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JP7250455B2 - Composition containing anion-modified cellulose nanofibers - Google Patents

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JP7250455B2
JP7250455B2 JP2018141213A JP2018141213A JP7250455B2 JP 7250455 B2 JP7250455 B2 JP 7250455B2 JP 2018141213 A JP2018141213 A JP 2018141213A JP 2018141213 A JP2018141213 A JP 2018141213A JP 7250455 B2 JP7250455 B2 JP 7250455B2
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cellulose
anion
modified cellulose
dispersion
composition
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武史 中山
利一 村松
伸治 佐藤
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Nippon Paper Industries Co Ltd
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Nippon Paper Industries Co Ltd
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Description

本発明は、アニオン変性セルロースナノファイバーを含有する組成物に関する。詳細には、加熱時に着色しにくいアニオン変性セルロースナノファイバーを含有する組成物に関する。 The present invention relates to compositions containing anion-modified cellulose nanofibers. Specifically, it relates to a composition containing anion-modified cellulose nanofibers that are less likely to be colored when heated.

原料であるセルロースを2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシラジカル(以下、TEMPOと称する)と酸化剤である次亜塩素酸ナトリウムとの共存下で処理すると、セルロースのミクロフィブリルの表面にカルボキシル基を効率よく導入することができる。このカルボキシル基を導入したセルロースを水中にてミキサー等により機械的に処理すると、ナノスケールの繊維径を有するセルロースナノファイバーへと変換することができることが知られている(特許文献1)。 When cellulose as a raw material is treated in the presence of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and sodium hypochlorite as an oxidizing agent, cellulose carboxyl groups can be efficiently introduced onto the surface of the microfibrils. It is known that mechanical treatment of cellulose into which carboxyl groups have been introduced in water using a mixer or the like can convert the cellulose into cellulose nanofibers having a nanoscale fiber diameter (Patent Document 1).

特開2008-001728号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-001728

しかしながら、特許文献1に開示されているセルロースナノファイバーは、加熱時に着色する問題があった。このようなセルロースナノファイバーを熱加工して製品を得ようとすると得られる製品に変色が見られるため、工業的に利用しにくいという問題がある。 However, the cellulose nanofiber disclosed in Patent Literature 1 has a problem of coloring when heated. When such cellulose nanofibers are heat-processed to obtain a product, the resulting product shows discoloration, which poses a problem that it is difficult to use it industrially.

そこで、本発明は、加熱時に着色しにくいアニオン変性セルロースナノファイバーを含有する組成物を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition containing anion-modified cellulose nanofibers that is less likely to be colored when heated.

本発明者らは鋭意検討を行った結果、カルボキシル基等のアニオン性基を導入したセルロース(アニオン変性セルロース)のナノファイバーに、ホスフィン化合物(一般式:RR’R’’P)(R、R’、R’’は、水素または有機基)を共存させると、アニオン変性セルロースナノファイバーの熱による着色が抑制されることを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventors found that a phosphine compound (general formula: RR'R''P) (R, R ', R'' are hydrogen or an organic group), it was found that the coloration of anion-modified cellulose nanofibers due to heat is suppressed.

本発明としては、以下に限定されないが、次のものが挙げられる。
(1)アニオン変性セルロースのナノファイバーと、ホスフィン化合物とを含有する組成物。
(2)ホスフィン化合物が、水酸基を有する、(1)に記載の組成物。
(3)ホスフィン化合物が、トリスヒドロキシプロピルホスフィン、トリスヒドロキシエチルホスフィン、及びトリスヒドロキシメチルホスフィンからなる群から選択される1つまたは複数の化合物である、(1)または(2)に記載の組成物。
(4)アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有する、(1)~(3)のいずれか1つに記載の組成物。
(5)アニオン変性セルロースが、N-オキシル化合物と酸化剤とを用いてセルロースを酸化することにより得られるカルボキシル基を有するセルロースである、(1)~(4)のいずれか1つに記載の組成物。
(6)組成物が分散体である、(1)~(5)のいずれか1つに記載の組成物。
(7)分散体の分散媒が水もしくは有機溶剤、またはこれらの混合物である、(6)に記載の組成物。
(8)(6)または(7)に記載の分散体から分散媒を少なくとも一部除去することにより得られる組成物。
(9)組成物がフィルム状である、(1)~(5)のいずれか1つに記載の組成物。
The present invention includes, but is not limited to, the following.
(1) A composition containing nanofibers of anion-modified cellulose and a phosphine compound.
(2) The composition according to (1), wherein the phosphine compound has a hydroxyl group.
(3) The composition according to (1) or (2), wherein the phosphine compound is one or more compounds selected from the group consisting of trishydroxypropylphosphine, trishydroxyethylphosphine, and trishydroxymethylphosphine. .
(4) The composition according to any one of (1) to (3), wherein the anion-modified cellulose has a carboxyl group.
(5) The anion-modified cellulose according to any one of (1) to (4), wherein the anion-modified cellulose is cellulose having carboxyl groups obtained by oxidizing cellulose using an N-oxyl compound and an oxidizing agent. Composition.
(6) The composition according to any one of (1)-(5), wherein the composition is a dispersion.
(7) The composition according to (6), wherein the dispersion medium of the dispersion is water or an organic solvent, or a mixture thereof.
(8) A composition obtained by at least partially removing the dispersion medium from the dispersion described in (6) or (7).
(9) The composition according to any one of (1) to (5), which is in the form of a film.

本発明の方法によれば、加熱時に着色しにくいアニオン変性セルロースナノファイバー含有組成物を得ることができる。また、本発明の組成物は、フィルム状(膜状)に成形した際に、表面にしわが生じにくいという効果も有する。 According to the method of the present invention, it is possible to obtain an anion-modified cellulose nanofiber-containing composition that is less likely to be colored when heated. The composition of the present invention also has the effect that wrinkles are less likely to occur on the surface when formed into a film (membrane).

実施例1のフィルム状乾燥物の写真である。なお、本出願と同日付で、物件提出書により、図1のカラー写真を提出した。1 is a photograph of a film-like dried product of Example 1. FIG. On the same date as the filing of this application, I submitted the color photograph of Fig. 1 in the article submission form. 比較例1のフィルム状乾燥物の写真である。なお、本出願と同日付で、物件提出書により、図2のカラー写真を提出した。1 is a photograph of a film-like dried product of Comparative Example 1. FIG. On the same date as this application, I submitted the color photograph of FIG. 比較例2のフィルム状乾燥物の写真である。なお、本出願と同日付で、物件提出書により、図3のカラー写真を提出した。4 is a photograph of a film-like dried product of Comparative Example 2. FIG. On the same date as this application, I submitted the color photograph of FIG.

本発明は、カルボキシル基などのアニオン性基を導入したセルロース(アニオン変性セルロース)を解繊することにより得られるナノファイバーに、ホスフィン化合物を共存させることにより、アニオン変性セルロースナノファイバーの加熱時の着色を抑制させたものである。 In the present invention, by allowing a phosphine compound to coexist with nanofibers obtained by defibrating cellulose (anion-modified cellulose) into which an anionic group such as a carboxyl group has been introduced, the anion-modified cellulose nanofibers are colored during heating. is suppressed.

<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、アニオン変性セルロースの原料として用いることができる。
<Cellulose>
In the present invention, cellulose means a polysaccharide having a structure in which D-glucopyranose (also referred to simply as "glucose residue" or "anhydroglucose") is linked by β-1,4 bonds. Cellulose is generally classified into natural cellulose, regenerated cellulose, fine cellulose, microcrystalline cellulose excluding non-crystalline regions, etc., according to its origin, production method, and the like. In the present invention, any of these celluloses can be used as a raw material for anion-modified cellulose.

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 or unbleached pulp (bleached wood pulp or unbleached wood pulp); linters, purified linters; cellulose produced by microorganisms such as acetic acid bacteria. Raw materials for bleached or unbleached pulp are not particularly limited, and examples thereof include wood, cotton, straw, bamboo, hemp, jute, and kenaf. Also, the method for producing the bleached pulp or the unbleached pulp is not particularly limited, and may be a mechanical method, a chemical method, or a combination of the two. Examples of bleached pulp or unbleached pulp classified by manufacturing method include mechanical pulp (thermomechanical pulp (TMP), groundwood pulp), chemical pulp (softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP) ), softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP) and other kraft pulps). Further, dissolving pulp may be used in addition to paper pulp. Dissolving pulp is pulp that has been chemically refined, and is mainly used by dissolving it in chemicals, and serves 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をはじめとする、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 regenerated cellulose include those obtained by dissolving cellulose in some solvent such as cuprammonium solution, cellulose xanthate solution, morpholine derivative, and spinning again.
The fine cellulose is obtained by subjecting cellulosic materials such as the natural cellulose and regenerated cellulose to depolymerization (for example, acid hydrolysis, alkaline hydrolysis, enzymatic decomposition, explosion treatment, vibration ball mill treatment, etc.). and those obtained by mechanically processing the above cellulosic materials.

