JP2016008305A - Plasticized cellulose and method for producing the same - Google Patents

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藤野 謙一
Kenichi Fujino
謙一 藤野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a plasticized cellulose capable of suppressing thermal decomposition (burning) of a cellulose material and to provide a plasticized cellulose obtained by the method.SOLUTION: There are provided: a method for producing a plasticized cellulose which comprises a step of subjecting a cellulose material to an ultrasonic treatment under pressure treatment; and a plasticized cellulose obtained by the method, wherein it is preferred that the press pressure in the pressure treatment is 1 to 1000 N/mm, the frequency of the ultrasonic wave is 10 to 50 kHz, the output is 500 to 3000 W and the treatment time for the ultrasonic treatment is 0.1 to 2 seconds.

Description

本発明は、可塑化セルロース及びその製造方法に関する。具体的には、機械的処理を用いた可塑化セルロースの製造方法、及びその方法を用いて製造された可塑化セルロースに関する。   The present invention relates to plasticized cellulose and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a method for producing plasticized cellulose using mechanical treatment, and plasticized cellulose produced using the method.

循環型社会システムの構築を目指し、再生可能で非可食性の木質バイオマスをエネルギーや新たな素材として利用するための研究開発が、近年世界中で活発に行われている。地球上に最も大量に存在するバイオマスであるセルロースへの関心は特に高いが、セルロースは熱可塑性を示さず、一般的なプラスチック加工方法で取り扱えない短所があり、その利用拡大を妨げる大きな要因の1つとなっている。   In recent years, research and development for using renewable and non-edible woody biomass as energy and new materials has been actively conducted around the world with the aim of building a recycling-oriented social system. Although the interest in cellulose, which is the most abundant biomass on the earth, is particularly high, cellulose does not exhibit thermoplasticity, and has disadvantages that cannot be handled by general plastic processing methods. It has become one.

セルロースが熱可塑性を示さないのは、分子内及び分子間で強固な水素結合のネットワークを形成しているためである。熱的な処理によって水素結合を切断しようとすると、セルロースが溶融する前に熱分解が起こる(非特許文献1、2、3、4)。   The reason why cellulose does not exhibit thermoplasticity is that it forms a strong network of hydrogen bonds within and between molecules. When trying to break hydrogen bonds by thermal treatment, thermal decomposition occurs before the cellulose melts (Non-Patent Documents 1, 2, 3, 4).

このため、セルロースを可塑化して、フィルムや成型物に加工するために、セルロースの水酸基を化学修飾して水素結合を抑制することが古くから行われており、セルロースの水酸基の化学修飾としてはアセチル化やニトロ化等がその代表例である。しかし、セルロースの水酸基を化学修飾することで、結晶性、機械的強度、耐溶剤性、生分解性等の諸物性が変化するといった問題が生じる。   For this reason, in order to plasticize cellulose and process it into a film or molded product, it has long been carried out to suppress hydrogen bonding by chemically modifying the hydroxyl group of cellulose. Typical examples are nitrification and nitration. However, chemical modification of the hydroxyl group of cellulose causes a problem that various physical properties such as crystallinity, mechanical strength, solvent resistance, and biodegradability change.

一方、セルロースを成型加工する方法として、レーヨン、テンセル、リヨセル等で知られる再生セルロースを用いることが古くから行われている。しかし、セルロースの水酸基を化学修飾して溶媒に溶解した後、成型加工と修飾基の脱離を行う方法で得られるレーヨンは、分子構造変化や分子量低下等による物性低下が起こる。また、セルロースを直接溶媒に溶解して、成型加工と溶媒留去を行う方法で得られるテンセル・リヨセルは、長時間、高温の溶解工程を必要とするため、レーヨンと同様に物性低下が起こる。   On the other hand, the use of regenerated cellulose known as rayon, tencel, lyocell, etc. has long been performed as a method for molding cellulose. However, rayon obtained by a method in which a hydroxyl group of cellulose is chemically modified and dissolved in a solvent and then subjected to a molding process and elimination of the modifying group causes a decrease in physical properties due to a change in molecular structure or a decrease in molecular weight. In addition, tencel lyocell obtained by a method in which cellulose is directly dissolved in a solvent to perform molding processing and solvent distillation requires a high-temperature dissolution step for a long time, so that the physical properties are lowered similarly to rayon.

これらの問題を解決するために、セルロースを低負荷で溶解できる種々のイオン液体が提案されているが、溶液粘度が高く作業性が悪い、イオン液体自体が高価で汎用性に乏しい等の欠点がある(特許文献1、2)。更に、上記いずれの方法も、溶媒への溶解、加工後の溶媒留去、溶媒回収という複数の大規模設備を必要とするため、より経済的な技術の開発が求められている。   In order to solve these problems, various ionic liquids capable of dissolving cellulose at a low load have been proposed, but there are disadvantages such as high solution viscosity and poor workability, ionic liquids themselves are expensive and poor in versatility. Yes (Patent Documents 1 and 2). Furthermore, since any of the above methods requires a plurality of large-scale facilities such as dissolution in a solvent, solvent distillation after processing, and solvent recovery, development of a more economical technique is required.

