテート基導入工程(キサントゲン酸エステル化工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えばザンテート基導入工程(以下、ザンテート化工程ともいう。)を含んでもよい。ザンテート化工程では、二硫化炭素とアルカリ化合物を、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にザンテート基が導入される。具体的には、二硫化炭素を後述の手法でアルカリセルロース化したセルロース繊維に対して加え、反応を行う。
-Xanthate group introduction step (xanthogen acid esterification step)-
The ionic functional group introduction process may include, for example, a xanthate group introduction process (hereinafter also referred to as a xanthation process). In the xanthation process, carbon disulfide and an alkali compound are added to wet or dry cellulose fibers having hydroxyl groups to react with each other, thereby introducing xanthate groups into the cellulose fibers. Specifically, carbon disulfide is added to cellulose fibers that have been converted into alkali cellulose by the method described below, and the reaction is carried out.

≪アルカリセルロース化≫
セルロース繊維へのイオン性官能基導入に際しては、セルロース繊維が含むセルロースにアルカリ溶液を作用させ、セルロースをアルカリセルロース化することが好ましい。この処理により、セルロースの水酸基の一部がイオン解離し、求核性(反応性)を高めることができる。アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、とくに限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。汎用性が高いことから、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いることが好ましい。アルカリセルロース化は、イオン性官能基の導入と同時に行ってもよいし、その前段として行ってもよいし、両方のタイミングで行ってもよい。
<Alkali cellulose>
When introducing ionic functional groups into cellulose fibers, it is preferable to convert the cellulose contained in the cellulose fibers into alkali cellulose by applying an alkaline solution to the cellulose. This treatment ionizes some of the hydroxyl groups of the cellulose, increasing its nucleophilicity (reactivity). The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. Due to their high versatility, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, or tetrabutylammonium hydroxide. The conversion into alkali cellulose may be performed simultaneously with the introduction of ionic functional groups, before the introduction, or at both stages.

アルカリセルロース化を始める際の溶液温度は、0℃以上50℃以下であることが好ましく、5℃以上40℃以下であることがより好ましく、10℃以上30℃以下であることがさらに好ましい。 The solution temperature at the start of alkali cellulose formation is preferably 0°C or higher and 50°C or lower, more preferably 5°C or higher and 40°C or lower, and even more preferably 10°C or higher and 30°C or lower.

アルカリ溶液濃度としては、モル濃度として0.01mol/L以上4mol/L以下であることが好ましく、0.1mol/L以上3mol/L以下であることがより好ましく、1mol/L以上2.5mol/L以下であることがさらに好ましい。とくに、処理温度が10℃未満である場合は、1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましい。 The alkaline solution concentration is preferably 0.01 mol/L or more and 4 mol/L or less, more preferably 0.1 mol/L or more and 3 mol/L or less, and even more preferably 1 mol/L or more and 2.5 mol/L or less. In particular, when the treatment temperature is less than 10°C, a concentration of 1 mol/L or more and 2 mol/L or less is preferable.

アルカリセルロース化の処理時間は、1分間以上であることが好ましく、10分間以上であることがより好ましく、30分間以上であることがさらに好ましい。また、アルカリ処理の時間は、6時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましく、4時間以下であることがさらに好ましい。 The treatment time for alkali cellulose formation is preferably 1 minute or more, more preferably 10 minutes or more, and even more preferably 30 minutes or more. The alkali treatment time is preferably 6 hours or less, more preferably 5 hours or less, and even more preferably 4 hours or less.

アルカリ溶液の種類、処理温度、濃度、浸漬時間を上述のように調整することで、セルロースの結晶領域へのアルカリ溶液浸透を抑制でき、セルロースI型の結晶構造が維持されやすくなり、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの収率を高めることができる。 By adjusting the type of alkaline solution, treatment temperature, concentration, and immersion time as described above, it is possible to suppress the penetration of the alkaline solution into the crystalline regions of cellulose, making it easier to maintain the cellulose type I crystalline structure and increasing the yield of cellulose nanocrystals with introduced ionic functional groups.

イオン性官能基導入とアルカリセルロース化を同時に行わない場合、アルカリ処理で得られたアルカリセルロースは、遠心分離や、濾別などの一般的な脱液方法により、固液分離し、水分を除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるイオン性官能基導入工程での、反応効率が向上する。固液分離後のセルロース繊維濃度は、5%以上50%以下であることが好ましく、10%以上40%以下であることがより好ましく、15%以上35%以下であることがさらに好ましい。 If the introduction of ionic functional groups and the conversion to alkali cellulose are not carried out simultaneously, it is preferable to remove water from the alkali cellulose obtained by alkali treatment by solid-liquid separation using a common deliquoring method such as centrifugation or filtration. This improves the reaction efficiency in the subsequent ionic functional group introduction step. The cellulose fiber concentration after solid-liquid separation is preferably 5% or more and 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less, and even more preferably 15% or more and 35% or less.

-ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)-
イオン性官能基導入工程としては、ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)を含んでもよい。ホスホアルキル化工程では、必須成分として、反応性基とホスホ基またはホスフィン基とを有する化合物(化合物E)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にホスホン基またはホスフィン基が導入される。
-Phosphonic or phosphine group introduction step (phosphoalkylation step)-
The ionic functional group introduction step may include a phosphonic or phosphine group introduction step (phosphoalkylation step). In the phosphoalkylation step, a compound having a reactive group and a phosphonic or phosphine group (compound E A ) as an essential component, and an alkali compound and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives as optional components, are added to wet or dry cellulose fibers having hydroxyl groups, and a reaction is carried out to introduce phosphonic or phosphine groups into the cellulose fibers.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物Eとしては、例えばビニルホスホン酸、フェニルビニルホスホン酸、フェニルビニルホスフィン酸等が挙げられる。置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点から化合物Eはビニルホスホン酸であることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of the compound EA include vinylphosphonic acid, phenylvinylphosphonic acid, phenylvinylphosphinic acid, etc. From the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and thus the transparency, salt resistance, cost, and ease of handling of the resulting cellulose nanocrystals having an ionic functional group introduced therein, it is preferable that the compound EA is vinylphosphonic acid.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use the compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.

化合物Eを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound EA is added, it may be added to the cellulose fiber as a reagent (solid or liquid) as is, or may be dissolved in an appropriate solvent and then added. It is preferable that the cellulose fiber is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting the cellulose fiber into alkali cellulose is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E A added per 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably between 1 minute and 1,000 minutes, more preferably between 10 minutes and 500 minutes, and even more preferably between 20 minutes and 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water or removed by filtration, etc.

-スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えば、スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)を含んでもよい。スルホアルキル化では、必須成分として、反応性基とスルホン基とを有する化合物(化合物E)と、任意成分としてアルカリ化合物、前述した、尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にスルホン基が導入される。
-Sulfonic acid group introduction step (sulfoalkylation step)-
The ionic functional group introduction step may include, for example, a sulfonic group introduction step (sulfoalkylation step). In the sulfoalkylation, a compound having a reactive group and a sulfonic group (compound E B ) as an essential component, and an alkali compound and the aforementioned compound B selected from urea and its derivatives as optional components, are added to wet or dry cellulose fibers having hydroxyl groups, and a reaction is carried out to introduce sulfonic groups into the cellulose fibers.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物Eとしては、2-クロロエタンスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、p-スチレンスルホン酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。中でも、置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点からビニルスルホン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of compound E B include sodium 2-chloroethanesulfonate, sodium vinylsulfonate, sodium p-styrenesulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, etc. Among these, sodium vinylsulfonate is preferred from the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and hence the transparency and salt resistance, cost, and ease of handling of the resulting cellulose nanocrystals having an ionic functional group introduced therein.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use the compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.

化合物Eは、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 Compound E B may be added to the cellulose fiber as a reagent or may be dissolved in a suitable solvent and then added. The cellulose fiber is preferably converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting the cellulose fiber into alkali cellulose is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E B added per 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、15分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 15 minutes to 400 minutes.
After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed and removed by filtration or the like.

-カルボキシアルキル化工程(第三のカルボキシ基導入工程)-
イオン性官能基導入工程として、例えば、カルボキシアルキル化工程を含んでもよい。必須成分として、反応性基とカルボキシ基とを有する化合物(化合物E)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した、尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にカルボキシ基が導入される。
-Carboxyalkylation step (third carboxy group introduction step)-
The ionic functional group introduction step may include, for example, a carboxyalkylation step, in which a compound having a reactive group and a carboxy group (compound E C ) as an essential component, an alkali compound as an optional component, and the aforementioned compound B selected from urea and its derivatives are added to wet or dry cellulose fibers having hydroxyl groups and reacted to introduce carboxy groups into the cellulose fibers.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物Eとしては、置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点からモノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、2-クロロプロピオン酸、3-クロロプロピオン酸、2-クロロプロピオン酸ナトリウム、3-クロロプロピオン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
As the compound E C , monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, 2-chloropropionic acid, 3-chloropropionic acid, sodium 2-chloropropionate, and sodium 3-chloropropionate are preferred from the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and therefore the transparency and salt resistance of the resulting cellulose nanocrystal having an ionic functional group introduced therein, cost, and ease of handling.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use the compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.

化合物Eは、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 Compound E and C may be added to the cellulose fiber as a reagent or dissolved in a suitable solvent. The cellulose fiber is preferably converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting the cellulose fiber into alkali cellulose is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E C added per 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、3分間以上500分間以下であることがより好ましく、5分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 3 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 5 minutes to 400 minutes.
After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed and removed by filtration or the like.

-カチオン性基導入工程(カチオン化工程)-
必須成分として、反応性基とカチオン性基とを有する化合物(化合物E)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した、尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有するセルロース繊維に加えて反応を行うことで、セルロース繊維にカチオン性基が導入される。
-Cationic group introduction step (cationization step)-
A compound having a reactive group and a cationic group (compound E D ) as an essential component, an alkaline compound as an optional component, and the aforementioned compound B selected from urea and its derivatives are added to wet or dry cellulose fibers having hydroxyl groups and reacted to introduce cationic groups into the cellulose fibers.

反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。 Reactive groups include halogenated alkyl groups, vinyl groups, and epoxy groups (glycidyl groups).

化合物Eとしては、置換基の導入効率、ひいては得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの透明性や耐塩性、コスト、取り扱いやすさの点からグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等が好ましい。 As the compound E D , glycidyl trimethyl ammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride, etc. are preferred from the viewpoints of the efficiency of introducing the substituent, and therefore the transparency and salt resistance of the resulting cellulose nanocrystals into which the ionic functional groups have been introduced, cost, and ease of handling.

さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましい。添加量も前述のようにすることが好ましい。 Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-mentioned <Phosphorus Oxo Acid Group Introduction Step>. It is also preferable to add it in the amount described above.

化合物Eは、試薬をそのままセルロース繊維に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。セルロース繊維は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 Compounds E and D may be added to the cellulose fibers as reagents or dissolved in a suitable solvent. The cellulose fibers are preferably converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting the cellulose fibers into alkali cellulose is as described above.

反応時の温度は、例えば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.

化合物Eのセルロース繊維100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E D added per 100 parts by mass of cellulose fibers is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.

反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、例えば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、5分間以上500分間以下であることがより好ましく、10分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。
また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably, for example, from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 5 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 10 minutes to 400 minutes.
After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed and removed by filtration or the like.

〔洗浄工程〕
本実施形態の製造方法においては、必要に応じてイオン性官能基導入繊維に対して、後述する工程Bの前に、洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、例えば水や有機溶媒によりイオン性官能基導入セルロース繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、とくに限定されない。
[Cleaning process]
In the manufacturing method of this embodiment, if necessary, a washing step can be performed on the ionic functional group-introduced fiber before the step B described below. The washing step is performed by washing the ionic functional group-introduced cellulose fiber with, for example, water or an organic solvent. Furthermore, the washing step may be performed after each of the steps described below, and the number of washings performed in each washing step is not particularly limited.

〔アルカリ処理工程〕
工程A(イオン性官能基導入工程)と、後述する工程B(加水分解工程)との間に、イオン性官能基導入セルロース繊維に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、とくに限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、イオン性官能基導入セルロース繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、とくに限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、例えば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、例えば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、とくに限定されないが、例えば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるイオン性官能基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、とくに限定されないが、例えば5分間以上30分間以下であることが好ましく、10分間以上20分間以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、とくに限定されないが、例えばイオン性官能基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
アルカリ処理は、イオン性官能基導入セルロース繊維がアニオン性基を有する場合は、そのアニオン性基の中和処理・イオン交換処理であってもよい。この場合、アルカリ溶液の温度は室温であることが好ましい。
[Alkali treatment step]
The cellulose fiber having the ionic functional groups introduced therein may be subjected to an alkali treatment between step A (the step of introducing ionic functional groups) and step B (the hydrolysis step) described later. The alkali treatment method is not particularly limited, but may be, for example, a method of immersing the cellulose fiber having the ionic functional groups introduced therein in an alkali solution.
The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of their high versatility. The solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among these, the solvent contained in the alkaline solution is preferably water or a polar solvent including a polar organic solvent such as an alcohol, and more preferably an aqueous solvent including at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is preferable because of their high versatility.
The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5° C. to 80° C., and more preferably from 10° C. to 60° C. The immersion time of the ionic functional group-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5 minutes to 30 minutes, and more preferably from 10 minutes to 20 minutes. The amount of alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but is preferably from 100% by mass to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% by mass to 10,000% by mass, based on the absolute dry mass of the ionic functional group-introduced fiber.
When the cellulose fiber having ionic functional groups introduced therein has anionic groups, the alkali treatment may be a neutralization treatment or an ion exchange treatment of the anionic groups. In this case, the temperature of the alkali solution is preferably room temperature.

アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、イオン性官能基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性官能基導入セルロース繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって工程Bの前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったイオン性官能基導入セルロース繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkaline solution used in the alkaline treatment step, the ionic functional group-introduced cellulose fiber may be washed with water or an organic solvent after the ionic functional group-introducing step but before the alkaline treatment step. From the perspective of improving handleability, it is preferable to wash the alkaline-treated ionic functional group-introduced cellulose fiber with water or an organic solvent after the alkaline treatment step but before step B.