<アニオン変性セルロース>
(1)アニオン変性
アニオン変性とはセルロースにアニオン性基を導入することであり、具体的には酸化または置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入することである。本発明において前記酸化反応とはピラノース環の水酸基を直接カルボキシル基に酸化する反応をいう。また、本発明において置換反応とは、当該酸化以外の置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入する反応をいう。
<Anion-modified cellulose>
(1) Anion Modification Anion modification is the introduction of an anionic group into cellulose, specifically the introduction of an anionic group into a pyranose ring by an oxidation or substitution reaction. In the present invention, the oxidation reaction means a reaction of directly oxidizing a hydroxyl group of a pyranose ring to a carboxyl group. Further, in the present invention, a substitution reaction means a reaction for introducing an anionic group into a pyranose ring by a substitution reaction other than the oxidation.

(2)カルボキシル化
アニオン変性セルロースとしてカルボキシル化(酸化)したセルロースを用いることができる。本発明におけるカルボキシ基とは、-COOH(酸型)または-COOM(塩型)をいう(式中、Mは金属イオンである)。カルボキシル化セルロース(「酸化セルロース」とも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。特に限定されないが、カルボキシル基の量はアニオン変性セルロースまたはアニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、0.6mmol/g~3.0mmol/gが好ましく、1.0mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましい。
(2) Carboxylation Carboxylated (oxidized) cellulose can be used as anion-modified cellulose. The carboxy group in the present invention means -COOH (acid form) or -COOM (salt form) (wherein M is a metal ion). Carboxylated cellulose (also referred to as “oxidized cellulose”) can be obtained by carboxylating (oxidizing) the above cellulose raw material by a known method. Although not particularly limited, the amount of carboxyl groups is preferably 0.6 mmol/g to 3.0 mmol/g, more preferably 1.0 mmol/g to 2.0 mmol, relative to the absolute dry mass of anion-modified cellulose or anion-modified cellulose nanofibers. /g is more preferred.

アニオン変性セルロースまたはアニオン変性セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、以下の方法で測定することができる:
カルボキシル化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩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、下式を用いて算出する:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。
The carboxyl group content of anion-modified cellulose or anion-modified cellulose nanofibers can be measured by the following method:
60 ml of a 0.5% by mass slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose was prepared, and 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution was added to adjust the pH to 2.5. and calculated from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid, where the change in conductivity is gradual, using the following formula:
Carboxyl group amount [mmol/g carboxylated cellulose]=a [ml]×0.05/carboxylated cellulose mass [g].

カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(-COOH)またはカルボキシレート基(-COO)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。 As an example of a carboxylation (oxidation) method, a cellulose feedstock is oxidized in water with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromides, iodides, and mixtures thereof. You can mention how to do it. This oxidation reaction selectively oxidizes the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface, resulting in a cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (-COOH) or carboxylate group ( -COO- ) on the surface. can be obtained. Although the concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, it is preferably 5% by mass or less.

N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N-オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であればいずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4-ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol~10mmolが好ましく、0.01mmol~1mmolがより好ましく、0.05mmol~0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1mmol/L~4mmol/L程度がよい。 An N-oxyl compound means a compound capable of generating a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction. Examples include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivatives (eg 4-hydroxy TEMPO). The amount of the N-oxyl compound to be used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount that can oxidize the raw material cellulose. For example, it is preferably 0.01 mmol to 10 mmol, more preferably 0.01 mmol to 1 mmol, even more preferably 0.05 mmol to 0.5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. Further, it is preferable that the concentration is about 0.1 mmol/L to 4 mmol/L with respect to the reaction system.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol~100mmolが好ましく、0.1mmol~10mmolがより好ましく、0.5mmol~5mmolがさらに好ましい。当該変性は酸化反応による変性である。 Bromides are compounds containing bromine, examples of which include alkali metal bromides that can be dissociated and ionized in water. Also, iodides are compounds containing iodine, examples of which include alkali metal iodides. The amount of bromide or iodide to be used can be selected within a range capable of promoting the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 mmol to 100 mmol, more preferably 0.1 mmol to 10 mmol, and even more preferably 0.5 mmol to 5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. The modification is modification by an oxidation reaction.

酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムは好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol~500mmolが好ましく、0.5mmol~50mmolがより好ましく、1mmol~25mmolがさらに好ましく、3mmol~10mmolが最も好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1mol~40molが好ましい。 Known oxidizing agents can be used, for example, halogens, hypohalous acids, halogenous acids, perhalogenates or salts thereof, halogen oxides, peroxides and the like can be used. Among them, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has less environmental load. An appropriate amount of the oxidizing agent to be used is, for example, preferably 0.5 mmol to 500 mmol, more preferably 0.5 mmol to 50 mmol, even more preferably 1 mmol to 25 mmol, and most preferably 3 mmol to 10 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. . Further, for example, 1 mol to 40 mol is preferable with respect to 1 mol of the N-oxyl compound.

セルロースの酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4℃~40℃が好ましく、また15℃~30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8~12、好ましくは10~11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間~6時間、例えば、0.5時間~4時間程度である。 The oxidation process of cellulose allows the reaction to proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4°C to 40°C, and may be room temperature of about 15°C to 30°C. Since carboxyl groups are generated in the cellulose as the reaction progresses, the pH of the reaction solution decreases. In order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution at about 8-12, preferably about 10-11. Water is preferable as the reaction medium because it is easy to handle and less likely to cause side reactions. The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually 0.5 hours to 6 hours, for example, about 0.5 hours to 4 hours.

また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。 Moreover, the oxidation reaction may be carried out in two steps. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the reaction in the first step, again under the same or different reaction conditions, the reaction can be efficiently It can be oxidized well.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50g/m~250g/mであることが好ましく、50g/m~220g/mであることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100質量部とした際に、0.1質量部~30質量部であることが好ましく、5質量部~30質量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0℃~50℃であることが好ましく、20℃~50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1分~360分程度であり、30分~360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶剤中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。 Another example of the carboxylation (oxidation) method is a method of oxidizing by contacting a cellulose raw material with an ozone-containing gas. This oxidation reaction oxidizes at least the hydroxyl groups at the 2- and 6-positions of the glucopyranose ring and causes degradation of the cellulose chain. The ozone concentration in the gas containing ozone is preferably 50 g/m 3 to 250 g/m 3 , more preferably 50 g/m 3 to 220 g/m 3 . The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by mass. . The ozone treatment temperature is preferably 0°C to 50°C, more preferably 20°C to 50°C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 minute to 360 minutes, preferably about 30 minutes to 360 minutes. When the ozone treatment conditions are within these ranges, cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose is improved. After the ozone treatment, additional oxidation treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used in the additional oxidation treatment is not particularly limited, but examples include chlorine-based compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. For example, the additional oxidation treatment can be performed by dissolving these oxidizing agents in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and immersing the cellulose raw material in the solution.

酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。アニオン変性セルロースにおけるカルボキシル基量とアニオン変性セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシル基量は、通常、同じである。 The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the amount of the oxidizing agent added and the reaction time. The amount of carboxyl groups in the anion-modified cellulose and the amount of carboxyl groups when the anion-modified cellulose is used as nanofibers are usually the same.

