(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低誘電率有機溶媒中で結晶性バイオファイバーを粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程の後に前記低誘電率有機溶媒を乾燥除去してバイオナノウイスカー含有粉末を得る乾燥工程と、
を含み、
前記乾燥工程で得られるバイオナノウイスカー含有粉末が、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に準拠して１５０μｍふるいにかけたときの通過画分の割合が９０重量％以上の粉末である、
ことを特徴とするバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法。
【請求項２】
前記結晶性バイオファイバーが微結晶セルロースであることを特徴とする請求項１に記載のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法。
【請求項３】
前記低誘電率有機溶媒がトルエン、シクロヘキサン、酢酸エチル及びメチルエチルケトンからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法。
【請求項４】
前記結晶性バイオファイバー及び前記バイオナノウイスカー含有粉末が、いずれも表面処理が施されていないものであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法。
【請求項５】
前記乾燥工程で得られるバイオナノウイスカー含有粉末におけるバイオナノウイスカーの含有量が２０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法でバイオナノウイスカー含有粉末を得る工程と、前記バイオナノウイスカー含有粉末を水に分散させる工程と、を含むことを特徴とするバイオナノウイスカー水分散液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶性バイオファイバーの粉砕方法、並びに、バイオナノウイスカー含有粉末及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロース等の多糖類からなるバイオファイバーは、硬い、軽い、アスペクト比が大きい、原料資源が豊富であるという観点から、樹脂材料の充填材（フィラー）や増粘剤として用いられている。しかしながら、バイオファイバーは凝集しやすいという問題や、親水性であるために有機溶媒中や疎水性樹脂中において分散性が低いという問題を有していた。そのため、バイオファイバーの分散性をより高度に制御することを目的として、バイオファイバーを微細化する方法が提案されている。
【０００３】
一般に、バイオファイバーは加熱による溶解が困難であること、乾式粉砕では凝集してしまうこと、凍結粉砕では高濃度での粉砕が困難であること、セルロースをはじめとするバイオファイバーは親水性であること等から、従来より、バイオファイバーの粉砕は水を分散媒とする分散液中で行われている。例えば、特開２００５−２７０８９１号公報（特許文献１）には、水中でセルロースを粉砕する湿式粉砕方法が記載されている。しかしながら、このように水中でバイオファイバーを粉砕させ、水を除去するために単に乾燥させると、乾燥過程においてファイバー間に強固な水素結合が形成されるため、得られたファイバーどうしが結合して硬い粒子や膜が形成される現象（角質化：ｈｏｒｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が起きるという問題を有していた。また、このように一度角質化したバイオファイバーは、親水性のバイオファイバーを原料としているにもかかわらず、バイオファイバーの特性のひとつである、水への優れた分散性が損なわれてしまう。そのため、従来からセルロースナノファイバーやナノウイスカー等の微細化されたバイオファイバーは水分散液の形態で流通しており、輸送コストがかかるといった問題も有していた。さらに、水中で粉砕させたバイオファイバーを樹脂材料の充填材等に用いる際には、水を有機溶媒に置換する工程が必要となるため、プロセスが煩雑になるという問題を有していた。
【０００４】
水以外の分散媒を用いた粉砕方法としては、例えば、特開２００９−２６１９９３号公報（特許文献２）において、有機溶媒中で多糖類を微細化する方法が記載されており、前記有機溶媒として氷酢酸、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを用いた例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７０８９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２６１９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らは、結晶性バイオファイバーを原料としてより微細なバイオナノウイスカーを得る際に、特許文献２の実施例で実際に用いられているような氷酢酸、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等の分散媒を用いて粉砕した場合には、水を用いて粉砕した場合と同様に、乾燥時に角質化が起きてしまい、分散媒を単に乾燥除去させただけでは微細な粉末状のバイオナノウイスカーを得ることが困難であることを見い出した。