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JP7787489B2 - Method for producing nanocellulose - Google Patents
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JP7787489B2 - Method for producing nanocellulose - Google Patents

Method for producing nanocellulose

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JP7787489B2 JP2021088942A JP2021088942A JP7787489B2 JP 7787489 B2 JP7787489 B2 JP 7787489B2 JP 2021088942 A JP2021088942 A JP 2021088942A JP 2021088942 A JP2021088942 A JP 2021088942A JP 7787489 B2 JP7787489 B2 JP 7787489B2
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Description

本発明は、ナノセルロースの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing nanocellulose.

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及び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を得た後、酸化セルロースを微細化処理してCNFを得ることが開示されている。また、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た後、酸化セルロースを微細化処理してCNFを得ることが開示されている。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。 Patent Document 1 discloses a method of 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 to obtain oxidized cellulose, which is then micronized to obtain CNF. Patent Document 2 also discloses a method of 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 to obtain oxidized cellulose, which is then micronized to obtain CNF. These techniques perform the oxidation process 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

特許文献1及び2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処理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、生産コスト低減等の観点から、ナノセルロースを効率的に製造する方法が求められている。 Patent Documents 1 and 2 disclose specific examples of producing nanocellulose material by micronizing oxidized cellulose, in which nanocellulose material is obtained through mechanical fiberization using an ultrasonic homogenizer. However, from the perspective of reducing production costs, there is a demand for an efficient method of producing nanocellulose.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率的なナノセルロースの製造方法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 main objective is to provide an efficient method for producing nanocellulose.

本発明者らは鋭意検討の結果、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することで、解繊処理の工程を省略でき、効率的にナノセルロースを得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。
本発明によれば、以下の手段が提供される。
As a result of extensive research, the inventors discovered that by oxidizing cellulosic raw materials with hypochlorous acid or its salts, the fiberization process can be omitted and nanocellulose can be obtained efficiently, leading to the completion of the present invention.
According to the present invention, the following means are provided.

[1]
次亜塩素酸又はその塩によりセルロース系原料を酸化し酸化セルロースを得て、前記酸化の後、解繊処理を実質的に行うことなく前記酸化セルロースをナノ化する工程を含む、ナノセルロースの製造方法。
[2]
前記酸化により得られた酸化セルロースを含む分散液を希釈する工程を含み、
前記希釈後の分散液を固形分濃度0.1質量%としたときの光透過率が、70%以上である、
[1]に記載の製造方法。
[3]
前記酸化の後、酸化セルロースを含む分散液を必要に応じて固液分離して、ナノセルロースを含む分散液を得る工程を含む、
[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]
前記ナノセルロースを含む分散液を精製する工程を含む、
[3]に記載の製造方法。
[5]
前記ナノセルロースの平均繊維幅が、1nm以上100nm以下である、
[1]~[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]
前記ナノセルロースの平均繊維長が、50nm以上800nm以下である、
[1]~[5]のいずれかに記載の製造方法。
[7]
前記酸化の反応時間が、30分以上である、
[1]~[6]のいずれかに記載の製造方法。
[8]
前記酸化の際の反応系におけるセルロース系原料の濃度が、0.1質量%以上30質量%以下である、
[1]~[7]のいずれかに記載の製造方法。
[1]
A method for producing nanocellulose, comprising the steps of oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof to obtain oxidized cellulose, and nano-sizing the oxidized cellulose after the oxidation without substantially performing a defibration treatment.
[2]
diluting the dispersion containing oxidized cellulose obtained by the oxidation,
the light transmittance of the diluted dispersion is 70% or more when the solid content concentration of the diluted dispersion is 0.1% by mass;
The manufacturing method described in [1].
[3]
After the oxidation, the dispersion containing oxidized cellulose is subjected to solid-liquid separation as needed to obtain a dispersion containing nanocellulose.
The manufacturing method according to [1] or [2].
[4]
Purifying the dispersion containing the nanocellulose,
[3] The manufacturing method described in [3].
[5]
The average fiber width of the nanocellulose is 1 nm or more and 100 nm or less,
The manufacturing method according to any one of [1] to [4].
[6]
The average fiber length of the nanocellulose is 50 nm or more and 800 nm or less.
The manufacturing method according to any one of [1] to [5].
[7]
The reaction time of the oxidation is 30 minutes or more.
The manufacturing method according to any one of [1] to [6].
[8]
The concentration of the cellulosic raw material in the reaction system during the oxidation is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less.
The manufacturing method according to any one of [1] to [7].

本発明のナノセルロースの製造方法は、解繊処理の工程を省略でき、効率性に優れる。 The nanocellulose production method of the present invention eliminates the need for the defibration process and is highly efficient.

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てセルロース系原料を酸化し酸化セルロースを得て、前記酸化の後、解繊処理を実質的に行うことなく前記酸化セルロースをナノ化する工程を含む。
従前の方法では、ナノセルロースを得るために、機械解繊等の解繊処理の前処理として化学処理、生物処理等を行っても最後に解繊処理することを行っていた。本発明者らは、次亜塩素酸又はその塩を用いてセルロース系原料を酸化することにより、解繊が進行し、ナノセルロースが得られていることを見いだした。また、上記酸化により得られる酸化セルロースを適宜希釈すると、ナノセルロースを容易に得られることを見出した。以上のとおり、本発明の製造方法では、解繊処理の必要がなく、効率的にナノセルロースを得ることができる。
また、解繊処理に使用する装置は高価であり製造コストの増大を招来していたが、本発明の製造方法によれば生産コスト低減の観点からも効率性に優れる。
The method for producing nanocellulose of the present invention includes the steps of oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof to obtain oxidized cellulose, and then nano-sizing the oxidized cellulose after the oxidation without substantially performing a defibration treatment.
In previous methods, to obtain nanocellulose, chemical treatment, biological treatment, etc. were performed as pretreatment for defibration treatment such as mechanical defibration, but defibration treatment was still performed at the end. The inventors discovered that oxidizing cellulosic raw materials with hypochlorous acid or its salts promotes defibration and yields nanocellulose. They also found that nanocellulose can be easily obtained by appropriately diluting the oxidized cellulose obtained by the above oxidation. As described above, the manufacturing method of the present invention does not require defibration treatment and allows for efficient production of nanocellulose.
Furthermore, the equipment used for the defibration process is expensive, which increases the manufacturing cost, but the manufacturing method of the present invention is also highly efficient in terms of reducing production costs.

本発明におけるナノセルロースとは、次亜塩素酸又はその塩を用いてセルロース系原料を酸化し、前記酸化の後、解繊処理を実質的に行うことなく得られるものを指す。
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。本発明におけるナノセルロースは、セルロースをナノ化したものの総称を表し、微細セルロース繊維やセルロースナノクリスタル等を含む。微細セルロース繊維は、セルロースナノファイバー(CNFとも記載する)ともいう。
本発明によって得られるナノセルロースは、ナノセルロースを含む水分散液の態様であることが好ましい。
本明細書において、「解繊処理を実質的に行わない」とは、酸化の後に、得られた酸化セルロースに対して機械解繊装置等を用いてせん断力等のエネルギー負荷をかけることでナノ化する工程を行わないことを意味する。
Nanocellulose in the present invention refers to a material obtained by oxidizing a cellulosic raw material using hypochlorous acid or a salt thereof, without substantially performing defibration treatment after the oxidation.
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. Nanocellulose in the present invention is a general term for nano-sized cellulose, and includes fine cellulose fibers, cellulose nanocrystals, etc. Fine cellulose fibers are also called cellulose nanofibers (also referred to as CNF).
The nanocellulose obtained by the present invention is preferably in the form of an aqueous dispersion containing nanocellulose.
As used herein, "substantially no defibration treatment is performed" means that after oxidation, no step is performed in which the obtained oxidized cellulose is nano-sized by applying an energy load such as shear force using a mechanical defibration device or the like.

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20nm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2nm以上50nm以下、さらに好ましくは3nm以上30nm以下、よりさらに好ましくは3nm以上20nm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, and even more preferably 20 nm or less.
From the viewpoint of further improving the quality of nanocellulose, the average fiber width is more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 30 nm or less, and even more preferably 3 nm or more and 20 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、十分に希釈したナノ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従う。 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 nanocellulose 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.

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ることが好ましい。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、酸化反応によって微細化がより進行する傾向にある。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 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 production method of the present invention, it is preferable to use, as the cellulosic raw material, fine cellulose obtained by mechanically or chemically treating cellulose. Pulp powder is a suitable example of fine cellulose. Use of pulp powder tends to further promote pulverization by oxidation reaction. 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.

本発明の製造方法は、酸化工程を少なくとも含み、処理工程、プロトン化工程、分離工程、洗浄工程、塩化工程を適宜含んでいてもよい。 The manufacturing method of the present invention includes at least an oxidation step, and may optionally include a treatment step, a protonation step, a separation step, a washing step, and a chlorination step.

酸化工程
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、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、十分に解繊が進行し、酸化反応の後の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。
Oxidation Step: A method for producing oxidized cellulose by oxidation of a cellulosic raw material includes mixing 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, it is preferable to use hypochlorous acid or a salt thereof having an effective chlorine concentration of 6% by mass or more and 43% by mass or less. By using hypochlorous acid or a salt thereof having 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, defibration proceeds sufficiently, and defibration treatment after the oxidation reaction can be omitted.
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 %.

酸化セルロースのカルボキシ基量を十分に多くする観点から、有効塩素濃度は、より好ましくは7質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上、よりさらに好ましくは14質量%以上、さらにより好ましくは15質量%以上であり、一層好ましくは18質量%以上であり、より一層好ましくは20質量%以上である。また、解繊時に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。当該有効塩素濃度の範囲は、より好ましくは7~43質量%、さらに好ましくは14~43質量%の範囲である。 From the viewpoint of sufficiently increasing the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose, the available chlorine concentration is more preferably 7% by mass or more, even more preferably 10% by mass or more, even more preferably 14% by mass or more, even more preferably 15% by mass or more, even more preferably 18% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more. Furthermore, from the viewpoint of suppressing excessive decomposition of cellulose during defibration, the available chlorine concentration of the reaction liquid is more preferably 40% by mass or less, even more preferably 38% by mass or less. The range of the available chlorine concentration of the reaction liquid can be an appropriate combination of the above-mentioned lower and upper limits. The range of the available chlorine concentration is more preferably 7 to 43% by mass, even more preferably 14 to 43% by mass.

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.

次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化反応は、pHを5.0~14.0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、解繊が進行する傾向にある。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、より好ましくは13.5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。 The oxidation reaction of cellulosic raw materials with hypochlorous acid or its salts is preferably carried out while adjusting the pH to the range of 5.0 to 14.0. Within this range, the oxidation reaction of the cellulosic raw materials can proceed sufficiently, the amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose becomes sufficiently large, and defibration tends to proceed. The pH of the reaction system is more preferably 7.0 or higher, and even more preferably 8.0 or higher. The upper limit of the pH of the reaction system is more preferably 13.5 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.

