(57)【要約】【課題】高湿度環境下においても高いガスバリア性を有する変性セルロースナノファイバー、ガスバリア用材料及びガスバリア性成形体を提供する。【解決手段】本発明の変性セルロースナノファイバーは、平均繊維径が２００ｎｍ以下であり、セルロース構成単位はアニオン性基を有し、前記アニオン性基は、塩基性アミノ酸を対イオンとして有する。本発明の変性セルロースナノファイバーは、高湿度環境下においても高いガスバリア性を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
変性セルロースナノファイバーにおいて、
平均繊維径が２００ｎｍ以下であり、
セルロース構成単位はアニオン性基を有し、
前記アニオン性基は、塩基性アミノ酸を対イオンとして有する、変性セルロースナノファイバー。
【請求項２】
前記アニオン性基が、カルボキシル基、リン酸基及び硫酸基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の変性セルロースナノファイバー。
【請求項３】
前記塩基性アミノ酸が、リシン、ヒスチジン及びアルギニンからなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１又は２に記載の変性セルロースナノファイバー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の変性セルロースナノファイバーを備える、ガスバリア用材料。
【請求項５】
請求項４に記載のガスバリア用材料を含む層を備える、ガスバリア性成形体。
【請求項６】
請求項５に記載のガスバリア性成形体の製造方法であって、
基材に、前記ガスバリア用材料を付着してガスバリア性成形体を得る工程を有する、ガスバリア性成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変性セルロースナノファイバー、ガスバリア用材料及びガスバリア性成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品や医薬品や自動車分野等に広く利用されている包装材料及び遮蔽材料には、内容物を保護するために、酸素、水蒸気、水素等の気体が材料を透過することを防止させる機能、いわゆるガスバリア性を備えることが求められる。従来、ガスバリア性材料としては、温度や湿度の影響が少ないアルミニウムあるいはポリ塩化ビニリデン等の素材が用いられてきた。しかし、近年では、環境汚染、労働安全衛生、省資源、非危険物化等の観点から、有機溶剤型から水性型の材料への転換が進んでいる。この観点から、ガスバリア用材料として、天然に多量に存在するバイオマス由来の水不溶性繊維で形成される材料が注目されている。
【０００３】
このような材料としては、例えば、セルロース繊維が知られており、特に、ナノサイズの繊維径を有するセルロースナノファイバーが着目されている。セルロースナノファイバーは、生分解性を有することに加え、強度、弾性率、寸法安定性、耐熱性、結晶性等の物理特性にも優れるため、機能性材料への応用が期待されている材料である。
【０００４】
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」という）触媒による酸化反応から得られるセルロースを、分散処理することで得られるアニオン変性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１）。このようなアニオン変性セルロースナノファイバーは、前述のセルロース系材料の性質に加え、透明性が高く、乾燥条件下における高いガスバリア性を有する。
【０００５】
また、ガスバリア性能をさらに向上させるべく、種々の技術も提案されている。例えば、特定のセルロース繊維を含む層を基材に設け、さらに樹脂層を積層する方法、特定のセルロース繊維と水溶性高分子とを組み合わせる方法、あるいは、架橋構造を有するセルロース繊維層を形成する方法等が提案されている（特許文献２、３等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５７５５２号公報
【特許文献２】特開２０１８−６９６７６号公報
【特許文献３】特開２０１５−２２７５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のセルロースナノファイバーを用いたガスバリア性材料では、例えば、高湿度下におけるガスバリア性は、未だ実用レベルには達していないのが現状であり、近年求められている高いガスバリア性の水準には到達させるべく、改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高湿度環境下においても高いガスバリア性を有する変性セルロースナノファイバー、ガスバリア用材料及びガスバリア性成形体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】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、変性セルロースナノファイバーを形成するセルロース構成単位が特定のイオン対を有することにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の主題を包含する。
項１
変性セルロースナノファイバーにおいて、
平均繊維径が２００ｎｍ以下であり、
セルロース構成単位はアニオン性基を有し、
前記アニオン性基は、塩基性アミノ酸を対イオンとして有する、変性セルロースナノファイバー。
項２
前記アニオン性基が、カルボキシル基、リン酸基及び硫酸基からなる群より選ばれる少なくとも１種である、項１に記載の変性セルロースナノファイバー。
項３
前記塩基性アミノ酸が、リシン、ヒスチジン及びアルギニンからなる群より選ばれる少なくとも１種である、項１又は２に記載の変性セルロースナノファイバー。
項４
項１〜３のいずれか１項に記載の変性セルロースナノファイバーを備える、ガスバリア用材料。
項５
項４に記載のガスバリア用材料を含む層を備える、ガスバリア性成形体。
項６
項５に記載のガスバリア性成形体の製造方法であって、
基材に、前記ガスバリア用材料を付着してガスバリア性成形体を得る工程を有する、ガスバリア性成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る変性セルロースナノファイバーによれば、高湿度環境下においても高いガスバリア性を有する材料を形成することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。
【００１３】
１．変性セルロースナノファイバー
本発明の変性セルロースナノファイバーは、平均繊維径が２００ｎｍ以下であり、セルロース構成単位はアニオン性基を有し、前記アニオン性基は、塩基性アミノ酸を対イオンとして有する。
【００１４】