〔酸処理工程〕
イオン性官能基導入工程と、後述する加水分解工程との間に、イオン性官能基導入セルロース繊維に対して酸処理を行ってもよい。例えば、イオン性官能基導入工程、酸処理工程、アルカリ処理工程、工程Bおよび工程Cをこの順で行ってもよい。
酸処理の方法としては、とくに限定されないが、例えば酸を含有する酸性液中にイオン性官能基導入セルロース繊維を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、とくに限定されないが、例えば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、とくに限定されないが、例えば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、例えば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、例えば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、例えばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることがとくに好ましい。
酸処理における酸溶液の温度は、とくに限定されないが、例えば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、とくに限定されないが、例えば5分間以上120分間以下が好ましく、10分間以上60分間以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、とくに限定されないが、例えばイオン性官能基導入セルロース繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
酸処理は、イオン性官能基導入セルロース繊維がカチオン性基を有する場合は、そのカチオン性基の中和処理・イオン交換処理であってもよい。この場合、酸溶液の温度は室温であることが好ましい。
[Acid treatment step]
The cellulose fiber having the ionic functional groups introduced therein may be subjected to an acid treatment between the ionic functional group introduction step and the hydrolysis step described later. For example, the ionic functional group introduction step, the acid treatment step, the alkali treatment step, step B, and step C may be performed in this order.
The acid treatment method is not particularly limited, but examples include a method of immersing ionic functional group-introduced cellulose fibers in an acidic solution containing an acid. The concentration of the acidic solution used is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic solution used is also not particularly limited, but is preferably 0 to 4, and more preferably 1 to 3. Examples of acids that can be used in the acidic solution include inorganic acids, sulfonic acids, and carboxylic acids. Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, and boric acid. Examples of sulfonic acids include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid. Examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, and tartaric acid. Among these, hydrochloric acid or sulfuric acid is particularly preferred.
The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 5° C. to 100° C., and more preferably from 20° C. to 90° C. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 5 minutes to 120 minutes, and more preferably from 10 minutes to 60 minutes. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 100% by mass to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% by mass to 10,000% by mass, based on the absolute dry mass of the cellulose fiber having ionic functional groups introduced therein.
When the cellulose fiber having ionic functional groups introduced therein has cationic groups, the acid treatment may be a neutralization treatment or an ion exchange treatment of the cationic groups. In this case, the temperature of the acid solution is preferably room temperature.

<工程B>
工程Bは、イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程である。
上述した方に、イオン性官能基を導入したセルロース繊維(イオン性官能基導入セルロース繊維)は、工程Aの後、工程Bの前に、洗浄工程を有することが好ましい。
加水分解工程により、イオン性官能基導入セルロース繊維中の非晶質部分が加水分解により除去され、結晶性が向上する。また、加水分解工程により、例えば、リンオキソ酸中の縮合部分が加水分解され、得られるイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中の第1解離量と第2解離量との差異が小さくなる、または等しくなる。
なお、加水分解工程により、セルロース繊維中の非晶質部位に導入されたイオン性官能基はセルロース繊維の加水分解とともに除去されるため、一般に、工程Aにより得られたイオン官能性基導入セルロース繊維へのイオン性官能基の導入量に比べて、工程Bおよび工程Cを経て得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基の導入量は減少する。また、セルロース繊維の非晶質部位に導入されたカルバミド基なども、加水分解工程により除去され、より純度の高いイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られる。
<Process B>
Step B is a hydrolysis step in which the cellulose fibers having ionic functional groups introduced therein are hydrolyzed with an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more.
In the above-mentioned case, it is preferable that the cellulose fibers into which ionic functional groups have been introduced (ionic functional group-introduced cellulose fibers) have a washing step after step A and before step B.
The hydrolysis step removes amorphous portions in the cellulose fibers having ionic functional groups introduced therein, improving crystallinity. Furthermore, the hydrolysis step hydrolyzes, for example, condensed portions in phosphorus oxoacids, and the difference between the first dissociation amount and the second dissociation amount in the resulting cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein becomes smaller or equal.
In the hydrolysis step, the ionic functional groups introduced into the amorphous regions of the cellulose fibers are removed as the cellulose fibers are hydrolyzed, and therefore, the amount of ionic functional groups introduced into the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals obtained through steps B and C is generally smaller than the amount of ionic functional groups introduced into the ionic functional group-introduced cellulose fibers obtained through step A. Furthermore, carbamide groups and the like introduced into the amorphous regions of the cellulose fibers are also removed by the hydrolysis step, resulting in ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of higher purity.

〔酸性水溶液〕
工程Bでは、濃度が5mol/L以上の酸性水溶液を使用する。
酸性水溶液に含まれる酸としては、例えば無機酸、およびスルホン酸、カルボン酸等の有機酸を用いることができる。
無機酸としては、例えば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。
スルホン酸としては、例えばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、例えばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。
また、リン酸水溶液は、五酸化二リン水溶液であってもよ。五酸化二リンを使用することにより、高濃度の酸性水溶液を得ることができ、そして、加水分解処理に使用した後に、回収して再生五酸化二リンとして再利用できる点で好ましい。
これらの中でも、工程Bで使用する酸性水溶液としては、リン酸、硫酸、五酸化二リン、および塩酸よりなる群から選択される酸化合物の水溶液であることが好ましい。
[Acidic aqueous solution]
In step B, an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more is used.
The acid contained in the acidic aqueous solution may be, for example, an inorganic acid or an organic acid such as a sulfonic acid or a carboxylic acid.
Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, and boric acid.
Examples of sulfonic acids include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, etc. Examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, etc.
The aqueous phosphoric acid solution may be an aqueous solution of diphosphorus pentoxide. The use of diphosphorus pentoxide is preferable because it allows a highly concentrated acidic aqueous solution to be obtained, and the resulting solution can be recovered and reused as regenerated diphosphorus pentoxide after use in the hydrolysis treatment.
Among these, the acidic aqueous solution used in step B is preferably an aqueous solution of an acid compound selected from the group consisting of phosphoric acid, sulfuric acid, diphosphorus pentoxide, and hydrochloric acid.

工程Bで使用する酸性水溶液の濃度は5mol/L以上であり、好ましくは7mol/L以上、より好ましくは9mol/L以上、さらに好ましくは10mol/L以上であり、そして、操作の容易性の観点から、好ましくは30mol/L以下、より好ましくは25mol/L以下、さらに好ましくは20mol/L以下である。 The concentration of the acidic aqueous solution used in step B is 5 mol/L or more, preferably 7 mol/L or more, more preferably 9 mol/L or more, and even more preferably 10 mol/L or more. From the standpoint of ease of operation, the concentration is preferably 30 mol/L or less, more preferably 25 mol/L or less, and even more preferably 20 mol/L or less.

〔加水分解工程〕
工程Bにおけるイオン性官能基導入セルロース繊維の濃度は、加水分解反応の反応性の観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは1.5質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7.5質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。
工程Bにおける反応温度は、加水分解反応の反応性の観点から、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは90℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下である。
工程Bにおける反応時間は、加水分解反応の反応性の観点、および製造時間短縮の観点から、好ましくは5分間以上、より好ましくは15分間以上、さらに好ましくは30分間以上であり、そして、好ましくは12時間以下、より好ましくは6時間以下、さらに好ましくは3時間以下である。
[Hydrolysis process]
The concentration of the cellulose fiber having ionic functional groups introduced therein in step B is preferably 1% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and preferably 10% by mass or less, more preferably 7.5% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or less, from the viewpoint of the reactivity of the hydrolysis reaction.
The reaction temperature in step B is preferably 50°C or higher, more preferably 70°C or higher, even more preferably 90°C or higher, and preferably 100°C or lower, from the viewpoint of the reactivity of the hydrolysis reaction.
The reaction time in step B is preferably 5 minutes or longer, more preferably 15 minutes or longer, even more preferably 30 minutes or longer, from the viewpoint of the reactivity of the hydrolysis reaction and the viewpoint of shortening the production time, and is preferably 12 hours or shorter, more preferably 6 hours or shorter, even more preferably 3 hours or shorter.

工程Bの後、工程Cの前に、精製工程を有することが好ましい。
精製工程では、固液分離と水への再分散とを繰り返して加水分解に使用した酸性水溶液を除去することが好ましい。
また、上記の処理の後、強塩基性イオン交換樹脂と接触させ、スラリーの電気伝導度とpHの変動がなくなるまで処理を行って、精製することが好ましい。
It is preferable to have a purification step after step B and before step C.
In the purification step, it is preferable to remove the acidic aqueous solution used in the hydrolysis by repeating solid-liquid separation and re-dispersion in water.
After the above treatment, it is preferable to purify the slurry by contacting it with a strongly basic ion exchange resin and continuing the treatment until the electrical conductivity and pH of the slurry become stable.

<工程C>
工程Cは、工程Bで得られた、加水分解されたイオン性官能基導入繊維を解繊する、解繊工程である。
解繊工程では、工程Bで得られた加水分解されたイオン性官能基導入繊維を分散液(スラリー)とし、解繊に供することが好ましい。
<Process C>
Step C is a defibration step in which the hydrolyzed ionic functional group-introduced fibers obtained in step B are defibrated.
In the defibration step, it is preferable to make the hydrolyzed ionic functional group-introduced fibers obtained in step B into a dispersion (slurry) and subject it to defibration.

〔解繊処理工程〕
加水分解されたイオン性官能基導入セルロース繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルが得られる。
解繊処理工程においては、例えば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、とくに限定されないが、例えば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いることがより好ましい。
[Fibrillation process]
The hydrolyzed cellulose fibers having ionic functional groups introduced therein are defibrated in a defibration treatment step to obtain cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein.
In the defibration treatment step, for example, a defibration treatment device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, but examples that can be used include a high-speed defibrator, a grinder (stone mill-type grinder), a high-pressure homogenizer, an ultra-high-pressure homogenizer, a high-pressure collision grinder, a ball mill, a bead mill, a disk-type refiner, a conical refiner, a twin-screw kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater. Among the above defibration treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, or an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and have less risk of contamination.

解繊処理工程においては、例えば加水分解されたイオン性官能基導入セルロース繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、とくに限定されないが、例えばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、例えばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。
これらの中でも、分散媒としては水が好ましい。
In the defibration process, for example, hydrolyzed cellulose fibers with ionic functional groups introduced therein are preferably diluted with a dispersion medium to form a slurry. The dispersion medium can be one or more selected from water and organic solvents such as polar organic solvents. Polar organic solvents are not particularly limited, but examples of preferred polar organic solvents include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, and aprotic polar solvents. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin. Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK). Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Examples of esters include ethyl acetate and butyl acetate. Examples of aprotic polar solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP).
Of these, water is preferred as the dispersion medium.

解繊処理時の分散液(スラリー)の濃度は、解繊を効率よく行う観点から、好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは1.0質量%以上、さらに好ましくは1.5質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは6質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。 From the viewpoint of efficient defibration, the concentration of the dispersion liquid (slurry) during the defibration process is preferably 0.3% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, even more preferably 1.5% by mass or more, and preferably 10% by mass or less, more preferably 6% by mass or less, even more preferably 3% by mass or less.

<イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル>
工程A~工程Cを経て得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、イオン性官能基が導入されているとともに、高度に結晶化されている。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基の導入量は、透明性および耐塩性の観点から、好ましくは0.10mmol/g以上、より好ましくは0.20mmol/g以上、さらに好ましくは0.30mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.40mmol/g以上、とくに好ましくは0.50mmol/g以上であり、そして、上限はとくに限定されず、例えば3.00mmol/g以下である。
<Cellulose nanocrystals with ionic functional groups>
The cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein obtained through steps A to C have ionic functional groups introduced therein and are highly crystallized.
From the viewpoints of transparency and salt resistance, the amount of ionic functional groups introduced into cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein is preferably 0.10 mmol/g or more, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.30 mmol/g or more, even more preferably 0.40 mmol/g or more, and particularly preferably 0.50 mmol/g or more, and the upper limit is not particularly limited, and is, for example, 3.00 mmol/g or less.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの純度を向上させる観点から、低いことが好ましく、好ましくは0.06mmol/g以下、より好ましくは0.05mmol/g以下、さらに好ましくは0.04mmol/g以下、よりさらに好ましくは0.03mmol/g以下である。下限はとくに限定されず、0.00mmol/gであってもよい。
なお、カルバミド基は、上述したように、尿素および/または尿素誘導体を使用してセルロース繊維にイオン性官能基を導入する場合に、導入される場合があり、工程Bにより、少なくともセルロース繊維の非晶質部分に導入されたカルバミド基は、該非晶質部分とともに除去される。
From the viewpoint of improving the purity of the cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced, the amount of carbamide groups in the cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced is preferably low, and is preferably 0.06 mmol/g or less, more preferably 0.05 mmol/g or less, even more preferably 0.04 mmol/g or less, and even more preferably 0.03 mmol/g or less. The lower limit is not particularly limited, and may be 0.00 mmol/g.
As described above, carbamide groups may be introduced when ionic functional groups are introduced into cellulose fibers using urea and/or urea derivatives, and the carbamide groups introduced into at least the amorphous portions of the cellulose fibers in step B are removed together with the amorphous portions.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅は、1000nm以下である。なお、セルロースナノクリスタルの繊維幅は、例えば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅は、1,000nm以下であり、例えば2nm以上1,000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上30nm以下であることがとくに好ましい。イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を上記範囲内とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル分散液の低粘度化という効果をより発現しやすくすることができる。
The fiber width of the cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced is 1000 nm or less. The fiber width of the cellulose nanocrystals can be measured, for example, by observation using an electron microscope.
The fiber width of the ionic functionalized cellulose nanocrystals is 1,000 nm or less, preferably 2 nm to 1,000 nm, more preferably 2 nm to 100 nm, even more preferably 2 nm to 50 nm, and particularly preferably 2 nm to 30 nm. By keeping the fiber width of the ionic functionalized cellulose nanocrystals within this range, dissolution of the cellulose molecules in water can be suppressed, making it easier to achieve the effect of reducing the viscosity of the ionic functionalized cellulose nanocrystal dispersion.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの平均繊維幅は、例えば1,000nm以下である。イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの平均繊維幅は、2nm以上1,000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上30nm以下であることがとくに好ましい。イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの平均繊維幅を上記範囲内とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル分散液の低粘度化という効果をより発現しやすくすることができる。 The average fiber width of the ionic functionalized cellulose nanocrystals is, for example, 1,000 nm or less. The average fiber width of the ionic functionalized cellulose nanocrystals is preferably 2 nm or more and 1,000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and particularly preferably 2 nm or more and 30 nm or less. By keeping the average fiber width of the ionic functionalized cellulose nanocrystals within the above range, dissolution of the cellulose molecules in water is suppressed, making it easier to achieve the effect of reducing the viscosity of the ionic functionalized cellulose nanocrystal dispersion.

