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JP7746674B2 - Method for producing oxidized cellulose and nanocellulose, and oxidizing agent - Google Patents
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JP7746674B2 - Method for producing oxidized cellulose and nanocellulose, and oxidizing agent - Google Patents

Method for producing oxidized cellulose and nanocellulose, and oxidizing agent

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JP7746674B2
JP7746674B2 JP2021052651A JP2021052651A JP7746674B2 JP 7746674 B2 JP7746674 B2 JP 7746674B2 JP 2021052651 A JP2021052651 A JP 2021052651A JP 2021052651 A JP2021052651 A JP 2021052651A JP 7746674 B2 JP7746674 B2 JP 7746674B2
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Description

本発明は、酸化セルロース及びナノセルロースの製造方法、並びに、酸化剤に関する。 The present invention relates to a method for producing oxidized cellulose and nanocellulose, and an oxidizing agent.

各種セルロース系原料を酸化剤で酸化し、得られた酸化セルロースを微細化することにより、セルロースナノファイバー(以下、「CNF」ともいう)等のナノセルロース材料を製造する技術が種々提案されている(例えば、特許文献1や特許文献2参照)。 Various technologies have been proposed for producing nanocellulose materials such as cellulose nanofibers (hereinafter also referred to as "CNF") by oxidizing various cellulosic raw materials with an oxidizing agent and then micronizing the resulting oxidized cellulose (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、酸化剤として次亜塩素酸又はその塩を用い、反応系内の有効塩素濃度が14~43質量%の高濃度条件においてセルロース系原料を酸化して酸化セルロース繊維を得ることが開示されている。特許文献2には、酸化剤として次亜塩素酸又はその塩を用い、反応系内の有効塩素濃度を6~14質量%として、pHを5.0~14.0に調整しながらセルロース系原料を酸化して酸化セルロースを得ることが開示されている。
また、非特許文献1には、次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶の高濃度の水溶液、具体的には、次亜塩素酸ナトリウム濃度22%の水溶液を用いてパルプを酸化し、続く機械解繊によって、ナノセルロースを製造できることが開示されている。
Patent Document 1 discloses the production of oxidized cellulose fiber by oxidizing a cellulosic raw material using hypochlorous acid or a salt thereof as an oxidizing agent under high-concentration conditions of an available chlorine concentration of 14 to 43% by mass in the reaction system. Patent Document 2 discloses the production of oxidized cellulose by oxidizing a cellulosic raw material using hypochlorous acid or a salt thereof as an oxidizing agent, setting the available chlorine concentration in the reaction system to 6 to 14% by mass, and adjusting the pH to 5.0 to 14.0.
Furthermore, Non-Patent Document 1 discloses that nanocellulose can be produced by oxidizing pulp using a highly concentrated aqueous solution of sodium hypochlorite pentahydrate crystals, specifically, an aqueous solution with a sodium hypochlorite concentration of 22%, followed by mechanical defibration.

これらの技術では、触媒として2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシラジカル(TEMPO)等のN-オキシル化合物を用いずに酸化処理を行うため、N-オキシル化合物がセルロース繊維中に残存しておらず、よって、環境等に及ぼす影響の低減を図りながらナノセルロース材料を製造することが可能である。 These technologies perform oxidation without using N-oxyl compounds such as 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (TEMPO) as a catalyst, so no N-oxyl compounds remain in the cellulose fibers. This makes it possible to produce nanocellulose materials while reducing their impact on the environment.

国際公開第2018/230354号International Publication No. 2018/230354 国際公開第2020/027307号International Publication No. 2020/027307

Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 48, 17800-17806Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 48, 17800-17806

特許文献1、特許文献2、及び非特許文献1には、酸化セルロースを微細化処理してナノセルロース材料を製造する具体例として、超音波ホモジナイザーを用いた機械的処理による解繊工程を経てナノセルロース材料を得た例が開示されている。しかしながら、上記の処理は、解繊に必要なエネルギーの点で更なる改善の余地がある。ナノセルロース材料の製造においては、生産コストの観点から、温和な処理条件でも解繊が可能な易解繊性を有する酸化セルロースが求められている。また、微細化されたセルロース繊維を安定して製造するため、あるいは分散媒中での光散乱等が少なく透明性の高いナノセルロース材料を得るためには、ナノセルロース材料を解繊する前の状態である酸化セルロースの解繊性が良好であることが求められる。 Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1 disclose specific examples of producing nanocellulose material by micronizing oxidized cellulose, in which nanocellulose material is obtained through a mechanical fiberization process using an ultrasonic homogenizer. However, the above process leaves room for further improvement in terms of the energy required for fiberization. From the perspective of production costs, the production of nanocellulose material requires oxidized cellulose that is easily defibrated, allowing it to be defibrated even under mild processing conditions. Furthermore, in order to stably produce micronized cellulose fibers or to obtain highly transparent nanocellulose material with little light scattering in the dispersion medium, the oxidized cellulose in its pre-fiberization state must have good fiberization properties.

特許文献1及び特許文献2には、セルロース系原料を用い、反応系内の有効塩素濃度が6~43質量%である次亜塩素酸又はその塩を作用させて酸化セルロース及びナノセルロース材料を得られることが具体的に記載されている。非特許文献1には、次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶に由来する次亜塩素酸ナトリウム濃度22%の水溶液を用いて、ナノセルロースを製造できることが開示されている。
このような方法、特に、有効塩素濃度を高めた次亜塩素酸ナトリウムによって解繊性に優れた酸化セルロースを効率的に得られる傾向にあるが、酸化セルロースの解繊性をさらに高めることが求められている。
Patent Documents 1 and 2 specifically describe the production of oxidized cellulose and nanocellulose materials by using a cellulosic raw material and reacting it with hypochlorous acid or a salt thereof, in which the available chlorine concentration in the reaction system is 6 to 43% by mass. Non-Patent Document 1 discloses that nanocellulose can be produced using an aqueous solution of sodium hypochlorite with a concentration of 22% derived from sodium hypochlorite pentahydrate crystals.
Such methods, particularly those using sodium hypochlorite with an increased available chlorine concentration, tend to efficiently produce oxidized cellulose with excellent defibration properties, but there is a demand for further improvements in the defibration properties of oxidized cellulose.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、解繊性に優れた酸化セルロースを提供することを主たる目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its primary object is to provide oxidized cellulose with excellent defibrillation properties.

本発明者らが鋭意検討した結果、次亜塩素酸又はその塩に含まれる次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)を所定の範囲とすることにより、解繊性に優れた酸化セルロースが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research, the inventors discovered that oxidized cellulose with excellent defibrillation properties can be obtained by setting the ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts contained in hypochlorous acid or its salts to the available chlorine concentration (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/available chlorine concentration) within a specified range, leading to the completion of the present invention.

本発明は、具体的には以下のとおりである。
[1]
次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含み、且つ、N-オキシル化合物を実質的に含まない酸化セルロースの製造方法であって、
次亜塩素酸又はその塩を含む酸化剤を用い、セルロース系原料を酸化することにより酸化セルロースを得る工程を含み、
前記酸化剤中の次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と、前記次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)が、0.05以上である、製造方法。
[2]
前記次亜塩素酸又はその塩以外の成分が、無機塩、金属類、及び有機物から選択される少なくとも一種を含む、
[1]に記載の製造方法。
[3]
[1]又は[2]に記載の製造方法により得られた酸化セルロースを解繊し、ナノセルロースを得る工程を含む、
ナノセルロースの製造方法。
[4]
次亜塩素酸又はその塩を含む、酸化セルロース製造用酸化剤であり、
前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含み、且つ、N-オキシル化合物を実質的に含まない酸化セルロースであり、
前記酸化剤に含まれる次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と、前記次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)が、0.05以上である、
酸化セルロース製造用酸化剤。
[5]
前記次亜塩素酸又はその塩以外の成分が、無機塩、金属類、及び有機物から選択される少なくとも一種を含む、
[4]に記載の酸化セルロース製造用酸化剤。
Specifically, the present invention is as follows.
[1]
A method for producing oxidized cellulose that contains an oxidation product of a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof and is substantially free of N-oxyl compounds, comprising:
The method comprises a step of obtaining oxidized cellulose by oxidizing a cellulosic raw material using an oxidizing agent containing hypochlorous acid or a salt thereof,
The ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts in the oxidizing agent to the effective chlorine concentration of the hypochlorous acid or its salts (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/effective chlorine concentration) is 0.05 or more.
[2]
The components other than hypochlorous acid or its salt include at least one selected from inorganic salts, metals, and organic substances.
The manufacturing method described in [1].
[3]
[1] or [2], and defibrating the oxidized cellulose obtained by the manufacturing method to obtain nanocellulose.
Method for producing nanocellulose.
[4]
An oxidizing agent for producing oxidized cellulose, which contains hypochlorous acid or a salt thereof,
the oxidized cellulose comprises an oxidation product of a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof, and is substantially free of N-oxyl compounds;
The ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts contained in the oxidizing agent to the effective chlorine concentration of the hypochlorous acid or its salts (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/effective chlorine concentration) is 0.05 or more;
Oxidizing agent for the production of oxidized cellulose.
[5]
The components other than hypochlorous acid or its salt include at least one selected from inorganic salts, metals, and organic substances.
The oxidizing agent for producing oxidized cellulose according to [4].

本発明の製造方法によれば、解繊性に優れた酸化セルロースを得ることができる。特に、本発明の製造方法により得られる酸化セルロースは、温和な条件で解繊処理を行った場合にも均一に微細化させることができ、解繊性に優れている。 The manufacturing method of the present invention makes it possible to obtain oxidized cellulose with excellent defibration properties. In particular, the oxidized cellulose obtained by the manufacturing method of the present invention can be uniformly refined even when defibration treatment is carried out under mild conditions, and has excellent defibration properties.

<酸化セルロースの製造方法>
本発明の製造方法は、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含み、且つ、N-オキシル化合物を実質的に含まない、酸化セルロースの製造方法である。本発明の製造方法は、次亜塩素酸又はその塩を含む酸化剤を用い、セルロース系原料を酸化することにより酸化セルロースを得る工程を含む。また、本発明の製造方法において用いられる酸化剤中の次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)は、0.05以上である。
<Method of producing oxidized cellulose>
The production method of the present invention is a method for producing oxidized cellulose that includes oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof and is substantially free of N-oxyl compounds. The production method of the present invention includes a step of obtaining oxidized cellulose by oxidizing a cellulosic raw material using an oxidizing agent containing hypochlorous acid or a salt thereof. Furthermore, the ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or a salt thereof to the available chlorine concentration in the oxidizing agent used in the production method of the present invention (concentration of components other than hypochlorous acid or a salt thereof/available chlorine concentration) is 0.05 or more.

次亜塩素酸又はその塩は、セルロース系原料に作用してこれを酸化する活性種である。無機塩、金属及びその化合物、並びに有機物等(本明細書において、これら成分を、次亜塩素酸又はその塩以外の成分、あるいは、その他の成分という)は、次亜塩素酸又はその塩(活性種)の自己分解を促進することが知られている。また、これらの次亜塩素酸又はその塩以外の成分は、例えば、次亜塩素酸又はその塩の原料に由来したり、次亜塩素酸又はその塩の製造過程においてや、あるいは、UV照射、温度、pH条件による次亜塩素酸又はその塩の自己分解によって含まれたりする。
本発明者らは、上記次亜塩素酸又はその塩以外の成分を除くことにより、活性種である次亜塩素酸又はその塩の分解を抑えられ、セルロース系原料の酸化を促進し、解繊性の向上につながると考えていた。しかしながら、本発明者らが検討した結果、上記次亜塩素酸又はその塩以外の成分をある程度含むことにより、上記成分を低減させた場合に比べて解繊性に優れた酸化セルロースを得られることを見出した。これは、自己分解時に発生する酸素の活性が高く、この酸素によってもセルロース系原料の酸化が進行するためであると考えられる。ただし、本発明の製造方法により解繊性に優れる酸化セルロースを得られる理由は、これに限定されない。
Hypochlorous acid or its salt is an active species that acts on cellulose-based raw materials and oxidizes them.It is known that inorganic salts, metals and their compounds, and organic substances (in this specification, these components are referred to as components other than hypochlorous acid or its salt, or other components) promote the self-decomposition of hypochlorous acid or its salt (active species).In addition, these components other than hypochlorous acid or its salt are derived from the raw materials of hypochlorous acid or its salt, or are contained in the hypochlorous acid or its salt production process, or are caused by the self-decomposition of hypochlorous acid or its salt due to UV irradiation, temperature, and pH conditions.
The present inventors believed that removing components other than the hypochlorous acid or its salts would suppress the decomposition of the active species, hypochlorous acid or its salts, promoting the oxidation of the cellulosic raw material and leading to improved defibration. However, as a result of their investigations, the present inventors discovered that by including a certain amount of components other than the hypochlorous acid or its salts, oxidized cellulose with superior defibration properties can be obtained compared to when the above components are reduced. This is thought to be because the activity of oxygen generated during autolysis is high, and this oxygen also promotes the oxidation of the cellulosic raw material. However, the reason why oxidized cellulose with excellent defibration properties can be obtained by the production method of the present invention is not limited to this.