このため、機械的な処理によってセルロースを可塑化する技術として、セルロースに、圧力、せん断および熱エネルギーを同時に作用させながら、レーザー照射する方法が開示されている(特許文献3、非特許文献5)。   Therefore, as a technique for plasticizing cellulose by mechanical treatment, a method of irradiating laser while simultaneously applying pressure, shear and thermal energy to cellulose is disclosed (Patent Document 3, Non-Patent Document 5). .

特開2008−50595号公報JP 2008-50595 A 国際公開第2012/077798号International Publication No. 2012/077798 米国特許第7901612B2号明細書US Pat. No. 7,901,612 B2

Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry,5th edition, vol. A5,38,1986Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry, 5th edition, vol. A5, 38, 1986 Das Papier,44,12,617−624,1990Das Papier, 44, 12, 617-624, 1990 TAPPI Journal,67,12,82/83,1984TAPPI Journal, 67, 12, 82/83, 1984 Journal of Applied Polymer Science,37,3305−3314,1989Journal of Applied Polymer Science, 37, 3305-3314, 1989. Cellulose,12,159−165,2005Cellulose, 12, 159-165, 2005

しかしながら、特許文献3、非特許文献5に開示されている機械的な処理の場合、大面積又は大体積の可塑化セルロースを得ることができない、レーザー処理による熱分解(焦げ)の発生を抑制することが困難であるといった問題がある。   However, in the case of the mechanical treatment disclosed in Patent Literature 3 and Non-Patent Literature 5, it is impossible to obtain a large-area or large-volume plasticized cellulose, and the occurrence of thermal decomposition (burning) due to laser treatment is suppressed. There is a problem that it is difficult.

そこで、本発明は、セルロース材料の熱分解(焦げ)を抑制することのできる可塑化セルロースの製造方法及び該方法により得られる可塑化セルロースを提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the plasticized cellulose which can suppress the thermal decomposition (burn) of a cellulose material, and the plasticized cellulose obtained by this method.

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、レーザー処理の代わりに超音波処理を採用し、かつ、超音波処理の際にセルロース材料をプレスしながら行うことで、セルロース材料における熱分解(焦げ)の発生を抑制することができ、十分に可塑化された可塑化セルロースを得ることができることを見出した。   As a result of intensive investigations, the present inventors have adopted ultrasonic treatment instead of laser treatment, and by pressing the cellulose material during ultrasonic treatment, so that thermal decomposition (burning) in the cellulose material is achieved. It has been found that the generation of water can be suppressed and a sufficiently plasticized cellulose can be obtained.

本発明は、以下の〔1〕〜〔6〕を提供する。
〔1〕セルロース材料にプレス処理下で超音波処理を施すことを含む、可塑化セルロースの製造方法。
〔2〕プレス処理におけるプレス圧は、1〜1000N/mm2である、〔1〕に記載の製造方法。
〔3〕超音波処理の周波数は、10〜50kHzである、〔1〕又は〔2〕に記載の製造方法。
〔4〕超音波処理における超音波の出力は、500〜3000Wである、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の製造方法。
〔5〕超音波処理の処理時間は、0.1秒〜2秒間である、〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の製造方法。
〔6〕〔1〕〜〔5〕のいずれか一項に記載の製造方法により得られる可塑化セルロース。
The present invention provides the following [1] to [6].
[1] A method for producing plasticized cellulose, comprising subjecting a cellulose material to ultrasonic treatment under press treatment.
[2] The manufacturing method according to [1], wherein a press pressure in the press treatment is 1-1000 N / mm 2 .
[3] The method according to [1] or [2], wherein the frequency of the ultrasonic treatment is 10 to 50 kHz.
[4] The production method according to any one of [1] to [3], wherein an ultrasonic wave output in the ultrasonic treatment is 500 to 3000 W.
[5] The manufacturing method according to any one of [1] to [4], wherein a treatment time of the ultrasonic treatment is 0.1 second to 2 seconds.
[6] A plasticized cellulose obtained by the production method according to any one of [1] to [5].

本発明によれば、セルロース材料の熱分解(焦げ)を抑制しながら可塑化セルロースを得ることができる。   According to the present invention, plasticized cellulose can be obtained while suppressing thermal decomposition (burning) of a cellulose material.