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%)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., target concentration: 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 decrease in 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、マグネチックスターラー、撹拌棒、撹拌翼付き撹拌機(スリーワンモータ)、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させ、解繊処理なくナノセルロースを効率的に得る点で、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50~300rpmにて撹拌を行うことが好ましい。 To efficiently promote the oxidation reaction of the cellulosic raw material, it is preferable to stir the mixture of the cellulosic raw material and the aqueous sodium hypochlorite solution during the oxidation reaction. Examples of stirring methods include a magnetic stirrer, a stirring rod, a stirrer with stirring blades (three-one motor), a homomixer, a disperser-type mixer, a homogenizer, and external circulation stirring. Among these, methods using one or more of shear-type mixers such as homomixers and homogenizers, a stirrer with stirring blades, and a disperser-type mixer are preferred, as they allow the oxidation reaction of the cellulosic raw material to proceed smoothly and efficiently obtain nanocellulose without defibration processing. A method using a stirrer with stirring blades is particularly preferred. When using a stirrer with stirring blades, devices equipped with known stirring blades such as propeller blades, paddle blades, and turbine blades can be used. Furthermore, when using a stirrer with stirring blades, it is preferable to stir at a rotation speed of 50 to 300 rpm.

酸化反応における反応温度は、好ましくは15℃~100℃、より好ましくは20℃~90℃である。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を上記好ましい範囲に調整することが好ましい。反応系のpHを10以上とする場合には、反応温度を30℃以上とすることが好ましい。 The reaction temperature for the oxidation reaction is preferably 15°C to 100°C, more preferably 20°C to 90°C. 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 to adjust the pH of the reaction system to within the above-mentioned preferred range. When the pH of the reaction system is to be 10 or higher, it is preferable to set the reaction temperature to 30°C or higher.

酸化反応の反応時間は、長いほど解繊が進行する傾向にある。反応時間が長いほど、セルロース系原料中のセルロースミクロフィブリル表面への酸化が一層進行し、静電的反発や浸透圧によりフィブリル間の反発が強まることにより、微細化が進行、特に平均繊維幅がより小さくなると考えられる。
解繊処理することなく酸化によってナノセルロースを得る観点から、酸化反応の反応時間は、30分以上とすることが好ましい。酸化反応の反応時間は、解繊をより進行させる観点から、より好ましくは2時間以上、さらに好ましくは3時間以上である。酸化反応の反応時間の上限は、特に制限されず、適宜調整すればよい。反応時間の上限は、通常15日以下であり、10日以下であってもよく、7日以下であってもよい。反応時間の上限は、生産性の観点からは、好ましくは30時間以下、より好ましくは20時間以下である。
The longer the reaction time of the oxidation reaction, the more defibration tends to progress. It is thought that the longer the reaction time, the more oxidation progresses on the surface of the cellulose microfibrils in the cellulosic raw material, and the stronger the repulsion between fibrils due to electrostatic repulsion and osmotic pressure, leading to the progress of finer fiber, particularly the smaller the average fiber width.
From the viewpoint of obtaining nanocellulose by oxidation without defibration treatment, the reaction time of the oxidation reaction is preferably 30 minutes or more. From the viewpoint of further progressing defibration, the reaction time of the oxidation reaction is more preferably 2 hours or more, and even more preferably 3 hours or more. The upper limit of the reaction time of the oxidation reaction is not particularly limited and may be adjusted as appropriate. The upper limit of the reaction time is usually 15 days or less, but may also be 10 days or less, or 7 days or less. From the viewpoint of productivity, the upper limit of the reaction time is preferably 30 hours or less, more preferably 20 hours or less.

酸化反応の際のセルロース系原料の濃度は、酸化反応時の撹拌をしやすくするといった作業性向上の観点及び解繊を進行させる観点から、酸化反応時の反応混合物全量に対して、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。酸化反応の際の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、生産性の観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは3質量%以上である。酸化反応の際のセルロース系原料の濃度は、好ましくは0.1質量%以上30質量%以下の範囲であり、より好ましくは1質量%以上20質量%以下の範囲であり、さらに好ましくは1質量%以上10質量%以下の範囲である。 The concentration of the cellulosic raw material during the oxidation reaction is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less, based on the total amount of the reaction mixture during the oxidation reaction, from the perspective of improving workability by facilitating stirring during the oxidation reaction and promoting defibration. The lower limit of the cellulosic raw material concentration during the oxidation reaction is usually 0.1% by mass or more, and from the perspective of productivity, it is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and even more preferably 3% by mass or more. The concentration of the cellulosic raw material during the oxidation reaction is preferably in the range of 0.1% by mass or more to 30% by mass or less, more preferably 1% by mass or more to 20% by mass or less, and even more preferably 1% by mass or more to 10% by mass or less.

処理工程
本発明の製造方法は、酸化工程で用いた次亜塩素酸又はその塩を処理する工程(以下、「処理工程」ともいう)をさらに含むことができる。処理工程を含むことにより、セルロース系原料を酸化する反応を停止させることができる。
なお、反応の停止は、上述した反応時間に基づき停止してもよく、反応の進行具合(すなわち、反応の終点)を判断して停止してもよい。反応の終点を判断する方法としては、例えば、反応生成物の酸化の程度であるカルボキシ基量を測定する方法や、次亜塩素酸又はその塩の残量を観察する方法や、反応系のpHの変化を観察する方法等が挙げられるが、これらに限定されない。
Treatment Step The production method of the present invention may further include a step of treating the hypochlorous acid or a salt thereof used in the oxidation step (hereinafter also referred to as the "treatment step"). By including the treatment step, the reaction of oxidizing the cellulosic raw material can be stopped.
The reaction may be stopped based on the above-mentioned reaction time, or may be stopped by determining the progress of the reaction (i.e., the end point of the reaction). The method for determining the end point of the reaction includes, but is not limited to, measuring the amount of carboxyl group, which is the degree of oxidation of the reaction product, observing the remaining amount of hypochlorous acid or its salt, or observing the change in pH of the reaction system.

次亜塩素酸又はその塩を処理する方法は、特に制限されず、紫外線照射や高温条件下での自己分解等で処理してもよいが、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。具体的には、亜硫酸塩類、スルファミン酸又はその塩、チオ硫酸塩、過酸化水素、シュウ酸又はその塩、ギ酸又はその塩、次亜リン酸塩等の還元剤を添加する方法や酸化ニッケル等の分解触媒を添加する方法が挙げられる。
上記亜硫酸塩類としては、例えば、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、ピロ亜硫酸塩、次亜硫酸塩等が挙げられ、これらは水和物であってもよい。上記亜硫酸塩類としては、具体的には、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、亜硫酸水素アンモニウム、亜硫酸水素カルシウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウム、亜硫酸亜鉛、亜硫酸アンモニウム、次亜硫酸ナトリウム、次亜硫酸カリウム、次亜硫酸カルシウム、ピロ亜硫酸ナトリウム、ピロ亜硫酸カリウム、ピロ亜硫酸マグネシウム、ピロ亜硫酸カルシウム、ピロ亜硫酸アンモニウム等が挙げられ、これらの中でも亜硫酸ナトリウムが好ましい。
上記スルファミン酸又はその塩の中でも、好ましくはスルファミン酸塩である。スルファミン酸塩としては、具体的には、スルファミン酸ナトリウム、スルファミン酸カリウム、スルファミン酸カルシウム、スルファミン酸ニッケル等が挙げられる。
上記チオ硫酸塩としては、具体的には、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸アンモニウム等が挙げられる。
上記シュウ酸塩としては、具体的には、シュウ酸ナトリウム、シュウ酸カリウム等が挙げられる。
上記ギ酸塩としては、具体的には、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム等が挙げられる。
次亜リン酸塩としては、具体的には、次亜リン酸ナトリウム等が挙げられる。
これらの還元剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
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。また、次亜塩素酸又はその塩を処理する方法以外に、酸や金属触媒を添加してセルロース系原料を酸化する反応を停止させる方法を併用してもよい。
The method for treating hypochlorous acid or its salt is not particularly limited, and may be treated by ultraviolet irradiation or autolysis under high temperature conditions, but preferably includes the method of reducing hypochlorous acid or its salt.Specifically, includes the method of adding a reducing agent such as sulfites, sulfamic acid or its salt, thiosulfate, hydrogen peroxide, oxalic acid or its salt, formic acid or its salt, hypophosphite, or the method of adding a decomposition catalyst such as nickel oxide.
Examples of the sulfites include sulfites, bisulfites, pyrosulfites, hyposulfites, etc., which may be hydrates. Specific examples of the sulfites include sodium bisulfite, potassium bisulfite, ammonium bisulfite, calcium bisulfite, sodium sulfite, potassium sulfite, ammonium sulfite, zinc sulfite, ammonium sulfite, sodium hyposulfite, potassium hyposulfite, calcium hyposulfite, sodium pyrosulfite, potassium pyrosulfite, magnesium pyrosulfite, calcium pyrosulfite, ammonium pyrosulfite, etc., and among these, sodium sulfite is preferred.
Among the above sulfamic acids and salts thereof, sulfamates are preferred, and specific examples of sulfamates include sodium sulfamate, potassium sulfamate, calcium sulfamate, and nickel sulfamate.
Specific examples of the thiosulfates include sodium thiosulfate, potassium thiosulfate, and ammonium thiosulfate.
Specific examples of the oxalate include sodium oxalate and potassium oxalate.
Specific examples of the formate salt include sodium formate and potassium formate.
Specific examples of hypophosphites include sodium hypophosphite.
These reducing agents may be used alone or in combination of two or more.
The amount of reducing agent added may be adjusted appropriately depending on the amount of hypochlorous acid or its salt (effective chlorine concentration). In addition to the method of treating with hypochlorous acid or its salt, a method of adding an acid or a metal catalyst to stop the reaction of oxidizing the cellulosic raw material may be used in combination.

本発明の製造方法では、セルロース系原料を酸化した後に、解繊処理をせずに、適宜後処理を行うことによりナノセルロースを得ることができる。上記後処理の方法としては、ナノセルロースを得られる方法であれば特に制限されず、例えば、(1)酸化により得られた酸化セルロースを希釈し、光透過率を所定の範囲に調整する方法、及び、(2)固液分離してナノセルロースを含む分散液を得る方法等が挙げられる。 In the manufacturing method of the present invention, nanocellulose can be obtained by oxidizing a cellulosic raw material and then performing appropriate post-treatment without defibrating it. The post-treatment method is not particularly limited as long as it can produce nanocellulose, and examples include (1) diluting the oxidized cellulose obtained by oxidation to adjust the light transmittance to a predetermined range, and (2) performing solid-liquid separation to obtain a dispersion containing nanocellulose.

(1)酸化により得られた酸化セルロースを希釈し、光透過率を所定の範囲に調整する方法
本発明の製造方法の酸化により得られた酸化セルロースを含む分散液を希釈することにより、当該酸化セルロースのナノ化が進行する。ナノ化したことは、希釈液の光透過率を測定することにより確認することができ、当該光透過率を70%以上とすることが好ましい。なお、上記光透過率は、固形分濃度0.1質量%の希釈液の光透過率を測定して得られる値である。
したがって、本発明の一つは、次亜塩素酸又はその塩によりセルロース系原料を酸化し酸化セルロースを得て、前記酸化により得られた酸化セルロースを含む分散液を希釈する工程を含む、前記希釈後の分散液を固形分濃度0.1質量%としたときの光透過率が70%以上である、製造方法である。
上記希釈には分散液を構成する分散媒を用いることが好ましく、分散媒としては後述するプロトン化工程に用いる分散媒を用いることができる。
(1) Method of diluting oxidized cellulose obtained by oxidation and adjusting light transmittance within a predetermined range Diluting a dispersion containing oxidized cellulose obtained by oxidation according to the production method of the present invention promotes nano-sizing of the oxidized cellulose. Nano-sizing can be confirmed by measuring the light transmittance of the diluted solution, and it is preferable to adjust the light transmittance to 70% or higher. The above light transmittance is the value obtained by measuring the light transmittance of a diluted solution with a solids concentration of 0.1% by mass.
Therefore, one aspect of the present invention is a production method comprising the steps of oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof to obtain oxidized cellulose, and diluting a dispersion containing the oxidized cellulose obtained by the oxidation, wherein the diluted dispersion has a light transmittance of 70% or more when the solids concentration is 0.1% by mass.
For the dilution, it is preferable to use a dispersion medium that constitutes the dispersion liquid, and as the dispersion medium, the dispersion medium used in the protonation step described below can be used.

