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公開番号2025007986
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023109781
出願日2023-07-04
発明の名称固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法及び固相のセルロースナノファイバー複合体を用いたセルロースナノファイバー組成物の製造方法
出願人藤倉コンポジット株式会社,学校法人日本大学
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人
主分類C08B 15/00 20060101AFI20250109BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】セルロースナノファイバーの分散媒への分散性とハンドリング性に優れている固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法を提供する。
【解決手段】分散媒にセルロースナノファイバーを分散させたセルロースナノファイバー含有分散媒を用意する、セルロースナノファイバー用意工程と、前記セルロースナノファイバー含有分散媒にセルロース誘導体を添加し、前記セルロースナノファイバー含有分散媒に少なくとも一部の前記セルロース誘導体を溶解させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理する、乾燥工程と、を含む、固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
分散媒にセルロースナノファイバーを分散させたセルロースナノファイバー含有分散媒を用意する、セルロースナノファイバー用意工程と、
前記セルロースナノファイバー含有分散媒にセルロース誘導体を添加し、前記セルロースナノファイバー含有分散媒に少なくとも一部の前記セルロース誘導体を溶解させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理する、乾燥工程と、
を含む、
固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
分散媒に少なくとも一部のセルロース誘導体を溶解させたセルロース誘導体含有溶液を調製する、セルロース誘導体用意工程と、
前記セルロース誘導体含有溶液にセルロースナノファイバーを添加し、前記セルロース誘導体含有溶液に前記セルロースナノファイバーを分散させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理する、乾燥工程と、
を含む、
固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項３】
分散媒を用意する分散媒用意工程と、
前記分散媒にセルロースナノファイバーとセルロース誘導体とを添加し、前記分散媒に、前記セルロースナノファイバーを分散させ、且つ少なくとも一部の前記セルロース誘導体を溶解させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理する、乾燥工程と、
を含む、
固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項４】
前記セルロース誘導体が前記セルロースナノファイバーに物理吸着されて一体化されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項５】
前記乾燥処理が、凍結乾燥である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項６】
前記セルロースナノファイバー１００質量部に対して、前記セルロース誘導体を５．０質量部以上５０００質量部以下含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項７】
前記セルロースナノファイバー１００質量部に対して、前記セルロース誘導体を１０質量部以上２０００質量部以下含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項８】
前記セルロースナノファイバー１００質量部に対して前記セルロース誘導体を１０質量部以上２０００質量部以下含む前記固相のセルロースナノファイバー複合体の、１８０秒間にわたって２秒ごとに測定した波長４００ｎｍの光の透過率試験における標準偏差が、０．１０以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項９】
前記セルロース誘導体が、ヒドロキシアルキルセルロース及びアルキルセルロースからなる群から選択された少なくとも１種を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
【請求項１０】
前記セルロース誘導体が、ヒドロキシアルキルセルロースである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法及び固相のセルロースナノファイバー複合体を用いたセルロースナノファイバー組成物の製造方法に関し、特に、疎水性物質に対しても親和性を示す、固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法及び固相のセルロースナノファイバー複合体を用いたセルロースナノファイバー組成物の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 5,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ナノセルロースは、太さがナノメートルオーダーのセルロース繊維である。ナノセルロースは、例えば、パルプなどの植物繊維を水媒体中で解繊して得られる。ナノセルロースは、ナノセルロースの構造化セルロースによって、セルロースナノファイバー、セルロースクリスタル、セルロースウィスカー、バクテリアセルロースなどに分類される。セルロースナノファイバーは、軽量且つ強度に優れていることから、例えば、熱可塑性樹脂などの補強材としての利用が注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方で、セルロースナノファイバーは、親水性であることから、有機溶媒への均一分散が困難であり、適用範囲が限定されるという問題があった。そこで、例えば、含水状態のセルロースナノファイバーに有機酸ビニルを反応させ、得られた反応生成物を回収することで、セルロースナノファイバーに疎水性を付与して、有機溶媒への分散性を向上させたセルロースナノファイバーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。以下、植物繊維などから得られた天然由来のセルロースナノファイバーに対して疎水性などの所望の特性を付与したセルロースナノファイバーを、「変性セルロースナノファイバー」ということがある。
【０００４】
しかし、特許文献２に示す変性セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバーと有機酸ビニルとの反応条件が厳しく、また生産工程も煩雑であり、製造効率に改善の必要性があった。さらには、特許文献２に示す有機酸ビニルで変性された変性セルロースナノファイバーでは、変性の程度によりセルロースナノファイバー骨格の分子構造自体が変化してしまい、変性セルロースナノファイバーの疎水性の向上の点、ひいては、有機溶媒への分散性向上の点で改善の余地があった。従って、特許文献２に示す変性セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバーの分散性に優れた分散液を得る点で改善の必要性があり、依然として、セルロースナノファイバーの適用範囲が限定されるという問題があった。
【０００５】
また、セルロースナノファイバーに疎水性を付与する技術として、芳香族基等の濡れ性から選定した修飾基とポリアルキレングリコール基等の立体反発性と疎水性から選定した修飾基という２種類の修飾基をセルロースナノファイバーの表面に結合させることで、少ない修飾基の質量でセルロースナノファイバーを疎水性へ改質することが提案されている。しかし、芳香族基等とポリアルキレングリコール基等の２種類の修飾基を用いて製造した変性セルロースナノファイバーは、化学構造が複雑であり、依然として、セルロースナノファイバーの分散性に優れた分散液を得る点で改善の必要性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１６－１１３９２号公報
