JP2021098174A - Water treatment agent containing carboxymethylated cellulose, filter material using the same, and water-in-oil removal method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カルボキシメチル化セルロースを含む水処理剤、及びそれを用いたろ過材、油中水分除去方法に関する。 The present invention relates to a water treatment agent containing carboxymethylated cellulose, a filter medium using the same, and a method for removing water in oil.
食品製造、繊維処理、機械加工、石油精製などにおいて、廃油を含む廃液処理においては、油と水とを分離する処理が行われている。 In food manufacturing, textile processing, machining, petroleum refining, etc., in waste liquid treatment including waste oil, treatment for separating oil and water is performed.
そのような油水分離方法としては、凝集剤による分離、吸着分離、遠心分離、加圧浮上分離、電離浮上法、コアレッサーによる粗粒化分離(例えば特許文献1など)、微生物分会による分離などが知られている。 Such oil-water separation methods include separation by a flocculant, adsorption separation, centrifugation, pressure flotation separation, ionization flotation, coarse-grained separation by a corelesser (for example, Patent Document 1), and separation by a microbial subcommittee. Are known.
しかしながら、凝集剤を用いる分離方法の場合には、経費が日常的に掛かるばかりか濾過した凝集物の処理も手間と費用が掛かるという課題があった。また、遠心分離器のような機械によるもの、加圧浮上分離によるものは、多量に且つ大型の施設においては有効かもしれないが、限られたスペースに備え付けるには困難であるという課題があった。また、電解浮上法では、安定な油水分離を行うために、処理液の電気伝導度と処理量に応じて印加電力を変えるなど、制御が煩雑であるという課題があった。 However, in the case of the separation method using a coagulant, there is a problem that not only the cost is high on a daily basis, but also the treatment of the filtered coagulum is laborious and costly. In addition, a machine such as a centrifuge and a dissolved air flotation separation may be effective in a large amount and in a large facility, but there is a problem that it is difficult to install them in a limited space. .. Further, in the electrolytic levitation method, in order to perform stable oil-water separation, there is a problem that control is complicated, such as changing the applied power according to the electric conductivity of the treatment liquid and the treatment amount.
さらに、特許文献1で示されるようなコアレッサー法では、超極細繊維の網目構造を有するフィルターを用いるため、保守管理上、常に目詰まりが問題になるという課題があった。 Further, in the corelesser method as shown in Patent Document 1, since a filter having a network structure of ultrafine fibers is used, there is a problem that clogging always becomes a problem in maintenance management.
そこで本発明では、水分の吸着性に優れ、且つろ過材として使用した際のろ過性能に優れる、水処理剤を提供することにある。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a water treatment agent which is excellent in adsorbability of water and excellent in filtration performance when used as a filter material.
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意努力の結果、カルボキシメチル置換度が0.50以下であり、セルロースI型の結晶化度が50%以上であるカルボキシメチル化セルロースを含む水処理剤を用いることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。 As a result of diligent efforts to achieve the above object, the present inventors have made water containing carboxymethylated cellulose having a degree of carboxymethyl substitution of 0.50 or less and a degree of crystallinity of cellulose type I of 50% or more. We have found that the above problems can be solved by using a treatment agent, and have arrived at the present invention.
すなわち本発明は、下記(1)〜(6)である。
(1)カルボキシメチル置換度が0.50以下であり、セルロースI型の結晶化度が50%以上であるカルボキシメチル化セルロースを含む、水処理剤。
(2)前記カルボキシメチル化セルロースが、アニオン化度が0.00meq/g以上1.00meq/g以下であることを特徴とする、(1)に記載の水処理剤。
(3)前記カルボキシメチル化セルロースが、固形分1%(W/V)の水分散体とした際の粘度(30rpm、25℃)が、30.0mPa・s以下であることを特徴とする、(1)〜(2)いずれかに記載の水処理剤。
(4)前記カルボキシメチル化セルロースが、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基の一部に、カルボキシメチル基がエーテル結合した構造を有することを特徴とする、(1)〜(3)いずれかに記載の水処理剤。
(5)(1)〜(4)いずれかに記載の水処理剤を含む、ろ過材。
(6)下記工程(A)〜(B)を含む、油中水分除去方法。
工程(A):水を含んだ油状組成物に、(1)〜(4)いずれかに記載の水処理剤を接触させる工程。
工程(B):前記油状組成物から、前記水処理剤を濾別する工程。
That is, the present invention is the following (1) to (6).
(1) A water treatment agent containing carboxymethylated cellulose having a degree of carboxymethyl substitution of 0.50 or less and a degree of crystallization of cellulose type I of 50% or more.
(2) The water treatment agent according to (1), wherein the carboxymethylated cellulose has a degree of anionization of 0.00 meq / g or more and 1.00 meq / g or less.
(3) The viscosity (30 rpm, 25 ° C.) of the carboxymethylated cellulose as an aqueous dispersion having a solid content of 1% (W / V) is 30.0 mPa · s or less. The water treatment agent according to any one of (1) to (2).
(4) Any of (1) to (3), wherein the carboxymethylated cellulose has a structure in which a carboxymethyl group is ether-bonded to a part of hydroxyl groups in a glucose residue constituting the cellulose. The water treatment agent described in.
(5) A filter medium containing the water treatment agent according to any one of (1) to (4).
(6) A method for removing water in oil, which comprises the following steps (A) to (B).
Step (A): A step of bringing the water treatment agent according to any one of (1) to (4) into contact with an oily composition containing water.
Step (B): A step of filtering out the water treatment agent from the oily composition.
本発明によれば、水分の吸着性に優れ、且つろ過材として使用した際のろ過性能に優れる、水処理剤を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a water treatment agent having excellent water adsorption property and excellent filtration performance when used as a filter material.
すなわち本発明は、カルボキシメチル置換度が0.50以下であり、セルロースI型の結晶化度が50%以上であるカルボキシメチル化セルロースを含む、水処理剤である。 That is, the present invention is a water treatment agent containing carboxymethylated cellulose having a degree of carboxymethyl substitution of 0.50 or less and a degree of crystallization of cellulose type I of 50% or more.
<カルボキシメチル化セルロース>
本発明は、カルボキシメチル化セルロースを含む、水処理剤に関する。カルボキシメチル化セルロースは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基の一部がカルボキシメチル基とエーテル結合した構造を有する。カルボキシメチル化セルロースは、塩の形態をとる場合もあり、本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースには、カルボキシメチル化セルロースの塩も含まれるものとする。カルボキシメチル化セルロースの塩としては、例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム塩などの金属塩などが挙げられる。
<Carboxymethylated cellulose>
The present invention relates to a water treatment agent containing carboxymethylated cellulose. Carboxymethylated cellulose has a structure in which some of the hydroxyl groups in the glucose residues constituting the cellulose are ether-bonded to the carboxymethyl group. The carboxymethylated cellulose may take the form of a salt, and the carboxymethylated cellulose used in the present invention also includes a salt of the carboxymethylated cellulose. Examples of the salt of carboxymethylated cellulose include metal salts such as sodium carboxymethyl cellulose salt.
本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースは、水に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものが好ましい。すなわち、カルボキシメチル化セルロースの水分散体を電子顕微鏡等で観察すると、繊維状の物質を観察することができるものが好ましい。また、カルボキシメチル化セルロースをX線回折で測定すると、セルロースI型結晶のピークを観測することができる。 The carboxymethylated cellulose used in the present invention preferably maintains at least a part of its fibrous shape even when dispersed in water. That is, when the aqueous dispersion of carboxymethylated cellulose is observed with an electron microscope or the like, it is preferable that a fibrous substance can be observed. Moreover, when the carboxymethylated cellulose is measured by X-ray diffraction, the peak of the cellulose type I crystal can be observed.
