(57)【要約】  本発明は、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーを精製するためのプロセスであって、以下のステップ：−  セルロース及び液体を含むスラリーを用意するステップ、−  スラリーを、スラリーの液体の流動を誘導する電場にさらすステップ、−  液体をセルロースから分離し、したがって、液体が枯渇されたスラリーを得るステップ、−  液体が枯渇されたスラリーに有機溶媒等の洗浄液を添加するステップ、−  液体が枯渇されたスラリーを、スラリーの洗浄液の流動を誘導する電場にさらすステップ、並びに−  セルロースから洗浄液を分離し、したがって、精製セルロースを得るステップを含むプロセスに関する。本発明は、前記プロセスから取得可能な、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースにも関する。
2014514427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの、好ましくは脱水を使用する精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、のためのプロセスであって、以下のステップ：
−  セルロース及び液体を含むスラリーを用意するステップ、
−  スラリーを、スラリーの液体の流動を誘導する電場にさらすステップ、
−  液体をセルロースから分離し、したがって、液体が枯渇されたスラリーを得るステップ、
−  液体が枯渇されたスラリーに有機溶媒等の洗浄液を添加するステップ、
−  液体が枯渇されたスラリーを、スラリーの洗浄液の流動を誘導する電場にさらすステップ、並びに
−  セルロースから洗浄液を分離し、したがって、精製セルロースを得るステップ
を含む上記プロセス。
【請求項２】
脱水が電気浸透によって行われることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
１０〜１００Ｖの電圧を有する電場が使用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項４】
スラリーを脱水するために圧力も適用されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
圧力が、電場が適用されて脱水が始まった後に適用されることを特徴とする、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
圧力が機械的な圧力であることを特徴とする、請求項４又は５に記載のプロセス。
【請求項７】
脱水、並びに／又は塩／イオン枯渇及び／若しくは遊離糖枯渇前の、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの乾燥含量が、約１〜５０重量％であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含む脱水されたスラリーの乾燥含量が、約５〜５０重量％であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
脱水中のスラリーの温度が、３０℃を超え、１００℃未満であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
スラリーが、電場によって刺激される、ナノ粒子、吸収剤、塩、遊離糖及び／又は界面活性剤を含むことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
洗浄液が水及び／又は有機溶媒である、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１２】
対イオン交換及び／又は１つ若しくは複数のさらなる洗浄ステップが後に続く、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載のプロセスによって脱水された、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロース。
【請求項１４】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載のプロセスによって取得可能な、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロース。
【請求項１５】