また、特許文献１〜２に記載されている方法では、結晶性バイオファイバーを高濃度で粉砕することが未だ困難であるために粉砕効率が劣ることや、高分子などによる表面修飾を施さないと得られた粉砕物が凝集しやすいことを本発明者らは見い出した。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、角質化や凝集体の形成が十分に抑制され、水への再分散性に優れた粉末状のバイオナノウイスカーを容易に効率よく得ることができる結晶性バイオファイバーの粉砕方法、並びに、バイオナノウイスカー含有粉末の製造方法及びそれによって得られるバイオナノウイスカー含有粉末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】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、低誘電率有機溶媒を分散媒として、前記低誘電率有機溶媒中で結晶性バイオファイバーを粉砕することで、高濃度で結晶性バイオファイバーを粉砕することができ、かつ、前記低誘電率有機溶媒を単に乾燥除去せしめるだけで、角質化や凝集体の形成が十分に抑制された微細な粉末状のバイオナノウイスカーを得ることができることを見い出した。さらに、このようにして得られるバイオナノウイスカーの粉末は、特別な処理を施さなくとも水への分散性に優れるという結晶性バイオファイバーの特性を維持できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法は、
低誘電率有機溶媒中で結晶性バイオファイバーを粉砕する粉砕工程と、
前記粉砕工程の後に前記低誘電率有機溶媒を乾燥除去してバイオナノウイスカー含有粉末を得る乾燥工程と、
を含み、
前記乾燥工程で得られるバイオナノウイスカー含有粉末が、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に準拠して１５０μｍふるいにかけたときの通過画分の割合が９０重量％以上の粉末である、
ことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法においては、前記結晶性バイオファイバーが微結晶セルロースであることが好ましく、また、前記低誘電率有機溶媒がトルエン、シクロヘキサン、酢酸エチル及びメチルエチルケトンからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。さらに、前記結晶性バイオファイバー及び前記バイオナノウイスカー含有粉末が、いずれも表面処理が施されていないものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法としては、前記乾燥工程で得られるバイオナノウイスカー含有粉末におけるバイオナノウイスカーの含有量が２０％以上であることが好ましい。本発明のバイオナノウイスカー水分散液の製造方法は、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法でバイオナノウイスカー含有粉末を得る工程と、前記バイオナノウイスカー含有粉末を水に分散させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
なお、本発明において、前記バイオナノウイスカーの含有量（単位：％）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察によって測定されるものであり、任意の１００個のバイオファイバー（バイオナノウイスカー及び必要に応じて結晶性バイオファイバー）について最長径及び最短径を測定し、断面が正方形の角柱と仮定して各バイオファイバーの体積を算出し、かかる体積に、結晶性バイオファイバー（結晶性多糖類）の結晶の比重を乗じることによって各バイオファイバーの質量を求め、バイオファイバーの合計質量に対するバイオナノウイスカーの合計質量の割合として得られるものである。また、本発明において、「重量％」の単位で示される含有量は、実際の重量を測定して求められるものである。
【００１３】
本発明によって上記目的が達成されるようになる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明においては、セルロース等の多糖類から非晶部分を取り除いた結晶性バイオファイバーを低誘電率有機溶媒中で粉砕することにより、摩擦電気（静電力）によって前記結晶性バイオファイバーが前記低誘電率有機溶媒（分散媒）中に高度に分散され、かつ、分散媒中での膨潤が抑制された状態で粉砕されるため、濃度が比較的高くても前記結晶性バイオファイバーを十分に粉砕することができ、微細化されたバイオナノウイスカーを得ることが可能であると本発明者らは推察する。