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JP2018199753A - Hydrogel and production method thereof - Google Patents

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JP2018199753A JP2017103784A JP2017103784A JP2018199753A JP 2018199753 A JP2018199753 A JP 2018199753A JP 2017103784 A JP2017103784 A JP 2017103784A JP 2017103784 A JP2017103784 A JP 2017103784A JP 2018199753 A JP2018199753 A JP 2018199753A
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Abstract

【課題】アニオン変性セルロースナノファイバーを含む高強度のハイドロゲル及びその製造方法を提供すること。【解決手段】セルロース原料を化学変性してアニオン変性セルロースを得る変性工程、アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る解繊工程、アニオン変性セルロースナノファイバーを、水存在下で、高温・高圧処理して得られるハイドロゲルの製造方法と、その製造方法により製造される0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、破断強度が、2.0〜8.0kPaであるハイドロゲル。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-strength hydrogel containing anion-modified cellulose nanofibers and a method for producing the same. SOLUTION: A modification step of chemically modifying a cellulose raw material to obtain anion-modified cellulose, a defibration step of defibrating anion-modified cellulose to obtain anion-modified cellulose nanofibers, and anion-modified cellulose nanofibers in the presence of water. Hydrogel having a breaking strength of 2.0 to 8.0 kPa in a method for producing hydrogel obtained by high-temperature and high-pressure treatment and a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass produced by the method. gel. [Selection diagram] None

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むハイドロゲル及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hydrogel containing anion-modified cellulose nanofibers and a method for producing the hydrogel.

セルロース原料を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」ともいう)と安価な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。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で処理すると、高粘度で透明なセルロースナノファイバーの水分散液が得られる。   When a cellulose raw material is treated in the presence of 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as “TEMPO”) and an inexpensive oxidizing agent, sodium hypochlorite. In addition, carboxyl groups can be efficiently introduced onto the surface of cellulose microfibrils. When cellulose introduced with a carboxyl group is treated in water with a mixer or the like, a highly viscous and transparent aqueous dispersion of cellulose nanofibers is obtained.

上記の通り、セルロースナノファイバーの表面には、カルボキシル基が導入されているため、当該カルボキシル基を起点として自由に改質することができる。また、セルロースナノファイバーは分散液の形態なので、水溶性ポリマーとブレンドすることや、有機・無機系顔料と複合化して改質することもできる。さらに、セルロースナノファイバーをシート化又は繊維化することもできる。このような特性により、セルロースナノファイバーを高機能包装材料、透明有機基板部材、高機能繊維、分離膜、再生医療材料等に応用した新規高機能性商品の開発が検討されている。   As described above, since a carboxyl group is introduced on the surface of the cellulose nanofiber, it can be freely modified starting from the carboxyl group. In addition, since the cellulose nanofiber is in the form of a dispersion, it can be blended with a water-soluble polymer, or can be modified by being combined with an organic / inorganic pigment. Furthermore, cellulose nanofibers can be formed into sheets or fibers. Due to such characteristics, development of new high-functional products in which cellulose nanofibers are applied to high-functional packaging materials, transparent organic substrate members, high-functional fibers, separation membranes, regenerative medical materials, and the like has been studied.

上記の新規高機能性商品に適用する際に、セルロースナノファイバーをゲル化する試みがなされている。例えば、特許文献1、2には、酸性条件に付すことでゲル化する方法が開示されている。また、特許文献3には、酸処理及びその後の塩基処理により優れたゲル化特性をもたらすことが開示されている。さらに、特許文献4には、強アルカリ水溶液での処理、界面活性剤を含有する流動パラフィンへの添加、酸と有機溶媒の添加、中和、流動パラフィンの除去、NaIO水溶液へ浸漬して生分解性を付与する一連の工程を経る、生分解性セルロースナノファイバーゲルの製造方法が開示されている。 Attempts have been made to gel cellulose nanofibers when applied to the above-described novel high-functional products. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a method of gelation by subjecting to acidic conditions. Patent Document 3 discloses that acid treatment and subsequent base treatment provide excellent gelling properties. Furthermore, Patent Document 4 describes treatment with a strong alkaline aqueous solution, addition to liquid paraffin containing a surfactant, addition of acid and organic solvent, neutralization, removal of liquid paraffin, and immersion in a NaIO 4 aqueous solution. A method for producing a biodegradable cellulose nanofiber gel through a series of steps for imparting degradability is disclosed.

特開2010−235687号公報JP 2010-235687 A 特開2012−001626号公報JP 2012-001626 A 特表2015−507181号公報JP-T-2015-507181 特開2016−210893号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2016-210893

特許文献1〜4に記載の方法では、種々の添加剤の使用が必須であり、製品化においてコスト増大の懸念がある。
従って、セルロースナノファイバーを含む高強度のハイドロゲルをより簡便に製造することが望まれている。
In the methods described in Patent Documents 1 to 4, it is essential to use various additives, and there is a concern about cost increase in commercialization.
Therefore, it is desired to more easily produce a high-strength hydrogel containing cellulose nanofibers.

本発明の課題は、アニオン変性セルロースナノファイバーを含む高強度のハイドロゲルを提供することである。   The subject of this invention is providing the high intensity | strength hydrogel containing an anion modified cellulose nanofiber.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、アニオン変性セルロースナノファイバーの塩を、水存在下、高温・高圧で処理したアニオン変性セルロースナノファイバーを含むことにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。また、高温・高圧処理により着色したアニオン変性セルロースナノファイバーを水に浸漬することにより、脱色し得ることを見出した。
即ち、本発明者らは、下記の〔1〕〜〔9〕を提供する。
〔1〕アニオン変性セルロースナノファイバーを含み、0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、破断強度が、2.0〜8.0kPaであるハイドロゲル。
〔2〕0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、圧縮弾性率が、0.5〜8.0kPaである上記〔1〕に記載のハイドロゲル。
〔3〕0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、波長600nmでの光透過率が、15〜95%である上記〔1〕又は〔2〕に記載のハイドロゲル。
〔4〕前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシル化セルロースナノファイバーである上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のハイドロゲル。
〔5〕前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーである上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のハイドロゲル。
〔6〕セルロース原料を化学変性してアニオン変性セルロースを得る変性工程、前記アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る解繊工程、前記アニオン変性セルロースナノファイバーを、水存在下、温度80〜400℃、圧力0.1〜50MPa、時間0.1〜6000分の条件で加熱してハイドロゲルを得るゲル化工程、を有するハイドロゲルの製造方法。
〔7〕前記変性工程が、N−オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物又はこれらの混合物と、の存在下で酸化剤を用いて前記セルロース原料を酸化して酸化セルロースを得る工程である上記〔6〕に記載のハイドロゲルの製造方法。
〔8〕前記変性工程が、前記セルロース原料をマーセル化剤によりマーセル化処理した後、カルボキシメチル化剤と反応させてカルボキシメチル化セルロースを得る工程である上記〔6〕に記載のハイドロゲルの製造方法。
〔9〕前記ハイドロゲルを、水に浸漬して脱色する脱色工程、を更に有する上記〔6〕〜〔8〕のいずれかに記載のハイドロゲルの製造方法。
As a result of intensive investigations on the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by including anion-modified cellulose nanofibers obtained by treating a salt of anion-modified cellulose nanofibers in the presence of water at high temperature and high pressure. The headline and the present invention were completed. Moreover, it discovered that it could decolorize by immersing the anion modified cellulose nanofiber colored by the high temperature and high pressure process in water.
That is, the present inventors provide the following [1] to [9].
[1] A hydrogel containing anion-modified cellulose nanofibers and having a breaking strength of 2.0 to 8.0 kPa at a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass.
[2] The hydrogel according to [1], wherein the compression elastic modulus is 0.5 to 8.0 kPa at a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass.
[3] The hydrogel as described in [1] or [2] above, wherein the light transmittance at a wavelength of 600 nm is 15 to 95% at a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass.
[4] The hydrogel according to any one of [1] to [3], wherein the anion-modified cellulose nanofiber is a carboxylated cellulose nanofiber.
[5] The hydrogel according to any one of [1] to [3], wherein the anion-modified cellulose nanofiber is a carboxymethylated cellulose nanofiber.
[6] A modification step of chemically modifying a cellulose raw material to obtain anion-modified cellulose, a defibration step of defibrating the anion-modified cellulose to obtain anion-modified cellulose nanofibers, and the anion-modified cellulose nanofibers in the presence of water, The manufacturing method of the hydrogel which has the temperature of 80-400 degreeC, the pressure of 0.1-50 MPa, and the gelling process which heats on the conditions for 0.1 to 6000 minutes, and obtains hydrogel.
[7] The modification step is a step of obtaining oxidized cellulose by oxidizing the cellulose raw material using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide, iodide or a mixture thereof. ] The manufacturing method of the hydrogel of description.
[8] The production of the hydrogel according to [6], wherein the modification step is a step of subjecting the cellulose raw material to a mercerization treatment with a mercerizing agent and then reacting with a carboxymethylating agent to obtain carboxymethylated cellulose. Method.
[9] The method for producing a hydrogel according to any one of [6] to [8], further including a decolorization step of decolorizing the hydrogel by immersing it in water.

本発明によれば、アニオン変性セルロースナノファイバーを含む高強度のハイドロゲルを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high intensity | strength hydrogel containing an anion modified cellulose nanofiber can be provided.

図1は、ハイドロゲルが自立している状態を示す写真である。FIG. 1 is a photograph showing a state where the hydrogel is self-supporting. 図2は、実施例及び比較例のハイドロゲルの加熱時間とゲル濃度の関係を示す散布図である。FIG. 2 is a scatter diagram showing the relationship between the heating time and gel concentration of the hydrogels of Examples and Comparative Examples. 図3は、加熱時間と圧縮弾性率及び破断強度の関係を示す散布図である。FIG. 3 is a scatter diagram showing the relationship between the heating time, the compression modulus, and the breaking strength. 図4は、加熱時間と脱色前のハイドロゲルの光透過率の関係を示すチャートである。FIG. 4 is a chart showing the relationship between the heating time and the light transmittance of the hydrogel before decolorization. 図5は、カルボキシル化CNFと脱色前後のハイドロゲル(実施例4)の光透過率の関係を示すチャートである。FIG. 5 is a chart showing the relationship between the carboxylated CNF and the light transmittance of the hydrogel before and after decoloring (Example 4).

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
なお、「ハイドロゲル」とは、一般に、水を分散媒とするゲルをいう。本明細書中、「高強度」とは、形状を維持しつつ自立可能な強度を有することをいう。また、「自立可能」とは、0.5cmの底面積を有し、0.6cmの高さを有するハイドロゲルの柱状体が、少なくとも24時間以上、自立することをいう。図1に、ハイドロゲルが自立している状態を示す写真を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.
The “hydrogel” generally refers to a gel using water as a dispersion medium. In the present specification, “high strength” means having strength capable of supporting itself while maintaining its shape. The term “self-supporting” means that a hydrogel column having a bottom area of 0.5 cm 2 and a height of 0.6 cm is self-supporting for at least 24 hours. FIG. 1 shows a photograph showing a state where the hydrogel is self-supporting.