セルロースナノクリスタルの平均繊維幅は、例えば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下のセルロースナノクリスタルの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1,000倍、5,000倍、10,000倍あるいは50,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。ただし、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
The average fiber width of cellulose nanocrystals is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of cellulose nanocrystals with a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast onto a hydrophilically treated carbon film-coated grid to prepare a sample for TEM observation. When wide fibers are included, SEM images of the surface cast onto glass may be observed. Next, electron microscope images are observed at magnifications of 1,000x, 5,000x, 10,000x, or 50,000x, depending on the width of the fibers to be observed. However, the sample, observation conditions, and magnification are adjusted to satisfy the following conditions.
(1) A line X is drawn at any point in the observed image, and 20 or more fibers intersect with the line X.
(2) Draw a line Y that intersects the line perpendicularly within the same image, and 20 or more fibers intersect the line Y.

上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、セルロースナノクリスタルの平均繊維幅とする。 For observation images that satisfy the above conditions, the widths of the fibers that intersect with lines X and Y are visually read. In this way, three or more sets of observation images are obtained of at least the surface portions that do not overlap each other. Next, for each image, the widths of the fibers that intersect with lines X and Y are read. In this way, the widths of at least 20 fibers x 2 x 3 = 120 fibers are read. The average of the read fiber widths is then used as the average fiber width of the cellulose nanocrystals.

また、セルロースナノクリスタルの繊維径および平均繊維幅は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて以下のようにして測定してもよい。まず、濃度0.0001質量%以上0.1質量%以下のセルロースナノクリスタルの水系懸濁液を調製し、この懸濁液をテープで劈開させたマイカ上にキャストしてAFM観察用試料とする。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて、5μm角視野、2μm角視野、1μm角視野のいずれかの倍率でAFMによる観察を行う。少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得て、無作為に互いに重なっていない繊維を選択し、その繊維のZ軸方向の高さを読み取って、繊維幅とする。少なくとも100本の繊維幅を測定した上で、得られた繊維幅の平均値を、セルロースナノクリスタルの平均繊維幅とする。 The fiber diameter and average fiber width of cellulose nanocrystals may also be measured using an atomic force microscope (AFM) as follows. First, an aqueous suspension of cellulose nanocrystals with a concentration of 0.0001% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast onto mica cleaved with tape to prepare a sample for AFM observation. Next, observation is performed using the AFM at a magnification of 5 μm, 2 μm, or 1 μm square field of view, depending on the width of the fibers to be observed. Three or more sets of observation images of at least non-overlapping surface portions are obtained, and non-overlapping fibers are randomly selected. The height of the fibers in the Z-axis direction is read and used as the fiber width. The widths of at least 100 fibers are measured, and the average of the obtained fiber widths is used as the average fiber width of the cellulose nanocrystals.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維長は、とくに限定されないが、例えば30nm以上1,000nm以下であることが好ましく、40nm以上800nm以下であることがより好ましく、50nm以上500nm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維長は、例えばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of ionic functionalized cellulose nanocrystals is not particularly limited, but is preferably 30 nm or more and 1,000 nm or less, more preferably 40 nm or more and 800 nm or less, and even more preferably 50 nm or more and 500 nm or less. By keeping the fiber length within the above range, it is also possible to set the slurry viscosity of ionic functionalized cellulose nanocrystals within an appropriate range. The fiber length of ionic functionalized cellulose nanocrystals can be determined, for example, by image analysis using TEM, SEM, or AFM.

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに占めるI型結晶構造の割合は、例えば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、水分散液としたときの低粘度化が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。
The cellulose nanocrystals having ionic functional groups preferably have a type I crystal structure. The fact that the cellulose nanocrystals having ionic functional groups have a type I crystal structure can be identified from a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418 Å) monochromated with graphite. Specifically, this can be identified from the presence of typical peaks at two positions: 2θ=14° to 17° and 2θ=22° to 23°.
The proportion of type I crystal structure in the cellulose nanocrystals containing ionic functional groups is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 50% or more. This is expected to result in a low viscosity when the nanocrystals are dispersed in water. The degree of crystallinity can be determined by measuring the X-ray diffraction profile and then using standard methods from the pattern (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).

イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの軸比(繊維長/繊維幅)は、とくに限定されないが、例えば5以上500以下であることが好ましく、10以上250以下であることがより好ましい。軸比を上記範囲内とすることにより、溶媒分散体を作製した際に低粘度の分散液が得られやすい。 The axial ratio (fiber length/fiber width) of cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced therein is not particularly limited, but is preferably 5 to 500, and more preferably 10 to 250. By keeping the axial ratio within the above range, it is easier to obtain a low-viscosity dispersion when a solvent dispersion is prepared.

セルロースナノクリスタルは、セルロースナノファイバーとは異なり、典型的には、針状または紡錘状の形状を有し、折り曲がりが少ない形状を有している。
これは、工程Bによる非晶質部位の加水分解により、結晶性が高まるためと考えられ、当業者によれば、形状観察からも、セルロースナノクリスタルとセルロースナノファイバーとは識別可能である。
原子間力顕微鏡で無作為に100本のセルロースナノクリスタルを観察した場合、繊維が途中で30°以上折れ曲がっているものの本数は、好ましくは20本以下、より好ましくは10本以下、さらに好ましくは5本以下、よりさらに好ましくは3本以下である。
Cellulose nanocrystals, unlike cellulose nanofibers, typically have a needle-like or spindle-like shape and are less bent.
This is thought to be because the crystallinity increases due to the hydrolysis of the amorphous portion in step B, and those skilled in the art can distinguish between cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers by observing their shapes as well.
When 100 cellulose nanocrystals are randomly observed with an atomic force microscope, the number of fibers that are bent by 30° or more along the way is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, even more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.

[イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル]
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、イオン性官能基導入量が0.1mmol/g以上である(ただし、セルロースの6位の炭素原子のみが酸化され、カルボキシ基が導入されているセルロースナノクリスタルを除く)。
なお、本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、上述のように、セルロースの6位の炭素原子のみが酸化され、カルボキシ基が導入されているセルロースナノクリスタルを除く。具体的には、TEMPO酸化により得られるカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルでは、6位のみにカルボキシ基が導入され、2位および3位の炭素原子の少なくともいずれかにイオン性官能基を導入することができない。従って、イオン性官能基導入の自由度が低い。また、従来、TEMPO酸化によるカルボキシ基の導入では、加水分解反応および解繊処理によってセルロースナノクリスタルとした後にカルボキシ基を導入しても、比較的高い導入量が得られていた。しかし、他のイオン性官能基の場合には、十分なイオン性官能基量を導入することが困難であった。
[Cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced]
The cellulose nanocrystals of this embodiment into which ionic functional groups have been introduced have an amount of ionic functional groups introduced of 0.1 mmol/g or more (excluding cellulose nanocrystals in which only the carbon atom at the 6th position of cellulose has been oxidized and a carboxy group has been introduced).
The cellulose nanocrystals introduced with ionic functional groups according to this embodiment exclude cellulose nanocrystals in which only the carbon atom at the 6th position of cellulose has been oxidized and a carboxyl group has been introduced, as described above. Specifically, in carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals obtained by TEMPO oxidation, a carboxyl group is introduced only at the 6th position, and an ionic functional group cannot be introduced at least at either the 2nd or 3rd carbon atom. Therefore, the degree of freedom for introducing ionic functional groups is low. Furthermore, in the past, when carboxyl groups were introduced by TEMPO oxidation, a relatively high amount of carboxyl groups was obtained even when the carboxyl groups were introduced after the cellulose nanocrystals were prepared by hydrolysis and defibration treatment. However, in the case of other ionic functional groups, it was difficult to introduce a sufficient amount of ionic functional groups.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルに導入されているイオン性官能基としては、上述したイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法で例示したイオン性官能基が例示され、好ましい範囲も同様である。
イオン性官能基としては、例えばアニオン性官能基およびカチオン性官能基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性官能基としてアニオン性官能基を有することがとくに好ましい。
イオン性官能基としてのアニオン性官能基としては、例えばリンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する基(単にカルボキシ基ということもある)、硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)、ザンテート基、ホスホン基、ホスフィン基、スルホン基、カルボキシアルキル基等を挙げることができる。
イオン性官能基としてのカチオン性官能基としては、例えばアンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性官能基はアンモニウム基であることが好ましい。
中でも、イオン性官能基は、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびカチオン性官能基よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、硫黄オキソ酸基、および硫黄オキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがさらに好ましく、リンオキソ酸基であることがよりさらに好ましい。アニオン性官能基としてリンオキソ酸基を導入することにより、透明性、耐塩性に優れるセルロースナノクリスタルが得られる。
Examples of the ionic functional groups introduced into the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of this embodiment include the ionic functional groups exemplified in the above-mentioned method for producing ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, and the preferred ranges are also the same.
The ionic functional group may include, for example, either or both of an anionic functional group and a cationic functional group. In this embodiment, it is particularly preferable that the ionic functional group is an anionic functional group.
Examples of anionic functional groups as ionic functional groups include phosphorus oxo acid groups or groups derived from phosphorus oxo acid groups (sometimes simply referred to as phosphorus oxo acid groups), carboxy groups or groups derived from carboxy groups (sometimes simply referred to as carboxy groups), sulfur oxo acid groups or groups derived from sulfur oxo acid groups (sometimes simply referred to as sulfur oxo acid groups), xanthate groups, phosphonic groups, phosphine groups, sulfonic groups, and carboxyalkyl groups.
Examples of cationic functional groups as ionic functional groups include ammonium groups, phosphonium groups, sulfonium groups, etc. Among these, the cationic functional group is preferably an ammonium group.
Among these, the ionic functional group is preferably at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and a cationic functional group, more preferably at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfur oxoacid group, and a group derived from a sulfur oxoacid group, even more preferably at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group and a group derived from a phosphorus oxoacid group, and even more preferably a phosphorus oxoacid group. By introducing a phosphorus oxoacid group as the anionic functional group, cellulose nanocrystals with excellent transparency and salt resistance can be obtained.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルにおいて、イオン性官能基導入量は、0.20mmol/g以上であり、好ましくは0.40mmol/g以上、より好ましくは0.50mmol/g以上、さらに好ましくは0.60mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.70mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.80mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.90mmol/g以上、よりさらに好ましくは1.00mmol/g以上、よりさらに好ましくは1.10mmol/g以上、よりさらに好ましくは1.20mmol/g以上である。上限はとくに限定されないが、過度な導入量はセルロース結晶の破壊と溶解をもたらすことから、好ましくは5.00mmol/g以下、より好ましくは4.00mmol/g以下、さらに好ましくは3.00mmol/g以下である。 In the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of this embodiment, the amount of ionic functional groups introduced is 0.20 mmol/g or more, preferably 0.40 mmol/g or more, more preferably 0.50 mmol/g or more, even more preferably 0.60 mmol/g or more, even more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 0.90 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, even more preferably 1.10 mmol/g or more, and even more preferably 1.20 mmol/g or more. While there are no particular upper limits, excessive amounts can cause destruction and dissolution of the cellulose crystals, so the amount is preferably 5.00 mmol/g or less, more preferably 4.00 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの純度を向上させる観点から、低いことが好ましく、好ましくは0.06mmol/g以下、より好ましくは0.05mmol/g以下、さらに好ましくは0.04mmol/g以下、よりさらに好ましくは0.03mmol/g以下である。下限はとくに限定されず、0.00mmol/gであってもよい。
なお、上述したように、尿素および/または尿素誘導体を使用してセルロース繊維にイオン性官能基を導入する場合に、導入される場合があり、上述した本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法により製造する場合には、工程Bにより、少なくともセルロース繊維の非晶質部分に導入されたカルバミド基は、該非晶質部分とともに除去されるため、低いカルバミド基量となるため、好ましい。
From the viewpoint of improving the purity of the cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein, the amount of carbamide groups in the cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein is preferably low, and is preferably 0.06 mmol/g or less, more preferably 0.05 mmol/g or less, even more preferably 0.04 mmol/g or less, and even more preferably 0.03 mmol/g or less. The lower limit is not particularly limited, and may be 0.00 mmol/g.
As described above, ionic functional groups may be introduced into cellulose fibers using urea and/or urea derivatives. When cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein are produced by the method for producing cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein according to the present embodiment, the carbamide groups introduced into at least the amorphous parts of the cellulose fibers in step B are removed together with the amorphous parts, resulting in a low amount of carbamide groups, which is preferable.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、セルロースの6位の炭素原子に加えて、セルロースの2位および3位の炭素原子の少なくともいずれか1つにイオン性官能基が導入されていることが好ましい。
セルロースの6位の炭素原子に加えて、2位の炭素原子および3位の炭素原子よりなる群から選択される少なくともいずれか1つの炭素原子にイオン性官能基が導入されていることにより、イオン性官能基の導入量を多くすることができるとともに、イオン性官能基の導入量の自由度が向上する。
また、6位のみにイオン性官能基が導入されている場合に比べて、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルにイオン性官能基の疎密が形成され、より解離性に優れ、繊維径の小さなセルロースナノクリスタルが得られると考えられる。
2位の炭素原子および3位の炭素原子よりなる群から選択される少なくともいずれか1つの炭素原子にイオン性官能基が導入されていることは、13C NMRにより検出可能であり、例えば、13C CP/MAS NMR(Cross Polarization Magic Angle Spinning-NMR(Nuclear Magic Resonance))により検出可能である。
In the cellulose nanocrystals of this embodiment having an ionic functional group introduced therein, it is preferable that an ionic functional group be introduced to at least one of the carbon atoms at the 2nd and 3rd positions of the cellulose, in addition to the carbon atom at the 6th position of the cellulose.
By introducing an ionic functional group into the carbon atom at the 6th position of cellulose as well as into at least one carbon atom selected from the group consisting of the carbon atom at the 2nd position and the carbon atom at the 3rd position, it is possible to increase the amount of ionic functional group introduced and improve the degree of freedom in the amount of ionic functional group introduced.
Furthermore, compared to when ionic functional groups are introduced only at the 6-position, it is thought that the density of ionic functional groups is increased in cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced, resulting in cellulose nanocrystals with better dissociation properties and smaller fiber diameters.
The introduction of an ionic functional group into at least one carbon atom selected from the group consisting of the carbon atom at the 2-position and the carbon atom at the 3-position can be detected by 13C NMR, for example, by 13C CP/MAS NMR (Cross Polarization Magic Angle Spinning-NMR (Nuclear Magic Resonance)).