増強剤、増粘剤、粘度調整剤、レオロジー調整剤、粉末洗剤、粉末石鹸、洗剤、泡沫組成物、バリア、フィルム、食品、医薬組成物、化粧品、紙若しくはボード製品、コーティング、衛生／吸収製品、エマルション／分散化剤、掘削泥水、複合材料、水の浄化における、フィルターにおける、太陽電池における、電池における、電子回路における、又は再生セルロース若しくはセルロース誘導体の製造においてセルロースの反応性を強化するための、請求項１３又は１４に記載のミクロフィブリル化セルロース等のセルロースの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーを電場にさらすことによって、該スラリーを好ましくは脱水を使用することによって精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は、ナノセルロースとしても知られ、典型的には木材セルロース繊維から作製される材料である。これは、微生物源、農業繊維、溶解されたセルロース又はＣＭＣなどからも作製され得る。ミクロフィブリル化セルロース中で、個々のミクロフィブリルは、互いに部分的に又は全体的に分離されている。
【０００３】
ミクロフィブリル化セルロースは、きわめて高い水結合能力を有し、そのため、ミクロフィブリル化セルロースを含むスラリーの水分含量を減少させるのがきわめて困難であり、したがって、そのため、精製するのが困難である。ミクロフィブリル化セルロースを含むスラリーの高い水分含量は、高い固形分を有するＭＦＣが必要とされるはずである多くの異なる適用におけるＭＦＣの利用も妨げる。
【０００４】
現在、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含有するスラリーから水を除去するためのいくつかの異なる方法が存在する。例えば、種々の乾燥技術を使用することが可能である。種々の乾燥技術の例は、凍結乾燥、噴霧乾燥及び超臨界乾燥である。しかし、これらの技術は、かなりエネルギーを必要とし、したがって、大規模なプロセスにおける使用にはコストがあまり効率的ではない。さらに、種々の乾燥技術で水が除去されたときに、ミクロフィブリル化セルロース繊維の角質化、又は超角質化が生じる傾向があることが多い。角質化は、繊維間の不可逆性の結合が形成されたときである。角質化が生じているときには、繊維が水中で展開及び膨張することができず、したがって、繊維の本来の水結合能力が失われる。角質化は、セルロース繊維間の結合の形成が限定又は防止されるような方法で繊維を物理的に妨げる又は改変する化学物質の添加によって防止され得る。ＣＡ１２０８６３１Ａには、フィブリルが互いに結合するのを防止することになり、したがって、繊維の角質化を防止する添加物の添加によって、乾燥されたミクロフィブリル化セルロースを再分散させるためのプロセスが記載されている。
【０００５】
さらに、Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃｒａｉｏｖａ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｓｅｒｉｅｓ、Ｎｏ．３２、２００８；ＩＳＳＮ  １８４２〜４８０５においてＬｕｃｈａｃｈｅらにより、パルプ及び紙の廃棄物スラッジの脱水が開示されている。
【０００６】
ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーから水を除去するための機械的な処理も使用することができる。しかし、これらは、ミクロフィブリル化セルロースの小さい繊維の大きさ及び大きさ分布のため、通常は、きわめて好結果であるというわけではない。さらに、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの濾過は、そのスラリーによって形成される稠密な網のために困難である。その上、ミクロフィブリル化セルロース繊維間の結合も非常に強く、これは、機械的な脱水をより非効率的にさせることになる。
【０００７】
例えば加圧脱水における乾燥における非能率性又は限界は、セルロース成分のイオンの除去に関する問題をさらに与えることになる。フィルターケーキが脱水中に形成されるので、脱水に対する耐性がより高くなる。同時に、例えばイオン又は他の溶解されている種はフィルターケーキ内に蓄積される可能性があるので、それらを除外することはより困難である。したがって、得られた脱水されたＭＦＣのフィルターケーキは、実際には初期量のイオン又はさらに実質的により多量のイオンを含有している可能性がある。
【０００８】
通常の乾燥方法を使用するとき、これらのイオン及び残留した化学物質は、濃縮された繊維懸濁液中及び最終的には乾燥されたＭＦＣ又はセルロース試料中に残ることになる。
【０００９】
したがって、角質化、又は超角質化を引き起こすことなく、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーを精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、するための改良されたプロセスの必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１の態様によれば、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの、好ましくは脱水を使用する精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、のためのプロセスであって、以下のステップ：