[1.ハイドロゲル]
本発明のハイドロゲルは、アニオン変性セルロースナノファイバーを含み、0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、破断強度が、2.0〜8.0kPaのハイドロゲルである。本発明のハイドロゲルの破断強度は、2.5〜7.5kPaが好ましく、3.0〜7.0kPaがより好ましい。斯かる破断強度を有するので、本発明のハイドロゲルは、自立可能な強度を有する。
なお、破断強度は、島津製作所のEZ−test(圧縮試験機)で測定し得る。
[1. Hydrogel]
The hydrogel of the present invention is a hydrogel containing anion-modified cellulose nanofibers and having a breaking strength of 2.0 to 8.0 kPa at a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass. The breaking strength of the hydrogel of the present invention is preferably 2.5 to 7.5 kPa, more preferably 3.0 to 7.0 kPa. Since it has such a breaking strength, the hydrogel of the present invention has a self-supporting strength.
The breaking strength can be measured with an EZ-test (compression tester) manufactured by Shimadzu Corporation.

本発明のハイドロゲルの特徴の1つとして、アニオン変性セルロースナノファイバーが中性〜弱アルカリ性であることが挙げられる。即ち、セルロースナノファイバーに導入したアニオン性官能基は、酸型(例えば、−COOH基)の形態ではなく、塩型(例えば、−COO基)の形態であることが挙げられる。そのため、本発明のハイドロゲルは、生分解性を有するものであり、紙おむつや保湿性化粧品、農業分野での材料の用途として好ましい。 One of the characteristics of the hydrogel of the present invention is that the anion-modified cellulose nanofiber is neutral to weakly alkaline. In other words, the anionic functional group introduced into the cellulose nanofibers, acid type (e.g., -COOH groups) rather than in the form of a salt type (e.g., -COO - group) be in the form of. Therefore, the hydrogel of the present invention has biodegradability, and is preferable for use as a material in paper diapers, moisturizing cosmetics, and agriculture.

従来のゲル化は、セルロースナノファイバーに導入したアニオン性官能基(例えば、−COO基)を、酸処理により酸型(例えば、−COOH基)に変換して行う。本発明者等は、アニオン変性セルロースナノファイバーが酸処理によりゲル化する理由を次の通り推察している。酸型に変換したアニオン変性セルロースナノファイバーは、表面上に存在する電荷が減少するので、ゼータ電位が減少する。そのため、セルロースナノファイバー同士のファンデルワールス力によりセルロースナノファイバーが自己集合し、高分子様の会合体を形成してゲル化する。
得られたゲルを中和すると、表面上に存在する電荷が増えてゼータ電位が増加し、ゲル化構造が崩壊すると考えられる。従って、塩型のアニオン変性セルロースナノファイバーはゲル化し得ないものと考えられる。
Conventional gelling, anionic functional groups introduced into cellulose nanofibers (e.g., -COO - group) is performed, acid form by acid treatment (e.g., -COOH group) is converted to. The present inventors infer the reason why anion-modified cellulose nanofibers are gelated by acid treatment as follows. The anion-modified cellulose nanofibers converted to the acid form have a reduced zeta potential because the charge present on the surface is reduced. Therefore, the cellulose nanofibers self-assemble by van der Waals forces between the cellulose nanofibers to form a polymer-like aggregate and gel.
When the obtained gel is neutralized, it is considered that the charge existing on the surface increases, the zeta potential increases, and the gelled structure collapses. Therefore, it is considered that the salt type anion-modified cellulose nanofiber cannot be gelled.

一方、本発明のハイドロゲルにおいて、セルロースナノファイバーに導入したアニオン性官能基は、塩型(例えば、−COO基)の形態である。本発明者等は、塩型のアニオン変性セルロースナノファイバーを含む本発明のハイドロゲルがゲル化する理由を次の通り推察している。後述する通り、本発明のハイドロゲルは、アニオン変性セルロースナノファイバーを、水存在下、温度80〜400℃、圧力0.1〜50MPa、時間0.1〜6000分の条件で加熱して得られる。当該加熱処理において、アニオン性官能基(例えば、−COO基)を有するグルクロン酸残基の一部は脱離し、アニオン変性セルロースナノファイバーの表面上に存在する電荷が減少する。従って、ゼータ電位が減少し、セルロースナノファイバー同士のファンデルワールス力や、脱離した部位の水酸基等による水素結合によりセルロースナノファイバーが自己集合し、高分子様の会合体を形成してゲル化する。 On the other hand, in the hydrogel of the present invention, the anionic functional group introduced into the cellulose nanofibers, salt type (e.g., -COO - group) is in the form of. The present inventors infer the reason why the hydrogel of the present invention containing salt-type anion-modified cellulose nanofibers is gelled as follows. As will be described later, the hydrogel of the present invention is obtained by heating anion-modified cellulose nanofibers in the presence of water at a temperature of 80 to 400 ° C., a pressure of 0.1 to 50 MPa, and a time of 0.1 to 6000 minutes. . In the heat treatment, the anionic functional group (e.g., -COO - group) part of the glucuronic acid residue with the desorbed charge present on the surface of the anionically modified cellulose nanofibers is reduced. Therefore, the zeta potential decreases, and the cellulose nanofibers self-assemble due to van der Waals forces between cellulose nanofibers and hydrogen bonds due to hydroxyl groups at the detached sites, forming a polymer-like aggregate and gelling. To do.

本発明のハイドロゲルの圧縮弾性率は、0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、0.5〜8.0kPaが好ましく、0.6〜7.5kPaがより好ましく、0.7〜7.0kPaがさらに好ましい。斯かる圧縮弾性率を有するので、本発明のハイドロゲルは、自立した際に形状を維持し得る。
なお、圧縮弾性率は、圧縮試験機(島津製作所のEZ−test)で測定し得る。
The compression elastic modulus of the hydrogel of the present invention is preferably 0.5 to 8.0 kPa, more preferably 0.6 to 7.5 kPa, and 0.7 to 3.0 at a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass. 7.0 kPa is more preferable. Since it has such a compression elastic modulus, the hydrogel of the present invention can maintain its shape when it is self-supporting.
The compression modulus can be measured with a compression tester (EZ-test from Shimadzu Corporation).

また、本発明のハイドロゲルの波長600nmでの光透過率は、0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、15〜95%が好ましく、50〜95%がより好ましく、70〜95%がさらに好ましい。斯かる光透過率を有するので、本発明のハイドロゲルを材料として用いた場合、ハイドロゲルに由来する着色を材料に生じ難い。そのため、本発明のハイドロゲルは、広範な材料に使用し得る。
なお、光透過率は、紫外可視分光光度計(日本分光のV530)で測定し得る。
The light transmittance of the hydrogel of the present invention at a wavelength of 600 nm is preferably 15 to 95%, more preferably 50 to 95%, and more preferably 70 to 95% at a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass. Is more preferable. Since it has such light transmittance, when the hydrogel of the present invention is used as a material, it is difficult for the material to be colored due to the hydrogel. Therefore, the hydrogel of the present invention can be used for a wide range of materials.
The light transmittance can be measured with a UV-visible spectrophotometer (JASCO V530).

ゲル濃度は、次のようにして算出し得る。ハイドロゲルの質量を測定する。次に、質量を測定したハイドロゲルを乾燥して得られる乾燥物の質量を測定する。乾燥物の質量をハイドロゲルの質量で割り、100倍することでゲル濃度を算出し得る。   The gel concentration can be calculated as follows. Measure the mass of the hydrogel. Next, the mass of the dried product obtained by drying the hydrogel whose mass was measured is measured. The gel concentration can be calculated by dividing the mass of the dried product by the mass of the hydrogel and multiplying by 100.

(アニオン変性セルロースナノファイバー)
本発明のハイドロゲルに含まれるアニオン変性セルロースナノファイバーは、アニオン変性セルロースを解繊して得られるアニオン変性セルロースナノファイバーを、水存在下で、高温・高圧処理したものである。水存在下の高温・高圧処理により、アニオン性官能基を有するグルクロン酸残基の一部が脱離する。そのため、本発明のハイドロゲルに含まれるアニオン変性セルロースナノファイバーは、アニオン変性セルロースを解繊して得られるアニオン変性セルロースナノファイバーと物性の面で異なる。
以下、本明細書中、アニオン変性セルロースを解繊して得られるセルロースナノファイバーのみを意味する場合「CNF」と略記する。
(Anion-modified cellulose nanofiber)
The anion-modified cellulose nanofibers contained in the hydrogel of the present invention are those obtained by treating anion-modified cellulose nanofibers obtained by defibrating anion-modified cellulose in the presence of water at high temperature and high pressure. A part of the glucuronic acid residue having an anionic functional group is eliminated by high temperature and high pressure treatment in the presence of water. Therefore, the anion-modified cellulose nanofibers contained in the hydrogel of the present invention are different from anion-modified cellulose nanofibers obtained by defibrating anion-modified cellulose in terms of physical properties.
Hereinafter, in the present specification, when only cellulose nanofibers obtained by fibrillating anion-modified cellulose are meant, they are abbreviated as “CNF”.

アニオン変性セルロースナノファイバーとしては、例えば、カルボキシル化セルロースナノファイバー、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー、リン酸基を有する化合物で処理されたセルロースナノファイバーが挙げられる。中でも、カルボキシル化セルロースナノファイバー又はカルボキシメチル化セルロースナノファイバーが好ましい。   Examples of the anion-modified cellulose nanofiber include carboxylated cellulose nanofiber, carboxymethylated cellulose nanofiber, and cellulose nanofiber treated with a compound having a phosphate group. Among these, carboxylated cellulose nanofiber or carboxymethylated cellulose nanofiber is preferable.

アニオン変性CNFの平均繊維長は、50〜5000nmが好ましく、100〜5000nmがより好ましい。また、アニオン変性CNFの平均繊維径は、1〜1000nmが好ましく、2〜300nmがより好ましく、2.5〜7nmがさらに好ましい。アニオン変性CNFは、セルロースのシングルミクロフィブリルであるCNFを用いることが、ゲル化において重要である。
なお、アニオン変性CNFの平均繊維長は、以下のようにして算出し得る。アニオン変性CNFをマイカ切片上に固定し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて200本の繊維長を測定し、長さ(加重)平均繊維長を算出し得る。なお、繊維長の測定は、画像解析ソフトWinROOF(三谷商事社製)を用いて、任意の長さの範囲で行う。
また、アニオン変性CNFの平均繊維径は、以下のようにして算出し得る。アニオン変性CNFの濃度が0.001質量%となるように希釈したアニオン変性CNF水分散液を調製する。この希釈分散液をマイカ製試料台に薄く延ばし、50℃で加熱乾燥して観察用試料を作製する。原子間力顕微鏡(AFM)にて観察した形状像の断面高さを計測し、加重平均繊維径を算出し得る。
The average fiber length of the anion-modified CNF is preferably 50 to 5000 nm, and more preferably 100 to 5000 nm. Moreover, 1-1000 nm is preferable, as for the average fiber diameter of anion modified CNF, 2-300 nm is more preferable, and 2.5-7 nm is further more preferable. For anion-modified CNF, it is important for gelation to use CNF, which is a single microfibril of cellulose.
The average fiber length of anion-modified CNF can be calculated as follows. Anion-modified CNF can be fixed on a mica section, 200 fiber lengths can be measured using an atomic force microscope (AFM), and a length (weighted) average fiber length can be calculated. In addition, the measurement of fiber length is performed in the range of arbitrary length using image analysis software WinROOF (made by Mitani Corporation).
The average fiber diameter of anion-modified CNF can be calculated as follows. An anion-modified CNF aqueous dispersion diluted so that the concentration of the anion-modified CNF is 0.001% by mass is prepared. This diluted dispersion is thinly spread on a mica sample stage and heated and dried at 50 ° C. to prepare an observation sample. The cross-sectional height of the shape image observed with an atomic force microscope (AFM) can be measured to calculate the weighted average fiber diameter.