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、上述した、工程A~工程Cをこの順で有する、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法により得ることが好ましい。ただし、本実施形態のイオン性官能基導入ナノクリスタルの製造方法は、これに限定されることなく、他の方法により製造してもよい。 The ionic functionalized cellulose nanocrystals of this embodiment are preferably obtained by the above-described method for producing ionic functionalized cellulose nanocrystals, which comprises steps A to C in this order. However, the method for producing ionic functionalized cellulose nanocrystals of this embodiment is not limited to this, and they may also be produced by other methods.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、水分散液とした場合の粘度が低い。
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、1.5質量%水分散液の23℃における粘度が、好ましくは100mPa・s以下、より好ましくは50mPa・s以下、さらに好ましくは30mPa・s以下、よりさらに好ましくは15mPa・s以下である。下限はとくに限定されないが、製造容易性の観点から、好ましくは1mPa・s以上、より好ましくは2mPa・s以上である。
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの水分散液の粘度は、実施例に記載の方法により測定される。
The cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein according to this embodiment have a low viscosity when dispersed in water.
The viscosity of a 1.5% by mass aqueous dispersion of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal of this embodiment at 23° C. is preferably 100 mPa·s or less, more preferably 50 mPa·s or less, even more preferably 30 mPa·s or less, and even more preferably 15 mPa·s or less. The lower limit is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of production, it is preferably 1 mPa·s or more, more preferably 2 mPa·s or more.
The viscosity of the aqueous dispersion of ionic functionalized cellulose nanocrystals is measured by the method described in the Examples.

本発明のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、透明性に優れる。具体的には、イオン性官能基含有セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液の23℃における全光線透過率は、好ましくは95.5%以上、より好ましくは96.0%以上、さらに好ましくは96.5%以上であり、そして、上限はとくに限定されず、100%であってもよい。
ここで、全光線透過率は、例えばJIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)を用いて測定される値である。
The cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein exhibit excellent transparency. Specifically, the total light transmittance of a 0.2% by mass aqueous dispersion of the cellulose nanocrystals having ionic functional groups at 23°C is preferably 95.5% or more, more preferably 96.0% or more, and even more preferably 96.5% or more, with no particular upper limit, which may be 100%.
Here, the total light transmittance is a value measured in accordance with, for example, JIS K 7361-1:1997 using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.).

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、耐塩性に優れる。
具体的には、イオン性官能基含有セルロースナノクリスタルの0.2質量%水分散液の23℃における全光線透過率の塩化ナトリウムの添加による変化が抑制されていることが好ましく、塩化ナトリウムを添加前の全光線透過率をT、塩化ナトリウムを添加後の全光線透過率をTとしたとき、T/Tが0.98以下となる塩化ナトリウム濃度は、好ましくは100mmol/L以上、より好ましくは300mmol/L以上である。
The cellulose nanocrystals introduced with ionic functional groups according to this embodiment have excellent salt tolerance.
Specifically, it is preferable that the change in the total light transmittance of a 0.2 mass% aqueous dispersion of ionic functional group-containing cellulose nanocrystals at 23°C due to the addition of sodium chloride is suppressed, and when the total light transmittance before the addition of sodium chloride is T0 and the total light transmittance after the addition of sodium chloride is T, the sodium chloride concentration at which T/ T0 is 0.98 or less is preferably 100 mmol/L or more, more preferably 300 mmol/L or more.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、純度に優れていることが好ましく、湿式加熱による着色にて評価される。なお、カルバミド基などの含窒素構造は、着色を促進するものと考えられる。
具体的には、1質量%の分散液を95℃で10時間加熱した際の着色度を目視で判断することで評価される。
The cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein according to the present invention preferably have excellent purity and are evaluated by coloration due to wet heating. Note that the nitrogen-containing structure such as the carbamide group is thought to promote coloration.
Specifically, the coloring degree is evaluated by visually determining the coloring degree when a 1% by mass dispersion is heated at 95° C. for 10 hours.

本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅、繊維長の範囲は、本実施形態の製造方法で得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルと同様であり、好ましい範囲も同様である。
また、上述したように、セルロースナノクリスタルは、セルロースナノファイバーとはことなり、典型的には、針状または紡錘状の形状を有し、折り曲がりが少ない形状を有している。
原子間力顕微鏡で無作為に100本のセルロースナノクリスタルを観察した場合、繊維が途中で30°以上折れ曲がっているものの本数は、好ましくは20本以下、より好ましくは10本以下、さらに好ましくは5本以下、よりさらに好ましくは3本以下である。
The ranges of fiber width and fiber length of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of this embodiment are the same as those of the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals obtained by the production method of this embodiment, and the preferred ranges are also the same.
Furthermore, as described above, unlike cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals typically have a needle-like or spindle-like shape with few bends.
When 100 cellulose nanocrystals are randomly observed with an atomic force microscope, the number of fibers that are bent by 30° or more along the way is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, even more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.

[分散液]
本実施形態の分散液は、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する。
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、分散液とした場合であっても、低粘度であり、従来のセルロースナノファイバーに比べて、高濃度の分散液として使用することが可能である。
[Dispersion liquid]
The dispersion of this embodiment contains cellulose nanocrystals to which ionic functional groups have been introduced.
The cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein according to this embodiment have low viscosity even when prepared as a dispersion, and can be used as a dispersion at a higher concentration than conventional cellulose nanofibers.

[シート]
本実施形態のシートは、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する。
本実施形態において、シートは、例えば上述したイオン性官能基導入セルロースナノクリスタル、ならびに必要に応じて親水性高分子およびにその他の成分を含有する液状の組成物を用いて、シート化工程を実施することにより、得ることができる。
シートの製造工程は、少なくとも前記組成物を基材上に塗工する塗工工程、または当該組成物を抄紙する抄紙工程を含むことが好ましく、前記組成物を基材上に塗工する塗工工程を有することがより好ましい。これにより、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有するシートが得られる。
シートの厚みはとくに限定されないが、例えば、5μm以上、より好ましくは10μm以上、さらに好ましくは20μm以上であり、そして、好ましくは500μm以下、より好ましくは300μm以下、さらに好ましくは200μm以下である。
[Sheet]
The sheet of this embodiment contains cellulose nanocrystals to which ionic functional groups have been introduced.
In this embodiment, the sheet can be obtained by carrying out a sheet forming process using, for example, a liquid composition containing the above-mentioned ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, and optionally a hydrophilic polymer and other components.
The sheet production process preferably includes at least a coating step of coating the composition onto a substrate or a papermaking step of making the composition into paper, and more preferably includes a coating step of coating the composition onto a substrate, thereby obtaining a sheet containing cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein.
The thickness of the sheet is not particularly limited, but is, for example, 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, even more preferably 20 μm or more, and is preferably 500 μm or less, more preferably 300 μm or less, even more preferably 200 μm or less.

[パウダー]
本実施形態のパウダーは、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する。
本実施形態において、前記パウダーは、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル分散液を乾燥させることで得られ、具体的には、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルを含有する分散液を、スプレードライヤーで噴霧乾燥する方法が例示される。
パウダーの含水率は、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは25%以下であり、そして、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上である。
また、パウダーの粒径は、製造容易性等の観点から、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、さらに好ましくは5μm以上であり、そして、好ましくは1000μm以下、より好ましくは300μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。
[powder]
The powder of this embodiment contains cellulose nanocrystals to which ionic functional groups have been introduced.
In this embodiment, the powder is obtained by drying a dispersion of cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein. Specifically, a method in which a dispersion containing cellulose nanocrystals having ionic functional groups introduced therein is spray-dried using a spray dryer is exemplified.
The moisture content of the powder is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, even more preferably 25% or less, and is preferably 5% or more, more preferably 10% or more.
Furthermore, from the viewpoint of ease of production, the particle size of the powder is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, even more preferably 5 μm or more, and is preferably 1000 μm or less, more preferably 300 μm or less, even more preferably 100 μm or less.

[イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの用途]
本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、例えば、化粧料、医療用組成物、塗料、金属表面処理剤、研磨剤、食品、ゴム、樹脂、掘削用組成物、コンクリート水和用組成物、コンクリート先行剤、歯科材料、細胞増殖促進剤、凍結抑制剤、塗膜剥離剤、殺虫剤・昆虫忌避剤、農薬、鋳型成形用組成物、潤滑剤、配管摩擦抵抗低減剤、芳香・消臭剤に関わる添加剤として使用することができる。本実施形態のイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、透明性および耐塩性に優れ、湿式加熱による黄変が抑制されるため、透明性、耐塩性が求められる用途や、加熱が必要とされる用途にも好適である。
また、シート状とすることにより、ディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光学部材用に適している。さらに、電子機器の基板、電気化学素子用セパレータ、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材等の用途にも適している。
[Applications of cellulose nanocrystals with ionic functional groups introduced]
The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of this embodiment can be used as additives for, for example, cosmetics, medical compositions, paints, metal surface treatment agents, abrasives, foods, rubber, resins, excavation compositions, concrete hydration compositions, concrete precursors, dental materials, cell proliferation promoters, antifreeze agents, paint film strippers, insecticides/insect repellents, pesticides, mold molding compositions, lubricants, piping friction resistance reducers, and fragrances/deodorizers. The ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals of this embodiment have excellent transparency and salt resistance and are inhibited from yellowing due to wet heating, making them suitable for applications requiring transparency and salt resistance or applications requiring heating.
In addition, when made into a sheet form, it is suitable for use as optical components in display devices, various solar cells, etc. Furthermore, it is also suitable for applications such as substrates for electronic devices, separators for electrochemical elements, components for home appliances, window materials for various vehicles and buildings, interior and exterior materials, and packaging materials.

以下に実施例と比較例を挙げて、本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The following examples and comparative examples will further illustrate the features of the present invention. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, etc. shown in the following examples can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.

<実施例A1>
原料パルプ(セルロース繊維)として、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水および洗浄して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。
<Example A1>
As the raw material pulp (cellulose fiber), softwood bleached kraft pulp (NBKP, solids content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 , sheet form, Canadian Standard Freeness (CSF) measured after disintegration in accordance with JIS P 8121-2:2012 of 700 mL) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used.
This raw pulp was subjected to phosphorus oxo-oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea was added to 100 parts by mass (bone dry mass) of the raw pulp to adjust the composition to 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water, to obtain a chemical-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165°C for 250 seconds to introduce phosphate groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a phosphorylated pulp.
The resulting phosphorylated pulp was then washed. The washing process consisted of pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (bone dry mass) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting solution to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Next, the washed phosphorylated pulp was neutralized as follows: First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1 N aqueous solution of sodium hydroxide was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 to 13. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a neutralized phosphorylated pulp.

得られたリン酸化パルプに、高濃度酸加水分解処理を行った。
具体的には、得られたリン酸化パルプに、85%リン酸(14.7mol/Lリン酸)を少量ずつ加え、10.7mol/Lリン酸中に、リン酸化パルプが4質量%で懸濁したスラリーを得た。この懸濁スラリーは曳糸性のある粘稠な液であった。得られた懸濁スラリーをガラス容器に入れ、撹拌しながら、95℃の温浴にて90分間加熱加水分解処理した。
得られた高濃度酸加水分解後のスラリーは、薄茶色で粘性が下がり、曳糸性は見られなかった。得られた反応後スラリーは、下記の手順で溶存成分と酸を除き、精製した。すなわち、得られた反応後スラリーを氷冷し、遠心分離(12,000G、5分)処理により固液分離を行った。遠心分離後は、上澄みを除去し、同体積のイオン交換水を加えて、沈殿物とよく練り、分散させた状態で、再度遠心分離に供試した。この操作を3回繰り返した後、沈殿物を再度イオン交換水に懸濁した状態で、強塩基性イオン交換樹脂(アンバージェット4400;オルガノ株式会社、コンディショニング済)と接触させ、スラリーの電気伝導度とpHの変動がなくなるまで処理を行った。
得られた精製後スラリーにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製し、以下の解繊処理を行った。具体的には、このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini、高圧ホモジナイザー)で100MPaの圧力にて6回処理して解繊し、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
The resulting phosphorylated pulp was subjected to high-concentration acid hydrolysis.
Specifically, 85% phosphoric acid (14.7 mol/L phosphoric acid) was added little by little to the obtained phosphorylated pulp to obtain a slurry in which the phosphorylated pulp was suspended at 4% by mass in 10.7 mol/L phosphoric acid. This suspension slurry was a viscous liquid with spinnability. The obtained suspension slurry was placed in a glass container and, while stirring, was subjected to thermal hydrolysis treatment in a hot bath at 95°C for 90 minutes.
The resulting slurry after high-concentration acid hydrolysis was light brown in color, had reduced viscosity, and exhibited no spinnability. The resulting post-reaction slurry was purified by removing dissolved components and acid using the following procedure. Specifically, the resulting post-reaction slurry was ice-cooled and centrifuged (12,000 G, 5 minutes) for solid-liquid separation. After centrifugation, the supernatant was removed, and the same volume of ion-exchanged water was added. The precipitate was thoroughly mixed and dispersed, and then centrifuged again. This procedure was repeated three times, after which the precipitate was again suspended in ion-exchanged water and brought into contact with a strongly basic ion-exchange resin (Amberjet 4400; Organo Corporation, conditioned). Treatment was continued until the electrical conductivity and pH of the slurry no longer fluctuated.
Ion-exchanged water was added to the resulting purified slurry to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass, which was then subjected to the following defibration treatment: Specifically, the slurry was defibrated by treating it six times at a pressure of 100 MPa in a wet atomization device (Beryu-Mini, high-pressure homogenizer, manufactured by Biryu Co., Ltd.), to obtain a dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals.

なお、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、リン酸化パルプにおいて1.45mmol/g、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.60mmol/gであった。なお、総解離酸量はリン酸化パルプにおいて、2.45mmol/g(第2解離酸量は1.00mmol/g)、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて1.20mmol/g(第2解離酸量は0.60mmol/g)であった。また、セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The obtained phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were subjected to infrared absorption spectroscopy using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm −1 , confirming the addition of phosphate groups. Furthermore, when the obtained phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were analyzed using an X-ray diffractometer, typical peaks were observed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming the presence of cellulose type I crystals. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid), measured by the measurement method described below in [Measurement of phosphorus oxo acid group amount], was 1.45 mmol/g for the phosphorylated pulp and 0.60 mmol/g for the phosphorylated cellulose nanocrystals. The total amount of dissociated acid in the phosphorylated pulp was 2.45 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 1.00 mmol/g), and that in the phosphorylated cellulose nanocrystals was 1.20 mmol/g (the amount of the second dissociated acid was 0.60 mmol/g). Furthermore, the fiber width of the cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A2>
洗浄後のリン酸化パルプに対して、さらに上記リン酸化処理、上記洗浄処理をこの順に2回ずつ行った以外は実施例A1と同様にして、リン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、リン酸化パルプにおいて2.00mmol/g、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.85mmol/gであった。なお、総解離酸量は、リン酸化パルプにおいて3.30mmol/g(第2解離酸量は1.30mmol/g)、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて1.65mmol/g(第2解離酸量は0.80mmol/g)であった。また、リン酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。
<Example A2>
A dispersion containing phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that the washed phosphorylated pulp was further subjected to the above phosphorylation treatment and the above washing treatment, in that order, twice each.
The infrared absorption spectra of the resulting phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm −1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that the resulting phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystallinity. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured using the measurement method described below in [Measurement of phosphorus oxoacid group amount] was 2.00 mmol/g for the phosphorylated pulp and 0.85 mmol/g for the phosphorylated cellulose nanocrystals. The total amount of dissociated acid was 3.30 mmol/g for the phosphorylated pulp (amount of second dissociated acid: 1.30 mmol/g) and 1.65 mmol/g for the phosphorylated cellulose nanocrystals (amount of second dissociated acid: 0.80 mmol/g). Furthermore, the fiber width of the phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A3>
実施例A1において、薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱したのを、165℃の熱風乾燥機で750秒加熱した以外は実施例A1と同様にして、リン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A3>
In Example A1, the chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165°C for 750 seconds instead of 250 seconds in a hot air dryer at 165°C. A dispersion containing phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that the chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165°C for 750 seconds.