−  セルロース及び液体を含むスラリーを用意するステップ、
−  スラリーを、スラリーの液体の流動を誘導する電場にさらすステップ、
−  液体をセルロースから分離し、したがって、液体が枯渇されたスラリーを得るステップ、
−  液体が枯渇されたスラリーに洗浄液、例えば有機溶媒等、を添加するステップ、
−  液体が枯渇されたスラリーを、スラリーの洗浄液の流動を誘導する電場にさらすステップ、並びに
−  セルロースから洗浄液を分離し、したがって、精製セルロースを得るステップ
を含むプロセスを提供することによって、上記の問題のうちの１つ又は複数を解決する。
【００１１】
本発明は、第２の態様によれば、第１の態様によって精製されたミクロフィブリル化セルロース等のセルロースも提供する。
【００１２】
本発明は、第３の態様によれば、第１の態様によるプロセスによって取得可能なミクロフィブリル化セルロース等のセルロースも提供する。
【００１３】
本発明は、第４の態様によれば、増強剤、増粘剤、粘度調整剤、レオロジー調整剤、粉末洗剤、粉末石鹸、洗剤、泡沫組成物、バリア、フィルム、食品、医薬組成物、化粧品、紙若しくはボード製品、コーティング、衛生／吸収製品、エマルション／分散化剤、掘削泥水、複合材料、水の浄化における、フィルターにおける、太陽電池における、電池における、電子回路における（これは、屈曲性であってもよく、印刷又はコーティングされていてもよい）、又は再生セルロース若しくはセルロース誘導体の製造においてセルロースの反応性を強化するための、第２又は第３の態様によるミクロフィブリル化セルロース等のセルロースの使用も提供する。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーを、改良された方法で、好ましくは脱水を使用することによって精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、するためのプロセスを提供することである。
【００１５】
本発明のもう１つの目的は、改良された特性を有する、脱水されたミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを提供することである。
【００１６】
これらの目的、並びに他の目的及び利点は、請求項１においても示されている第１の態様によるプロセスによって達成される。電場の使用は、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの、好ましくは脱水を使用することによる精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖（炭水化物）枯渇等、を強く改良することになることが示されている。
【００１７】
精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等は、好ましくは、電気浸透（又はキャピラリー電気泳動）を使用することによる脱水を使用して行われ得る。この脱水は、機械的若しくは光学的な又は磁場等の他の外因的な源の刺激もさらに伴っていてもよい。一例は、超音波処理である。材料をさらに乾燥させるための以下の方法：
１）蒸発による乾燥方法
２）固形物増加の理由での凍結乾燥
３）脱角質化添加物の添加も、脱水された材料の乾燥において使用され得る
４）脱水された材料は、固体粒子のような挙動を示し、したがって、商業的な用途においてより容易に使用される一方で、依然として容易に他の成分に混合及び分散される（個々の繊維は本質的に維持される）又はそのようなものとして容易に使用される材料を得るために、部分的にさらに乾燥もされ得る
のうちのいずれか１つ又はこれらの組合せも精製後に行われてもよい。
【００１８】
１０〜１００Ｖの電圧を有する電場が使用されることが好ましい。典型的には電圧を上げると、水の抽出率が上昇する。最適値は、生じた電場の電流の強さ及び電圧勾配が、許容可能な最高レベルにあるときである。
【００１９】
スラリーの、好ましくは脱水を使用するときの精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、をさらに改良するために、圧力及び／又は熱もスラリーに適用され得る。圧力は、電場が適用されてスラリーの脱水が始まった後に適用されてもよい。これは、圧力が適用される前にスラリーの乾燥含量を増加させることが好ましいこともあるためである。もう１つの可能性は、機械的な圧力が適用されるのと同時に電場（Ｅ−ｆｉｅｌｄ）において弱い脱水を有することである。しかし、それは、当然、処理されているスラリーの乾燥含量に依存する。
【００２０】
適用される圧力は、例えばロールニップ又はフェルトの使用による、圧縮等の、機械的な圧力であることが好ましい。
【００２１】