さらに、本発明においては、分散媒として前記低誘電率有機溶媒を用いることにより、乾燥時の水素結合による角質化が抑制され、かつ、毛細管現象によるファイバー間の凝集が抑制されるため、単に分散媒を乾燥させるだけで水への再分散性に優れたバイオナノウイスカー含有粉末を得ることが可能であると本発明者らは推察する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、角質化や凝集体の形成が十分に抑制され、水への再分散性に優れた粉末状のバイオナノウイスカーを容易に効率よく得ることができる結晶性バイオファイバーの粉砕方法、並びに、バイオナノウイスカー含有粉末の製造方法及びそれによって得られるバイオナノウイスカー含有粉末を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図２Ａ】実施例１で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２Ｂ】実施例１で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２Ｃ】実施例１で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】実施例１における粉砕前微結晶セルロースの走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】実施例３で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例６で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例８で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図７Ａ】実施例５で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図７Ｂ】実施例５で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図８】実施例５で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図９Ａ】比較例２で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図９Ｂ】比較例２で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図１０Ａ】比較例３で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図１０Ｂ】比較例３で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図１１Ａ】比較例５で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図１１Ｂ】比較例５で得られた乾燥後の粉砕物の外観を撮影した写真である。
【図１２】比較例３で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３】比較例５で得られた乾燥後の粉砕物の走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本発明の結晶性バイオファイバーの粉砕方法は、低誘電率有機溶媒中で結晶性バイオファイバーを粉砕する粉砕工程を含むことを特徴とする。また、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法は、低誘電率有機溶媒中で結晶性バイオファイバーを粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程の後に前記低誘電率有機溶媒を乾燥除去してバイオナノウイスカー含有粉末を得る乾燥工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
＜結晶性バイオファイバー＞
本発明に係る結晶性バイオファイバーとは、結晶構造を含む多糖類から非晶部分を取り除いた繊維状の一次粒子或いはそれらの会合体を指す。前記多糖類としては、セルロース及びキチンが挙げられ、植物由来であっても微生物由来であっても人工的に合成されたものであってもよい。前記多糖類から非晶部分を取り除く方法としては、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、酸加水分解や、セルラーゼ等の酵素による分解が挙げられる。このような結晶性バイオファイバーとしては、微結晶セルロース及び微結晶キチンが挙げられ、非晶部分を取り除くことが容易であるという観点から、特に微結晶セルロースが好ましい。これらの結晶性バイオファイバーとしては、市販されているものを用いてもよいが、本発明においては、表面処理が施されていなくとも粉砕をすることが容易であり、また、液体を実質的に含有しないバイオナノウイスカー含有粉末を得ることが容易であるという観点から、表面処理が施されていないものを用いることが好ましい。
【００１８】
なお、本発明において、繊維状とは、一次粒子の最長径と最短径との比で表されるアスペクト比（最長径／最短径）が３を超える（好ましくは５以上である）ことをいい、前記繊維状には針状、板状、円柱状等の形状を含むものとする。本発明に係る結晶性バイオファイバーは、前記一次粒子の最長径が３〜５００μｍであり、最短径が２５０〜２，０００ｎｍである。なお、本発明において、前記結晶性バイオファイバーの最長径及び最短径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察によって測定することができる。また、本発明において、一次粒子の最長径とは、ＳＥＭにより観察される一次粒子の長軸方向の長さのことをいい、前記最短径とは、同一次粒子の短軸方向の長さのことをいう。