本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースは、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.50以下であり、好ましくは0.40以下である。当該置換度が0.50を超えると水への溶解が起こりやすくなり、水中で繊維形態を維持できなくなり、保形性付与等の効果が低減する可能性がある。カルボキシメチル化セルロースによる保形性や吸水性付与等の効果を得るためには、一定程度のカルボキシメチル置換度を有することは必要であり、例えば、カルボキシメチル置換度が0.02より小さいと、用途によっては、カルボキシメチル基を導入したことによる利点が得られない場合がある。したがって、カルボキシメチル置換度は、0.02以上であることが好ましく、0.05以上であることが更に好ましく、0.10以上であることが更に好ましく、0.15以上であることが更に好ましく、0.20以上であることが更に好ましく、0.25以上であることが更に好ましい。なお、特に、カルボキシメチル置換度が0.20以上0.50以下の範囲では、後述するセルロースI型の結晶化度が50%以上であるカルボキシメチル化セルロースを得ること自体が特に従来の水媒法では困難であったが、本発明者らは、例えば後述する製法により、カルボキシメチル置換度0.20以上0.50以下であり、セルロースI型の結晶化度が50%以上であり、品質の安定した(低粘度の分散体を与える、及び/またはアニオン化度の絶対値が小さい)、塊の形成されにくいカルボキシメチル化セルロースを製造できることを見出した。カルボキシメチル置換度は、反応させるカルボキシメチル化剤の添加量、マーセル化剤の量、水と有機溶媒の組成比率をコントロールすること等によって調整することができる。 The carboxymethylated cellulose used in the present invention has a carboxymethyl substitution degree of cellulose per anhydrous glucose unit of 0.50 or less, preferably 0.40 or less. If the degree of substitution exceeds 0.50, dissolution in water is likely to occur, the fiber morphology cannot be maintained in water, and the effect of imparting shape retention and the like may be reduced. In order to obtain the effects of carboxymethylated cellulose such as shape retention and water absorption, it is necessary to have a certain degree of carboxymethyl substitution. For example, when the degree of carboxymethyl substitution is less than 0.02, Depending on the application, the advantage of introducing a carboxymethyl group may not be obtained. Therefore, the degree of carboxymethyl substitution is preferably 0.02 or more, more preferably 0.05 or more, further preferably 0.10 or more, still more preferably 0.15 or more. , 0.20 or more, more preferably 0.25 or more. In particular, in the range of carboxymethyl substitution degree of 0.20 or more and 0.50 or less, obtaining carboxymethylated cellulose having a cellulose type I crystallinity of 50% or more, which will be described later, is particularly a conventional water medium. Although it was difficult by the method, the present inventors have, for example, by the production method described later, that the degree of carboxymethyl substitution is 0.20 or more and 0.50 or less, the crystallinity of cellulose type I is 50% or more, and the quality. It has been found that it is possible to produce a carboxymethylated cellulose that is stable (provides a low-viscosity dispersion and / or has a small absolute value of anionization degree) and is difficult to form agglomerates. The degree of carboxymethyl substitution can be adjusted by controlling the amount of the carboxymethylating agent to be reacted, the amount of the mercerizing agent, the composition ratio of water and the organic solvent, and the like.
本発明において無水グルコース単位とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)を意味する。また、カルボキシメチル置換度(エーテル化度ともいう。)とは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基のうちカルボキシメチルエーテル基に置換されているものの割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシメチルエーテル基の数)を示す。なお、カルボキシメチル置換度はDSと略すことがある。 In the present invention, the anhydrous glucose unit means individual anhydrous glucose (glucose residue) constituting cellulose. The degree of carboxymethyl substitution (also referred to as the degree of etherification) is the ratio of hydroxyl groups in the glucose residues constituting cellulose that are substituted with carboxymethyl ether groups (carboxymethyl per glucose residue). The number of ether groups) is shown. The degree of carboxymethyl substitution may be abbreviated as DS.
カルボキシメチル置換度の測定方法は以下の通りである:
試料約2.0gを精秤して、300mL共栓付き三角フラスコに入れる。硝酸メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振盪して、カルボキシメチル化セルロースの塩(CMC)をH−CMC(水素型カルボキシメチル化セルロース)に変換する。その絶乾H−CMCを1.5〜2.0g精秤し、300mL共栓付き三角フラスコに入れる。80%メタノール15mLでH−CMCを湿潤し、0.1N−NaOHを100mL加え、室温で3時間振盪する。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1N−H2SO4で過剰のNaOHを逆滴定し、次式によってカルボキシメチル置換度(DS値)を算出する。
A=[(100×F’−0.1N−H2SO4(mL)×F)×0.1]/(H−CMCの絶乾質量(g))
カルボキシメチル置換度=0.162×A/(1−0.058×A)
F’:0.1N−H2SO4のファクター
F:0.1N−NaOHのファクター。
The method for measuring the degree of carboxymethyl substitution is as follows:
Weigh approximately 2.0 g of the sample and place it in an Erlenmeyer flask with a 300 mL stopper. 100 mL of a solution prepared by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol nitrate is added, and the mixture is shaken for 3 hours to convert the salt of carboxymethylated cellulose (CMC) into H-CMC (hydrogen-type carboxymethylated cellulose). Weigh 1.5 to 2.0 g of the absolutely dry H-CMC and place it in an Erlenmeyer flask with a 300 mL stopper. Wet H-CMC with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N-NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. Using phenolphthalein as an indicator, back titrate excess NaOH with 0.1 N-H 2 SO 4 , and calculate the degree of carboxymethyl substitution (DS value) by the following formula.
A = [(100 × F'-0.1N-H 2 SO 4 (mL) × F) × 0.1] / (absolute dry mass (g) of H-CMC)
Degree of substitution of carboxymethyl = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
F': 0.1N-H 2 SO 4 factor F: 0.1N-NaOH factor.
本発明に用いるカルボキシメチル化セルロースにおけるセルロースの結晶化度は、結晶I型が50%以上であり、60%以上であることがより好ましい。結晶性を上記範囲に調整することにより、カルボキシメチル化セルロースによる保形性付与等の効果が高く得られるようになる。セルロースの結晶性は、マーセル化剤の濃度と処理時の温度、並びにカルボキシメチル化の度合によって制御できる。マーセル化及びカルボキシメチル化においては高濃度のアルカリが使用されるために、セルロースのI型結晶がII型に変換されやすいが、アルカリ(マーセル化剤)の使用量を調整するなどして変性の度合いを調整することによって、所望の結晶性を維持させることができる。セルロースI型の結晶化度の上限は特に限定されない。現実的には90%程度が上限となると考えられる。 The crystallinity of cellulose in the carboxymethylated cellulose used in the present invention is more preferably 50% or more, and more preferably 60% or more for crystal type I. By adjusting the crystallinity within the above range, it becomes possible to obtain a high effect such as imparting shape retention by the carboxymethylated cellulose. The crystallinity of cellulose can be controlled by the concentration of the mercerizing agent, the temperature during treatment, and the degree of carboxymethylation. Since a high concentration of alkali is used in mercerization and carboxymethylation, type I crystals of cellulose are easily converted to type II, but they are modified by adjusting the amount of alkali (mercerizing agent) used. By adjusting the degree, the desired crystallinity can be maintained. The upper limit of the crystallinity of cellulose type I is not particularly limited. In reality, about 90% is considered to be the upper limit.
カルボキシメチル化セルロースのセルロースI型の結晶化度の測定方法は、以下の通りである:
試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(LabX XRD−6000、島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行い、X線回折図の2θ=10°〜30°の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6°の002面の回折強度と2θ=18.5°のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
The method for measuring the crystallinity of cellulose type I of carboxymethylated cellulose is as follows:
The sample is placed on a glass cell and measured using an X-ray diffraction measuring device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The crystallinity is calculated using a method such as Segal, and the diffraction intensity of the 002 surface at 2θ = 22.6 ° and 2θ = are based on the diffraction intensity of 2θ = 10 ° to 30 ° in the X-ray diffraction diagram. It is calculated by the following formula from the diffraction intensity of the amorphous portion of 18.5 °.
Xc = (I002c ― Ia) / I002c × 100
Xc=セルロースのI型の結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6°、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5°、アモルファス部分の回折強度。
Xc = (I002c ― Ia) / I002c × 100
Xc = Cellulose type I crystallinity (%)
I002c: 2θ = 22.6 °, diffraction intensity of 002 surface Ia: 2θ = 18.5 °, diffraction intensity of amorphous part.
カルボキシメチル化セルロースは、一般に、セルロースをアルカリで処理(マーセル化)した後、得られたマーセル化セルロース(アルカリセルロースともいう。)を、カルボキシメチル化剤(エーテル化剤ともいう。)と反応させることにより製造することができる。 In general, carboxymethylated cellulose is obtained by treating cellulose with an alkali (mercerization), and then reacting the obtained mercerized cellulose (also referred to as alkali cellulose) with a carboxymethylating agent (also referred to as etherifying agent). It can be manufactured by.