得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、得られたリン酸化パルプおよびリン酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、リン酸化パルプにおいて2.53mmol/g、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて1.25mmol/gであった。なお、総解離酸量は、リン酸化パルプにおいて4.22mmol/g(第2解離酸量は1.69mmol/g)、リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて2.39mmol/g(第2解離酸量は1.14mmol/g)であった。また、リン酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectra of the resulting phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals were measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm −1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that the resulting phosphorylated pulp and phosphorylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystallinity. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured using the measurement method described below in [Measurement of phosphorus oxoacid group amount] was 2.53 mmol/g for the phosphorylated pulp and 1.25 mmol/g for the phosphorylated cellulose nanocrystals. The total amount of dissociated acid was 4.22 mmol/g for the phosphorylated pulp (amount of second dissociated acid: 1.69 mmol/g) and 2.39 mmol/g for the phosphorylated cellulose nanocrystals (amount of second dissociated acid: 1.14 mmol/g). Furthermore, the fiber width of the phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例A4>
85%リン酸の代わりに、五酸化二リンを用いた以外は実施例A1と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A4>
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that diphosphorus pentoxide was used instead of 85% phosphoric acid.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.60mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.20mmol/g(第2解離酸量は0.60mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that cellulose type I crystals were maintained. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid group] was 0.60 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.20 mmol/g (amount of second dissociated acid was 0.60 mmol/g). Furthermore, the fiber width was measured using an atomic force microscope and was found to be 3 to 20 nm.

<実施例A5>
実施例A1で得られた高濃度酸加水分解後のスラリーを遠心分離して得た上澄みを回収し、105℃の熱風オーブンで一昼夜乾固させた。得られた乾燥物を650℃の熱風乾燥炉にて有機物を燃焼、除去するとともに、昇華したリン成分を回収した。得られたリン成分のX線回折パターンは市販の五酸化二リンと同様であり、再生五酸化二リンが得られたことがわかった。
この再生五酸化二リンを用いた以外は実施例A4と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A5>
The slurry obtained in Example A1 after high-concentration acid hydrolysis was centrifuged, and the resulting supernatant was collected and dried overnight in a hot air oven at 105°C. The resulting dried material was placed in a hot air drying furnace at 650°C to combust and remove organic matter, and the sublimated phosphorus component was collected. The X-ray diffraction pattern of the resulting phosphorus component was similar to that of commercially available diphosphorus pentaoxide, indicating that regenerated diphosphorus pentaoxide had been obtained.
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A4, except that this regenerated diphosphorus pentoxide was used.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.60mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.20mmol/g(第2解離酸量は0.60mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that cellulose type I crystals were maintained. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid group] was 0.60 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.20 mmol/g (amount of second dissociated acid was 0.60 mmol/g). Furthermore, the fiber width was measured using an atomic force microscope and was found to be 3 to 20 nm.

<実施例A6>
85%リン酸の代わりに、濃硫酸(18.7mol/L硫酸)を用いて、10.7mol/L硫酸中に、リン酸化パルプが4質量%で懸濁したスラリーを得た以外は実施例A1と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A6>
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that concentrated sulfuric acid (18.7 mol/L sulfuric acid) was used instead of 85% phosphoric acid to obtain a slurry in which phosphorylated pulp was suspended at 4% by mass in 10.7 mol/L sulfuric acid.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.53mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.06mmol/g(第2解離酸量は0.53mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that cellulose type I crystals were maintained. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid group] was 0.53 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.06 mmol/g (amount of second dissociated acid was 0.53 mmol/g). Furthermore, the fiber width was measured using an atomic force microscope and was found to be 3 to 20 nm.

<実施例A7>
85%リン酸の代わりに、濃塩酸(11.2mol/L塩酸)を用いて、10.7mol/L塩酸中に、リン酸化パルプが2質量%で懸濁したスラリーを得た以外は実施例A1と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A7>
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that concentrated hydrochloric acid (11.2 mol/L hydrochloric acid) was used instead of 85% phosphoric acid to obtain a slurry in which phosphorylated pulp was suspended at 2% by mass in 10.7 mol/L hydrochloric acid.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.66mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.32mmol/g(第2解離酸量は0.66mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that cellulose type I crystals were maintained. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid group] was 0.66 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.32 mmol/g (amount of second dissociated acid was 0.66 mmol/g). Furthermore, the fiber width was measured using an atomic force microscope and was found to be 3 to 20 nm.

<実施例A8>
16mol/Lリン酸中に、リン酸化パルプが4質量%で懸濁したスラリーを得た以外は実施例A4と同様にして、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example A8>
A dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A4, except that a slurry in which phosphorylated pulp was suspended at 4 mass % in 16 mol/L phosphoric acid was obtained.

得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.48mmol/gであった。なお、総解離酸量は、0.96mmol/g(第2解離酸量は0.48mmol/g)であった。また、繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that cellulose type I crystals were maintained. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid group] was 0.48 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 0.96 mmol/g (amount of second dissociated acid was 0.48 mmol/g). Furthermore, the fiber width was measured using an atomic force microscope and was found to be 3 to 20 nm.

<実施例B1>
リン酸二水素アンモニウムの代わりに亜リン酸(ホスホン酸)33質量部を用いた以外は、実施例A1と同様に操作を行い、亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example B1>
The same procedure as in Example A1 was carried out except that 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate, to obtain a dispersion containing phosphited pulp and phosphited cellulose nanocrystals.

得られた亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。X線回折により、得られた亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、亜リン酸化パルプにおいて1.51mmol/g、亜リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.67mmol/gであった。なお、総解離酸量は、亜リン酸化パルプにおいて1.54mmol/g(第2解離酸量は0.03mmol/g)、亜リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.68mmol/g(第2解離酸量は0.01mmol/g)であった。また、亜リン酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。
なお、亜リン酸化パルプおよび亜リン酸化セルロースナノクリスタルにおいて、亜リン酸の僅かな酸化、非晶質のヘミセルロース由来のカルボキシ基などにより総解離酸量が第1解離酸量に比べて大きな値となっていると考えられる。
The infrared absorption spectra of the resulting phosphite pulp and phosphite cellulose nanocrystals were measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphonic acid group, a tautomer of the phosphite group, was observed around 1210 cm −1 , confirming the addition of a phosphite group (phosphonic acid group). X-ray diffraction confirmed that the resulting phosphite pulp and phosphite cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystallinity. The amount of phosphite groups (amount of first dissociated acid), measured using the measurement method described below in [Measurement of phosphorus oxo acid group amount], was 1.51 mmol/g for the phosphite pulp and 0.67 mmol/g for the phosphite cellulose nanocrystals. The total amount of dissociated acid was 1.54 mmol/g for the phosphite pulp (amount of second dissociated acid: 0.03 mmol/g) and 0.68 mmol/g for the phosphite cellulose nanocrystals (amount of second dissociated acid: 0.01 mmol/g). Furthermore, the fiber width of the phosphited cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.
In addition, in phosphite pulp and phosphite cellulose nanocrystals, it is thought that the total amount of dissociated acid is larger than the first amount of dissociated acid due to slight oxidation of phosphorous acid and carboxyl groups derived from amorphous hemicellulose.

<実施例C1>
リン酸二水素アンモニウムの代わりにアミド硫酸(スルファミン酸)38質量部を用い、加熱時間を20分間に延長した以外は、実施例A1と同様に操作を行い、硫酸化パルプおよび硫酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example C1>
The same procedure as in Example A1 was carried out, except that 38 parts by mass of amidosulfonic acid (sulfamic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate and the heating time was extended to 20 minutes, to obtain a dispersion containing sulfated pulp and sulfated cellulose nanocrystals.

得られた硫酸化パルプおよび硫酸化セルロースナノクリスタルに対して、FT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1220-1260cm-1付近に硫酸エステル基のS=Oに基づく吸収が観察され、硫酸エステル基が付加されていることが確認された。X線回折により、得られた硫酸化パルプおよび硫酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔硫黄オキソ酸基・スルホン基量の測定〕に記載の測定方法で測定される硫酸エステル基量は硫酸化パルプにおいて1.47mmol/g、硫酸化セルロースナノクリスタルにおいて、0.68mmol/gであった。また、硫酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectra of the obtained sulfated pulp and sulfated cellulose nanocrystals were measured using FT-IR. As a result, absorption due to the S=O of sulfate ester groups was observed around 1220-1260 cm -1 , confirming the addition of sulfate ester groups. X-ray diffraction confirmed that the obtained sulfated pulp and sulfated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of sulfate ester groups measured using the measurement method described below in "Measurement of sulfur oxoacid group and sulfonic acid group amounts" was 1.47 mmol/g for sulfated pulp and 0.68 mmol/g for sulfated cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the sulfated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3-20 nm.

<実施例D1>
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、未乾燥、JIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して10mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
<Example D1>
The raw material pulp used was softwood bleached kraft pulp (NBKP, never dried, Canadian Standard Freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121-2:2012: 700 mL) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. This raw material pulp was subjected to an alkaline TEMPO oxidation treatment as follows.
First, 100 parts by mass of the above raw material pulp (dry mass equivalent), 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), and 10 parts by mass of sodium bromide were dispersed in 10,000 parts by mass of water. Next, a 13% by mass aqueous solution of sodium hypochlorite was added to 10 mmol per 1.0 g of pulp to initiate the reaction. During the reaction, a 0.5 M aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise to maintain the pH at 10 to 10.5, and the reaction was considered to have ended when no change in pH was observed.
The resulting TEMPO-oxidized pulp was then washed. The pulp slurry after TEMPO oxidation was dehydrated to obtain a dehydrated sheet, to which 5,000 parts by mass of ion-exchanged water was poured, stirred to uniformly disperse the pulp, and then filtered and dehydrated. This process was repeated. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.

