－新技術紹介－
●アロンフィブロの増粘剤への展開

Application Development of Aron Fibro® as Thickner─────────────────────────────────────────────────────髙田 じゆん、関口 珠恵理
Jun Takada, Jyueri Sekiguchi
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Key Word : Aron Fibro®, Cellulose nanofiber, CNF, Thickner

１㻌 緒㻌 言 図1上段に濃度7.5％のアロンフィブロCNF水分散液と濃度2.5％のTEMPO-CNF水分散液の写真を示した。アロンフ

 セルロースは大気中の二酸化炭素を原料として、植物の光ィブロCNFは7.5％でも流動するが、TEMPO-CNFは2.5％合成によって生産されている高分子有機化合物である。光合で流動しないゲルになっている。この違いを定量的に示した成によるセルロース生産量は約2000億トン/年と推定されてのが図１下段の粘度比較である。注目いただきたいのは◆とおり1)、再生産が可能な資源であることから有効利用が望ま〇の比較である。◆は7.5％アロンフィブロCNF、〇は0.5％れている。人類は木材や紙、木綿として古くからセルロースTEMPO-CNFの粘度である。２つの粘度はほぼ同じ値であを利用してきたが、近年ではセルロースナノファイバー

り、アロンフィブロCNFの増粘効果はTEMPO-CNFより非（CCellulose Nano Fiber, CNF）としての活用が注目され常に低いことがわかる。これは図２に示した各CNFの形態ており2)、実用例としてはCNFの高アスペクト比を利用した的特徴に由来している。TEMPO-CNFは太さ数nm、長さは増粘剤がある。

1000nmのオーダーであるが、アロンフィブロCNFでは太さセルロース原料からのCNF調製法としては2,2,6,6-テトラは同じく数nmで長さは約200nmと短いことがわかっている。

メチルピペリジニル-1-オキシ（TEMPO）ラジカルによるセ

この繊維長の違いによってアロンフィブロCNFの「高濃度ルロース酸化が一般的であるが3)、当社は低コストで特徴あにしても粘度が上がりにくい」という特性が発現しているとるCNFを作ることができる新規プロセスを開発した 4),5)。こ推察される。この特性は他の材料との混合やCNFの高濃度のプロセスでは高濃度次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いて化といった場合には長所となるが、増粘剤には向かずアロンセルロースを酸化している。本プロセスで得られる酸化セル

フィブロCNF単体では増粘剤用途への展開は難しい。

ロース（「アロンフィブロ 」として商標登録）は非常にほぐれやすく、簡単にCNFにすることができる。また、アロンフィブロを解繊して得られるCNF（アロンフィブロCNF）
はTEMPO法で得られるCNF（TEMPO-CNF）より繊維長が短いという特徴があり、これが使いやすさにつながる例も多い6)。しかし、短繊維であるために水分散液はあまり増粘せず、増粘剤としての応用は難しかった。
 そこで我々は種々の検討を行い、アロンフィブロCNFに少量の水溶性多糖を添加することで大幅な増粘が起きることを見出した。本稿ではこの検討の一部を紹介し、増粘剤用途への展開の端緒としたい。

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２㻌 アロンフィブロCNF単体の増粘効果 「１１  緒 言 」でアロンフィブロCNFの形態的特徴と増粘効果について簡単に述べた。この点は増粘剤としての展開を考えるうえで重要なので、ここでは具体的なデータを示して説明する。

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図１ アロンフィブロ CNF と TEMPO-CNF の外観（上）と粘度（下）の比較
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東亞合成株式会社 Ｒ＆Ｄ総合センター 応用研究所㻌

Applied Research Laboratory, General Center of R&D, TOAGOSEI CO., LTD.

東亞合成グループ研究年報
5(1'第27号
第号
東亞合成グループ研究年報
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図３上側がアロンフィブロCNFへのメチルセルロース添

加サンプルの粘度である。この結果から両者の混合物の粘度

（●）がそれぞれの粘度よりも10～10000倍高くなっていることがわかる。アロンフィブロCNFとメチルセルロース単

体の粘度は混合物より低いだけでなく、せん断速度依存性
（チキソ性）も小さい。これより、アロンフィブロCNFと

メチルセルロースを混合することで両者が大きな複合体を形
図２ 種々の CNF の形態的特徴成し、それが高粘度、高チキソ性を発現させたと考えられる。
図３下側はTEMPO-CNFにメチルセルロースを加えたも３㻌 種々のCNFへの水溶性多糖の添加効果のの粘度測定結果である。アロンフィブロCNFの結果とは異なり、TEMPO-CNFではメチルセルロースとの混合によ 水溶性多糖は増粘剤として食品や化粧品分野でよく使われる増粘効果はほとんど見られない。これらの結果からアロンている7)。その際に複数の水溶性多糖を適切に組み合わせる