カルボキシメチル化セルロースは、アニオン化度(アニオン電荷密度ともいう。)が0.00meq/g以上1.00meq/g以下であることが好ましい。本発明において、アニオン化度の測定方法は、以下の通りである: The degree of anionization (also referred to as anion charge density) of the carboxymethylated cellulose is preferably 0.00 meq / g or more and 1.00 meq / g or less. In the present invention, the method for measuring the degree of anionization is as follows:
カルボキシメチル化セルロースを水に分散し、固形分10g/Lの水分散体を調製し、マグネチックスターラーを用い一昼夜1000rpmにて撹拌する。得られたスラリーを0.1g/Lに希釈後、10ml採取し、流動電流検出器(Mutek Particle Charge Detector 03)用い、1/1000規定度のジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)で滴定して、流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量を用い、以下の式によりアニオン化度を算出する:
q=(V×c)/m
q:アニオン化度(meq/g)
V:流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量(L)
c:DADMACの濃度(meq/L)
m:測定試料中のカルボキシメチル化セルロースの質量(g)。
Carboxymethylated cellulose is dispersed in water to prepare an aqueous dispersion having a solid content of 10 g / L, and the mixture is stirred with a magnetic stirrer at 1000 rpm for a whole day and night. After diluting the obtained slurry to 0.1 g / L, 10 ml was collected, titrated with 1/1000 normal diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) using a flow current detector (Mutek Particle Charge Detector 03), and flowed. Using the amount of DADMAC added until the current becomes zero, calculate the degree of anionization by the following formula:
q = (V × c) / m
q: Degree of anionization (meq / g)
V: Addition amount (L) of DADMAC until the flow current becomes zero
c: DADMAC concentration (meq / L)
m: Mass (g) of carboxymethylated cellulose in the measurement sample.
本明細書において、「アニオン化度」とは、上記の測定方法から分かるように、単位質量のカルボキシメチル化セルロースにおいて、アニオン性基を中和するのに要したDADMACの当量に相当し、単位質量のカルボキシメチル化セルロースあたりのアニオンの当量に相当する。 In the present specification, the "degree of anionization" corresponds to the equivalent amount of DADMAC required to neutralize an anionic group in a unit mass of carboxymethyl cellulose, as can be seen from the above measurement method, and is a unit. Corresponds to the equivalent of anions per mass of carboxymethylated cellulose.
カルボキシメチル化セルロースのアニオン化度は、0.00meq/g以上1.00meq/g以下が好ましく、0.00meq/g以上0.80meq/g以下がより好ましく、0.00meq/g以上0.60meq/g以下がさらに好ましい。このような範囲のアニオン化度を有するカルボキシメチル化セルロースは、アニオン化度が1.00meq/gよりも高いカルボキシメチル化セルロースに比べて、カルボキシメチル基が、局所的ではなく、セルロース全体にわたり均一に導入されていると考えられ、カルボキシメチル化セルロースに特有の効果、例えば、保形性、吸水性付与等をより安定に得ることができると考えられる。 The degree of anionization of carboxymethylated cellulose is preferably 0.00 meq / g or more and 1.00 meq / g or less, more preferably 0.00 meq / g or more and 0.80 meq / g or less, and 0.00 meq / g or more and 0.60 meq or more. / G or less is more preferable. Carboxymethylated cellulose having a degree of anionization in such a range has a carboxymethyl group that is uniform throughout the cellulose rather than locally, as compared with carboxymethylated cellulose having a degree of anionization higher than 1.00 meq / g. It is considered that the effect peculiar to carboxymethylated cellulose, such as shape retention and water absorption, can be obtained more stably.
カルボキシメチル化セルロースは、水を分散媒として分散体としたときに(水分散体)、低い粘度を示すことが好ましい。本発明において、粘度の測定方法は、以下の通りである:
カルボキシメチル化セルロースを1000ml容ガラスビーカーに測りとり、蒸留水900mlに分散し、固形分1%(w/v)となるように水分散体を調製する。水分散体を25℃で撹拌機を用いて600rpmで3時間撹拌する。その後、JIS−Z−8803の方法に準じて、B型粘度計(東機産業社製)を用いて、No.1ローター/回転数30rpmで3分後の粘度を測定する。
Carboxymethylated cellulose preferably exhibits a low viscosity when water is used as a dispersion medium as a dispersion (aqueous dispersion). In the present invention, the method for measuring viscosity is as follows:
Carboxymethylated cellulose is measured in a 1000 ml glass beaker and dispersed in 900 ml of distilled water to prepare an aqueous dispersion having a solid content of 1% (w / v). The aqueous dispersion is stirred at 25 ° C. using a stirrer at 600 rpm for 3 hours. Then, according to the method of JIS-Z-8803, a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) was used to obtain No. The viscosity after 3 minutes is measured at 1 rotor / rotation speed of 30 rpm.
カルボキシメチル化セルロースの粘度は、30.0mPa・s以下が好ましく、20.0mPa・s以下がより好ましく、10.0mPa・s以下がさらに好ましい。このような低粘度のカルボキシメチル化セルロースは、カルボキシメチル基が、局所的ではなく、セルロース全体にわたり均一に導入されていると考えられ、カルボキシメチル化セルロースに特有の効果、例えば、保形性、吸水性付与等をより安定に得ることができると考えられる。上記粘度の下限値は特に限定されない。現実的には1.0mPa・s程度が下限となると考えられる。 The viscosity of the carboxymethylated cellulose is preferably 30.0 mPa · s or less, more preferably 20.0 mPa · s or less, and even more preferably 10.0 mPa · s or less. In such low-viscosity carboxymethylated cellulose, the carboxymethyl group is considered to be introduced uniformly throughout the cellulose rather than locally, and the effects peculiar to the carboxymethylated cellulose, for example, shape retention, It is considered that water absorption and the like can be obtained more stably. The lower limit of the viscosity is not particularly limited. In reality, it is considered that the lower limit is about 1.0 mPa · s.
カルボキシメチル化セルロースは、製造後に得られる分散体の状態であってもよいが、必要に応じて乾燥してもよく、また水に再分散してもよい。乾燥方法は限定されないが、例えば凍結乾燥法、噴霧乾燥法、棚段式乾燥法、ドラム乾燥法、ベルト乾燥法、ガラス板等に薄く伸展し乾燥する方法、流動床乾燥法、マイクロウェーブ乾燥法、起熱ファン式減圧乾燥法などの既知の方法を使用できる。乾燥後に必要に応じて、カッターミル、ハンマーミル、ピンミル、ジェットミル等で粉砕しても良い。また、水への再分散の方法も特に限定されず、既知の分散装置を使用することができる。 The carboxymethylated cellulose may be in the form of a dispersion obtained after production, but may be dried if necessary, or may be redispersed in water. The drying method is not limited, but for example, freeze-drying method, spray drying method, shelf-type drying method, drum drying method, belt drying method, thinly stretched drying method on a glass plate, etc. , A known method such as a heating fan type vacuum drying method can be used. After drying, it may be crushed with a cutter mill, a hammer mill, a pin mill, a jet mill or the like, if necessary. Further, the method of redispersion in water is not particularly limited, and a known disperser can be used.
<カルボキシメチル化セルロースの製造方法>
カルボキシメチル化セルロースは、一般に、セルロースをアルカリで処理(マーセル化)した後、得られたマーセル化セルロース(アルカリセルロースともいう。)を、カルボキシメチル化剤(エーテル化剤ともいう。)と反応させることにより製造することができる。
<Manufacturing method of carboxymethylated cellulose>
In general, carboxymethylated cellulose is obtained by treating cellulose with an alkali (mercerization), and then reacting the obtained mercerized cellulose (also referred to as alkali cellulose) with a carboxymethylating agent (also referred to as etherifying agent). It can be manufactured by.