この脱水シートに対して、残存するアルデヒド基の追酸化処理を次のようにして行った。乾燥質量100質量部相当の上記脱水シートを、0.1mol/L酢酸緩衝液(pH4.8)10000質量部に分散させた。次いで80質量%亜塩素酸ナトリウム113質量部を加え、直ちに密閉した後、マグネチックスターラーを用いて500rpmで撹拌しながら室温で48時間反応させ、パルプスラリーを得た。
次いで、得られた追酸化済みTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、追酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたTEMPO酸化パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
The remaining aldehyde groups in this dehydrated sheet were further oxidized as follows: 100 parts by weight of the dehydrated sheet (dry mass equivalent) was dispersed in 10,000 parts by weight of 0.1 mol/L acetate buffer (pH 4.8). 113 parts by weight of 80% by weight sodium chlorite was then added. The container was immediately sealed and then stirred at 500 rpm using a magnetic stirrer for 48 hours at room temperature to obtain a pulp slurry.
The resulting TEMPO-oxidized pulp was then washed. The washing process consisted of dehydrating the pulp slurry after the additional oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5,000 parts by mass of ion-exchanged water into the sheet, stirring to uniformly disperse the pulp, and then filtering and dehydrating the sheet. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained TEMPO-oxidized pulp, the high-concentration acid hydrolysis treatment and subsequent treatments were carried out in the same manner as in Example A1, to obtain a dispersion containing TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたTEMPO酸化パルプおよびTEMPO酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、TEMPO酸化パルプにおいて1.80mmol/g、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.86mmol/gであった。また、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting TEMPO-oxidized pulp and TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of carboxyl groups measured using the method described below was 1.80 mmol/g for the TEMPO-oxidized pulp and 0.86 mmol/g for the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例E1>
[次亜塩素酸酸化]
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)を、ハンドミキサー(大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。次いで、次亜塩素酸ナトリウム・5水和物をイオン交換水に加え、次亜塩素酸ナトリウムの固形分濃度を22質量%とした水溶液を準備した。綿状のフラッフィングパルプ100質量部に、22質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を9000質量部加え、温浴で30℃に調整しながら2時間反応させ、カルボキシ基導入パルプを得た。反応中は1N水酸化ナトリウム水溶液を適宜加え、pHを11に維持した。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example E1>
[Hypochlorous acid oxidation]
A sheet (solids concentration 90% by mass) made from softwood bleached kraft pulp (NBKP) was mixed with a hand mixer (Osaka Chemical Co., Ltd., Labo Millser PLUS) at 20,000 rpm for 15 seconds to produce a fluffy fluffed pulp (solids concentration 90% by mass). Sodium hypochlorite pentahydrate was then added to ion-exchanged water to prepare an aqueous solution with a sodium hypochlorite solids concentration of 22% by mass. 9,000 parts by mass of a 22% by mass aqueous sodium hypochlorite solution was added to 100 parts by mass of the fluffy fluffed pulp, and the mixture was allowed to react for 2 hours while adjusting the temperature in a warm bath to 30°C, yielding a carboxyl-introduced pulp. During the reaction, a 1N aqueous sodium hydroxide solution was added as needed to maintain the pH at 11.
The resulting carboxylated pulp was then washed. The washing was performed by pouring ion-exchanged water over the resulting carboxylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting dispersion to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained carboxyl group-introduced pulp, the high concentration acid hydrolysis treatment and subsequent treatments were carried out in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて0.70mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.33mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting carboxylated pulp and carboxylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of carboxyl groups measured using the method described below was 0.70 mmol/g for the carboxylated pulp and 0.33 mmol/g for the carboxylated cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the carboxylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例F1>
[マレイン酸エステル化]
針葉樹晒(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)を、ハンドミキサー(大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。オートクレーブに、綿状のフラッフィングパルプ100質量部と無水マレイン酸50質量部とを充填し、150℃で2時間処理して、カルボキシ基導入パルプを得た。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example F1>
[Maleic acid esterification]
A sheet (solids concentration 90% by mass) made from bleached softwood (NBKP) was mixed with a hand mixer (Labo Millser PLUS, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) at 20,000 rpm for 15 seconds to produce a cotton-like fluffing pulp (solids concentration 90% by mass). 100 parts by mass of the cotton-like fluffing pulp and 50 parts by mass of maleic anhydride were placed in an autoclave and mixed at 150°C for 2 hours to obtain a carboxyl-introduced pulp.
The resulting carboxylated pulp was then washed. The washing was performed by pouring ion-exchanged water over the resulting carboxylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting dispersion to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained carboxyl group-introduced pulp, the high concentration acid hydrolysis treatment and subsequent treatments were carried out in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて1.22mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.49mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting carboxylated pulp and carboxylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of carboxyl groups measured using the method described below was 1.22 mmol/g for the carboxylated pulp and 0.49 mmol/g for the carboxylated cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the carboxylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例G1>
[カルボキシエチル化]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、12N NaOH水溶液を250質量部と、2-クロロプロピオン酸163質量部、イオン交換水140質量部からなる薬液(合計553質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で10分加熱し、パルプ中のセルロースにカルボキシエチル基(カルボキシ基)を導入し、カルボキシ基導入パルプを得た。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のカルボキシ基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカルボキシ基導入パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のカルボキシ基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カルボキシ基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカルボキシ基導入パルプを得た。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example G1>
[Carboxyethylation]
The raw material pulp used was softwood bleached kraft pulp (NBKP, solids content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 , sheet form, Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 mL after disintegration measured in accordance with JIS P 8121-2:2012) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.
To 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp, a chemical solution consisting of 250 parts by mass of a 12N NaOH aqueous solution, 163 parts by mass of 2-chloropropionic acid, and 140 parts by mass of ion-exchanged water (553 parts by mass in total) was added, yielding a chemical-impregnated pulp. The resulting chemical-impregnated pulp was then heated in a hot air dryer at 165°C for 10 minutes to introduce carboxyethyl groups (carboxy groups) into the cellulose in the pulp, yielding a carboxy-introduced pulp.
The resulting carboxylated pulp was then washed. The washing was performed by pouring ion-exchanged water over the resulting carboxylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting dispersion to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Next, the washed carboxylated pulp was neutralized as follows: First, the washed carboxylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1 N aqueous solution of sodium hydroxide was added little by little while stirring to obtain a carboxylated pulp slurry having a pH of 12 to 13. Next, the carboxylated pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a neutralized carboxylated pulp.
Except for using the obtained carboxyl group-introduced pulp, the high concentration acid hydrolysis treatment and subsequent treatments were carried out in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて1.41mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.65mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting carboxylated pulp and carboxylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of carboxyl groups measured using the method described below was 1.41 mmol/g for the carboxylated pulp and 0.65 mmol/g for the carboxylated cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the carboxylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例H1>
[カルボキシメチル化]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、12N NaOH水溶液を83質量部と、モノクロロ酢酸ナトリウム175質量部、イオン交換水313質量部からなる薬液(合計571質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプをポリエチレン製の容器に入れ、95℃の温浴で60分加熱し、パルプ中のセルロースにカルボキシメチル基(カルボキシ基)を導入し、カルボキシ基導入パルプを得た。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたカルボキシ基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example H1>
[Carboxymethylation]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian Standard Freeness (CSF) measured after disintegration in accordance with JIS P 8121-2:2012 of 700 mL) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used.
To 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp, a chemical solution consisting of 83 parts by mass of 12N NaOH aqueous solution, 175 parts by mass of sodium monochloroacetate, and 313 parts by mass of ion-exchanged water (571 parts by mass in total) was added to obtain a chemical-impregnated pulp. The obtained chemical-impregnated pulp was then placed in a polyethylene container and heated in a warm bath at 95°C for 60 minutes to introduce carboxymethyl groups (carboxy groups) into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a carboxy-introduced pulp.
The resulting carboxylated pulp was then washed. The washing was performed by pouring ion-exchanged water over the resulting carboxylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting dispersion to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained carboxyl group-introduced pulp, the high concentration acid hydrolysis treatment and subsequent treatments were carried out in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing carboxyl group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたカルボキシ基導入パルプおよびカルボキシ基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、カルボキシ基導入パルプにおいて1.21mmol/g、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.41mmol/gであった。また、カルボキシ基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting carboxylated pulp and carboxylated cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of carboxyl groups measured using the method described below was 1.21 mmol/g for the carboxylated pulp and 0.41 mmol/g for the carboxylated cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the carboxylated cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例J1>
[スルホエチル化]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、2N NaOH水溶液を180質量部と25質量%濃度のビニルスルホン酸ナトリウム水溶液780質量部からなる薬液(合計960質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で16分加熱し、パルプ中のセルロースにスルホエチル基(スルホン基)を導入し、スルホエチル基導入パルプ(スルホン基導入パルプ)を得た。
次いで、得られたスルホエチル基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたスルホエチル基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
得られたスルホエチル基導入パルプを用いた以外は、実施例A1と同様に高濃度酸加水分解処理以降の処理を行い、スルホエチル基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Example J1>
[Sulfoethylation]
The raw material pulp used was softwood bleached kraft pulp (NBKP, solids content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 , sheet form, Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 mL after disintegration measured in accordance with JIS P 8121-2:2012) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.
To 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp, a chemical solution consisting of 180 parts by mass of a 2N NaOH aqueous solution and 780 parts by mass of a 25% by mass sodium vinyl sulfonate aqueous solution (total 960 parts by mass) was added, yielding a chemical solution-impregnated pulp. The resulting chemical solution-impregnated pulp was then heated in a hot air dryer at 165°C for 16 minutes to introduce sulfoethyl groups (sulfonic groups) into the cellulose in the pulp, yielding a sulfoethyl group-introduced pulp (sulfonic group-introduced pulp).
The resulting sulfoethyl group-introduced pulp was then washed. The washing treatment involved pouring ion-exchanged water over the resulting sulfoethyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, which was then stirred to uniformly disperse the pulp, followed by filtration and dehydration. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Except for using the obtained sulfoethyl group-introduced pulp, the high concentration acid hydrolysis treatment and subsequent treatments were carried out in the same manner as in Example A1 to obtain a dispersion containing sulfoethyl group-introduced cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたスルホエチル基導入パルプおよびスルホエチル基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるスルホエチル基量(スルホン基量)は、スルホエチル基導入パルプにおいて1.48mmol/g、スルホエチル基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.71mmol/gであった。また、スルホエチル基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting sulfoethyl-group-introduced pulp and sulfoethyl-group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The sulfoethyl group content (sulfonic acid content), measured using the method described below, was 1.48 mmol/g for the sulfoethyl-group-introduced pulp and 0.71 mmol/g for the sulfoethyl-group-introduced cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the sulfoethyl-group-introduced cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<実施例K1>
[カチオン化処理]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、1N NaOH水溶液を180質量部とカチオン化剤(カチオマスターG、四日市合成株式会社製、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、純分73.1質量%、含水率20.2質量%)325質量部からなる薬液(合計505質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で12分加熱し、パルプ中のセルロースにカチオン基を導入し、カチオン基導入パルプを得た。
次いで、得られたカチオン基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカチオン基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のカチオン基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカチオン基導入パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの塩酸を少しずつ添加することにより、pHが1以上2以下のカチオン基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カチオン基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカチオン基導入パルプを得た。
<Example K1>
[Cationization treatment]
The raw material pulp used was softwood bleached kraft pulp (NBKP, solids content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 , sheet form, Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 mL measured after disintegration in accordance with JIS P 8121-2:2012) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.
To 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp, a chemical solution consisting of 180 parts by mass of a 1N NaOH aqueous solution and 325 parts by mass of a cationizing agent (Catiomaster G, manufactured by Yokkaichi Synthetic Co., Ltd., glycidyl trimethylammonium chloride, purity 73.1% by mass, moisture content 20.2% by mass) (total 505 parts by mass) was added to obtain a chemical solution-impregnated pulp. The obtained chemical solution-impregnated pulp was then heated in a hot air dryer at 165°C for 12 minutes to introduce cationic groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a cationic group-introduced pulp.
The resulting cation-group-introduced pulp was then washed. The resulting cation-group-introduced pulp was poured into ion-exchanged water to obtain a pulp dispersion. The resulting pulp was stirred to uniformly disperse the pulp, followed by filtration and dehydration. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
Next, the washed cationic group-introduced pulp was neutralized as follows: First, the washed cationic group-introduced pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then 1 N hydrochloric acid was added little by little while stirring to obtain a cationic group-introduced pulp slurry having a pH of 1 to 2. Next, the cationic group-introduced pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a cationic group-introduced pulp that had been subjected to a neutralization treatment.

得られたカチオン基導入パルプに、濃塩酸(11.2mol/L塩酸)を少量ずつ加え、10.7mol/L塩酸中に、カチオン化パルプが2質量%で懸濁したスラリーを得た。この懸濁スラリーは曳糸性のある粘稠な液であった。得られた懸濁スラリーをガラス容器に入れ、撹拌しながら、95℃の温浴にて90分間加熱加水分解処理した。(高濃度酸加水分解処理)
高濃度酸加水分解処理以降の処理は、実施例A1と同様に行い、カチオン基導入セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
To the obtained cationized pulp, concentrated hydrochloric acid (11.2 mol/L hydrochloric acid) was added little by little to obtain a slurry in which the cationized pulp was suspended at 2% by mass in 10.7 mol/L hydrochloric acid. This suspension slurry was a viscous liquid with spinnability. The obtained suspension slurry was placed in a glass container and, while stirring, was subjected to thermal hydrolysis treatment in a 95°C hot bath for 90 minutes. (High-concentration acid hydrolysis treatment)
The treatments after the high-concentration acid hydrolysis treatment were carried out in the same manner as in Example A1, to obtain a dispersion containing cellulose nanocrystals with introduced cationic groups.

X線回折により、得られたカチオン基導入パルプおよびカチオン基導入セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカチオン基量は、カチオン基導入パルプにおいて1.45mmol/g、カチオン基導入セルロースナノクリスタルにおいて0.71mmol/gであった。また、カチオン基導入セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting cationic group-introduced pulp and cationic group-introduced cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of cationic groups measured using the method described below was 1.45 mmol/g for the cationic group-introduced pulp and 0.71 mmol/g for the cationic group-introduced cellulose nanocrystals. Furthermore, the fiber width of the cationic group-introduced cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<比較例1>
リン酸化パルプの代わりに、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した以外は実施例A1と同様にして、セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
得られたセルロースナノクリスタルのリン酸基量は、0.01mmol/g未満であった。繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、10~30nmであった。
<Comparative Example 1>
A dispersion containing cellulose nanocrystals was obtained in the same manner as in Example A1, except that softwood bleached kraft pulp (NBKP, solids content 93% by mass, basis weight 245 g/m, sheet form, Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 mL after disintegration measured in accordance with JIS P 8121-2:2012) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used instead of phosphorylated pulp.
The amount of phosphate groups in the resulting cellulose nanocrystals was less than 0.01 mmol/g, and the fiber width was measured using an atomic force microscope to be 10 to 30 nm.

<比較例2>
比較例1で得られたセルロースナノクリスタルを含む分散液(固形分濃度2%)に、リン酸濃度が10.7mol/Lになるまで85%リン酸を加えた後、95℃の温浴にて90分間処理を行った。得られた反応後スラリーは、下記の手順で溶存成分と酸を除き、精製した。すなわち、得られた反応後スラリーを氷冷し、遠心分離(12,000G、5分)処理により固液分離を行った。遠心分離後は、上澄みを除去し、同体積のイオン交換水を加えて、沈殿物とよく練り、分散させた状態で、再度遠心分離に供試した。この操作を3回繰り返した後、沈殿物を再度イオン交換水に懸濁した状態で、強塩基性イオン交換樹脂(アンバージェット4400;オルガノ株式会社、コンディショニング済)と接触させ、スラリーの電気伝導度とpHの変動がなくなるまで処理を行った。
得られた精製後スラリーにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理し、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Comparative Example 2>
To the dispersion containing cellulose nanocrystals obtained in Comparative Example 1 (solid content concentration 2%), 85% phosphoric acid was added until the phosphoric acid concentration reached 10.7 mol/L, and then the mixture was treated in a warm bath at 95 °C for 90 minutes. The resulting post-reaction slurry was purified by removing dissolved components and acid using the following procedure. That is, the resulting post-reaction slurry was ice-cooled and subjected to solid-liquid separation by centrifugation (12,000 G, 5 minutes). After centrifugation, the supernatant was removed, and the same volume of ion-exchanged water was added. The precipitate was thoroughly mixed and dispersed, and then centrifuged again. This operation was repeated three times, and the precipitate was again suspended in ion-exchanged water and contacted with a strongly basic ion-exchange resin (Amberjet 4400; Organo Corporation, conditioned). The treatment was continued until the electrical conductivity and pH of the slurry stabilized.
Ion-exchanged water was added to the purified slurry to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass, which was then processed six times at a pressure of 100 MPa in a wet atomizer (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals.

なお、得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.24mmol/gであった。なお、総解離酸量は0.40mmol/g(第2解離酸量は0.16mmol/g)であった。また、セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、10~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that cellulose type I crystals were maintained. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid group] was 0.24 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 0.40 mmol/g (amount of second dissociated acid was 0.16 mmol/g). The fiber width of the cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and was found to be 10 to 20 nm.

<比較例3>
比較例1で得られたセルロースナノクリスタルを含む分散液(固形分濃度2%)を、恒温恒湿室(23℃50%RH)に静置し固形分濃度42%になるまで風乾させた。得られた固形分濃度42%のセルロースナノクリスタル24質量部と、85%リン酸51質量部とを、140℃のオイルバスにセットしたガラスフラスコにて溶融させた64質量部の尿素に加えた。その後、150℃まで加温し、30分間加熱処理した。
加熱処理後に水を500質量部加えて反応後スラリーを得た。このスラリーに対して比較例2と同様の精製操作、湿式微粒化装置による処理を行い、リン酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Comparative Example 3>
The dispersion containing cellulose nanocrystals (solids concentration 2%) obtained in Comparative Example 1 was left to stand in a constant temperature and humidity chamber (23°C, 50% RH) and air-dried until the solids concentration reached 42%. 24 parts by mass of the resulting cellulose nanocrystals with a solids concentration of 42% and 51 parts by mass of 85% phosphoric acid were added to 64 parts by mass of urea melted in a glass flask placed in an oil bath at 140°C. The mixture was then heated to 150°C and heat-treated for 30 minutes.
After the heat treatment, 500 parts by mass of water was added to obtain a post-reaction slurry. This slurry was subjected to the same purification procedure as in Comparative Example 2 and treatment with a wet atomizer to obtain a dispersion containing phosphorylated cellulose nanocrystals.