上記希釈において、得られる希釈液における酸化セルロースの濃度は、通常5質量%以下に調整すればよい。希釈により酸化セルロースのナノ化が進行する理由は、分散媒の割合が高まることで、酸化セルロースの表面が分散媒と相互作用しやすくなり、酸化セルロースがほぐされるためであると推定される。また、希釈により塩析効果が弱まることによりナノ化が進行しやすくなると推定される。ナノ化が進行する理由は、これらに限定されない。
希釈液における酸化セルロースの濃度は、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。希釈液における酸化セルロースの濃度の下限値は、0質量%超過であればよく、ナノ化後の取り扱い容易性の観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上である。
In the above dilution, the concentration of oxidized cellulose in the resulting diluted solution can usually be adjusted to 5% by mass or less. It is presumed that the reason why dilution promotes nano-scale formation of oxidized cellulose is that the increased proportion of dispersion medium facilitates interaction between the surface of the oxidized cellulose and the dispersion medium, thereby loosening the oxidized cellulose. It is also presumed that dilution weakens the salting-out effect, facilitating nano-scale formation. The reasons for the progression of nano-scale formation are not limited to these.
The concentration of oxidized cellulose in the diluted solution is preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, and even more preferably 1% by mass or less. The lower limit of the oxidized cellulose concentration in the diluted solution may be greater than 0% by mass, and from the viewpoint of ease of handling after nanoization, it is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more.

上記光透過率は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。 The above light transmittance is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

上記希釈液の光透過率を70%以上とするためには、希釈後に時間を経過させることが好ましい。時間を長くすることにより光透過率はより高くなる傾向にあり、酸化セルロースのナノ化が進行し、ナノセルロースを含む分散液をより効率的に得られる傾向にある。光透過率は、例えば、ナノセルロースの水分散体を10mm厚の石英セルに入れて、分光光度計(JASCO V-550)により測定することができる。 To ensure that the light transmittance of the diluted solution is 70% or higher, it is preferable to allow time to pass after dilution. Longer time periods tend to increase light transmittance, promote nano-synthesis of oxidized cellulose, and more efficiently obtain a dispersion containing nanocellulose. Light transmittance can be measured, for example, by placing the aqueous nanocellulose dispersion in a 10 mm thick quartz cell and using a spectrophotometer (JASCO V-550).

経過時間は、光透過率を確認しながら適宜調整すればよいが、通常30分以上であればよく、1時間以上であってもよく、6時間以上であってもよく、12時間以上であってもよく、18時間以上であってもよく、1日以上であってもよい。時間を長くするほどナノ化が進行する傾向にある。静置する時間の上限値は、特に制限されず、5日以下であってもよく、3日以下であってもよく、2日以下であってもよい。 The elapsed time can be adjusted as appropriate while checking the light transmittance, but is usually at least 30 minutes, and may be at least 1 hour, at least 6 hours, at least 12 hours, at least 18 hours, or at least 1 day. The longer the time, the more nano-ization tends to progress. There is no particular upper limit to the time allowed to stand, and it may be at most 5 days, at most 3 days, or at most 2 days.

希釈する工程は、後述する塩化工程の後に行うことが好ましい。 The dilution process is preferably carried out after the salification process described below.

(2)固液分離してナノセルロースを含む分散液を得る方法
本発明の製造方法では、酸化により得られた反応混合物(以下、酸化物分散体ともいう)を用いて、ろ過等の公知の固液分離を必要に応じて行うことが好ましい。したがって、本発明の製造方法の一態様は、次亜塩素酸又はその塩を用いてセルロース系原料を酸化し、前記酸化の後、解繊処理を実質的に行うことなく、得られた反応混合物を必要に応じて固液分離して、ナノセルロースを含む分散液を得る工程を含む。ここでいう固液分離とは、固形分と液相とを分離する操作を意味し、ナノセルロースを含む分散液が液相に相当する。上記操作を単に分離工程ともいう。
本発明のこの一態様において、固液分離を行うことがより好ましい。固液分離を行うことにより、微細化されていない酸化セルロースを固形分として除去することができる。この微細化されていない酸化セルロース(すなわち、固液分離による固形分)は、再利用してさらに酸化反応を行うか、解繊処理の工程に供して微細化してもよい。また、上述した(1)のとおり、得られた酸化セルロースを希釈し、光透過率を所定の範囲に調整する方法に供してもよい。
(2) Method for Obtaining a Dispersion Containing Nanocellulose by Solid-Liquid Separation In the manufacturing method of the present invention, it is preferable to perform known solid-liquid separation such as filtration as needed using the reaction mixture obtained by oxidation (hereinafter also referred to as oxide dispersion). Therefore, one aspect of the manufacturing method of the present invention includes a step of oxidizing a cellulosic raw material using hypochlorous acid or a salt thereof, and, after the oxidation, subjecting the resulting reaction mixture to solid-liquid separation as needed without substantially performing a defibration treatment to obtain a dispersion containing nanocellulose. Here, solid-liquid separation refers to the operation of separating the solid content from the liquid phase, and the dispersion containing nanocellulose corresponds to the liquid phase. The above operation is also simply referred to as the separation step.
In this aspect of the present invention, it is more preferable to carry out solid-liquid separation. By carrying out solid-liquid separation, it is possible to remove non-micronized oxidized cellulose as a solid content. This non-micronized oxidized cellulose (i.e., the solid content obtained by solid-liquid separation) may be reused for further oxidation reaction, or may be subjected to a defibration treatment process to be micronized. Furthermore, as described above in (1), the obtained oxidized cellulose may be diluted and subjected to a method for adjusting the light transmittance to a predetermined range.

本発明の製造方法では、得られた反応混合物を必要に応じて固液分離し、ナノセルロースを含む分散液を得て、必要に応じてこの分散液を精製してもよい。
精製の方法は、分散液中のナノセルロース以外の不純物を除く手段であれば特に制限されない。不純物としては、酸化反応等に由来する塩成分や、酸化反応が過度に進行した結果として得られる粒子状のセルロース、可溶成分等が挙げられる。精製の具体的な方法としては、一般的な手法、例えば、透析チューブに分散液を入れて不純物を水などに抜き出す方法や、電気透析、各種のクロマトグラフィー(分配クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー等のクロマトグラフィー)等が挙げられる。
In the production method of the present invention, the obtained reaction mixture may be subjected to solid-liquid separation as needed to obtain a dispersion containing nanocellulose, and this dispersion may be purified as needed.
The purification method is not particularly limited as long as it is a means for removing impurities other than nanocellulose from the dispersion. Examples of impurities include salt components derived from oxidation reactions, particulate cellulose obtained as a result of excessive oxidation reactions, and soluble components. Specific purification methods include common techniques, such as placing the dispersion in a dialysis tube and extracting impurities into water, electrodialysis, and various types of chromatography (such as partition chromatography, adsorption chromatography, size exclusion chromatography, and ion exchange chromatography).

プロトン化工程
本発明の製造方法は、上記(1)及び/又は(2)を行う前後において、好ましくは上記(1)及び/又は(2)を行う前において、酸化工程にて得られたセルロース系酸化物に酸を添加し、pHが4.0以下である酸化物分散体を調製する工程(以下、「プロトン化工程」ともいう)をさらに含むことができる。ここで、酸化物分散体に含まれるセルロース系酸化物にはカルボキシ基が含まれており、プロトン化工程は、かかるカルボキシ基の少なくとも一部を塩型(-COO-+:X+はナトリウム等の陽イオンを指す)からプロトン型(-COO-+)とするための工程である。
The production method of the present invention may further include a step of adding an acid to the cellulose oxide obtained in the oxidation step to prepare an oxide dispersion having a pH of 4.0 or less (hereinafter also referred to as a "protonation step"), either before or after carrying out the above steps (1) and/or (2), preferably before carrying out the above steps (1) and/or (2). Here, the cellulose oxide contained in the oxide dispersion contains carboxy groups, and the protonation step is a step for converting at least a portion of these carboxy groups from the salt form (-COO - X + : X + represents a cation such as sodium) to the proton form (-COO - H + ).

プロトン化工程に用いる酸としては、pHが4.0以下である酸化物分散体を調製できるものであれば特に限定されず、無機酸や有機酸が挙げられる。これらの中でも、取り扱いやすさの点から、無機酸、特に塩酸が好ましい。また、プロトン化工程には、陽イオン交換樹脂を用いてもよい。 The acid used in the protonation step is not particularly limited as long as it can prepare an oxide dispersion having a pH of 4.0 or less, and examples of such acids include inorganic acids and organic acids. Among these, inorganic acids, particularly hydrochloric acid, are preferred from the standpoint of ease of handling. A cation exchange resin may also be used in the protonation step.

陽イオン交換樹脂としては、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂及び弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができ、これらの中でも好ましくは強酸性イオン交換樹脂である。強酸性イオン交換樹脂及び弱酸性イオン交換樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂或いはアクリル系樹脂にスルホン酸基或いはカルボキシ基を導入したものが挙げられる。陽イオン交換樹脂の形状は、特に限定されず、細粒(粒状)、膜状、繊維等、種々の形状のものを用いることができる。中でも、カルボキシル化セルロースナノファイバー塩を効率よく脱塩処理し、脱塩処理後の分離が容易であるとの観点から、粒状が好ましい。このような陽イオン交換樹脂としては市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、アンバージェット1020、同1024、同1060、同1220(以上、オルガノ社製)、アンバーライトIR-200C、同IR-120B(以上、東京有機化学社製)、レバチットSP112、同S100(以上、バイエル社製)、GELCK08P(三菱化学社製)、Dowex50W-X8(ダウ・ケミカル社製)等が挙げられる。
陽イオン交換樹脂を用いてプロトン化した後は、陽イオン交換樹脂を金属メッシュ等により濾過して除去すればよい。
As the cation exchange resin, either a strong acid ion exchange resin or a weak acid ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + , and among these, a strong acid ion exchange resin is preferred. Examples of strong acid ion exchange resins and weak acid ion exchange resins include styrene-based resins or acrylic-based resins into which sulfonic acid groups or carboxy groups have been introduced. The shape of the cation exchange resin is not particularly limited, and various shapes such as fine particles (granules), membranes, and fibers can be used. Among these, granular shapes are preferred from the viewpoint of efficiently desalting the carboxylated cellulose nanofiber salt and facilitating separation after desalting. Commercially available cation exchange resins can be used. Examples of commercially available products include Amberjet 1020, 1024, 1060, and 1220 (all manufactured by Organo Corporation), Amberlite IR-200C and IR-120B (both manufactured by Tokyo Organic Chemical Industry Co., Ltd.), Lewatit SP112 and Lewatit S100 (both manufactured by Bayer AG), GELCK08P (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and Dowex 50W-X8 (manufactured by The Dow Chemical Company).
After protonation using the cation exchange resin, the cation exchange resin may be removed by filtration using a metal mesh or the like.