本発明のカルボキシメチル置換度が0.50以下であり、セルロースI型の結晶化度が50%以上であるカルボキシメチル化セルロースは、これに限定されないが、例えば、マーセル化(セルロースのアルカリ処理)を水を主とする溶媒下で行い、その後、カルボキシメチル化(エーテル化ともいう。)を水と有機溶媒との混合溶媒下で行うことにより、製造することができる。このようにして得たカルボキシメチル化セルロースは、従来の水媒法(マーセル化とカルボキシメチル化の両方を水を溶媒として行う方法)や溶媒法(マーセル化とカルボキシメチル化の両方を有機溶媒を主とする溶媒下で行う方法)で得たカルボキシメチル化セルロースに比べて、水分散体としたときに低い粘度を示し、アニオン化度の絶対値が小さく(より0に近く)、ショッパー・リーグラろ水度が高く、水分散体としたときに塊を形成しにくいという特徴を有する。また、上記の方法は、カルボキシメチル化剤の有効利用率が高いという利点がある。上記の方法により、カルボキシメチル置換度が0.50以下であり、セルロースI型の結晶化度が50%以上であり、固形分1%(w/v)の水分散体とした際の粘度(30rpm、25℃)が、30.0mPa・s以下であるカルボキシメチル化セルロースを製造することができる。 The carboxymethylated cellulose of the present invention having a degree of carboxymethyl substitution of 0.50 or less and a degree of crystallization of cellulose type I of 50% or more is not limited to this, and is, for example, mercerization (alkaline treatment of cellulose). Is carried out under a solvent mainly containing water, and then carboxymethylation (also referred to as etherification) is carried out under a mixed solvent of water and an organic solvent. The carboxymethylated cellulose thus obtained can be obtained by using a conventional water medium method (a method in which both marcelation and carboxymethylation are carried out using water as a solvent) and a solvent method (both marcelation and carboxymethylation are carried out using an organic solvent). Compared with the carboxymethylated cellulose obtained by the main solvent method), it shows a lower viscosity when made into an aqueous dispersion, the absolute value of the degree of anionization is smaller (closer to 0), and the shopper reigler. It has a high degree of water solubility and is difficult to form a lump when it is made into an aqueous dispersion. In addition, the above method has an advantage that the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is high. By the above method, the viscosity of an aqueous dispersion having a carboxymethyl substitution degree of 0.50 or less, a cellulose type I crystallinity of 50% or more, and a solid content of 1% (w / v) ( It is possible to produce carboxymethylated cellulose having a temperature of 30.0 mPa · s or less (30 rpm, 25 ° C.).
また、上記の方法により、カルボキシメチル置換度が0.50以下であり、セルロースI型の結晶化度が50%以上であり、アニオン化度が0.00meq/g以上1.00meq/g以下であるカルボキシメチル化セルロースを製造することができる。 Further, by the above method, the degree of carboxymethyl substitution is 0.50 or less, the degree of crystallization of cellulose type I is 50% or more, and the degree of anionization is 0.00meq / g or more and 1.00meq / g or less. Certain carboxymethylated celluloses can be produced.
<セルロース>
本発明においてセルロースとは、D−グルコピラノース(単に「グルコース残基」、「無水グルコース」ともいう。)がβ−1,4結合で連なった構造の多糖を意味する。セルロースは、一般に起源、製法等から、天然セルロース、再生セルロース、微細セルロース、非結晶領域を除いた微結晶セルロース等に分類される。本発明では、これらのセルロースのいずれも、マーセル化セルロースの原料として用いることができるが、カルボキシメチル化セルロースにおいて50%以上のセルロースI型の結晶化度を維持するためには、セルロースI型の結晶化度が高いセルロースを原料として用いることが好ましい。原料となるセルロースのセルロースI型の結晶化度は、好ましくは、70%以上であり、さらに好ましくは80%以上である。セルロースI型の結晶化度の測定方法は、上述した通りである。
<Cellulose>
In the present invention, cellulose means a polysaccharide having a structure in which D-glucopyranose (simply referred to as “glucose residue” or “anhydrous glucose”) is linked by β-1,4 bonds. Cellulose is generally classified into natural cellulose, regenerated cellulose, fine cellulose, microcrystalline cellulose excluding amorphous regions, etc., based on the origin, manufacturing method, and the like. In the present invention, any of these celluloses can be used as a raw material for mercerized cellulose, but in order to maintain 50% or more of cellulose type I crystallinity in carboxymethylated cellulose, cellulose type I type can be used. It is preferable to use cellulose having a high degree of crystallinity as a raw material. The crystallinity of cellulose type I of the raw material cellulose is preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. The method for measuring the crystallinity of cellulose type I is as described above.
天然セルロースとしては、晒パルプまたは未晒パルプ(晒木材パルプまたは未晒木材パルプ);リンター、精製リンター;酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等が例示される。晒パルプ又は未晒パルプの原料は特に限定されず、例えば、木材、木綿、わら、竹、麻、ジュート、ケナフ等が挙げられる。また、晒パルプ又は未晒パルプの製造方法も特に限定されず、機械的方法、化学的方法、あるいはその中間で二つを組み合せた方法でもよい。製造方法により分類される晒パルプ又は未晒パルプとしては例えば、メカニカルパルプ(サーモメカニカルパルプ(TMP)、砕木パルプ)、ケミカルパルプ(針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)等の亜硫酸パルプ、針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)等のクラフトパルプ)等が挙げられる。さらに、製紙用パルプの他に溶解パルプを用いてもよい。溶解パルプとは、化学的に精製されたパルプであり、主として薬品に溶解して使用され、人造繊維、セロハンなどの主原料となる。 Examples of natural cellulose include bleached pulp or unbleached pulp (bleached wood pulp or unbleached wood pulp); linters, purified linters; cellulose produced by microorganisms such as acetic acid bacteria. The raw material of bleached pulp or unbleached pulp is not particularly limited, and examples thereof include wood, cotton, straw, bamboo, hemp, jute, and kenaf. Further, the method for producing bleached pulp or unbleached pulp is not particularly limited, and a mechanical method, a chemical method, or a method in which the two are combined may be used. The bleached pulp or unbleached pulp classified according to the production method includes, for example, mechanical pulp (thermomechanical pulp (TMP), crushed wood pulp), chemical pulp (conifer unbleached sulphite pulp (NUSP), conifer bleached sulphite pulp (NBSP). ) And the like, unbleached coniferous kraft pulp (NUKP), bleached coniferous kraft pulp (NBKP), unbleached broadleaf kraft pulp (LUKP), kraft pulp such as broadleaf bleached kraft pulp (LBKP)) and the like. Further, dissolved pulp may be used in addition to the pulp for papermaking. Dissolving pulp is chemically refined pulp, which is mainly dissolved in chemicals and used as a main raw material for artificial fibers, cellophane, and the like.
再生セルロースとしては、セルロースを銅アンモニア溶液、セルロースザンテート溶液、モルフォリン誘導体など何らかの溶媒に溶解し、改めて紡糸されたものが例示される。 微細セルロースとしては、上記天然セルロースや再生セルロースなどのセルロース系素材を、解重合処理(例えば、酸加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル処理等)して得られるものや、前記セルロース系素材を、機械的に処理して得られるものが例示される。 Examples of the regenerated cellulose include those obtained by dissolving cellulose in some solvent such as a cuprammonium solution, a cellulose zantate solution, and a morpholine derivative, and spinning it again. The fine cellulose includes those obtained by depolymerizing a cellulosic material such as natural cellulose or regenerated cellulose (for example, acid hydrolysis, alkali hydrolysis, enzymatic decomposition, blasting treatment, vibration ball mill treatment, etc.). An example is one obtained by mechanically processing the cellulosic material.
<マーセル化>
原料として前述のセルロースを用い、マーセル化剤(アルカリ)を添加することによりマーセル化セルロース(アルカリセルロースともいう。)を得る。本明細書に記載の方法にしたがって、このマーセル化反応における溶媒に水を主として用い、次のカルボキシメチル化の際に有機溶媒と水との混合溶媒を使用することにより、本発明のカルボキシメチル化セルロースを経済的に得ることができる。こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、水分散体としたときに低い粘度を示す。また、こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、アニオン化度の絶対値が小さい。また、こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、ショッパー・リーグラろ水度が高い。また、こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、水分散体としたときに塊の形成が少ない(すなわち、濾過残渣を生じる割合が少ない)。
<Mercerization>
The above-mentioned cellulose is used as a raw material, and mercerized cellulose (also referred to as alkaline cellulose) is obtained by adding a mercerizing agent (alkali). According to the method described herein, water is mainly used as the solvent in this mercerization reaction, and the carboxymethylation of the present invention is carried out by using a mixed solvent of an organic solvent and water in the next carboxymethylation. Cellulose can be obtained economically. The carboxymethylated cellulose thus obtained exhibits a low viscosity when made into an aqueous dispersion. Further, the carboxymethylated cellulose thus obtained has a small absolute value of the degree of anionization. In addition, the carboxymethylated cellulose thus obtained has a high degree of Shopper-Regula free water. Further, the carboxymethylated cellulose thus obtained has less formation of lumps when made into an aqueous dispersion (that is, a small proportion of filtration residues is generated).