【００１９】
また、本発明に用いる結晶性バイオファイバーとして、粉砕前のサイズとしては、より短時間及び／又は低エネルギーで効率的に粉砕をすることができる傾向にあるという観点から、平均最長径が５〜５００μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであることがより好ましい。また、平均最短径が５〜１，５００ｎｍであることが好ましく、８〜１，０００ｎｍであることがより好ましい。なお、本発明において、前記結晶性バイオファイバーの平均最長径及び平均最短径とは、前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察で測定される結晶性バイオファイバーの最長径及び最短径のそれぞれ平均値であって、任意の１００個の結晶性バイオファイバーの最長径及び最短径をそれぞれ計測してその平均値を算出することで求めることができる。
【００２０】
さらに、本発明に用いる結晶性バイオファイバーとしては、前記非晶部分の含有量が５０重量％以下であるものが好ましい。
【００２１】
＜低誘電率有機溶媒＞
本発明に係る低誘電率有機溶媒とは、比較的低い比誘電率を有する有機溶媒を指し、具体的には、常温（２０℃）、常圧（１気圧）における比誘電率の値が３６以下のものを指す。このような低誘電率有機溶媒としては、メチルエチルケトン、アセトン、トルエン、シクロヘキサン、ベンジン、ベンゼン、キシレン、酢酸メチル、酢酸エチル、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ニトロメタン、ニトロベンゼン、ベンゾニトリル、シアン化ベンジル、ｎ−ブチロニトリル、リン酸トリメチル、リン酸トリブチル、ピリジン、エタノール、メタノール等が挙げられ、これらのうちの一種を単独で用いても二種以上を組み合わせて用いてもよい。本発明においては、このような低誘電率有機溶媒を用いることにより、角質化や凝集体の形成が十分に抑制され、水への再分散性に優れた粉末状のバイオナノウイスカーを容易に効率よく得ることができる。中でも、乾燥除去することが容易であるという観点から、トルエン、シクロヘキサン、酢酸エチル及びメチルエチルケトンからなる群から選択される少なくとも一種が好ましく、トルエン、シクロヘキサンをそれぞれ単独で用いることがより好ましい。
【００２２】
＜粉砕工程＞
本発明の結晶性バイオファイバーの粉砕方法及びバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法においては、前記低誘電率有機溶媒中で前記結晶性バイオファイバーを粉砕する（粉砕工程）。
【００２３】
前記粉砕時の前記結晶性バイオファイバーの濃度としては、低誘電率有機溶媒の体積（ｖ）１００ｍＬに対する結晶性バイオファイバーの重量（ｗ、単位：ｇ）の割合（結晶性バイオファイバーの重量×１００／１００ｍＬ、単位：ｗ／ｖ％）で、０．１〜５０ｗ／ｖ％であることが好ましく、０．２〜２０ｗ／ｖ％であることがより好ましい。前記結晶性バイオファイバーの濃度が前記下限未満である場合及び前記上限を超える場合には、目的のサイズに前記結晶性バイオファイバーを粉砕することが困難となる傾向にある。本発明においては、前記結晶性バイオファイバーの濃度が比較的高濃度（例えば１０〜２０ｗ／ｖ％）であっても効率よく前記結晶性バイオファイバーを粉砕することができる。
【００２４】
前記粉砕方法としては、特に制限されず、例えば、回転二枚刃ホモジナイザ、Ｗａｒｉｎｇ型ブレンダー、臼（石臼、セラミック臼など）、ロールミル、高圧水流衝突型ホモジナイザ、湿式微粒化装置、自動乳鉢等を用いた方法が挙げられる。
【００２５】
前記粉砕の条件としては、粉砕方法、前記低誘電率有機溶媒の種類、或いは、目的とするバイオナノウイスカーの大きさによっても異なるため一概にはいえないが、例えば、前記回転二枚刃ホモジナイザを用いる場合には、常圧下、温度０〜１００℃において１００〜２０，０００ｒｐｍで５分間〜２時間の条件が挙げられる。
【００２６】
本発明の結晶性バイオファイバーの粉砕方法及びバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法においては、このような粉砕工程によって前記結晶性バイオファイバーを粉砕し、より微細なバイオナノウイスカーを得ることができる。本発明において、前記バイオナノウイスカーとは、前記多糖類の単結晶からなる一次粒子であり、該一次粒子の最長径と最短径との比で表されるアスペクト比（最長径／最短径）が３を超える（好ましくは５以上である）繊維状であり、かつ、最長径が１００〜２，８００ｎｍ、最短径が５〜５０ｎｍである。本発明において、前記バイオナノウイスカーの最長径及び最短径は、前記結晶性バイオファイバーの最長径及び最短径と同様に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察によって測定することができる。