本発明により、熱分解(焦げ)を生じることなくセルロース材料を可塑化することができる理由は、非特許文献5に記載されているような、セルロース水酸基の結合エネルギーを上回るエネルギーをマイルドな条件で付与できるためであると推測される。   The reason why the cellulose material can be plasticized without causing thermal decomposition (burning) according to the present invention is that the energy exceeding the binding energy of cellulose hydroxyl group as described in Non-Patent Document 5 is mild. This is presumed to be possible.

本発明を用いれば、一般的な設備を利用して容易かつ経済的にセルロース材料を可塑化することができる。可塑化セルロースの形状も特に限定はなく、用途に合わせてフィルム、シート、繊維、成型物等の任意の形状とすることができる。   If this invention is used, a cellulose material can be plasticized easily and economically using a general installation. The shape of the plasticized cellulose is not particularly limited, and may be any shape such as a film, a sheet, a fiber, and a molded product in accordance with the use.

図1は、実施例1のサンプルのX線プロファイルを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an X-ray profile of a sample of Example 1. 図2は、実施例1のサンプルの写真図である。FIG. 2 is a photograph of a sample of Example 1. 図3は、比較例1のサンプルの写真図である。FIG. 3 is a photograph of the sample of Comparative Example 1. 図4は、比較例3のサンプルの写真図である。FIG. 4 is a photograph of a sample of Comparative Example 3.

本発明において、セルロース材料は、セルロースを原料とする材料である。セルロースとしては、木材由来のパルプ(木材パルプ)、非木材由来のパルプ(非木材パルプ)、バクテリアセルロース、ホヤセルロース等のセルロースを原料とする材料が例示される。セルロースは、パルプ、セルロースを含むシート、フィルム等の成形体であってもよい。経済性が高く、本発明の効果が顕著であるので、セルロースは木材パルプを含むことが好ましく、木材パルプであることがより好ましい。   In the present invention, the cellulose material is a material using cellulose as a raw material. Examples of cellulose include materials derived from cellulose such as wood-derived pulp (wood pulp), non-wood-derived pulp (non-wood pulp), bacterial cellulose, and squirt cellulose. Cellulose may be a molded body such as pulp, a sheet containing cellulose, or a film. Since the economy is high and the effect of the present invention is remarkable, the cellulose preferably contains wood pulp, more preferably wood pulp.

木材パルプとしては、アカマツ、クロマツ、トドマツ、エゾマツ、ベニマツ、モミ、ツガ、スギ、ヒノキ、カラマツ、シラベ、トウヒ、ヒバ、ダグラスファー、ヘムロック、ホワイトファー、スプルース、バルサムファー、シーダ、パイン、メルクシマツ、ラジアータパイン等の針葉樹に由来するパルプ;これらの針葉樹から選ばれる2種以上の混合材に由来するパルプ;ブナ、カバ、ハンノキ、ナラ、タブ、シイ、シラカバ、ハコヤナギ、ポプラ、タモ、ドロヤナギ、ユーカリ、マングローブ、ラワン、アカシア等の広葉樹に由来するパルプ、及び該広葉樹から選ばれる2種以上の混合材に由来するパルプ;これらの針葉樹及び広葉樹から選ばれる2種以上の混合材に由来するパルプが例示される。   Wood pulp includes red pine, black pine, todomatsu, spruce, beech pine, fir, tsuga, cedar, cypress, larch, syringe, spruce, hiba, douglas fir, hemlock, white fur, spruce, balsam fur, cedar, pine, merck pine, Pulp derived from conifers such as radiata pine; Pulp derived from a mixture of two or more selected from these conifers; Pulp derived from broad-leaved trees such as mangrove, lawan, and acacia, and pulp derived from two or more mixed materials selected from the broad-leaved trees; pulp derived from two or more mixed materials selected from these conifers and broad-leaved trees Illustrated.

非木材パルプとしては、例えば綿、レーヨン、ヘンプ、サイザル麻、マニラ麻、亜麻、藁、竹、バガス、ケナフ等の非木材由来のパルプが挙げられる。非木材パルプと木材パルプとをセルロース材料として併用してもよい。   Examples of non-wood pulp include non-wood-derived pulps such as cotton, rayon, hemp, sisal hemp, manila hemp, flax, straw, bamboo, bagasse, kenaf and the like. Non-wood pulp and wood pulp may be used in combination as the cellulose material.