(2)カルボキシアルキル化
アニオン変性セルロースとして、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基を導入したセルロースを用いることができる。本発明におけるカルボキシアルキル基とは、-RCOOH(酸型)または-RCOOM(塩型)をいう。ここでRはメチレン基、エチレン基等のアルキレン基であり、Mは金属イオンである。なお、上記カルボキシアルキル基には、カルボキシル基部分が含まれていることから(-COOHまたは-COOM部分)、本発明において、「カルボキシル基を有する」セルロースという場合には、上記のカルボキシル化(酸化)セルロースだけではなく、カルボキシアルキル化セルロースも含むこととする。
(2) Carboxyalkylation Cellulose into which a carboxyalkyl group such as a carboxymethyl group has been introduced can be used as the anion-modified cellulose. The carboxyalkyl group in the present invention means -RCOOH (acid form) or -RCOOM (salt form). Here, R is an alkylene group such as a methylene group or ethylene group, and M is a metal ion. Since the carboxyalkyl group contains a carboxyl group moiety (-COOH or -COOM moiety), in the present invention, when referring to cellulose "having a carboxyl group", the above carboxylation (oxidation ) include not only cellulose but also carboxyalkylated cellulose.

カルボキシアルキル化セルロースは公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.40未満であることが好ましい。さらにアニオン基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシメチル置換度は0.40未満であることが好ましい。当該置換度が0.40以上であるとセルロースナノファイバーとしたときの分散性が低下する。またカルボキシアルキル置換度の下限値は0.01以上が好ましい。操業性を考慮すると当該置換度は0.02~0.35であることが特に好ましく、0.10~0.30であることが更に好ましい。なお、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)を意味し、カルボキシアルキル置換度とは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基(-OH)のうちカルボキシアルキルエーテル基(-ORCOOHまたは-ORCOOM)で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アルキルエーテル基の数)を示す。 Carboxyalkylated cellulose may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used. Preferably, the degree of carboxyalkyl substitution per anhydroglucose unit of the cellulose is less than 0.40. Furthermore, when the anionic group is a carboxymethyl group, the degree of carboxymethyl substitution is preferably less than 0.40. If the degree of substitution is 0.40 or more, the dispersibility of the cellulose nanofibers is lowered. Also, the lower limit of the degree of carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 or more. Considering workability, the degree of substitution is particularly preferably 0.02 to 0.35, more preferably 0.10 to 0.30. The anhydroglucose unit means an individual anhydroglucose (glucose residue) constituting cellulose, and the degree of carboxyalkyl substitution refers to the hydroxyl group (—OH) in the glucose residue constituting cellulose. The percentage of those substituted with ether groups (-ORCOOH or -ORCOOM) (the number of carboxyalkyl ether groups per glucose residue) is shown.

カルボキシアルキル化セルロースを製造する方法の一例として、以下の工程を含む方法が挙げられる。当該変性は置換反応による変性である。カルボキシメチル化セルロースを例にして説明する。 An example of a method for producing carboxyalkylated cellulose includes the following steps. The modification is modification by a substitution reaction. Carboxymethylated cellulose will be described as an example.

i)発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0℃~70℃、好ましくは10℃~60℃、かつ反応時間15分~8時間、好ましくは30分~7時間、マーセル化処理する工程、
ii)次いで、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05~10.0倍モル添加し、反応温度30℃~90℃、好ましくは40℃~80℃、かつ反応時間30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、エーテル化反応を行う工程。
i) Mixing the raw material with the solvent and the mercerizing agent, and mercerizing at a reaction temperature of 0° C. to 70° C., preferably 10° C. to 60° C., and a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. the process of processing,
ii) then, 0.05 to 10.0 times mol of a carboxymethylating agent per glucose residue is added, the reaction temperature is 30° C. to 90° C., preferably 40° C. to 80° C., and the reaction time is 30 minutes to 10 hours; A step of conducting the etherification reaction preferably for 1 hour to 4 hours.

発底原料としては前述のセルロース原料を使用できる。溶媒としては、3~20質量倍の水または低級アルコール、具体的には水、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級ブタノール等の単独、または2種以上の混合媒体を使用できる。低級アルコールを混合する場合、その混合割合は60質量%~95質量%が好ましい。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5~20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用することが好ましい。 The above-mentioned cellulose raw material can be used as the bottom raw material. As the solvent, 3 to 20 times by weight of water or a lower alcohol, specifically water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc. alone, or two Mixed media of more than one species can be used. When a lower alcohol is mixed, the mixing ratio is preferably 60% by mass to 95% by mass. As the mercerizing agent, it is preferable to use an alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, in an amount of 0.5 to 20 times the moles of the anhydroglucose residue of the starting material.

前述のとおり、セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は0.40未満であり、0.01以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにカルボキシメチル置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カルボキシメチル置換基を導入したセルロースはナノ解繊することができるようになる。なお、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換基が0.02より小さいと、ナノ解繊が十分にできない場合がある。アニオン変性セルロースにおけるカルボキシアルキル置換度と、アニオン変性セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシアルキル置換度とは通常、同じである。 As described above, the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of cellulose is less than 0.40, preferably 0.01 or more and less than 0.40. By introducing carboxymethyl substituents into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which carboxymethyl substituents have been introduced can be nano-fibrillated. If the number of carboxymethyl substituents per glucose unit is less than 0.02, nano-fibrillation may not be sufficient. The degree of carboxyalkyl substitution in the anion-modified cellulose is usually the same as the degree of carboxyalkyl substitution when the anion-modified cellulose is made into nanofibers.

グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、以下の方法で測定することができる:
カルボキシメチル化セルロース繊維(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。メタノール900mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチル化セルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースに変換する。水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。80質量%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定した。カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’-(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのHSOのファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター。
The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit can be measured by the following method:
About 2.0 g of carboxymethylated cellulose fiber (absolute dry) is precisely weighed and placed in a 300 mL conical flask with a common stopper. 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 900 mL of methanol is added and shaken for 3 hours to convert carboxymethylated cellulose salt (CM cellulose) into hydrogenated CM cellulose. 1.5 to 2.0 g of hydrogenated CM cellulose (absolutely dried) is precisely weighed and put into a 300 mL Erlenmeyer flask equipped with a common stopper. Hydrogenated CM-cellulose is wetted with 15 mL of 80% by mass methanol, 100 mL of 0.1 N NaOH is added, and shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back-titrated with 0.1 N H2SO4 using phenolphthalein as an indicator. The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the formula:
A=[(100×F′−(0.1N H 2 SO 4 ) (mL)×F)×0.1]/(absolute dry weight of hydrogen-type CM cellulose (g))
DS = 0.162 x A/(1 - 0.058 x A)
A: Amount of 1N NaOH (mL) required to neutralize 1 g of hydrogenated CM-cellulose
F: factor of 0.1N H2SO4 F': factor of 0.1N NaOH .

カルボキシメチル基以外のカルボキシアルキル基置換度の測定も、上記と同様の方法で行うことができる。
(3)エステル化
アニオン変性セルロースとしてエステル化したセルロースを用いることもできる。エステル化の方法としては、セルロース原料にリン酸系化合物の粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸系化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸系化合物はリン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらの1種、あるいは2種以上を併用してセルロースにリン酸基を導入することができる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物は水溶液として用いることが望ましい。リン酸系化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。
The degree of substitution with carboxyalkyl groups other than carboxymethyl groups can also be measured in the same manner as described above.
(3) Esterification Esterified cellulose can also be used as anion-modified cellulose. Examples of the esterification method include a method of mixing a cellulose raw material with powder or an aqueous solution of a phosphoric acid compound, a method of adding an aqueous solution of a phosphoric acid compound to a slurry of a cellulose raw material, and the like. Phosphoric acid compounds include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of salts. Among the above, a compound having a phosphate group is preferable because it is low cost, easy to handle, and can introduce a phosphate group into the cellulose of the pulp fiber to improve defibration efficiency. Compounds having a phosphate group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, phosphorus Tripotassium acid, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like. Phosphate groups can be introduced into cellulose by using one or more of these in combination. Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid, from the viewpoint of high efficiency of introduction of phosphate group, easy fibrillation in the fibrillation process described below, and easy industrial application is preferred. Sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are particularly preferred. Further, it is desirable to use the phosphoric acid-based compound in the form of an aqueous solution, since the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introduction of the phosphoric acid group is increased. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid-based compound is preferably 7 or less because the efficiency of introducing phosphoric acid groups is increased, but from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fibers, pH 3 to 7 is preferable.