溶媒に水を主として用いる(水を主とする溶媒)とは、水を50質量%より高い割合で含む溶媒をいう。水を主とする溶媒中の水は、好ましくは55質量%以上であり、より好ましくは60質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上であり、さらに好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは95質量%以上である。特に好ましくは水を主とする溶媒は、水が100質量%(すなわち、水)である。マーセル化時の水の割合が多いほど、カルボキシメチル基がセルロースにより均一に導入されるという利点が得られる。水を主とする溶媒中の水以外の(水と混合して用いられる)溶媒としては、後段のカルボキシメチル化の際の溶媒として用いられる有機溶媒が挙げられる。例えば、メタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等のアルコールや、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトンなどのケトン、ならびに、ジオキサン、ジエチルエーテル、ベンゼン、ジクロロメタンなどを挙げることができ、これらの単独または2種以上の混合物を水に50質量%未満の量で添加してマーセル化の際の溶媒として用いることができる。水を主とする溶媒中の有機溶媒は、好ましくは45質量%以下であり、さらに好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下であり、さらに好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは0質量%である。 The term "water-based solvent" as a solvent mainly uses water means a solvent containing water in a proportion higher than 50% by mass. The water in the solvent mainly containing water is preferably 55% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more. It is more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more. Particularly preferably, the solvent mainly containing water is 100% by mass (that is, water) of water. The higher the proportion of water during mercerization, the more the advantage is that the carboxymethyl group is uniformly introduced by the cellulose. Examples of the solvent other than water (used by mixing with water) in the solvent mainly containing water include an organic solvent used as a solvent in the subsequent carboxymethylation. For example, alcohols such as methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol and tertiary butanol, ketones such as acetone, diethyl ketone and methyl ethyl ketone, and dioxane, diethyl ether, benzene and dichloromethane. And the like, these alone or a mixture of two or more kinds can be added to water in an amount of less than 50% by mass and used as a solvent for marcel formation. The organic solvent in the solvent mainly containing water is preferably 45% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, further preferably 30% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less. , More preferably 10% by mass or less, further preferably 5% by mass or less, and even more preferably 0% by mass.
マーセル化剤としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物が挙げられ、これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。マーセル化剤は、これに限定されないが、これらのアルカリ金属水酸化物を、例えば、1〜60質量%、好ましくは2〜45質量%、より好ましくは3〜25質量%の水溶液として反応器に添加することができる。 Examples of the mercerizing agent include alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide, and one or a combination of two or more of these can be used. The mercerizing agent is not limited to this, but these alkali metal hydroxides are used in the reactor as an aqueous solution of, for example, 1 to 60% by mass, preferably 2 to 45% by mass, and more preferably 3 to 25% by mass. Can be added.
マーセル化剤の使用量は、カルボキシメチル化セルロースにおけるカルボキシメチル置換度0.50以下及びセルロースI型の結晶化度50%以上を両立できる量であればよく特に限定されない。一実施形態において、セルロース100g(絶乾)に対して0.1モル以上2.5モル以下であることが好ましく、0.3モル以上2.0モル以下であることがより好ましく、0.4モル以上1.5モル以下であることがさらに好ましい。 The amount of the mercerizing agent used is not particularly limited as long as it can achieve both a carboxymethyl substitution degree of 0.50 or less in carboxymethylated cellulose and a crystallization degree of cellulose type I of 50% or more. In one embodiment, it is preferably 0.1 mol or more and 2.5 mol or less, more preferably 0.3 mol or more and 2.0 mol or less, and 0.4 mol or more, with respect to 100 g (absolutely dry) of cellulose. It is more preferably mol or more and 1.5 mol or less.
マーセル化の際の水を主とする溶媒の量は、原料の撹拌混合が可能な量であればよく特に限定されないが、セルロース原料に対し、1.5〜20質量倍が好ましく、2〜10質量倍であることがより好ましい。 The amount of the solvent mainly containing water at the time of mercerization is not particularly limited as long as it can be stirred and mixed with the raw materials, but is preferably 1.5 to 20 times by mass with respect to the cellulose raw material, and 2 to 10 times. More preferably, it is multiplied by mass.
マーセル化処理は、発底原料(セルロース)と水を主とする溶媒とを混合し、反応器の温度を0〜70℃、好ましくは10〜60℃、より好ましくは10〜40℃に調整して、マーセル化剤の水溶液を添加し、15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間、より好ましくは30分〜3時間撹拌することにより行う。これによりマーセル化セルロース(アルカリセルロース)を得る。 In the mercerization treatment, the bottoming material (cellulose) and a solvent mainly composed of water are mixed, and the temperature of the reactor is adjusted to 0 to 70 ° C., preferably 10 to 60 ° C., more preferably 10 to 40 ° C. Then, an aqueous solution of the mercerizing agent is added, and the mixture is stirred for 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours, and more preferably 30 minutes to 3 hours. As a result, mercerized cellulose (alkaline cellulose) is obtained.
マーセル化の際のpHは、9以上が好ましく、これによりマーセル化反応を進めることができる。該pHは、より好ましくは11以上であり、更に好ましくは12以上であり、13以上でもよい。pHの上限は特に限定されない。 The pH at the time of mercerization is preferably 9 or more, whereby the mercerization reaction can proceed. The pH is more preferably 11 or more, still more preferably 12 or more, and may be 13 or more. The upper limit of pH is not particularly limited.
マーセル化は、温度制御しながら上記各成分を混合撹拌することができる反応機を用いて行うことができ、従来からマーセル化反応に用いられる各種の反応機を用いることができる。例えば、2本の軸が撹拌し、上記各成分を混合するようなバッチ型攪拌装置は、均一混合性と生産性の両観点から好ましい。 Mercerization can be carried out using a reactor capable of mixing and stirring each of the above components while controlling the temperature, and various reactors conventionally used for the mercerization reaction can be used. For example, a batch type agitator in which two shafts agitate and each of the above components is mixed is preferable from the viewpoint of both uniform mixing property and productivity.
<カルボキシメチル化>
マーセル化セルロースに対し、カルボキシメチル化剤(エーテル化剤ともいう。)を添加することにより、カルボキシメチル化セルロースを得る。本明細書に記載の方法にしたがって、マーセル化の際は水を主とする溶媒として用い、カルボキシメチル化の際には水と有機溶媒との混合溶媒を用いることにより、本発明のカルボキシメチル化セルロースを経済的に得ることができる。こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、水分散体としたときに低い粘度を示す。また、こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、アニオン化度の絶対値が小さい。また、こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、ショッパー・リーグラろ水度が高い。また、こうして得られたカルボキシメチル化セルロースは、水分散体としたときに塊の形成が少ない(すなわち、濾過残渣を生じる割合が少ない)。
<Carboxymethylation>
Carboxymethylated cellulose is obtained by adding a carboxymethylating agent (also referred to as an etherifying agent) to mercerized cellulose. According to the method described in the present specification, carboxymethylation of the present invention is carried out by using water as a main solvent during mercerization and using a mixed solvent of water and an organic solvent during carboxymethylation. Cellulose can be obtained economically. The carboxymethylated cellulose thus obtained exhibits a low viscosity when made into an aqueous dispersion. Further, the carboxymethylated cellulose thus obtained has a small absolute value of the degree of anionization. In addition, the carboxymethylated cellulose thus obtained has a high degree of Shopper-Regula free water. Further, the carboxymethylated cellulose thus obtained has less formation of lumps when made into an aqueous dispersion (that is, a small proportion of filtration residues is generated).
カルボキシメチル化剤としては、モノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、モノクロロ酢酸メチル、モノクロロ酢酸エチル、モノクロロ酢酸イソプロピルなどが挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさという点でモノクロロ酢酸、またはモノクロロ酢酸ナトリウムが好ましい。 Examples of the carboxymethylating agent include monochloroacetic acid, sodium monochloroacetic acid, methyl monochloroacetic acid, ethyl monochloroacetic acid, isopropyl monochloroacetate and the like. Of these, monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate is preferable in terms of availability of raw materials.