木材原料及び/又は非木材原料をパルプ化する方法としては、特に限定されるものではない。製紙業界で一般に用いられるパルプ化法で得られるパルプとしては、例えば、クラフト法、サルファイト法、ソーダ法、ポリサルファイド法等の方法による蒸解を行ってパルプ化された化学パルプ;リファイナー、グラインダー等の機械力によってパルプ化された機械パルプ;薬品による前処理の後機械力によってパルプ化されたセミケミカルパルプ;古紙パルプ;脱墨パルプ等が挙げられる。パルプは、未晒(漂白前)の状態であってもよいし晒(漂白後)の状態であってもよい。叩解後のパルプ及び未叩解のパルプのいずれであってもよいが、叩解後のパルプが好ましい。これにより、可塑化セルロースの強度を向上させることができる。   It does not specifically limit as a method of pulping a wood raw material and / or a non-wood raw material. Examples of pulps obtained by pulping methods generally used in the paper industry include chemical pulps pulped by digestion using methods such as the kraft method, sulfite method, soda method, and polysulfide method; refiners, grinders, etc. Examples include mechanical pulp pulped by mechanical force; semi-chemical pulp pulped by mechanical force after chemical pretreatment; waste paper pulp; deinked pulp and the like. The pulp may be unbleached (before bleaching) or bleached (after bleaching). Either a pulp after beating or an unbeaten pulp may be used, but a beating pulp is preferable. Thereby, the intensity | strength of plasticized cellulose can be improved.

本発明においてセルロース材料は、パルプ等のセルロースをシート、フィルム、ロール等の形状に成形されたものが好ましく、木材パルプを主成分とするパルプを抄紙機でシート状に成形して得られるシートがより好ましい。なお、パルプをシート状に成形する際に、製紙用途で一般に用いられる添加剤がパルプに添加されてもよい。該添加剤としては、紙力増強剤、嵩高剤、顔料、歩留り向上剤、ろ水性向上剤、内添サイズ剤(ロジン系サイズ剤、硫酸バンドなど)、pH調整剤、消泡剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤等が例示される。該添加剤の使用量は特に限定されず、本発明の効果を損なわない範囲であればよい。セルロース材料は、レーヨン繊維、フィルム等の他の材料を含んでいてもよく、セルロースとともに該他の材料がシート、フィルム、ロール等の形状に成形されたものであってもよい。   In the present invention, the cellulose material is preferably a cellulose, such as pulp, formed into a sheet, film, roll or the like, and a sheet obtained by forming pulp mainly composed of wood pulp into a sheet with a paper machine. More preferred. In addition, when shape | molding a pulp into a sheet form, the additive generally used by the papermaking use may be added to a pulp. Examples of such additives include paper strength enhancers, bulking agents, pigments, yield improvers, freeness improvers, internal additive sizing agents (such as rosin sizing agents and sulfuric acid bands), pH adjusters, antifoaming agents, and pitch controls. Agents, slime control agents and the like. The amount of the additive used is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired. The cellulose material may contain other materials such as rayon fibers and films, and the other materials may be formed together with cellulose into the shape of a sheet, film, roll or the like.

抄紙機としては、例えば長網式抄紙機、丸網式抄紙機、ギャップフォーマ、ハイブリッドフォーマ、多層抄紙機、これらの中から選ばれる2以上の抄造機における抄紙方式を組合せた公知の抄造機などが挙げられる。抄造機におけるプレス線圧、後段でカレンダー処理を行う場合のカレンダー線圧は、いずれも操業性及び得られる可塑化セルロースの性能に支障を来さない範囲内で設定すればよい。   Examples of the paper machine include a long paper machine, a round paper machine, a gap former, a hybrid former, a multi-layer paper machine, and a known paper machine that combines two or more paper machines selected from these. Is mentioned. What is necessary is just to set the press linear pressure in a papermaking machine, and the calendar linear pressure in the case of performing a calendar process in the latter stage in the range which does not cause trouble in operativity and the performance of the plasticized cellulose obtained.

本発明で用いるセルロース材料の坪量、密度、厚さ等の物性は、使用目的等に応じて自由に選択できる。   Physical properties such as basis weight, density and thickness of the cellulose material used in the present invention can be freely selected according to the purpose of use.

セルロース材料の厚さは、10μm以上であることが好ましく、20μm以上であることがより好ましい。これにより、シートの不均一、強度低下を抑制することができる。また、可塑化後に所望の強度を得ることができ、超音波処理時における破断を抑制することができる。更に、超音波処理時にホーンと支持金属治具との距離が近づきすぎることを抑制することができるので、安定な超音波処理を行うことができる。厚さの上限は、2mm以下であることが好ましく、1.5mm以下であることがより好ましい。これにより、超音波処理の連続処理を容易に行うことができる。即ち、一定のプレス圧がかかったホーン−支持金属治具間にパルプ成型シートを一定速度で送り込みながら、超音波処理を容易に連続で行うことができる。セルロース材料の厚さは、10μm〜2mmであることが好ましく、より好ましくは20μm〜1.5mmである。   The thickness of the cellulose material is preferably 10 μm or more, and more preferably 20 μm or more. Thereby, the nonuniformity of a sheet | seat and a strength fall can be suppressed. Moreover, desired strength can be obtained after plasticization, and breakage during ultrasonic treatment can be suppressed. Furthermore, since it is possible to suppress the distance between the horn and the supporting metal jig from being too close during ultrasonic processing, stable ultrasonic processing can be performed. The upper limit of the thickness is preferably 2 mm or less, and more preferably 1.5 mm or less. Thereby, the continuous processing of ultrasonic processing can be performed easily. That is, ultrasonic treatment can be easily and continuously performed while a pulp molded sheet is fed at a constant speed between a horn and a supporting metal jig to which a certain pressing pressure is applied. The thickness of the cellulose material is preferably 10 μm to 2 mm, more preferably 20 μm to 1.5 mm.