次亜塩素酸又はその塩以外の成分としては、具体的には、塩化ナトリウム(NaCl)、水酸化ナトリウム(NaOH)、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)、塩素酸ナトリウム(NaClO3)、亜塩素酸ナトリウム(NaClO2)、臭素酸ナトリウム(NaBrO3)、塩化カリウム(KCl)、塩化カルシウム(CaCl2)、塩化マグネシウム(MgCl2)、及び、シリカ、カーボンといった水不溶物等の無機塩;Fe、Cr、Ni、Cu、Co、Mn等やそれらの金属化合物の金属類;塩素系溶剤、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、エチレンプロピレンジエンゴム、及びフッ素ゴム、並びにこれらの次亜塩素酸又はその塩による酸化物等の有機物;等が挙げられる。これらは1種単独で含んでいてもよく、2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
上記金属は、遷移金属であることが好ましい。なお、本明細書における金属類は、金属そのものであってもよく、金属の酸化物や塩化物のような金属化合物であってもよい。本発明における金属類には、金属化合物の態様を包含する。また、上記有機物は、水への不溶分であることが好ましく、ガラスフィルター等のフィルター上に残留する物であることがより好ましい。その残留物である有機物の大きさは5μm以上であることが好ましい。
次亜塩素酸又はその塩以外の成分に係る好ましい態様としては、無機塩及び金属類を含む態様であり、より好ましい態様としては、NaCl及び金属類を少なくとも含む態様である。
Specific examples of components other than hypochlorous acid or its salts include inorganic salts such as sodium chloride (NaCl), sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate ( Na2CO3 ), sodium bicarbonate ( NaHCO3 ), sodium chlorate (NaClO3 ) , sodium chlorite ( NaClO2 ), sodium bromate ( NaBrO3 ), potassium chloride (KCl), calcium chloride ( CaCl2 ), magnesium chloride ( MgCl2 ), and water-insoluble substances such as silica and carbon; metals such as Fe, Cr, Ni, Cu, Co, Mn, and their metal compounds; chlorine-based solvents, fluororesins such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, and polytetrafluoroethylene, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, ethylene propylene diene rubber, and fluororubber, as well as organic substances such as oxides of these hypochlorous acid or its salts; and the like. These may be contained alone or in combination of two or more.
The metal is preferably a transition metal. The metals in this specification may be the metal itself or a metal compound such as a metal oxide or chloride. The metals in the present invention include metal compounds. The organic matter is preferably insoluble in water, and more preferably remains on a filter such as a glass filter. The size of the organic matter that remains is preferably 5 μm or more.
A preferred embodiment of the component other than hypochlorous acid or a salt thereof is an embodiment containing an inorganic salt and a metal, and a more preferred embodiment is an embodiment containing at least NaCl and a metal.

上記比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)の下限は、0.05以上である。0.05以上であることにより、得られる酸化セルロースの解繊性が優れる傾向にある。上記比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)の下限は、好ましくは0.08以上であり、より好ましくは0.10以上であり、さらに好ましくは0.12以上である。
上記比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)の上限は、特に限定されないが、通常5.0以下であればよい。5.0以下であることにより、反応中のその他の成分が析出することなく、反応が円滑に進行する傾向にある。また、5.0以下であることにより、活性種の割合が高まり、解繊性の良い酸化セルロースが得られる傾向にある。上記比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)の上限は、4.0以下であってもよく、2.0以下であってもよく、1.2以下であってもよく、1.0以下であってもよく、0.8以下であってもよい。
上記上限と下限とは適宜組み合わせることができる。
The lower limit of the above ratio (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/concentration of available chlorine) is 0.05 or more. By making it 0.05 or more, the defibration properties of the resulting oxidized cellulose tend to be excellent. The lower limit of the above ratio (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/concentration of available chlorine) is preferably 0.08 or more, more preferably 0.10 or more, and even more preferably 0.12 or more.
The upper limit of the ratio (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/concentration of available chlorine) is not particularly limited, but is usually 5.0 or less. By keeping it 5.0 or less, the reaction tends to proceed smoothly without precipitation of other components during the reaction. Furthermore, by keeping it 5.0 or less, the proportion of active species tends to increase, and oxidized cellulose with good defibration properties tends to be obtained. The upper limit of the ratio (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/concentration of available chlorine) may be 4.0 or less, 2.0 or less, 1.2 or less, 1.0 or less, or 0.8 or less.
The above upper and lower limits can be combined as appropriate.

本発明における酸化剤とは、セルロース系原料を酸化するために用いられる剤であり、次亜塩素酸又はその塩、及び、上述したその他の成分を含む。酸化剤中の次亜塩素酸又はその塩は主成分であることが好ましい。上記酸化剤は溶液であってもよく、酸化剤の溶媒は水であることが好ましい。ここで「主成分である」とは、酸化剤(溶媒は除く)に占める次亜塩素酸又はその塩の割合が、50質量%以上であることを指す。上記割合は、60質量%以上であってもよく、70質量%以上であってもよく、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、95質量%以上であってもよく、97質量%であってもよい。
本発明に係る酸化剤は、市販品であってもよく、自ら製造したものであってもよい。また、本発明に係る酸化剤には、酸化反応の際、次亜塩素酸又はその塩に溶媒やその他の成分を添加又は除去することにより濃度調整した態様も含まれる。
The oxidizing agent in the present invention is an agent used to oxidize a cellulosic raw material, and includes hypochlorous acid or a salt thereof and the other components described above. It is preferable that hypochlorous acid or a salt thereof is the main component in the oxidizing agent. The oxidizing agent may be in the form of a solution, and the solvent for the oxidizing agent is preferably water. Here, "main component" means that the proportion of hypochlorous acid or a salt thereof in the oxidizing agent (excluding the solvent) is 50% by mass or more. The proportion may be 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, 95% by mass or more, or even 97% by mass.
The oxidizing agent according to the present invention may be a commercially available product or may be one that is produced by the user. The oxidizing agent according to the present invention also includes an embodiment in which the concentration of hypochlorous acid or a salt thereof is adjusted by adding or removing a solvent or other components to the hypochlorous acid or a salt thereof during the oxidation reaction.

次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度は、次亜塩素酸又はその塩とその他の成分の総量に対して、好ましくは0.1質量%以上15質量%以下の範囲であり、より好ましくは0.5質量%以上10質量%以下の範囲であり、さらに好ましくは1.0質量%以上5.0質量%以下の範囲である。
次亜塩素酸又はその塩以外の成分としては、無機塩、好ましくはNaClが主成分であることが好ましい。ここで「主成分である」とは、その他の成分の総量に対する無機塩、好ましくはNaClの割合が、50質量%以上であることを指す。上記割合は、60質量%以上であってもよく、70質量%以上であってもよく、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、95質量%以上であってもよい。
無機塩以外のその他の成分は、次亜塩素酸又はその塩全量(すなわち、活性種である次亜塩素酸又はその塩とその他の成分の総量)に対して、0.001~1000ppmの範囲であることが好ましく、0.01~100ppmの範囲であることがより好ましく、0.5~50ppmの範囲であることがさらに好ましい。
The concentration of components other than hypochlorous acid or a salt thereof is preferably in the range of 0.1 mass% or more and 15 mass% or less, more preferably in the range of 0.5 mass% or more and 10 mass% or less, and even more preferably in the range of 1.0 mass% or more and 5.0 mass% or less, based on the total amount of hypochlorous acid or a salt thereof and other components.
As the component other than hypochlorous acid or its salt, inorganic salt, preferably NaCl, is preferably the main component.Here, "main component" refers to the proportion of inorganic salt, preferably NaCl, to the total amount of other components is 50% by mass or more.The above-mentioned proportion may be 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more.
The amount of other components other than inorganic salts is preferably in the range of 0.001 to 1000 ppm, more preferably in the range of 0.01 to 100 ppm, and even more preferably in the range of 0.5 to 50 ppm, relative to the total amount of hypochlorous acid or its salt (i.e., the total amount of hypochlorous acid or its salt, which is the active species, and other components).

上記比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)は、次亜塩素酸又はその塩以外の成分量、及び/又は、次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度を制御することにより調整することができる。また、次亜塩素酸又はその塩以外の成分量は、適宜上述した無機塩、金属類、及び有機物を添加するか、あるいは、除去することにより調整すればよい。さらに、次亜塩素酸又はその塩以外の成分量はすでに調整された市販品を用いることで制御することもでき、また、次亜塩素酸又はその塩の製造工程で制御することもできる。その他の成分量が調整された次亜塩素酸又はその塩は、ソーダ技術ハンドブック2009(日本ソーダ工業会)を参照して製造することができる。 The above ratio (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/effective chlorine concentration) can be adjusted by controlling the amount of components other than hypochlorous acid or its salts and/or the effective chlorine concentration of hypochlorous acid or its salts. The amount of components other than hypochlorous acid or its salts can be adjusted by adding or removing the inorganic salts, metals, and organic substances described above, as appropriate. Furthermore, the amount of components other than hypochlorous acid or its salts can be controlled by using already prepared commercially available products, or by controlling the amount of hypochlorous acid or its salts during the manufacturing process. Hypochlorous acid or its salts with adjusted amounts of other components can be manufactured by referring to the Soda Technology Handbook 2009 (Japan Soda Industry Association).

上記比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)は、次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度を、次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度で除して求められる。
次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度の中で無機塩の濃度は、例えば、滴定法、イオンクロマトグラフ法、イオンクロマトグラフ-ポストカラム吸光光度法又は液体クロマトグラフ質量分析法により測定することができる。次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度の中で金属類の濃度は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置、原子吸光光度計、又は吸光光度計を用いて測定することができる。次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度の中で有機物の濃度は、ガラスフィルター等で不溶分を捕捉し定量することにより測定することができる。
次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度は、具体的には、実施例に記載の方法により求められる。
次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度は、後述のとおり定義される。
The above ratio (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts/effective chlorine concentration) can be obtained by dividing the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts by the effective chlorine concentration of hypochlorous acid or its salts.
The concentration of inorganic salts among the concentrations of components other than hypochlorous acid or its salts can be measured, for example, by titration, ion chromatography, ion chromatography-post-column absorptiometry, or liquid chromatography mass spectrometry. The concentration of metals among the concentrations of components other than hypochlorous acid or its salts can be measured using an inductively coupled plasma optical emission spectrometer, an atomic absorption spectrometer, or an absorptiometer. The concentration of organic matter among the concentrations of components other than hypochlorous acid or its salts can be measured by capturing and quantifying insoluble matter using a glass filter or the like.
The concentrations of components other than hypochlorous acid or its salts can be determined specifically by the method described in the Examples.
The available chlorine concentration of hypochlorous acid or a salt thereof is defined as described below.

本発明に用いられるセルロース系原料は、セルロースを主体とする材料であれば特に限定されず、例えば、パルプ、天然セルロース、再生セルロース、及びセルロースを機械的処理することにより解重合した微細セルロース等が挙げられる。セルロース系原料としては、パルプを原料とする結晶セルロース等の市販品をそのまま使用することができる。その他、おからや大豆皮等、セルロース成分を多量に含む未利用バイオマスを原料としてもよい。また、使用する酸化剤を原料パルプの中に浸透しやすくする目的で、予めセルロース系原料を適度な濃度のアルカリで処理してもよい。
本発明の製造方法においては、セルロース系原料として、セルロースを機械的処理や化学的処理に得られる微細セルロースを用いてもよい。微細セルロースとしては、粉末パルプを好適に挙げることができる。粉末パルプを使用することにより、微細化がより進行し、ナノセルロースを効率的に得られる傾向にある。また、粉末パルプの粒子径は、通常1~1000μmの範囲であり、好ましくは1~500μmの範囲であり、より好ましくは1~100μmの範囲である。ここでいう粒子径とは、平均粒子径であって、測定原理としてレーザー散乱法を用い、粒度分布を体積蓄積分布として表した場合に、体積蓄積分布が50%となるときの値を意味する。
The cellulosic raw material used in the present invention is not particularly limited as long as it is a material primarily composed of cellulose, and examples thereof include pulp, natural cellulose, regenerated cellulose, and fine cellulose obtained by depolymerizing cellulose through mechanical processing. Commercially available cellulosic raw materials, such as crystalline cellulose derived from pulp, can be used as they are. Alternatively, unused biomass containing a large amount of cellulose components, such as soybean pulp refuse or soybean hulls, can also be used as the raw material. Furthermore, the cellulosic raw material may be pre-treated with an alkali of an appropriate concentration in order to facilitate the penetration of the oxidizing agent used into the raw pulp.
In the manufacturing method of the present invention, fine cellulose obtained by mechanically or chemically treating cellulose may be used as the cellulosic raw material. Pulp powder is a suitable example of fine cellulose. The use of pulp powder promotes further pulverization, tending to efficiently obtain nanocellulose. The particle size of the pulp powder is typically in the range of 1 to 1000 μm, preferably in the range of 1 to 500 μm, and more preferably in the range of 1 to 100 μm. The particle size referred to here is the average particle size, and refers to the value at which the volume accumulation distribution is 50% when the particle size distribution is expressed as a volume accumulation distribution using a laser scattering method as the measurement principle.

セルロース系原料の酸化に使用される次亜塩素酸又はその塩としては、次亜塩素酸水、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム、及び次亜塩素酸アンモニウム等が挙げられる。これらの中でも、取り扱いやすさの点から、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。 Examples of hypochlorous acid or its salts used to oxidize cellulosic raw materials include hypochlorous acid water, sodium hypochlorite, potassium hypochlorite, calcium hypochlorite, and ammonium hypochlorite. Of these, sodium hypochlorite is preferred due to its ease of handling.

セルロース系原料の酸化により酸化セルロースを製造する方法としては、セルロース系原料と、次亜塩素酸又はその塩を含む反応液とを混合する方法が挙げられる。反応液に含まれる溶媒は、取り扱いやすい点や副反応が生じにくい点で、水が好ましい。
酸化においては、次亜塩素酸又はその塩の使用量は特に制限されないが、有効塩素濃度が6質量%以上43質量%以下の次亜塩素酸又はその塩を用いることが好ましい。有効塩素濃度が6質量%以上43質量%以下の次亜塩素酸又はその塩を用いることにより、酸化セルロース中のカルボキシ基量を十分に多くでき、十分に微細化が進行し、酸化反応の後の機械解繊処理を省略できる。
また、反応液(反応系)における次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度も、6~43質量%の範囲であることが好ましい。
One method for producing oxidized cellulose by oxidation of a cellulosic raw material is to mix the cellulosic raw material with a reaction solution containing hypochlorous acid or a salt thereof. The solvent contained in the reaction solution is preferably water, as it is easy to handle and is less likely to cause side reactions.
In the oxidation, the amount of hypochlorous acid or its salt used is not particularly limited, but it is preferable to use hypochlorous acid or its salt with an effective chlorine concentration of 6% by mass or more and 43% by mass or less. By using hypochlorous acid or its salt with an effective chlorine concentration of 6% by mass or more and 43% by mass or less, the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose can be sufficiently increased, allowing sufficient pulverization to proceed, and making it possible to omit mechanical defibration treatment after the oxidation reaction.
In addition, the available chlorine concentration of hypochlorous acid or a salt thereof in the reaction liquid (reaction system) is also preferably in the range of 6 to 43 mass %.