本発明の変性セルロースナノファイバーによれば、高湿度環境下においても高いガスバリア性を有する材料を形成することができる。
【００１５】
以下、本発明の変性セルロースナノファイバーを単に「変性セルロースナノファイバー」と表記する。変性セルロースナノファイバーとは、セルロースナノファイバーが変性されたものであって、特に、セルロースナノファイバーがアニオン性基で修飾されている構造を有することを意味する。
【００１６】
変性セルロースナノファイバーは、セルロース分子を構成単位（以下、「セルロース構成単位」と表記する）として有する材料であり、特に、ナノメートルレベルの繊維径を有する繊維状の材料である。
【００１７】
変性セルロースナノファイバーは、平均繊維径が２００ｎｍ以下である限り、高湿度環境下においても優れたガスバリア性を発揮することができる。変性セルロースナノファイバーの平均繊維径の下限値は特に限定されず、例えば、１ｎｍ以上とすることができる。高湿度環境下においてより優れたガスバリア性を発揮することができる点で、変性セルロースナノファイバーの平均繊維径は５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００１８】
本明細書において、変性セルロースナノファイバーの平均繊維径は、次のようにして測定することができる。すなわち、固形分率で０．０５〜０．１質量％の変性セルロースナノファイバーの水分散体を調製する。この水分散体を、親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の観察用試料とする。なお、大きな繊維径の繊維を含む場合には、ガラス上へキャストした表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を観察してもよい。
【００１９】
そして、変性セルロースナノファイバーを構成する繊維の大きさに応じて５０００倍、１００００倍あるいは５００００倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。この観察の際、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、２０本以上の繊維が交差するよう、試料および観察条件（倍率等）を調節する。そして、この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、１枚の画像あたり縦横２本ずつの無作為な軸を引き、軸に交錯する繊維の繊維径を目視で読み取っていく（例えば、ノギスで計測）。このようにして、最低３枚の重複しない表面部分の画像を電子顕微鏡で撮影し、各々２つの軸に交錯する繊維の繊維径の値を読み取る。これにより、最低２０本×２×３＝１２０本の繊維径の情報が取得可能である。このようにして得られた繊維径のデータから、変性セルロースナノファイバーの平均繊維径を算出する。つまり、本明細書において変性セルロースナノファイバーの平均繊維径とは、変性セルロースナノファイバーの数平均繊維径を意味する。
【００２０】
変性セルロースナノファイバーにおいて、セルロース構成単位が形成する結晶構造は特に限定されず、例えば、Ｉ型結晶構造であることが好ましい。セルロース構成単位がＩ型結晶構造を有することは、例えば、広角Ｘ線回折像測定により判定することができる。具体的に広角Ｘ線回折像測定により得られる回折プロファイルにおいて、２θ＝１４〜１７°付近と、２θ＝２２〜２３°付近との２つの位置に典型的なピークがある場合、セルロース構成単位がＩ型結晶構造を有すると判定することができる。
【００２１】
変性セルロースナノファイバーにおいて、セルロース構成単位はアニオン性基を有する。より具体的には、セルロース構成単位を形成するグルコースユニットがアニオン性基を有する。アニオン性基とは、アニオン性を示す置換基のことをいう。
【００２２】
アニオン性基は、セルロース構成単位を形成するすべてのグルコースユニットに一つ又は一つ以上結合していてもよいし、あるいは、アニオン性基は、セルロース構成単位を形成する一部のグルコースユニットに一つ又は一つ以上結合していてもよい。結合部位としては、グルコースユニットの１位炭素に直接又は間接的に結合していることが好ましい。
【００２３】
アニオン性基は、変性セルロースナノファイバーにおいて特に表面に配置されているセルロース構成単位に有しやすい。
【００２４】
アニオン性基の種類は特に限定されず、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、硫酸基等を挙げることができ、これらのいずれか１種又は２種以上とすることができる。高湿度環境下においてより優れたガスバリア性を発揮することができる点で、アニオン性基は、カルボキシル基、リン酸基及び硫酸基からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。これらのアニオン性基は、グルコースユニットに直接結合することもできるし、あるいは間接的に結合することもできる。間接的に結合している場合、グルコースユニットとアニオン性基との間には、例えば、炭素数１〜４のアルキレン基が存在していてもよい。より具体的には、アニオン性基としてカルボキシル基が、炭素数１のアルキレン基（メチレン基）を介してグルコースユニット結合している構造を挙げることができる。言い換えれば、この場合、アニオン性基はカルボキシメチル基であり、これがグルコースユニットに直接結合しているということができる。
【００２５】
変性セルロースナノファイバーにおいて、アニオン性基の含有量は特に限定されない。変性セルロースナノファイバーを基準として、例えば、アニオン性基を０．０５〜３．０ｍｍｏｌ／ｇ含有することができ、０．６〜２．５ｍｍｏｌ／ｇ含有することが好ましい。
【００２６】
変性セルロースナノファイバー中のアニオン性基の含有量の測定は、例えば、次のように行うことができる。まず、アニオン性基がカルボン酸基及び／又はカルボン酸塩基である場合、乾燥質量を精秤した変性セルロースナノファイバー試料から０．５〜１質量％スラリー（水分散液）を６０ｍＬ調製する。当該スラリーは、０．１Ｍの塩酸水溶液によって、そのｐＨを約２．５に調整した後、０．０５Ｍの水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、電気伝導度をｐＨが約１１になるまで測定する。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（Ｖ）から、下記の式（１）に従い、変性セルロースナノファイバー中のアニオン性基の含有量を求めることができる。
アニオン性基含有量（ｍｍｏｌ／ｇ）＝Ｖ（ｍＬ）×〔０．０５／Ｗ〕・・・（１）
（式（１）中、Ｗは変性セルロースナノファイバーの質量（ｇ）である。）
アニオン性基がリン酸基及び／又はその塩である場合、その含有量についても、上記同様の電気伝導度測定により測定することができる。その他のアニオン性基についても公知の方法で測定することができる。