セルロース材料の含水率は、10wt%以下程度であることが好ましい。セルロース材料は、含水率が10wt%以下程度である、セルロース材料は、一般にドライシートと呼ばれる材料であってもよいし、過剰に水等を含む、一般にウェットシートと呼ばれる材料であってもよいが、前者であることが好ましい。これにより、超音波及びプレス処理で付与するエネルギーが水等の成分を揮発するのに消費されることを抑制できるため、セルロース材料の可塑化の効率低下を抑制することができる。   The water content of the cellulose material is preferably about 10 wt% or less. The cellulose material has a water content of about 10 wt% or less. The cellulose material may be a material generally called a dry sheet, or may be a material generally called a wet sheet containing excessive water or the like. The former is preferable. Thereby, since it can suppress that the energy provided by an ultrasonic wave and a press process volatilizes components, such as water, the efficiency fall of plasticization of a cellulose material can be suppressed.

本発明においては、セルロース材料に超音波処理を施す。超音波処理とは、超音波を照射する処理である。超音波処理には通常、超音波処理装置を用いる。超音波処理装置は、一般に超音波プラスチック溶着機と呼ばれる類の装置であればよい。例えばリンコ製プラスチック溶着機、ハーマン製超音波溶着機等の装置が例示される。前者は一定形状の可塑化セルロースを断続的に得るのに適しており、後者はフィルム又はシート状の可塑化セルロースを得るのに適している。   In the present invention, the cellulose material is subjected to ultrasonic treatment. The ultrasonic treatment is a treatment for irradiating ultrasonic waves. For ultrasonic treatment, an ultrasonic treatment apparatus is usually used. The ultrasonic processing apparatus may be a kind of apparatus generally called an ultrasonic plastic welding machine. For example, apparatuses such as a plastic welding machine made by Rinko and an ultrasonic welding machine made by Herman are exemplified. The former is suitable for intermittently obtaining a certain shape of plasticized cellulose, and the latter is suitable for obtaining a film or sheet of plasticized cellulose.

超音波処理の際にセルロース材料に照射される周波数は特に限定されないが、10kHz以上であることが好ましく、20kHz以上であることがより好ましい。これによりセルロース材料の熱分解を防ぐことができる。上限は、50kHz以下であることが好ましく、35kHz以下であることがより好ましい。これにより、セルロースを容易に可塑化することができる。周波数は、10kHz〜50kHzであることが好ましく、より好ましくは20kHz〜35kHzである。   The frequency with which the cellulose material is irradiated during the ultrasonic treatment is not particularly limited, but is preferably 10 kHz or more, and more preferably 20 kHz or more. Thereby, thermal decomposition of the cellulose material can be prevented. The upper limit is preferably 50 kHz or less, and more preferably 35 kHz or less. Thereby, cellulose can be easily plasticized. The frequency is preferably 10 kHz to 50 kHz, more preferably 20 kHz to 35 kHz.

超音波処理に用いられる超音波の出力は、500W以上であることが好ましく、800W以上であることがより好ましい。これにより、セルロースを容易に可塑化することができる。上限は、3000W以下であることが好ましく、2000W以下であることがより好ましい。これにより、セルロース材料の熱分解を防ぐことができる。超音波の出力は、500〜3000Wであることが好ましく、より好ましくは800〜2000Wである。   The output of the ultrasonic wave used for the ultrasonic treatment is preferably 500 W or more, and more preferably 800 W or more. Thereby, cellulose can be easily plasticized. The upper limit is preferably 3000 W or less, and more preferably 2000 W or less. Thereby, thermal decomposition of a cellulose material can be prevented. The output of the ultrasonic wave is preferably 500 to 3000 W, and more preferably 800 to 2000 W.