リン酸エステル化セルロースの製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1質量%~10質量%のセルロース系原料の懸濁液に、リン酸系化合物を撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物の添加量はリン元素量として、0.2質量部~500質量部であることが好ましく、1質量部~400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物の割合が前記下限値以上であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるので、コスト面から好ましくない。 Examples of the method for producing the phosphorylated cellulose include the following method. A phosphoric acid compound is added to a suspension of a cellulosic raw material having a solid concentration of 0.1% by mass to 10% by mass while stirring to introduce a phosphoric acid group into the cellulose. When the cellulosic raw material is 100 parts by mass, the amount of the phosphoric acid compound added is preferably 0.2 parts by mass to 500 parts by mass, and 1 part by mass to 400 parts by mass, as the elemental amount of phosphorus. is more preferred. If the proportion of the phosphoric acid-based compound is at least the lower limit, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. However, if the above upper limit is exceeded, the effect of improving the yield reaches a ceiling, which is not preferable from the viewpoint of cost.

リン酸系化合物に加えて、他の化合物の粉末や水溶液を混合してもよい。リン酸系化合物以外の他の化合物としては、特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃色から赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。他の化合物の添加量はセルロース原料の固形分100質量部に対して、2質量部~1000質量部が好ましく、100質量部~700質量部がより好ましい。反応温度は0℃~95℃が好ましく、30℃~90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1分~600分程度であり、30分~480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100℃~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100℃~170℃で加熱処理することが好ましい。 In addition to the phosphoric acid-based compound, powders or aqueous solutions of other compounds may be mixed. The compound other than the phosphoric acid-based compound is not particularly limited, but a basic nitrogen-containing compound is preferable. "Basic" here is defined as a pink to red color of the aqueous solution in the presence of the phenolphthalein indicator or pH of the aqueous solution greater than 7. The basic nitrogen-containing compound used in the present invention is not particularly limited as long as the effect of the present invention is exhibited, but a compound having an amino group is preferable. Examples include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like. Among them, urea is preferable because it is inexpensive and easy to handle. The amount of the other compound added is preferably 2 parts by mass to 1000 parts by mass, more preferably 100 parts by mass to 700 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material. The reaction temperature is preferably 0°C to 95°C, more preferably 30°C to 90°C. Although the reaction time is not particularly limited, it is about 1 minute to 600 minutes, more preferably 30 minutes to 480 minutes. When the esterification reaction conditions are within these ranges, cellulose can be prevented from being excessively esterified and easily dissolved, and the yield of phosphate-esterified cellulose is improved. After dehydrating the obtained phosphate-esterified cellulose suspension, it is preferable to heat-treat at 100° C. to 170° C. from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose. Further, it is preferable to heat at 130° C. or less, preferably 110° C. or less while water is contained in the heat treatment, and heat at 100° C. to 170° C. after removing the water.

リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース系原料は煮沸した後、冷水を用いて洗浄することが好ましい。これらのエステル化による変性は置換反応による変性である。アニオン変性セルロースにおける置換度と、アニオン変性セルロースをナノファイバーとしたときの置換度は、通常、同じである。 The degree of phosphate group substitution per glucose unit of the phosphated cellulose is preferably 0.001 or more and less than 0.40. By introducing a phosphate group substituent into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which a phosphate group has been introduced can be easily nano-fibrillated. If the degree of phosphate group substitution per glucose unit is less than 0.001, sufficient nanofibrillation cannot be achieved. On the other hand, if the degree of phosphate group substitution per glucose unit is greater than 0.40, the nanofibers may not be obtained due to swelling or dissolution. In order to defibrate efficiently, it is preferable to wash the cellulose-based raw material obtained above with cold water after boiling it. Modification by these esterifications is modification by a substitution reaction. The degree of substitution in the anion-modified cellulose and the degree of substitution when the anion-modified cellulose is used as nanofibers are usually the same.

(4)アニオン変性セルロース
原料であるセルロースに対し、上記で例示したようなアニオン変性を行うことにより、アニオン変性セルロースを得ることができる。セルロースをアニオン変性してアニオン変性セルロースとすることにより、塩基性のホスフィン化合物と結合させることが可能となる。アニオン変性セルロースの種類としては、ホスフィン化合物を共存させることによる着色抑制の効果が最もよくみられるものとして、カルボキシル化セルロースまたはカルボキシアルキル化セルロースのような、カルボキシル基を有するアニオン変性セルロースが好ましい。特に、N-オキシル化合物と酸化剤とを用いてセルロースを酸化することにより得られたカルボキシル化セルロースは、カルボキシル基が均一に導入されており、このカルボキシル基にホスフィン化合物が結合してホスフィン化合物がアニオン変性セルロースまたはアニオン変性セルロースナノファイバーに均一に分布することにより、着色抑制の効果が高く得られることから、好ましい。
(4) Anion-Modified Cellulose Anion-modified cellulose can be obtained by subjecting the raw material cellulose to anion modification as exemplified above. By anionically modifying cellulose to obtain anionically modified cellulose, it becomes possible to bond with a basic phosphine compound. As for the type of anion-modified cellulose, an anion-modified cellulose having a carboxyl group, such as carboxylated cellulose or carboxyalkylated cellulose, is preferred because the effect of suppressing coloration by coexistence of a phosphine compound is most commonly observed. In particular, in carboxylated cellulose obtained by oxidizing cellulose with an N-oxyl compound and an oxidizing agent, carboxyl groups are uniformly introduced, and a phosphine compound binds to the carboxyl groups to form a phosphine compound. Uniform distribution in anion-modified cellulose or anion-modified cellulose nanofibers is preferable because a high coloration suppression effect can be obtained.

本発明において、アニオン変性セルロースとしては、水や有機溶剤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を用いる。繊維状の形状が維持されないもの(すなわち、溶解するもの)を用いると、ナノファイバーを得ることができない。分散した際に繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるとは、アニオン変性セルロースの分散体を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができるものである。また、X線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるアニオン変性セルロースは好ましい。 In the present invention, as the anion-modified cellulose, one that maintains at least a part of its fibrous shape even when dispersed in water or an organic solvent is used. Nanofibers cannot be obtained by using materials that do not maintain their fibrous shape (that is, materials that dissolve). The expression that at least a part of the fibrous shape is maintained when dispersed means that a fibrous substance can be observed when an anion-modified cellulose dispersion is observed with an electron microscope. In addition, anion-modified cellulose is preferable, since a peak of cellulose type I crystals can be observed when measured by X-ray diffraction.

アニオン変性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%以上であることが好ましく、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、解繊により繊維を微細化した後も溶解することのない結晶性セルロース繊維を充分に得ることができる。セルロースの結晶性は、原料であるセルロースの結晶化度、及びアニオン変性の度合によって制御できる。アニオン変性セルロース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、株式会社島津製作所製)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。
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。
The degree of crystallinity of cellulose in the anion-modified cellulose is preferably 50% or more, more preferably 60% or more for crystalline type I. By adjusting the crystallinity to the above range, it is possible to sufficiently obtain crystalline cellulose fibers that do not dissolve even after the fibers are refined by fibrillation. The crystallinity of cellulose can be controlled by the crystallinity of the raw material cellulose and the degree of anion modification. The method for measuring the crystallinity of anion-modified cellulose is as follows:
A sample is placed in a glass cell and measured using an X-ray diffraction measurement device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The degree of crystallinity is calculated using the method of Segal et al. Using the diffraction intensity at 2θ = 10° to 30° in the X-ray diffraction diagram as a baseline, the diffraction intensity at 2θ = 22.6° at the 002 plane and 2θ = It is calculated from the diffraction intensity of the amorphous portion at 18.5° by the following equation.
Xc=(I002c−Ia)/I002c×100
Xc: Crystallinity of type I of cellulose (%)
I002c: 2θ=22.6°, diffraction intensity of 002 plane Ia: 2θ=18.5°, diffraction intensity of amorphous portion.

アニオン変性セルロースのセルロースI型結晶の割合と、アニオン変性セルロースをナノファイバーとしたときのセルロースI型結晶の割合は、通常同じである。
<アニオン変性セルロースのナノファイバー>
上述のアニオン変性セルロースを機械的に解繊することにより、アニオン変性セルロースのナノファイバーを得ることができる。
The proportion of cellulose type I crystals in the anion-modified cellulose and the proportion of cellulose type I crystals when the anion-modified cellulose is used as nanofibers are usually the same.
<Nanofibers of anion-modified cellulose>
Nanofibers of anion-modified cellulose can be obtained by mechanically defibrating the above-described anion-modified cellulose.