カルボキシメチル化剤の使用量は、カルボキシメチル化セルロースにおけるカルボキシメチル置換度0.50以下及びセルロースI型の結晶化度50%以上を両立できる量であればよく特に限定されない。一実施形態において、セルロースの無水グルコース単位当たり、0.5〜1.5モルの範囲で添加することが好ましい。上記範囲の下限はより好ましくは0.6モル以上、さらに好ましくは0.7モル以上であり、上限はより好ましくは1.3モル以下、さらに好ましくは1.1モル以下である。カルボキシメチル化剤は、これに限定されないが、例えば、5〜80質量%、より好ましくは30〜60質量%の水溶液として反応器に添加することができる。また、溶解せず、粉末状態で添加することもできる。 The amount of the carboxymethylating agent used is not particularly limited as long as it can achieve both a carboxymethyl substitution degree of 0.50 or less in carboxymethylated cellulose and a crystallization degree of cellulose type I of 50% or more. In one embodiment, it is preferably added in the range of 0.5 to 1.5 mol per anhydrous glucose unit of cellulose. The lower limit of the above range is more preferably 0.6 mol or more, further preferably 0.7 mol or more, and the upper limit is more preferably 1.3 mol or less, still more preferably 1.1 mol or less. The carboxymethylating agent can be added to the reactor as, for example, an aqueous solution of 5 to 80% by mass, more preferably 30 to 60% by mass, without limitation. Further, it can be added in a powder state without being dissolved.
マーセル化剤とカルボキシメチル化剤のモル比(マーセル化剤/カルボキシメチル化剤)は、カルボキシメチル化剤としてモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムを使用する場合では、0.90〜2.45が一般的に採用される。その理由は、0.90未満であるとカルボキシメチル化反応が不十分となる可能性があり、未反応のモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムが残留して無駄が生じる可能性があること、及び2.45を超えると過剰のマーセル化剤とモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムによる副反応が進行してグリコール酸アルカリ金属塩が生成する恐れがあるため、不経済となる可能性があることにある。 The molar ratio of the mercelling agent to the carboxymethylating agent (merselling agent / carboxymethylating agent) is generally 0.99 to 2.45 when monochloroacetic acid or sodium monochloroacetic acid is used as the carboxymethylating agent. Will be adopted by. The reason is that if it is less than 0.90, the carboxymethylation reaction may be insufficient, and unreacted monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate may remain, resulting in waste. If it exceeds 45, a side reaction between the excess marcel agent and monochloroacetic acid or sodium monochloroacetic acid may proceed to form an alkali metal glycolic acid salt, which may be uneconomical.
カルボキシメチル化において、カルボキシメチル化剤の有効利用率は、15%以上であることが好ましい。より好ましくは20%以上であり、さらに好ましくは25%以上であり、特に好ましくは30%以上である。カルボキシメチル化剤の有効利用率とは、カルボキシメチル化剤におけるカルボキシメチル基のうち、セルロースに導入されたカルボキシメチル基の割合を指す。マーセル化の際に水を主とする溶媒を用い、カルボキシメチル化の際に水と有機溶媒との混合溶媒を用いることにより、高いカルボキシメチル化剤の有効利用率で(すなわち、カルボキシメチル化剤の使用量を大きく増やすことなく、経済的に)、本発明のカルボキシメチル化セルロースを得ることができる。カルボキシメチル化剤の有効利用率の上限は特に限定されないが、現実的には80%程度が上限となる。なお、カルボキシメチル化剤の有効利用率は、AMと略すことがある。 In carboxymethylation, the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is preferably 15% or more. It is more preferably 20% or more, further preferably 25% or more, and particularly preferably 30% or more. The effective utilization rate of the carboxymethylating agent refers to the ratio of the carboxymethyl group introduced into cellulose among the carboxymethyl groups in the carboxymethylating agent. By using a solvent mainly containing water for marcel formation and using a mixed solvent of water and an organic solvent for carboxymethylation, a high effective utilization rate of the carboxymethylating agent (that is, a carboxymethylating agent) The carboxymethylated cellulose of the present invention can be obtained economically without significantly increasing the amount of the solvent used. The upper limit of the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is not particularly limited, but in reality, the upper limit is about 80%. The effective utilization rate of the carboxymethylating agent may be abbreviated as AM.
カルボキシメチル化剤の有効利用率の算出方法は以下の通りである:
AM = (DS × セルロースのモル数)/ カルボキシメチル化剤のモル数
DS: カルボキシメチル置換度(測定方法は後述する)
セルロースのモル数:パルプ質量(100℃で60分間乾燥した際の乾燥質量)/162
(162はセルロースのグルコース単位当たりの分子量)。
カルボキシメチル化反応におけるセルロース原料の濃度は、特に限定されないが、カルボキシメチル化剤の有効利用率を高める観点から、1〜40%(w/v)であることが好ましい。
The method for calculating the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is as follows:
AM = (DS x number of moles of cellulose) / number of moles of carboxymethylating agent DS: degree of carboxymethyl substitution (measurement method will be described later)
Number of moles of cellulose: Pulp mass (dry mass when dried at 100 ° C. for 60 minutes) / 162
(162 is the molecular weight of cellulose per glucose unit).
The concentration of the cellulose raw material in the carboxymethylation reaction is not particularly limited, but is preferably 1 to 40% (w / v) from the viewpoint of increasing the effective utilization rate of the carboxymethylating agent.
カルボキシメチル化剤を添加するのと同時に、あるいはカルボキシメチル化剤の添加の前または直後に、反応器に有機溶媒または有機溶媒の水溶液を適宜添加し、又は減圧などによりマーセル化処理時の水以外の有機溶媒等を適宜削減して、水と有機溶媒との混合溶媒を形成し、この水と有機溶媒との混合溶媒下で、カルボキシメチル化反応を進行させる。有機溶媒の添加または削減のタイミングは、マーセル化反応の終了後からカルボキシメチル化剤を添加した直後までの間であればよく、特に限定されないが、例えば、カルボキシメチル化剤を添加する前後30分以内が好ましい。 At the same time as the addition of the carboxymethylating agent, or immediately before or after the addition of the carboxymethylating agent, an organic solvent or an aqueous solution of the organic solvent is appropriately added to the reactor, or water other than the water used for the marcelification treatment by reducing the pressure or the like. The organic solvent and the like of the above are appropriately reduced to form a mixed solvent of water and the organic solvent, and the carboxymethylation reaction is allowed to proceed under the mixed solvent of the water and the organic solvent. The timing of addition or reduction of the organic solvent may be between the end of the mercerization reaction and immediately after the addition of the carboxymethylating agent, and is not particularly limited, but for example, 30 minutes before and after the addition of the carboxymethylating agent. Within is preferable.
有機溶媒としては、メタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等のアルコールや、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトンなどのケトン、ならびに、ジオキサン、ジエチルエーテル、ベンゼン、ジクロロメタンなどを挙げることができ、これらの単独または2種以上の混合物を水に添加してカルボキシメチル化の際の溶媒として用いることができる。これらのうち、水との相溶性が優れることから、炭素数1〜4の一価アルコールが好ましく、炭素数1〜3の一価アルコールがさらに好ましい。 Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol and tertiary butanol, ketones such as acetone, diethyl ketone and methyl ethyl ketone, and dioxane and diethyl ether. Examples thereof include benzene and methanol, and these alone or a mixture of two or more thereof can be added to water and used as a solvent for carboxymethylation. Of these, monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms are preferable, and monohydric alcohols having 1 to 3 carbon atoms are more preferable because of their excellent compatibility with water.
カルボキシメチル化の際の混合溶媒中の有機溶媒の割合は、水と有機溶媒との総和に対して有機溶媒が20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましく、45質量%以上であることがさらに好ましく、50質量%以上であることが特に好ましい。有機溶媒の割合が高いほど、均一なカルボキシメチル基の置換が起こりやすいなど、品質の安定したカルボキシメチル化セルロースが得られるという利点が得られる。有機溶媒の割合の上限は限定されず、例えば、99質量%以下であってよい。添加する有機溶媒のコストを考慮すると、好ましくは90質量%以下であり、更に好ましくは85質量%以下であり、更に好ましくは80質量%以下であり、更に好ましくは70質量%以下である。 The ratio of the organic solvent in the mixed solvent at the time of carboxymethylation is preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, based on the total amount of water and the organic solvent. It is more preferably 40% by mass or more, further preferably 45% by mass or more, and particularly preferably 50% by mass or more. The higher the proportion of the organic solvent, the more likely it is that uniform substitution of carboxymethyl groups will occur, and the advantage of obtaining stable quality carboxymethylated cellulose can be obtained. The upper limit of the proportion of the organic solvent is not limited and may be, for example, 99% by mass or less. Considering the cost of the organic solvent to be added, it is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, still more preferably 80% by mass or less, still more preferably 70% by mass or less.