【００２７】
このような粉砕後の分散液中には、分散質として、前記バイオナノウイスカーと、通常、前記結晶性バイオファイバーが含まれるが、これらの分散質としては、平均最長径が粉砕前の結晶性バイオファイバーの平均最長径の５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。また、平均最短径が粉砕前の結晶性バイオファイバーの平均最短径の５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。なお、本発明において、前記分散質の平均最長径及び平均最短径とは、前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察で確認されるファイバー（バイオナノウイスカー及び必要に応じて結晶性バイオファイバー；以下、場合により「バイオファイバー」と総称する）について、一次粒子の最長径及び最短径をそれぞれ測定した平均値であって、任意の１００個のバイオファイバーの最長径及び最短径をそれぞれ計測してその平均値を算出することで求めることができる。
【００２８】
本発明に係る粉砕工程において得られた前記バイオナノウイスカーを含有する分散液は、前記低誘電率有機溶媒を分散媒としているため、分散媒を置換しなくともそのまま樹脂材料の充填材等として用いることができる。また、前記低誘電率有機溶媒を他の有機溶媒や樹脂に置換して用いても、前記バイオナノウイスカーの含有量を濾過、遠心分離等の方法によって調整して用いてもよい。
【００２９】
＜乾燥工程＞
本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法においては、前記粉砕工程の後に前記低誘電率有機溶媒を乾燥除去してバイオナノウイスカー含有粉末を得る乾燥工程を含む。
【００３０】
前記乾燥方法としては、前記低誘電率有機溶媒の種類に応じて選択することができ、例えば、熱風受熱乾燥法、伝導受熱乾燥法、除湿空気乾燥法、冷風乾燥法、マイクロ波乾燥法、赤外線乾燥法、天日乾燥法、真空乾燥法、凍結乾燥法、及び、常温・常圧で乾燥させる風乾が挙げられ、これらのうちの一種を単独で用いても二種以上を組み合わせて用いてもよいが、プロセスが容易であるという観点から、風乾が好ましい。本発明においては単に風乾せしめるだけで前記バイオナノウイスカーを含有する粉末状の組成物（バイオナノウイスカー含有粉末）を得ることができる。
【００３１】
本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法によれば、上記のようにバイオナノウイスカー含有粉末を容易に得ることができる。また、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法によれば、乾燥時の角質化が十分に抑制され、ファイバーどうしが結合した粒子や膜の形成が十分に抑制される。好ましくは、得られたバイオナノウイスカー含有粉末について、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に準拠して１５０μｍふるいにかけた通過画分の割合（（通過画分の重量×１００）／ふるいにかけた全重量、単位：重量％）を９０重量％以上とすることができ、より好ましくは９２〜１００重量％とすることができる。
【００３２】
さらに、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法によれば、バイオファイバーどうしの凝集が十分に抑制される。好ましくは、得られたバイオナノウイスカー含有粉末における、バイオファイバーどうしが凝集して形成された、アスペクト比（最長径／最短径）が３以下、かつ、直径１０μｍ以上の凝集体の含有量を５０％以下とすることができ、より好ましくは３０％以下とすることができる。なお、本発明において、前記凝集体の最長径、最短径、直径及び含有量は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察によって測定することができ、前記凝集体の直径とは、該凝集体が球状である場合にはその最長径（長軸方向の長さ）のことをいい、該凝集体が球状でない場合にはその投影面の外接円の直径のことをいう。また、前記凝集体の含有量は、任意の１００箇所の互いに重ならない１０μｍ角の微小測定範囲における前記凝集体の個数を計測し、その平均値を算出することで求めることができる。
【００３３】
他方、例えば、前記低誘電率有機溶媒に代えて、水や高誘電率有機溶媒、すなわち、常温（２０℃）、常圧（１気圧）における比誘電率の値が３６を超える分散媒、具体的には、水、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、氷酢酸等を用いた場合には、前記非水系有機溶媒を乾燥させて除去すると、角質化が起きてバイオファイバーどうしが結合した硬い粒子や膜が形成され、前記バイオナノウイスカー含有粉末を容易に得ることは困難である。
【００３４】
＜バイオナノウイスカー含有粉末＞
本発明のバイオナノウイスカー含有粉末は、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末の製造方法により得られる粉末であり、前記バイオナノウイスカーを含有する粉末組成物である。