好ましくは脱水を使用することによる精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等の前の、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの乾燥含量は、好ましくは約１〜１０重量％である。該プロセスによる処理後、好ましくは脱水を使用することによって精製された、例えば塩／イオン枯渇された及び／又は遊離糖枯渇された、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの乾燥含量は、約５〜５０重量％であることが好ましい。
【００２２】
好ましくは脱水に関与している精製中のスラリーの温度は、好ましくは３０℃を超え、好ましくは１００℃未満である。
【００２３】
スラリーは、電場によって刺激されて液体の流動を改良する、ナノ粒子（例えば吸収剤等）、塩及び／又は界面活性剤も含んでいてもよい。このような方法で、スラリーの、好ましくは脱水に関与している精製、塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇、が増加される。さらに、芳香が枯渇されてもよい。
【００２４】
本発明は、上記のプロセスによって、好ましくは脱水を使用することによって精製されている、例えば塩／イオン枯渇された及び／又は遊離糖枯渇された、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースにも関する。電場の助けによる、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの、好ましくは脱水を使用することによる精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等によって、ミクロフィブリル化セルロースの繊維の角質化が生じない又はその発生がきわめて限定されることになることが示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】脱水の仕組みのスキーム（左）及び穴を有するカソードプレートを開示する図である。
【図２】一定の印加電圧２０Ｖでの時間通りにおける、電流と回収された水の質量との依存性を開示する図である。
【図３】低伝導率ＭＦＣの脱水を開示する図である。
【図４】種々の電圧が与えられている低伝導率ＭＦＣの脱水中に回収された水の質量の時間依存性を開示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーを、好ましくは脱水を使用することによって精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、するためのプロセスに関する。ミクロフィブリル化セルロース繊維の特徴、例えば、その大きさ、大きさ分布及び繊維の結合により、ミクロフィブリル化セルロースを含むスラリーを脱水を使用することによって精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、することは通常きわめて困難である。
【００２７】
本明細書の全体にわたり、「セルロース」という表現は、あらゆるタイプのセルロース繊維等のセルロース（セルロース材料）を包含することが意図される。セルロースは、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）であってもよい。セルロースは、漂白されていてもよく、又は無漂白であってもよい。セルロースは、結晶セルロース、ＭＣＣ（微結晶セルロース；医薬組成物又は他の医学的使用におけるその潜在的な使用のために、高純度である必要性を有する）、ＢＮＣ、ＮＣＣ（ナノ結晶セルロース；電気的な適用において使用されてもよく、磁気特性を有する）、ＣＮＣ、ＣＭＣ（カルボキシメチル化セルロース）又は合成ポリマー繊維及び溶解パルプから作製される繊維であってもよい。セルロースは、パルプの形態で存在していてもよく、これは、ケミカルパルプ、メカニカルパルプ、サーモメカニカルパルプ又はケミ（サーモ）メカニカルパルプ（ＣＭＰ又はＣＴＭＰ）であってもよい。前記ケミカルパルプは、好ましくは、亜硫酸パルプ又はクラフトパルプである。
【００２８】
パルプは、広葉樹、針葉樹又は双方のタイプらのパルプからなっていてもよい。パルプは、例えばマツとエゾマツとの混合物又はカバノキとエゾマツとの混合物を含有していてもよい。本発明において使用され得るケミカルパルプは、すべてのタイプの木材ベースのケミカルパルプ、例えば、漂白された、半漂白された及び無漂白の亜硫酸塩、クラフト及びソーダパルプ、並びにこれらの混合物等を含む。パルプは、溶解タイプであってもよい。パルプは、紡織繊維も含んでいてもよい。パルプは、農業由来（例えば、ジャガイモ、竹又はニンジン）であってもよい。
【００２９】
本明細書の全体にわたり、「遊離糖」という表現は、単量体の形態にある糖だけではなくより小さい多量体も包含することが意図される。これは、遊離炭水化物も包含する。
【００３０】