(カルボキシル化セルロースナノファイバー)
カルボキシル化セルロースナノファイバーは、セルロース分子鎖の少なくとも一部が、グルコピラノース単位のC6位の1級水酸基を有する炭素原子が選択的に酸化されたカルボキシル基を有する構成単位で構成されることが好ましい。
ここで、グルコピラノース単位とは、下記式(0)で表される構成単位をいう。
(Carboxylated cellulose nanofiber)
In the carboxylated cellulose nanofiber, at least a part of the cellulose molecular chain is preferably composed of a structural unit having a carboxyl group in which a carbon atom having a primary hydroxyl group at the C6 position of a glucopyranose unit is selectively oxidized. .
Here, the glucopyranose unit refers to a structural unit represented by the following formula (0).

カルボキシル化CNFのカルボキシル基量は、カルボキシル化CNFの絶乾質量に対して、0.6〜2.0mmol/gが好ましく、1.0〜2.0mmol/gがより好ましく、1.4〜1.6mmol/gがさらに好ましい。カルボキシル基量が0.6mmol/g以上であると、セルロース分子鎖の表面にカルボキシル基が十分導入され、静電的な反発作用を持たせることができ、解繊により容易にナノファイバー化し得る。また、2.0mmol/g以下であると、水分による過度の膨潤を抑制し得る。   The carboxyl group amount of carboxylated CNF is preferably 0.6 to 2.0 mmol / g, more preferably 1.0 to 2.0 mmol / g, and 1.4 to 1 with respect to the absolute dry mass of carboxylated CNF. More preferably, 6 mmol / g. When the carboxyl group amount is 0.6 mmol / g or more, the carboxyl group is sufficiently introduced to the surface of the cellulose molecular chain, and can have an electrostatic repulsion effect, and can be easily converted into nanofibers by defibration. Moreover, the excessive swelling by a water | moisture content can be suppressed as it is 2.0 mmol / g or less.

カルボキシル基量は以下のようにして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を調製する。調製したスラリーに0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5に調整した後、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する。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、下式を用いてカルボキシル基量を算出することができる:
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〕
なお、カルボキシル化CNFのカルボキシル基量と、カルボキシル化セルロースのカルボキシル基量は、通常、同値である。
The amount of carboxyl groups can be measured as follows. 60 ml of a 0.5% by weight slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose is prepared. A 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution is added to the prepared slurry to adjust the pH to 2.5, and then 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution is dropped to measure the electric conductivity until the pH becomes 11. The amount of carboxyl groups can be calculated from the amount of sodium hydroxide consumed (a) in the neutralization step of the weak acid with a gradual change in electrical conductivity using the following formula:
Amount of carboxyl group [mmol / g carboxylated cellulose] = a [ml] × 0.05 / carboxylated cellulose mass [g]
In addition, the carboxyl group amount of carboxylated CNF and the carboxyl group amount of carboxylated cellulose are usually the same value.

(カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)
カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの部分構造を、一般式(1)に示す。
(Carboxymethylated cellulose nanofiber)
The partial structure of carboxymethylated cellulose nanofiber is shown in general formula (1).

(一般式(1)中、Rは、水素原子、アルカリ金属又は一般式(2)で表される基を示す。) (In general formula (1), R represents a hydrogen atom, an alkali metal, or a group represented by general formula (2).)

(一般式(2)中、Mは水素原子又はアルカリ金属を示す。) (In the general formula (2), M 2 represents a hydrogen atom or an alkali metal.)

一般式(1)中のR、一般式(2)中のMとして表されるアルカリ金属としては、例えば、ナトリウム、カリウムが挙げられる。中でも、ナトリウムが好ましい。 Examples of the alkali metal represented by R in the general formula (1) and M 2 in the general formula (2) include sodium and potassium. Of these, sodium is preferable.

カルボキシメチル化CNFのカルボキシメチル置換度は0.01〜0.50であり、0.01〜0.40であることが好ましく、0.05〜0.35であることがより好ましい。グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.01以上であると、セルロース同士が電気的に反発するため、容易にナノオーダーの繊維径にまで解繊し得る。一方、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未満であると、カルボキシメチル化CNFが膨潤或いは溶解し、繊維形態を維持できなくなり、ファイバーとして得られなくなることを抑制し得る。   The degree of carboxymethyl substitution of carboxymethylated CNF is 0.01 to 0.50, preferably 0.01 to 0.40, and more preferably 0.05 to 0.35. If the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit is 0.01 or more, celluloses repel each other electrically, so that they can be easily fibrillated to nano-order fiber diameters. On the other hand, when the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit is less than 0.50, the carboxymethylated CNF swells or dissolves, so that it is impossible to maintain the fiber form and it is possible to suppress the fiber from being obtained.

グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、下記の方法で算出し得る。カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL共栓付き三角フラスコに入れる。メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、塩型のカルボキシメチル化セルロース(以下、「塩型CM化セルロース」ともいう)を酸型のカルボキシメチル化セルロース(以下、「H型CM化セルロース」ともいう)に変換する。H型CM化セルロース(絶乾)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HSO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)を算出し得る:
A=[(100×F−(0.1NのHSO(mL))×F’)×0.1]/(H型CM化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A:H型CM化セルロースを1g中和するのに要する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
なお、カルボキシメチル化CNFのカルボキシメチル置換度と、カルボキシメチル化セルロースのカルボキシメチル置換度は、通常、同値である。
The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit can be calculated by the following method. About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dry) is precisely weighed and placed in an Erlenmeyer flask with a 300 mL stopper. Add 100 mL of a solution of 100 mL of special concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol and shake for 3 hours to convert the salt type carboxymethylated cellulose (hereinafter also referred to as “salt type CMized cellulose”) into the acid type carboxymethylated cellulose. (Hereinafter also referred to as “H-type CMized cellulose”). H-type CMized cellulose (absolutely dried) is accurately weighed in an amount of 1.5 to 2.0 g, and placed in a 300 mL conical flask with a stopper. Wet H-type CM cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1 N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. Excess NaOH can be back titrated with 0.1N H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator and the degree of carboxymethyl substitution (DS) can be calculated by the following formula:
A = [(100 × F− (0.1 N H 2 SO 4 (mL)) × F ′) × 0.1] / (absolute dry mass (g) of H-type CMized cellulose)
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required to neutralize 1 g of H-type CMized cellulose
F ′: 0.1N H 2 SO 4 factor F: 0.1N NaOH factor The carboxymethyl substitution degree of carboxymethylated CNF and the carboxymethyl substitution degree of carboxymethylated cellulose are usually the same. is there.

(リン酸基含有セルロースナノファイバー)
リン酸基含有セルロースナノファイバーは、リン酸基を有する化合物で処理されたセルロースナノファイバーである。リン酸基を有する化合物としては、例えば、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸、これらのエステルや塩が挙げられる。これらの化合物であると、低コストであり、扱い易く、セルロース原料に導入したアニオン性官能基により、解繊効率の向上が図れる。
(Phosphate group-containing cellulose nanofiber)
Phosphate group-containing cellulose nanofibers are cellulose nanofibers treated with a compound having a phosphate group. Examples of the compound having a phosphoric acid group include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters and salts thereof. These compounds are low in cost, easy to handle, and can improve the fibrillation efficiency by the anionic functional group introduced into the cellulose raw material.

リン酸基を有する化合物として、詳細には、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。中でも、リン酸基の導入効率が高く、解繊工程で解繊し易く、かつ工業的に適用し易いという理由で、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く、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがより好ましい。
なお、リン酸基を有する化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上の組み合わせて用いてもよい。
As the compound having a phosphate group, in detail, phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dihydrogen phosphate Examples include potassium, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate, and the like. Among them, phosphoric acid, phosphoric acid sodium salt, phosphoric acid potassium salt, phosphoric acid ammonium salt are preferable because of the high introduction efficiency of phosphoric acid groups, easy defibration in the defibrating process, and industrial application. A salt is preferable, and sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are more preferable.
In addition, the compound which has a phosphate group may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

リン酸基を有する化合物で処理されたCNFにおいて、グルコース単位当たりのリン酸基の置換度の下限は、0.001以上が好ましい。斯かる範囲であることにより、十分な解繊(例えば、ナノ解繊)を実施し得る。また、リン酸基の置換度の上限は、0.60以下が好ましい。斯かる範囲であることにより、リン酸を導入したセルロースの膨潤又は溶解を防止し、ナノファイバーが得られない事態を防止し得る。
グルコース単位当たりのリン酸基の置換度は、0.001〜0.60であることが好ましい。
In CNF treated with a compound having a phosphoric acid group, the lower limit of the substitution degree of the phosphoric acid group per glucose unit is preferably 0.001 or more. By being in such a range, sufficient defibration (for example, nano defibration) can be implemented. Further, the upper limit of the substitution degree of the phosphate group is preferably 0.60 or less. By being in such a range, swelling or dissolution of cellulose into which phosphoric acid has been introduced can be prevented, and a situation where nanofibers cannot be obtained can be prevented.
The degree of substitution of phosphate groups per glucose unit is preferably 0.001 to 0.60.

[2.ハイドロゲルの製造方法]
本発明のハイドロゲルの製造方法は、セルロース原料を化学変性してアニオン変性セルロースを得る変性工程(以下、「変性工程」ともいう)、アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性CNFを得る解繊工程(以下、「解繊工程」ともいう)、アニオン変性CNFを、水存在下、温度80〜400℃、圧力0.1〜50MPa、時間0.1〜6000分の条件で加熱してハイドロゲルを得るゲル化工程(以下、「ゲル化工程」ともいう)、を有する。また、本発明のハイドロゲルの製造方法は、ハイドロゲルを、水に浸漬して脱色する脱色工程(以下、「脱色工程」ともいう)、を更に有することが好ましい。
なお、変性工程の後、解繊工程の前に、アルカリ加水分解等の短繊維化処理を行ってもよい。
[2. Method for producing hydrogel]
The hydrogel production method of the present invention includes a modification step (hereinafter also referred to as “denaturation step”) in which a cellulose raw material is chemically modified to obtain an anion-modified cellulose, and an anion-modified cellulose is defibrated to obtain an anion-modified CNF. Step (hereinafter also referred to as “defibration step”), anion-modified CNF is heated in the presence of water under conditions of a temperature of 80 to 400 ° C., a pressure of 0.1 to 50 MPa, and a time of 0.1 to 6000 minutes. A gelling step (hereinafter also referred to as “gelling step”). Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the hydrogel of this invention further has the decoloring process (henceforth a "decoloring process") which decolors by immersing hydrogel in water.
In addition, you may perform shortening process, such as alkali hydrolysis, after a denaturation process and before a defibration process.