酸化セルロースの微細化をより円滑に進行させる観点から、有効塩素濃度の下限値は、より好ましくは7質量%以上、さらに好ましくは8質量%以上、よりさらに好ましくは8.5質量%以上、さらにより好ましくは9質量%以上、一層好ましくは14質量%以上である。また、セルロースが過度に分解することを抑制する観点から、反応液の有効塩素濃度は、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは38質量%以下である。反応液の有効塩素濃度の範囲は、既述の下限及び上限を適宜組み合わせることができる。 From the viewpoint of allowing the micronization of oxidized cellulose to proceed more smoothly, the lower limit of the available chlorine concentration is more preferably 7% by mass or more, even more preferably 8% by mass or more, even more preferably 8.5% by mass or more, even more preferably 9% by mass or more, and even more preferably 14% by mass or more. Furthermore, from the viewpoint of preventing excessive decomposition of cellulose, the available chlorine concentration of the reaction solution is more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 38% by mass or less. The range of the available chlorine concentration of the reaction solution can be any combination of the above-mentioned lower and upper limits.

なお、次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度は、以下のように定義される。次亜塩素酸は水溶液として存在する弱酸であり、次亜塩素酸塩は、次亜塩素酸の水素が他の陽イオンに置換された化合物である。例えば、次亜塩素酸塩である次亜塩素酸ナトリウムは溶媒中(好ましくは水溶液中)に存在するため、次亜塩素酸ナトリウムの濃度ではなく、溶液中の有効塩素量として濃度が測定される。ここで、次亜塩素酸ナトリウムの有効塩素について、次亜塩素酸ナトリウムの分解により生成する2価の酸素原子の酸化力が1価の塩素の2原子当量に相当するため、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)の結合塩素原子は、非結合塩素(Cl2)の2原子と同じ酸化力を持ち、有効塩素=2×(NaClO中の塩素)となる。測定の具体的な手順としては、まず試料を精秤し、水、ヨウ化カリウム及び酢酸を加えて放置し、遊離したヨウ素についてデンプン水溶液を指示薬としてチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定し有効塩素濃度を測定する。 The effective chlorine concentration of hypochlorous acid or its salts is defined as follows: Hypochlorous acid is a weak acid present in an aqueous solution, and hypochlorite is a compound in which the hydrogen of hypochlorous acid is replaced by another cation. For example, sodium hypochlorite, which is a hypochlorite, exists in a solvent (preferably in an aqueous solution), so the concentration is measured as the amount of effective chlorine in the solution, not as the concentration of sodium hypochlorite. Here, with regard to the effective chlorine of sodium hypochlorite, the oxidizing power of the divalent oxygen atom generated by the decomposition of sodium hypochlorite is equivalent to two atoms of monovalent chlorine, so the bonded chlorine atoms of sodium hypochlorite (NaClO) have the same oxidizing power as two atoms of unbonded chlorine (Cl 2 ), and the effective chlorine = 2 × (chlorine in NaClO). The specific measurement procedure is as follows: First, accurately weigh the sample, add water, potassium iodide and acetic acid, and leave it, and then titrate the liberated iodine with sodium thiosulfate solution using starch aqueous solution as an indicator to measure the effective chlorine concentration.

本発明の製造方法の反応における、pHの調整の有無や、pHの範囲は任意であるが、pHを5.0以上の範囲に調整しながら行うとよい。この範囲であると、セルロース系原料の酸化反応を十分に進行させることができ、酸化セルロース中のカルボキシ基量が十分に多くなり、撹拌による微細化が進行しやすい傾向にある。反応系のpHは、より好ましくは7.0以上、さらに好ましくは8.0以上である。反応系のpHの上限については、特に制限されず、好ましくは14.5以下であり、より好ましくは14.0以下、さらに好ましくは13.0以下である。また、反応系のpHの範囲は、より好ましくは7.0~14.0、さらに好ましくは8.0~13.5である。 While the reaction in the production method of the present invention may or may not be adjusted to any desired pH range, it is recommended to adjust the pH to 5.0 or higher. Within this range, the oxidation reaction of the cellulosic raw material can proceed sufficiently, the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose increases sufficiently, and pulverization by stirring tends to proceed more easily. The pH of the reaction system is more preferably 7.0 or higher, and even more preferably 8.0 or higher. There is no particular upper limit to the pH of the reaction system, but it is preferably 14.5 or lower, more preferably 14.0 or lower, and even more preferably 13.0 or lower. The pH range of the reaction system is more preferably 7.0 to 14.0, and even more preferably 8.0 to 13.5.

有効塩素濃度を抑えながら、原料セルロースの表面での次亜塩素酸又はその塩の酸化作用を高める観点から、反応系のpHは、好ましくは11以下、より好ましくは10.7以下、さらに好ましくは10.5以下である。このとき、反応系のpHの下限は特に制限されないが、通常5.0以上、好ましくは6.0以上、より好ましくは7.0以上、さらに好ましくは8.0以上、さらにより好ましくは9.0以上であり、よりさらに好ましくは9.0超過である。反応系のpHの範囲は、上記上限値と下限値を適宜組み合わせればよい。反応系のpHは、好ましくは5.0以上11以下、より好ましくは6.0以上11以下、さらに好ましくは7.0以上11以下、さらにより好ましくは8.0以上10.7以下、よりさらに好ましくは9.0以上10.5以下であり、一層好ましくは9.0超過10.5以下である。 From the viewpoint of suppressing the available chlorine concentration while enhancing the oxidizing effect of hypochlorous acid or a salt thereof on the surface of the starting cellulose, the pH of the reaction system is preferably 11 or less, more preferably 10.7 or less, and even more preferably 10.5 or less. The lower limit of the pH of the reaction system is not particularly limited, but is typically 5.0 or more, preferably 6.0 or more, more preferably 7.0 or more, even more preferably 8.0 or more, even more preferably 9.0 or more, and even more preferably greater than 9.0. The pH range of the reaction system can be determined by appropriately combining the above upper and lower limits. The pH of the reaction system is preferably 5.0 or more and 11 or less, more preferably 6.0 or more and 11 or less, even more preferably 7.0 or more and 11 or less, even more preferably 8.0 or more and 10.7 or less, even more preferably 9.0 or more and 10.5 or less, and even more preferably greater than 9.0 and 10.5 or less.

反応中は、酸化反応によりセルロース系原料にカルボキシ基が生成することに伴い反応系のpHが低下する。このため、酸化反応を効率良く進行させる観点から、アルカリ剤(例えば、水酸化ナトリウム等)又は酸(例えば、塩酸等)を反応系中に添加し、反応系のpHを調整しながら酸化反応を行うことが好ましい。 During the reaction, the pH of the reaction system decreases as carboxyl groups are generated in the cellulosic raw material by the oxidation reaction. Therefore, from the perspective of efficiently progressing the oxidation reaction, it is preferable to add an alkaline agent (e.g., sodium hydroxide) or an acid (e.g., hydrochloric acid) to the reaction system and carry out the oxidation reaction while adjusting the pH of the reaction system.

以下、次亜塩素酸又はその塩として次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合を例にして、酸化セルロースを製造する方法についてさらに説明する。 The method for producing oxidized cellulose will be further explained below, using as an example the case where sodium hypochlorite is used as hypochlorous acid or its salt.

次亜塩素酸ナトリウムを用いてセルロース系原料の酸化を行う場合、反応液は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液であることが好ましい。次亜塩素酸ナトリウム水溶液の有効塩素濃度を目的とする濃度(例えば、目的濃度:6質量%~43質量%の範囲)に調整する方法としては、目的濃度よりも有効塩素濃度の低い次亜塩素酸ナトリウム水溶液を濃縮する方法、目標濃度よりも有効塩素濃度の高い次亜塩素酸ナトリウム水溶液を希釈する方法、及び次亜塩素酸ナトリウムの結晶(例えば、次亜塩素酸ナトリウム5水和物)を溶媒に溶解する方法等が挙げられる。これらの中でも、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を希釈する方法、又は次亜塩素酸ナトリウムの結晶を溶媒に溶解する方法により酸化剤としての有効塩素濃度に調整することが、自己分解が少なく(すなわち、有効塩素濃度の低下が少なく)、有効塩素濃度の調整が簡便であるため好ましい。 When oxidizing a cellulosic raw material using sodium hypochlorite, the reaction liquid is preferably an aqueous sodium hypochlorite solution. Methods for adjusting the available chlorine concentration of an aqueous sodium hypochlorite solution to a desired concentration (e.g., a target concentration in the range of 6% to 43% by mass) include concentrating an aqueous sodium hypochlorite solution with an available chlorine concentration lower than the desired concentration, diluting an aqueous sodium hypochlorite solution with an available chlorine concentration higher than the desired concentration, and dissolving sodium hypochlorite crystals (e.g., sodium hypochlorite pentahydrate) in a solvent. Among these, adjusting the available chlorine concentration as an oxidizing agent by diluting an aqueous sodium hypochlorite solution or dissolving sodium hypochlorite crystals in a solvent is preferred because it results in less self-decomposition (i.e., less reduction in the available chlorine concentration) and allows for easy adjustment of the available chlorine concentration.

セルロース系原料と次亜塩素酸ナトリウム水溶液とを混合する方法は特に限定されないが、操作の容易性の観点から、次亜塩素酸ナトリウム水溶液にセルロース系原料を加えて混合することが好ましい。 The method for mixing the cellulosic raw material with the sodium hypochlorite aqueous solution is not particularly limited, but from the perspective of ease of operation, it is preferable to add the cellulosic raw material to the sodium hypochlorite aqueous solution and mix them.

セルロース系原料の酸化反応を効率良く進行させるために、酸化反応中は、セルロース系原料と次亜塩素酸ナトリウム水溶液との混合液を撹拌しながら行うことが好ましい。撹拌の方法としては、例えば、撹拌翼付き撹拌機、ホモミキサー、ディスパー型ミキサー、ホモジナイザー、外部循環撹拌等が挙げられる。これらのうち、セルロース系原料の酸化反応が円滑に進行し、酸化セルロースの重合度を所定値以下に調整しやすい点で、ホモミキサー及びホモジナイザー等のせん断式撹拌機、撹拌翼付き撹拌機、並びにディスパー型ミキサーのうち1種又は2種以上を用いる方法が好ましく、攪拌翼付き撹拌機を用いる方法が特に好ましい。撹拌翼付き撹拌機を用いる場合、撹拌機としては、プロペラ翼、パドル翼、タービン翼、後退翼、アンカー翼、ゲート翼、マックスブレンド翼、フルゾーン翼、ヘリカルリボン翼、スクリュー翼(ドラフトチューブ付き等)等の公知の撹拌翼を備える装置を使用することができる。また、撹拌翼付き撹拌機を用いる場合、回転速度50~1000rpmにて撹拌を行うことが好ましい。また、一軸混錬機、二軸混錬機等の多軸混錬機も使用することができる。 To efficiently promote the oxidation reaction of the cellulosic raw material, it is preferable to stir the mixture of the cellulosic raw material and aqueous sodium hypochlorite solution during the oxidation reaction. Examples of stirring methods include a stirrer with agitating blades, a homomixer, a disperser-type mixer, a homogenizer, and external circulation agitation. Among these, methods using one or more of shear-type agitators such as homomixers and homogenizers, a stirrer with agitating blades, and a disperser-type mixer are preferred, as they allow the oxidation reaction of the cellulosic raw material to proceed smoothly and make it easier to adjust the degree of polymerization of the oxidized cellulose to a predetermined value or less. Methods using a stirrer with agitating blades are particularly preferred. When using a stirrer with agitating blades, devices equipped with known agitating blades such as propeller blades, paddle blades, turbine blades, swept blades, anchor blades, gate blades, Max Blend blades, full zone blades, helical ribbon blades, and screw blades (e.g., with a draft tube) can be used. Furthermore, when using a stirrer with agitating blades, stirring is preferably performed at a rotation speed of 50 to 1,000 rpm. Multi-screw kneaders such as single-screw and twin-screw kneaders can also be used.

酸化反応における反応温度は、通常15℃~100℃の範囲であればよい。酸化反応の進行をより高める観点から、反応温度は、好ましくは30℃以上、より好ましくは30℃超過、さらに好ましくは31℃以上であり、よりさらに好ましくは35℃以上である。反応温度を高くするほど粘度は高くなり、反応系の均一性が低下する傾向にある。反応系の均一性を高め、生産性を向上する観点から、反応温度は、好ましくは60℃以下、より好ましくは55℃以下、さらに好ましくは40℃以下である。
酸化反応の反応時間は、酸化の進行の程度にしたがって設定することができるが、通常15分~50時間程度である。酸化反応の進行をより高める観点から、反応時間は、好ましくは2時間以上、より好ましくは2時間超過、さらに好ましくは3時間以上である。
The reaction temperature in the oxidation reaction may usually be in the range of 15°C to 100°C. From the viewpoint of further accelerating the progress of the oxidation reaction, the reaction temperature is preferably 30°C or higher, more preferably more than 30°C, even more preferably 31°C or higher, and even more preferably 35°C or higher. The higher the reaction temperature, the higher the viscosity becomes, and the homogeneity of the reaction system tends to decrease. From the viewpoint of increasing the homogeneity of the reaction system and improving productivity, the reaction temperature is preferably 60°C or lower, more preferably 55°C or lower, and even more preferably 40°C or lower.
The reaction time for the oxidation reaction can be set depending on the degree of progress of the oxidation, but is usually about 15 minutes to 50 hours. From the viewpoint of further accelerating the progress of the oxidation reaction, the reaction time is preferably 2 hours or more, more preferably more than 2 hours, and even more preferably 3 hours or more.