ミクロフィブリル化セルロース繊維等のセルロースを含むスラリーを電場にさらすと、好ましくは脱水を使用することによる精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、が強く改良され得ることが示された。それがそのようによく働く理由の１つの説は、機械的な処理がするようにミクロフィブリル化繊維を押す代わりに、電場がスラリーの液体の流動を誘導し、したがって、水分子をミクロフィブリル化セルロース繊維から引き離すことである。水分子を引き離すことにより、ミクロフィブリル化繊維によって吸収されている水分子をきわめて効率的な方法で除去することも可能になる。したがって、スラリーのセルロース繊維を精製するのがきわめて容易である。
【００３１】
ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーを電場にさらすことによって、該スラリーを、好ましくは脱水を使用することによって精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等しても、ミクロフィブリル化繊維の実質的な角質化は生じないことが示された。したがって、第１の態様のプロセスによって得られたミクロフィブリル化セルロースは、そのミクロフィブリル化セルロースが再び水と接触したときに、膨張することができる。これは、例えばミクロフィブリル化セルロースが増強剤、増粘剤として又は粘度調整剤として使用されるときに非常に重要である。さらに、脱水されたミクロフィブリル化セルロースの結合能力もきわめて良好である、即ち、結合能力における実質的な低下は認められない。
【００３２】
塩／イオン枯渇に関して、この影響は、電圧勾配が、種々のイオンが濾液と共に移動するのを誘導するという事実により得る。これは、製品の比電気伝導率の低下及び試料の該伝導率の低下をもたらす。
【００３３】
本発明の第１の態様の好ましい実施形態は、従属請求項から明らかであり、それらの主題は、以下にさらに記載されている。
【００３４】
脱水は、好ましくは、電気浸透の使用によって行われる。電気浸透流は、ＥＯＦと略記されることが多く、電気浸透又は電気内方浸透と同義である。ＦＦＦも１つのさらなる電気浸透プロセスである。電気浸透は、多孔性材料、キャピラリーチューブ、メンブレン、マイクロチャネル、又は他の任意の液体管路にわたって適用された電位又は電場によって誘導される、液体、例えば水等、の運動である。電場によって生じる電圧は、好ましくは１０〜１００Ｖの間である。
【００３５】
スラリーのイオン／塩及び／又は遊離糖を含有する液体は、その液体を除去することによってミクロフィブリル化セルロース等のセルロースから分離される。これは、好ましくは種々の濾過技術によって行われ得る。
【００３６】
スラリーは、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロース、及び液体を含む。液体は、水、溶媒並びに異なる溶媒及び／又は液体の混合物であってもよい。溶媒は、例えばイソプロパノール、ポリエチレングリコール、グリコール又はエタノール等のアルコールであってもよい。それは、酸又は塩基であってもよい。溶媒、例えばイソプロパノール等は、スラリーの表面張力を変えることができ、これは、脱水を促進することになる。溶媒は、少なくとも１個のケトン基を有している溶媒であってもよく、これは、好ましくはアセトンであってもよい。液体がイオン性液体であることも可能である。スラリーは、電場によって刺激されて電場における液体の移動及び運動、即ち流動を、したがって脱水も、改良することになる、ナノ粒子、ポリマー、色素、塩及び／又は界面活性剤も含んでいてもよい。
【００３７】
本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、洗浄液は、水及び／又は有機溶媒である。有機溶媒は、好ましくはアセトンである。先に記載のような第１の態様によるプロセスの後追いとして乾燥が望ましい場合に、ＭＦＣ、ＮＣＣ、ＮＦＣ又は他のセルロース誘導体であるセルロースの場合には、より効率的な方法で（溶媒はそこでは避けるべきである）角質化を避けるために、洗浄液として水（最も好ましくは蒸留水）が好ましい。
【００３８】
スラリーも上記のように通常の長さの繊維を含み得る。スラリーは、増量剤、例えばナノクレイ等、ポリマーベースの吸収剤、ＰＣＣ、カオリン又は炭酸カルシウムを含むことも可能である。スラリー中のミクロフィブリル化セルロースの量は、２０〜９０重量％の間であってもよく、クラフト、広葉樹及び／又は針葉樹の繊維等の規則的な大きさの繊維の量は、１０〜８０重量％であってもよい。より大量の増量剤及びより長い繊維がスラリー中に存在する場合には、本発明による脱水プロセスを使用することによって、きわめて高い乾燥含量を有するスラリーを達成することが可能である。長い繊維及び／又は増量剤が存在すると、スラリーの脱水がより容易になるので、最高９０重量％の乾燥含量を達成することが可能である。
【００３９】
しかし、高い量のミクロフィブリル化セルロースを含むスラリーを使用することが好ましい。８０〜１００重量％、又は約８０〜９０重量％の量でミクロフィブリル化セルロースを含むスラリーが好ましいことが多い。多くの場合において、スラリーが、１００％のミクロフィブリル化セルロースを含む、即ち、より長い大きさの繊維が存在しないことが好ましい。ミクロフィブリル化セルロースの量は、ミクロフィブリル化セルロースの最終用途に依存する。