【００２７】
前記アニオン性基は、塩基性アミノ酸を対イオンとして有する。例えば、変性セルロースナノファイバーにおいて、前記アニオン性基は塩基性アミノ酸で中和されている。アニオン性基が塩基性アミノ酸を対イオンとして有することで、変性セルロースナノファイバーの解繊が容易になることに加えて、高湿度環境下において優れたガスバリア性を発揮することができる。限定的な解釈を望むものではないが、塩基性アミノ酸の存在により、変性セルロースナノファイバーの塗膜が形成された場合にアミノ酸どうしの水素結合が起こりやすく、これにより従来の対カチオンに比べて水分の影響を受けにくくなる。この結果、変性セルロースナノファイバーの耐湿性、つまり、高湿度環境下におけるガスバリア性が向上すると推察される。
【００２８】
塩基性アミノ酸とは、分子内に１つのアミノ基に加えて、さらに塩基性を示す残基を有するアミノ酸をいう。塩基性アミノ酸の種類は特に限定されず、例えば、リシン、ヒスチジン及びアルギニンからなる群より選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。リシン水溶液の等電点は９．７、ヒスチジン水溶液の等電点は７．６、アルギニン水溶液の等電点は１０．８とされている。
【００２９】
塩基性アミノ酸は、セルロース構成単位のすべてのアニオン性基と対イオンを形成することができ、あるいは、セルロース構成単位の一部のアニオン性基と対イオンを形成することもできる。セルロース構成単位の一部のアニオン性基と対イオンを形成する場合、例えば、アニオン性基の全量に対して５０％以上のアニオン性基が塩基性アミノ酸と対イオンを形成している場合、ファイバーをナノ分散させやすい。この場合、変性セルロースナノファイバーは高湿度環境下においてより優れたガスバリア性を発揮することができる。
【００３０】
セルロース構成単位の一部のアニオン性基が対イオンを有している場合、対イオンを形成していないアニオン性基は酸型になっていてもよく、あるいは、塩基性アミノ酸以外のカチオンを対イオンとして有していてもよく、その両方であってもよい。塩基性アミノ酸以外のカチオンの種類は特に限定されず、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、アンモニウム、アミン、ホスホニウム等が挙げられる。
【００３１】
変性セルロースナノファイバーにおいて、アニオン性基に塩基性アミノ酸を対イオンとして形成させる方法は特に限定されず、公知の方法を広く採用することができる。例えば、アニオン性基を有するセルロースナノファイバーに塩基性アミノ酸を反応させる方法、つまり、セルロースナノファイバーを塩基性アミノ酸で中和処理をする方法等を挙げることができる。例えば、アニオン性基を有するセルロースナノファイバーの水分散液と塩基性アミノ酸とを、ｐＨが７になるまで混合することができる。
【００３２】
＜変性セルロースナノファイバーの製造方法＞
変性セルロースナノファイバーを製造する方法は特に限定されず、公知の製造方法を広く採用することができる。その製造方法の一例として、セルロース構成単位を形成するグルコースユニットの水酸基が酸化された酸化セルロース（以下、「酸化セルロース（Ａ）」と表記する）を用いて、変性セルロースナノファイバーを製造することができる。この場合、アニオン性基はカルボン酸基を含む。
【００３３】
酸化セルロース（Ａ）は、例えば、グルコースユニットの６位の水酸基が選択的に酸化された構造を有することが好ましい。酸化セルロース（Ａ）がグルコースユニット上の６位の水酸基が選択的に酸化されていることの判断は、例えば、１３Ｃ−ＮＭＲチャートにより確認することができる。なお、酸化セルロース（Ａ）は、カルボン酸基（ＣＯＯＨ）及び／又はカルボン酸塩基（ＣＯＯＸ、ここでＸはカルボン酸と塩を形成する陽イオン）とともに、アルデヒド基及び／又はケトン基を有してもよいが、好ましくはアルデヒド基及び／又はケトン基を実質的に有しないことである。
【００３４】
酸化セルロース（Ａ）を使用した変性セルロースナノファイバーの製造方法は、公知の方法を広く採用でき、例えば、（１）酸化反応工程、（２）還元工程、（３）精製工程、（４）分散工程（微細化処理工程）等を備える製造方法を挙げることができる。
【００３５】
（１）酸化反応工程
酸化反応工程は、例えば、セルロース原料とＮ−オキシル化合物とを水（分散媒）に分散させた後、共酸化剤を添加して反応を行う工程である。当該反応中は０．５Ｍの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してｐＨを１０〜１１に保ち、ｐＨに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なすことができる。共酸化剤とは、直接的にセルロース水酸基を酸化する物質ではなく、酸化触媒として用いられるＮ−オキシル化合物を酸化する物質を示す。
【００３６】
前記セルロース原料として天然セルロースを挙げることができる。天然セルロースは、植物、動物、バクテリア産生ゲル等のセルロースの生合成系から単離した精製セルロースを意味する。より具体的に、天然セルロースとしては、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ、コットンリンター、コットンリント等の綿系パルプ、麦わらパルプ、バガスパルプ等の非木材系パルプ、バクテリアセルロース（ＢＣ）、ホヤから単離されるセルロース、海草から単離されるセルロース等を挙げることができる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらのなかでも、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ、コットンリンター、コットンリント等の綿系パルプ、麦わらパルプ、バガスパルプ等の非木材系パルプが好ましい。
【００３７】
前記Ｎ−オキシル化合物としては、例えば、一般に酸化触媒として用いられるニトロキシラジカルを有する化合物が挙げられる。Ｎ−オキシル化合物は、水溶性の化合物が好ましく、なかでもピペリジンニトロキシオキシラジカルが好ましく、特に２，２，６，６−テトラメチルピペリジノオキシラジカル（ＴＥＭＰＯ）または４−アセトアミド−ＴＥＭＰＯが好ましい。Ｎ−オキシル化合物の添加は、触媒量で充分であり、例えば０．１〜４ｍｍｏｌ／Ｌの範囲で反応水溶液に添加してもよい。
【００３８】
前記共酸化剤としては、例えば、次亜ハロゲン酸またはその塩、亜ハロゲン酸またはその塩、過ハロゲン酸またはその塩、過酸化水素、過有機酸等が挙げられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、次亜塩素酸ナトリウム、次亜臭素酸ナトリウム等のアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩が好ましい。次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合、反応速度の点から、臭化ナトリウム等の臭化アルカリ金属の存在下で反応を進めることが好ましい。共酸化剤の使用量は、セルロース原料に対して、例えば、０．１〜１００ｍｍｏｌ／ｇとなるように調節することができる。