なお、得られたリン酸化セルロースナノクリスタルに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。X線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.03mmol/gであった。なお、総解離酸量は1.77mmol/g(第2解離酸量は0.74mmol/g)であった。また、セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanocrystals was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. X-ray diffraction confirmed that cellulose type I crystals were maintained. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid group] was 1.03 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.77 mmol/g (amount of second dissociated acid 0.74 mmol/g). The fiber width of the cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and was found to be 3 to 20 nm.

<参考例1>
比較例1で得られたセルロースナノクリスタルを含む分散液(固形分濃度2%)に対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
まず、乾燥質量100質量部相当の上記セルロースナノクリスタルと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して2mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
得られたスラリーに対して比較例2と同様の精製操作、湿式微粒化装置による処理を行い、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルを含む分散液を得た。
<Reference example 1>
The dispersion containing cellulose nanocrystals obtained in Comparative Example 1 (solid content concentration: 2%) was subjected to alkaline TEMPO oxidation treatment as follows.
First, 100 parts by weight of the above cellulose nanocrystals (dry mass equivalent), 1.6 parts by weight of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), and 10 parts by weight of sodium bromide were dispersed in 10,000 parts by weight of water. Next, a 13% by weight aqueous solution of sodium hypochlorite was added to 1.0 g of pulp to give a concentration of 2 mmol, to initiate the reaction. During the reaction, a 0.5 M aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise to maintain the pH at 10 to 10.5, and the reaction was considered complete when no further change in pH was observed.
The resulting slurry was subjected to the same purification procedure as in Comparative Example 2 and treatment with a wet atomizer to obtain a dispersion containing TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals.

X線回折により、得られたTEMPO酸化パルプおよびTEMPO酸化セルロースナノクリスタルがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルにおいて0.86mmol/gであった。また、TEMPO酸化セルロースナノクリスタルの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~20nmであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting TEMPO-oxidized pulp and TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals maintained cellulose type I crystal structure. The amount of carboxyl groups in the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals, as measured by the method described below, was 0.86 mmol/g. Furthermore, the fiber width of the TEMPO-oxidized cellulose nanocrystals was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 20 nm.

<比較例4>
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。
この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
<Comparative Example 4>
The raw material pulp used was softwood bleached kraft pulp (NBKP, solids content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 , sheet form, Canadian Standard Freeness (CSF) of 700 mL after disintegration measured in accordance with JIS P 8121-2:2012) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.
This raw pulp was subjected to phosphorus oxo-oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea was added to 100 parts by mass (bone dry mass) of the raw pulp to adjust the composition to 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water, to obtain a chemical-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165°C for 250 seconds to introduce phosphate groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a phosphorylated pulp.
The resulting phosphorylated pulp was then washed. The washing process consisted of pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (bone dry mass) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting solution to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.

得られた洗浄後のリン酸化パルプにイオン交換水と85%リン酸とを加え、固形分濃度が2%、リン酸濃度が1mol/Lとなるよう調整し、撹拌しながら、95℃の温浴にて90分間加熱加水分解処理した。(希薄酸加水分解処理) The washed phosphorylated pulp was mixed with ion-exchanged water and 85% phosphoric acid to adjust the solids concentration to 2% and the phosphoric acid concentration to 1 mol/L. The mixture was then heated and hydrolyzed in a 95°C hot bath for 90 minutes while stirring. (Dilute Acid Hydrolysis Treatment)

次いで、得られた加水分解後リン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Next, the resulting hydrolyzed phosphorylated pulp was washed. The washing process was carried out by pouring 10 L of ion-exchanged water over 100 g (bone dry mass) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting solution to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.

次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水および洗浄して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理したところ、リン酸化セルロースナノファイバーを主として含む分散液を得た。
Next, the washed phosphorylated pulp was neutralized as follows: First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1 N aqueous solution of sodium hydroxide was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 to 13. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a neutralized phosphorylated pulp.
Ion-exchanged water was added to the resulting phosphorylated pulp to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was processed six times at a pressure of 100 MPa in a wet atomizer (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.), yielding a dispersion primarily containing phosphorylated cellulose nanofibers.

なお、得られたリン酸化セルロースナノファイバーに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化セルロースナノファイバーを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.93mmol/gであった。なお、総解離酸量は1.56mmol/g(第2解離酸量は0.63mmol/g)であった。また、セルロースナノファイバーの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanofibers was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. Furthermore, when the obtained phosphorylated cellulose nanofibers were analyzed using an X-ray diffractometer, typical peaks were observed at two positions, around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°, confirming the presence of cellulose type I crystals. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured using the measurement method described below in [Measurement of phosphorus oxoacid group amount] was 0.93 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.56 mmol/g (amount of second dissociated acid was 0.63 mmol/g). Furthermore, the fiber width of the cellulose nanofibers was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 5 nm.

<比較例5>
希薄酸加水分解処理と希薄酸加水分解処理後の洗浄処理とを、洗浄後のリン酸化パルプに対してではなく、リン酸化を行う前の針葉樹漂白クラフトパルプに行った以外は比較例4と同様にして、リン酸化セルロースナノファイバーを主として含む分散液を得た。
Comparative Example 5
A dispersion mainly containing phosphorylated cellulose nanofibers was obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that the dilute acid hydrolysis treatment and the washing treatment after the dilute acid hydrolysis treatment were performed on softwood bleached kraft pulp before phosphorylation, rather than on phosphorylated pulp after washing.

なお、得られたリン酸化セルロースナノファイバーに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、リン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化セルロースナノファイバーを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであった。なお、総解離酸量は2.45mmol/g(第2解離酸量は1.00mmol/g)であった。また、セルロースナノファイバーの繊維幅を、原子間力顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorylated cellulose nanofibers was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming the addition of phosphate groups. Furthermore, when the obtained phosphorylated cellulose nanofibers were analyzed using an X-ray diffractometer, typical peaks were observed at two positions, around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°, confirming the presence of cellulose type I crystals. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured using the measurement method described below in [Measurement of phosphorus oxoacid group amount] was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g (amount of second dissociated acid was 1.00 mmol/g). Furthermore, the fiber width of the cellulose nanofibers was measured using an atomic force microscope and found to be 3 to 5 nm.

<比較例6>
実施例A1で得られた中和処理が施されたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理し、リン酸化セルロースナノファイバーを含む分散液を得た。
<Comparative Example 6>
Ion-exchanged water was added to the neutralized phosphorylated pulp obtained in Example A1 to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was processed six times in a wet atomization apparatus (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) at a pressure of 100 MPa to obtain a dispersion containing phosphorylated cellulose nanofibers.

得られたリン酸化セルロースナノファイバー分散液に、リン酸化セルロースナノファイバー1gに対して550nkatとなるよう酵素(セルラーゼ)を添加し、温度50℃で酵素処理した(工程D)。得られた分散液の温度を100℃とし、酵素を熱失活させた。さらに、このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社美粒製、Beryu-Mini)で100MPaの圧力にて6回処理し、酵素処理されたリン酸化セルロースナノファイバーを含む分散液を得た。後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。 An enzyme (cellulase) was added to the resulting phosphorylated cellulose nanofiber dispersion at a concentration of 550 nkat per 1 g of phosphorylated cellulose nanofiber, and the mixture was treated with the enzyme at 50°C (Step D). The temperature of the resulting dispersion was raised to 100°C to thermally inactivate the enzyme. This slurry was then treated six times at a pressure of 100 MPa in a wet micronization device (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing enzyme-treated phosphorylated cellulose nanofibers. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured using the method described below in [Measurement of phosphorus oxoacid group amount] was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g.

[シートの作製]
実施例A1~A8,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1,J1,K1で得られた各種セルロースナノクリスタルを固形分濃度が0.6質量%となるようにイオン交換水で希釈した。シートの仕上がり坪量が70g/mになるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置した。そのあと70℃の乾燥機で24時間乾燥し、アクリル板から剥離した。いずれのセルロースナノクリスタルからもセルロースナノクリスタルを含むシートが得られた。シートの厚みは50μmであった。
[Sheet production]
The various cellulose nanocrystals obtained in Examples A1 to A8, B1, C1, D1, E1, F1, G1, H1, J1, and K1 were diluted with ion-exchanged water to a solids concentration of 0.6% by mass. The mixed solution was weighed so that the finished sheet would have a basis weight of 70 g/ and spread on a commercially available acrylic plate. A damming frame (inner dimensions 250 mm x 250 mm, height 5 cm) was placed on the acrylic plate to achieve the desired basis weight. The cellulose nanocrystals were then dried in a dryer at 70°C for 24 hours and peeled off from the acrylic plate. Sheets containing cellulose nanocrystals were obtained from each of the cellulose nanocrystals. The sheet thickness was 50 μm.

[パウダーの作製]
実施例A1~A8,B1,C1,D1,E1,F1,G1,H1,J1,K1で得られた各種セルロースナノクリスタルの2質量%分散液を出口温度150℃にセットしたスプレードライヤーで噴霧乾燥した。いずれのセルロースナノクリスタルからもセルロースナノクリスタルを含むパウダーが得られた。パウダーの粒径は20μm以下であり、含水率は20%以下であった。
[Powder preparation]
The 2% by mass dispersions of the various cellulose nanocrystals obtained in Examples A1 to A8, B1, C1, D1, E1, F1, G1, H1, J1, and K1 were spray-dried using a spray dryer set at an outlet temperature of 150°C. Powders containing cellulose nanocrystals were obtained from all of the cellulose nanocrystals. The particle size of the powders was 20 μm or less, and the moisture content was 20% or less.

[評価]
<リンオキソ酸基量の測定>
セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー、イオン性官能基導入セルロース繊維のリンオキソ酸基量は、対象となる各種セルロース(各種セルロースとは、セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーおよびイオン性官能基導入セルロース繊維の総称である)を含む分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記各種セルロースに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の各種セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値をリンオキソ酸基量(第1解離酸量)(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。また、総解離酸量から、第1解離酸量を減じた値が、第2解離酸量である。
[evaluation]
<Measurement of phosphorus oxoacid group content>
The amount of phosphorus oxoacid groups in cellulose nanocrystals, cellulose nanofibers, and cellulose fibers with introduced ionic functional groups was measured by adding ion-exchanged water to a dispersion containing the various celluloses of interest (various celluloses are a general term for cellulose nanocrystals, cellulose nanofibers, and cellulose fibers with introduced ionic functional groups) to make the content 0.2 mass%, treating the dispersion with ion-exchange resin, and then titrating with alkali.
The treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) to the above-mentioned various celluloses, shaking the mixture for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin from the slurry.
In addition, alkali titration was performed by adding 10 μL of 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution every 5 seconds to various cellulose-containing slurries after treatment with ion exchange resin, while measuring the change in the pH value of the slurry. Nitrogen gas was blown into the slurry 15 minutes before the start of the titration. In this neutralization titration, two maximum points of increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) were observed on the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added. Of these, the maximum point of increment obtained first after starting the addition of alkali is called the first endpoint, and the maximum point of increment obtained next is called the second endpoint (Figure 1). The amount of alkali required from the start of titration to the first endpoint is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used in the titration. Furthermore, the amount of alkali required from the start of titration to the second endpoint is equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used in the titration. The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first endpoint divided by the solids content (g) in the titrated slurry was used to determine the amount of phosphorus oxo acid group (first dissociated acid amount) (mmol/g). The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second endpoint divided by the solids content (g) in the titrated slurry was used to determine the total dissociated acid amount (mmol/g). The second dissociated acid amount was determined by subtracting the first dissociated acid amount from the total dissociated acid amount.

<カルボキシ基量の測定>
セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー、およびイオン性官能基導入セルロース繊維のカルボキシ基量は、対象となる各種セルロースを含む各種セルロース分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、0.2質量%の各種セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察すると、図2に示されるような滴定曲線が得られる。図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の各種セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
<Measurement of Carboxy Group Amount>
The amount of carboxyl groups in cellulose nanocrystals, cellulose nanofibers, and cellulose fibers with ionic functional groups introduced therein was measured by adding ion-exchanged water to various cellulose dispersions containing the target cellulose to adjust the content to 0.2 mass%, treating the dispersions with ion-exchange resin, and then titrating them with alkali.
The treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) to 0.2% by mass of each cellulose-containing slurry, shaking for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin from the slurry.
In addition, the alkali titration was performed by adding 0.1 N aqueous sodium hydroxide to the fibrous cellulose-containing slurry after treatment with an ion exchange resin, while measuring the change in the pH value of the slurry. Observing the change in pH while adding aqueous sodium hydroxide yields a titration curve as shown in Figure 2. As shown in Figure 2, in this neutralization titration, a single point is observed in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, where the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized. This maximum increment is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in Figure 2 is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxyl groups in the slurry used for titration. The amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve was divided by the solids content (g) in the various cellulose-containing slurries being titrated to calculate the amount of carboxyl groups introduced (mmol/g).
The above-mentioned amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) indicates the amount of substituents per 1 g of fibrous cellulose mass when the counter ion of the carboxyl group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type)).

<硫黄オキソ酸基・スルホン基量の測定>
実施例C1、J1で得られたパルプ、セルロースナノクリスタルについて、硫黄オキソ酸基・スルホン基量を測定した。すなわち、得られた各種セルロースを過塩素酸と濃硝酸を用いて湿式灰化した後に、適当な倍率で希釈してICP発光分析により硫黄量を測定した。この硫黄量を、供試した各種セルロースの絶乾質量で除した値を硫黄オキソ酸基量、スルホン基量(単位:mmol/g)とした。
<Measurement of sulfur oxoacid group and sulfonic acid group content>
The amounts of sulfur oxoacid groups and sulfonic groups were measured for the pulp and cellulose nanocrystals obtained in Examples C1 and J1. Specifically, the obtained cellulose samples were wet incinerated using perchloric acid and concentrated nitric acid, diluted appropriately, and then subjected to ICP atomic emission spectrometry to measure the amount of sulfur. The sulfur amount was divided by the bone-dry mass of each cellulose sample to determine the amount of sulfur oxoacid groups and sulfonic groups (unit: mmol/g).

<カチオン性基量の測定>
実施例K1で得られたパルプ、セルロースナノクリスタルについて、カチオン性基量を測定した。すなわち、凍結乾燥および粉砕処理後の試料を株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110に供試して測定した。なお、イオン性の窒素は、中和処理、洗浄処理の過程で除かれていた。各種セルロースの単位質量あたりのカチオン性基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られた各種セルロースの単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出した。
<Measurement of Amount of Cationic Groups>
The amount of cationic groups was measured for the pulp and cellulose nanocrystals obtained in Example K1. Specifically, the samples after freeze-drying and pulverization were subjected to measurement using a TN-110 trace total nitrogen analyzer manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Corporation. Note that ionic nitrogen was removed during the neutralization and washing processes. The amount of cationic groups introduced per unit mass of each cellulose (mmol/g) was calculated by dividing the nitrogen content per unit mass of each cellulose (g/g) obtained by trace nitrogen analysis by the atomic weight of nitrogen.