【００３５】
本発明に係るバイオナノウイスカー含有粉末としては、前記バイオナノウイスカーの他に、前記結晶性バイオファイバーを含有していてもよい。本発明のバイオナノウイスカー含有粉末としては、前記バイオナノウイスカーの含有量が１０％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましく、４０〜１００％であることが更に好ましい。本発明のバイオナノウイスカー含有粉末は、目的に応じて、ふるいわけ、濾過、遠心分離等の方法によって前記バイオナノウイスカーの含有量を調整することができる。
【００３６】
なお、本発明において、前記バイオナノウイスカーの含有量は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察によって測定されるものであり、任意の１００個のバイオファイバー（バイオナノウイスカー及び必要に応じて結晶性バイオファイバー）について最長径及び最短径を測定し、断面が正方形（一辺の長さ：最短径）の角柱（高さ：最長径）と仮定して各バイオファイバーの体積を算出し、かかる体積に、バイオナノウイスカーに対応する結晶性バイオファイバー（結晶性多糖類）の結晶の比重（すなわち、バイオナノウイスカー含有粉末の製造方法に用いた結晶性バイオファイバーの結晶の比重）、例えば、バイオナノウイスカーがセルロースの単結晶である場合にはセルロースＩ結晶の比重（１．５９）を乗じることによって各バイオファイバーの質量を求め、バイオファイバーの合計質量に対するバイオナノウイスカーの合計質量の割合（（バイオナノウイスカーの合計質量×１００）／バイオファイバーの合計質量、単位：％）として得られるものである。
【００３７】
また、本発明に係るバイオナノウイスカー含有粉末としては、含まれるバイオナノウイスカーの平均最長径が１００〜２，０００ｎｍであることが好ましく、１００〜３００ｎｍであることがより好ましい。また、平均最短径が２〜５０ｎｍであることが好ましく、５〜２０ｎｍであることがより好ましい。なお、本発明において、バイオナノウイスカー含有粉末に含まれるバイオナノウイスカーの平均最長径及び平均最短径とは、前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察で確認されるバイオナノウイスカーについて、一次粒子の最長径及び最短径をそれぞれ測定した平均値であって、任意の１００個のバイオナノウイスカーの最長径及び最短径をそれぞれ計測してその平均値を算出することで求めることができる。
【００３８】
さらに、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末としては、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に準拠して１５０μｍふるいにかけた通過画分の割合（（通過画分の重量×１００）／ふるいにかけた全重量、単位：重量％）が９０重量％以上であることが好ましく、９２〜１００重量％であることがより好ましい。
【００３９】
また、本発明のバイオナノウイスカー含有粉末は、液体、具体的には、水、前記高誘電率有機溶媒、前記低誘電率有機溶媒、及びこれらの混合物から選択される少なくとも一種を実質的に含有しない。本発明において、液体を実質的に含有しないとは、２５℃、常圧（１気圧）において固形分質量が９０重量％以上であることをいい、１０５℃以上で十分加熱した後の重量減少測定により確認することができる。
【００４０】
本発明のバイオナノウイスカー含有粉末は、このように乾燥された状態であるにもかかわらず水への分散性に優れる。例えば、容量３０ｍＬのねじ口バイアル瓶に、バイオナノウイスカー含有粉末０．２ｇ、水２０ｍＬを添加してよく振とうした後、１０分間静置後に観察しても白濁した上清が目視で明らかに確認される。また、振とう後１０分間静置後に上清５ｍＬを採取した際に、前記上清中における水１００ｍＬ（ｖ）に対する前記バイオファイバー（バイオナノウイスカー及び必要に応じて結晶性バイオファイバー）の重量（ｗ、単位：ｇ）の割合（バイオファイバーの重量×１００／１００ｍＬ、単位：ｗ／ｖ％）を０．２ｗ／ｖ％以上、好ましくは０．３ｗ／ｖ％以上、より好ましくは０．５ｗ／ｖ％以上とすることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、各実施例及び比較例において用いた粉砕前の微結晶セルロース及び得られた粉砕物の観察・測定、並びに、得られた粉砕物の再分散性評価は、それぞれ以下の方法により行った。
【００４２】
＜試料の観察・測定＞
・粉砕前後の平均最長径、平均最短径
粉砕前微結晶セルロース及び得られた粉砕物について、それぞれ走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立ハイテクノロジー社製、型番：Ｓ−４８００）を用いて電子顕微鏡観察を行ない、写真（ＳＥＭ写真）を撮影した。ＳＥＭ写真において、粉砕前微結晶セルロースについては、無作為に１００個の微結晶セルロース（一次粒子）を抽出し、各微結晶セルロースの長軸方向の長さを最長径、短軸方向の長さを最短径とし、それらの平均を平均最長径、平均最短径として求めた。また、得られた粉砕物については、１００個のバイオナノウイスカーを抽出し、各バイオナノウイスカーの長軸方向の長さを最長径、短軸方向の長さを最短径とし、それらの平均を平均最長径、平均最短径として求めた。