[2−1.変性工程]
変性工程は、セルロース原料を化学変性してアニオン変性セルロースを得る工程である。変性工程としては、例えば、酸化剤を用いてセルロース原料を酸化して酸化セルロースを調製する酸化工程(以下、「酸化工程」ともいう)、セルロース原料をマーセル化剤によりマーセル化処理した後、カルボキシメチル化剤と反応させてカルボキシメチル化セルロースを得る工程(以下、「CM化工程」ともいう)、セルロース原料とリン酸基を有する化合物を反応させてリン酸基含有セルロースを調製する工程(以下、「リン酸基導入工程」ともいう)が挙げられる。中でも、変性工程は、酸化工程又はCM化工程であることが好ましい。
[2-1. Denaturation process]
The modification step is a step of obtaining anion-modified cellulose by chemically modifying a cellulose raw material. Examples of the modification step include an oxidation step (hereinafter, also referred to as “oxidation step”) in which cellulose raw material is prepared by oxidizing a cellulose raw material using an oxidizing agent, a cellulose raw material is mercerized with a mercerizing agent, and then carboxylated. A step of reacting with a methylating agent to obtain carboxymethylated cellulose (hereinafter also referred to as “CM conversion step”), a step of preparing a phosphate group-containing cellulose by reacting a cellulose raw material and a compound having a phosphate group (hereinafter referred to as “CM”) , Also referred to as “phosphate group introduction step”). Among them, the modification step is preferably an oxidation step or a CM conversion step.

セルロース原料は、木材由来のクラフトパルプ又はサルファイトパルプ、それらを高圧ホモジナイザーやミル等で粉砕した粉末セルロース、或いはそれらを酸加水分解等の化学処理により精製した微結晶セルロース粉末等を含む。この他に、ケナフ、麻、イネ、バガス、竹等の植物由来のセルロース原料も使用し得る。量産化やコストの観点からは、粉末セルロース、微結晶セルロース粉末、或いはクラフトパルプ又はサルファイトパルプのような化学パルプを用いることが好ましい。化学パルプを用いる場合は、公知の漂白処理を施してリグニンを除去することが好ましい。漂白済みパルプとしては、例えば、白色度(ISO 2470)が80%以上の漂白済みクラフトパルプ又は漂白済みサルファイトパルプを用いることができる。   The cellulose raw materials include wood-derived kraft pulp or sulfite pulp, powdered cellulose obtained by pulverizing them with a high-pressure homogenizer, a mill, or the like, or microcrystalline cellulose powder obtained by purifying them by chemical treatment such as acid hydrolysis. In addition, plant-derived cellulose raw materials such as kenaf, hemp, rice, bagasse and bamboo can also be used. From the viewpoint of mass production and cost, it is preferable to use powdered cellulose, microcrystalline cellulose powder, or chemical pulp such as kraft pulp or sulfite pulp. When using chemical pulp, it is preferable to perform a known bleaching treatment to remove lignin. As the bleached pulp, for example, bleached kraft pulp or bleached sulfite pulp having a whiteness (ISO 2470) of 80% or more can be used.

粉末セルロースは、木材パルプの非結晶部分を酸加水分解により除去した後、粉砕及び篩い分けすることで得られる微結晶性又は結晶性セルロースからなる棒軸状粒子である。粉末セルロースにおいて、セルロースの重合度は100〜500程度であり、X線回折法による粉末セルロースの結晶化度は70〜90%であり、レーザー回折式粒度分布装置による体積平均粒子径は通常100μm以下であり、好ましくは50μm以下である。そのような粉末セルロースは、精選パルプを酸加水分解した後に得られる未分解残渣を精製及び乾燥し、粉砕及び篩い分けすることにより調製してもよいし、KCフロック(登録商標)(日本製紙社製)、セオラス(登録商標)(旭化成ケミカルズ社製)、アビセル(登録商標)(FMC社製)等の市販品を用いてもよい。   Powdered cellulose is a rod-like particle made of microcrystalline or crystalline cellulose obtained by removing an amorphous portion of wood pulp by acid hydrolysis, and then pulverizing and sieving. In powdered cellulose, the degree of polymerization of cellulose is about 100 to 500, the degree of crystallinity of powdered cellulose by X-ray diffraction method is 70 to 90%, and the volume average particle size by a laser diffraction type particle size distribution device is usually 100 μm or less. Preferably, it is 50 μm or less. Such powdered cellulose may be prepared by purifying and drying an undegraded residue obtained after acid hydrolysis of a selected pulp, pulverizing and sieving, or KC Flock (registered trademark) (Nippon Paper Industries Co., Ltd.). Manufactured products), Theolas (registered trademark) (manufactured by Asahi Kasei Chemicals), Avicel (registered trademark) (manufactured by FMC), and the like may be used.

漂白方法としては、塩素工程(C)、二酸化塩素漂白(D)、アルカリ抽出(E)、次亜塩素酸塩漂白(H)、過酸化水素漂白(P)、アルカリ性過酸化水素工程段(Ep)、アルカリ性過酸化水素・酸素工程段(Eop)、オゾン工程(Z)、キレート工程(Q)等を組合せて行うことができる。例えば、C/D−E−H−D、Z−E−D−P、Z/D−Ep−D、Z/D−Ep−D−P、D−Ep−D、D−Ep−D−P、D−Ep−P−D、Z−Eop−D−D、Z/D−Eop−D、Z/D−Eop−D−E−D等のシーケンスで行なうことができる。なお、シーケンス中の「/」は、「/」の前後の工程を洗浄なしで連続して行なうことを意味する。   Bleaching methods include chlorine process (C), chlorine dioxide bleach (D), alkali extraction (E), hypochlorite bleach (H), hydrogen peroxide bleach (P), alkaline hydrogen peroxide process stage (Ep ), Alkaline hydrogen peroxide / oxygen process stage (Eop), ozone process (Z), chelate process (Q) and the like. For example, C / D-E-H-D, Z-E-D-P, Z / D-Ep-D, Z / D-Ep-D-P, D-Ep-D, D-Ep-D- P, D-Ep-PD, Z-Eop-DD, Z / D-Eop-D, Z / D-Eop-D-ED, and the like can be performed. Note that “/” in the sequence means that the steps before and after “/” are continuously performed without cleaning.

また、上記したセルロース原料を高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式等の分散装置や、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザー等で微細化したものをセルロース原料として使用することもできる。   In addition, the above cellulose raw material that has been refined by a high-speed rotating type, colloid mill type, high-pressure type, roll mill type, ultrasonic type dispersing device, wet high-pressure or ultra-high pressure homogenizer, etc. should be used as the cellulose raw material. You can also.

[2−1−1.酸化工程]
酸化工程は、酸化剤を用いてセルロース原料を酸化して酸化セルロースを調製する工程である。中でも、酸化工程は、N−オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物又はこれらの混合物と、の存在下で酸化剤を用いてセルロース原料を酸化して酸化セルロースを調製する工程であることがより好ましい。当該工程によりセルロース原料を酸化すると、セルロース分子鎖を構成するグルコピラノース単位のC6位の1級水酸基を有する炭素原子が選択的に酸化されたカルボキシル基を有する構成単位を得ることができる。
当該工程により得られる酸化セルロースの部分構造を下記一般式(3)に示す。
[2-1-1. Oxidation process]
The oxidation process is a process for preparing oxidized cellulose by oxidizing a cellulose raw material using an oxidizing agent. Among these, the oxidation step is more preferably a step of preparing oxidized cellulose by oxidizing a cellulose raw material using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide, iodide or a mixture thereof. When the cellulose raw material is oxidized by this step, a structural unit having a carboxyl group in which a carbon atom having a primary hydroxyl group at the C6 position of a glucopyranose unit constituting a cellulose molecular chain is selectively oxidized can be obtained.
The partial structure of oxidized cellulose obtained by this step is shown in the following general formula (3).

(一般式(3)中、Mはカチオン塩を示す。) (In General Formula (3), M 1 represents a cation salt.)

一般式(3)中、Mとして表されるカチオン塩としては、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩が挙げられる。 Examples of the cation salt represented as M 1 in the general formula (3) include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, phosphonium salt, imidazolinium salt, ammonium salt and sulfonium salt.

天然のセルロースは、直鎖上のセルロース分子鎖が水素結合により多数収束したミクロフィブリル構造を有している。N−オキシル化合物を用いてセルロース原料を酸化すると、上記の通り、セルロース分子鎖を構成するグルコピラノース単位のC6位の1級水酸基を有する炭素原子が選択的にアルデヒド基を経てカルボキシル基に酸化される。そのため、ミクロフィブリル構造の表面に高密度でカルボキシル基が導入される。導入されたカルボキシル基は反発作用を有し、解繊により一本一本が分離したナノファイバーを得ることができる。   Natural cellulose has a microfibril structure in which a large number of linear cellulose molecular chains are converged by hydrogen bonds. When the cellulose raw material is oxidized using an N-oxyl compound, as described above, the carbon atom having the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose unit constituting the cellulose molecular chain is selectively oxidized to a carboxyl group via an aldehyde group. The Therefore, carboxyl groups are introduced at a high density on the surface of the microfibril structure. The introduced carboxyl group has a repulsive action, and nanofibers that are separated one by one by defibration can be obtained.

N−オキシル化合物は、ニトロキシラジカルを発生し得る化合物である。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を行う化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。N−オキシル化合物としては、例えば、下記一般式(4)〜(7)、(9)で表される化合物や下記式(8)で表される化合物が挙げられる。   N-oxyl compounds are compounds that can generate nitroxy radicals. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it is a compound that performs the target oxidation reaction. Examples of the N-oxyl compound include compounds represented by the following general formulas (4) to (7) and (9) and compounds represented by the following formula (8).

(一般式(4)中、R〜Rは、同一又は異なっていてもよい炭素原子数1〜4のアルキル基を示し、Rは、水素原子又はヒドロキシル基を示す。) (In General Formula (4), R 1 to R 4 represent the same or different alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, and R 5 represents a hydrogen atom or a hydroxyl group.)

(一般式(5)〜(7)中、Rは、炭素原子数1〜4の直鎖状又は分岐状の炭化水素基を示す。) (In General Formulas (5) to (7), R 6 represents a linear or branched hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms.)

(一般式(9)中、R〜Rは、同一若しくは異なっていてもよい、水素原子又は炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示す。) (In General Formula (9), R 7 to R 8 represent a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, which may be the same or different.)

一般式(4)中、R〜Rで表される炭素原子数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。中でも、メチル基又はエチル基が好ましい。
一般式(5)〜(7)中、Rで表される炭素原子数1〜4の直鎖状又は分岐状の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基が挙げられる。中でも、メチル基又はエチル基が好ましい。
一般式(9)中、R〜Rで表される炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基が挙げられる。中でも、メチル基又はエチル基が好ましい。
In the general formula (4), examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 1 to R 4 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Of these, a methyl group or an ethyl group is preferable.
In general formulas (5) to (7), examples of the linear or branched hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 6 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, Examples include isopropyl group, n-butyl group, s-butyl group, and t-butyl group. Of these, a methyl group or an ethyl group is preferable.
In the general formula (9), examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 7 to R 8 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group. , N-butyl group, s-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, and n-hexyl group. Of these, a methyl group or an ethyl group is preferable.