プロトン化工程に用いる分散媒としては特に制限はなく、上記酸に含まれる溶媒をそのまま使用することが好ましい。また、目的に応じて、酸に含まれていない分散媒を適宜併用することや、酸に含まれている溶媒を他の分散媒に置換することもできる。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の有機溶剤が挙げられる。これらの中では、得られる酸化セルロースの収率をより高くする観点から、水が好ましい。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。 There are no particular restrictions on the dispersion medium used in the protonation step, and it is preferable to use the solvent contained in the acid as is. Depending on the purpose, a dispersion medium not contained in the acid can also be used as appropriate, or the solvent contained in the acid can be replaced with another dispersion medium. Specific examples of dispersion mediums include water; and organic solvents such as alcohols, ethers, ketones, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and dimethyl sulfoxide. Of these, water is preferred from the perspective of increasing the yield of oxidized cellulose obtained. As the solvent, one of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

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 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.

酸化物分散体のpHは、好ましくは4.0以下であり、より好ましくは3.0以下であり、さらに好ましくは2.5以下である。このとき、酸化物分散体のpHの下限は特に制限されず、通常1.0以上であり、好ましくは1.5以上であり、より好ましくは2.0以上である。酸化物分散体のpHの範囲としては、上記上限値と下限値を適宜組み合わせればよい。 The pH of the oxide dispersion is preferably 4.0 or less, more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.5 or less. In this case, the lower limit of the pH of the oxide dispersion is not particularly limited, and is usually 1.0 or more, preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more. The pH range of the oxide dispersion can be determined by appropriately combining the above upper and lower limits.

本発明の製造方法がプロトン化工程を含む場合は、プロトン化工程は、後述する分離工程前であることが好ましく、酸化工程後であることが好ましいものの、酸化工程の一部と同時であってもよい。 When the production method of the present invention includes a protonation step, the protonation step is preferably performed before the separation step described below, and preferably after the oxidation step, but may also be performed simultaneously with part of the oxidation step.

セルロース系酸化物は、それをプロトン化工程の前後やその間において必要に応じてさらに精製等することにより、分離工程に用いてもよい。また、酸化工程により得られたセルロース系酸化物を含む溶液をそのまま分離工程に供してもよい。 The cellulose-based oxide may be further purified, if necessary, before, during, or after the protonation step before being used in the separation step. Alternatively, the solution containing the cellulose-based oxide obtained in the oxidation step may be directly subjected to the separation step.

分離工程
本発明の酸化セルロースの製造方法は、セルロース系酸化物と分散媒とを含む酸化物分散体を固液分離し、酸化セルロースを得る工程(分離工程)を含むことができる。上記(2)の方法を採用する場合、分離工程を含む。
The method for producing oxidized cellulose of the present invention can include a step (separation step) of subjecting an oxide dispersion containing a cellulose-based oxide and a dispersion medium to solid-liquid separation to obtain oxidized cellulose. When the method (2) above is adopted, the separation step is included.

酸化物分散体を固液分離する方法としては、特に限定されないが、遠心分離やろ過等の公知の単離処理によって、液相を除去し、固相に含まれる酸化セルロースを得る方法が挙げられる。この中では、酸化物分散体をろ過することによって固液分離することが、操作性の点で好ましい。 The method for solid-liquid separation of the oxide dispersion is not particularly limited, but examples include methods that involve removing the liquid phase by known isolation processes such as centrifugation or filtration, and obtaining the oxidized cellulose contained in the solid phase. Among these, solid-liquid separation by filtering the oxide dispersion is preferred from the standpoint of operability.

分離工程における酸化物分散体のpHは、酸化セルロースの回収率を高める観点から、好ましくは4.0以下であり、より好ましくは3.0以下であり、さらに好ましくは2.5以下である。このとき、酸化物分散体のpHの下限は特に制限されないが、通常1.0以上であり、好ましくは1.5以上であり、より好ましくは2.0以上である。酸化物分散体のpHの範囲としては、上記上限値と下限値を適宜組み合わせればよい。 From the viewpoint of increasing the recovery rate of oxidized cellulose, the pH of the oxide dispersion in the separation step is preferably 4.0 or less, more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.5 or less. There is no particular lower limit to the pH of the oxide dispersion, but it is usually 1.0 or more, preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more. The pH range of the oxide dispersion can be determined by appropriately combining the above upper and lower limits.

分離工程に用いる分散媒は、酸化工程において用いた溶媒あるいはプロトン化工程に用いる分散媒そのまま使用することが好ましい。 It is preferable to use the same dispersion medium used in the oxidation step or the protonation step as the dispersion medium used in the separation step.

洗浄工程
本発明の製造方法は、酸化物分散体又は酸化セルロースを酸性の洗浄液で洗浄する工程(以下、「洗浄工程」ともいう)をさらに含むことができる。
Washing Step The production method of the present invention may further include a step of washing the oxide dispersion or oxidized cellulose with an acidic washing solution (hereinafter also referred to as the "washing step").

洗浄工程に用いる酸性の洗浄液としては、プロトン化工程に用いる酸と分散媒とを含む溶液を用いることができるが、特に制限されない。 The acidic cleaning solution used in the cleaning step can be a solution containing the acid and dispersion medium used in the protonation step, but is not particularly limited.

酸性の洗浄液のpHは、上述した酸化物分散体のpHと同様であり、好ましくは4.0以下であり、より好ましくは3.0以下であり、さらに好ましくは2.5以下である。このとき、酸性の洗浄液のpHの下限は特に制限されないが、通常1.0以上であり、好ましくは1.5以上であり、より好ましくは2.0以上である。酸性の洗浄液のpHの範囲としては、上記上限値と下限値を適宜組み合わせればよい。 The pH of the acidic cleaning solution is the same as that of the oxide dispersion described above, and is preferably 4.0 or less, more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.5 or less. There is no particular lower limit to the pH of the acidic cleaning solution, but it is typically 1.0 or more, preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more. The pH range of the acidic cleaning solution can be determined by appropriately combining the above upper and lower limits.

洗浄工程を含む場合は、洗浄工程は、分離工程の前後又は同時であればよく、分離工程と洗浄工程とを繰り返す操作を行ってもよい。 If a washing step is included, the washing step may be performed before, after, or simultaneously with the separation step, and the separation and washing steps may be repeated.

塩化工程
本発明の製造方法は、塩基を添加し、分離工程で得られた酸化セルロースと分散媒とを含む酸化セルロース分散体のpHを4.0超に調整する工程(以下、「塩化工程」ともいう。また、塩化工程を「中和工程」ともいう。)をさらに含むことができる。ここで、酸化セルロース分散体に含まれる酸化セルロースにはカルボキシ基が含まれており、塩化工程は、かかるカルボキシ基の少なくとも一部をプロトン型(-COO-+)から塩型(-COO-+:X+はナトリウム、リチウム等の陽イオンを指す)とするための工程である。
The production method of the present invention can further include a step of adding a base to adjust the pH of the oxidized cellulose dispersion containing the oxidized cellulose obtained in the separation step and a dispersion medium to above 4.0 (hereinafter also referred to as the "chlorination step", or "neutralization step"). Here, the oxidized cellulose contained in the oxidized cellulose dispersion contains carboxy groups, and the chloride step is a step for converting at least a portion of these carboxy groups from the proton form (-COO - H + ) to the salt form (-COO - X + : X + represents a cation such as sodium or lithium).

塩化工程に用いる塩基としては、酸化セルロース分散体のpHを4.0超に調整できるものであれば特に限定されず、無機塩基や有機塩基が挙げられる。これらの中でも、取り扱いやすさの点から、無機塩基、特に水酸化ナトリウムが好ましい。
また、塩基としては、アミンも用いることができる。アミンとしては、第一級アミンであっても、第二級アミンであっても、第三級アミンであっても、第四級アミンであってもよい。
The base used in the salification step is not particularly limited as long as it can adjust the pH of the oxidized cellulose dispersion to greater than 4.0, and examples thereof include inorganic bases and organic bases. Of these, inorganic bases, particularly sodium hydroxide, are preferred from the standpoint of ease of handling.
Furthermore, an amine can also be used as the base, and the amine may be a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine, or a quaternary amine.

酸化セルロース分散体のpHは、好ましくは5.0以上、より好ましくは6.0以上、さらに好ましくは7.0以上である。pHの上限値は特に制限されないが、好ましくは14.5以下、より好ましくは14.0以下、さらに好ましくは12.0以下、よりさらに好ましくは10.0以下、さらにより好ましくは9.0以下、特に好ましくは8.0以下である。
である。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。
The pH of the oxidized cellulose dispersion is preferably 5.0 or higher, more preferably 6.0 or higher, and even more preferably 7.0 or higher. There are no particular limitations on the upper limit of the pH, but it is preferably 14.5 or lower, more preferably 14.0 or lower, even more preferably 12.0 or lower, still more preferably 10.0 or lower, even more preferably 9.0 or lower, and particularly preferably 8.0 or lower.
The pH range may be determined by appropriately combining the above upper and lower limits.

塩化工程に用いる分散媒としては特に制限はなく、上記塩基に含まれる溶媒をそのまま使用することが好ましい。また、目的に応じて、塩基に含まれていない分散媒を適宜併用することや、塩基に含まれている溶媒を他の分散媒に置換することもできる。分散媒の具体例は、プロトン化工程に用いる分散媒と同様である。ただし、ナノセルロースの単離が容易となるため、水及び/又は有機溶剤が好ましい。 There are no particular restrictions on the dispersion medium used in the salification step, and it is preferable to use the solvent contained in the base as is. Depending on the purpose, a dispersion medium not contained in the base can also be used, or the solvent contained in the base can be replaced with another dispersion medium. Specific examples of dispersion mediums are the same as those used in the protonation step. However, water and/or organic solvents are preferred, as this makes it easier to isolate nanocellulose.

塩化工程を含む場合は、塩化工程は、分離工程後であればよく、洗浄工程の前後又は同時であってもよい。 If a chlorination step is included, the chlorination step may be performed after the separation step, or may be performed before, after, or simultaneously with the washing step.

本発明の製造方法において、セルロース系原料を次亜塩素酸又はその塩で酸化する処理では、TEMPO等のN-オキシル化合物を用いる必要がない。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とが好ましい。ここで、本明細書において、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、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、セルロース系原料からの増加分として2.0ppm以下であることを意味する。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。 In the manufacturing method of the present invention, the process of oxidizing the cellulosic raw material with hypochlorous acid or its salt does not require the use of 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, it is preferable that the nanocellulose of the present invention be substantially free of N-oxyl compounds. Here, in this specification, nanocellulose "substantially free of N-oxyl compounds" means that no N-oxyl compounds are used during oxidation, or that the content of nitrogen derived from N-oxyl compounds in the nanocellulose is 2.0 ppm or less as an increase from the cellulosic raw material. The amount of N-oxyl compounds in the nanocellulose is preferably 1.0 ppm or less as an increase from the cellulosic raw material.

本発明におけるナノセルロースは一態様として、上述したように、平均繊維幅、平均繊維長、又はアスペクト比によって特徴づけることができるが、その他の態様として、所定のゼータ電位や光透過率を有していてもよい。 In one aspect, the nanocellulose of the present invention can be characterized by the average fiber width, average fiber length, or aspect ratio, as described above, but in other aspects, it may also have a predetermined zeta potential or light transmittance.