【００４３】
・角質化評価
得られた粉砕物について、乾燥させた後に角質化が起きているか否かにつき評価した。すなわち、粉砕後の懸濁液１０ｍＬをシャーレ（直径７５ｍｍ）又は１００ｍＬナスフラスコ内で乾燥させた後の粉砕物の外観を観察し、以下の基準：
Ａ：粉末状であり、膜は観察されない
Ｂ：膜が確認できるがピンセットでつまむと崩れる
Ｃ：ピンセットでつまんでも崩れない硬い膜が観察される
にしたがって角質化の評価をした。
【００４４】
また、得られた粉砕物について、それぞれ０．２ｇをＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に準拠して１５０μｍふるいにかけ、通過画分の重量を測定し、通過画分の割合（（通過画分の重量×１００）／０．２ｇ［重量％］）を求めた。
【００４５】
＜再分散性評価＞
得られた粉砕物について水への再分散性評価を行った。先ず、容量３０ｍＬのねじ口バイアル瓶に粉砕物０．２ｇ、水２０ｍＬ（室温）を添加して攪拌した後に静置し、以下の基準：
Ａ：６０分間静置後に上清中に浮遊物が確認される
Ｂ：１０分間静置後に上清中に浮遊物が確認されるが、６０分間静置後には確認されず上清は透明である
Ｃ：１０分間静置後に上清中に浮遊物は確認されず上清が透明である
にしたがって再分散性の評価をした。
【００４６】
また、１０分間静置後の上清５ｍＬを採取し、１０５℃において一昼夜以上十分に乾燥させることによって水を除去し、残存した固形分の重量を測定して前記上清中における固形分の割合（水１００ｍＬ（ｖ）に対する固形分の重量（ｗ、単位：ｇ）の割合（ｗ／ｖ％）を求めた。
【００４７】
（実施例１）
＜微結晶セルロースの調製＞
先ず、脱脂綿（セルロース、オオサキメディカル株式会社製）５０ｇに、煮沸した２．５ｍｏｌ／Ｌ塩酸（和光純薬社製、試薬一級）５００ｍＬを加え、還流下、脱脂綿全体が十分塩酸に浸漬するように時々ガラス棒で撹拌しながら、マントルヒーターを用いて煮沸が継続されるように４０分間加熱して脱脂綿を塩酸加水分解させた。次いで、５００ｍＬのイオン交換水を加えて室温まで冷却し、ブフナーロートと定量濾紙（ＪＩＳ  Ｐ  ３８０１：５種Ｂ）を用いて、イオン交換水を流しながら濾液が中性になるまで濾過による洗浄を行い、セルロース加水分解残渣として微結晶セルロース（結晶性バイオファイバー）を得た。
【００４８】
＜粉砕・乾燥＞
上記で得られた微結晶セルロース１０ｇにアセトン（ＶＥＴＥＣ社製、ＬＲグレード）１００ｍＬを添加し、振とうして分散させた後に遠心分離（５，０００ｒｐｍ、１０分間）で固体を回収する操作を２回繰り返すことにより分散媒をアセトンに置換し、微結晶セルロースのアセトン懸濁液を得た。次いで、得られたアセトン懸濁液から遠心分離（５，０００ｒｐｍ、１０分間）で固体を回収し、トルエン（ＶＥＴＥＣ社製、ＬＲグレード）１００ｍＬを添加し、振とうして分散させた後に遠心分離（５，０００ｒｐｍ、１０分間）で固体を回収する操作を２回繰り返すことにより分散媒をトルエンに置換し、微結晶セルロースの１０ｗ／ｖ％トルエン懸濁液（粉砕前微結晶セルロース懸濁液）を得た。
【００４９】
得られた微結晶セルロース懸濁液について、回転二重刃型ホモジナイザ（ポリトロンＰＴ２５００Ｅ：Ｋｉｎｅｍａｔｉｃａ社製）及びジェネレータシャフトＰＴ−ＤＡ２０／２ＥＣ−Ｅ１９２を用いて、回転数１２，０００ｒｐｍにおいて２時間粉砕を実施し、乳白色の懸濁液を得た。得られた懸濁液をガラスシャーレに流し込み、温度室温の室内に静置して風乾によりトルエンを除去し、白色で粉末状の粉砕物を得た。
【００５０】
得られた粉砕物について、試料の観察・測定及び再分散性評価を実施した。得られた粉砕物の乾燥後の外観（ＴＬ１０−２Ｈ）を図１に、ＳＥＭ写真を図２Ａ〜２Ｃに、それぞれ示す。また、粉砕物中バイオナノウイスカーの平均最長径・平均最短径、角質化評価、及び再分散性評価の結果を表１に示す。また、粉砕前微結晶セルロース懸濁液をそのまま風乾させ、トルエンを除去して得られた白色の粉末（粉砕前微結晶セルロース）についても試料の観察・測定を実施した。得られたＳＥＭ写真を図３に、平均最長径及び平均最短径を表１に、それぞれ示す。
【００５１】
（実施例２〜４、６〜９）
トルエンに代えて表１に示す有機溶媒（和光純薬社製、試薬特級）を用い、粉砕前微結晶セルロース懸濁液における微結晶セルロースの濃度、粉砕時間をそれぞれ表１に示す条件としたこと以外は実施例１と同様にして白色で粉末状の粉砕物を得た。
【００５２】
得られた粉砕物について、それぞれ試料の観察・測定及び再分散性評価を実施した。実施例３、６及び８で得られた乾燥後の粉砕物のＳＥＭ写真を順に図４、５及び６にそれぞれ示す。さらに、粉砕物中バイオナノウイスカーの平均最長径・平均最短径、角質化評価、及び再分散性評価の結果を表１に示す。また、粉砕前微結晶セルロース懸濁液をそのまま風乾させ、有機溶媒を除去して得られた白色の粉末（粉砕前微結晶セルロース）についても試料の観察・測定を実施した。平均最長径及び平均最短径を表１に示す。
【００５３】
（実施例５）