【００４０】
電場と組み合わせて、スラリーを、増加した圧力にさらすことも有利であり得る。電場と圧力との組合せは、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの、好ましくは脱水を使用することによる精製を強く改良することになることが示されている。電場と共に脱水が始まった後に、即ち、スラリーの固形含量が、好ましくは約４重量％まで、高くなったときに、圧力を適用することが好ましい。圧力が適用されるときにスラリーの固形含量が低すぎる場合には、ミクロフィブリル化セルロースは、水と共に、脱水装置の開口部を通して押圧され、ミクロフィブリル化セルロースの精製（例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等）は起こらないことになる。スラリーの固形含量が高くなると、粘度も上昇し、スラリーに圧力を適用することが可能であり、スラリーの脱水を高めることができる。
【００４１】
圧力は、好ましくは、任意の可能な方法で適用されている機械的な圧力である。脱水中にスラリーに機械的な圧力を適用するために、例えばロールニップ、ベルト又はフェルトを、使用することが可能である。脱水を高めるために、電場での処理を他種の処理と組み合わせることも可能である。加えて圧力を高める他の処理の例は、音波及び吸引に基づいたシステムである。
【００４２】
好ましくは脱水を使用することによる精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等、の前の、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの乾燥含量は、約１〜５０重量％である。それは、約１〜３０重量％又は約１〜１０重量％を有していてもよい。
【００４３】
第１の態様のプロセスによる処理後、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含む脱水されたスラリーの乾燥含量は、約５〜５０重量％であることが好ましく、より好ましくは２０重量％を超える。したがって、きわめてエネルギー効率のよい方法できわめて高い乾燥含量でミクロフィブリル化セルロースを含むスラリーを得ることが可能である。乾燥含量が高められた場合であっても、水の希釈後のミクロフィブリル化セルロースの特性、例えば水膨張特性及び強度は維持される。
【００４４】
スラリーの温度は、脱水前に３０℃未満であってもよく、脱水プロセスの間に上昇するが、１００℃未満の温度で維持される。しかし、より低い温度、例えば室温も可能である。温度は、沸点より低く好ましくは維持されるべきである。温度の上昇は、脱水を改良し得る。これは、水の粘度が低下するためである。
【００４５】
本発明は、上記の第１の態様のプロセスによって精製されているミクロフィブリル化セルロース等のセルロースにも関する。電場の助けによる、ミクロフィブリル化セルロース等のセルロースを含むスラリーの、好ましくは脱水を使用することによる精製、例えば塩／イオン枯渇及び／又は遊離糖枯渇等によって、ミクロフィブリル化セルロースの繊維の角質化が生じない又はきわめて限定されることになることが示されている。したがって、例えば乾燥技術の使用と比較して、速く、きわめてエネルギー効率のよい方法で、改良された特性を有するミクロフィブリル化セルロースを製造することが可能である。
【００４６】
ミクロフィブリル化セルロース繊維は、通常きわめて薄く（約２０ｎｍ）、その長さは、１００ｎｍから１０μｍの間であることが多い。しかし、ミクロフィブリルは、より長くてもよく、例えば１０〜２００μｍの間であり得るが、広い長さ分布のため、さらに２０００μｍの長さも見出され得る。フィブリル化されており表面上にミクロフィブリルを有する繊維、及び分離されてスラリーの水相中にあるミクロフィブリルは、ＭＦＣの定義の中に含まれる。さらに、ウィスカーもＭＦＣの定義の中に含まれる。
【００４７】
ミクロフィブリル化セルロースは、典型的には、木材セルロース繊維から作製され、広葉樹及び針葉樹の双方の繊維を使用することが可能である。これは、微生物源、農業繊維、例えば小麦藁パルプ等、又は他の非木材繊維源からも作製され得る。これは、細菌によっても産生され得る又はＣＭＣからも作製され得る。
【００４８】
本発明の第１の態様に記載のこの電場を使用すると、さらに、細菌の細胞壁が破裂することになるので、細菌の数も減少する。第１の態様のプロセスは、イオンを除去するので、微生物からイオン及び水も除去する。これは、このイオン除去及び水除去は、死滅させる／抗微生物的に作用することになることを意味する。
【００４９】
本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、本発明の第１の態様によるプロセスの後に、１つ又は複数の変更ステップ、例えば、以下に記載のような対イオン交換等が行われてもよい。