【００３９】
酸化反応工程で行う反応において、反応時のｐＨは約８〜１１の範囲で維持されることが好ましい。反応温度は約４〜４０℃において任意であり、特に温度の制御は必要としない。最終的に得られる変性セルロースナノファイバーのアニオン性基の含有量は、共酸化剤の添加量及び反応時間により酸化の程度を制御することで、所望の範囲に調節することができる。通常、酸化反応工程で行う反応の反応時間は約５〜１２０分、長くとも２４０分以内で完了し得る。酸化反応工程での反応で得られた反応液は、適宜、各種の酸によりｐＨ等を調整することができ、例えば、塩酸でｐＨを中性付近に調整することができる。
【００４０】
（２）還元工程
還元工程では、前記酸化反応工程の反応で得られた生成物の還元反応を行う工程である。当該還元工程は必須の工程ではなく、必要に応じて設ける工程である。前記酸化反応工程の反応で得られた生成物の還元反応を行うことで、酸化反応工程で形成されたアルデヒド基およびケトン（つまり、カルボン酸まで酸化されなかった基）の一部ないし全部が還元され、水酸基に戻る。これにより、最終的に得られる変性セルロースナノファイバーが分解しにくくなる。
【００４１】
還元工程では、酸化反応工程で得られた生成物、つまり、微細酸化セルロースを精製水に分散し、水分散体のｐＨを約１０に調整し、各種還元剤により還元反応を行うことができる。還元剤としては、公知の還元剤を広く使用でき、例えば、ＬｉＢＨ４、ＮａＢＨ３ＣＮ、ＮａＢＨ４等が挙げられる。
【００４２】
還元剤の量は、微細酸化セルロースを基準として、０．１〜４質量％の範囲で使用することが好ましい。還元反応は、室温（例えば、２５℃）又は室温より若干高い温度で、通常、１０分〜１０時間、好ましくは３０分〜２時間行う。反応終了後、各種の酸により反応混合物のｐＨを約２に調整し、精製水をふりかけながら遠心分離機で固液分離を行い、ケーキ状の微細酸化セルロースを得ることができる。
【００４３】
（３）精製工程
前記酸化反応工程又は還元工程の後、精製工程を行う。これにより、酸化セルロース（Ａ）が得られる。この精製工程は、例えば、酸化セルロース（Ａ）から、未反応の共酸化剤（次亜塩素酸等）や各種副生成物等を除く目的で行う。酸化セルロース（Ａ）は通常、この段階ではナノファイバー単位までばらばらに分散しているわけではないため、通常の精製法、すなわち水洗とろ過を繰り返す。これにより、高純度（９９質量％以上）水分散体が得られる。精製工程における精製方法は、遠心脱水を利用する方法（例えば、連続式デカンダー）のように、上述した目的を達成できる装置であればどのような装置を利用しても差し支えない。精製工程では、必要に応じて、塩酸等の無機酸で酸洗浄を行うことができる。
【００４４】
（４）分散工程（微細化処理工程）
分散工程（微細化処理工程ともいう）は、前記精製工程にて得られた酸化セルロース（Ａ）の水分散体に対して、アニオン性基（カルボン酸基）の中和を目的とし、塩基性アミノ酸を添加する工程である。塩基性アミノ酸は、前記と同様であり、例えば、リシン、ヒスチジン及びアルギニンからなる群より選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。
【００４５】
分散工程では、酸化セルロース（Ａ）の水分散体と塩基性アミノ酸とを混合して得られた混合液に対し、分散機にて酸化セルロース（Ａ）の予備解繊を行った後、マイクロフルイタイザー等の解繊機にて本解繊を行う。
【００４６】
本解繊を続けることによって、混合液の粘度が上昇し、微細化処理（即ち、解繊処理）された変性セルロースナノファイバーの水分散体を得ることができる。
【００４７】
分散工程において、酸化セルロース（Ａ）の水分散体と塩基性アミノ酸とを混合して得られた混合液のｐＨは、得られる変性セルロースナノファイバーが高湿度環境下においてより優れたガスバリア性を有する観点から６．０〜１２．０に調整することが好ましく、７．０〜１０．０に調整することがより好ましい。
【００４８】
分散工程で予備解繊のために使用する分散機としては、高圧ホモミキサー等のほか、超音波分散処理機、ビーター、ディスク型レファイナー、コニカル型レファイナー、ダブルディスク型レファイナー、グラインダー等の強力で叩解能力のある装置を使用することができる。高圧ホモミキサーを使用する場合、回転数は、例えば、２０００〜１５０００ｒｐｍとすることができる。
【００４９】
解繊機としてマイクロフルイタイザーを使用する場合、処理時の圧力は、例えば、３０〜２００ＭＰａとすることができる。
【００５０】
分散工程で使用する塩基性アミノ酸の使用量は特に限定されず、例えば、前述のように、最終的に得られる変性セルロースナノファイバーを基準として、例えば、アニオン性基の含有量が０．０５〜３．０ｍｍｏｌ／ｇ（好ましくは０．６〜２．５ｍｍｏｌ／ｇ）となるように塩基性アミノ酸を使用することが好ましい。
【００５１】
以上の（１）酸化反応工程と、任意である（２）還元工程と、（３）精製工程と、（４）分散工程（微細化処理工程）とを経て、変性セルロースナノファイバーが得られる。
【００５２】
（変性セルロースナノファイバーの他の製造方法）
次に、アニオン性基がカルボキシメチル基である変性セルロースナノファイバー（以下、カルボキシメチル化セルロース（Ｂ）という。）の製造方法を説明する。この製造方法を以下、「製造方法２」と表記する。製造方法２では、上記セルロース原料を用いて次のように製造することができる。
【００５３】
製造方法２では、上記セルロース原料と、該原料に対して３〜２０倍質量の低級アルコール及び水との混合溶媒とを混合し、そこへ塩基性アミノ酸を混合させてアルカリ処理を行うことができる。低級アルコールは、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等を使用することができ、これらは１種又は２種以上とすることができる。低級アルコールと水との混合溶媒中、低級アルコールは６０〜９５質量％含むことができる。アルカリ処理の温度は、例えば、０〜７０℃とすることができ、アルカリ処理時間は１５分〜８時間とすることができる。
【００５４】
製造方法２において、アルカリ処理の後、カルボキシメチル化剤を加えることで、エーテル化反応を行う。カルボキシメチル化剤としては、モノクロロ酢酸ナトリウム等が例示される。エーテル化反応では、カルボキシメチル化剤の使用量は特に限定されず、例えば、セルロース原料におけるグルコース残基あたり０．０５〜１０倍モル量の使用量とすることができる。エーテル化反応の温度は３０〜９０℃とすることができ、反応時間は３０分〜１０時間とすることができる。
【００５５】