一般式(4)で表される化合物としては、例えば、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」ともいう)、又は4−ヒドロキシ−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、「4−ヒドロキシTEMPO」ともいう)が挙げられる。
N−オキシル化合物は、TEMPO又は4−ヒドロキシTEMPOの誘導体であってもよい。4−ヒドロキシTEMPOの誘導体としては、例えば、一般式(5)で表される化合物、即ち、4−ヒドロキシTEMPOの水酸基を、炭素原子数4以下の直鎖状又は分岐状の炭化水素基を有するアルコールでエーテル化して得られる誘導体や、一般式(6)又は(7)で表される化合物、即ち、カルボン酸又はスルホン酸でエステル化して得られる誘導体が挙げられる。
4−ヒドロキシTEMPOをエーテル化する際には、炭素原子数が4以下のアルコールを用いれば、アルコール中の飽和、不飽和結合の有無に関わらず、得られる誘導体が水溶性となり、酸化触媒として良好に機能する。
Examples of the compound represented by the general formula (4) include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as “TEMPO”), or 4-hydroxy-2. 2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as “4-hydroxy TEMPO”).
The N-oxyl compound may be TEMPO or a derivative of 4-hydroxy TEMPO. As a derivative of 4-hydroxy TEMPO, for example, the compound represented by the general formula (5), that is, the hydroxyl group of 4-hydroxy TEMPO has a linear or branched hydrocarbon group having 4 or less carbon atoms. Derivatives obtained by etherification with alcohol and compounds represented by general formula (6) or (7), that is, derivatives obtained by esterification with carboxylic acid or sulfonic acid can be mentioned.
When 4-hydroxy TEMPO is etherified, if an alcohol having 4 or less carbon atoms is used, the resulting derivative becomes water-soluble regardless of the presence or absence of a saturated or unsaturated bond in the alcohol, and is a good oxidation catalyst. To work.

N−オキシル化合物は、式(8)で表される化合物、即ち、4−アミノTEMPOのアミノ基がアセチル化された化合物であると、適度な疎水性が付与され、安価であり、均一な酸化セルロースを得ることができるので好ましい。また、N−オキシル化合物は、一般式(9)で表される化合物、即ち、アザアダマンタン型ニトロキシラジカルであると、短時間で、均一な酸化セルロースを得ることができるので好ましい。   When the N-oxyl compound is a compound represented by the formula (8), that is, a compound in which the amino group of 4-amino TEMPO is acetylated, moderate hydrophobicity is imparted, and it is inexpensive and uniform oxidation. Since cellulose can be obtained, it is preferable. The N-oxyl compound is preferably a compound represented by the general formula (9), that is, an azaadamantane type nitroxy radical, because uniform oxidized cellulose can be obtained in a short time.

N−オキシル化合物の使用量は、得られる酸化セルロースをナノファイバー化できる程度に十分にセルロース原料を酸化できる触媒量であれば特に限定されない。例えば、絶乾1gのセルロース原料に対して、好ましくは0.01〜10mmol、より好ましくは0.01〜1mmol、さらに好ましくは0.01〜0.5mmolである。   The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount that can oxidize the cellulose raw material sufficiently to make the obtained oxidized cellulose nanofiber. For example, it is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and still more preferably 0.01 to 0.5 mmol with respect to 1 g of the cellulose raw material.

セルロース原料の酸化の際に用いられる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。
臭化物又はヨウ化物の使用量は、目的の酸化反応を促進できる範囲で調整し得る。臭化物及びヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロース原料に対して、好ましくは0.1〜100mmol、より好ましくは0.1〜10mmol、さらに好ましくは0.5〜5mmolである。
The bromide used in the oxidation of the cellulose raw material is a compound containing bromine, and examples thereof include an alkali metal bromide that can be dissociated and ionized in water. Further, an iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide.
The amount of bromide or iodide used can be adjusted as long as the target oxidation reaction can be promoted. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and still more preferably 0.5 to 5 mmol, with respect to 1 g of the absolutely dry dry cellulose raw material.

酸化剤としては、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸又はそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物等の公知の酸化剤を使用することができる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。
酸化剤の使用量は、酸化反応を行う量であればよく、例えば、絶乾1gのセルロース原料に対して、好ましくは0.5〜500mmol、より好ましくは0.5〜50mmol、さらに好ましくは2.5〜25mmolである。
As the oxidizing agent, for example, known oxidizing agents such as halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide, and the like can be used. Of these, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has a low environmental impact.
The amount of the oxidizing agent used may be an amount for performing an oxidation reaction. For example, it is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, and still more preferably 2 with respect to 1 g of the cellulose raw material. .5 to 25 mmol.

セルロース原料の酸化反応は、比較的温和な条件であっても反応が効率よく進行するので、反応温度は、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値が低下する。酸化反応を効率よく進行させるために、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性溶液を適時反応系中に添加して、反応液のpH値を9〜12に、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、副反応が生じ難いこと等から、水が好ましい。   Since the oxidation reaction of the cellulose raw material proceeds efficiently even under relatively mild conditions, the reaction temperature may be a room temperature of about 15 to 30 ° C. As the reaction proceeds, carboxyl groups are generated in the cellulose, so that the pH value of the reaction solution decreases. In order to advance the oxidation reaction efficiently, an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution is added to the reaction system in a timely manner so that the pH value of the reaction solution is maintained at 9 to 12, preferably about 10 to 11. preferable. The reaction medium is preferably water because it is easy to handle and hardly causes side reactions.

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、0.5〜6時間程度であり、好ましくは0.5〜4時間程度である。   The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the progress of oxidation, and is usually about 0.5 to 6 hours, preferably about 0.5 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のカチオン塩を、再度、同一又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塩による反応阻害を受けることなく、セルロース原料に効率よくカルボキシル基を導入することができる。   The oxidation reaction may be performed in two stages. For example, by oxidizing the cationic salt of oxidized cellulose obtained by filtration after completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the reaction is inhibited by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. And a carboxyl group can be efficiently introduced into the cellulose raw material.

酸化工程で得られる酸化セルロースにおいて、セルロース原料に導入したカルボキシル基は、通常、ナトリウム塩等のアルキル金属塩(即ち、カルボキシレート基)である。解繊工程の前に、酸化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。   In the oxidized cellulose obtained in the oxidation step, the carboxyl group introduced into the cellulose raw material is usually an alkyl metal salt such as a sodium salt (that is, a carboxylate group). Prior to the defibrating step, the alkali metal salt of oxidized cellulose may be replaced with another cation salt such as a phosphonium salt, an imidazolinium salt, an ammonium salt, or a sulfonium salt. The substitution can be performed by a known method.

酸化方法の他の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料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位及び6位の水酸基を有する炭素原子が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。   As another example of the oxidation method, a method of oxidizing by bringing a gas containing ozone and a cellulose raw material into contact with each other can be mentioned. By this oxidation reaction, the carbon atom having at least the 2-position and 6-position hydroxyl groups of the glucopyranose ring is oxidized and the cellulose chain is decomposed.

オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50〜250g/mであることが好ましく、50〜220g/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、0.1〜30質量部であることが好ましく、5〜30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、通常、1〜360分程度であり、30〜360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及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。 Ozone concentration in the ozone containing gas is preferably 50 to 250 g / m 3, more preferably 50~220g / m 3. The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by mass, and 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 to 50 ° C, and more preferably 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is usually about 1 to 360 minutes, and preferably about 30 to 360 minutes. When the conditions for the ozone treatment are within these ranges, the cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose is improved.

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、過酢酸等が挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水又はアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を調製し、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。   After the ozone treatment, an additional oxidation treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used for the additional oxidation treatment is not particularly limited, and examples thereof include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, peracetic acid and the like. For example, these oxidizing agents can be dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and a cellulose raw material can be immersed in the solution for additional oxidation treatment.

酸化工程で得られた酸化セルロースは、副反応を避ける観点から、洗浄することが好ましい。洗浄方法は特に限定されず、公知の方法で行うことができる。   The oxidized cellulose obtained in the oxidation step is preferably washed from the viewpoint of avoiding side reactions. The washing method is not particularly limited, and can be performed by a known method.

[2−1−2.CM化工程]
CM化工程は、セルロース原料をマーセル化剤によりマーセル化処理した後、カルボキシメチル化剤と反応させてカルボキシメチル化セルロースを得る工程である。
[2-1-2. CM conversion process]
The CM conversion step is a step of obtaining a carboxymethylated cellulose by subjecting a cellulose raw material to a mercerization treatment with a mercerizing agent and then reacting with a carboxymethylating agent.

マーセル化処理は、通常、セルロース原料、溶媒、及びマーセル化剤を混合することで行うことができる。
溶媒は、水及び/又は低級アルコールであることが好ましく、水であることがより好ましい。また、溶媒の使用量は、質量換算で、セルロース原料の3〜20倍であることが好ましい。
A mercerization process can be normally performed by mixing a cellulose raw material, a solvent, and a mercerizing agent.
The solvent is preferably water and / or a lower alcohol, and more preferably water. Moreover, it is preferable that the usage-amount of a solvent is 3-20 times of a cellulose raw material in mass conversion.

低級アルコールとしては、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−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、第3級ブチルアルコール等のアルコールが挙げられる。
なお、低級アルコールは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせた混合媒体として用いてもよい。
溶媒が低級アルコールを含む場合、その混合割合は、60〜95質量%であることが好ましい。
Examples of the lower alcohol include alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, and tertiary butyl alcohol.
In addition, a lower alcohol may be used individually by 1 type and may be used as a mixed medium which combined 2 or more types.
When the solvent contains a lower alcohol, the mixing ratio is preferably 60 to 95% by mass.

マーセル化剤としては、アルカリ金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムがより好ましい。また、マーセル化剤の使用量は、モル換算で、セルロース原料の無水グルコース残基当たり0.5〜20倍であることが好ましい。   As the mercerizing agent, an alkali metal hydroxide is preferable, and sodium hydroxide or potassium hydroxide is more preferable. Moreover, it is preferable that the usage-amount of a mercerizing agent is 0.5-20 times per anhydroglucose residue of a cellulose raw material in molar conversion.

マーセル化処理の反応温度は、通常、0〜70℃、好ましくは10〜60℃である。また、マーセル化処理の反応時間は、通常、15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間である。マーセル化処理は撹拌下で行ってもよい。   The reaction temperature of mercerization is usually 0 to 70 ° C, preferably 10 to 60 ° C. The reaction time for mercerization is usually 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. The mercerization process may be performed under stirring.

マーセル化処理の後、カルボキシメチル化剤を反応系に添加してセルロースにカルボキシメチル基を導入する。カルボキシメチル化剤としては、下記一般式(10)で表される化合物が好ましく、モノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウムがより好ましい。また、カルボキシメチル化剤の添加量は、モル換算で、セルロース原料のグルコース残基当たり0.05〜10.0倍であることが好ましい。   After the mercerization treatment, a carboxymethylating agent is added to the reaction system to introduce carboxymethyl groups into the cellulose. As the carboxymethylating agent, a compound represented by the following general formula (10) is preferable, and monochloroacetic acid and sodium monochloroacetate are more preferable. Moreover, it is preferable that the addition amount of a carboxymethylating agent is 0.05-10.0 times per glucose residue of a cellulose raw material in molar conversion.

