JP2010180507A - Cellulose fiber dispersing liquid - Google Patents

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JP2010180507A JP2009025873A JP2009025873A JP2010180507A JP 2010180507 A JP2010180507 A JP 2010180507A JP 2009025873 A JP2009025873 A JP 2009025873A JP 2009025873 A JP2009025873 A JP 2009025873A JP 2010180507 A JP2010180507 A JP 2010180507A
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Kazuhito Ihara
一仁 伊原
Yasumitsu Fujino
泰光 藤野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cellulose dispersing liquid having high concentration and remarkably improved dispersion stability, free from gelation trouble and keeping transparency and to improve the productivity. <P>SOLUTION: The cellulose fiber dispersing liquid contains surface-treated cellulose fibers having an average fiber diameter of ≥2 nm and ≤200 nm, and the cellulose fiber concentration is ≥1 mass% and ≤30 mass%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はセルロース繊維分散液に関し、更に詳細には高濃度のセルロース繊維分散液に関する。   The present invention relates to a cellulose fiber dispersion, and more particularly to a high concentration cellulose fiber dispersion.

樹脂に各種繊維状強化剤を配合することで、その強度、剛性を大幅に向上させた繊維強化複合材料は、電気・電子、機械、自動車、建材等の産業分野で広く用いられている。この繊維強化複合材料に配合される繊維状強化材としては、優れた強度と軽量性を有するガラス繊維が主に用いられている。   BACKGROUND ART Fiber reinforced composite materials whose strength and rigidity are greatly improved by blending various fibrous reinforcing agents into resins are widely used in industrial fields such as electric / electronics, machinery, automobiles, and building materials. As the fibrous reinforcing material blended in the fiber-reinforced composite material, glass fibers having excellent strength and lightness are mainly used.

しかし、ガラス繊維強化材料では、高剛性化は達成されるが比重が大きくなるため、軽量化に限界があった。これに対し、繊維状強化材としてポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維といった有機材料からなる繊維強化材が検討されてきたが、これら強化材を配合した繊維強化材料は軽量性やサーマルリサイクル性については確保できるものの、機械的補強効果が十分でないという問題があった。   However, in the glass fiber reinforced material, although high rigidity is achieved, the specific gravity is large, so there is a limit to weight reduction. On the other hand, fiber reinforcement made of organic materials such as polyester fiber, polyamide fiber, and aramid fiber has been studied as a fibrous reinforcement, but fiber reinforcement materials containing these reinforcements are lightweight and thermal recyclable. Although it can be secured, there is a problem that the mechanical reinforcement effect is not sufficient.

一方、近年、カーボンニュートラルの観点から植物由来材料を利用した高機能材料が注目される中、この植物繊維を解繊してフィブリル化したセルロース繊維を樹脂に混合した繊維複合材料が提案されている。これら繊維を樹脂中に分散させる方法として、繊維と樹脂を混合し、二軸混練機を用いて分散させる方法が一般に用いられているが、樹脂中に繊維をナノレベルで分散させることは困難であったため、力学的強度を十分に確保するには至っていない。   On the other hand, in recent years, high-performance materials using plant-derived materials are attracting attention from the viewpoint of carbon neutral, and fiber composite materials in which cellulose fibers obtained by fibrillating and fibrillating these plant fibers have been proposed. . As a method for dispersing these fibers in the resin, a method of mixing the fibers and the resin and using a biaxial kneader is generally used, but it is difficult to disperse the fibers in the resin at the nano level. Therefore, sufficient mechanical strength has not been secured.

一方、この様な繊維を樹脂中に均一分散するために繊維を表面処理し、樹脂との相溶性を向上させる技術が報告されている(例えば、特許文献1,2)。   On the other hand, techniques for surface-treating fibers to uniformly disperse such fibers in the resin and improving compatibility with the resin have been reported (for example, Patent Documents 1 and 2).