先ず、実施例１と同様にして得られた微結晶セルロースのアセトン懸濁液から遠心分離（５，０００ｒｐｍ、１０分間）で固体を回収し、シクロヘキサン（和光純薬社製、試薬特級）１００ｍＬを添加し、振とうして分散させた後に濾過で固体を回収する操作を２回繰り返すことにより分散媒をシクロヘキサンに置換し、微結晶セルロースの１０ｗ／ｖ％シクロヘキサン懸濁液（粉砕前微結晶セルロース懸濁液）を得た。この微結晶セルロース懸濁液を用い、粉砕時間を２時間としたこと以外は実施例１と同様にして白色で粉末状の粉砕物を得た。
【００５４】
得られた粉砕物について、試料の観察・測定及び再分散性評価を実施した。得られた粉砕物の乾燥後の外観（ＣＹ１０−２Ｈ）を図７Ａ〜７Ｂに、ＳＥＭ写真を図８に、それぞれ示す。さらに、粉砕物中バイオナノウイスカーの平均最長径・平均最短径、角質化評価、及び再分散性評価の結果を表１に示す。また、粉砕前微結晶セルロース懸濁液をそのまま風乾させ、シクロヘキサンを除去して得られた白色の粉末（粉砕前微結晶セルロース）についても試料の観察・測定を実施した。平均最長径及び平均最短径を表１に示す。
【００５５】
（比較例１）
トルエンに代えて水（イオン交換水）を用いたこと以外は実施例１と同様にして白色の粉砕物を得た。得られた粉砕物について角質化評価を実施したところ、結果はＣであった。
【００５６】
（比較例２〜６）
トルエンに代えて表１に示す有機溶媒（和光純薬社製、試薬特級）を用い、粉砕前微結晶セルロース懸濁液における微結晶セルロースの濃度、粉砕時間をそれぞれ表１に示す条件としたこと以外は実施例１と同様にして白色の粉砕物を得た。なお、比較例３及び比較例５に関しては、風乾に代えて、それぞれ、−４５℃及び−１００℃で凍結した後に真空ポンプを用いて減圧することにより凍結乾燥させた。
【００５７】
得られた粉砕物について、それぞれ試料の観察・測定及び再分散性評価を実施した。比較例２、３及び５で得られた粉砕物の乾燥後の外観を図９Ａ〜９Ｂ（ＡＮ１０−２Ｈ）、図１０Ａ〜１０Ｂ（ＡＮ０２−２Ｈ）及び図１１Ａ〜１１Ｂ（ＤＭ０２−２Ｈ）に、比較例３及び５で得られた乾燥後の粉砕物のＳＥＭ写真を図１２及び１３に、それぞれ示す。また、粉砕物中バイオナノウイスカーの平均最長径・平均最短径、角質化評価、及び再分散性評価の結果を、粉砕前微結晶セルロースの平均最長径及び平均最短径と併せて表１に示す。なお、表１中、ジメチルアセトアミドは、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドである。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
試料の観察・測定の結果、実施例１〜９で得られた粉砕物においてはいずれもバイオナノウイスカーが２０％以上含有されていることが確認された。また、実施例１〜９で得られた粉砕物について粉砕後のふるい通過画分の割合を求めたところ、いずれも９０重量％以上であった。これらの結果、並びに、図１〜１３及び表１に示した結果から明らかなように、実施例１〜９で得られた粉砕物はいずれも角質化していない微細な粉末状で、かつ、バイオナノウイスカーを含んでおり、本発明によってバイオナノウイスカー含有粉末が容易に得られることが確認された。また、微結晶セルロースの濃度が溶媒中に１０ｗ／ｖ％と高濃度であっても十分に粉砕が可能であり、バイオファイバーの平均最長径を粉砕前微結晶セルロースの２０％以下、平均最短径を粉砕前微結晶セルロースの１０％以下とできることが確認された。さらに、本発明によって得られたバイオナノウイスカー含有粉末は水に対する再分散性にも優れることが確認された。また、実施例１〜９で得られた粉砕物においては、バイオナノウイスカーが凝集した直径１０μｍ以上の凝集体の形成は観察されなかった。
【００６０】
他方、本発明に係る低誘電率有機溶媒に代えて、水や前記高誘電率有機溶媒であるアセトニトリルやジメチルアセトアミドを用いた場合（比較例１〜６）にはいずれも、乾燥後の粉砕物は角質化しており、水に対する再分散性も劣ることが確認された。また、アセトニトリルやジメチルアセトアミドを用いた場合には、結晶性バイオファイバーの濃度を高濃度（例えば１０ｗ／ｖ％）にすると粉砕が困難であり、十分な量のバイオナノウイスカーを得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明によれば、角質化や凝集体の形成が十分に抑制され、水への再分散性に優れた粉末状のバイオナノウイスカーを容易に効率よく得ることができる結晶性バイオファイバーの粉砕方法、並びに、バイオナノウイスカー含有粉末の製造方法及びそれにより得られるバイオナノウイスカー含有粉末を提供することが可能となる。このように、本発明によれば、高濃度で結晶性バイオファイバーの粉砕ができ、かつ、分散媒を単に乾燥除去するだけで容易に流通に好適な粉末状のバイオナノウイスカーを得ることができる。さらに、本発明によって得られるバイオナノウイスカー含有粉末は、水への分散性が十分に維持されており、また、特別な処理を施さなくとも表面修飾等の加工性に優れるため、樹脂材料の充填材等の材料として非常に有用である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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