(一般式(10)中、Xはハロゲン原子を示し、Mは水素原子又はアルカリ金属を示す。) (In general formula (10), X represents a halogen atom, and M 3 represents a hydrogen atom or an alkali metal.)

一般式(10)中のXとして表されるハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。中でも、塩素原子が好ましい。
一般式(10)中のMとして表されるアルカリ金属としては、例えば、ナトリウム、カリウムが挙げられる。中でも、ナトリウムが好ましい。
As a halogen atom represented as X in General formula (10), a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are mentioned, for example. Among these, a chlorine atom is preferable.
Examples of the alkali metal represented as M 3 in the general formula (10) include sodium and potassium. Of these, sodium is preferable.

カルボキシメチル化反応の反応温度は、通常、30〜90℃、好ましくは40〜80℃である。反応時間は、通常、30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間である。   The reaction temperature of the carboxymethylation reaction is usually 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C. The reaction time is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours.

[2−1−3.リン酸基導入工程]
リン酸基導入工程は、例えば、セルロース原料に対し、リン酸基を有する化合物を反応させてリン酸基含有セルロースを調製する工程である。セルロース原料とリン酸基を有する化合物を反応させる方法としては、例えば、セルロース原料にリン酸基を有する化合物の粉末又は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基を有する化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられる。
これらの中でも、反応の均一性が高まり、かつリン酸基の導入効率が高くなることから、セルロース原料又はそのスラリーにリン酸基を有する化合物の水溶液を混合する方法が好ましい。リン酸基を有する化合物の水溶液のpHは、リン酸基の導入の効率を高める観点から7以下が好ましく、加水分解を抑える観点から3〜7がより好ましい。
[2-1-3. Phosphate group introduction process]
The phosphate group introduction step is a step of preparing a phosphate group-containing cellulose by reacting, for example, a cellulose raw material with a compound having a phosphate group. Examples of a method of reacting a cellulose raw material with a compound having a phosphate group include, for example, a method of mixing a powder or an aqueous solution of a compound having a phosphate group with a cellulose raw material, and an aqueous solution of a compound having a phosphate group in a slurry of a cellulose raw material. The method of adding etc. is mentioned.
Among these, a method of mixing an aqueous solution of a compound having a phosphate group with a cellulose raw material or a slurry thereof is preferable because the uniformity of the reaction is increased and the introduction efficiency of the phosphate group is increased. The pH of the aqueous solution of the compound having a phosphoric acid group is preferably 7 or less from the viewpoint of increasing the efficiency of introduction of the phosphoric acid group, and more preferably 3 to 7 from the viewpoint of suppressing hydrolysis.

リン酸基を有する化合物としては、「(リン酸基含有セルロースナノファイバー)」にて記載した化合物が挙げられる。
リン酸基を有する化合物の添加量の下限は、リン原子換算で、セルロース原料100質量部に対して、0.2質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。斯かる範囲であることにより、リン酸基を導入したセルロースの収率を向上し得る。一方、その上限は、500質量部以下が好ましく、400質量部以下がより好ましい。斯かる範囲であることにより、リン酸基を有する化合物の添加量に見合った収率を効率よく得ることができる。
リン酸基を有する化合物の添加量は、0.2質量部〜500質量部が好ましく、1質量部〜400質量部がより好ましい。
Examples of the compound having a phosphate group include the compounds described in “(Phosphate group-containing cellulose nanofiber)”.
The lower limit of the addition amount of the compound having a phosphoric acid group is preferably 0.2 parts by mass or more and more preferably 1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the cellulose raw material in terms of phosphorus atoms. By being in such a range, the yield of the cellulose which introduce | transduced the phosphate group can be improved. On the other hand, the upper limit is preferably 500 parts by mass or less, and more preferably 400 parts by mass or less. By being in such a range, the yield corresponding to the addition amount of the compound which has a phosphate group can be obtained efficiently.
0.2 mass part-500 mass parts are preferable, and, as for the addition amount of the compound which has a phosphoric acid group, 1 mass part-400 mass parts are more preferable.

セルロース原料とリン酸基を有する化合物を反応させる際、さらに塩基性化合物を反応系に加えてもよい。塩基性化合物を反応系に加える方法としては、例えば、セルロース原料のスラリー、リン酸基を有する化合物の水溶液、又はセルロース原料とリン酸基を有する化合物のスラリーに、添加する方法が挙げられる。
塩基性化合物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。「塩基性を示す」とは、通常、フェノールフタレイン指示薬の存在下で塩基性化合物の水溶液が桃〜赤色を呈すること、または塩基性化合物の水溶液のpHが7より大きいことを意味する。
When the cellulose raw material and the compound having a phosphate group are reacted, a basic compound may be further added to the reaction system. Examples of the method of adding the basic compound to the reaction system include a method of adding to a slurry of a cellulose raw material, an aqueous solution of a compound having a phosphoric acid group, or a slurry of a cellulose raw material and a compound having a phosphoric acid group.
Although a basic compound is not specifically limited, The nitrogen-containing compound which shows basicity is preferable. “Show basic” usually means that the aqueous solution of the basic compound is pink to red in the presence of the phenolphthalein indicator, or the pH of the aqueous solution of the basic compound is greater than 7.

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。中でも、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等が挙げられる。これらの中でも、低コストで扱いやすい点で、尿素が好ましい。
塩基性化合物の添加量は、2〜1000質量部が好ましく、100〜700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、通常、1分〜600分程度であり、30分〜480分が好ましい。反応条件がこれらのいずれかの範囲内であると、セルロースに過度にリン酸基が導入されて溶解し易くなることを防ぐことができ、リン酸基を導入したセルロースの収率を向上し得る。
The nitrogen-containing compound exhibiting basicity is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited. Of these, compounds having an amino group are preferred. For example, urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like can be mentioned. Among these, urea is preferable because it is easy to handle at low cost.
The amount of the basic compound added is preferably 2 to 1000 parts by mass, and more preferably 100 to 700 parts by mass. The reaction temperature is preferably 0 ° C to 95 ° C, more preferably 30 ° C to 90 ° C. Although reaction time is not specifically limited, Usually, it is about 1 minute-600 minutes, and 30 minutes-480 minutes are preferable. When the reaction conditions are in any of these ranges, it is possible to prevent the phosphoric acid group from being excessively introduced into the cellulose to facilitate dissolution, and to improve the yield of the cellulose into which the phosphoric acid group has been introduced. .

セルロース原料にリン酸基を有する化合物を反応させた後、通常、懸濁液が得られる。懸濁液を必要に応じて脱水する。脱水後には加熱処理を行うことが好ましい。これにより、セルロース原料の加水分解を抑えることができる。加熱温度は、100℃〜170℃が好ましく、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下(更に好ましくは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より好ましい。   After reacting the cellulose raw material with a compound having a phosphate group, a suspension is usually obtained. The suspension is dehydrated if necessary. Heat treatment is preferably performed after dehydration. Thereby, hydrolysis of a cellulose raw material can be suppressed. The heating temperature is preferably 100 ° C. to 170 ° C., and is heated at 130 ° C. or lower (more preferably 110 ° C. or lower) while water is contained in the heat treatment, and after removing water, 100 ° C. to 170 ° C. More preferably, the heat treatment is performed at a temperature of ° C.

リン酸基含有セルロースは、煮沸後、冷水で洗浄する等の洗浄処理を施すことが好ましい。洗浄処理を施すことにより、効率よく解繊を行うことができる。   The phosphate group-containing cellulose is preferably subjected to a washing treatment such as washing with cold water after boiling. By performing the cleaning treatment, defibration can be performed efficiently.

[2−2.解繊工程]
解繊工程は、アニオン変性セルロースを解繊する工程である。アニオン変性セルロースは、変性工程によりアニオン性官能基が導入されているので、解繊工程により簡単にナノファイバー化することができる。
[2-2. Defibration process]
The defibrating step is a step of defibrating anion-modified cellulose. Since an anionic functional group is introduced into the anion-modified cellulose by the modification step, it can be easily made into nanofibers by the defibration step.

解繊工程としては、例えば、アニオン変性セルロースを十分に水洗した後、高速せん断ミキサーや高圧ホモジナイザー等の公知の装置を用いて行うことができる。解繊装置の種類としては、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式が挙げられる。これらの装置は単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。   As the defibrating step, for example, after sufficiently washing the anion-modified cellulose, it can be carried out using a known apparatus such as a high-speed shear mixer or a high-pressure homogenizer. Examples of the type of defibrating apparatus include a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high-pressure type, a roll mill type, and an ultrasonic type. These devices may be used alone or in combination of two or more.

高速せん断ミキサーを用いる場合、せん断速度は1000sec−1以上が好ましい。せん断速度が1000sec−1以上であると、凝集構造が少なく、均一にナノファイバー化することができる。
高圧ホモジナイザーを用いる場合、印加する圧力は、50MPa以上が好ましく、100MPa以上がより好ましく、140MPa以上がさらに好ましい。当該圧力の湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーで処理すると、ナノファイバー化が効率よく進行し、アニオン変性CNFを効率よく得ることができる。
When a high-speed shear mixer is used, the shear rate is preferably 1000 sec −1 or more. When the shear rate is 1000 sec −1 or more, there are few aggregated structures, and nanofibers can be formed uniformly.
When using a high-pressure homogenizer, the applied pressure is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and further preferably 140 MPa or more. When treated with a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer at the pressure, nanofibrosis proceeds efficiently, and anion-modified CNF can be obtained efficiently.

アニオン変性セルロースは、水等の水分散液として解繊工程に供する。水分散液中のアニオン変性セルロースの濃度が高いと、解繊工程の途中で粘度が過度に増大して均一に解繊できない場合や、装置が停止する場合がある。従って、アニオン変性セルロースの濃度は、酸化セルロースの処理条件に応じて適宣設定する必要がある。一例として、酸化セルロースの濃度は、0.3〜50%(w/v)が好ましく、0.5〜10%(w/v)がより好ましく、1.0〜5%(w/v)がさらに好ましい。   Anion-modified cellulose is subjected to a defibrating step as an aqueous dispersion such as water. If the concentration of the anion-modified cellulose in the aqueous dispersion is high, the viscosity may increase excessively during the defibrating step and the defibration may not be performed uniformly, or the apparatus may stop. Accordingly, the concentration of the anion-modified cellulose needs to be appropriately set according to the processing conditions of oxidized cellulose. As an example, the concentration of oxidized cellulose is preferably 0.3 to 50% (w / v), more preferably 0.5 to 10% (w / v), and 1.0 to 5% (w / v). Further preferred.

[2−3.ゲル化工程]
ゲル化工程は、解繊工程で得られたアニオン変性CNFを、水存在下、温度80〜400℃、圧力0.1〜50MPa、時間0.1〜6000分の条件で加熱してハイドロゲルを得る工程である。
当該工程を経ることで、アニオン変性セルロースナノファイバーを含む高強度のハイドロゲルを製造し得る。本発明者等は当該工程を経たアニオン変性セルロースナノファイバーを用いることで自立可能なハイドロゲルを製造し得る理由を、現在のところ次のように推測している。
[2-3. Gelation process]
In the gelation step, the anion-modified CNF obtained in the defibration step is heated in the presence of water at a temperature of 80 to 400 ° C., a pressure of 0.1 to 50 MPa, and a time of 0.1 to 6000 minutes. It is a process to obtain.
By passing through this step, a high-strength hydrogel containing anion-modified cellulose nanofibers can be produced. The present inventors have presumed the reason why a self-supporting hydrogel can be produced by using the anion-modified cellulose nanofibers that have undergone the above process as follows.