超音波処理は、プレス処理下で行う。プレス処理におけるプレス圧は、特に限定されないが、1N/mm2以上であることが好ましく、5N/mm2以上であることがより好ましい。上限は、1000N/mm2以下であることが好ましく、500N/mm2以下であることがより好ましい。これにより、セルロース材料の可塑化をより安定して行うことができ、熱分解を抑制することができる。プレス圧は、1N/mm2〜1000N/mm2であることが好ましく、より好ましくは5N/mm2〜500N/mm2である。プレス処理の態様は特に限定されないが、通常は、ホーンと支持金属治具の間でセルロース材料をプレスする。 The ultrasonic treatment is performed under press treatment. The press pressure in the press treatment is not particularly limited, but is preferably 1 N / mm 2 or more, and more preferably 5 N / mm 2 or more. The upper limit is preferably 1000 N / mm 2 or less, and more preferably 500 N / mm 2 or less. Thereby, plasticization of a cellulose material can be performed more stably and thermal decomposition can be suppressed. Pressing pressure is preferably 1N / mm 2 ~1000N / mm 2 , more preferably 5N / mm 2 ~500N / mm 2 . Although the aspect of a press process is not specifically limited, Usually, a cellulose material is pressed between a horn and a support metal jig.

本発明において、超音波処理の処理時間は、0.1秒以上であることが好ましく、0.2秒以上であることが好ましい。上限は、2秒以下であることが好ましく、1秒以下であることがより好ましい。これにより、セルロース材料が可塑化する条件を容易に設定することができ、熱分解を抑制することができる。処理時間は、0.1秒〜2秒であることが好ましく、より好ましくは0.2秒〜1秒である。   In the present invention, the treatment time of the ultrasonic treatment is preferably 0.1 seconds or more, and preferably 0.2 seconds or more. The upper limit is preferably 2 seconds or less, and more preferably 1 second or less. Thereby, conditions for plasticizing the cellulose material can be easily set, and thermal decomposition can be suppressed. The treatment time is preferably 0.1 second to 2 seconds, and more preferably 0.2 seconds to 1 second.

超音波出力と処理時間の積は、100W・S以上であることが好ましく、300W・S以上であることがより好ましい。上限は、3000W・S以下であることが好ましく、900W・S以下であることがより好ましい。これにより、セルロース材料を容易に可塑化することができ、熱分解を抑制することができる。超音波出力と処理時間の積は、100〜3000W・Sであることが好ましく、より好ましくは300W・S〜900W・Sである。   The product of the ultrasonic output and the processing time is preferably 100 W · S or more, and more preferably 300 W · S or more. The upper limit is preferably 3000 W · S or less, and more preferably 900 W · S or less. Thereby, a cellulose material can be easily plasticized and thermal decomposition can be suppressed. The product of the ultrasonic output and the processing time is preferably 100 to 3000 W · S, and more preferably 300 W · S to 900 W · S.

本発明において、ホーン及び支持金属治具の各材質は、一般的なものであればよく、例えばSUS、チタン等の材質が挙げられる。   In the present invention, each material of the horn and the supporting metal jig may be a general material, and examples thereof include materials such as SUS and titanium.

本発明によれば、セルロース材料(木材パルプシート等)を簡便な機械処理によってフィルム、シート等の形態に変えることができる。得られる可塑化セルロースは、包装材料、テープ等の支持基材、分離膜、透析膜、逆浸透膜、電池用セパレータ等として極めて有用である。   According to the present invention, the cellulosic material (wood pulp sheet or the like) can be changed into a film, sheet or the like by simple mechanical processing. The obtained plasticized cellulose is extremely useful as a packaging material, a supporting substrate such as a tape, a separation membrane, a dialysis membrane, a reverse osmosis membrane, and a battery separator.

本発明の可塑化セルロースの結晶構造は、I型であることが好ましい。セルロースの結晶構造はI型とII型とがあり、レーヨン等の再生セルロースは、その製造工程における化学処理によりI型がII型に変化するため、著しい分子量低下と機械的強度等の特性の低下が問題になる。I型結晶構造であることにより、機械的強度に関する各種パラメータの向上が期待できるので、様々な用途で有利である。   The crystal structure of the plasticized cellulose of the present invention is preferably type I. There are two types of cellulose crystal structures, type I and type II, and regenerated cellulose such as rayon changes from type I to type II due to chemical treatment in its production process, so it significantly reduces molecular weight and mechanical strength and other characteristics. Becomes a problem. The I-type crystal structure can be expected to improve various parameters related to mechanical strength, which is advantageous for various applications.

次に本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
市販の溶解パルプ(NDSP、日本製紙(株)製)のドライシート(含水率7wt%、厚さ1.2mm、坪量830g/m2)を、リンコ製プラスチック溶着機にてプレス圧25N/mm2、超音波周波数20kHz、超音波処理時間0.5秒、出力1500Wの条件で超音波処理した。
Example 1
A dry sheet (moisture content 7 wt%, thickness 1.2 mm, basis weight 830 g / m 2 ) of commercially available dissolving pulp (NDSP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was pressed at a pressure of 25 N / mm using a plastic welding machine made by Linco. 2. Ultrasonic treatment was performed under the conditions of an ultrasonic frequency of 20 kHz, an ultrasonic treatment time of 0.5 seconds, and an output of 1500 W.