エーテル化反応の後は、前述の酸化セルロース（Ａ）を用いた変性セルロースナノファイバーの製造方法と同様、分散工程を行う。製造方法２において、分散工程の条件はすべて、前述の酸化セルロース（Ａ）を用いた変性セルロースナノファイバーの製造方法で採用され得る分散工程の条件と同様である。当該分散工程により、アニオン性基としてカルボキシメチル基を含み、その対イオンとして塩基性アミノ酸を有する変性セルロースナノファイバーを得ることができる。
【００５６】
＜変性セルロースナノファイバーの他の製造方法＞
次に、アニオン性基としてリン酸基を含むアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法を説明する。アニオン性基としてリン酸基を含むアニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法として、乾燥状態又は湿潤状態のセルロース原料と、リンを含有する化合物の粉末又は水溶液とを混合する工程を備える製造方法Ｐ１、あるいは、セルロース原料の分散液と、リンを含有する化合物の水溶液とを混合する工程を備える製造方法Ｐ２が挙げられる。
【００５７】
前記製造方法Ｐ１及びＰ２で使用するセルロース原料は、前述の酸化セルロース（Ａ）を用いた製造方法で例示列挙したセルロース原料と同様の種類を挙げることができる。
【００５８】
製造方法Ｐ１及びＰ２において、リンを含有する化合物としては、例えば、リン酸又はリン酸誘導体を挙げることができる。リンを含有する化合物は１種単独で使用することができ、あるいは２種以上を併用することもできる。
【００５９】
リン酸誘導体としては、リン原子を含有するオキソ酸、ポリオキソ酸あるいはそれらの誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物が例示される。
【００６０】
リンを含有する化合物のさらなる具体例として、リン酸二水素ナトリウム二水和物、リン酸水素二ナトリウム等を挙げることができる。
【００６１】
前記製造方法Ｐ１及びＰ２において、セルロース原料と、リンを含有する化合物とを混合することで、脱水反応が進行してセルロース原料のセルロース構成単位にリン酸エステルが形成され、リン酸基又はその塩がセルロース構成単位に導入される。
【００６２】
前記製造方法Ｐ１及びＰ２において、セルロース原料と、リンを含有する化合物とを混合方法は特に限定されず、公知の混合方法を広く採用できる。例えば、セルロース原料に、リンを含有する化合物を含むリン酸化剤を噴霧する方法を採用することもできる。
【００６３】
前記製造方法Ｐ１及びＰ２のいずれにおいても、通常、セルロース原料と、リンを含有する化合物とを混合した後は、必要に応じて脱水処理及び加熱処理等を行う。脱水処理及び加熱処理は、例えば、公知のセルロースナノファイバーの製造方法と同様の条件とすることができる。
【００６４】
製造方法Ｐ１及びＰ２において、セルロース原料と、リンを含有する化合物とを混合した後に必要に応じて脱水処理及び加熱処理をした後は、前記分散工程（微細化処理工程）と同様の工程を行う。分散工程の条件はすべて、前述の酸化セルロース（Ａ）を使用した製造方法で採用され得る分散工程の条件と同様である。当該分散工程により、アニオン性基としてリン酸基を含み、その対イオンとして塩基性アミノ酸を有する変性セルロースナノファイバーを得ることができる。
【００６５】
（変性セルロースナノファイバーの他の製造方法）
次に、アニオン性基が硫酸基である変性セルロースナノファイバーの製造方法を説明する。この製造方法を以下、「製造方法３」と表記する。製造方法３では、上記セルロース原料を用いて次のように製造することができる。
【００６６】
製造方法３では、上記セルロース原料の硫酸エステル化反応を行うことで、アニオン性基が硫酸基である変性セルロースナノファイバーを得ることができる。
【００６７】
製造方法３において、硫酸エステル化反応は、例えば、公知の方法を広く採用することができる。例えば、セルロース原料と、スルファミン酸とを反応させることで、セルロースの水酸基の一部を硫酸基に置換する方法が挙げられる。この場合、スルファミン酸の使用量は特に限定されず、セルロース繊維への置換基の導入量を考慮して適宜調整することができる。スルファミン酸の使用量は、例えば、セルロース分子中のアンヒドログルコース単位１モルあたり、好ましくは０．０１〜５０モル、より好ましくは０．１〜３０モルとすることができる。
【００６８】
硫酸エステル化反応の温度は、０〜１００℃とすることができ、好ましくは１０〜８０℃、さらに好ましくは２０〜７０℃である。反応温度を適切に調節することで、反応完結に長時間を要することなく、また、セルロース分子内のグリコシド結合が切断する等の現象も起こりにくくすることができる。硫酸エステル化反応は、通常、３０分〜５時間で完結する。
【００６９】
製造方法３において、硫酸エステル化反応の後、前述の酸化セルロース（Ａ）を用いた変性セルロースナノファイバーの製造方法と同様、分散工程を行う。製造方法３において、分散工程の条件はすべて、前述の酸化セルロース（Ａ）を用いた変性セルロースナノファイバーの製造方法で採用され得る分散工程の条件と同様である。当該分散工程により、アニオン性基として硫酸基を含み、その対イオンとして塩基性アミノ酸を有する変性セルロースナノファイバーを得ることができる。
【００７０】
２．ガスバリア用材料
ガスバリア用材料は、前記変性セルロースナノファイバーを備える。ガスバリア用材料の一態様として、変性セルロースナノファイバーが分散媒に分散した分散体を挙げることが。あるいは、ガスバリア用材料の他の態様として、分散媒は含まず、固体状、例えば、粉末状の変性セルロースナノファイバーを挙げることができる。
【００７１】
ガスバリア用材料が分散体である場合、分散媒の種類は特に限定されず、種々の溶媒を適用することができ、例えば、水系溶媒を挙げることができる。水系溶媒としては、水、炭素数１〜３程度のアルコール、あるいはこれらの混合溶媒を挙げることができる。水は、蒸留水、水道水、工業用水、イオン交換水、脱イオン水、純水、電解水などの各種の水を用いることができる。
【００７２】
ガスバリア用材料が分散体である場合、分散体における変性セルロースナノファイバーの濃度は特に限定されない。例えば、変性セルロースナノファイバーの製膜性に優れ、形成された膜が高湿度環境下においてより優れたガスバリア性を発揮することができる点で、０．０１〜１０質量％とすることができ、０．０３〜８質量％であることが好ましく、０．０５〜５質量％であることがより好ましい。
【００７３】
ガスバリア用材料が分散体である場合、製膜性及び防腐性を付与するため、分散媒とは異なる親水性媒体を別途含むこともできる。親水性媒体は、水酸基などの親水基を分子内に有する媒体を指し、水溶性、即ち水に溶解する有機化合物を挙げることができる。
【００７４】