アニオン変性CNFを、水存在下で、上記の条件で加熱すると、アニオン性官能基(例えば、−COO基)を有するグルクロン酸残基の一部が脱離し、アニオン変性セルロースナノファイバーの表面上に存在する電荷が減少する。従って、ゼータ電位が減少し、セルロースナノファイバー同士のファンデルワールス力や、脱離した部位の水酸基等による水素結合によりセルロースナノファイバーが自己集合し、高分子様の会合体を形成してゲル化する。 The anion-modified CNF, in the presence of water, when heated under the above conditions, the anionic functional group (e.g., -COO - group) part of the glucuronic acid residue with is eliminated, anionically modified cellulose nanofibers on the surface The charge present in the is reduced. Therefore, the zeta potential decreases, and the cellulose nanofibers self-assemble due to van der Waals forces between cellulose nanofibers and hydrogen bonds due to hydroxyl groups at the detached sites, forming a polymer-like aggregate and gelling. To do.

水としては特に限定されるものではない。例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、天然水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、蒸留水、精製水、滅菌水、熱水、イオン交換水が挙げられる。中でも、望ましくない副反応を抑制する観点から、純水、超純水、蒸留水、イオン交換水が好ましい。   Water is not particularly limited. Examples include pure water, ultrapure water, tap water, well water, natural water, mineral spring water, mineral water, hot spring water, spring water, fresh water, distilled water, purified water, sterilized water, hot water, and ion exchange water. Among these, pure water, ultrapure water, distilled water, and ion exchange water are preferable from the viewpoint of suppressing undesirable side reactions.

加熱条件は、温度80〜400℃、圧力0.1〜50MPa、時間0.1〜6000分の条件である。
加熱温度は、80〜400℃であり、120〜250℃が好ましく、140〜200℃がより好ましい。
加熱圧力は、0.1〜50MPaであり、0.2〜4.0MPaが好ましく、0.3〜1.6MPaがより好ましい。
加熱時間は、0.1〜6000分であり、1〜240分が好ましく、5〜180分がより好ましい。
The heating conditions are a temperature of 80 to 400 ° C., a pressure of 0.1 to 50 MPa, and a time of 0.1 to 6000 minutes.
The heating temperature is 80 to 400 ° C, preferably 120 to 250 ° C, and more preferably 140 to 200 ° C.
The heating pressure is 0.1 to 50 MPa, preferably 0.2 to 4.0 MPa, and more preferably 0.3 to 1.6 MPa.
The heating time is 0.1 to 6000 minutes, preferably 1 to 240 minutes, and more preferably 5 to 180 minutes.

[2−4.脱色工程]
脱色工程は、ハイドロゲルを、水に浸漬して脱色する工程である。脱色工程を経ることで、ハイドロゲルの光透過率が向上する。ハイドロゲルを、水に浸漬することで光透過率が向上する理由は次のように推察される。上記のとおり、ゲル化工程において、アニオン変性CNFのグルクロン酸残基の一部は分解する。そのため、ハイドロゲルは、アニオン変性セルロースナノファイバーに加えて、グルコース残渣等の低分子化合物も含む。ハイドロゲルを水に浸漬すると、当該低分子化合物が水に拡散して溶解する。従って、ハイドロゲルの光透過率は向上する。
[2-4. Decolorization process]
The decoloring step is a step of decoloring by immersing the hydrogel in water. By passing through the decoloring step, the light transmittance of the hydrogel is improved. The reason why the light transmittance is improved by immersing the hydrogel in water is presumed as follows. As described above, a part of the glucuronic acid residue of the anion-modified CNF is decomposed in the gelation step. Therefore, a hydrogel contains low molecular compounds, such as a glucose residue, in addition to an anion modified cellulose nanofiber. When the hydrogel is immersed in water, the low molecular weight compound is diffused and dissolved in water. Accordingly, the light transmittance of the hydrogel is improved.

水としては特に限定されるものではない。例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、天然水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、蒸留水、精製水、滅菌水、熱水、イオン交換水が挙げられる。中でも、低分子化合物を溶解する観点から、純水、超純水、蒸留水、イオン交換水が好ましい。   Water is not particularly limited. Examples include pure water, ultrapure water, tap water, well water, natural water, mineral spring water, mineral water, hot spring water, spring water, fresh water, distilled water, purified water, sterilized water, hot water, and ion exchange water. Among these, pure water, ultrapure water, distilled water, and ion exchange water are preferable from the viewpoint of dissolving the low molecular weight compound.

水に浸漬する時間は、ハイドロゲルの光透過率に応じて適宣設定し得る。例えば、1〜3日程度である。   The time for immersing in water can be appropriately set according to the light transmittance of the hydrogel. For example, it is about 1 to 3 days.

[2−5.短繊維化処理]
CNFを調製する際、変性工程の後、解繊工程の前に短繊維化処理を行ってもよい。斯かる処理を行うことで、より短い繊維長を有するアニオン変性CNFを調製し得る。
短繊維化処理とは、アニオン変性セルロースのセルロース鎖を適度に切断して、短繊維化する処理をいう。例えば、紫外線照射処理、酸化分解処理、アルカリ加水分解処理、酸加水分解処理が挙げられる。中でも、アルカリ加水分解処理が好ましい。
なお、上記の処理は、1種単独の処理でもよく、2種以上の処理を組み合わせてもよい。
[2-5. Short fiber treatment]
When preparing CNF, you may perform a fiber shortening process after a denaturation process and before a defibration process. By performing such treatment, an anion-modified CNF having a shorter fiber length can be prepared.
The shortening treatment refers to a treatment for appropriately shortening the fiber by appropriately cutting the cellulose chain of anion-modified cellulose. For example, ultraviolet irradiation treatment, oxidative decomposition treatment, alkaline hydrolysis treatment, and acid hydrolysis treatment can be mentioned. Among these, alkali hydrolysis treatment is preferable.
In addition, said process may be 1 type of single process, and may combine 2 or more types of processes.

[3.用途]
本発明のハイドロゲルは、スプレー用組成物;NR、SBR、EPDM、NBR等のゴム補強材;ポリオレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、PVC樹脂、ポリアミド系樹脂、PC系樹脂等の樹脂補強材料;上皮に適用されるクリーム、ローション、ゲル、スティック、ポンプスプレー、エアゾール、ロールオンの形態の発汗抑制剤、デオドラント、芳香放出ゲル、口紅、リップグロス、液体化粧製品等の化粧品;薬品の放出を制御する、持続させる、又は遅延させる添加剤、錠剤用の崩壊剤、傷ケア製品等における液体保持剤、レオロジー修飾剤等の医療品;細胞培養基剤、触媒担体、分離剤等の化学・生物材料;レオロジー修飾剤、懸濁液でのクリーミングや沈殿を抑制する安定剤、難消化性食物繊維等の食品;飲料;塗料;土壌や排水中に含まれる環境に好ましくない金属の金属吸着剤;紙おむつ、尿とりパッド、軽失禁パッド等に使用する吸収体、農業分野での保湿剤、断熱材、防音材、緩衝剤、エアフィルター等の家庭用材料等に利用することができる。
上記の中でも、生分解性を有することから、液体化粧製品等の化粧品や吸収体、農業分野での保湿剤が好ましい。
[3. Application]
The hydrogel of the present invention is a spray composition; a rubber reinforcing material such as NR, SBR, EPDM, or NBR; a resin reinforcing material such as a polyolefin resin, acrylic resin, urethane resin, PVC resin, polyamide resin, or PC resin. ; Cosmetics such as creams, lotions, gels, sticks, pump sprays, aerosols, roll-on antiperspirants, deodorants, fragrance-releasing gels, lipsticks, lip gloss, liquid cosmetic products applied to the epithelium; , Sustained or delayed additives, disintegrants for tablets, liquid retention agents in wound care products, medical products such as rheology modifiers; chemical and biological materials such as cell culture bases, catalyst carriers, separation agents; Rheology modifiers, stabilizers that suppress creaming and precipitation in suspension, foods such as indigestible dietary fiber; beverages; paints; Metal adsorbents that are unfavorable to the environment contained in soil and wastewater; absorbents used for disposable diapers, urine pads, light incontinence pads, etc., moisturizers, heat insulating materials, soundproofing materials, buffering agents, air in the agricultural field It can be used for household materials such as filters.
Among these, since it has biodegradability, cosmetics such as liquid cosmetics, absorbents, and moisturizers in the agricultural field are preferable.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を好適に説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。なお、物性値等の測定方法は、別途記載がない限り、上記に記載した測定方法である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The following examples are for explaining the present invention preferably and are not intended to limit the present invention. In addition, unless otherwise indicated, the measuring methods, such as a physical-property value, are the measuring methods described above.

[破断強度(kPa)]:圧縮試験機(EZ−test、島津製作所製)を用いて、直径約8mm、高さ約6mmサイズのサンプルに対し、50Nのロードセルを用いて圧縮速度1mm/minの速度で圧縮を行い、破断直前のひずみと応力から破断強度を測定した。   [Break strength (kPa)]: Using a compression tester (EZ-test, manufactured by Shimadzu Corporation), a sample having a diameter of about 8 mm and a height of about 6 mm was compressed at a compression rate of 1 mm / min using a 50 N load cell. Compression was performed at a speed, and the breaking strength was measured from the strain and stress immediately before breaking.

[圧縮弾性率(kPa)]:圧縮試験機(EZ−test、島津製作所製)を用いて、直径約8mm、高さ約6mmサイズのサンプルに対し、50Nのロードセルを用いて圧縮速度1mm/minの速度で圧縮を行い、ひずみ4−8%間の応力から圧縮弾性率を測定した。   [Compression modulus (kPa)]: Using a compression tester (EZ-test, manufactured by Shimadzu Corporation), a sample having a diameter of about 8 mm and a height of about 6 mm is compressed using a 50N load cell at a compression rate of 1 mm / min. The compression elastic modulus was measured from the stress between strains of 4-8%.

[光透過度(%)]:紫外可視分光光度計(V530、日本分光社製)を用いて、ハイドロゲルを乳鉢と乳棒で流動化するまで粉砕したサンプルの光路長1cmに対し、200−700nmの波長の光を入射することで、光透過度を測定した。   [Light transmittance (%)]: 200-700 nm with respect to an optical path length of 1 cm of a sample obtained by pulverizing a hydrogel with a mortar and a pestle using an ultraviolet-visible spectrophotometer (V530, manufactured by JASCO Corporation). The light transmittance was measured by entering light having a wavelength of.

[ゲル収率(%)]:ハイドロゲル乾燥物の質量を、反応管に導入したTEMPO酸化CNFの質量と濃度の積で割り、100倍することで算出した。   [Gel yield (%)]: It was calculated by dividing the mass of the dried hydrogel by the product of the mass and concentration of TEMPO-oxidized CNF introduced into the reaction tube and multiplying by 100.