セルロース系原料の濃度は、作業性向上の観点から、酸化反応時の反応混合物全量(すなわち、反応系全量)に対して、好ましくは35質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。
セルロース系原料の濃度の下限は、通常0.1質量%以上であればよく、生産性向上の観点から、好ましくは6.5質量%超過、より好ましくは6.6質量%以上、さらに好ましくは6.8質量%以上であり、よりさらに好ましくは7質量%以上である。
セルロース系原料の濃度は、好ましくは6.5質量%超過35質量%以下の範囲であり、より好ましくは6.5質量%超過20質量%以下の範囲であり、さらに好ましくは6.5質量%超過15質量%以下の範囲である。
ここでいう酸化反応の際のセルロース系原料の濃度は、仕込み時のセルロース系原料の濃度である。
From the viewpoint of improving workability, the concentration of the cellulosic raw material is preferably 35% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 15% by mass or less, relative to the total amount of the reaction mixture during the oxidation reaction (i.e., the total amount of the reaction system).
The lower limit of the concentration of the cellulosic raw material is usually 0.1% by mass or more, and from the viewpoint of improving productivity, it is preferably more than 6.5% by mass, more preferably 6.6% by mass or more, even more preferably 6.8% by mass or more, and even more preferably 7% by mass or more.
The concentration of the cellulosic raw material is preferably in the range of more than 6.5% by mass and not more than 35% by mass, more preferably in the range of more than 6.5% by mass and not more than 20% by mass, and even more preferably in the range of more than 6.5% by mass and not more than 15% by mass.
The concentration of the cellulosic raw material during the oxidation reaction referred to here is the concentration of the cellulosic raw material at the time of charging.

反応を行う際の圧力は、特に制限されないが、通常、常圧以上1.0MPaG以下(ゲージ圧、以下同様。)の範囲である。ここで常圧とは、大気圧に等しい圧量である。
加圧下で酸化を行うことにより、次亜塩素酸又はその塩の使用量を抑えられ、より効率的に酸化セルロースを製造できる傾向にある。効率性の観点から、圧力は、好ましくは0.1MPaG以上1.0MPaG以下である。このとき、次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度は、0質量%超過43質量%以下であればよく、効率性を高める観点から、好ましくは0.1質量%以上20質量%以下であり、より好ましくは1.0質量%以上15質量%以下であり、さらに好ましくは1.0質量%以上10質量%以下である。
The pressure at which the reaction is carried out is not particularly limited, but is usually in the range of normal pressure or higher and 1.0 MPaG or lower (gauge pressure, the same applies hereinafter). Here, normal pressure means a pressure equal to atmospheric pressure.
By carrying out oxidation under pressure, the amount of hypochlorous acid or a salt thereof used can be reduced, and oxidized cellulose tends to be produced more efficiently. From the viewpoint of efficiency, the pressure is preferably 0.1 MPaG or more and 1.0 MPaG or less. In this case, the available chlorine concentration of hypochlorous acid or a salt thereof may be more than 0 mass% and 43 mass% or less, and from the viewpoint of increasing efficiency, it is preferably 0.1 mass% or more and 20 mass% or less, more preferably 1.0 mass% or more and 15 mass% or less, and even more preferably 1.0 mass% or more and 10 mass% or less.

酸化セルロースの製造では、セルロース系原料を酸化した後、当該酸化反応を停止するための処理を行ってもよい。酸化反応を停止する処理としては、特に制限されないが、例えば、酸や金属触媒を添加する方法が挙げられる。また、次亜塩素酸又はその塩を還元する方法が好適に挙げられる。酸化反応を停止する処理としては、具体的には、亜硫酸ナトリウム等の還元剤を添加する方法が挙げられる。還元剤の添加量は、次亜塩素酸又はその塩の量(有効塩素濃度)に応じて適宜調整すればよい。 In the production of oxidized cellulose, after the oxidization of the cellulosic raw material, a treatment may be carried out to terminate the oxidation reaction. The treatment for terminating the oxidation reaction is not particularly limited, but examples include adding an acid or a metal catalyst. Another suitable method is reducing hypochlorous acid or a salt thereof. Specific examples of treatment for terminating the oxidation reaction include adding a reducing agent such as sodium sulfite. The amount of reducing agent added can be adjusted appropriately depending on the amount of hypochlorous acid or a salt thereof (available chlorine concentration).

上記反応により得られた酸化セルロースを含む溶液を用いて、遠心分離やろ過等の公知の単離処理を行い、さらに必要に応じて精製することにより、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物として酸化セルロースを得ることができる。また、単離処理においては、酸化セルロースを含む溶液のpHを4以下に調整する等して酸化セルロース中のカルボキシ基の一部又は全部をH型(-COOH)にしてもよい。また、上記反応により得られた酸化セルロースを含む溶液をそのまま用いてもよく、例えば、次の解繊工程に供してもよい。 The solution containing oxidized cellulose obtained by the above reaction can be subjected to known isolation processes such as centrifugation and filtration, and further purified as necessary to obtain oxidized cellulose as an oxidation product of the cellulosic raw material using hypochlorous acid or a salt thereof. Furthermore, during the isolation process, some or all of the carboxy groups in the oxidized cellulose may be converted to the H type (-COOH) by, for example, adjusting the pH of the solution containing oxidized cellulose to 4 or less. Furthermore, the solution containing oxidized cellulose obtained by the above reaction may be used as is, or may be subjected to the subsequent defibration process, for example.

[酸化セルロース]
本発明の製造方法では、次亜塩素酸又はその塩を用いセルロース系原料を酸化し、これにより酸化セルロースを得ることができる。酸化セルロースは、スラリーの形態であることが好ましい。ここでいうスラリーとは、酸化セルロースを含む懸濁液である。上記スラリーは、酸化の際に用いた溶媒を含んでいてもよい。また、分散媒を適宜添加してスラリーの形態としてもよい。酸化セルロースがスラリーであることにより、取り扱いがしやすく、また、微細化が進行しやすい傾向にある。
本発明における酸化セルロースがスラリーである場合、スラリーの全量を100質量%としたとき、酸化セルロースの量は、通常0.1質量%以上95質量%以下の範囲であり、好ましくは1質量%以上50質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上30質量%以下である。
[Oxidized cellulose]
In the production method of the present invention, a cellulosic raw material is oxidized using hypochlorous acid or a salt thereof, thereby obtaining oxidized cellulose. The oxidized cellulose is preferably in the form of a slurry. The term "slurry" as used herein refers to a suspension containing oxidized cellulose. The slurry may contain the solvent used during oxidation. Alternatively, a dispersion medium may be added as needed to form a slurry. When the oxidized cellulose is in the form of a slurry, it is easy to handle and tends to be more easily pulverized.
When the oxidized cellulose of the present invention is in the form of a slurry, the amount of oxidized cellulose is typically in the range of 0.1% to 95% by mass, preferably 1% to 50% by mass, and more preferably 1% to 30% by mass, when the total amount of the slurry is taken as 100% by mass.

本発明における酸化セルロースは、セルロース系原料を次亜塩素酸又はその塩を用いて酸化して得られる繊維状セルロースを含む。本発明における酸化セルロースは、酸化セルロース繊維ともいう。すなわち、本発明における酸化セルロースは、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む。なお、植物の主成分はセルロースであり、セルロース分子が束になったものがセルロースミクロフィブリルと称される。セルロース系原料中のセルロースもまた、セルロースミクロフィブリルの形態で含まれている。 The oxidized cellulose of the present invention includes fibrous cellulose obtained by oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof. The oxidized cellulose of the present invention is also referred to as oxidized cellulose fiber. That is, the oxidized cellulose of the present invention includes an oxidation product of a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof. Note that the main component of plants is cellulose, and bundles of cellulose molecules are called cellulose microfibrils. The cellulose in cellulosic raw materials is also contained in the form of cellulose microfibrils.

(重合度)
本発明における酸化セルロースの重合度は、600以下であることが好ましい。酸化セルロースの重合度が600を超えると、解繊に大きなエネルギーを要する傾向にあり、十分な易解繊性を発現することができない傾向がある。酸化セルロースの重合度が600以下であることにより、温和な条件によって微細化され、通常の撹拌や混練りによってナノ化でき、効率的にナノセルロースを得られる傾向にある。易解繊性の観点からは、上記酸化セルロースの重合度の下限は特に設定されない。ただし、上記酸化セルロースの重合度が30未満であると、繊維状というより粒子状のセルロースの割合が多くなり、酸化セルロースを含むスラリーの品質が不均一になり粘度が不安定になる。上記の観点から、酸化セルロースの重合度は、30~600であることが好ましい。
(Degree of polymerization)
The degree of polymerization of the oxidized cellulose in the present invention is preferably 600 or less. When the degree of polymerization of oxidized cellulose exceeds 600, a large amount of energy tends to be required for defibration, and sufficient easy defibration properties tend not to be exhibited. When the degree of polymerization of oxidized cellulose is 600 or less, it tends to be finely divided under mild conditions and nano-sized by ordinary stirring or kneading, and nanocellulose tends to be obtained efficiently. From the viewpoint of easy defibration properties, no lower limit is particularly set for the degree of polymerization of the oxidized cellulose. However, when the degree of polymerization of the oxidized cellulose is less than 30, the proportion of particulate cellulose rather than fibrous cellulose increases, and the quality of the slurry containing the oxidized cellulose becomes non-uniform and the viscosity becomes unstable. From the above viewpoints, the degree of polymerization of the oxidized cellulose is preferably 30 to 600.

重合度は、より好ましくは580以下であり、さらに好ましくは560以下であり、よりさらに好ましくは550以下であり、一層好ましくは500以下であり、より一層好ましくは450以下である。重合度の下限については、スラリーの粘度安定性をより良好にする観点から、より好ましくは50以上であり、さらに好ましくは60以上であり、よりさらに好ましくは80以上であり、一層好ましくは90以上であり、より一層好ましくは100以上であり、特に好ましくは110以上である。重合度の好ましい範囲は、既述の上限及び下限を適宜組み合わせることにより定めることができる。酸化セルロースの重合度は、より好ましくは50~600であり、さらに好ましくは60~600であり、よりさらに好ましくは80~600であり、一層好ましくは80~550であり、より一層好ましくは80~500である。 The degree of polymerization is more preferably 580 or less, even more preferably 560 or less, even more preferably 550 or less, even more preferably 500 or less, and even more preferably 450 or less. From the perspective of improving the viscosity stability of the slurry, the lower limit of the degree of polymerization is more preferably 50 or more, even more preferably 60 or more, even more preferably 80 or more, even more preferably 90 or more, even more preferably 100 or more, and particularly preferably 110 or more. A preferred range of the degree of polymerization can be determined by appropriately combining the above-mentioned upper and lower limits. The degree of polymerization of oxidized cellulose is more preferably 50 to 600, even more preferably 60 to 600, even more preferably 80 to 600, even more preferably 80 to 550, and even more preferably 80 to 500.

酸化セルロースの重合度は、例えば、酸化反応の際の反応時間、反応温度、pH、及び次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度等を変更することにより調整することができる。具体的には、酸化度を高めると重合度が低下する傾向があることから、重合度を小さくするには、例えば酸化の反応時間及び/又は反応温度を大きくする方法が挙げられる。
さらに、酸化セルロースの重合度は、酸化反応時の反応系の撹拌条件によって調整することができる。例えば、撹拌翼等を用いて反応系を十分に均一化した条件下であれば、酸化反応が円滑に進行し、重合度が低下する傾向がある。一方、スターラーによる撹拌等のように反応系の撹拌が不十分となりやすい条件下では、反応が不均一になりやすく、酸化セルロースの重合度を十分に低減することが難しい。また、酸化セルロースの重合度は、原料セルロースの選択によっても変動する傾向がある。このため、セルロース系原料の選択によって酸化セルロースの重合度を調整することもできる。なお、本明細書において、酸化セルロースの重合度は、粘度法により測定された平均重合度(粘度平均重合度)である。酸化セルロースの重合度は、具体的には以下の測定方法により測定することができる。
〔酸化セルロースの粘度平均重合度の測定〕
pH10に調整した水素化ホウ素ナトリウム水溶液に酸化セルロースを加え、25℃で5時間、還元処理を行う。水素化ホウ素ナトリウム量は、酸化セルロース1gに対して0.1gとした。還元処理後、吸引ろ過にて固液分離、水洗を行い、得られた酸化セルロースを凍結乾燥させる。純水10mlに乾燥させた酸化セルロース0.04gを加えて2分間撹拌した後、1M銅エチレンジアミン溶液10mlを加えて溶解させる。その後、キャピラリー型粘度計にて25℃でブランク溶液の流下時間とセルロース溶液の流下時間測定する。ブランク溶液の流下時間(t0)とセルロース溶液の流下時間(t)、酸化セルロース繊維の濃度(c[g/ml])から次式のように相対粘度(ηr)、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を順次求め、粘度測の式から酸化セルロース繊維の重合度(DP)を計算する。
ηr=η/η0=t/t0
ηsp=ηr-1
[η]=ηsp/(100×c(1+0.28ηsp))
DP=175×[η]
The degree of polymerization of oxidized cellulose can be adjusted, for example, by changing the reaction time, reaction temperature, pH, and available chlorine concentration of hypochlorous acid or a salt thereof during the oxidation reaction. Specifically, since the degree of polymerization tends to decrease as the degree of oxidation increases, methods for decreasing the degree of polymerization include, for example, increasing the reaction time and/or reaction temperature of the oxidation.
Furthermore, the degree of polymerization of oxidized cellulose can be adjusted by the stirring conditions of the reaction system during the oxidation reaction. For example, under conditions where the reaction system is sufficiently homogenized using a stirring blade or the like, the oxidation reaction proceeds smoothly, and the degree of polymerization tends to decrease. On the other hand, under conditions where the reaction system is likely to be insufficiently stirred, such as stirring with a stirrer, the reaction tends to become non-uniform, making it difficult to sufficiently reduce the degree of polymerization of oxidized cellulose. Furthermore, the degree of polymerization of oxidized cellulose tends to vary depending on the selection of raw cellulose. For this reason, the degree of polymerization of oxidized cellulose can also be adjusted by selecting the cellulosic raw material. Note that, in this specification, the degree of polymerization of oxidized cellulose is the average degree of polymerization (viscosity-average degree of polymerization) measured by a viscosity method. Specifically, the degree of polymerization of oxidized cellulose can be measured by the following measurement method.
[Measurement of viscosity average degree of polymerization of oxidized cellulose]
Oxidized cellulose was added to an aqueous sodium borohydride solution adjusted to pH 10 and reduced at 25°C for 5 hours. The amount of sodium borohydride was 0.1 g per 1 g of oxidized cellulose. After reduction, solid-liquid separation was performed by suction filtration, followed by washing with water, and the resulting oxidized cellulose was freeze-dried. 0.04 g of dried oxidized cellulose was added to 10 ml of pure water and stirred for 2 minutes, after which 10 ml of 1 M copper ethylenediamine solution was added to dissolve. The flow time of the blank solution and the flow time of the cellulose solution were then measured at 25°C using a capillary viscometer. The relative viscosity (ηr), specific viscosity (ηsp), and intrinsic viscosity ([η]) were calculated sequentially from the flow time of the blank solution ( t0 ), the flow time of the cellulose solution (t), and the concentration of oxidized cellulose fiber (c [ g /ml]) according to the following equations, and the degree of polymerization (DP) of the oxidized cellulose fiber was calculated using the viscosity measurement equation.
η r =η/η 0 =t/t0
η sp =η r -1
[η]=η sp /(100×c(1+0.28η sp ))
DP = 175 × [η]