(ゼータ電位)
本開示の実施の一形態において、本発明におけるナノセルロースは、ゼータ電位が-30mV以下であることが好ましい。ゼータ電位が-30mV以下(すなわち、絶対値が30mV以上)であると、ミクロフィブリル同士の反発が十分に得られ、表面電荷密度が高いナノセルロースが生じやすくなる。これにより、ナノセルロースの分散安定性が向上し、スラリーとしたときの粘度安定性、及びハンドリング性を優れたものとすることができる。分散安定性の観点からは、ゼータ電位の下限は特に制限されない。ただし、ゼータ電位が-100mV以上(すなわち、絶対値が100mV以下)の場合には、酸化の進行に伴う繊維方向の酸化切断が抑制される傾向にあるため、均一なサイズのナノセルロースを得ることができる傾向にある。
ゼータ電位は、例えば、酸化をより進行させる側(すなわち、酸化度合いを高くする側)に酸化の反応時間、反応温度及び撹拌条件の1つ以上を設定する(例えば、反応時間を長くする)ことによって高くなる傾向にある。
(Zeta potential)
In one embodiment of the present disclosure, the nanocellulose of the present invention preferably has a zeta potential of -30 mV or less. When the zeta potential is -30 mV or less (i.e., an absolute value of 30 mV or more), sufficient repulsion between microfibrils is obtained, making it easier to produce nanocellulose with a high surface charge density. This improves the dispersion stability of the nanocellulose, and when made into a slurry, it can achieve excellent viscosity stability and handleability. From the perspective of dispersion stability, there is no particular lower limit for the zeta potential. However, when the zeta potential is -100 mV or more (i.e., an absolute value of 100 mV or less), oxidative scission in the fiber direction as oxidation progresses tends to be suppressed, and nanocellulose of uniform size tends to be obtained.
The zeta potential tends to increase, for example, by setting one or more of the oxidation reaction time, reaction temperature, and stirring conditions (e.g., by lengthening the reaction time) to promote oxidation (i.e., to increase the degree of oxidation).

上記の観点から、本発明におけるナノセルロースのゼータ電位は、より好ましくは-35mV以下、さらに好ましくは-40mV以下、よりさらに好ましくは-50mV以下である。また、ゼータ電位の下限については、好ましくは-90mV以上、より好ましくは-85mV以上、さらに好ましくは-80mV以上、よりさらに好ましくは-77mV以上である。ゼータ電位の範囲は、既述の下限及び上限を適宜組み合わせることができる。ゼータ電位は、好ましくは-90mV以上-35mV以下であり、より好ましくは-85mV以上-40mV以下であり、さらに好ましくは-80mV以上-50mV以下である。なお、本明細書においてゼータ電位は、本発明におけるナノセルロースと水とを混合してナノセルロースの濃度を0.1質量%としたセルロース水分散体につき、pH8.0、20℃の条件で測定した値である。 From the above perspective, the zeta potential of the nanocellulose of the present invention is more preferably -35 mV or less, even more preferably -40 mV or less, and even more preferably -50 mV or less. Furthermore, the lower limit of the zeta potential is preferably -90 mV or more, more preferably -85 mV or more, even more preferably -80 mV or more, and even more preferably -77 mV or more. The zeta potential range can be determined by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits. The zeta potential is preferably -90 mV or more to -35 mV or less, more preferably -85 mV or more to -40 mV or less, and even more preferably -80 mV or more to -50 mV or less. Note that the zeta potential in this specification is a value measured at pH 8.0 and 20°C for a cellulose aqueous dispersion prepared by mixing the nanocellulose of the present invention with water to a nanocellulose concentration of 0.1% by mass.

ゼータ電位は、詳細には以下の方法にしたがい測定することができる。
ナノセルロースに純水を加えて、ナノセルロースの濃度が約0.1%になるように希釈する。希釈後のナノセルロース水分散体に、0.05mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを約8.0に調整して、例えば、大塚電子社製ゼータ電位計(ELSZ-1000)によりゼータ電位を20℃で測定する。
Specifically, the zeta potential can be measured according to the following method.
Pure water is added to the nanocellulose to dilute it to a nanocellulose concentration of about 0.1%. After dilution, a 0.05 mol/L aqueous solution of sodium hydroxide is added to the nanocellulose aqueous dispersion to adjust the pH to about 8.0, and the zeta potential is measured at 20 ° C. using, for example, a zeta potential meter (ELSZ-1000) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.

(光透過率)
本発明におけるナノセルロースを分散媒中に分散させたナノセルロース分散体は、セルロース繊維の光散乱等が少なく、高い光透過率を示すことができる。具体的には、好適な実施の一形態において、本発明におけるナノセルロースは、水と混合して固形分濃度0.1質量%とした混合液における光透過率が70%以上である。当該光透過率は、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、よりさらに好ましくは92%以上であり、さらにより好ましくは95%以上である。なお、光透過率は、分光光度計により測定した波長660nmでの値である。
(light transmittance)
The nanocellulose dispersion of the present invention, in which nanocellulose is dispersed in a dispersion medium, has little light scattering from cellulose fibers and can exhibit high light transmittance. Specifically, in a preferred embodiment, the nanocellulose of the present invention has a light transmittance of 70% or more in a mixed solution mixed with water to a solids concentration of 0.1% by mass. The light transmittance is more preferably 80% or more, even more preferably 90% or more, even more preferably 92% or more, and even more preferably 95% or more. The light transmittance is a value measured at a wavelength of 660 nm using a spectrophotometer.

光透過率は、例えば、ナノセルロースの水分散体を10mm厚の石英セルに入れて、分光光度計(JASCO V-550)により測定することができる。 Light transmittance can be measured, for example, by placing an aqueous dispersion of nanocellulose in a 10 mm thick quartz cell and using a spectrophotometer (JASCO V-550).

本発明におけるナノセルロースは、上述のとおり、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することによって得られる。本明細書において、セルロース系原料の酸化物を、酸化セルロースともいう。本発明におけるナノセルロースは、酸化セルロースを含み、酸化セルロースそのものであることが好ましい。
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、微細化が不十分である傾向にある。また、酸化セルロースの重合度が600を超えると、解繊が不十分なナノセルロースが多くなるため、これを分散媒中に分散させた場合に光散乱等が多くなり、透明度が低下することがある。重合度の下限は特に設定されないが、酸化セルロースの重合度が50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、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、50~600であることが好ましい。
As described above, the nanocellulose of the present invention is obtained by oxidizing a cellulosic raw material using hypochlorous acid or a salt thereof. In this specification, the oxide of a cellulosic raw material is also referred to as oxidized cellulose. The nanocellulose of the present invention includes oxidized cellulose, and is preferably oxidized cellulose itself.
The degree of polymerization of oxidized cellulose is preferably 600 or less. If the degree of polymerization of oxidized cellulose exceeds 600, there is a tendency for insufficient micronization. Furthermore, if the degree of polymerization of oxidized cellulose exceeds 600, a large amount of insufficiently defibrated nanocellulose will be produced, and when this is dispersed in a dispersion medium, light scattering and the like will increase, and transparency may decrease. There is no particular lower limit for the degree of polymerization, but if the degree of polymerization of oxidized cellulose is less than 50, the proportion of particulate cellulose rather than fibrous cellulose will increase, resulting in non-uniform quality of the slurry and unstable viscosity. From the above perspectives, the degree of polymerization of oxidized cellulose is preferably 50 to 600.

酸化セルロースの重合度は、より好ましくは580以下、さらに好ましくは560以下、よりさらに好ましくは550以下、一層好ましくは500以下、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及び塗工性を良好にする観点から、より好ましくは80以上、さらに好ましくは90以上、よりさらに好ましくは100以上、一層好ましくは110以上、より一層好ましくは120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。本酸化セルロースの重合度は、より好ましくは80~600であり、更に好ましくは90~600であり、よりさらに好ましくは100~600であり、一層好ましくは100~550であり、より一層好ましくは100~500である。 The degree of polymerization of the oxidized cellulose 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 viewpoint of improving the viscosity stability and coatability of the slurry, the lower limit of the degree of polymerization is more preferably 80 or more, even more preferably 90 or more, even more preferably 100 or more, even more preferably 110 or more, and even more preferably 120 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 the present oxidized cellulose is more preferably 80 to 600, even more preferably 90 to 600, even more preferably 100 to 600, even more preferably 100 to 550, and even more preferably 100 to 500.

酸化セルロースの重合度は、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。他の方法として、酸化セルロースの重合度は、酸化反応時の反応系の攪拌条件によって調整することができる。例えば、攪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、スターラーによる攪拌等のように反応系の攪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、セルロース系原料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。 The degree of polymerization of oxidized cellulose can be adjusted by changing the reaction time, reaction temperature, pH, and available chlorine concentration of hypochlorous acid or its salt during the oxidation reaction. Specifically, since increasing the degree of oxidation tends to decrease the degree of polymerization, methods for decreasing the degree of polymerization include increasing the oxidation reaction time and/or reaction temperature. Alternatively, the degree of polymerization of oxidized cellulose can be adjusted by adjusting the stirring conditions of the reaction system during the oxidation reaction. For example, if 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 uneven, 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 the cellulose-based raw material. Therefore, the degree of polymerization of oxidized cellulose can also be adjusted by selecting the cellulose-based 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.

酸化セルロースの重合度は、詳細には以下の方法にしたがい測定することができる。
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に対して約0.1gとする。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。純水約10mlに乾燥させた酸化セルロース約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約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]
Specifically, the degree of polymerization of oxidized cellulose can be measured according to the following method.
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 approximately 0.1 g per 1 g of oxidized cellulose. After reduction, solid-liquid separation was performed by suction filtration, followed by washing with water. The resulting oxidized cellulose was freeze-dried. Approximately 0.04 g of dried oxidized cellulose was added to approximately 10 ml of pure water and stirred for 2 minutes, after which approximately 10 ml of 1 M copper ethylenediamine solution was added to dissolve it. The flow time of the blank solution and 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 oxidized cellulose concentration (c [g/ml]) using the following equations, and the degree of polymerization (DP) of the oxidized cellulose was calculated using the viscosity measurement equation.
ηr = η/η0 = t/t0
ηsp=ηr-1
[η]=ηsp/(100×c(1+0.28ηsp))
DP = 175 × [η]

(カルボキシ基量)
本発明におけるナノセルロースのカルボキシ基量は、0.30mmol/g以上2.0mmol/g未満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、十分に微細化したセルロース繊維が得られる傾向にある。また、品質が均一化されたナノセルロース含有スラリーを得ることができ、スラリーの粘度安定性、ハンドリング性を向上させることができる。一方、カルボキシ基量が2.0mmol/g以下であると、セルロースが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、カルボキシ基量は、より好ましくは0.35mmol/g以上、さらに好ましくは0.40mmol/g以上、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、さらに好ましくは1.2mmol/g、よりさらに好ましくは1.0mmol/g以下である。
(Carboxy group amount)
The amount of carboxy groups in the nanocellulose of the present invention is preferably 0.30 mmol/g or more and less than 2.0 mmol/g. When the amount of carboxy groups is 0.30 mmol/g or more, sufficiently fine cellulose fibers tend to be obtained. In addition, a nanocellulose-containing slurry of uniform quality can be obtained, and the viscosity stability and handleability of the slurry can be improved. On the other hand, when the amount of carboxy groups is 2.0 mmol/g or less, excessive decomposition of cellulose can be suppressed, and nanocellulose of uniform quality with a low proportion of particulate cellulose can be obtained. From this perspective, the amount of carboxy groups 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 amount of carboxy groups is more preferably 1.5 mmol/g or less, even more preferably 1.2 mmol/g, and even more preferably 1.0 mmol/g or less.