解繊の際には、これに限定されないが、アニオン変性セルロースの分散体を準備する。分散媒は、取扱いの容易性から、水が好ましいが、セルロース中の水酸基との親和性が高い極性の有機溶剤を含んでいてもよい。そのような有機溶剤としては、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-ブタノール、tert-ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド等を挙げることができる。これらは、単独でもよいし、2種以上の組み合せであってもよい。分散体におけるアニオン変性セルロース濃度は、解繊時の操業性を考慮すると0.01質量%~10質量%であることが好ましい。 For defibration, although not limited to this, a dispersion of anion-modified cellulose is prepared. The dispersion medium is preferably water for ease of handling, but may contain a polar organic solvent that has a high affinity for hydroxyl groups in cellulose. Such organic solvents include methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, glycerin, ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, acetone, Methyl ethyl ketone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. The concentration of anion-modified cellulose in the dispersion is preferably 0.01% by mass to 10% by mass in consideration of workability during fibrillation.

解繊に用いる装置は限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの分散液に強力なせん断力を印加できる装置を用いることが好ましい。効率よく解繊するには、分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。高圧または超高圧ホモジナイザーとは、ポンプにより流体を加圧(高圧)し、流路に設けた非常に繊細な間隙より噴出させることにより、粒子間の衝突、圧力差による剪断力等の総合エネルギーによって乳化、分散、解細、粉砕、及び超微細化を行う装置である。高圧ホモジナイザーでの解繊および分散処理の前に、必要に応じて高速せん断ミキサーなどの公知の混合、攪拌、乳化、分散装置を用いて予備処理を施すこともできる。 Although the device used for fibrillation is not limited, it is preferable to use a device capable of applying a strong shearing force to the dispersion, such as a high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, and ultrasonic type. For efficient fibrillation, it is preferable to use a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer capable of applying a pressure of 50 MPa or more to the dispersion and a strong shearing force. The pressure is more preferably 100 MPa or higher, still more preferably 140 MPa or higher. A high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer pressurizes (high-pressures) a fluid with a pump and ejects it from very fine gaps provided in the flow path. Equipment for emulsifying, dispersing, crushing, pulverizing, and ultra-fine. Prior to fibrillation and dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, pretreatment can be performed using a known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer, if necessary.

上記の解繊により、アニオン変性セルロースのナノファイバーの分散体を得ることができる。アニオン変性セルロースのナノファイバーは、平均繊維径が3nm~500nm程度、好ましくは3nm~150nm程度、更に好ましくは3nm~20nm程度の繊維である。アスペクト比は30以上、好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上である。アスペクト比の上限は限定されないが、500以下程度となる。 A dispersion of nanofibers of anion-modified cellulose can be obtained by the above defibration. Anion-modified cellulose nanofibers are fibers having an average fiber diameter of about 3 nm to 500 nm, preferably about 3 nm to 150 nm, more preferably about 3 nm to 20 nm. The aspect ratio is 30 or more, preferably 50 or more, more preferably 100 or more. Although the upper limit of the aspect ratio is not limited, it is about 500 or less.

アニオン変性セルロースのナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、径が20nm未満の場合は原子間力顕微鏡(AFM)、20nm以上の場合は電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析し、平均を算出することにより、測定することができる。また、アスペクト比は下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径。
The average fiber diameter and average fiber length of nanofibers of anion-modified cellulose are measured using an atomic force microscope (AFM) when the diameter is less than 20 nm, and a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) when the diameter is 20 nm or more. , can be measured by analyzing 200 randomly selected fibers and calculating the average. Also, the aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter.

アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体は、後述する乾燥方法などに基づいて、乾燥(分散媒を除去)してもよいが、乾燥時に着色が生じ得るので、後述するホスフィン化合物を共存させた後に乾燥させることが好ましい。 The dispersion of anion-modified cellulose nanofibers may be dried (removing the dispersion medium) based on the drying method described later, but since coloration may occur during drying, the phosphine compound described later is allowed to coexist before drying. It is preferable to let

<ホスフィン化合物>
本発明の組成物は、アニオン変性セルロースのナノファイバーに加えて、ホスフィン化合物を含有する。これにより、ナノファイバーの加熱時の着色が抑制されるようになる。
<Phosphine compound>
The composition of the present invention contains a phosphine compound in addition to the anion-modified cellulose nanofibers. As a result, coloring of the nanofibers during heating is suppressed.

ホスフィン化合物は、一般式RR’R’’P(式中、R、R’、R’’は、水素または有機基)で表されるリン化合物である。本発明では、上記一般式におけるR、R’、及びR’’の種類は問わないが、R、R’、及びR’’がすべて有機基である三級ホスフィンは塩基性が高くアニオン性セルロースとの結合力が高いことから最も好ましい。有機基の種類としては、例えば分散媒として水を選択した場合には水との親和性を考慮して、上記一般式におけるR、R’、及びR’’が炭素数1~3程度のアルキル基であるホスフィン化合物を用いることが好ましく、溶媒として有機溶剤を選択した場合は炭素数がより多いものを適宜選択すればよい。ホスフィン化合物のうち、水酸基を有するものは、水中、空気中における化合物の安定性が高く、取扱い性に優れるので、好ましい。そのようなホスフィン化合物としては、これらに限定されないが、例えば、トリス(ヒドロキシプロピル)ホスフィン、トリス(ヒドロキシエチル)ホスフィン)、トリス(ヒドロキシメチル)ホスフィン等が挙げられる。 A phosphine compound is a phosphorus compound represented by the general formula RR'R''P (wherein R, R', and R'' are hydrogen or an organic group). In the present invention, the types of R, R′, and R″ in the above general formula are not limited, but tertiary phosphines in which R, R′, and R″ are all organic groups are highly basic and anionic cellulose. It is most preferable because of its high binding strength with As for the type of the organic group, for example, when water is selected as the dispersion medium, R, R′, and R″ in the above general formula are alkyl having about 1 to 3 carbon atoms in consideration of affinity with water. It is preferable to use a phosphine compound as a group, and when an organic solvent is selected as a solvent, one having a larger number of carbon atoms may be appropriately selected. Among phosphine compounds, those having a hydroxyl group are preferred because they are highly stable in water and air and are excellent in handleability. Examples of such phosphine compounds include, but are not limited to, tris(hydroxypropyl)phosphine, tris(hydroxyethyl)phosphine), tris(hydroxymethyl)phosphine, and the like.

組成物中のホスフィン化合物の含有量は、用いるホスフィン化合物の種類、アニオン変性セルロースナノファイバーのアニオン変性の度合いなどに応じて、適宜決めることができる。例えば、ホスフィン化合物が結合可能なアニオン性基の量(モル数)に対して、10%~150%程度の量となるように添加すればよく、好ましくは30%~120%、より好ましくは50%~100%添加すればよい。 The content of the phosphine compound in the composition can be appropriately determined according to the type of phosphine compound used, the degree of anion modification of the anion-modified cellulose nanofiber, and the like. For example, it may be added in an amount of about 10% to 150%, preferably 30% to 120%, more preferably 50%, relative to the amount (number of moles) of anionic groups to which the phosphine compound can bind. % to 100%.

ホスフィン化合物は、セルロースのアニオン変性時に加えてもよいし、解繊前のアニオン変性セルロースの分散体に添加してもよいし、解繊後のアニオン変性セルロースナノファイバーの分散体に添加してもよいし、また、分散媒を除去したアニオン変性セルロースナノファイバーと混合してもよい。しかし、アニオン変性の反応の良好な進行を考慮すると、少なくともセルロースのアニオン変性を行った後にホスフィン化合物を添加した方がよい。また、アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体から分散媒を除去(乾燥)する際に着色が生じる可能性があることから、ホスフィン化合物は分散体の乾燥前に添加することが好ましい。したがって、ホスフィン化合物は、アニオン変性セルロースの分散体またはアニオン変性セルロースナノファイバーの分散体に対し添加することが好ましい。さらに、アニオン変性セルロースの解繊時にホスフィン化合物が含まれていると、解繊に要するエネルギー量を低減させることができることを本発明者らは見出した。したがって、ホスフィン化合物は、解繊前のアニオン変性セルロースの分散体に添加することが最も好ましい。 The phosphine compound may be added when the cellulose is anion-modified, may be added to the anion-modified cellulose dispersion before fibrillation, or may be added to the anion-modified cellulose nanofiber dispersion after fibrillation. Alternatively, it may be mixed with anion-modified cellulose nanofibers from which the dispersion medium has been removed. However, considering the favorable progress of the anion modification reaction, it is better to add the phosphine compound at least after the anion modification of the cellulose. Further, since coloration may occur when removing (drying) the dispersion medium from the dispersion of anion-modified cellulose nanofibers, it is preferable to add the phosphine compound before drying the dispersion. Therefore, the phosphine compound is preferably added to the anion-modified cellulose dispersion or the anion-modified cellulose nanofiber dispersion. Furthermore, the present inventors have found that the amount of energy required for defibration can be reduced if a phosphine compound is contained during fibrillation of anion-modified cellulose. Therefore, the phosphine compound is most preferably added to the anion-modified cellulose dispersion before defibration.

アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有するセルロースである場合には、ホスフィン化合物を添加する前に、アニオン変性セルロースのカルボキシル基を酸型(COOH)に変換してもよい。ホスフィン化合物の添加の前にアニオン変性セルロースのカルボキシル基を酸型に変換することにより、ホスフィン化合物とアニオン変性セルロースとの結合性が高まり、本発明の効果をより高く得ることができるようになる。酸型に変換する方法としては、特に限定されず、酸を添加する方法や、酸性イオン交換樹脂とアニオン変性セルロースとを接触させる方法などを挙げることができる。酸を添加する場合、用いる酸の種類は、特に限定されず、汎用的で入手しやすい塩酸や硫酸などの鉱酸等を使用すればよい。酸性イオン交換樹脂としては、強酸性陽イオン交換樹脂や弱酸性陽イオン交換樹脂を挙げることができる。 When the anion-modified cellulose is a cellulose having carboxyl groups, the carboxyl groups of the anion-modified cellulose may be converted to acid form (COOH) before adding the phosphine compound. By converting the carboxyl group of the anion-modified cellulose to an acid form before the addition of the phosphine compound, the bonding between the phosphine compound and the anion-modified cellulose is enhanced, and the effects of the present invention can be obtained to a greater extent. A method for converting to an acid form is not particularly limited, and examples include a method of adding an acid, a method of contacting an acidic ion exchange resin and an anion-modified cellulose, and the like. When an acid is added, the type of acid used is not particularly limited, and mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and the like, which are versatile and readily available, may be used. Examples of acidic ion exchange resins include strongly acidic cation exchange resins and weakly acidic cation exchange resins.

解繊工程に供するアニオン変性セルロース分散体のpHは、酸やアルカリを用いて適宜調整してよいが、中性~弱アルカリ性の範囲(pH6.0~9.0、好ましくはpH7.0~8.5)が好ましい。例えば、カルボキシル基を有するアニオン変性セルロースを酸の添加により酸型に変換し、分散体のpHが酸性となっている場合、水酸基を有するホスフィン化合物を添加することにより分散体のpHを中性~弱アルカリ性の範囲に調整してもよい。 The pH of the anion-modified cellulose dispersion to be subjected to the fibrillation step may be appropriately adjusted using an acid or an alkali, but the range of neutral to weakly alkaline (pH 6.0 to 9.0, preferably pH 7.0 to 8) .5) is preferred. For example, when an anion-modified cellulose having a carboxyl group is converted to an acid form by adding an acid and the pH of the dispersion is acidic, a phosphine compound having a hydroxyl group is added to neutralize the pH of the dispersion. It may be adjusted to a weakly alkaline range.

<アニオン変性セルロースナノファイバーとホスフィン化合物とを含有する組成物>
本発明の組成物は、アニオン変性セルロースナノファイバーと、ホスフィン化合物とを含有している。組成物の形態は、特に限定されず、アニオン変性セルロースナノファイバーを分散媒に分散させた分散体の形態であってもよいし、分散体から分散媒の少なくとも一部を除去した形態であってもよい。
<Composition containing anion-modified cellulose nanofibers and a phosphine compound>
The composition of the present invention contains anion-modified cellulose nanofibers and a phosphine compound. The form of the composition is not particularly limited, and may be in the form of a dispersion in which anion-modified cellulose nanofibers are dispersed in a dispersion medium, or in a form in which at least part of the dispersion medium is removed from the dispersion. good too.

組成物が分散体の形態である場合、上記のアニオン変性セルロースを解繊する際の分散体と同様に、分散体の分散媒の種類は限定されず、分散体の用途に応じて水または有機溶剤、あるいはこれらの混合物を適宜選択できる。取扱いの容易性の点からは、分散媒は水が好ましいが、これに限定されるものではない。有機溶剤を用いる場合、その種類は特に限定されない。例えば、これに限定されないが、水を分散媒とする分散体から溶媒置換を行うことにより、各種有機溶剤を分散媒とする分散体を製造することができる。 When the composition is in the form of a dispersion, the type of dispersion medium for the dispersion is not limited, and may be water or organic, depending on the use of the dispersion, as in the case of the dispersion for fibrillating the anion-modified cellulose described above. A solvent or a mixture thereof can be selected as appropriate. From the point of view of ease of handling, the dispersion medium is preferably water, but is not limited to this. When using an organic solvent, the kind is not specifically limited. For example, although not limited to this, a dispersion using various organic solvents as a dispersion medium can be produced by performing solvent substitution from a dispersion using water as a dispersion medium.

分散体は、アニオン変性セルロースナノファイバー、ホスフィン化合物、及び分散媒以外にも、用途に応じて必要とされる各種添加剤を含んでいてもよい。
組成物は、上記の通り、分散体から分散媒のすべてまたは一部を除去することにより得られる形態であってもよい。分散体からの分散媒の除去は、例えば、遠心脱水式、真空脱水式、加圧脱水式のタイプの脱水装置、およびこれらの組合せを用いて実施できる。あるいは、例えば、スプレイドライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、および真空乾燥等により分散媒を除去することができる。乾燥装置は、特に限定されないが、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、ベルト乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置、回分式の箱型乾燥装置、通気乾燥装置、真空箱型乾燥装置、撹拌乾燥装置等、およびこれらの組合せが挙げられる。
In addition to the anion-modified cellulose nanofibers, the phosphine compound, and the dispersion medium, the dispersion may contain various additives required depending on the application.
The composition may be in the form obtained by removing all or part of the dispersion medium from the dispersion, as described above. Removal of the dispersion medium from the dispersion can be performed using, for example, centrifugal dehydration, vacuum dehydration, pressure dehydration type dehydrator, and combinations thereof. Alternatively, the dispersion medium can be removed by, for example, spray drying, squeezing, air drying, hot air drying, vacuum drying, and the like. The drying device is not particularly limited, but may be a continuous tunnel drying device, a band drying device, a vertical drying device, a vertical turbo drying device, a multi-stage disk drying device, a ventilation drying device, a rotary drying device, a flash drying device, or a spray drying device. Dryer dryer, spray dryer, cylindrical dryer, drum dryer, belt dryer, screw conveyor dryer, rotary dryer with heating tube, vibration transport dryer, batch type box dryer, ventilation dryer, vacuum Box dryers, agitator dryers, etc., and combinations thereof are included.

組成物が、分散体から分散媒を除去した形態である場合、組成物は、例えば、フィルム状、粉末状、ゲル状などの各種形状を有し得る。本発明の組成物は、フィルム状の形状とした場合に、しわが生じにくく、なめらかな表面のフィルムを形成することができるため、フィルム状の形状とすることは好ましいが、これに限定されるものではない。本発明において、フィルム状とは、厚さ0.1μm~100μm程度、好ましくは1μm~50μm程度の、薄膜状の形状を指す。フィルムの形成方法は、特に限定されない。分散体を所定の厚みとなるように薄く広げた後に乾燥させればよい。例えば上述の乾燥装置のうち、薄膜を形成させることができる装置を適宜用いてもよく、そのような乾燥装置としては、例えば、ドラムやベルトにブレードやダイ等により薄膜を形成させて乾燥させるドラム乾燥装置やベルト乾燥装置が挙げられる。 When the composition is in a form obtained by removing the dispersion medium from the dispersion, the composition may have various forms such as film, powder, and gel. When the composition of the present invention is formed into a film-like shape, it is possible to form a film with a smooth surface that is less likely to wrinkle. not a thing In the present invention, the term "film-like" refers to a thin film shape having a thickness of about 0.1 μm to 100 μm, preferably about 1 μm to 50 μm. A method for forming the film is not particularly limited. The dispersion may be spread thinly to a predetermined thickness and then dried. For example, among the drying devices described above, a device capable of forming a thin film may be used as appropriate, and such a drying device may be, for example, a drum or a belt that forms a thin film with a blade, die, or the like and dries it. A drying device and a belt drying device can be mentioned.