親水性媒体としては、水よりも高沸点で製膜時に膜中に残存する化合物、あるいは、熱分解性を有し、製膜後には残存しにくい化合物を挙げることができる。親水性媒体としては、例えば、ｎ−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、エチレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、３−メチル−３−メトキシブタノール、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、１，３−ブチレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、１，４−ブチレングリコール、エチレングリコール−２−エキルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル（即ち、フェノキシプロパノール）、エチレングリコールモノフェニールエーテル（即ち、フェノキシエタノール）、プロピレングリコール−モノ−２−エチルヘキサノエート、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール−ｎ−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコール−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコール−２−エチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレンモノフェニルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、２，２’−（シクロヘキシルイミノ）ビスエタノール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどの有機溶媒が挙げられる。好ましくは、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、プロピレングリコール−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、エチレングリコール−ｔ−ブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテル、３−メチル−３−メトキシブタノール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、１，３−ブチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、１，４−ブチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコール、エチレングリコールモノフェニールエーテル、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンまたは２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、４−クロロ−２−オクチル−４−イソチアゾリン−３−オン、４，５−ジクロロ−２−ｎ−オクチル−４−イソチアゾリン−３−オン、１，２−ベンゾイソチアゾリン−３−オン、又は２−メチル−４，５−トリメチレン−４−イソチアゾリン−３−オン等が挙げられる。
【００７５】
親水性媒体は１種単独で用いても、２種以上組み合わせて用いることができる。分散体における親水性媒体の濃度も特に限定されない。例えば、製膜後の膜物性の低下を起こしにくいという観点から、分散媒及び変性セルロースナノファイバーの全量に対し、親水性媒体の含有量を１〜３００質量％とすることができ。好ましくは１〜１００質量％であり、より好ましくは１〜１０質量％である。
【００７６】
ガスバリア用材料が分散体である場合、ガスバリア用材料の透明性は特に限定されない。例えば、ガスバリア用材料から形成される後記ガスバリア層が優れた透明性を有する観点から、紫外可視分光光度計によって測定される波長６６０ｎｍにおけるガスバリア用材料の透過率が７０〜１００％であることが好ましい。
【００７７】
ガスバリア用材料が分散体である場合、ガスバリア用材料の粘度は特に限定されない。例えば、ガスバリア用材料の塗工性及び製膜製に優れる観点から、固形分濃度を０．７５％である変性セルロースナノファイバーの水分散液を、ＢＨ型粘度計で測定した場合の粘度が４００００〜１０００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。
【００７８】
ガスバリア用材料は、本発明の効果を損なわない限り、その他の添加剤を含むことができ、例えば、公知のガスバリア用材料に使用されている添加剤を広く含有することができる。
【００７９】
ガスバリア用材料を使用することで、例えば、後記するように塗膜を形成することができる。このような塗膜は、前述の変性セルロースナノファイバーを含むので、優れたガスバリア性を有する。
【００８０】
３．ガスバリア性成形体
ガスバリア性成形体は、前記ガスバリア用材料を含む層を備える。例えば、ガスバリア用材料を含む層（以下、「ガスバリア層」と略記する）は、基材に形成される。あるいは、ガスバリア層を単独でガスバリア性成形体として使用することもできる。
【００８１】
基材の種類としては特に制限されず、例えば、公知のガスバリア性成形体で使用されている基材を広く使用することができる。具体的な基材としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭ５Ｔ等のナイロン、ナイロンの誘導体等の樹脂材料；アルミニウムめっき鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、銅板、鉄板、真鍮等の金属材料；等が例示される。基材は、２種以上の材料を組み合わせて形成される複合材料であってもよい。
【００８２】
基材の形状も特に限定されず、フィルム状、板状、ブロック状、シート状等の種々の形状を挙げることができる。
【００８３】
ガスバリア層の厚みは特に限定されない。例えば、ガスバリア層は、１〜１００μｍとすることができ、１〜４０μｍとすることがより好ましい。
【００８４】
ガスバリア性成形体の製造方法は特に限定されず、例えば、種々の方法でガスバリア層の形成することでガスバリア性成形体を得ることができる。
【００８５】
ガスバリア性成形体の製造方法の一例として、前記基材に、前記ガスバリア用材料を付着してガスバリア性成形体を得る工程１を有する製造方法を挙げることができる。
【００８６】
工程１において、基材にガスバリア用材料を付着する方法としては、例えば、前述した分散体の状態であるガスバリア用材料を基材表面に塗工する方法を挙げることができる。
【００８７】
ガスバリア用材料の塗工方法としては、凸版印刷方式、凹版印刷方式、オフセット印刷方式、スクリーン印刷方式、スプレー塗装方式、ドクターブレード方式、ナイフコーター方式、ダイコーター方式、浸漬方式、バーコーター方式等の種々の方法を挙げることができる。