なお、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。詳細は、後述する実施例に記載の方法に従う。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)
The amount of carboxy groups (mmol/g) 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. Details are given in accordance with the method described in the Examples below. The amount of carboxy groups 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)

本発明におけるナノセルロースは、次亜塩素酸又はその塩によりセルロース系原料を酸化することにより得ることができる。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ことが好ましい。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 nanocellulose of the present invention can be obtained by oxidizing a cellulose-based raw material with hypochlorous acid or a salt thereof. The oxidized cellulose obtained in this manner preferably has a structure in which at least two of the hydroxyl groups on the glucopyranose ring that constitutes the cellulose have been oxidized; more specifically, it preferably has a structure in which the second and third hydroxyl groups 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 using solid-state 13C-NMR spectroscopy.

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.

本発明におけるナノセルロースの繊維長の標準偏差は、好ましくは600nm以下であり、より好ましくは500nm以下であり、さらに好ましくは10nm以上500nm以下の範囲である。
繊維長の標準偏差が600nmを超える場合、ナノセルロースのスラリーは、不均一な部分が生じ易くなり、スラリーの状態、特に粘度安定性が低下する。そのため、標準偏差は小さいほど好ましい。但し、標準偏差を10nm未満にしようとすると酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
The standard deviation of the fiber length of the nanocellulose in the present invention is preferably 600 nm or less, more preferably 500 nm or less, and even more preferably in the range of 10 nm or more and 500 nm or less.
If the standard deviation of the fiber length exceeds 600 nm, the nanocellulose slurry is prone to unevenness, and the state of the slurry, particularly its viscosity stability, deteriorates. Therefore, the smaller the standard deviation, the better. However, if the standard deviation is to be less than 10 nm, the reaction time of the oxidation reaction must be significantly increased, which is not economically preferable.

本発明におけるナノセルロースにおける繊維長の標準偏差は、例えば、セルロース系原料の種類の選択、カルボキシ基量を制御すること、具体的には、酸化反応の時間を制御すること;酸化反応の撹拌を調整すること;等によって、所定の範囲に制御することができる。繊維長の標準偏差の制御方法は、これらに限定されず、また、これらの方法の2つ以上を組み合わせて行ってもよい。 The standard deviation of fiber length in nanocellulose in the present invention can be controlled within a predetermined range by, for example, selecting the type of cellulosic raw material, controlling the amount of carboxyl groups, specifically by controlling the time of the oxidation reaction, or adjusting the stirring of the oxidation reaction. Methods for controlling the standard deviation of fiber length are not limited to these, and two or more of these methods may be combined.

なお、本発明における繊維長の標準偏差は、統計的な対象となる値がその平均からどれだけ広い範囲に分布しているかを表すものである。標準偏差は、データ数をn、各データをxとすれば、下記式(1)から求められる。 In this invention, the standard deviation of fiber length indicates how widely the statistically relevant values are distributed from their average. The standard deviation can be calculated using the following formula (1), where n is the number of data points and x is each data point.

さらに、本発明におけるナノセルロースの繊維長の尖度は、11以上であることが好ましく、12以上がより好ましく、12以上30以下の範囲がさらに好ましい。
尖度は繊維長分布の集中度を示す数値であり、11未満の尖度が小さなナノセルロースのスラリーは、不均一な部分が生じ易くなり、スラリーの状態、特に粘度安定性が低下する。そのため、尖度は大きいほど好ましいが、30を超える尖度にするためには、微細化のために酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
Furthermore, the kurtosis of the fiber length of the nanocellulose in the present invention is preferably 11 or more, more preferably 12 or more, and even more preferably in the range of 12 to 30.
Kurtosis is a value that indicates the concentration of fiber length distribution, and nanocellulose slurry with a small kurtosis of less than 11 is prone to unevenness, reducing the state of the slurry, particularly its viscosity stability. Therefore, the higher the kurtosis, the better. However, to achieve a kurtosis of more than 30, the reaction time of the oxidation reaction must be significantly increased for pulverization, which is not economically desirable.

なお、繊維長の尖度について、正規分布と比べて、尖度が大きければ鋭いピークと長く太い裾を持った分布となり、尖度が小さければより丸みがかったピークと短く細い裾を持つ分布となる。
繊維長の尖度は、データ数をn、各データをx、標準偏差をsとすれば、下記式(2)から求められる。
Regarding the kurtosis of fiber length, when compared to a normal distribution, if the kurtosis is large, the distribution will have a sharper peak and long, thick tails, and if the kurtosis is small, the distribution will have a more rounded peak and short, thin tails.
The kurtosis of the fiber length can be calculated from the following formula (2), where n is the number of data, x is each data, and s is the standard deviation.

さらに、本発明におけるナノセルロースの繊維長の歪度が3.0以上であることが好ましく、3.0以上6.0以下の範囲がより好ましく、3.0以上4.0以下の範囲がさらに好ましい。繊維長の歪度が一定範囲内であると、メカニズムは不明であるが、ナノセルロースのスラリーは、スラリーの状態、特に粘度安定性が高い。
繊維長の歪度が3.0未満であると粘度安定性が低下し、歪度が6.0、さらには4.0を超える場合は、微細化のために酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
なお、繊維長の歪度が高いほど、繊維長分布が幅の小さい側に偏っていることを示している。
Furthermore, the fiber length skewness of the nanocellulose in the present invention is preferably 3.0 or more, more preferably in the range of 3.0 to 6.0, and even more preferably in the range of 3.0 to 4.0. When the fiber length skewness is within a certain range, the nanocellulose slurry has high slurry state stability, particularly viscosity stability, although the mechanism is unclear.
If the skewness of the fiber length is less than 3.0, the viscosity stability decreases, and if the skewness exceeds 6.0 or even 4.0, the reaction time of the oxidation reaction must be significantly increased for the purpose of fine fiber size reduction, which is economically undesirable.
It should be noted that a higher skewness of the fiber length indicates that the fiber length distribution is biased toward the narrower width side.

繊維長の歪度は、平均値周辺分布の両側の非対称度を表すもので、正の歪度は、より正の値に向かって広がる非対称のテールを持つ分布を示し、負の歪度は、より負の値に向かって伸びる非対称テールを持つ分布を示す。
繊維長の歪度は、データ数をn、各データをx、標準偏差をsとすれば、下記式(3)から求められる。
Skewness of fiber length represents the degree of asymmetry on either side of the distribution around the mean, with positive skewness indicating a distribution with asymmetric tails extending towards more positive values and negative skewness indicating a distribution with asymmetric tails extending towards more negative values.
The skewness of fiber length can be calculated from the following formula (3), where n is the number of data, x is each data, and s is the standard deviation.

また、本発明におけるナノセルロースの繊維長の範囲(最大値と最小値の差)は、4000nm以下であることが好ましく、550nm以上4000nm以下の範囲がより好ましく、700nm以上4000nm以下の範囲がさらに好ましい。
繊維長の範囲が4000nmを超えるナノセルロースのスラリーは、不均一な部分が生じ易くなり、スラリーの状態、特に粘度安定性が低下する傾向にある。そのため、繊維長の範囲は小さいほど好ましい。但し、繊維長の範囲の下限を700nm未満、さらに550nm未満にするためには、微細化のために酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
In addition, the range of the fiber length of the nanocellulose in the present invention (the difference between the maximum and minimum values) is preferably 4000 nm or less, more preferably 550 nm or more and 4000 nm or less, and even more preferably 700 nm or more and 4000 nm or less.
Nanocellulose slurries with fiber lengths exceeding 4000 nm tend to have uneven portions, which reduces the state of the slurry, particularly its viscosity stability. Therefore, the shorter the fiber length range, the better. However, to set the lower limit of the fiber length range to less than 700 nm, or even less than 550 nm, it is necessary to significantly increase the reaction time of the oxidation reaction for pulverization, which is economically undesirable.

さらに、本発明におけるナノセルロースに関して、繊維幅の標準偏差が1.5nm以下であることが好ましく、0.5nm以上1.5nm以下の範囲がより好ましく、1.0nm以上1.5nm以下の範囲がさらに好ましい。
繊維幅の標準偏差が1.5nmを超えると、ナノセルロースのスラリーは、不均一な部分が生じ易くなり、スラリーの状態、特に粘度安定性が低下する傾向にある。そのため、標準偏差は小さいほど好ましい。但し、標準偏差を1.0nm未満、さらに0.5nm未満にするためには、微細化のために酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
繊維幅の標準偏差の計算方法は、上記繊維長の標準偏差と同じである。
なお、繊維幅の標準偏差は、繊維長の標準偏差の制御方法と同様の方法により、制御することができる。
Furthermore, with regard to the nanocellulose of the present invention, the standard deviation of the fiber width is preferably 1.5 nm or less, more preferably in the range of 0.5 nm to 1.5 nm, and even more preferably in the range of 1.0 nm to 1.5 nm.
If the standard deviation of the fiber width exceeds 1.5 nm, the nanocellulose slurry tends to have uneven parts, and the state of the slurry, especially the viscosity stability, tends to deteriorate. Therefore, the smaller the standard deviation, the better. However, to make the standard deviation less than 1.0 nm, or even less than 0.5 nm, it is necessary to significantly increase the reaction time of the oxidation reaction for miniaturization, which is economically undesirable.
The method for calculating the standard deviation of the fiber width is the same as that for the standard deviation of the fiber length described above.
The standard deviation of the fiber width can be controlled by the same method as the method for controlling the standard deviation of the fiber length.

さらに、本発明におけるナノセルロースに関して、繊維幅の尖度が0.5以上であることが好ましく、0.6以上であることがより好ましく、0.7以上2.5以下の範囲がさらに好ましい。
繊維幅の尖度の小さなナノセルロースを使用したスラリーは、不均一な部分が生じ易くなり、スラリーの状態、特に粘度安定性が低下する傾向にある。そのため、尖度は大きいほど好ましい。但し、尖度を2.5以上にしようとすると、微細化のために酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
繊維幅の尖度の計算方法は、上記繊維長の尖度と同じである。
Furthermore, with regard to the nanocellulose of the present invention, the kurtosis of the fiber width is preferably 0.5 or more, more preferably 0.6 or more, and even more preferably in the range of 0.7 to 2.5.
Slurries using nanocellulose with a small fiber width kurtosis tend to have uneven areas and the slurry condition, especially viscosity stability, tends to deteriorate. Therefore, the higher the kurtosis, the better. However, if the kurtosis is to be increased to 2.5 or more, the reaction time of the oxidation reaction must be significantly increased to achieve finer nanoparticles, which is not economically desirable.
The method for calculating the kurtosis of the fiber width is the same as that for the kurtosis of the fiber length described above.