<カルバミド基量の測定>
実施例A1~A8、B1、C1、比較例3~6で得られたパルプ、セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーについて、カルバミド基量を測定した。すなわち、凍結乾燥および粉砕処理後の試料を株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110に供試して測定した。なお、イオン性の窒素は、中和処理、洗浄処理の過程で除かれていた。各種セルロースの単位質量あたりのカルバミド基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られた各種セルロースの単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出した。
<Measurement of carbamide group amount>
The amount of carbamide groups was measured for the pulp, cellulose nanocrystals, and cellulose nanofibers obtained in Examples A1 to A8, B1, and C1 and Comparative Examples 3 to 6. Specifically, the samples after freeze-drying and pulverization were subjected to measurement using a TN-110 trace total nitrogen analyzer manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Corporation. Note that ionic nitrogen was removed during the neutralization and washing processes. The amount of carbamide groups introduced per unit mass of each cellulose (mmol/g) was calculated by dividing the nitrogen content (g/g) per unit mass of each cellulose obtained by trace nitrogen analysis by the atomic weight of nitrogen.

<分散液の粘度の測定>
まず、各種セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの分散液を、固形分濃度が1.5質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌した。次いで、これにより得られた分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
<Measurement of Viscosity of Dispersion>
First, various cellulose nanocrystal and cellulose nanofiber dispersions were diluted with ion-exchanged water to a solids concentration of 1.5% by mass, and then stirred in a disperser at 1500 rpm for 5 minutes. The viscosity of the resulting dispersion was then measured using a Brookfield analog viscometer (T-LVT). The measurement conditions were a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of measurement was taken as the viscosity of the dispersion. Furthermore, the dispersions to be measured were allowed to stand for 24 hours in an environment of 23°C and 50% relative humidity before measurement. The liquid temperature of the dispersions during measurement was 23°C.

<分散液の全光線透過率の測定>
分散液の全光線透過率の測定は各種セルロース分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(株式会社藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて、7361-1:1997に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。すなわち、イオン交換水のみで測定した全光線透過率を100%とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
<Measurement of total light transmittance of dispersion>
The total light transmittance of the dispersion was measured by diluting various cellulose dispersions with ion-exchanged water to 0.2% by mass, and then measuring using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) and a glass cell for liquids with an optical path length of 1 cm (MG-40, reverse optical path, manufactured by Fujiwara Seisakusho Co., Ltd.) in accordance with 7361-1:1997. Zero-point measurement was performed using ion-exchanged water placed in the same glass cell. In other words, the total light transmittance measured using ion-exchanged water alone was taken as 100%. Furthermore, the dispersions to be measured were allowed to stand for 24 hours in an environment of 23°C and 50% relative humidity before measurement. The liquid temperature of the dispersions during measurement was 23°C.

<耐塩性>
得られたセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの0.2質量%分散液に塩化ナトリウムを所定量加えた際の全光線透過率を測定し、塩化ナトリウムの添加により全光線透過率が変化しづらいものを、耐塩性が高いセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー分散液とした。具体的には、以下の指標で評価を行った。
A:塩化ナトリウム濃度が300mmol/Lにおいて、T/Tが0.98以上である
B:塩化ナトリウム濃度が300mmol/Lにおいて、T/Tが0.98未満であるが、塩化ナトリウム濃度が100mmol/Lにおいて、T/Tが0.98以上である
C:塩化ナトリウム濃度が100mmol/Lにおいて、T/Tが0.98未満である
ただし、T:塩化ナトリウムを加えた後の全光線透過率、T:塩化ナトリウムを加える前の全光線透過率である。
また、塩化ナトリウム添加後の全光線透過率の具体的な測定手順は下記のとおりである。
(1)セルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの0.2質量%分散液に塩化ナトリウムを固体のまま所定量加える
(2)塩化ナトリウムが溶解するまでテフロン(登録商標)製の棒で手撹拌を行う
(3)塩化ナトリウムを溶解後、回転ディスパーザーにて、4000rpm、1分間撹拌する
(4)<分散液の全光線透過率の測定>に記載の方法で、全光線透過率の測定を行う
<Salt tolerance>
A predetermined amount of sodium chloride was added to the resulting 0.2% by mass dispersion of cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers, and the total light transmittance was measured. Dispersions in which the total light transmittance was least affected by the addition of sodium chloride were determined to have high salt tolerance. Specifically, the evaluation was based on the following criteria:
A: When the sodium chloride concentration is 300 mmol/L, T/T 0 is 0.98 or more. B: When the sodium chloride concentration is 300 mmol/L, T/T 0 is less than 0.98, but when the sodium chloride concentration is 100 mmol/L, T/T 0 is 0.98 or more. C: When the sodium chloride concentration is 100 mmol/L, T/T 0 is less than 0.98. Here, T: total light transmittance after adding sodium chloride, T 0 : total light transmittance before adding sodium chloride.
The specific procedure for measuring the total light transmittance after adding sodium chloride is as follows.
(1) A predetermined amount of solid sodium chloride is added to a 0.2% by mass dispersion of cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers. (2) The mixture is manually stirred with a Teflon (registered trademark) rod until the sodium chloride is dissolved. (3) After dissolving the sodium chloride, the mixture is stirred at 4000 rpm for 1 minute in a rotary disperser. (4) The total light transmittance is measured using the method described in <Measurement of the total light transmittance of the dispersion>.

<C6位以外の変性有無>
得られたセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの分散液を凍結乾燥した試料を13C CP/MAS NMRにより分析した。比較例1の試料の結果と比べた際に、C2、C3、C5位に相当する68-80ppm、C3位に隣接するC4位に相当する80-91ppm、C2位に隣接するC1位に相当する101-109ppmのケミカルシフトにおけるピークに変化が見られた場合、C6位以外にも変性が起こっているとみなした。
<Presence or absence of alterations other than at C6 position>
The resulting cellulose nanocrystal and cellulose nanofiber dispersions were freeze-dried and the resulting samples were analyzed by 13C CP/MAS NMR. When compared with the results of the sample of Comparative Example 1, if changes were observed in the chemical shift peaks at 68-80 ppm corresponding to the C2, C3, and C5 positions, 80-91 ppm corresponding to the C4 position adjacent to the C3 position, and 101-109 ppm corresponding to the C1 position adjacent to the C2 position, it was deemed that modifications had occurred at positions other than the C6 position.

<純度>
得られたセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの純度は、イオン性官能基以外の官能基を含むか否か、および湿式加熱時の着色から判断した。
A:イオン性官能基以外の官能基を含まない、または、イオン性官能基以外の官能基を含むが、湿式加熱によりほとんど着色しない
B:イオン性官能基以外の官能基を含み、湿式加熱によりやや黄色味を帯びる
C:イオン性官能基以外の官能基を含み、湿式加熱により強い黄色~薄い茶色となる
なお、湿式加熱時の着色は、1質量%濃度のセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバー分散液を95℃で10時間加熱した際の着色度を目視で判断した。カルバミド基などの加水分解等によってアンモニアを遊離し得る含窒素構造は、着色構造の形成を促進すると考えられる。
<Purity>
The purity of the obtained cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers was judged based on whether or not they contained functional groups other than ionic functional groups, and on the coloration that occurred upon wet heating.
A: Contains no functional groups other than ionic functional groups, or contains functional groups other than ionic functional groups but is barely discolored by wet heating B: Contains functional groups other than ionic functional groups and becomes slightly yellowish by wet heating C: Contains functional groups other than ionic functional groups and becomes strong yellow to light brown by wet heating Note that discoloration during wet heating was determined by visually observing the degree of discoloration when a 1% by mass concentration of cellulose nanocrystal or cellulose nanofiber dispersion was heated at 95°C for 10 hours. Nitrogen-containing structures that can liberate ammonia by hydrolysis of carbamide groups, etc. are thought to promote the formation of colored structures.

<繊維の屈曲>
原子間力顕微鏡でセルロースナノクリスタル、セルロースナノファイバーの像を撮影し、無作為に選んだ100本の繊維について、繊維が途中で1つ以上の折れ曲がり(角度30°以上)を起こしているものを数え、以下の基準で判断した。
A:折れ曲がりがある繊維が10本未満である
B:折れ曲がりがある繊維が10本以上20本未満である
C:折れ曲がりがある繊維が20本以上である
<Bending of fibers>
Images of cellulose nanocrystals and cellulose nanofibers were taken using an atomic force microscope, and 100 randomly selected fibers were counted to see if they had one or more bends (angles of 30° or more) along the fiber. The results were evaluated based on the following criteria.
A: There are less than 10 bent fibers. B: There are 10 or more but less than 20 bent fibers. C: There are 20 or more bent fibers.

表1-1、1-2に記載のイオン性官能基導入セルロース繊維、イオン性官能基導入セルロースナノファイバー、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルについて、前述した<リンオキソ酸基量の測定>によりイオン性官能基導入量を測定した場合は、当該測定結果の第1解離酸量、第2解離酸量の結果をそれぞれの欄に記載した。また、前述した<カルボキシ基量の測定>、<硫黄オキソ酸基・スルホン基量の測定>によりイオン性官能基量を測定した場合は、当該測定結果を第1解離酸量の欄に記載した。また、前述した<カチオン性基量の測定>によりイオン性官能基導入量を測定した場合は、当該測定結果をカチオン性基量の欄に記載した。 For the ionic functional group-introduced cellulose fibers, ionic functional group-introduced cellulose nanofibers, and ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals listed in Tables 1-1 and 1-2, when the amount of ionic functional groups introduced was measured by the above-mentioned <Measurement of the amount of phosphorus oxo acid groups>, the results of the measurement for the amount of first dissociated acid and the amount of second dissociated acid were entered in the respective columns. Furthermore, when the amount of ionic functional groups was measured by the above-mentioned <Measurement of the amount of carboxyl groups> or <Measurement of the amount of sulfur oxo acid groups and sulfonic groups>, the results of the measurement were entered in the column for the amount of first dissociated acid. Furthermore, when the amount of ionic functional groups introduced was measured by the above-mentioned <Measurement of the amount of cationic groups>, the results of the measurement were entered in the column for the amount of cationic groups.

表1-1、1-2によれば、工程A~工程Cをこの順で有する製造方法により得られたイオン性官能基導入セルロースナノクリスタルは、水分散液とした場合に低粘度であり、透明性が高く、耐塩性に優れる。また、純度が高い。
一方、比較例に示すように、イオン性官能基導入工程を有しない比較例1では、透明性および耐塩性に劣るものであった。また、比較例2および3に示すように解繊後にイオン性官能基を導入した場合には、イオン性官能基の導入量が低く、透明性および耐塩性に劣るものであるか(比較例2)、純度に劣るものであった(比較例3)。
また、比較例4および5に示すように、工程Bにおいて、加水分解に使用する酸性水溶液の濃度が5mol/L未満である場合には、水溶液とした場合の粘度が高かった。また、比較例6に示すように、工程Bを行わなかった場合には、酵素処理を行っても、水溶液とした場合の粘度が高かった。
According to Tables 1-1 and 1-2, the cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced, obtained by the production method having steps A to C in this order, have low viscosity, high transparency, and excellent salt resistance when dispersed in water. They also have high purity.
On the other hand, as shown in the comparative examples, Comparative Example 1, which did not include the ionic functional group introduction step, was inferior in transparency and salt resistance. Furthermore, as shown in Comparative Examples 2 and 3, when ionic functional groups were introduced after defibration, the amount of ionic functional groups introduced was low, resulting in poor transparency and salt resistance (Comparative Example 2) or poor purity (Comparative Example 3).
Furthermore, as shown in Comparative Examples 4 and 5, when the concentration of the acidic aqueous solution used for hydrolysis in step B was less than 5 mol/L, the viscosity of the aqueous solution was high. Furthermore, as shown in Comparative Example 6, when step B was not performed, the viscosity of the aqueous solution was high even after enzyme treatment.

Claims (6)

下記工程A~工程Cをこの順で含む、イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法であり、
工程A:セルロース繊維にイオン性官能基を導入するイオン性官能基導入工程
工程B:イオン性官能基を導入したセルロース繊維を、濃度が5mol/L以上30mol/L以下の酸性水溶液により加水分解する加水分解工程
工程C:加水分解されたイオン性官能基を導入したセルロース繊維を解繊する解繊工程
工程Aにおいて、セルロース繊維に対するイオン性官能基の導入量が、0.50mmol/g以上5.20mmol/g以下であり、
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のイオン性官能基導入量が、0.10mmol/g以上5.00mmol/g以下である、
イオン性官能基導入セルロースナノクリスタルの製造方法
A method for producing ionic functional group-introduced cellulose nanocrystals, comprising the following steps A to C in this order:
Step A: An ionic functional group introduction step for introducing ionic functional groups into cellulose fibers. Step B: A hydrolysis step for hydrolyzing the cellulose fibers into which ionic functional groups have been introduced using an acidic aqueous solution having a concentration of 5 mol/L or more and 30 mol/L or less. Step C: A defibration step for defibrating the hydrolyzed cellulose fibers into which ionic functional groups have been introduced.
In step A, the amount of ionic functional groups introduced into the cellulose fibers is 0.50 mmol/g or more and 5.20 mmol/g or less,
The amount of ionic functional groups introduced into the ionic functional group-introduced cellulose nanocrystal is 0.10 mmol/g or more and 5.00 mmol/g or less.
A method for producing cellulose nanocrystals with ionic functional groups .
前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する基、カルボキシ基、スルホン基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する基、およびカチオン性官能基よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a group derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a sulfone group, a sulfur oxoacid group, a group derived from a sulfur oxoacid group, and a cationic functional group. 前記イオン性官能基が、リンオキソ酸基およびリンオキソ酸基に由来する基よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1または2に記載の製造方法。 The manufacturing method described in claim 1 or 2, wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group and a group derived from a phosphorus oxoacid group. 工程Aを尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種の存在下で行う、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein step A is carried out in the presence of at least one selected from urea and its derivatives. イオン性官能基導入セルロースナノクリスタル中のカルバミド基量が、0.06mmol/g以下である、請求項1~のいずれか1項に記載の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the amount of carbamide groups in the cellulose nanocrystals into which ionic functional groups have been introduced is 0.06 mmol/g or less. 工程Bで使用する酸性水溶液が、リン酸、硫酸、五酸化二リン、および塩酸よりなる群から選択される酸化合物の水溶液である、請求項1~のいずれか1項に記載の製造方法。
The production method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the acidic aqueous solution used in step B is an aqueous solution of an acid compound selected from the group consisting of phosphoric acid, sulfuric acid, diphosphorus pentoxide, and hydrochloric acid.
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