組成物中のアニオン変性セルロースナノファイバー、ホスフィン化合物、及び分散媒の濃度は、組成物の形態(例えば、分散媒に分散した形態、あるいは分散媒に分散したものから分散媒を一部または全部除去した形態)や、アニオン変性セルロースナノファイバーとホスフィン化合物の種類等によって異なる。組成物は、アニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量を100部とした際に、例えば、その分散媒の除去の程度によって、0質量部~100000質量部の分散媒を含み得る。例えば、組成物がアニオン変性セルロースナノファイバーを分散媒に分散させた分散体の形態である場合には、分散体中のアニオン変性セルロースナノファイバーの濃度は、これに限定されないが、好ましくは0.01質量%~20質量%、さらに好ましくは0.1質量%~10質量%である。また、組成物が分散体から分散媒の少なくとも一部を除去した形態である場合には、組成物中の分散媒の割合は、これに限定されないが、アニオン変性セルロースナノファイバーを100質量部とした際に、好ましくは0質量部~20質量部程度である。また、組成物中のアニオン変性セルロースナノファイバーとホスフィン化合物の含有割合は、分散媒の除去の度合いによって異なるが、前述した通り、例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーにおけるホスフィン化合物が結合可能なアニオン性基の量(モル数)に対して、ホスフィン化合物が10%~150%程度の量であり、好ましくは30%~120%であり、より好ましくは50%~100%である。 The concentrations of the anion-modified cellulose nanofibers, the phosphine compound, and the dispersion medium in the composition can be adjusted according to the form of the composition (for example, the form dispersed in the dispersion medium, or the dispersion medium dispersed in the dispersion medium). form), and the types of anion-modified cellulose nanofibers and phosphine compounds. The composition may contain 0 to 100,000 parts by mass of the dispersion medium, depending on the degree of removal of the dispersion medium, for example, when the absolute dry weight of the anion-modified cellulose nanofiber is 100 parts. For example, when the composition is in the form of a dispersion in which anion-modified cellulose nanofibers are dispersed in a dispersion medium, the concentration of the anion-modified cellulose nanofibers in the dispersion is not limited to this, but is preferably 0.5. 01% by mass to 20% by mass, more preferably 0.1% by mass to 10% by mass. Further, when the composition is in a form in which at least part of the dispersion medium is removed from the dispersion, the ratio of the dispersion medium in the composition is not limited to this, but the anion-modified cellulose nanofiber is 100 parts by mass. It is preferably about 0 parts by mass to 20 parts by mass. In addition, the content ratio of the anion-modified cellulose nanofibers and the phosphine compound in the composition varies depending on the degree of removal of the dispersion medium. The amount of the phosphine compound is about 10% to 150%, preferably 30% to 120%, more preferably 50% to 100%, relative to the amount (number of moles) of .

本発明の組成物は、加熱乾燥時の着色度合が小さいという特徴を有する。また、基材上に塗布してフィルムを形成させる場合に、しわが生じにくく、なめらかな表面を有するフィルムを形成することができる。 The composition of the present invention is characterized by a small degree of coloring when dried by heating. In addition, when a film is formed by applying the composition onto a base material, a film having a smooth surface that is less prone to wrinkles can be formed.

本発明の組成物の用途は、特に限定されないが、本発明の組成物は加熱時に着色しにくいという特性を有するので、熱による加工が生じる用途、また、着色や変色が好まれないような用途に特に最適に用いることができると考えらえる。また、フィルム状にした際にしわが生じにくくなめらかな表面が得られるため、フィルムのような薄膜状の形状とするような用途にも最適に用いることができると考えられる。しかし、これら以外の用途に用いてもよい。本発明の組成物が用いられる分野は特に限定されず、一般的に添加剤がもちいられる 様々な分野、例えば、食品、飲料、化粧品、医薬、製紙、各種化学用品、塗料、スプレー、農薬、土木、建築、電子材料、難燃剤、家庭雑貨、接着剤、洗浄剤、芳香剤、潤滑用組成物などで、増粘剤、ゲル化剤、糊剤、食品添加剤、賦形剤、塗料用添加剤、接着剤用添加剤、製紙用添加剤、研磨剤、ゴム・プラスチック用配合材料、保水剤、保形剤、泥水調整剤、ろ過助剤、溢泥防止剤などとして使用することができると考えられる。 The use of the composition of the present invention is not particularly limited, but since the composition of the present invention has the property of being resistant to coloration when heated, it is used in applications where heat processing occurs, and in applications where coloring or discoloration is undesirable. It is considered that it can be used particularly optimally for In addition, since a smooth surface can be obtained with less wrinkles when formed into a film, it is thought that it can be optimally used for applications in which a thin film-like shape is formed. However, you may use for uses other than these. The field in which the composition of the present invention is used is not particularly limited, and various fields in which additives are generally used, such as food, beverages, cosmetics, pharmaceuticals, paper manufacturing, various chemical products, paints, sprays, pesticides, and civil engineering. , building materials, electronic materials, flame retardants, household goods, adhesives, detergents, fragrances, lubricating compositions, thickeners, gelling agents, pastes, food additives, excipients, additives for paints Additives for adhesives, additives for papermaking, abrasives, compounding materials for rubber and plastics, water retention agents, shape retention agents, mud control agents, filter aids, anti-flooding agents, etc. Conceivable.

本発明の組成物が、加熱時に着色しにくいという特徴を有する理由は明らかではないが、次のように考えられる。セルロースに微量に存在するアルデヒド基に加えて、アニオン変性セルロースナノファイバーには、アニオン変性の過程で水酸基が酸化されることに起因してケトン基やアルデヒド基が副生成物として生成される。このようなアニオン変性セルロースナノファイバーが加熱されるとケトン基やアルデヒド基を足場としてβ脱離反応が起こり、この反応によって新たに生成されたセルロースの非還元末端には、ケトン基由来の2,3-ジケトン、アルデヒド基由来のα,β-不飽和アルデヒドが生成される。さらに、新たに生成したセルロースの還元末端からはピーリング反応が起こり、2,3-ジケトンを有する着色物質が蓄積する。これが通常のアニオン変性セルロースナノファイバーの加熱時の着色の一つの原因であると考えられる。一方、本発明の組成物は、ホスフィン化合物を有しており、アニオン変性セルロースナノファイバーにおけるケトン基やアルデヒド基がホスフィン化合物により還元されるため、加熱による着色が抑制されると考えられる。 Although the reason why the composition of the present invention is characterized by being resistant to coloration when heated is not clear, it is considered as follows. In addition to aldehyde groups present in trace amounts in cellulose, ketone groups and aldehyde groups are produced as by-products in anion-modified cellulose nanofibers due to oxidation of hydroxyl groups in the process of anion modification. When such anion-modified cellulose nanofibers are heated, a β-elimination reaction occurs with a ketone group or an aldehyde group as a scaffold. 3-diketones, α,β-unsaturated aldehydes derived from aldehyde groups are produced. Furthermore, a peeling reaction occurs from the reducing end of the newly formed cellulose, accumulating colored substances having 2,3-diketones. This is considered to be one of the causes of the coloring of ordinary anion-modified cellulose nanofibers during heating. On the other hand, the composition of the present invention contains a phosphine compound, and the phosphine compound reduces the ketone groups and aldehyde groups in the anion-modified cellulose nanofibers.

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。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these. Unless otherwise specified, parts and % indicate parts by mass and % by mass.