【００８８】
ガスバリア用材料の塗工条件も限定されず、例えば、公知の条件と同様とすることができる。塗工後の塗膜の厚みも限定されず、目的とするガスバリア層の厚みに応じて適宜、とこ条件を調節することで、塗膜の厚みを調整することができる。
【００８９】
ガスバリア用材料を基材に塗工することで、基材上に塗膜が形成される。該塗膜が、ガスバリア層である。基材上に塗膜を形成した後は、必要に応じて乾燥処理することができる。乾燥処理の条件は特に限定されず、例えば、公知の塗膜形成条件を広く適用することができる。
【００９０】
その他、基材上にガスバリア用材料を付着する方法としてはキャスト法を挙げることができ、例えば、ガスバリア用材料を基材上にキャストすることで、基材上にガスバリア層を形成することができる。
【００９１】
以上の工程１により、ガスバリア性成形体を得ることができる。
【００９２】
工程１の後、必要に応じて前記工程１で得られたガスバリア性成形体を加熱処理する工程２を備えることもできる。
【００９３】
工程２において、加熱処理の方法は特に限定されない。例えば、加熱乾燥方式、減圧乾燥方式、送風乾燥方式、マイクロ波乾燥方式、赤外線乾燥方式、凍結乾燥方式、ろ過脱水方式等の各種方法で加熱処理を行うことができる。
【００９４】
工程２において、加熱処理の温度も特に限定されず、例えば、６０〜１５０℃とすることができ、８０〜１２０℃とすることが好ましい。このような温度範囲は、前述の加熱乾燥方式を採用する場合に特に有効である。また、工程２の加熱処理において、加熱時間も特に限定されず、例えば、１〜３０００分とすることができ、５〜１８０分とすることが好ましい。加熱温度は常に一定でもよく、段階的に上昇させても良い。
【実施例】
【００９５】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。
＜変性セルロースナノファイバーを含むガスバリア性材料の製造＞
［ＴＥＭＰＯ酸化セルロース繊維］
【００９６】
（実施例１）
針葉樹パルプ２ｇに、水１５０ｍＬと、臭化ナトリウム０．２５ｇと、ＴＥＭＰＯを０．０２５ｇとを反応器に加え、充分撹拌して分散させた後、１３質量％次亜塩素酸ナトリウム水溶液（共酸化剤）を、上記パルプに対して次亜塩素酸ナトリウム量が６．５ｍｍｏｌ／ｇとなるように前記反応器に加え、反応を開始した。当該反応の進行に伴いｐＨが低下するため、ｐＨを１０〜１１に保持するように０．５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、ｐＨの変化が見られなくなるまで反応させた（反応時間は１２０分であった）。反応終了後、０．１Ｎ塩酸を添加してｐＨを７．０に調整し、ろ過と水洗を繰り返して精製し、アニオン変性セルロース繊維を含む生成物を得た（酸化反応工程）。
【００９７】
前記生成物を遠心分離機で固液分離して固形分を取り出し、該固形分に純水を加えて固形分濃度４質量％のスラリーを得た。その後、２４質量％ＮａＯＨ水溶液を用いて前記スラリーのｐＨを１０に調整した。次いで、スラリーの温度を３０℃に保持して水素化ホウ素ナトリウムをアニオン変性セルロース繊維に対して０．２ｍｍｏｌ／ｇ加え、２時間反応させることで還元処理した（還元工程）。この還元処理の後、０．１Ｎ塩酸を添加し、ろ過と水洗を繰り返して精製し、酸化セルロース得た（精製工程）。酸化セルロースにおいて、アニオン性基（カルボキシル基）の含有量は２．０〜２．２ｍｍｏｌ／ｇであった。
【００９８】
その後、得られた酸化セルロースに純水を加えて固形分濃度２質量％である水分散液を調製し、該水分散液に対してｐＨ＝７．０になるようにリシンを添加した。このリシンが添加された水分散液を、ＰＲＩＭＩＸ社製のＴＫロボミックスを用いて回転数８０００ｒｐｍで１０分間攪拌することにより、酸化セルロースを塩基性アミノ酸で中和処理すると共に予備解繊を行った。次いで、予備解繊した水分散液をマイクロフルイタイザーにて２０℃、１４０ＭＰａの圧力で１回処理した（分散工程）。これにより、水を媒体とする変性セルロースナノファイバーの分散体をガスバリア用材料として得た。
【００９９】
（実施例２）
ｐＨ＝９．７になるようにリシンを添加したこと以外は実施例１と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１００】
（実施例３）
リシンの代わりにヒスチジンを添加したこと以外は実施例１と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１０１】
（実施例４）
リシンの代わりにアルギニンを添加したこと以外は実施例１と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１０２】
（比較例１）
リシンの代わりに水酸化ナトリウムを添加したこと以外は実施例１と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１０３】
（比較例２）
リシンの代わりにテトラブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を添加したこと以外は実施例１と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１０４】
［リン酸化セルロース繊維］
（実施例５）
尿素を２０ｇと、リン酸二水素ナトリウム二水和物１２ｇと、リン酸水素二ナトリウム８ｇとを、水２０ｇに溶解させてリン酸化剤を調製した。一方、家庭用ミキサーで粉砕した針葉樹パルプ（ＬＢＫＰ）２０ｇをニーダーで攪拌しながら前記リン酸化剤をスプレー噴霧し、パルプにリン酸化剤を含浸させた。次いで、リン酸化剤が含浸されたパルプを１４０℃に加熱したダンパー付きの送風乾燥機内で６０分間、加熱処理してリン酸化パルプを得た。
【０１０５】
得られたリン酸化パルプは蒸留水で洗浄後、改めて送風乾燥機内で６０分乾燥した。得られたリン酸化パルプに純水を加えて固形分濃度２質量％の水分散液を調製し、該水分散液に対してｐＨ＝７．０になるようにリシンを添加した。このリシンが添加された水分散液を、ＴＫロボミックスを用いて回転数８０００ｒｐｍで１０分間攪拌することにより、酸化セルロースを塩基性アミノ酸で中和処理すると共に予備解繊を行った。次いで、予備解繊した水分散液をマイクロフルイタイザーにて２０℃、１５０ＭＰａの圧力で１回処理した（分散工程）。これにより、水を媒体とする変性セルロースナノファイバーの分散体をガスバリア用材料として得た。
【０１０６】
（実施例６）
ｐＨ＝９．７になるようにリシンを添加したこと以外は実施例５と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１０７】
（実施例７）
リシンの代わりにヒスチジンを添加したこと以外は実施例５と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１０８】