(カルボキシ基量)
酸化セルロースのカルボキシ基量は、0.30~2.0mmol/gであることが好ましい。当該カルボキシ基量が0.30mmol/g以上であると、酸化セルロースに十分な易解繊性を付与することができる。これにより、温和な条件によって微細化でき、通常の撹拌や混練りによってナノ化できる傾向にある。一方、カルボキシ基量が2.0mmol/g以下であると、酸化セルロースが他の成分と配合した際に過度に分解することを抑制でき、粒子状のセルロースの比率が少なく品質が均一なナノセルロースを得ることができる。こうした観点から、酸化セルロースのカルボキシ基量は、より好ましくは0.35mmol/g以上であり、さらに好ましくは0.40mmol/g以上であり、よりさらに好ましくは0.42mmol/g以上である。カルボキシ基量の上限については、より好ましくは1.5mmol/g以下であり、さらに好ましくは1.2mmol/gであり、よりさらに好ましくは1.0mmol/g以下である。
(Amount of carboxyl groups)
The amount of carboxy groups in the oxidized cellulose is preferably 0.30 to 2.0 mmol/g. A carboxy group amount of 0.30 mmol/g or more can impart sufficient defibrability to the oxidized cellulose. This allows for fine pulverization under mild conditions, and tends to lead to nano-sized particles through normal stirring and kneading. On the other hand, a carboxy group amount of 2.0 mmol/g or less can prevent excessive decomposition of the oxidized cellulose when blended with other components, resulting in nanocellulose with a low proportion of particulate cellulose and uniform quality. From this perspective, the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose is more preferably 0.35 mmol/g or more, even more preferably 0.40 mmol/g or more, and even more preferably 0.42 mmol/g or more. The upper limit of the carboxy group amount is more preferably 1.5 mmol/g or less, even more preferably 1.2 mmol/g or less, and even more preferably 1.0 mmol/g or less.

なお、酸化セルロース中のカルボキシ基量(mmol/g)は、酸化セルロースを水と混合した水溶液に0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5にした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、pHが11.0になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が穏やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から下記式を用いて算出した値である。酸化セルロースのカルボキシ基量は、酸化反応の反応時間、反応温度、反応液のpH等を変更することにより調整することができる。
カルボキシ基量=a(ml)×0.05/酸化セルロース質量(g)
カルボキシ基量は、具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。
The amount of carboxy groups (mmol/g) in oxidized cellulose was calculated using the following formula from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization stage of weak acid, where the change in electrical conductivity is gradual, after adding 0.1 M aqueous hydrochloric acid to an aqueous solution prepared by mixing oxidized cellulose with water to adjust the pH to 2.5, and then adding 0.05 N aqueous sodium hydroxide dropwise and measuring the electrical conductivity until the pH reached 11.0. The amount of carboxy groups in oxidized cellulose can be adjusted by changing the reaction time, reaction temperature, pH of the reaction solution, etc. of the oxidation reaction.
Amount of carboxyl group = a (ml) × 0.05 / mass of oxidized cellulose (g)
Specifically, the amount of carboxy groups can be measured by the method described in the Examples.

本発明における酸化セルロースは、次亜塩素酸又はその塩を用いた酸化により得られるが、こうして得られた酸化セルロースは、好適には、セルロースを構成するグルコピラノース環の水酸基のうち少なくとも2個が酸化された構造を有し、より具体的には、グルコピラノース環の第2位及び第3位の水酸基が酸化されてカルボキシ基が導入された構造を有する。なお、酸化セルロースが有するグルコピラノース環におけるカルボキシ基の位置は、固体13C-NMRスペクトルにより解析することができる。 The oxidized cellulose of the present invention is obtained by oxidation using hypochlorous acid or a salt thereof. The oxidized cellulose thus obtained preferably has a structure in which at least two of the hydroxyl groups on the glucopyranose ring constituting the cellulose have been oxidized, more specifically, the hydroxyl groups at the second and third positions on the glucopyranose ring have been oxidized and carboxyl groups have been introduced. The positions of the carboxyl groups on the glucopyranose ring of oxidized cellulose can be analyzed by solid - state C-NMR spectroscopy.

本発明における酸化セルロースは、TEMPO等のN-オキシル化合物を用いる必要なく調製される。N-オキシル化合物は環境や人体への影響が懸念されている。このため、本発明における酸化セルロース及びナノセルロースは、N-オキシル化合物を実質的に含まない。ここで、本明細書において、酸化又はナノセルロースが「N-オキシル化合物を実質的に含んでいない」とは、酸化の際にN-オキシル化合物を用いていない(すなわち、N-オキシル化合物を全く含まない)、あるいは、酸化又はナノセルロース中におけるN-オキシル化合物に由来する窒素の含有量が、2.0ppm以下であることを意味する。酸化又はナノセルロース中のN-オキシル化合物の量は、セルロース系原料からの増加分として好ましくは1.0ppm以下である。 The oxidized cellulose of the present invention is prepared without the need for N-oxyl compounds such as TEMPO. There are concerns about the impact of N-oxyl compounds on the environment and human body. For this reason, the oxidized cellulose and nanocellulose of the present invention are substantially free of N-oxyl compounds. Here, in this specification, oxidized or nanocellulose "substantially free of N-oxyl compounds" means that no N-oxyl compounds are used during oxidation (i.e., it contains no N-oxyl compounds at all), or that the content of nitrogen derived from N-oxyl compounds in the oxidized or nanocellulose is 2.0 ppm or less. The amount of N-oxyl compounds in the oxidized or nanocellulose is preferably 1.0 ppm or less, as an increase from the cellulosic raw material.

[ナノセルロース]
本発明における酸化セルロースは、微細化してナノセルロースとしてもよい。本発明の一つは、本発明の製造方法により得られた酸化セルロースを解繊することによりナノセルロースを得る工程を含む、ナノセルロースの製造方法である。すなわち、本発明のナノセルロースの製造方法は、次亜塩素酸又はその塩を用い、セルロース系原料を酸化することにより酸化セルロースを得る工程、及び、前記酸化セルロースを解繊することによりナノセルロースを得る工程を含む。
また、本発明における酸化セルロースは、そのものを他の成分と配合する等して用いてもよい。すなわち、微細化せずとも他の成分と配合して、適宜撹拌等による酸化セルロースの撹拌をすることにより、ナノセルロースと少なくとも1種の他の成分とを含むナノセルロース含有組成物を得ることができる。さらに、本発明における酸化セルロースは、当該酸化セルロースの使用者が、使用時に自ら微細化してナノセルロースとすることもできる。
[Nanocellulose]
The oxidized cellulose of the present invention may be micronized to form nanocellulose. One aspect of the present invention is a method for producing nanocellulose, which includes a step of obtaining nanocellulose by defibrating the oxidized cellulose obtained by the production method of the present invention. That is, the method for producing nanocellulose of the present invention includes a step of obtaining oxidized cellulose by oxidizing a cellulosic raw material using hypochlorous acid or a salt thereof, and a step of obtaining nanocellulose by defibrating the oxidized cellulose.
The oxidized cellulose of the present invention may also be used by blending it with other components. That is, by blending it with other components without micronizing it and then appropriately stirring the oxidized cellulose by stirring, etc., a nanocellulose-containing composition containing nanocellulose and at least one other component can be obtained. Furthermore, the oxidized cellulose of the present invention can also be micronized by the user of the oxidized cellulose themselves at the time of use to produce nanocellulose.

本発明におけるナノセルロースとは、本発明の製造方法により得られた酸化セルロースに由来し、当該酸化セルロースが解繊され、微細化されたものを指す。ナノセルロースは、微細なセルロース繊維を含む。ここで、ナノセルロースは、セルロースをナノ化したものの総称を表し、セルロースナノファイバーやセルロースナノクリスタル等を含む。セルロースナノファイバーは、CNFとも記載する。 In the present invention, nanocellulose is derived from oxidized cellulose obtained by the production method of the present invention and refers to oxidized cellulose that has been defibrated and refined. Nanocellulose includes fine cellulose fibers. Here, nanocellulose is a general term for cellulose that has been refined into nano-sized particles, and includes cellulose nanofibers and cellulose nanocrystals. Cellulose nanofibers are also referred to as CNF.

本発明におけるナノセルロースの平均繊維長は、好ましくは50nm以上800nm以下である。平均繊維長が50nm以上であることにより、ナノセルロースとしての品質が均一になりやすい傾向にある。品質をより均一にする観点から、平均繊維長の下限は、より好ましくは100nm以上、さらに好ましくは150nm以上である。平均繊維長が800nm以下であることにより、粗大なセルロース繊維の割合を抑え、ナノセルロースの沈殿の発生を抑制する傾向にある。沈殿の発生をより抑制する観点から、平均繊維長の上限は、より好ましくは700nm以下、さらに好ましくは600nm以下である。
ナノセルロースの品質をより高める観点から、平均繊維長は、より好ましくは50nm以700nm以下、さらに好ましくは100nm以上700nm以下、よりさらに好ましくは100nm以上600nm以下である。
The average fiber length of the nanocellulose in the present invention is preferably 50 nm or more and 800 nm or less. When the average fiber length is 50 nm or more, the quality of the nanocellulose tends to be more uniform. From the viewpoint of making the quality more uniform, the lower limit of the average fiber length is more preferably 100 nm or more, and even more preferably 150 nm or more. When the average fiber length is 800 nm or less, the proportion of coarse cellulose fibers tends to be reduced and the occurrence of precipitation of nanocellulose tends to be suppressed. From the viewpoint of further suppressing the occurrence of precipitation, the upper limit of the average fiber length is more preferably 700 nm or less, and even more preferably 600 nm or less.
From the viewpoint of further improving the quality of nanocellulose, the average fiber length is more preferably 50 nm to 700 nm, even more preferably 100 nm to 700 nm, and even more preferably 100 nm to 600 nm.

本発明におけるナノセルロースの平均繊維幅は、好ましくは1nm以上100nm以下である。平均繊維幅が1nm以上であることにより、ナノセルロースとしての品質が均一になりやすい傾向にある。品質をより均一にする観点から、平均繊維幅の下限は、より好ましくは2nm以上、さらに好ましくは3nm以上である。平均繊維幅が100nm以下であることにより、粗大なナノセルロースの割合を抑え、ナノセルロースの沈殿の発生を抑制する傾向にある。沈殿の発生をより抑制する観点から、平均繊維幅は、より好ましくは50nm以下であり、さらに好ましくは30nm以下、よりさらに好ましくは10nm以下、さらにより好ましくは5nm以下である。
ナノセルロースの品質をより高める観点から、平均繊維幅は、より好ましくは1nm以上50nm以下、さらに好ましくは1nm以上30nm以下、よりさらに好ましくは1nm以上10nm以下である。
The average fiber width of the nanocellulose in the present invention is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. When the average fiber width is 1 nm or more, the quality of the nanocellulose tends to be more uniform. From the viewpoint of more uniform quality, the lower limit of the average fiber width is more preferably 2 nm or more, and even more preferably 3 nm or more. When the average fiber width is 100 nm or less, the proportion of coarse nanocellulose tends to be reduced and the occurrence of nanocellulose precipitation tends to be suppressed. From the viewpoint of further suppressing the occurrence of precipitation, the average fiber width is more preferably 50 nm or less, even more preferably 30 nm or less, even more preferably 10 nm or less, and even more preferably 5 nm or less.
From the viewpoint of further improving the quality of nanocellulose, the average fiber width is more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, even more preferably 1 nm or more and 30 nm or less, and even more preferably 1 nm or more and 10 nm or less.

本発明におけるナノセルロースにおいて、平均繊維幅と平均繊維長との比で表されるアスペクト比(平均繊維長/平均繊維幅)は、20以上200以下であることが好ましい。
アスペクト比が200以下であることにより、ナノセルロースが均一に分散し品質を高められる傾向にある。こうした観点から、アスペクト比は、より好ましくは190以下であり、さらに好ましくは180以下である。
その一方で、アスペクト比が低すぎる、すなわち、ナノセルロースの形状が細長い繊維状というよりも太い棒状である場合、偏在により凝集が起こり、ナノセルロースの品質が低下する傾向にある。そのため、アスペクト比は、好ましくは20以上であり、より好ましくは30以上であり、さらに好ましくは40以上である。
In the nanocellulose of the present invention, the aspect ratio (average fiber length/average fiber width), which is the ratio of the average fiber width to the average fiber length, is preferably 20 or more and 200 or less.
An aspect ratio of 200 or less tends to result in uniform dispersion of nanocellulose and improved quality. From this perspective, the aspect ratio is more preferably 190 or less, and even more preferably 180 or less.
On the other hand, if the aspect ratio is too low, i.e., if the nanocellulose is in the form of thick rods rather than elongated fibers, aggregation occurs due to uneven distribution, and the quality of the nanocellulose tends to deteriorate. Therefore, the aspect ratio is preferably 20 or more, more preferably 30 or more, and even more preferably 40 or more.