カルボキシメチル化の際の反応媒(セルロースを含まない、水と有機溶媒等との混合溶媒)は、マーセル化の際の反応媒よりも、水の割合が少ない(言い換えれば、有機溶媒の割合が多い)ことが好ましい。本範囲を満たすことで、得られるカルボキシメチル化セルロースの結晶化度を維持しやすくなり、本発明のカルボキシメチル化セルロースを、より効率的に得ることができるようになる。また、カルボキシメチル化の際の反応媒が、マーセル化の際の反応媒よりも水の割合が少ない(有機溶媒の割合が多い)場合、マーセル化反応からカルボキシメチル化反応に移行する際に、マーセル化反応終了後の反応系に所望の量の有機溶媒を添加するという簡便な手段でカルボキシメチル化反応用の混合溶媒を形成させることができるという利点も得られる。 The reaction medium for carboxymethylation (a mixed solvent of water and an organic solvent, etc., which does not contain cellulose) has a smaller proportion of water than the reaction medium for mercerization (in other words, the proportion of the organic solvent is higher). Many) is preferable. By satisfying this range, it becomes easy to maintain the crystallinity of the obtained carboxymethylated cellulose, and the carboxymethylated cellulose of the present invention can be obtained more efficiently. In addition, when the reaction medium for carboxymethylation has a smaller proportion of water (more proportion of organic solvent) than the reaction medium for mercerization, the transition from the mercerization reaction to the carboxymethylation reaction occurs. Another advantage is that a mixed solvent for the carboxymethylation reaction can be formed by a simple means of adding a desired amount of an organic solvent to the reaction system after the completion of the mercerization reaction.
水と有機溶媒との混合溶媒を形成し、マーセル化セルロースにカルボキシメチル化剤を投入した後、温度を好ましくは10〜40℃の範囲で一定に保ったまま15分〜4時間、好ましくは15分〜1時間程度撹拌する。マーセル化セルロースを含む液とカルボキシメチル化剤との混合は、反応混合物が高温になることを防止するために、複数回に分けて、または、滴下により行うことが好ましい。カルボキシメチル化剤を投入して一定時間撹拌した後、必要であれば昇温して、反応温度を30〜90℃、好ましくは40〜90℃、さらに好ましくは60〜80℃として、30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間、エーテル化(カルボキシメチル化)反応を行い、カルボキシメチル化セルロースを得る。カルボキシメチル化反応時に昇温することにより、エーテル化反応を短時間で効率的に行えるという利点が得られる。 After forming a mixed solvent of water and an organic solvent and adding a carboxymethylating agent to the mercerized cellulose, the temperature is preferably kept constant in the range of 10 to 40 ° C. for 15 minutes to 4 hours, preferably 15 Stir for about 1 minute to 1 hour. The mixing of the liquid containing mercerized cellulose and the carboxymethylating agent is preferably carried out in a plurality of times or by dropping in order to prevent the reaction mixture from becoming hot. After adding the carboxymethylating agent and stirring for a certain period of time, the temperature is raised if necessary, and the reaction temperature is set to 30 to 90 ° C., preferably 40 to 90 ° C., more preferably 60 to 80 ° C. for 30 minutes to The etherification (carboxymethylation) reaction is carried out for 10 hours, preferably 1 to 4 hours to obtain carboxymethylated cellulose. By raising the temperature during the carboxymethylation reaction, there is an advantage that the etherification reaction can be efficiently carried out in a short time.
カルボキシメチル化の際には、マーセル化の際に用いた反応器をそのまま用いてもよく、あるいは、温度制御しつつ上記各成分を混合撹拌することが可能な別の反応器を用いてもよい。 At the time of carboxymethylation, the reactor used for mercerization may be used as it is, or another reactor capable of mixing and stirring each of the above components while controlling the temperature may be used. ..
反応終了後、残存するアルカリ金属塩を鉱酸または有機酸で中和してもよい。また、必要に応じて、副生する無機塩、有機酸塩等を含水メタノールで洗浄して除去し、乾燥、粉砕、分級してカルボキシメチル化セルロース又はその塩としてもよい。乾式粉砕で用いる装置としてはハンマーミル、ピンミル等の衝撃式ミル、ボールミル、タワーミル等の媒体ミル、ジェットミル等が例示される。湿式粉砕で用いる装置としてはホモジナイザー、マスコロイダー、パールミル等の装置が例示される。 After completion of the reaction, the remaining alkali metal salt may be neutralized with a mineral acid or an organic acid. Further, if necessary, the by-produced inorganic salts, organic acid salts and the like may be washed with hydrous methanol to remove them, and then dried, pulverized and classified to obtain carboxymethylated cellulose or a salt thereof. Examples of the device used for dry pulverization include impact mills such as hammer mills and pin mills, medium mills such as ball mills and tower mills, and jet mills. Examples of the apparatus used in the wet pulverization include apparatus such as a homogenizer, a mascoroider, and a pearl mill.
上記の製法により、カルボキシメチル置換度が0.50以下かつセルロースI型の結晶化度が50%以上であるにもかかわらず低い粘度の分散体を形成できるカルボキシメチル化セルロースが得られる理由、カルボキシメチル置換度が0.50以下かつセルロースI型の結晶化度が50%以上であるにもかかわらずアニオン化度の絶対値が小さいカルボキシメチル化セルロースが得られる理由は明らかではないが、本発明者らは、次のように推測している:マーセル化反応を水を主とする溶媒を用いて行うことによりマーセル化剤が均一に混ざりやすくなり、マーセル化反応がより均一に生じるようになり、また、カルボキシメチル化において有機溶媒が存在することにより、カルボキシメチル化剤の有効利用率が向上し、その結果余剰のカルボキシメチル化剤による副反応(例えば、グリコール酸アルカリ金属塩の生成等)が生じにくくなり、品質が安定化するため、粘度が低下し、また、アニオン化度の絶対値が小さくなると考えられる。 The reason why carboxymethylated cellulose capable of forming a dispersion having a low viscosity even though the degree of carboxymethyl substitution is 0.50 or less and the degree of crystallization of cellulose type I is 50% or more is obtained by the above production method, carboxy It is not clear why carboxymethylated cellulose having a small absolute value of anionization can be obtained even though the degree of methylation is 0.50 or less and the degree of crystallization of cellulose type I is 50% or more, but the present invention. They speculate: By performing the cellulolysis reaction using a water-based solvent, the cellulosic agent is more likely to be mixed uniformly, and the cellulolysis reaction occurs more uniformly. In addition, the presence of an organic solvent in carboxymethylation improves the effective utilization rate of the carboxymethylating agent, resulting in a side reaction by the surplus carboxymethylating agent (for example, formation of an alkali metal glycolic acid salt). Is less likely to occur and the quality is stabilized, so that the viscosity is lowered and the absolute value of the degree of anionization is considered to be small.
このようなカルボキシメチル化セルロースは、均一にカルボキシメチル化が起こるため保水性が高まる一方、カルボキシメチル化セルロースが均一に分散しやすくなり、凝集し難くなると考えられる。しかし、これら以外の理論を排除するものではない。 It is considered that such carboxymethylated cellulose has increased water retention because carboxymethylation occurs uniformly, while carboxymethylated cellulose is easily dispersed uniformly and is less likely to aggregate. However, it does not exclude theories other than these.
<水処理剤、ろ過材>
そのようにして得られるカルボキシメチル化セルロースは、本発明の水処理剤に用いるのに好適である。前述される通り、本発明に用いられるカルボキシメチル化セルロースは、保水性が高く、且つ分散性に優れ凝集しにくいため、水処理剤として用いた際に、水除去に優れつつ、濾別しやすいという優れた効果を発揮する。さらに、本発明の水処理剤をろ過材として用いた際には、水分除去率に優れ、さらにろ液の流動率に優れる。
<Water treatment agent, filter material>
The carboxymethylated cellulose thus obtained is suitable for use in the water treatment agent of the present invention. As described above, the carboxymethylated cellulose used in the present invention has high water retention, excellent dispersibility, and is difficult to aggregate. Therefore, when used as a water treatment agent, it is excellent in water removal and easy to filter. It exerts an excellent effect. Further, when the water treatment agent of the present invention is used as a filter material, the water removal rate is excellent, and the flow rate of the filtrate is also excellent.
以下、本発明を実施例及び比較例をあげてより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特に断らない限り、部および%は質量部および質量%を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise specified, parts and% indicate parts by mass and% by mass.