さらに、本発明におけるナノセルロースの繊維幅の歪度は、0.5以上であることが好ましく、0.8以上1.5以下の範囲がより好ましく、0.85以上1.5以下の範囲がさらに好ましい。繊維幅の歪度が一定範囲内であると、メカニズムは不明であるが、そのナノセルロースのスラリーは、粘度安定性が高い。
繊維幅の歪度が0.5未満であると粘度安定性が低下し、歪度が1.5を超える場合は、微細化のために酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
なお、繊維幅の歪度が高いほど、繊維幅分布が幅の小さい側に偏っていることを示している。
繊維幅の尖度の計算方法は、上記繊維長の尖度と同じである。
Furthermore, the fiber width skewness of the nanocellulose in the present invention is preferably 0.5 or more, more preferably in the range of 0.8 to 1.5, and even more preferably in the range of 0.85 to 1.5. When the fiber width skewness is within a certain range, the nanocellulose slurry has high viscosity stability, although the mechanism is unclear.
If the skewness of the fiber width is less than 0.5, the viscosity stability will decrease, and if the skewness exceeds 1.5, the reaction time of the oxidation reaction will need to be significantly increased for finer fiber, which is economically undesirable.
It should be noted that a higher skewness of the fiber width indicates that the fiber width distribution is biased toward the smaller width side.
The method for calculating the kurtosis of the fiber width is the same as that for the kurtosis of the fiber length described above.

さらに、本発明におけるナノセルロースの繊維幅の範囲(最大値と最小値の差)は、6.8nm以下であることが好ましく、5.0nm以上6.8nm以下の範囲がより好ましく、5.2nm以上6.7nm以下の範囲がさらに好ましい。
繊維幅の範囲の大きなナノセルロースを含むスラリーは、不均一な部分が生じ易くなり、特に粘度安定性が低下する傾向にある。そのため、繊維幅の範囲は小さいほど好ましい。但し、繊維幅の範囲の下限を5.0nm未満、更に5.2nm未満にするためには、微細化のために酸化反応の反応時間を大幅に増やす必要があり、経済的に好ましくない。
Furthermore, the range of the fiber width of the nanocellulose in the present invention (the difference between the maximum and minimum values) is preferably 6.8 nm or less, more preferably 5.0 nm or more and 6.8 nm or less, and even more preferably 5.2 nm or more and 6.7 nm or less.
Slurries containing nanocellulose with a wide fiber width range tend to have uneven areas and, in particular, poor viscosity stability. Therefore, the smaller the fiber width range, the better. However, to set the lower limit of the fiber width range to less than 5.0 nm, or even less than 5.2 nm, the reaction time of the oxidation reaction must be significantly increased for finer nanocellulose, which is economically undesirable.

繊維長の尖度、歪度、繊維長の範囲、及び、繊維幅の尖度、歪度、繊維幅の範囲は、繊維長の標準偏差の制御方法と同様の方法により制御することができる。 The kurtosis, skewness, and fiber length range of fiber length, and the kurtosis, skewness, and fiber width range of fiber width can be controlled in a manner similar to the method for controlling the standard deviation of fiber length.

平均繊維長が比較的短く、繊維長分布が狭い(標準偏差が小さい、範囲が小さい)、及び/又は、繊維長分布が尖っている(尖度が大きい)と、及び/又は、繊維長分布が小さい方へ偏っている(歪度が大きい)と、スラリー中のCNF濃度の不均一な部分が生じ難くなり、スラリーの状態、特に粘度の安定性が高くなると考えられる。
同様に、繊維幅は、その分布が狭い(標準偏差が小さい、範囲が小さい)、及び/又は、その分布が尖っている(尖度が大きい)、及び/又は、繊維幅分布が小さい方へ偏っている(歪度が大きい)と、スラリー中のCNF濃度の不均一な部分が生じ難くなり、スラリーの状態、特に粘度の安定性が高くなると考えられる。
If the average fiber length is relatively short, the fiber length distribution is narrow (small standard deviation, small range), and/or the fiber length distribution is sharp (high kurtosis), and/or the fiber length distribution is biased toward the smaller side (high skewness), it is thought that uneven areas of CNF concentration in the slurry will be less likely to occur, and the slurry state, particularly the viscosity, will be more stable.
Similarly, if the fiber width distribution is narrow (small standard deviation, small range), and/or the distribution is sharp (high kurtosis), and/or the fiber width distribution is biased toward the smaller side (high skewness), it is thought that uneven areas of CNF concentration in the slurry will be less likely to occur, and the slurry state, particularly the viscosity, will be more stable.

以上説明したナノセルロースは、種々の用途に適用することができる。具体的には、例えば、補強材として各種材料(例えば、樹脂、繊維、ゴム等)と混合されて使用されてもよいし、増粘剤又は分散剤等として各種用途(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、ナノセルロース分散液を成膜し、各種シート又はフィルムとして使用することもできる。本ナノセルロース及びこれを含むナノセルロース分散液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。また、例えば、顔料等の無機粒子を含むスラリーへの添加剤としてナノセルロース及びこれを含むナノセルロース分散液を使用した場合には、スラリーの粘度安定性やハンドリング性、塗工性能を向上させることができる点で好適である。 The nanocellulose described above can be used in a variety of applications. Specifically, it can be mixed with various materials (e.g., resins, fibers, rubber, etc.) as a reinforcing material, or used as a thickener or dispersant in various applications (e.g., food, cosmetics, medical products, paints, inks, etc.). Nanocellulose dispersions can also be formed into membranes and used as various sheets or films. The fields in which this nanocellulose and nanocellulose dispersions containing it can be applied are not particularly limited, and can be used in the manufacture of products in a variety of fields, including automotive components, machine parts, electrical appliances, electronic devices, cosmetics, medical products, building materials, daily necessities, stationery, and more. Furthermore, when nanocellulose and nanocellulose dispersions containing it are used as additives to slurries containing inorganic particles such as pigments, they are advantageous in that they can improve the viscosity stability, handleability, and coating performance of the slurry.

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。 The present invention will be explained in more detail below using 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."

〔繊維長と繊維幅の測定方法〕
得られた水分散液を純水で1000~1000000倍に希釈し、それをマイカ基材上で自然乾燥させ、オックスフォード・アサイラム製走査型ブローブ顕微鏡「MFP-3D infinity」を用いて、ACモードで、CNFの形状観察を行った。
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。
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=繊維幅として平均繊維幅を求めた。
[Method for measuring fiber length and fiber width]
The obtained aqueous dispersion was diluted 1,000 to 1,000,000 times with pure water, allowed to dry naturally on a mica substrate, and the shape of the CNFs was observed in AC mode using an Oxford Asylum scanning probe microscope "MFP-3D infinity."
The obtained images were binarized using the image processing software "ImageJ" and analyzed for fiber length. The average fiber length was calculated for 100 or more fibers by dividing the fiber length by 2.
The average fiber width was calculated for 50 or more fibers using the software attached to the "MFP-3D infinity" as the cross-sectional height of the shape image = fiber width.

[実施例1]
(酸化工程)
ビーカーに、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350g入れ、純水を加えて撹拌し、有効塩素濃度を21質量%とした。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。
上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、ティーディーアイ社の粉末パルプ(VP-1,平均粒子径:30μm,ここでいう平均粒子径は、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%となるときの値である)を50g加えた。
セルロース系原料を供給後(ここで混合物におけるセルロース系原料の濃度は6.7質量%であった)、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、6時間、撹拌機にて同条件で撹拌を行った。
(処理工程、分離工程、洗浄工程)
反応終了後、亜硫酸ナトリウムを加えて余剰の次亜塩素酸ナトリウムを処理し、目開き0.1μmのPTFE製メンブランフィルターを使用して、吸引ろ過により濾液を回収した。ここで、メンブランフィルター上の残渣の質量は、12gであった。上記残渣の質量は、酸化反応による微細化の進行の指標となり、残渣の量が少ないほどナノセルロースの生成量が多いことを意味する。
その後、濾液について透析膜及び純水を使用して含まれる塩成分を除去し、ナノセルロースの水分散液を得た。
この水分散液について、上記の〔CNFの繊維長と繊維幅の測定方法〕によって、形状観察を行った。形状観察によって、平均繊維幅12nm、平均繊維長300nmのCNFが得られていることを確認した。
[Example 1]
(oxidation process)
350 g of sodium hypochlorite pentahydrate crystals with an effective chlorine concentration of 42% by mass were placed in a beaker, and pure water was added and stirred to adjust the effective chlorine concentration to 21% by mass. 35% by mass of hydrochloric acid was added thereto and stirred to obtain a sodium hypochlorite aqueous 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 50 g of powdered pulp (VP-1, average particle size: 30 μm, the average particle size here is 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) manufactured by TDI Corporation was then added as a cellulosic raw material.
After the cellulosic raw material was supplied (the concentration of the cellulosic raw material in the mixture was 6.7% by mass), 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, and the mixture was stirred under the same conditions for 6 hours using a stirrer.
(treatment process, separation process, cleaning process)
After the reaction was completed, sodium sulfite was added to treat the excess sodium hypochlorite, and the filtrate was collected by suction filtration using a PTFE membrane filter with a mesh size of 0.1 μm. The mass of the residue on the membrane filter was 12 g. The mass of the residue is an indicator of the progress of pulverization by the oxidation reaction, and the smaller the amount of residue, the greater the amount of nanocellulose produced.
The filtrate was then subjected to a dialysis membrane and purified water to remove the salt components contained therein, yielding an aqueous dispersion of nanocellulose.
The shape of this aqueous dispersion was observed using the method described above for measuring fiber length and fiber width of CNF. The shape observation confirmed that CNFs with an average fiber width of 12 nm and an average fiber length of 300 nm were obtained.

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%であった。
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 titer 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.

[実施例2]
酸化反応における反応時間を、6時間から、2時間にしたこと以外は、実施例1と同様に行った。メンブランフィルター上の残渣の質量は、32gであった。
この水分散液について、上記の〔CNFの繊維長と繊維幅の測定方法〕によって、形状観察を行った。形状観察によって、平均繊維幅14nm、平均繊維長350nmのCNFが得られていることを確認した。
[Example 2]
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the reaction time in the oxidation reaction was changed from 6 hours to 2 hours. The mass of the residue on the membrane filter was 32 g.
The shape of this aqueous dispersion was observed using the method described above for measuring fiber length and fiber width of CNF. The shape observation confirmed that CNFs with an average fiber width of 14 nm and an average fiber length of 350 nm were obtained.