なお、平均繊維幅及び平均繊維長は、ナノセルロースの濃度が概ね1~10ppmとなるようにナノセルロースと水とを混合し、十分に希釈したセルロース水分散体をマイカ基材上で自然乾燥させ、走査型プローブ顕微鏡を用いてナノセルロースの形状観察を行い、得られた像より任意の本数の繊維を無作為に選択し、形状像の断面高さ=繊維幅とし、周囲長÷2=繊維長とすることにより算出した値である。このような平均繊維幅及び平均繊維長の算出には、画像処理のソフトウェアを用いることができる。このとき画像処理の条件は任意であるが、条件によって同一画像であっても算出される値に差が生じる場合がある。条件による値の差の範囲は、平均繊維長については±100nmの範囲内であることが好ましい。条件による値の差の範囲は、平均繊維幅については±10nmの範囲内であることが好ましい。より詳細な測定方法は、後述の実施例に記載の方法にしたがう。 The average fiber width and average fiber length were calculated by mixing nanocellulose and water to a nanocellulose concentration of approximately 1 to 10 ppm, allowing the sufficiently diluted cellulose aqueous dispersion to air-dry on a mica substrate, observing the shape of the nanocellulose using a scanning probe microscope, randomly selecting any number of fibers from the obtained image, and calculating the cross-sectional height of the shape image = fiber width and the perimeter divided by 2 = fiber length. Image processing software can be used to calculate these average fiber widths and lengths. While the image processing conditions are arbitrary, differences in calculated values may occur even for the same image depending on the conditions. The range of difference in values depending on the conditions is preferably within ±100 nm for average fiber length. The range of difference in values depending on the conditions is preferably within ±10 nm for average fiber width. More detailed measurement methods follow the methods described in the Examples below.

本発明におけるナノセルロースは、1本単位の繊維の集合体である。本発明におけるナノセルロースにカルボキシ基が導入されている場合、少なくとも1本のカルボキシル化されたナノセルロース(カルボキシル化CNFとも記載する)を含んでいればよく、カルボキシル化されたナノセルロースが主成分であることが好ましい。ここでカルボキシル化CNFが主成分であるとは、微細セルロース全量に占めるカルボキシル化CNFの割合が50質量%超過であること、好ましくは70質量%超過であること、より好ましくは80質量%超過であることを指す。上記割合の上限は100質量%であるが、98質量%であってもよく、95質量%であってもよい。 The nanocellulose of the present invention is an aggregate of individual fibers. When a carboxyl group is introduced into the nanocellulose of the present invention, it is sufficient that it contains at least one carboxylated nanocellulose (also referred to as carboxylated CNF), and it is preferable that the carboxylated nanocellulose be the main component. Here, "carboxylated CNF being the main component" means that the proportion of carboxylated CNF in the total amount of fine cellulose exceeds 50% by mass, preferably exceeds 70% by mass, and more preferably exceeds 80% by mass. The upper limit of this proportion is 100% by mass, but it may also be 98% by mass or 95% by mass.

酸化セルロースを解繊する方法としては、ナノセルロースを分散させることができる操作であれば特に制限されない。
解繊は、例えば、任意の強度の速度場と速度変動;介在物や障害物への衝突;超音波;圧力負荷;等を利用することができる。このような分散させる操作には、液中分散機を好適に用いることができる。
液中分散機としては、特に限定されず、例えば、ホモミキサー、マグネチックスターラー、撹拌棒、撹拌翼付き撹拌機、ディスパー型ミキサー、ホモジナイザー、外部循環撹拌、自転公転撹拌機、振動型撹拌機、超音波分散機等を用いる方法が挙げられる。また、液中分散機としては、上述した装置の他、回転せん断型撹拌機、コロイドミル、ロールミル、圧力式ホモジナイザー、容器駆動型ミル、媒体撹拌ミル等も挙げることができる。さらに、液中分散機としては、ニーダーを用いることができる。
回転せん断型撹拌機とは、回転翼と外筒との間隙へ撹拌対象物を通すことにより分散する装置であり、間隙でのせん断流れと前後の強度な速度変動により分散する。
コロイドミルは、回転ディスクと固定ディスクとの間の間隙でのせん断流れにより分散する装置である。ロールミルは、複数の回転するロール間の間隙を利用したせん断力と圧縮力により分散する。
圧力式ホモジナイザーとは、細孔から高圧でスラリー等を吐出する分散機として用いられ、圧力噴射式分散器とも呼ばれる。上記圧力式ホモジナイザーとしては、高圧ホモジナイザーが好ましい。高圧ホモジナイザーとは、例えば10MPa以上、好ましくは100MPa以上の圧力でスラリーを吐出できる能力を有するホモジナイザーをいう。高圧ホモジナイザーとしては、例えば、マイクロフルイダイザー、湿式ジェットミル等の対向衝突型高圧ホモジナイザーが挙げられる。
容器駆動型ミルは、容器内中のボール等の媒体の衝突、摩擦により分散する装置であり、具体的には、回転ミル、振動ミル、及び遊星ミル等がある。媒体撹拌ミルは、ボールやビーズ等の媒体を用い、媒体の衝撃力とせん断力により分散する装置であり、具体的には、アトライター及びビーズミル(サンドミル)等がある。
ニーダーとは、粉体等を液体でぬらす操作(ニーディングあるいは捏和ともいう)を行う装置であり、具体的には、双腕型捏和機(2つの半円柱形の容器内で二軸の混合翼によって分散する装置である);バンバリーミキサー(密閉系、加圧下で分散する装置である);スクリュー押し出し機、コニーダー、エクストルーダー等の押出型捏和機;等がある。
The method for defibrating oxidized cellulose is not particularly limited as long as it is an operation that can disperse nanocellulose.
For defibration, for example, a velocity field and velocity fluctuation of any intensity, collision with an inclusion or obstacle, ultrasonic waves, pressure loading, etc. A submerged disperser can be suitably used for such a dispersion operation.
The submerged disperser is not particularly limited, and examples thereof include methods using a homomixer, a magnetic stirrer, a stirring rod, a stirrer with stirring blades, a disperser-type mixer, a homogenizer, an external circulation stirrer, a planetary stirrer, a vibration stirrer, an ultrasonic disperser, etc. In addition to the above-mentioned devices, examples of the submerged disperser include a rotary shear type stirrer, a colloid mill, a roll mill, a pressure homogenizer, a container-driven mill, a media stirring mill, etc. Furthermore, a kneader can be used as the submerged disperser.
A rotary shear mixer is a device that disperses materials by passing them through the gap between the rotor and the outer cylinder, and disperses them by shear flow in the gap and strong speed fluctuations back and forth.
A colloid mill is a device that disperses particles by shear flow in the gap between a rotating disk and a fixed disk, while a roll mill disperses particles by shear and compression forces that utilize the gap between multiple rotating rolls.
A pressure homogenizer is used as a disperser that ejects a slurry or the like from fine holes at high pressure, and is also called a pressure injection disperser. A preferred pressure homogenizer is a high-pressure homogenizer. A high-pressure homogenizer is a homogenizer capable of ejecting a slurry at a pressure of, for example, 10 MPa or more, preferably 100 MPa or more. Examples of high-pressure homogenizers include counter-impingement high-pressure homogenizers such as microfluidizers and wet jet mills.
Vessel-driven mills are devices that disperse materials by the collision and friction of media such as balls in a vessel, and specific examples include rotary mills, vibration mills, and planetary mills. Media-agitated mills are devices that use media such as balls or beads to disperse materials by the impact and shear forces of the media, and specific examples include attritors and bead mills (sand mills).
A kneader is a device that performs the operation of wetting powder or the like with a liquid (also called kneading or kneading), and specific examples include a twin-arm kneader (a device that disperses using two-axis mixing blades in two semi-cylindrical containers); a Banbury mixer (a device that disperses under pressure in a closed system); and extrusion-type kneaders such as a screw extruder, co-kneader, and extruder.

解繊の方法としては、例えば、スクリュー型ミキサー、パドルミキサー、ディスパー型ミキサー、タービン型ミキサー、高速回転下でのホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、二重円筒型ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、水流対抗衝突型分散機、ビーター、ディスク型リファイナー、コニカル型リファイナー、ダブルディスク型リファイナー、グラインダー、一軸又は多軸混錬機、自転公転撹拌機、振動型撹拌機等の各種混合や撹拌装置による方法が挙げられる。 Examples of defibration methods include methods using various mixing or stirring devices such as a screw mixer, paddle mixer, disperser mixer, turbine mixer, homo mixer under high-speed rotation, high-pressure homogenizer, ultra-high-pressure homogenizer, double-cylinder homogenizer, ultrasonic homogenizer, water-flow opposing collision-type disperser, beater, disc refiner, conical refiner, double-disc refiner, grinder, single-shaft or multi-shaft kneader, planetary mixer, and vibration mixer.

解繊に用いる装置は単独で又は2種類以上を組み合わせて使用できる The defibration equipment can be used alone or in combination with two or more types.

酸化セルロースの解繊は、解繊がより進んだナノセルロースを製造できる点で、例えば、超高圧ホモジナイザーによる方法を用いてもよい。超高圧ホモジナイザーにより解繊を行う場合、解繊処理時の圧力は、好ましくは100MPa以上であり、より好ましくは120MPa以上であり、さらに好ましくは150MPa以上である。解繊処理回数は特に限定されないが、解繊を十分に進行させる観点から、好ましくは2回以上、より好ましくは3回以上である。 Oxidized cellulose may be defibrated using, for example, an ultra-high pressure homogenizer, which allows for the production of more defibrated nanocellulose. When defibration is performed using an ultra-high pressure homogenizer, the pressure during the defibration process is preferably 100 MPa or more, more preferably 120 MPa or more, and even more preferably 150 MPa or more. There are no particular restrictions on the number of times the defibration process is performed, but from the perspective of ensuring sufficient progress of defibration, it is preferably two or more times, more preferably three or more times.

酸化セルロースは易解繊性に優れるため、解繊方法として、例えば自転公転撹拌機及び振動型撹拌機等による温和な撹拌を適用した場合にも十分に解繊でき、均一化されたナノセルロースを得ることができる。 Oxidized cellulose has excellent defibration properties, so it can be sufficiently defibrated even when mild agitation, such as with a planetary agitator or vibration agitator, is used as a defibration method, resulting in uniform nanocellulose.

自転公転撹拌機は、材料を投入する容器を自転及び公転させることにより容器内の材料を混合する装置である。自転公転撹拌機によれば、撹拌翼を用いずに撹拌が行われるため、より温和な撹拌を実現できる。自転公転撹拌機による撹拌時の公転速度及び自転速度は適宜設定し得るが、例えば、公転速度を400~3000rpmとし、自転速度を200~1500rpmとすることができる。自転公転撹拌機による場合、温和な撹拌を実現しつつ、品質の均一性を担保する観点から、公転速度1200~2500rpm、自転速度600~1000rpmで3~15分間撹拌する条件により解繊処理を行うことが好ましい。公転速度は、より好ましくは1500~2300rpmであり、自転速度は、より好ましくは700~950rpmである。自転公転撹拌機により本酸化セルロース繊維の解繊を行う場合、材料とする酸化セルロース水分散体の濃度は、例えば0.01~1.0質量%であり、好ましくは0.1~0.5質量%である。 A planetary centrifugal mixer is a device that mixes materials in a container by rotating and revolving the container around its axis. A planetary centrifugal mixer mixes materials without using impellers, allowing for gentler mixing. The revolution speed and rotation speed during mixing with a planetary centrifugal mixer can be set as appropriate; for example, the revolution speed can be set to 400-3000 rpm, and the rotation speed can be set to 200-1500 rpm. When using a planetary centrifugal mixer, from the perspective of ensuring gentle mixing while ensuring uniformity of quality, it is preferable to perform the defibration process under conditions of a revolution speed of 1200-2500 rpm and a rotation speed of 600-1000 rpm, mixing for 3-15 minutes. The revolution speed is more preferably 1500-2300 rpm, and the rotation speed is more preferably 700-950 rpm. When defibrating the oxidized cellulose fibers using a planetary centrifugal mixer, the concentration of the oxidized cellulose aqueous dispersion used as the starting material is, for example, 0.01 to 1.0% by mass, and preferably 0.1 to 0.5% by mass.

振動型撹拌機としては、例えば、ボルテックスミキサー(タッチミキサー)が挙げられる。ボルテックスミキサーでは、容器内の液体材料に渦を形成することによって撹拌が行われる。ボルテックスミキサー等の振動型撹拌機によれば、撹拌翼を用いずに撹拌が行われるため、より温和な撹拌を実現できる。また、ボルテックスミキサー等の振動型撹拌機によれば、簡易な設備によって温和な撹拌を実現できるため、生産設備及び生産コストの観点において優れている。ボルテックスミキサーの回転数は、例えば600~3000rpmであり、3~15分間撹拌する条件により解繊処理を行うことが好ましい。ボルテックスミキサーにより本酸化セルロース繊維の解繊を行う場合、材料とする酸化セルロース水分散体の濃度は、例えば0.01~1.0質量%であり、好ましくは0.1~0.5質量%である。 An example of a vibration-type agitator is a vortex mixer (touch mixer). A vortex mixer stirs the liquid material in a container by creating a vortex. Vibration-type agitators such as vortex mixers perform stirring without using stirring blades, allowing for gentler stirring. Furthermore, vibration-type agitators such as vortex mixers can achieve gentle stirring with simple equipment, making them superior in terms of production equipment and production costs. The rotation speed of the vortex mixer is, for example, 600 to 3,000 rpm, and the defibration process is preferably performed under stirring conditions of 3 to 15 minutes. When defibrating the oxidized cellulose fibers using a vortex mixer, the concentration of the oxidized cellulose aqueous dispersion used as the raw material is, for example, 0.01 to 1.0% by mass, and preferably 0.1 to 0.5% by mass.

解繊処理は、好ましくは酸化セルロースを分散媒と混合した状態で行われる。当該分散媒としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。分散媒の具体例としては、水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、及びジメチルスルホキサイド等が挙げられる。溶媒としては、これらのうちの1種を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。 The defibration process is preferably carried out in a state where the oxidized cellulose is mixed with a dispersion medium. There are no particular restrictions on the dispersion medium, and it can be selected appropriately depending on the purpose. Specific examples of dispersion mediums include water, alcohols, ethers, ketones, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and dimethyl sulfoxide. As the solvent, one of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

上記分散媒のうち、アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、メチルセロソルブ、エチレングリコール及びグリセリン等が挙げられる。エーテル類としては、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン及びテトラヒドロフラン等が挙げられる。ケトン類としては、アセトン及びメチルエチルケトン等が挙げられる。 Among the above dispersion media, alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, methyl cellosolve, ethylene glycol, and glycerin. Ethers include ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, and tetrahydrofuran. Ketones include acetone and methyl ethyl ketone.