（実施例８）
リシンの代わりにアルギニンを添加したこと以外は実施例５と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１０９】
（比較例３）
リシンの代わりに水酸化ナトリウムを添加したこと以外は実施例５と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１１０】
（比較例４）
リシンの代わりにテトラブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を添加したこと以外は実施例５と同様の方法でガスバリア用材料を得た。
【０１１１】
［カルボキシメチル化セルロース繊維］
（実施例９）
家庭用ミキサーで粉砕した針葉樹パルプ（ＮＢＫＰ）２０ｇに、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１１２ｇと水４８ｇとの混合溶媒１６０ｇを加え、次にリシンを３２ｇ加え、撹拌、混合させた後、３０℃で６０分間攪拌した。次いで、反応液を７０℃まで昇温し、モノクロロ酢酸ナトリウムを１２ｇ（有効成分換算）添加した。１時間反応させた後に、反応物を取り出して中和、洗浄して、アニオン変性セルロース繊維を得た。その後、水を加えてアニオン変性セルロース繊維を固形分濃度２質量％とし、高圧ホモジナイザーを用いて圧力１４０ＭＰａで５回処理することにより、アニオン性基としてカルボキシメチル基を有する変性セルロースナノファイバーの水分散体をガスバリア用材料として得た。
【０１１２】
［硫酸化セルロース繊維］
（実施例１０）
２４０ｇ測り取ったＤＭＦ中に６．４ｇのスルファミン酸を入れ十分攪拌し、スルファミン酸溶液を作製した。前記溶液中に家庭用ミキサーで粉砕した針葉樹パルプ（ＮＢＫＰ）７ｇを加え、６０℃で４時間攪拌した。反応後のスルファミン酸溶液を取り除いた硫酸化パルプを０．１ｍｏｌ／Ｌに調製したリシン水溶液にて中和した。中和後取り出した硫酸化パルプを、５００ｍＬの水中で洗浄と脱水を合計３回繰り返すことで、残留するスルファミン酸、ＤＭＦなどの副生成物の除去を行い、アニオン変性セルロース繊維を得た。水を加えてアニオン変性セルロース繊維を固形分濃度２質量％とし、高圧ホモジナイザーを用いて圧力１４０ＭＰａで５回処理することにより、アニオン性基として硫酸基を有するセルロースナノファイバーの水分散体をガスバリア用材料として得た。
【０１１３】
［未変性セルロース繊維］
（比較例５）
針葉樹パルプ（ＬＢＫＰ）を水に分散させ、分散液を家庭用ミキサーで粉砕後、ＬＢＫＰを石臼式摩砕機で解繊し、更に水を加えて固形分濃度２％の水分散液とした。該水分散液を、高圧ホモジナイザーを用いて圧力１４０ＭＰａで１回処理し、未変性セルロースナノファイバー水分散体をガスバリア用材料として得た。
【０１１４】
（比較例６）
東洋紡株式会社製「コスモシャインＡ−４３００」（ＰＥＴ：２５μｍ）をガスバリア性成形体として準備した。
【０１１５】
［評価方法］
各実施例及び比較例で得たガスバリア用材料を用いて、以下の評価を行った。
【０１１６】
＜塗工液の透明性評価＞
ガスバリア用材料に純水を加えて固形分濃度を０．７５％のサンプルを調製した。サンプルを攪拌脱気した後、紫外可視分光光度計「日立Ｕ−３９００Ｈ」にて紫外吸収スペクトルを測定した。この紫外吸収スペクトルにおいて、波長６６０ｎｍの吸光度から透過率を計測した。得られた吸光度Ａを下記の計算式で透過率Ｔを算出した。
Ｌｏｇ（１／Ｔ）＝Ａ
【０１１７】
＜塗工液の粘度評価＞
ガスバリア用材料に純水を加えて固形分濃度を０．７５％のサンプルを調製した。サンプルを攪拌脱気した後、１２時間２５℃で保存したサンプルを、ＢＨ型粘度計にて２５℃、ローター番号ＮＯ．４、回転数２．５ｒｐｍで３分攪拌した後の粘度を測定した。
【０１１８】
＜ガスバリア性評価＞
各実施例及び比較例で得たガスバリア用材料を用いて塗膜を形成し、該塗膜のガスバリア性を以下のように評価した。
【０１１９】
（酸素ガス透過試験）
基材として、表面処理された易接着面を有するＰＥＴフィルム（東洋紡株式会社製「コスモシャインＡ−４３００」（２５μｍ））を準備し、該ＰＥＴフィルムの易接着面上に、固形分濃度２質量％に調整したガスバリア用材料を、バーコーター＃５０にて塗工し、室温で１時間乾燥することで、基材上に膜厚が１μｍである塗膜を形成した。膜厚は塗布前後の重量変化から算出した。このように形成した塗膜を乾燥機にて１０５℃、３時間で乾燥させ、ガスバリア性成形体を得た。ガスバリア性成形体の膜厚は２６μｍであった。このガスバリア性成形体を直径１０ｃｍに切り取ってサンプルを作製した。当該サンプルの酸素ガス透過度を、ＩＬＬＩＮＯＩＳ社製酸素透過率測定装置「ＭＯＤＥＬ８００１」（ｃｃ／ｍ２・ｄａｙ）を用い、等圧法にて、２３℃、０％ＲＨ及び５０％ＲＨの２種類の湿度条件にて測定した。酸素ガスは、濃度が９９．９９９５％以上、１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給し測定を行った。
【０１２０】
（水素ガス透過試験）
固形分濃度を２質量％に調整したガスバリア用材料を、４０ｇに水１６０ｇを加えて得たサンプルを、高圧ホモジナイザーにて８０００ｒｐｍで１０分間攪拌した。その後、サンプルを脱気した後、直径９ｃｍのポリスチレンシャーレ中にサンプルを４０ｇ入れ、７０℃で６時間ホップレートにて乾燥を行い、約２５μｍの塗膜を形成した。形成した塗膜を１０５℃で３時間乾燥させ、塗膜を得た。該塗膜をサンプルとして、一般財団法人化学物質評価研究機構にて東洋精機製作所製のガス透過率測定装置ＢＲ−３を用い、２３℃、０％ＲＨ及び５０％ＲＨ、水素を１００ｋＰａの圧力で流すことで、水素ガス透過率を差圧法「圧力センサ法」（ＪＩＳ  Ｋ７１２６−１：２００６）にて測定した。
【０１２１】
【表１】
2020132703.tif 000002
【０１２２】
表１より、塩基性アミノ酸をアニオン性基の対イオンとして有する変性セルロースナノファイバーを含むガスバリア用材料は、アニオン性基未修飾のセルロースナノファイバー水分散液（比較例５）に比べ、高い透明性、高い粘度、及び小さい繊維径を有することがわかり、解繊されやすい材料であることが確認できた。
【０１２３】
【表２】
2020132703.tif 000003
【０１２４】
【表３】
2020132703.tif 000004
【０１２５】
表２及び表３からわかるように、塩基性アミノ酸をアニオン性基の対イオンとして有する変性セルロースナノファイバーを含むガスバリア用材料を用いて形成された塗膜は、比較例１〜５に比べて酸素及び水素ガスに対して優れたガスバリア性を有しており、特に、高湿環境下（５０％ＲＨ）において、優れたガスバリア性を有していた。塩基性を示すアミノ酸で中和することで得られたアニオン変性ナノファイバーは、塗膜にした際にアミノ酸どうしの強い水素結合により、塗膜が水分の影響を受けにくくなったからではないかと推察される。