【００５０】
本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、第２及び第３の態様によるセルロースは、例えば、セルロース繊維を改変するための方法が開示されているＷＯ２００９１２６１０６に開示されているように、イオン交換を用いることによってさらに加工され得る。繊維内に吸着／吸収された例えばＣＭＣを得るために、セルロースを種々の対イオンの形態に変えることができるはずである。したがって、それは、例えば、ＭＦＣの生産を強化するためにナトリウム対イオンを変更させることができるはずである。例えばＣａ形態からＮａ形態に行くこともできるはずであり、その逆もまた同様である。
【００５１】
本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、第１の態様のプロセスステップの後に行われることが好ましい、対イオン交換は、以下のステップを含むプロセスを通して行われ得る：
１）電気浸透で（濾液の伝導率が十分に低くなるまで）パルプからイオンを洗い流すこと−  場合によっては、その後、液体、好ましくは蒸留水が添加される、
２）「きれいな」パルプを、ＮａＨＣＯ３等の炭酸ナトリウム及び（ｐＨを約９まで上げるために）ＮａＯＨ等の塩基性薬剤で洗浄すること−  これは、好ましくは、電気浸透装置の洗浄液中にＮａＨＣＯ３及びＮａＯＨを添加することによって行われ得る
３）電気浸透装置内でパルプを蒸留水で洗浄して、過剰なＮａイオンを除去すること。
【００５２】
上記のように対イオンを交換することは、いくつかの用途において望まれ得る；
−  化学反応のためにパルプをより均一にさせるため、
−  種々の化学反応を可能にするため、
−  パルプの反応性の改良のため、
−  乾燥の改良のため又は
−  乾燥パルプの再分散性の改良のため。
【００５３】
バリアの用途では、これは多層であってもよく、本発明の第４の態様において記載のように、第２及び第３の態様によるセルロースの使用は、純度のため、電子機器のパッケージングにおいて、又はセルロースから太陽電池又は電池を作製するときに、特に望まれ得る。
【００５４】
第２及び第３の態様による精製されたセルロースは、低金属パルプとして存在し得る。したがって、これらは、（二電気特性のため）低伝導率紙、パルプの酵素処理に、又は化学的改変のためのパルプとして有用となり得る。
【００５５】
第２及び第３の態様による、ミクロフィブリル化セルロースの形態にある精製されたセルロースは、以下の適用／使用において特に有用となり得る：
−  改良されたフィルム形成特性によるバリア
−  改良されたＣａ２＋除去（吸収／吸着）による、又は硬水が問題である他の同様の適用における、粉末石鹸
−  飲料水からの重金属の改良された除去を達成すること（これは、世界の一部の地域において依然として大きな問題である）が可能であるので、飲料水の清浄化
−  酸化及び種々の添加物によって金属吸収特性を改良することができる
−  生分解性である金属吸収剤
【００５６】
本発明の各態様の好ましい特徴は、必要な変更を加えて他の態様のそれぞれに関するものである。本明細書中で述べている従来技術文献は、法律によって許可される最も完全な程度まで組み込まれている。本発明は、以下の実施例において、添付の図面と共に、さらに説明され、その唯一の目的は、本発明を例示することであり、いかなる形であっても決して本発明の範囲を限定することが意図されるものではない。
【実施例】
【００５７】
１．実験のセットアップ
ＭＦＣ分散液脱水の調査のために、実験のセットアップを構築した。そのスキームは図１上にある。それは、ステンレス鋼漏斗内にはめ込まれた、内径４６ｍｍのプラスチックパイプからなる。パイプの下端には、穴を有するプレートがあり、これもステンレス鋼で作製されており、これは、通常陰極である、下部の電極の役割をする。このプレート上に濾紙を置き、濾紙上にＭＦＣ分散液をロードする。最上部又はＭＦＣカラム上にもう１枚の濾紙があり、この後、上部の電極（陽極）を置いた。
【００５８】
最良の結果は、白金電極で達成された−  電極腐食又は混入によるプロセスの変化は認められなかった。
【００５９】
図１のセットアップは、調査されたＭＦＣでセルを構成した；直流電圧が電源からその中に適用された。バランスの最上部に位置していた、漏斗から出てくる水をビーカー内に集めた。ＭＦＣから抽出された水の質量を実験の間記録した。この実験は、通常、電圧Ｕが一定又は電流ｉが一定の２つの様式で行った。
【００６０】
一定の印加電圧２０Ｖでの時間通りにおける、電流と回収された水の質量との依存性を図２に開示している。圧力の上昇は、電流と回収される水の増加分との双方の増加を引き起こす。
【００６１】
したがって、驚くべきことに、電気浸透脱水は、以下の場合に使用され得ることが見出された；
−  最初に（ある程度）電気浸透のみが使用される場合