フィブロCNFは水溶性多糖との複合体形成能が大きく、少と、多糖間の特異的相互作用によって大きな複合体を形成す量の水溶性多糖を添加することで増粘剤として使用できる可ることがある。このような複合体形成をうまくコントロール能性があることがわかった。

することで、１種類の水溶性多糖では実現できない増粘効果

 図３の結果から示された「アロンフィブロCNFは水溶性やゲル化能を付与できる可能性がある。この考え方を利用し多糖との複合体形成能が大きい」という可能性は非常に興味て、アロンフィブロCNFに少量の水溶性多糖を添加するこ深いものである。そこで、一般的に入手可能な TEMPO-とで増粘効果を高めるという検討を行った。

CNF、機械解繊CNF、セルロースナノクリスタル（CNC）

 添加する水溶性多糖としてはメチルセルロースを選択し、とアロンフィブロCNFの４つを使ってメチルセルロースのアロンフィブロCNFとTEMPO-CNFの水分散液にメチルセ添加による粘度の変化を調べ、結果を図４に示した。特徴的

ルロース水溶液を添加した。これらのサンプルの粘度測定結なのは〇と●のアロンフィブロCNFの粘度である。図３と果を図３に示した。

同様にメチルセルロースを1/10量添加することで100倍以上の増粘が起きていることがわかる（↑）。しかし、TEMPO-

CNF、機械解繊CNF、CNCではほとんど増粘はおきていな

い。これよりアロンフィブロCNFは水溶性多糖と複合体を形成して増粘するだけでなく、その形成能は他のCNFよりも大きい可能性があることがわかった。

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大きな粘度上昇

図４ ４種の CNF への
図３ アロンフィブロ CNF（上）とTEMPO-CNF（下）へのメチルセルロース添加効果    メチルセルロース添加効果の比較東亞合成グループ研究年報 14
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TREND４㻌 塩の添加が粘度に与える影響
５ 㻌 まと め 増粘剤は色々な分野で使われており、使用環境も様々である。増粘剤のはたらきに影響を与える環境要素としては塩濃

アロンフィブロから得られるアロンフィブロCNFを増粘度やpH、温度などが挙げられる。特に塩濃度は広い範囲に剤用途に展開するための検討内容を紹介した。アロンフィブ

わたっており、これによって増粘剤の効果が大きく影響を受

ロCNF単体では短繊維であるという特徴から増粘剤としてける。そこで、アロンフィブロCNF+メチルセルロースの系の性能は低いと考えられる。しかし、これに少量の水溶性多とポリアクリル酸ナトリウムの系に塩化ナトリウム（NaCl）糖を加えることで複合体を形成し、大きな増粘効果を発現すを加え、これが粘度に与える影響を比較した。

ることがわかった。また、この複合体形成能はアロンフィブ

 図５に実験結果を示した。ポリアクリル酸ナトリウムでは

ロCNFで特に大きいことや、系の塩濃度を上げても粘度がNaCl濃度３％で粘度が1/10まで下がる。これは「塩添加に減少しにくいといった特徴もわかってきている。

よって高分子電解質の広がりが小さくなり、粘度も低下する」という高分子電解質で一般的にみられる現象である8)。こう今後も本検討を継続し、アロンフィブロの新しい用途を確立できるよう努力していく。

した粘度低下がおきることは実用的な観点からは望ましくな引用文献

い。これに対して上段のアロンフィブロCNF+メチルセルロースの結果では、NaCl濃度を３％にしても半分程度の粘度低下にとどまっている。これは電解質であるアロンフィブロ
CNFと非電解質であるメチルセルロースが複合体を作ることで、塩濃度の影響を受けにくくなったためだと考えられる。

1) セルロース学会編集,“新装版 セルロースの事典”,朝倉書店（2008）p.1
2) 矢野浩之, 磯貝明, 北川和男,“セルロースナノファイバ

このように、アロンフィブロCNFと水溶性多糖の併用によー 研究と実用化の最前線”,株式会社エヌ・ティー・エって増粘した系では、塩濃度の影響を受けにくくなることがス（2021）.
3) T. Saito, Y. Nishiyama, J.-L. Putaux, M. Vignon,わかった。

A. Isogai, Biomacromolecules., 7, 6, 1687-1691(2006)

4) S. Matsuki, H. Kayano, J. Takada, H. Kono, S. Fujisawa,

T. Saito, A. Isogai, ACS Sustainable Chem. Eng., 48, 8,

17800-17806(2020).

5) 髙田じゆん, 東亞合成研究年報TREND, 24, 13, 13-19(2021).

6) 髙田じゆん, 東亞合成研究年報TREND, 26, 2, 2-6(2023)..

7) 國崎直道, 佐野征男, “食品多糖類 乳化・増粘・ゲル化

の知識”,幸書房（2001）.

8) 川口正剛. 高分子, 53, 9, 716-718(2004).

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図５ 塩添加が粘度に与える影響（上：アロンフィブロ CNF+メチルセルロース
 下：ポリアクリル酸ナトリウム）東亞合成グループ研究年報
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