(実施例1)
セルロース原料として漂白済み針葉樹パルプ(日本製紙株式会社製)を用意し、N-オキシル化合物としてTEMPO、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムと臭化ナトリウムを用いて、カルボキシル基量が1.5mmol/gのカルボキシル化セルロースの分散体(分散媒:水)を製造した。カルボキシル化セルロースの水分散体にpHが2.4になるまで塩酸を加えて、カルボキシル基を酸型(COOH)に変換した。次いで、イオン交換水で洗浄した。洗浄後の分散体の固形分濃度は22質量%であった。洗浄後の分散体に、トリス(3-ヒドロキシプロピル)ホスフィン(日本化学工業株式会社製、ヒシコーリン(登録商標)p-540)を分散体のpHが7.0となるまで加えた。得られた分散体の固形分濃度を1質量%に調整し、140MPaの超高圧ホモジナイザーに3回通過させて、アニオン変性セルロースナノファイバーとトリス(3-ヒドロキシプロピル)ホスフィンとを含有する、水を分散媒とした分散体を得た。この分散体におけるアニオン変性セルロースナノファイバーの濃度は0.75質量%であり、トリス(3-ヒドロキシプロピル)ホスフィンの濃度は、0.25質量%である。
(Example 1)
Bleached softwood pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was prepared as a cellulose raw material, TEMPO was used as an N-oxyl compound, sodium hypochlorite and sodium bromide were used as oxidizing agents, and the amount of carboxyl groups was 1.5 mmol/g. of carboxylated cellulose (dispersion medium: water). Hydrochloric acid was added to the aqueous dispersion of carboxylated cellulose until the pH reached 2.4 to convert the carboxyl groups to the acid form (COOH). Then, it was washed with ion-exchanged water. The solid content concentration of the dispersion after washing was 22% by mass. Tris(3-hydroxypropyl)phosphine (Hishikorin (registered trademark) p-540, manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was added to the washed dispersion until the pH of the dispersion reached 7.0. The solid content concentration of the obtained dispersion was adjusted to 1% by mass, and passed through an ultrahigh pressure homogenizer of 140 MPa three times to remove water containing anion-modified cellulose nanofibers and tris(3-hydroxypropyl)phosphine. A dispersion was obtained as a dispersion medium. The concentration of anion-modified cellulose nanofibers in this dispersion is 0.75% by mass, and the concentration of tris(3-hydroxypropyl)phosphine is 0.25% by mass.

得られた分散体を四角い枠に流し込み、80℃で水分がなくなる程度(2時間~3時間)乾燥させて、厚さ25μmのフィルム状の乾燥物を得た(80℃乾燥品)。また、これとは別に、得られた分散体をアルミカップに流し込み、105℃で12時間加熱乾燥し、厚さ25μmのフィルム状の乾燥物を得た(105℃乾燥品)。得られたフィルム状乾燥物の写真を図1に示す。図1の左側が80℃乾燥品であり、右側が105℃乾燥品である。得られたフィルム状乾燥物について、着色の状態を目視で評価した。また、フィルムの表面におけるしわの形成の有無を目視で評価した。結果を表1に示す。 The obtained dispersion was poured into a square frame and dried at 80° C. until the water content disappeared (2 to 3 hours) to obtain a film-like dried product with a thickness of 25 μm (80° C. dried product). Separately, the obtained dispersion was poured into an aluminum cup and dried by heating at 105° C. for 12 hours to obtain a dried film having a thickness of 25 μm (dried at 105° C.). A photograph of the obtained dry film is shown in FIG. The left side of FIG. 1 is the 80° C. dried product, and the right side is the 105° C. dried product. The state of coloring of the resulting film-like dried product was visually evaluated. Also, the presence or absence of wrinkles on the surface of the film was visually evaluated. Table 1 shows the results.

(比較例1)
トリス(3-ヒドロキシプロピル)ホスフィンの代わりに水酸化ナトリウムを用いた以外は実施例1と同様にして分散体を調製した。得られた分散体を実施例1と同様にして加熱乾燥してフィルム状乾燥物を作成し、加熱による着色としわの形成を実施例1と同様に目視で評価した。結果を表1に示す。また、得られたフィルム状乾燥物の写真を図2に示す。
(Comparative example 1)
A dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that sodium hydroxide was used in place of tris(3-hydroxypropyl)phosphine. The obtained dispersion was heat-dried in the same manner as in Example 1 to prepare a film-like dried product, and the coloring and formation of wrinkles due to heating were visually evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results. Moreover, the photograph of the obtained film-like dry matter is shown in FIG.

(比較例2)
トリス(3-ヒドロキシプロピル)ホスフィンの代わりにテトラブチルホスホニウムヒドロキシド(和光純薬工業株式会社製)を用いた以外は実施例1と同様にして分散体を調製した。分散体におけるアニオン変性セルロースナノファイバーの濃度は0.69質量%であり、テトラブチルホスホニウムヒドロキシドの濃度は、0.31質量%である。得られた分散体を実施例1と同様にして加熱乾燥してフィルム状乾燥物を作成し、加熱による着色としわの形成を実施例1と同様に目視で評価した。結果を表1に示す。また、得られたフィルム状乾燥物の写真を図3に示す。
(Comparative example 2)
A dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, except that tetrabutylphosphonium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of tris(3-hydroxypropyl)phosphine. The concentration of anion-modified cellulose nanofibers in the dispersion is 0.69% by mass, and the concentration of tetrabutylphosphonium hydroxide is 0.31% by mass. The obtained dispersion was heat-dried in the same manner as in Example 1 to prepare a film-like dried product, and the coloring and formation of wrinkles due to heating were visually evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results. Moreover, the photograph of the obtained film-like dry matter is shown in FIG.

Figure 0007250455000001
Figure 0007250455000001

表1の結果及び図1~3より、ホスフィン化合物を含有する実施例1の組成物では、加熱(高温で乾燥)した場合であっても、着色が生じなかったことがわかる。また、実施例1の組成物は、フィルム表面のしわも見られず、なめらかな表面を有していたことがわかる。一方、比較例1の組成物では、加熱による着色と表面のしわが観察され、比較例2の組成物では、加熱による着色がみられたことがわかる。 From the results in Table 1 and FIGS. 1 to 3, it can be seen that the composition of Example 1 containing a phosphine compound was not colored even when heated (dried at a high temperature). In addition, it can be seen that the composition of Example 1 had a smooth surface with no wrinkles on the film surface. On the other hand, in the composition of Comparative Example 1, coloring and surface wrinkles were observed due to heating, and in the composition of Comparative Example 2, coloring due to heating was observed.

Claims (8)

アニオン変性セルロースのナノファイバーと、水酸基を有するホスフィン化合物とを含有し、
前記水酸基を有するホスフィン化合物の量が、前記アニオン変性セルロースのナノファイバーにおける前記水酸基を有するホスフィン化合物が結合可能なアニオン性基の量(モル数)に対して、10%~150%の量である組成物。
Containing nanofibers of anion-modified cellulose and a phosphine compound having a hydroxyl group,
The amount of the phosphine compound having a hydroxyl group is 10% to 150% of the amount (number of moles) of anionic groups to which the phosphine compound having a hydroxyl group can bind in the anion-modified cellulose nanofibers. Composition.
水酸基を有するホスフィン化合物が、トリスヒドロキシプロピルホスフィン、トリスヒドロキシエチルホスフィン、及びトリスヒドロキシメチルホスフィンからなる群から選択される1つまたは複数の化合物である、請求項1に記載の組成物。 2. The composition of Claim 1, wherein the phosphine compound having a hydroxyl group is one or more compounds selected from the group consisting of trishydroxypropylphosphine, trishydroxyethylphosphine, and trishydroxymethylphosphine. アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有する、請求項1または2に記載の組成物。 The composition according to claim 1 or 2, wherein the anion-modified cellulose has carboxyl groups. アニオン変性セルロースが、N-オキシル化合物と酸化剤とを用いてセルロースを酸化することにより得られるカルボキシル基を有するセルロースである、請求項1~3のいずれか1項に記載の組成物。 The composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the anion-modified cellulose is cellulose having carboxyl groups obtained by oxidizing cellulose using an N-oxyl compound and an oxidizing agent. 組成物が分散体である、請求項1~4のいずれか1項に記載の組成物。 A composition according to any preceding claim, wherein the composition is a dispersion. 分散体の分散媒が水もしくは有機溶剤、又はこれらの混合物である、請求項5に記載の組成物。 6. The composition according to claim 5, wherein the dispersion medium of the dispersion is water or an organic solvent, or a mixture thereof. 請求項5または6に記載の分散体から分散媒を少なくとも一部除去することにより得られる組成物。 A composition obtained by at least partially removing the dispersion medium from the dispersion according to claim 5 or 6. 求項1~4のいずれか1項に記載の組成物からなるフィルム A film comprising the composition according to any one of claims 1 to 4.
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011148914A (en) 2010-01-22 2011-08-04 Konica Minolta Holdings Inc Fiber composite material, optical film, method for producing optical film, and polarizing plate and liquid crystal display using the same
WO2014175315A1 (en) 2013-04-23 2014-10-30 太陽ホールディングス株式会社 Printed-circuit-board material and printed circuit board using same
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