−  脱水のために粘度が十分に上昇することになる場合−  機械的な圧力が適用され得る（図２において反映されている）
【００６２】
図３には、低伝導率ＭＦＣの脱水を開示している。
【００６３】
図４には、種々の電圧が与えられている低伝導率ＭＦＣの脱水中に回収された水の質量の時間依存性を開示している。電圧の上昇は、脱水速度（初期勾配）及びプロセス飽和値の増大を引き起こす。
【００６４】
（例２）
参照ＭＦＣ（初期ＭＦＣ）−乾燥含量（ＩＲ）  １．７％
乾燥物に基づいた塩／金属含量；
Ａｌ  ９．５ｍｇ／ｇ
Ｆｅ  １６ｍｇ／ｇ
Ｃａ  １２００ｍｇ／ｋｇ
Ｃｕ  ５．５ｍｇ／ｋｇ
Ｋ  ３１０ｍｇ／ｋｇ
Ｍｇ  ２１０ｍｇ／ｋｇ
Ｍｎ  １．１ｍｇ／ｋｇ
Ｎａ  １４００ｍｇ／ｋｇ
Ｎｉ  １．６ｍｇ／ｋｇ
Ｐｂ  １．１ｍｇ／ｋｇ
Ｓｉ  ７６ｍｇ／ｋｇ
Ｚｎ  ５．９ｍｇ／ｋｇ
【００６５】
脱水手順１−  水を除去するのみ；
陰極上に、濾紙を、次いでＭＦＣを、次いで第２の濾紙を置いた。この後、陽極をその上部に横たえた。（陽極の重量の）圧力は７５０ｋＰａであった。短い時間（２分）の後、さらなる重りを添加した（圧力２４００Ｐａまで）。脱水中の電圧は１００Ｖ、時間は６４０秒であった。
手順を３回繰り返し、圧力を高めた（最終時４．６＊１０＾５Ｐａ）。
【００６６】
脱水されたＭＦＣ（電気浸透ＭＦＣ）−  結果を以下に示している：
乾燥物に基づいた塩／金属含量  ３０．５％
Ａｌ  ８．５ｍｇ／ｋｇ
Ｆｅ  １１ｍｇ／ｋｇ
Ｃａ  ３０ｍｇ／ｋｇ
Ｃｕ  ０．６９ｍｇ／ｋｇ
Ｋ  ８５ｍｇ／ｋｇ
Ｍｇ  ５．７ｍｇ／ｋｇ
Ｍｎ  ０．２４ｍｇ／ｋｇ
Ｎａ  １２ｍｇ／ｋｇ
Ｎｉ  ０．６８ｍｇ／ｋｇ
Ｐｂ  ＜０．４ｍｇ／ｋｇ
Ｓｉ  １３ｍｇ／ｋｇ
Ｚｎ  １．５ｍｇ／ｋｇ
【００６７】
（例３）
参照ＭＦＣ（初期ＭＦＣ）−  乾燥含量（ＩＲ）  １．７％
乾燥物に基づいた塩／金属含量；
Ａｌ  ９．５ｍｇ／ｇ
Ｆｅ  １６ｍｇ／ｇ
Ｃａ  １２００ｍｇ／ｋｇ
Ｃｕ  ５．５ｍｇ／ｋｇ
Ｋ  ３１０ｍｇ／ｋｇ
Ｍｇ  ２１０ｍｇ／ｋｇ
Ｍｎ  １．１ｍｇ／ｋｇ
Ｎａ  １４００ｍｇ／ｋｇ
Ｎｉ  １．６ｍｇ／ｋｇ
Ｐｂ  １．１ｍｇ／ｋｇ
Ｓｉ  ７６ｍｇ／ｋｇ
Ｚｎ  ５．９ｍｇ／ｋｇ
【００６８】
脱水手順２−  水の除去及びアセトンでの洗浄
（上記の手順１、即ち、例２におけるように）ＭＦＣを５分脱水した。この後、電流のスイッチを切り、アセトンを添加した（前のステップで水が除去されたのとおよそ同一の量）。この後、脱水を始め、約１０分継続した。
【００６９】
脱水されたＭＦＣ（アセトンでの電気浸透ＭＦＣ）−  結果を以下に示している：
乾燥物に基づいた塩／金属含量  ２３．５％
Ａｌ  ４．６ｍｇ／ｋｇ
Ｆｅ  １０ｍｇ／ｋｇ
Ｃａ  １０ｍｇ／ｋｇ
Ｃｕ  ０．６８ｍｇ／ｋｇ
Ｋ  ４０ｍｇ／ｋｇ
Ｍｇ  ７．１ｍｇ／ｋｇ
Ｍｎ  ０．１３ｍｇ／ｋｇ
Ｎａ  １４ｍｇ／ｋｇ
Ｎｉ  ０．５０ｍｇ／ｋｇ
Ｐｂ  ＜０．４ｍｇ／ｋｇ
Ｓｉ  １３ｍｇ／ｋｇ
Ｚｎ  １．５ｍｇ／ｋｇ
【００７０】
（例４）
温度試験
上記と同一の設定を用いて、温度試験を行った。
温度９０〜９５℃−  ６０秒で脱水＝約１６ｇの水
温度２１℃−  ６０秒で脱水＝約１３．５ｇの水
【００７１】
したがって、脱水を改良するためにより高い温度を使用することは有益であった。このように、脱水に必要とされるエネルギーは、高温でかなり低下する。
【００７２】
（例５）
さらなる試行を行い、そこではさらに多くのイオン（特にＣａ２＋イオン）が除去された。
出発点において、総量は２０ｇの湿ったＭＦＣであった。
１）電気浸透で約１１ｇの水が除去された
ａ．その水の金属含量
ｉ．Ｃａ  １４ｍｇ／ｌ
ｉｉ．Ｋ  ２．７ｍｇ／ｌ
ｉｉｉ．Ｎａ  ２６ｍｇ／ｌ
ｉｖ．Ｓｉ  １．３ｍｇ／ｌ
２）約１０ｇの蒸留水を添加した
３）約１０ｇの水が除去された
ａ．その水の金属含量
ｉ．Ｃａ  ８ｍｇ／ｌ
ｉｉ．Ｋ  ０．５６ｍｇ／ｌ
ｉｉｉ．Ｎａ  ０．７８ｍｇ／ｌ
ｉｖ．Ｓｉ  ０．２２ｍｇ／ｌ
４）約１０ｇの蒸留水を添加した
５）約９ｇの水が除去された
ａ．その水の金属含量
ｉ．Ｃａ  ７．４ｍｇ／ｌ
ｉｉ．Ｋ  ０．５６ｍｇ／ｌ
ｉｉｉ．Ｎａ  ０ｍｇ／ｌ（検出限界未満）
ｉｖ．Ｓｉ  ０．０７６ｍｇ／ｌ
６）蒸留水（参照として）
ａ．その水の金属含量
ｉ．Ｃａ  ０．０７９ｍｇ／ｌ
ｉｉ．Ｋ  ０（検出限界未満）
ｉｉｉ．Ｎａ  ０（検出限界未満）
ｉｖ．Ｓｉ  ０（検出限界未満）
【００７３】
上記の本発明の詳細な説明に鑑みて、他の変更及び変形が当業者に明らかになるであろう。しかし、こうした他の変更及び変形が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく実施され得ることは明らかなはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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