(実施例2)
国内広葉樹ミックスとスプルース、ダグラスファーから得られた未晒クラフトパルプを酸素漂白、C−E−H−Dからなるシーケンス(塩素処理−アルカリ処理−次亜塩素酸塩処理−二酸化塩素処理)で漂白し、ISO白色度85%の晒パルプを得た。
(Example 2)
Unbleached kraft pulp obtained from domestic hardwood mix, spruce, and Douglas fir is bleached with oxygen bleaching and C-E-H-D sequence (chlorine treatment-alkali treatment-hypochlorite treatment-chlorine dioxide treatment) As a result, a bleached pulp having an ISO whiteness of 85% was obtained.

このパルプをナイヤガラビーターでカナダ標準濾水度(CSF)230mlになるまで叩解した後、ロジン系サイズ剤(荒川化学工業(株)製SPE)を対パルプ0.1%、硫酸バンドを対パルプ0.06%添加し、長網式抄紙機で坪量65g/m2の紙を抄造した。更にスーパーカレンダー処理を行って、厚さ65μmの半透明紙(含水率:6wt%、坪量65g/m2)を得た。この半透明紙をハーマン製超音波溶着機(ローテーティングホーンタイプ)にて、プレス圧10N/mm2、超音波周波数35kHz、超音波処理時間約0.5秒、出力800Wの条件で処理した。後述の方法で測定した全光線透過率は86%、ヘイズは54%であった。 This pulp was beaten with a Niagara beater to a Canadian standard freeness (CSF) of 230 ml, and then a rosin sizing agent (SPE manufactured by Arakawa Chemical Co., Ltd.) with 0.1% pulp and a sulfate band with 0 pulp. 0.06% was added, and a paper having a basis weight of 65 g / m 2 was made with a long net paper machine. Further, a super calendar treatment was performed to obtain a semi-transparent paper having a thickness of 65 μm (water content: 6 wt%, basis weight 65 g / m 2 ). This translucent paper was processed with a Herman ultrasonic welder (rotating horn type) under conditions of a press pressure of 10 N / mm 2 , an ultrasonic frequency of 35 kHz, an ultrasonic processing time of about 0.5 seconds, and an output of 800 W. The total light transmittance measured by the method described later was 86%, and the haze was 54%.

(比較例1)
実施例1において、溶解パルプへのプレス圧を25N/mm2とし、プレス時間を0.5秒とし、超音波照射は行わなかったこと以外は、実施例1と同様にしてサンプルを得た。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pressure applied to the dissolving pulp was 25 N / mm 2 , the pressing time was 0.5 seconds, and no ultrasonic irradiation was performed.

以下の比較例2及び3では、特許文献3及び非特許文献5に開示されたレーザー処理の効果追試を試みた。   In Comparative Examples 2 and 3 below, an attempt to follow the effect of the laser treatment disclosed in Patent Document 3 and Non-Patent Document 5 was attempted.

(比較例2)
実施例1で用いたドライシートを乳鉢で加圧しながら、パルスファイバーレーザー(レーザックス製IPG−Ybファイバーレーザー)を用いて、出力50%、周波数30kHz、加工速度833mm/秒、ピッチ:1本線、パス数1000の条件で処理した。
(Comparative Example 2)
While pressing the dry sheet used in Example 1 with a mortar, using a pulse fiber laser (IPG-Yb fiber laser manufactured by Laserx), output 50%, frequency 30 kHz, processing speed 833 mm / sec, pitch: 1 line, path Processing was performed under several thousand conditions.

(比較例3)
比較例2で、出力を100%として他は同じ条件で処理した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 2, the output was set to 100%, and the other conditions were processed under the same conditions.

(評価試験)
実施例1、2及び比較例1〜3で得られたサンプルについて、下記試験を実施した。試験1、2の結果を表1に、試験3の結果を図1に示す。
(Evaluation test)
The following tests were performed on the samples obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3. The results of Tests 1 and 2 are shown in Table 1, and the results of Test 3 are shown in FIG.

<試験1:目視観察>
処理部の透明性、着色等の様子を、未処理部との比較で目視にて確認した。
<Test 1: Visual observation>
The state of transparency, coloring and the like of the processing part was visually confirmed by comparison with the untreated part.

<試験2:透明性測定>
ヘイズメーター((株)村上色彩技術研究所製)にて、全光線透過率とヘイズを測定した。
<Test 2: Transparency measurement>
Total light transmittance and haze were measured with a haze meter (manufactured by Murakami Color Research Laboratory).