解繊処理の際に分散媒として有機溶剤を使用することにより、酸化セルロース及びこれを解繊して得られるナノセルロースの単離が容易となる。また、有機溶剤中に分散したナノセルロースが得られるため、有機溶剤に溶解する樹脂やその樹脂原料モノマー等との混合が容易となる。解繊して得られたナノセルロースを、水及び/又は有機溶剤の分散媒に分散させたナノセルロース分散液は、樹脂やゴム、固体粒子等の各種成分と混合するために使用することができる。 Using an organic solvent as a dispersant during the defibration process makes it easier to isolate oxidized cellulose and the nanocellulose obtained by defibrating it. Furthermore, because nanocellulose is obtained dispersed in an organic solvent, it can be easily mixed with resins that dissolve in organic solvents and their raw material monomers. Nanocellulose dispersions, in which the nanocellulose obtained by defibration is dispersed in a dispersant of water and/or organic solvent, can be used to mix with various components such as resins, rubber, and solid particles.

<次亜塩素酸又はその塩の水溶液>
本発明の一つは、次亜塩素酸又はその塩を含む、酸化セルロース製造用酸化剤である。上記酸化セルロースは、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含み、且つ、N-オキシル化合物を実質的に含まない酸化セルロースである。前記酸化剤に含まれる次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と、前記次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)が、0.05以上である。
本発明の酸化剤により、解繊性に優れる酸化セルロースを製造することができる。本発明の酸化剤は溶液であってもよく、酸化剤の溶媒は水であることが好ましい。
本発明の酸化剤における、酸化セルロース、次亜塩素酸又はその塩、セルロース系原料等の態様は、<酸化セルロースの製造方法>に述べたとおりである。
<Aqueous solution of hypochlorous acid or its salt>
One aspect of the present invention is an oxidizing agent for producing oxidized cellulose, which contains hypochlorous acid or a salt thereof. The oxidized cellulose contains an oxidation product of a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof, and is substantially free of N-oxyl compounds. The ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or a salt thereof contained in the oxidizing agent to the available chlorine concentration of the hypochlorous acid or a salt thereof (concentration of components other than hypochlorous acid or a salt thereof/available chlorine concentration) is 0.05 or greater.
The oxidizing agent of the present invention can produce oxidized cellulose with excellent defibrillation properties. The oxidizing agent of the present invention may be in the form of a solution, and the solvent for the oxidizing agent is preferably water.
The embodiments of the oxidized cellulose, hypochlorous acid or a salt thereof, cellulosic raw material, etc. in the oxidizing agent of the present invention are as described in <Method for producing oxidized cellulose>.

本発明の製造方法により得られる酸化セルロース及びナノセルロースは、種々の用途に適用することができる。具体的には、例えば、各種材料(例えば、樹脂、繊維、ゴム等)として使用されてもよいし、各種用途(例えば、食品、化粧品、医療品、塗料、インク等)において使用されてもよい。また、ナノセルロース含有組成物を成膜し、各種シート又はフィルムとして使用することもできる。ナノセルロース含有組成物を適用する分野も特に限定されず、例えば自動車用部材、機械部品、電化製品、電子機器、化粧品、医療品、建築材、日用品、文具等といった各種分野の製品の製造において使用することができる。 The oxidized cellulose and nanocellulose obtained by the production method of the present invention can be used in a variety of applications. Specifically, for example, they may be used as various materials (e.g., resins, fibers, rubber, etc.) or in various applications (e.g., food, cosmetics, medical products, paints, inks, etc.). Nanocellulose-containing compositions can also be formed into membranes and used as various sheets or films. There are no particular limitations on the fields in which nanocellulose-containing compositions can be used, and they can be used in the manufacture of products in a variety of fields, such as automotive components, machine parts, electrical appliances, electronic devices, cosmetics, medical products, building materials, daily necessities, stationery, etc.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下において、特に断らない限り、「部」は「質量部」を意味し、「%」は「質量%」を意味する。
各種物性の測定は以下のとおり行った。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following, unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass".
Various physical properties were measured as follows.

〔平均繊維幅及び平均繊維長の測定〕
ナノセルロースの水分散体に純水を加え、酸化CNF水分散体中の酸化CNFの濃度が5ppmになるように調整した。濃度調整後のCNF水分散体をマイカ基材上で自然乾燥させ、オックスフォード・アサイラム社製 走査型プローブ顕微鏡「MFP-3D infinity」を用いて、ACモードで酸化CNFの形状観察を行った。
平均繊維長については、得られた画像を画像処理ソフトウェア「ImageJ」を用いて二値化し解析を行った。繊維100本以上について、繊維長=「周囲長」÷2として平均繊維長を求めた。
平均繊維幅については、「MFP-3D infinity」に付属されているソフトウェアを用いて、繊維50本以上について、形状像の断面高さ=繊維幅として数平均繊維幅[nm]を求めた。
[Measurement of average fiber width and average fiber length]
Pure water was added to the aqueous dispersion of nanocellulose to adjust the oxidized CNF concentration in the aqueous dispersion to 5 ppm. After adjusting the concentration, the aqueous dispersion was air-dried on a mica substrate, and the shape of the oxidized CNF was observed using an Oxford Asylum MFP-3D Infinity scanning probe microscope in AC mode.
The average fiber length was analyzed by binarizing the obtained image using the image processing software "ImageJ." For 100 or more fibers, the average fiber length was calculated as fiber length = "perimeter" / 2.
The average fiber width was determined using the software attached to the "MFP-3D infinity" for 50 or more fibers, with the number average fiber width [nm] calculated as the cross-sectional height of the shape image = fiber width.

〔カルボキシ基量の測定〕
酸化セルロースの濃度を0.5質量%に調整した酸化セルロース水分散体60mlに、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5にした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、pHが11.0になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が穏やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、上記式を用いてカルボキシ基量(mmol/g)を算出する。
[Measurement of Carboxy Group Amount]
To 60 ml of an oxidized cellulose aqueous dispersion in which the oxidized cellulose concentration had been adjusted to 0.5% by mass, 0.1 M aqueous hydrochloric acid was added to adjust the pH to 2.5, and then 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise, and the electrical conductivity was measured until the pH reached 11.0. The amount of carboxyl groups (mmol/g) was calculated using the above formula from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization stage of the weak acid, where the change in electrical conductivity was gradual.

〔光透過率の測定〕
解繊により得られたナノセルロース水分散体を10mm厚の石英セルに入れて、分光光度計(JASCO V-550)により波長660nmの光透過率を測定した。
[Measurement of Light Transmittance]
The nanocellulose aqueous dispersion obtained by defibration was placed in a 10 mm thick quartz cell, and the light transmittance at a wavelength of 660 nm was measured using a spectrophotometer (JASCO V-550).

〔次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度の測定〕
次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度は、日本水道協会規格「水道用次亜塩素酸ナトリウム」JWWA K120-2008の試験方法、日本水道協会規格「水道用薬品」JWWA Z 109-2001の別紙5「誘導結合プラズマ発光分光分析装置による一斉分析法」の試験方法、日本水道協会規格「水道用次亜塩素酸ナトリウム」JWWA K120-1981の4・4不溶分の試験方法に準じて測定した。上記試験方法はそれぞれ、無機塩の濃度、金属類の濃度、並びに有機物の濃度を測定する。
[Measurement of concentration of components other than hypochlorous acid or its salts]
The concentrations of components other than hypochlorous acid or its salts were measured in accordance with the test method of the Japan Water Works Association standard "Sodium hypochlorite for water supply" JWWA K120-2008, the test method of the Japan Water Works Association standard "Water supply chemicals" JWWA Z 109-2001, Appendix 5 "Simultaneous analysis method using an inductively coupled plasma optical emission spectrometer", and the test method of 4.4 insoluble matter of the Japan Water Works Association standard "Sodium hypochlorite for water supply" JWWA K120-1981. The above test methods measure the concentrations of inorganic salts, metals, and organic matter, respectively.

[実施例1]
有効塩素濃度が33質量%である次亜塩素酸ナトリウム水溶液に純水を加えて撹拌し、有効塩素濃度21質量%液700gを調整した。次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と、有効塩素濃度は表1に記載のとおりであり、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と有効塩素濃度との比は、0.18であった。実施例1にて用いた次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、ソーダ技術ハンドブック2009(日本ソーダ工業会)に準じて製造されたものを使用した。具体的には、次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、低食塩次亜塩素酸ソーダの製造によって得られる高有効塩素濃度の次亜塩素酸液(析出塩化ナトリウムを分離後)を希釈したものである。なお、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分において、塩化ナトリウムの占める割合は、50質量%以上であった。金属類の総量は、次亜塩素酸ナトリウム中0.05ppm以上10ppm以下の範囲であった。
なお、次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の有効塩素濃度は以下の方法により測定した。
(次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の有効塩素濃度の測定)
次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶を純水に加えた水溶液0.582gを精密に量り、純水50mlを加え、ヨウ化カリウム2g及び酢酸10mlを加え、直ちに密栓して暗所に15分間放置した。15分間の放置後、遊離したヨウ素を0.1mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した結果(指示薬 デンプン試液)、滴定量は34.55mlであった。別に空試験を行い補正し、0.1mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液1mlが3.545mgClに相当するので、次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の有効塩素濃度は21質量%である。
[Example 1]
Pure water was added to a sodium hypochlorite aqueous solution having an effective chlorine concentration of 33% by mass and stirred to prepare 700 g of a solution having an effective chlorine concentration of 21% by mass. The concentrations of components other than sodium hypochlorite and the effective chlorine concentration are as shown in Table 1, and the ratio of the concentration of components other than sodium hypochlorite to the effective chlorine concentration was 0.18. The sodium hypochlorite aqueous solution used in Example 1 was manufactured in accordance with the Soda Technology Handbook 2009 (Japan Soda Industry Association). Specifically, the sodium hypochlorite aqueous solution was obtained by diluting a hypochlorous acid solution with a high effective chlorine concentration (after separating precipitated sodium chloride) obtained by the production of low-salt sodium hypochlorite. Note that the proportion of sodium chloride among the components other than sodium hypochlorite was 50% by mass or more. The total amount of metals was in the range of 0.05 ppm to 10 ppm in sodium hypochlorite.
The available chlorine concentration in the aqueous sodium hypochlorite solution was measured by the following method.
(Measurement of available chlorine concentration in sodium hypochlorite aqueous solution)
0.582 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite pentahydrate crystals was precisely weighed, 50 ml of pure water was added, 2 g of potassium iodide and 10 ml of acetic acid were added, and the container was immediately sealed and left in a dark place for 15 minutes. After leaving it for 15 minutes, the liberated iodine was titrated with 0.1 mol/L sodium thiosulfate solution (indicator: starch test solution), and the titration volume was 34.55 ml. A blank test was performed separately, and correction was performed. Since 1 ml of 0.1 mol/L sodium thiosulfate solution corresponds to 3.545 mg Cl, the available chlorine concentration in the sodium hypochlorite aqueous solution was 21% by mass.

そこへ、35質量%塩酸を加えて撹拌し、pH11の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を得た。
前記次亜塩素酸ナトリウム水溶液を新東科学社製の撹拌機(スリーワンモータ、BL600)にてプロペラ型撹拌羽根を使用して200rpmで撹拌しながら恒温水浴にて30℃に加温した後、セルロース系原料として、日本製紙社の粉末パルプ(KCフロックW-100GK)を50g加えた。
セルロース系原料を供給後、同じ恒温水槽で30℃に保温しながら、48質量%水酸化ナトリウムを添加しながら反応中のpHを11に調整して、2時間、撹拌機にて同条件で撹拌を行った。
反応終了後、遠心分離(1000G、10分間)及びデカンテーションを6回繰り返すことで酸化セルロースを回収した。
酸化セルロースのカルボキシ基量は0.63mmol/gであった。その酸化セルロースに純水を加えて1質量%に調整した後、ホモミキサーで解繊(10,000rpm、10分間)した結果、平均繊維長200nm、平均繊維幅3nmのナノセルロースが得られていることを確認した。解繊により得られたナノセルロース水分散体を固形分濃度0.1質量%に調整した後、その光透過率(660nm)を測定した結果、83%であり良好な解繊ができた。
35% by mass hydrochloric acid was added thereto and stirred to obtain an aqueous sodium hypochlorite solution with a pH of 11.
The aqueous sodium hypochlorite solution was heated to 30°C in a constant temperature water bath while being stirred at 200 rpm using a propeller-type stirring blade in a stirrer (Three-One Motor, BL600) manufactured by Shinto Scientific Co., Ltd., and then 50 g of powdered pulp (KC Flock W-100GK) manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added as a cellulosic raw material.
After supplying the cellulosic raw material, the mixture was kept at 30°C in the same thermostatic water bath, and the pH during the reaction was adjusted to 11 by adding 48% by mass of sodium hydroxide, followed by stirring under the same conditions for 2 hours using a stirrer.
After the reaction was completed, centrifugation (1000 G, 10 minutes) and decantation were repeated six times to recover the oxidized cellulose.
The carboxyl group content of the oxidized cellulose was 0.63 mmol/g. After adding pure water to the oxidized cellulose to adjust the concentration to 1% by mass, the mixture was defibrated using a homomixer (10,000 rpm, 10 minutes). This resulted in nanocellulose with an average fiber length of 200 nm and an average fiber width of 3 nm. The nanocellulose aqueous dispersion obtained by defibration was adjusted to a solids concentration of 0.1% by mass, and its light transmittance (660 nm) was measured, revealing a satisfactory defibration of 83%.