国際公開第２０１６／０１００１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、セルロースナノファイバーの有機溶媒等の分散媒への分散性と有機溶媒等の分散媒へのハンドリング性に優れており、セルロースナノファイバーの適用範囲を容易に広げることができる固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法及び固相のセルロースナノファイバー複合体を用いたセルロースナノファイバー組成物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］分散媒にセルロースナノファイバーを分散させたセルロースナノファイバー含有分散媒を用意する、セルロースナノファイバー用意工程と、
前記セルロースナノファイバー含有分散媒にセルロース誘導体を添加し、前記セルロースナノファイバー含有分散媒に少なくとも一部の前記セルロース誘導体を溶解させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理する、乾燥工程と、
を含む、
固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［２］分散媒に少なくとも一部のセルロース誘導体を溶解させたセルロース誘導体含有溶液を調製する、セルロース誘導体用意工程と、
前記セルロース誘導体含有溶液にセルロースナノファイバーを添加し、前記セルロース誘導体含有溶液に前記セルロースナノファイバーを分散させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理する、乾燥工程と、
を含む、
固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［３］分散媒を用意する分散媒用意工程と、
前記分散媒にセルロースナノファイバーとセルロース誘導体とを添加し、前記分散媒に、前記セルロースナノファイバーを分散させ、且つ少なくとも一部の前記セルロース誘導体を溶解させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理する、乾燥工程と、
を含む、
固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［４］前記セルロース誘導体が前記セルロースナノファイバーに物理吸着されて一体化されている［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［５］前記乾燥処理が、凍結乾燥である［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［６］前記セルロースナノファイバー１００質量部に対して、前記セルロース誘導体を５．０質量部以上５０００質量部以下含む［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［７］前記セルロースナノファイバー１００質量部に対して、前記セルロース誘導体を１０質量部以上２０００質量部以下含む［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［８］前記セルロースナノファイバー１００質量部に対して前記セルロース誘導体を１０質量部以上２０００質量部以下含む前記固相のセルロースナノファイバー複合体の、１８０秒間にわたって２秒ごとに測定した波長４００ｎｍの光の透過率試験における標準偏差が、０．１０以下である［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［９］前記セルロース誘導体が、ヒドロキシアルキルセルロース及びアルキルセルロースからなる群から選択された少なくとも１種を含む［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［１０］前記セルロース誘導体が、ヒドロキシアルキルセルロースである［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［１１］前記ヒドロキシアルキルセルロースが、ヒドロキシプロピルセルロースである［１０］に記載の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法。
［１２］第１の分散媒にセルロースナノファイバーを分散させたセルロースナノファイバー含有分散媒を用意する、セルロースナノファイバー用意工程と、
前記セルロースナノファイバー含有分散媒にセルロース誘導体を添加し、前記セルロースナノファイバー含有分散媒に少なくとも一部の前記セルロース誘導体を溶解させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理して固相のセルロースナノファイバー複合体を得る、乾燥工程と、
固相の前記セルロースナノファイバー複合体を第２の分散媒に添加して前記セルロースナノファイバー複合体含有分散体を調製する、セルロースナノファイバー複合体添加工程と、
を含む、
セルロースナノファイバー組成物の製造方法。
［１３］第１の分散媒に少なくとも一部のセルロース誘導体を溶解させたセルロース誘導体含有溶液を調製する、セルロース誘導体用意工程と、
前記セルロース誘導体含有溶液にセルロースナノファイバーを添加し、前記セルロース誘導体含有溶液に前記セルロースナノファイバーを分散させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理して固相のセルロースナノファイバー複合体を得る、乾燥工程と、
固相の前記セルロースナノファイバー複合体を第２の分散媒に添加して前記セルロースナノファイバー複合体含有分散体を調製する、セルロースナノファイバー複合体添加工程と、
を含む、
セルロースナノファイバー組成物の製造方法。
［１４］第１の分散媒を用意する分散媒用意工程と、
前記第１の分散媒にセルロースナノファイバーとセルロース誘導体とを添加し、前記第１の分散媒に、前記セルロースナノファイバーを分散させ、且つ少なくとも一部の前記セルロース誘導体を溶解させて、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を含む分散体であるセルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を調製して、前記セルロースナノファイバーと前記セルロース誘導体を一体化させる、セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体調製工程と、
前記セルロースナノファイバー及びセルロース誘導体含有分散体を乾燥処理して固相のセルロースナノファイバー複合体を得る、乾燥工程と、
固相の前記セルロースナノファイバー複合体を第２の分散媒に添加して前記セルロースナノファイバー複合体含有分散体を調製する、セルロースナノファイバー複合体添加工程と、
を含む、
セルロースナノファイバー組成物の製造方法。
【０００９】
本発明の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法で使用するセルロースナノファイバーは、疎水性などの所望の特性を付与した変性セルロースナノファイバーではない（以下、変性セルロースナノファイバーではないセルロースナノファイバーを単に「セルロースナノファイバー」ということがある。）。すなわち、本発明の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法で使用するセルロースナノファイバー自体は、親水性の化学構造となっている。なお、セルロースナノファイバーは、平均繊維径が１．０μｍ未満である、すなわち、平均繊維径がナノオーダーであるセルロースファイバーである。
【００１０】
また、本発明の固相のセルロースナノファイバー複合体の製造方法で使用するセルロース誘導体は、得られた固相のセルロースナノファイバー複合体において親水性の化学構造であるセルロースナノファイバーと一体化した状態となっている。また、固相のセルロースナノファイバー複合体が有機溶媒等の分散体に分散することで、セルロース誘導体の水酸基とセルロースナノファイバーの水酸基が相互作用し、セルロースナノファイバーにセルロース誘導体が配位しているような状態になる。
（【００１１】以降は省略されています）

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