<試験3:広角X線回折測定>
広角X線回折装置((株)リガク製RINT2500)を用いて、X線源CuKα、出力50kV、300mA、検出器シンチレーションカウンターにて、透過光による測定を行った。図1に、実施例1のサンプルのX線プロファイルを示す。
<Test 3: Wide-angle X-ray diffraction measurement>
Using a wide-angle X-ray diffractometer (RINT2500 manufactured by Rigaku Corporation), measurement with transmitted light was performed with an X-ray source CuKα, output 50 kV, 300 mA, and a detector scintillation counter. FIG. 1 shows an X-ray profile of the sample of Example 1.

実施例1で得られた可塑化セルロースを、背面から光照射して正面から撮影した(図2)。また、比較例1及び3で得られた各サンプルも撮影した(図3及び4)。   The plasticized cellulose obtained in Example 1 was irradiated with light from the back and photographed from the front (FIG. 2). Moreover, each sample obtained in Comparative Examples 1 and 3 was also photographed (FIGS. 3 and 4).

表1に示したとおり、実施例1及び2では可塑化によってフィルムの透明性が増し、シートが厚い実施例1では平滑化も顕著である。実施例1の可塑化セルロースの透明性については、背面光を透過していることからも(図2の中央部の白い部分)明らかである。
一方、超音波処理を行わなかった比較例1、低めの出力でレーザー処理を行った比較例2では、フィルムの透明性に変化がなく、ホーン跡も残っていた(図3の凹み部分)。比較例2よりも高い出力でレーザー処理を行った比較例3では、熱分解が起こり背面に焦げ跡が残っていた(図4全体の黒ずみ)。これらの結果は、本発明の製造方法により、熱分解(焦げ)を抑制でき、透明なシートを得ることができることを示している。また、比較例2及び3においては先行技術に記載されている圧力、せん断力の付与を再現することが困難であったものの、レーザー処理の場合無変化から熱分解へと挙動が急変することから、それらの中間に位置する可塑化条件を見出すことは困難であることが分かった。
As shown in Table 1, in Examples 1 and 2, the transparency of the film is increased by plasticization, and in Example 1 in which the sheet is thick, smoothing is also remarkable. The transparency of the plasticized cellulose of Example 1 is clear from the fact that the back light is transmitted (white portion at the center in FIG. 2).
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the ultrasonic treatment was not performed and in Comparative Example 2 in which the laser treatment was performed at a lower output, the transparency of the film was not changed, and horn marks remained (dented portion in FIG. 3). In Comparative Example 3 in which laser treatment was performed at a higher output than Comparative Example 2, thermal decomposition occurred and a burnt mark remained on the back surface (darkening of the entire FIG. 4). These results indicate that the production method of the present invention can suppress thermal decomposition (burn) and obtain a transparent sheet. Moreover, in Comparative Examples 2 and 3, although it was difficult to reproduce the application of pressure and shear force described in the prior art, in the case of laser treatment, the behavior changes suddenly from no change to thermal decomposition. It was found difficult to find the plasticizing conditions located between them.

図1のX線プロファイルは、実施例1の可塑化セルロースの結晶構造は、典型的なI型であることを示している。一方、レーヨン等の再生セルロースからなる透明成形材料は、その製造工程における化学処理により、II型結晶構造を示す。よって図1の結果は、本発明により、再生セルロースからなる透明成形材料とは構造上明らかに異なる、機械的強度及び各種用途において有利であるとされるI型結晶構造の可塑化セルロースが得られることが分かる。   The X-ray profile of FIG. 1 shows that the crystal structure of the plasticized cellulose of Example 1 is a typical type I. On the other hand, a transparent molding material made of regenerated cellulose such as rayon exhibits a type II crystal structure by chemical treatment in the production process. Therefore, the results of FIG. 1 show that the present invention provides a plasticized cellulose having a crystal structure of type I, which is clearly different in structure from a transparent molding material made of regenerated cellulose and is advantageous in various applications. I understand that.

Claims (6)

セルロース材料にプレス処理下で超音波処理を施すことを含む、可塑化セルロースの製造方法。   A method for producing plasticized cellulose, comprising subjecting a cellulose material to ultrasonic treatment under press treatment. プレス処理におけるプレス圧は、1N/mm2〜1000N/mm2である、請求項1に記載の製造方法。 Pressing pressure in the press processing is 1N / mm 2 ~1000N / mm 2 , the manufacturing method according to claim 1. 超音波処理における周波数は、10kHz〜50kHzである、請求項1又は2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein a frequency in the ultrasonic treatment is 10 kHz to 50 kHz. 超音波処理における超音波の出力は、500W〜3000Wである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。   The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein an output of ultrasonic waves in the ultrasonic treatment is 500W to 3000W. 超音波処理の処理時間は、0.1秒〜2秒間である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein a treatment time of the ultrasonic treatment is 0.1 second to 2 seconds. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法により得られる可塑化セルロース。   The plasticized cellulose obtained by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-5.
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