[実施例2]
次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と、有効塩素濃度は表1に記載のとおりであり、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と有効塩素濃度との比は、0.15であった。実施例2にて用いた次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、ソーダ技術ハンドブック2009(日本ソーダ工業会)に準じて製造されたものを使用した。具体的には、次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、低食塩次亜塩素酸ソーダを希釈したものである。なお、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分において、塩化ナトリウムの占める割合は、50質量%以上であった。金属類の総量は、次亜塩素酸ナトリウム中0.05ppm以上10ppm以下の範囲であった。
そこへ、35質量%塩酸を加えて撹拌し、pH10の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を得た。
前記次亜塩素酸ナトリウム水溶液を新東科学社製の撹拌機(スリーワンモータ、BL600)にてプロペラ型撹拌羽根を使用して200rpmで撹拌しながら恒温水浴にて30℃に加温した後、セルロース系原料として、日本製紙社の粉末パルプ(KCフロックW-100GK)を50g加えた。
セルロース系原料を供給後、同じ恒温水槽で40℃に保温しながら、48質量%水酸化ナトリウムを添加しながら反応中のpHを10に調整して、4時間、撹拌機にて同条件で撹拌を行った。
反応終了後、遠心分離(1000G、10分間)及びデカンテーションを6回繰り返すことで酸化セルロースを回収した。
酸化セルロースのカルボキシ基量は0.64mmol/gであった。その酸化セルロースに純水を加えて1質量%に調整した後、ホモミキサーで解繊(10,000rpm、10分間)した結果、平均繊維長210nm、平均繊維幅4nmのセルロースナノファイバーが得られていることを確認した。解繊により得られたナノセルロース水分散体を固形分濃度0.1質量%に調整した後、その光透過率(660nm)を測定した結果、77%であり良好な解繊ができた。
[Example 2]
The concentrations of components other than sodium hypochlorite and the effective chlorine concentration are as shown in Table 1, and the ratio of the concentrations of components other than sodium hypochlorite to the effective chlorine concentration was 0.15. The sodium hypochlorite aqueous solution used in Example 2 was manufactured in accordance with the Soda Technology Handbook 2009 (Japan Soda Industry Association). Specifically, the sodium hypochlorite aqueous solution was obtained by diluting low-salt sodium hypochlorite. Note that the proportion of sodium chloride in the components other than sodium hypochlorite was 50 mass% or more. The total amount of metals was in the range of 0.05 ppm to 10 ppm in sodium hypochlorite.
To this was added 35% by mass hydrochloric acid and stirred to obtain an aqueous solution of sodium hypochlorite with a pH of 10.
The aqueous sodium hypochlorite solution was heated to 30°C in a constant temperature water bath while being stirred at 200 rpm using a propeller-type stirring blade in a stirrer (Three-One Motor, BL600) manufactured by Shinto Scientific Co., Ltd., and then 50 g of powdered pulp (KC Flock W-100GK) manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added as a cellulosic raw material.
After supplying the cellulosic raw material, the mixture was kept at 40°C in the same thermostatic water bath, and the pH during the reaction was adjusted to 10 by adding 48% by mass of sodium hydroxide, followed by stirring under the same conditions for 4 hours using a stirrer.
After the reaction was completed, centrifugation (1000 G, 10 minutes) and decantation were repeated six times to recover the oxidized cellulose.
The carboxyl group content of the oxidized cellulose was 0.64 mmol/g. After adding pure water to the oxidized cellulose to adjust the concentration to 1% by mass, the mixture was defibrated using a homomixer (10,000 rpm, 10 minutes). The resulting cellulose nanofibers had an average fiber length of 210 nm and an average fiber width of 4 nm. The nanocellulose aqueous dispersion obtained by defibration was adjusted to a solids concentration of 0.1% by mass, and its light transmittance (660 nm) was measured. The result was 77%, demonstrating good defibration.

[実施例3]
次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と有効塩素濃度との比を0.22としたこと以外は、実施例1と同様にして行った。なお、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分において、塩化ナトリウムの占める割合は、50質量%以上であった。金属類の総量は、次亜塩素酸ナトリウム中0.05ppm以上10ppm以下の範囲であった。また、上記の比は、実施例1にて用いた次亜塩素酸ナトリウム水溶液に塩化ナトリウムを添加し、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分量を大きくすることにより調整した。
酸化セルロースのカルボキシ基量は0.71mmol/gであった。
ナノセルロースの光透過率は89%であり、良好な解繊ができた。
[Example 3]
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the ratio of the concentration of components other than sodium hypochlorite to the effective chlorine concentration was 0.22. The proportion of sodium chloride in the components other than sodium hypochlorite was 50 mass% or more. The total amount of metals in sodium hypochlorite was in the range of 0.05 ppm or more and 10 ppm or less. The above ratio was adjusted by adding sodium chloride to the sodium hypochlorite aqueous solution used in Example 1 and increasing the amount of components other than sodium hypochlorite.
The amount of carboxy groups in the oxidized cellulose was 0.71 mmol/g.
The light transmittance of the nanocellulose was 89%, and good defibration was achieved.

[実施例4]
次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と有効塩素濃度との比を0.51としたこと以外は、実施例1と同様にして行った。なお、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分において、塩化ナトリウムの占める割合は、50質量%以上であった。金属類の総量は、次亜塩素酸ナトリウム中0.05ppm以上10ppm以下の範囲であった。また、上記の比は、実施例1にて用いた次亜塩素酸ナトリウム水溶液に塩化ナトリウムを添加し、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分量を大きくすることにより調整した。
酸化セルロースのカルボキシ基量は0.75mmol/gであった。
ナノセルロースの光透過率は97%であり、良好な解繊ができた。
[Example 4]
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the ratio of the concentration of components other than sodium hypochlorite to the effective chlorine concentration was 0.51. The proportion of sodium chloride in the components other than sodium hypochlorite was 50 mass% or more. The total amount of metals in sodium hypochlorite was in the range of 0.05 ppm or more and 10 ppm or less. The above ratio was adjusted by adding sodium chloride to the sodium hypochlorite aqueous solution used in Example 1 and increasing the amount of components other than sodium hypochlorite.
The amount of carboxy groups in the oxidized cellulose was 0.75 mmol/g.
The light transmittance of the nanocellulose was 97%, and good defibration was achieved.

[実施例5]
次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と有効塩素濃度との比を0.82としたこと以外は、実施例2と同様にして行った。なお、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分において、塩化ナトリウムの占める割合は、50質量%以上であった。金属類の総量は、次亜塩素酸ナトリウム中0.05ppm以上10ppm以下の範囲であった。また、上記の比は、実施例2にて用いた次亜塩素酸ナトリウム水溶液に塩化ナトリウムを添加し、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分量を大きくすることにより調整した。
酸化セルロースのカルボキシ基量は0.74mmol/gであった。
ナノセルロースの光透過率は85%であり、良好な解繊ができた。
[Example 5]
The same procedure as in Example 2 was carried out, except that the ratio of the concentration of components other than sodium hypochlorite to the effective chlorine concentration was 0.82. The proportion of sodium chloride in the components other than sodium hypochlorite was 50 mass% or more. The total amount of metals in sodium hypochlorite was in the range of 0.05 ppm or more and 10 ppm or less. The above ratio was adjusted by adding sodium chloride to the sodium hypochlorite aqueous solution used in Example 2 and increasing the amount of components other than sodium hypochlorite.
The amount of carboxy groups in the oxidized cellulose was 0.74 mmol/g.
The light transmittance of the nanocellulose was 85%, and good defibration was achieved.

[比較例1]
有効塩素濃度が42質量%である次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶を使用したこと以外は実施例1と同じとした。上記次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶は、特開2000-290003号に準じて製造したものであった。すなわち、有効塩素濃度が42質量%である次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶に純水を加えて撹拌し、有効塩素濃度21質量%液700gを調整したこと以外は実施例1と同じとした。次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と、有効塩素濃度は表1に記載のとおりであり、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分濃度と有効塩素濃度との比は、0.03であった。なお、次亜塩素酸ナトリウム以外の成分において、塩化ナトリウムの占める割合は、50質量%未満であった。金属類の総量は、次亜塩素酸ナトリウム中0.05ppm未満であった。
酸化セルロースのカルボキシ基量は0.51mmol/gであった。その酸化セルロースに純水を加えて1質量%に調整した後、ホモミキサーで解繊(10,000rpm、10分間)した結果、平均繊維長260nm、平均繊維幅6nmのセルロースナノファイバーが得られていることを確認した。解繊により得られたCNF水分散体を固形分濃度0.1質量%に調整した後、その光透過率(660nm)を測定した結果、44%であり、粗大な酸化セルロースが残存したと考えられる。
[Comparative Example 1]
The same as Example 1 was used except that sodium hypochlorite pentahydrate crystals having an effective chlorine concentration of 42% by mass were used. The sodium hypochlorite pentahydrate crystals were produced in accordance with JP 2000-290003 A. That is, the same as Example 1 was used except that pure water was added to sodium hypochlorite pentahydrate crystals having an effective chlorine concentration of 42% by mass and stirred to prepare 700 g of a solution having an effective chlorine concentration of 21% by mass. The concentrations of components other than sodium hypochlorite and the effective chlorine concentration are as shown in Table 1, and the ratio of the concentrations of components other than sodium hypochlorite to the effective chlorine concentration was 0.03. Note that the proportion of sodium chloride in the components other than sodium hypochlorite was less than 50% by mass. The total amount of metals was less than 0.05 ppm in sodium hypochlorite.
The carboxyl group content of the oxidized cellulose was 0.51 mmol/g. After adding pure water to the oxidized cellulose to adjust the concentration to 1% by mass, the mixture was defibrated using a homomixer (10,000 rpm, 10 minutes). The resulting cellulose nanofibers had an average fiber length of 260 nm and an average fiber width of 6 nm. The CNF aqueous dispersion obtained by defibration was adjusted to a solids concentration of 0.1% by mass, and its light transmittance (660 nm) was measured and found to be 44%, indicating that coarse oxidized cellulose remained.

本発明の製造方法は、各種材料(例えば、樹脂、繊維、ゴム等)、及び各種用途(例えば、食品、化粧品、医療品、塗料、インク等)に使用されるナノセルロースを提供することができ、自動車用部材、機械部品、電化製品、電子機器、化粧品、医療品、建築材、日用品、文具等といった各種分野において産業上の利用可能性を有する。 The manufacturing method of the present invention can provide nanocellulose for use in a variety of materials (e.g., resins, fibers, rubber, etc.) and applications (e.g., food, cosmetics, medical products, paints, inks, etc.), and has industrial applicability in a variety of fields, including automotive components, machine parts, electrical appliances, electronic devices, cosmetics, medical products, building materials, daily necessities, stationery, etc.

Claims (5)

次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料(ただし、レーヨンパルプシートは除く)の酸化物を含み、且つ、N-オキシル化合物を実質的に含まない酸化セルロースの製造方法であって
化剤を用い、セルロース系原料(ただし、レーヨンパルプシートは除く)を酸化することにより酸化セルロースを得る工程を含み、
前記酸化剤が、次亜塩素酸又はその塩の水溶液であり、
前記水溶液中の次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と、前記次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)が、0.05以上であ
前記次亜塩素酸又はその塩以外の成分が、塩化ナトリウムを含み、
前記次亜塩素酸又はその塩以外の成分の総量に対する塩化ナトリウムの割合が、50質量%以上である、
製造方法。
A method for producing oxidized cellulose which contains an oxidation product of a cellulosic raw material (excluding rayon pulp sheets) using hypochlorous acid or a salt thereof and is substantially free of N-oxyl compounds, comprising :
The method includes a step of obtaining oxidized cellulose by oxidizing a cellulosic raw material (excluding rayon pulp sheets) using an oxidizing agent,
the oxidizing agent is an aqueous solution of hypochlorous acid or a salt thereof,
The ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts in the aqueous solution to the effective chlorine concentration of the hypochlorous acid or its salts (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts / effective chlorine concentration) is 0.05 or more;
The components other than hypochlorous acid or a salt thereof include sodium chloride,
The ratio of sodium chloride to the total amount of components other than the hypochlorous acid or its salt is 50% by mass or more.
Manufacturing method.
前記水溶液中の次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と、前記次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)が、5.0以下である、The ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts in the aqueous solution to the effective chlorine concentration of the hypochlorous acid or its salts (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts / effective chlorine concentration) is 5.0 or less;
請求項1に記載のナノセルロースの製造方法。The method for producing nanocellulose according to claim 1.
請求項1又は2に記載の製造方法により得られた酸化セルロースを解繊し、ナノセルロースを得る工程を含む、
ナノセルロースの製造方法。
The method comprises the step of defibrating the oxidized cellulose obtained by the method according to claim 1 or 2 to obtain nanocellulose.
Method for producing nanocellulose.
化セルロース製造用酸化剤であり、
前記酸化剤が、次亜塩素酸又はその塩の水溶液であり、
前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料(ただし、レーヨンパルプシートは除く)の酸化物を含み、且つ、N-オキシル化合物を実質的に含まない酸化セルロースであり、
前記水溶液に含まれる次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と、前記次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)が、0.05以上であ
前記次亜塩素酸又はその塩以外の成分が、塩化ナトリウムを含み、
前記次亜塩素酸又はその塩以外の成分の総量に対する塩化ナトリウムの割合が、50質量%以上である、
酸化セルロース製造用酸化剤。
It is an oxidizing agent for producing oxidized cellulose,
the oxidizing agent is an aqueous solution of hypochlorous acid or a salt thereof,
the oxidized cellulose comprises an oxidation product of a cellulosic raw material (excluding rayon pulp sheets) with hypochlorous acid or a salt thereof, and is substantially free of N-oxyl compounds;
The ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts contained in the aqueous solution to the effective chlorine concentration of the hypochlorous acid or its salts (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts / effective chlorine concentration) is 0.05 or more;
The components other than hypochlorous acid or a salt thereof include sodium chloride,
The ratio of sodium chloride to the total amount of components other than the hypochlorous acid or its salt is 50% by mass or more.
Oxidizing agent for the production of oxidized cellulose.
前記水溶液中の次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度と、前記次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度との比(次亜塩素酸又はその塩以外の成分濃度/有効塩素濃度)が、5.0以下である、The ratio of the concentration of components other than hypochlorous acid or its salts in the aqueous solution to the effective chlorine concentration of the hypochlorous acid or its salts (concentration of components other than hypochlorous acid or its salts / effective chlorine concentration) is 5.0 or less;
請求項4に記載の酸化セルロース製造用酸化剤。The oxidizing agent for producing oxidized cellulose according to claim 4.
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