[実施例3]
(酸化工程)
ビーカーに、pH13、有効塩素濃度23質量%である次亜塩素酸ナトリウム水溶液を500g入れ、新東科学社製の撹拌機(スリーワンモータ、BL600)にて三枚後退翼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、ティーディーアイ社の水で湿らせた粉末パルプ(VP-1)を70g(水35g、パルプ35g)加えた。
セルロース系原料を供給後、上記恒温水浴で30℃に保温しつつ、pH11に低下するまで撹拌した。pHが11到達以降、25質量%水酸化ナトリウムを添加しながら反応系のpHを11に調整した条件を維持しつつ、pH11到達から3時間20分間、撹拌機にて撹拌を行った。
その後、純水を加えて希釈することで酸化反応を遅くさせ、水中に分散しているセルロース系酸化物を得た。
(処理工程)
得られた水中に分散しているセルロース系酸化物に対して、亜硫酸ナトリウム水溶液を加えることで、残留している余剰の次亜塩素酸ナトリウム分を還元処理した。
(プロトン化工程)
その後、塩酸を加えてセルロース系酸化物のカルボキシ基を塩型(-COO-Na+)からプロトン型(-COO-+)とし、pH2.5の水分散体を得た。
なお、本実施例におけるpHの制御は、pHコントローラー(東京硝子器械株式会社、FD-02)を用いて行った。
(分離工程、洗浄工程)
得られたpH2.5の水分散体に対して、固液分離及び洗浄を行った。具体的には、遠心分離(1000G、10分間)及びデカンテーションにより上澄みを除去し、除去分相当量の純水を加えて匙で充分に撹拌して均一にするという操作を6回繰り返し、最後に上記遠心分離及びデカンテーションを行って、酸化セルロースを得た。
(塩化工程)
その後、導入されたカルボキシ基の量とほぼ等モル量分の水酸化ナトリウムを添加し、カルボン酸基をプロトン型(-COO-+)から塩型(-COO-Na+)に戻した。この水分散体における酸化セルロースの含有濃度は11.3質量%であった。
(酸化セルロース希釈工程)
酸化セルロースの水分散体に純水を加えて、酸化セルロースの含有濃度を1質量%に調整した後、室内で1~2日間静置させた。静置開始時、酸化セルロースはゲル状であったが、1日経過後にゲル状のものは見えなくなり、軽く手で振り混ぜるとほぼ透明な液となった。2日静置させたものも同様の挙動を示した。
1又は2日間静置したサンプルに純水を加えて酸化セルロース濃度0.1質量%に調整し、その光透過率(660nm)を測定した結果、光透過率はそれぞれ93、94%と高い値を示した。なお、光透過率は、具体的には、酸化セルロース濃度0.1質量%のサンプルを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。
また、1日経過後のサンプルを走査型プローブ顕微鏡で観察した結果、平均繊維長170nm、平均繊維幅4.4nmのナノセルロースが得られていることを確認した。
なお、1質量%に調整した酸化セルロースの水分散液をホモミキサーで解繊(10,000rpm、10分間)し、機械解繊によるナノセルロース水分散液を得た。この機械解繊したナノセルロースは、平均繊維長170nm、平均繊維幅4.3nmであった。
以上のことから、静置工程により、ナノセルロースの水分散液が得られたことを確認した。
[Example 3]
(oxidation process)
500 g of an aqueous sodium hypochlorite solution having a pH of 13 and an effective chlorine concentration of 23% by mass was placed in a beaker, and the solution was heated to 30°C in a constant temperature water bath while being stirred at 200 rpm using a mixer (Three-One Motor, BL600) manufactured by Shinto Scientific Co., Ltd. with a three-blade swept-back blade stirring impeller. Then, 70 g (35 g water, 35 g pulp) of powdered pulp moistened with water (VP-1) manufactured by TDI Corporation was added as a cellulosic raw material.
After the cellulosic raw material was supplied, the mixture was kept at 30° C. in the constant temperature water bath and stirred until the pH decreased to 11. After the pH reached 11, the reaction system was stirred with a stirrer for 3 hours and 20 minutes while maintaining the pH adjusted to 11 by adding 25% by mass of sodium hydroxide.
The oxidation reaction was then slowed down by adding pure water to dilute the mixture, and a cellulose oxide dispersed in water was obtained.
(Treatment process)
An aqueous solution of sodium sulfite was added to the resulting cellulose oxide dispersed in water to reduce the remaining excess sodium hypochlorite.
(Protonation step)
Thereafter, hydrochloric acid was added to convert the carboxyl groups of the cellulose oxide from the salt type ( --COO.sup.- Na.sup. + ) to the proton type ( --COO.sup.- H.sup .+ ), thereby obtaining an aqueous dispersion with a pH of 2.5.
In this example, the pH was controlled using a pH controller (Tokyo Glass Instruments Co., Ltd., FD-02).
(Separation process, washing process)
The resulting aqueous dispersion at pH 2.5 was subjected to solid-liquid separation and washing. Specifically, the supernatant was removed by centrifugation (1000 G, 10 minutes) and decantation, and then an amount of pure water equivalent to the amount removed was added and thoroughly stirred with a spoon to make the dispersion homogenous. This procedure was repeated six times, and finally the above centrifugation and decantation were performed to obtain oxidized cellulose.
(Chlorination process)
Subsequently, sodium hydroxide was added in an amount approximately equimolar to the amount of carboxyl groups introduced, converting the carboxylic acid groups from the proton form (-COO - H + ) back to the salt form (-COO - Na + ). The concentration of oxidized cellulose in this aqueous dispersion was 11.3% by mass.
(Oxidized cellulose dilution step)
Pure water was added to the aqueous dispersion of oxidized cellulose to adjust the oxidized cellulose concentration to 1% by mass, and the mixture was then left to stand indoors for 1-2 days. At the start of the standing, the oxidized cellulose was in a gel state, but after 1 day the gel was no longer visible, and when gently shaken by hand, the mixture became an almost transparent liquid. The mixture left to stand for 2 days also showed similar behavior.
After leaving the samples to stand for one or two days, pure water was added to adjust the oxidized cellulose concentration to 0.1% by mass, and the light transmittance (660 nm) was measured, resulting in high values of 93% and 94%, respectively. Specifically, the light transmittance was measured by placing a sample with an oxidized cellulose concentration of 0.1% by mass in a 10 mm thick quartz cell and measuring the light transmittance at a wavelength of 660 nm using a spectrophotometer (JASCO V-550).
In addition, after one day, the sample was observed with a scanning probe microscope, and it was confirmed that nanocellulose with an average fiber length of 170 nm and an average fiber width of 4.4 nm had been obtained.
An aqueous dispersion of oxidized cellulose adjusted to 1% by mass was defibrated in a homomixer (10,000 rpm, 10 minutes) to obtain a mechanically defibrated aqueous nanocellulose dispersion. This mechanically defibrated nanocellulose had an average fiber length of 170 nm and an average fiber width of 4.3 nm.
From the above, it was confirmed that an aqueous dispersion of nanocellulose was obtained by the standing process.

[比較例1]
ビーカーに、TEMPOを0.8g及び臭化ナトリウムを5.0g、純水を加えて撹拌して水溶液とし、セルロース系原料として、ティーディーアイ社の粉末パルプ(VP-1)を50g加えた。
上記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25℃に加温した後、セルロース系原料として、ティーディーアイ社の粉末パルプ(VP-1)を50g加えた。
0.1M水酸化ナトリウムを加えて撹拌し、pH10.0の水溶液とした。そこへ、有効塩素濃度13.2質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液129gを加え、同じ恒温水槽で25℃に保温した状態で、0.1M水酸化ナトリウムを添加しながら反応中のpHを10.0に調整して、2時間撹拌を行った。
反応終了後、亜硫酸ナトリウムを加えて余剰の次亜塩素酸ナトリウムを処理し、目開き0.1μmのPTFE製メンブランフィルターを使用して、吸引ろ過により濾液を回収した。ここで、メンブランフィルター上の残渣の質量は、52gであった。また、この水分散液について、上記の〔CNFの繊維長と繊維幅の測定方法〕によって、形状観察を行った結果ナノセルロースは確認できず、平均繊維長及び平均繊維幅は算出できなかった。
[Comparative Example 1]
0.8 g of TEMPO, 5.0 g of sodium bromide, and pure water were added to a beaker and stirred to prepare an aqueous solution, to which 50 g of powdered pulp (VP-1) from TDI Corporation was added as a cellulosic raw material.
The aqueous solution was heated to 25°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 (VP-1) manufactured by TDI Corporation was added as a cellulosic raw material.
0.1 M sodium hydroxide was added and stirred to obtain an aqueous solution with a pH of 10.0. 129 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite with an effective chlorine concentration of 13.2% by mass was added thereto, and while keeping the temperature at 25°C in the same thermostatic water bath, the pH during the reaction was adjusted to 10.0 while adding 0.1 M sodium hydroxide, and the mixture was stirred for 2 hours.
After the reaction was completed, sodium sulfite was added to treat the excess sodium hypochlorite, and the filtrate was collected by suction filtration using a PTFE membrane filter with a mesh size of 0.1 μm. The mass of the residue on the membrane filter was 52 g. Furthermore, when the shape of this aqueous dispersion was observed using the above-mentioned [Method for measuring CNF fiber length and fiber width], nanocellulose was not confirmed, and the average fiber length and average fiber width could not be calculated.

本発明は、ナノセルロースの製造分野で産業上の利用可能性を有する。 The present invention has industrial applicability in the field of nanocellulose production.

Claims (6)

次亜塩素酸又はその塩によりセルロース系原料を酸化し酸化セルロースを得る酸化工程
前記酸化工程で用いた次亜塩素酸又はその塩を処理し、セルロース系原料を酸化する反応を停止させる処理工程、
セルロース系酸化物と分散媒とを含む酸化物分散体を固液分離し、酸化セルロースを得る分離工程、
前記酸化セルロースを分散媒に希釈することでナノセルロースを含む分散液を得る工程、
を含み、
前記酸化セルロースのカルボキシ基量が、0.30mmol/g以上であり、
前記酸化工程が、撹拌しながら行われ、酸化反応の反応時間が2時間以上であり、
前記希釈後の分散液を固形分濃度0.1質量%としたときの光透過率が、70%以上である、
ナノセルロースの製造方法。
an oxidation step of oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof to obtain oxidized cellulose ;
a treatment step of treating the hypochlorous acid or salt thereof used in the oxidation step to stop the reaction of oxidizing the cellulosic raw material;
a separation step of subjecting an oxide dispersion containing a cellulose-based oxide and a dispersion medium to solid-liquid separation to obtain oxidized cellulose;
A step of obtaining a dispersion containing nanocellulose by diluting the oxidized cellulose in a dispersion medium;
Including,
the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose is 0.30 mmol/g or more,
The oxidation step is carried out with stirring, and the reaction time of the oxidation reaction is 2 hours or more;
the light transmittance of the diluted dispersion is 70% or more when the solid content concentration of the diluted dispersion is 0.1% by mass;
Method for producing nanocellulose.
次亜塩素酸又はその塩によりセルロース系原料を酸化し酸化セルロースを得る酸化工程、an oxidation step of oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof to obtain oxidized cellulose;
前記酸化工程で用いた次亜塩素酸又はその塩を処理し、セルロース系原料を酸化する反応を停止させる処理工程、a treatment step of treating the hypochlorous acid or salt thereof used in the oxidation step to stop the reaction of oxidizing the cellulosic raw material;
セルロース系酸化物と分散媒とを含む酸化物分散体を固液分離し、ナノセルロースを含む分散液を得る工程、A step of subjecting an oxide dispersion containing a cellulose-based oxide and a dispersion medium to solid-liquid separation to obtain a dispersion containing nanocellulose;
を含み、Including,
前記酸化セルロースのカルボキシ基量が、0.30mmol/g以上であり、the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose is 0.30 mmol/g or more,
前記酸化工程が、撹拌しながら行われ、酸化反応の反応時間が2時間以上である、The oxidation step is carried out with stirring, and the reaction time of the oxidation reaction is 2 hours or more.
ナノセルロースの製造方法。Method for producing nanocellulose.
前記ナノセルロースを含む分散液を精製する工程を含む、
請求項に記載の製造方法。
Purifying the dispersion containing the nanocellulose,
The method of claim 2 .
前記ナノセルロースの平均繊維幅が、1nm以上100nm以下である、
請求項1~のいずれか一項に記載の製造方法。
The average fiber width of the nanocellulose is 1 nm or more and 100 nm or less,
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 .
前記ナノセルロースの平均繊維長が、50nm以上800nm以下である、
請求項1~のいずれか一項に記載の製造方法。
The average fiber length of the nanocellulose is 50 nm or more and 800 nm or less.
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4 .
前記酸化の際の反応系におけるセルロース系原料の濃度が、0.1質量%以上30質量%以下である、
請求項1~のいずれか一項に記載の製造方法。
The concentration of the cellulosic raw material in the reaction system during the oxidation is 0.1% by mass or more and 30% by mass or less.
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5 .
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