[ゲル濃度(%)]:ハイドロゲル乾燥物の質量を、回収したハイドロゲルの質量で割り、100倍することで算出した。   [Gel concentration (%)]: Calculated by dividing the mass of the dried hydrogel by the mass of the recovered hydrogel and multiplying by 100.

[平均繊維長(nm)]:TEMPO酸化CNFをマイカ切片上に固定し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて200本の繊維長を測定し、長さ(加重)平均繊維長を算出した。なお、繊維長の測定は、画像解析ソフトWinROOF(三谷商事社製)を用いて、任意の長さの範囲で行った。   [Average fiber length (nm)]: TEMPO-oxidized CNF was fixed on a mica section, 200 fiber lengths were measured using an atomic force microscope (AFM), and a length (weighted) average fiber length was calculated. . In addition, the measurement of fiber length was performed in the range of arbitrary length using image analysis software WinROOF (made by Mitani Corporation).

[平均繊維径(nm)]:TEMPO酸化CNFの濃度が0.001質量%となるように希釈したTEMPO酸化CNF水分散液を調製した。この希釈分散液をマイカ製試料台に薄く延ばし、50℃で加熱乾燥して観察用試料を作製した。原子間力顕微鏡(AFM)にて観察した形状像の断面高さを計測し、加重平均繊維径を算出した。   [Average fiber diameter (nm)]: A TEMPO-oxidized CNF aqueous dispersion diluted so that the concentration of TEMPO-oxidized CNF was 0.001% by mass was prepared. This diluted dispersion was thinly spread on a mica sample stage and heated and dried at 50 ° C. to prepare an observation sample. The cross-sectional height of the shape image observed with an atomic force microscope (AFM) was measured, and the weighted average fiber diameter was calculated.

[カルボキシル基量(mmol/gカルボキシル化セルロース)]: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を調製した。調製したスラリーに0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5に調整した後、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た。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、下式を用いてカルボキシル基量を算出した:
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〕
[Amount of carboxyl group (mmol / g carboxylated cellulose)]: 60 ml of a 0.5 mass% slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose was prepared. A 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution was added to the prepared slurry to adjust the pH to 2.5, and then 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to measure the electric conductivity until the pH reached 11. The amount of carboxyl groups was calculated from the amount of sodium hydroxide consumed (a) in the weak acid neutralization stage where the change in electrical conductivity was gradual using the following formula:
Amount of carboxyl group [mmol / g carboxylated cellulose] = a [ml] × 0.05 / carboxylated cellulose mass [g]

(実施例1〜5)
漂白済み針葉樹未叩解パルプ(日本製紙社製)5g(絶乾)を、TEMPO(Sigma Aldrich社製)78mg(0.5mmol)と臭化ナトリウム754mg(7.4mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液14ml添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するので、0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に維持した。2時間反応させた後、ガラスフィルターで濾過し、十分に水洗することでカルボキシル基量1.6mmol/gの酸化セルロースを得た。
(Examples 1-5)
5 g (absolutely dried) of bleached softwood unbeaten pulp (Nippon Paper Industries) was added to 500 ml of an aqueous solution in which 78 mg (0.5 mmol) of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) and 754 mg (7.4 mmol) of sodium bromide were dissolved. Stir until the pulp is uniformly dispersed. After adding 14 ml of 2M aqueous sodium hypochlorite solution to the reaction system, the pH was adjusted to 10.3 with 0.5N aqueous hydrochloric acid solution to initiate the oxidation reaction. Since the pH in the system was lowered during the reaction, a 0.5N sodium hydroxide aqueous solution was sequentially added to maintain the pH at 10. After reacting for 2 hours, the mixture was filtered through a glass filter and washed thoroughly with water to obtain oxidized cellulose having a carboxyl group amount of 1.6 mmol / g.

次いで、得られた酸化セルロースのスラリーを水で1%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、140MPa)で3回処理し、透明なゲル状のカルボキシル化セルロースナノファイバー塩の分散液(1%(w/v))を得た。
得られたカルボキシル化セルロースナノファイバーの平均繊維長は446nmであり、平均繊維径は2.83nmであった。
Next, the obtained slurry of oxidized cellulose was adjusted to 1% (w / v) with water, treated with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 140 MPa) three times, and a transparent gel-like carboxylated cellulose nanofiber salt was obtained. A dispersion (1% (w / v)) was obtained.
The obtained carboxylated cellulose nanofibers had an average fiber length of 446 nm and an average fiber diameter of 2.83 nm.

得られたカルボキシル化CNFの分散液を、SUS316製、内容積6mLの反応管に導入した。反応管を溶融塩炉にいれて、温度160℃、所定時間加熱した。なお、この際の反応管の内部の圧力は0.9MPaであった。加熱後、反応管を水道水で冷却し、濾別してハイドロゲルを製造した。また、得られたハイドロゲルを蒸留水に3日浸漬して脱色した。
なお、加熱時間15分を実施例1、20分を実施例2、30分を実施例3、60分を実施例4、120分を実施例5とする。実施例1〜5の物性値を下記表1に記す。
The obtained dispersion of carboxylated CNF was introduced into a reaction tube made of SUS316 and having an internal volume of 6 mL. The reaction tube was placed in a molten salt furnace and heated at a temperature of 160 ° C. for a predetermined time. At this time, the pressure inside the reaction tube was 0.9 MPa. After heating, the reaction tube was cooled with tap water and filtered to produce a hydrogel. Moreover, the obtained hydrogel was immersed in distilled water for 3 days and decolored.
The heating time is 15 minutes in Example 1, 20 minutes in Example 2, 30 minutes in Example 3, 60 minutes in Example 4, and 120 minutes in Example 5. The physical property values of Examples 1 to 5 are shown in Table 1 below.

(比較例1)
加熱時間を10分としたこと以外は、実施例1〜5と同様にしてハイドロゲルを製造した。
比較例1の物性値を下記表1に記す。
(Comparative Example 1)
A hydrogel was produced in the same manner as in Examples 1 to 5 except that the heating time was 10 minutes.
The physical property values of Comparative Example 1 are shown in Table 1 below.

得られたハイドロゲルについて、加熱時間とゲル濃度の関係を示す散布図を図2に示し、加熱時間と圧縮弾性率及び破断強度の関係を示す散布図を図3に示す。また、加熱時間と脱色前のハイドロゲルの光透過率の関係を示すチャートを図4に示す。さらに、TEMPO酸化CNFと脱色前後のハイドロゲル(実施例4)の光透過率の関係を示すチャートを図5に示す。   About the obtained hydrogel, the scatter diagram which shows the relationship between heating time and a gel density | concentration is shown in FIG. 2, and the scatter diagram which shows the relationship between a heating time, a compression elastic modulus, and breaking strength is shown in FIG. Moreover, the chart which shows the relationship between heating time and the light transmittance of the hydrogel before decoloring is shown in FIG. Furthermore, the chart which shows the relationship between the light transmittance of TEMPO oxidation CNF and the hydrogel before and after decoloring (Example 4) is shown in FIG.

図3及び表1から明らかなように、ハイドロゲル作製時の加熱時間を長くすることにより、破断強度及び圧縮弾性率は向上した。また、図2から明らかなように、ゲル濃度は脱色により薄くなったが、これは低分子化合物の溶出によるものといえる。さらに、図4及び表1から明らかなように、加熱時間を長くすると、光透過率は減少した。これは低分子化合物の割合が多くなるためと推察される。   As apparent from FIG. 3 and Table 1, the breaking strength and the compressive elastic modulus were improved by increasing the heating time during the production of the hydrogel. Further, as apparent from FIG. 2, the gel concentration was decreased by decolorization, which can be attributed to the elution of the low molecular weight compound. Further, as apparent from FIG. 4 and Table 1, when the heating time was increased, the light transmittance decreased. This is presumably because the proportion of low-molecular compounds increases.

図5から明らかなように、蒸留水に浸漬することにより、ハイドロゲルが脱色されて光透過率が向上していることが認められる。   As is apparent from FIG. 5, it is recognized that the hydrogel is decolored and the light transmittance is improved by being immersed in distilled water.

Claims (9)

アニオン変性セルロースナノファイバーを含み、
0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、破断強度が、2.0〜8.0kPaであるハイドロゲル。
Including anion-modified cellulose nanofibers,
A hydrogel having a breaking strength of 2.0 to 8.0 kPa at a gel concentration of 0.1 to 3.0% by mass.
0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、圧縮弾性率が、0.5〜8.0kPaである請求項1に記載のハイドロゲル。   The hydrogel according to claim 1, wherein the compression elastic modulus is 0.5 to 8.0 kPa at a gel concentration of 0.1 to 3.0 mass%. 0.1〜3.0質量%のゲル濃度において、波長600nmでの光透過率が、15〜95%である請求項1又は2に記載のハイドロゲル。   The hydrogel according to claim 1 or 2, wherein the light transmittance at a wavelength of 600 nm is 15 to 95% at a gel concentration of 0.1 to 3.0 mass%. 前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシル化セルロースナノファイバーである請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイドロゲル。   The hydrogel according to any one of claims 1 to 3, wherein the anion-modified cellulose nanofiber is a carboxylated cellulose nanofiber. 前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーである請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイドロゲル。   The hydrogel according to any one of claims 1 to 3, wherein the anion-modified cellulose nanofiber is a carboxymethylated cellulose nanofiber. セルロース原料を化学変性してアニオン変性セルロースを得る変性工程、前記アニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバーを得る解繊工程、前記アニオン変性セルロースナノファイバーを、水存在下、温度80〜400℃、圧力0.1〜50MPa、時間0.1〜6000分の条件で加熱してハイドロゲルを得るゲル化工程、を有するハイドロゲルの製造方法。   A modification step of chemically modifying a cellulose raw material to obtain anion-modified cellulose, a defibration step of defibrating the anion-modified cellulose to obtain anion-modified cellulose nanofibers, and the anion-modified cellulose nanofibers in the presence of water at a temperature of 80 to A method for producing a hydrogel comprising: a gelation step of obtaining a hydrogel by heating at 400 ° C, a pressure of 0.1 to 50 MPa, and a time of 0.1 to 6000 minutes. 前記変性工程が、N−オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物又はこれらの混合物と、の存在下で酸化剤を用いて前記セルロース原料を酸化して酸化セルロースを得る工程である請求項6に記載のハイドロゲルの製造方法。   The said modification | denaturation process is a process of oxidizing the said cellulose raw material using an oxidizing agent in presence of a N-oxyl compound, a bromide, iodide, or these mixtures, and obtaining an oxidized cellulose. Production method of hydrogel. 前記変性工程が、前記セルロース原料をマーセル化剤によりマーセル化処理した後、カルボキシメチル化剤と反応させてカルボキシメチル化セルロースを得る工程である請求項6に記載のハイドロゲルの製造方法。   The method for producing a hydrogel according to claim 6, wherein the modification step is a step of obtaining a carboxymethylated cellulose by reacting with a carboxymethylating agent after the cellulose raw material is mercerized with a mercerizing agent. 前記ハイドロゲルを、水に浸漬して脱色する脱色工程、を更に有する請求項6〜8のいずれか1項に記載のハイドロゲルの製造方法。   The manufacturing method of the hydrogel of any one of Claims 6-8 which further has the decoloring process of immersing the said hydrogel in water and decoloring.
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