(製造例1)
回転数を100rpmに調節した二軸ニーダーに、水130部と、水酸化ナトリウム20部を水100部に溶解したものとを加え、広葉樹パルプ(日本製紙(株)製、LBKP)を100℃60分間乾燥した際の乾燥質量で100部仕込んだ。30℃で90分間撹拌、混合しマーセル化セルロースを調製した。更に撹拌しつつイソプロパノール(IPA)100部と、モノクロロ酢酸ナトリウム60部を添加し、30分間撹拌した後、70℃に昇温して90分間カルボキシメチル化反応をさせた。カルボキシメチル化反応時の反応媒中のIPAの濃度は、30%である。反応終了後、酢酸でpH7程度になるよう中和し、脱液、乾燥、粉砕して、カルボキシメチル置換度0.24、セルロースI型の結晶化度73%のカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。カルボキシメチル化剤の有効利用率は、29%であった。なお、カルボキシメチル置換度及びセルロースI型の結晶化度の測定方法、ならびにカルボキシメチル化剤の有効利用率の算出方法は、上述の通りである。
(Manufacturing Example 1)
To a biaxial kneader whose rotation speed was adjusted to 100 rpm, 130 parts of water and 20 parts of sodium hydroxide dissolved in 100 parts of water were added, and hardwood pulp (LBKP manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was added at 100 ° C. 60. 100 parts were charged by the dry mass when dried for 1 minute. Mercerized cellulose was prepared by stirring and mixing at 30 ° C. for 90 minutes. Further, 100 parts of isopropanol (IPA) and 60 parts of sodium monochloroacetate were added with stirring, and after stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C. and a carboxymethylation reaction was carried out for 90 minutes. The concentration of IPA in the reaction medium during the carboxymethylation reaction is 30%. After completion of the reaction, the reaction was neutralized with acetic acid to a pH of about 7, deliquesed, dried, and pulverized to obtain a sodium salt of carboxymethyl cellulose having a carboxymethyl substitution degree of 0.24 and a cellulose type I crystallinity of 73%. Obtained. The effective utilization rate of the carboxymethylating agent was 29%. The method for measuring the degree of carboxymethyl substitution and the degree of crystallization of cellulose type I, and the method for calculating the effective utilization rate of the carboxymethylating agent are as described above.
得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を水に分散し、1%(w/v)水分散体とした。これについて、上述の方法で粘度を測定したところ、5.6mPa・sであった。 The obtained sodium salt of carboxymethylated cellulose was dispersed in water to obtain a 1% (w / v) aqueous dispersion. About this, when the viscosity was measured by the above-mentioned method, it was 5.6 mPa · s.
得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩について、上述の方法でアニオン化度を測定したところ、0.32meq/gであった。 The degree of anionization of the obtained sodium salt of carboxymethylated cellulose was measured by the above method and found to be 0.32 meq / g.
(製造例2)
IPAの添加量を変えることによりカルボキシメチル化反応時の反応液中のIPAの濃度を50%とした以外は実施例1と同様にして、カルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。カルボキシメチル置換度は0.31、セルロースI型の結晶化度は66%、カルボキシメチル化剤の有効利用率は37%であった。得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を固形分1%(w/v)の水分散体とし、実施例1と同様に粘度を測定したところ、5.6mPa・sであった。得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩について、実施例1と同様にアニオン化度を測定したところ、0.53meq/gであった。
(Manufacturing Example 2)
A sodium salt of carboxymethylated cellulose was obtained in the same manner as in Example 1 except that the concentration of IPA in the reaction solution during the carboxymethylation reaction was set to 50% by changing the amount of IPA added. The degree of carboxymethyl substitution was 0.31, the degree of crystallinity of cellulose type I was 66%, and the effective utilization rate of the carboxymethylating agent was 37%. The obtained sodium salt of carboxymethylated cellulose was used as an aqueous dispersion having a solid content of 1% (w / v), and the viscosity was measured in the same manner as in Example 1 and found to be 5.6 mPa · s. The degree of anionization of the obtained sodium salt of carboxymethylated cellulose was measured in the same manner as in Example 1 and found to be 0.53 meq / g.
(製造例3)
マーセル化反応時の溶媒を水10%、IPA90%とし、カルボキシメチル化反応時にも同じ組成の溶媒を用いた以外は実施例1と同様にして、カルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。カルボキシメチル置換度は0.29、セルロースI型の結晶化度は66%、カルボキシメチル化剤の有効利用率は35%であった。得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を固形分1%(w/v)の水分散体とし、実施例1と同様に粘度を測定したところ、35.5mPa・sであった。得られたカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩について、実施例1と同様にアニオン化度を測定したところ、1.10meq/gであった。
(Manufacturing Example 3)
A sodium salt of carboxymethylated cellulose was obtained in the same manner as in Example 1 except that the solvent used in the mercerization reaction was 10% water and 90% IPA, and the solvent having the same composition was also used in the carboxymethylation reaction. The degree of carboxymethyl substitution was 0.29, the degree of crystallinity of cellulose type I was 66%, and the effective utilization rate of the carboxymethylating agent was 35%. The obtained sodium salt of carboxymethylated cellulose was used as an aqueous dispersion having a solid content of 1% (w / v), and the viscosity was measured in the same manner as in Example 1 and found to be 35.5 mPa · s. The degree of anionization of the obtained sodium salt of carboxymethylated cellulose was measured in the same manner as in Example 1 and found to be 1.10 meq / g.
(実施例1〜2、比較例1)
製造例1〜3で得られたカルボキシメチル化セルロースを、実施例1〜2、及び比較例1の水処理剤(ろ過材)として用い、下記の油中水分除去評価得を実施した。
(Examples 1 and 2, Comparative Example 1)
The carboxymethylated cellulose obtained in Production Examples 1 to 3 was used as a water treatment agent (filter material) in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and the following evaluation of water removal in oil was carried out.
<油中水分除去評価>
吸引ろ過器(Leybold社製)にガラス漏斗(桐山漏斗)をセットし、その底面に濾紙(5C規格)を底面全体が覆われるように敷いた後、
製造例1〜3により得られたカルボキシメチル化セルロースをそれぞれ、2gとなるように濾紙上にまんべんなく敷き詰めた。
<Evaluation of water removal in oil>
After setting a glass funnel (Kiriyama funnel) on a suction filter (manufactured by Leybold) and laying filter paper (5C standard) on the bottom surface so that the entire bottom surface is covered.
The carboxymethylated celluloses obtained in Production Examples 1 to 3 were spread evenly on the filter paper so as to be 2 g each.
その後、ガラス漏斗に水10ml、油(J-オイルミルズ社製、製品名:あっさり仕上がるキャノーラ油)40mlを遅滞なく注ぎ込み、吸引ろ過を開始し、60分後に吸引を止め、ろ液を下記の基準で評価した。 After that, 10 ml of water and 40 ml of oil (manufactured by J-Oil Mills, product name: canola oil that finishes easily) are poured into the glass funnel without delay, suction filtration is started, suction is stopped after 60 minutes, and the filtrate is set according to the following criteria. Evaluated in.
(ろ液の通過量)
吸引ろ過し得られたろ液は、メスシリンダーを用いて液量全量を計測した。
(Passing amount of filtrate)
The total amount of the filtrate obtained by suction filtration was measured using a measuring cylinder.
(ろ液中の水分量と油分量)
ろ液中の水分量と油分量は、メスシリンダーを用いて水/油との界面までの液量を計測した。
(Amount of water and amount of oil in the filtrate)
For the amount of water and oil in the filtrate, the amount of liquid up to the interface with water / oil was measured using a measuring cylinder.
本発明の水処理剤は、良好なろ液の通過性を示した。またろ液中からは水分が選択的に除去されており、優れた水処理性を示した。 The water treatment agent of the present invention showed good passage of the filtrate. Moisture was selectively removed from the filtrate, showing excellent water treatment properties.
一方、比較例で用いた水処理剤は、水と接触した際に凝集が起こり、吸引ろ過を行っても通過せず、ろ液を得ることができなかった。 On the other hand, the water treatment agent used in the comparative example aggregated when it came into contact with water, did not pass through suction filtration, and could not obtain a filtrate.
Claims (6)
工程(A):水を含んだ油状組成物に、請求項1〜4いずれかに記載の水処理剤を接触させる工程。
工程(B):前記油状組成物から、前記水処理剤を濾別する工程。 A method for removing water in oil, which comprises the following steps (A) to (B).
Step (A): A step of bringing the water treatment agent according to any one of claims 1 to 4 into contact with an oily composition containing water.
Step (B): A step of filtering out the water treatment agent from the oily composition.
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