しかし、文献1に関しては、セルロース繊維フィルムを先に作成し、フィルムをシランカップリング材溶液に浸漬する方法であり、繊維を樹脂中に均一に分散しているとはいえない。また、文献2では、セルロース繊維を溶媒に1質量%で分散しているところに樹脂を添加してセルロース繊維へ吸着させているが、セルロース繊維の分散液濃度が低く、とても産業分野に展開できる生産性を満足していない。   However, with respect to Document 1, it is a method in which a cellulose fiber film is first prepared and the film is immersed in a silane coupling material solution, and it cannot be said that the fibers are uniformly dispersed in the resin. Further, in Document 2, a resin is added to cellulose fiber dispersed at 1% by mass in a solvent and adsorbed onto the cellulose fiber. However, the concentration of the dispersion of cellulose fiber is low, and it can be developed in the industrial field. Not satisfied with productivity.

また、セルロース繊維の分散液濃度を表面処理なしであげた場合には、セルロースに多数存在する水酸基同士の水素結合によるゲル化が起こり、溶液(分散液)の流動性を著しく損なってしまう。また、セルロース繊維の水酸基同士の水素結合に伴う分子同士の凝集が生じ、分散液の透明性が失われてしまう。透明な樹脂とセルロース繊維の混合には、この透明性の低下が問題となっている。また、凝集に伴って、経時でセルロース繊維が凝集沈降してしまい均一な分散液でなくなってしまう。   Further, when the concentration of the dispersion of cellulose fibers is increased without surface treatment, gelation occurs due to hydrogen bonding between a large number of hydroxyl groups present in cellulose, and the fluidity of the solution (dispersion) is significantly impaired. Moreover, aggregation of the molecules accompanying the hydrogen bond between the hydroxyl groups of the cellulose fiber occurs, and the transparency of the dispersion is lost. This mixing of transparent resin and cellulose fiber has a problem with this decrease in transparency. In addition, with aggregation, the cellulose fibers aggregate and settle over time, resulting in a non-uniform dispersion.

特開2008−266630号公報JP 2008-266630 A 特開2008−184492号公報JP 2008-184492 A

従来のセルロース繊維分散液は、生産効率を高めるために、高濃度にしようとすると、ゲル化が起こり、溶液の流動性を著しく損なってしまい取り扱いが困難であった。また、ゲル化に伴う分子同士の凝集が生じ、分散液の透明性が失われていた。本発明の目的は、分散安定性を顕著に向上させ、ゲル化させることなく、透明性を維持できる高濃度のセルロース分散液を提供することである。さらに本発明のセルロース繊維の分散液を用いることにより産業分野に展開できる生産性をうることにある。   Conventional cellulose fiber dispersions are difficult to handle because gelation occurs when the concentration is increased in order to increase production efficiency, and the fluidity of the solution is significantly impaired. Moreover, aggregation of molecules accompanying gelation occurred, and the transparency of the dispersion was lost. An object of the present invention is to provide a high-concentration cellulose dispersion that can significantly improve dispersion stability and maintain transparency without causing gelation. Furthermore, it is to obtain productivity that can be developed in the industrial field by using the dispersion of cellulose fiber of the present invention.

本発明の課題は、以下の構成により達成される。   The object of the present invention is achieved by the following configurations.

1.平均繊維径が2nm以上200nm以下である表面処理されたセルロース繊維を含有するセルロース繊維分散液であって、該セルロース繊維の濃度が1質量%以上30質量%以下であることを特徴とするセルロース繊維分散液。   1. A cellulose fiber dispersion containing surface-treated cellulose fibers having an average fiber diameter of 2 nm to 200 nm, wherein the cellulose fibers have a concentration of 1% by mass to 30% by mass Dispersion.

2.前記セルロース繊維の濃度が5質量%以上30質量%以下であることを特徴とする前記1に記載のセルロース繊維分散液。   2. 2. The cellulose fiber dispersion according to 1 above, wherein the concentration of the cellulose fiber is 5% by mass or more and 30% by mass or less.

3.前記表面処理が、疎水性シランカップリング剤または両親媒性ポリマーによる処理であることを特徴とする前記1または2に記載のセルロース繊維分散液。   3. 3. The cellulose fiber dispersion according to 1 or 2, wherein the surface treatment is a treatment with a hydrophobic silane coupling agent or an amphiphilic polymer.

セルロース繊維の分散液濃度を、表面処理なしで上げた場合、セルロースに多数存在する水酸基同士の水素結合によるゲル化が起こり、溶液の流動性を著しく損なってしまう。また、セルロース繊維をミクロフィブリル化したような分散液では、繊維径が小さくなることにより比表面積が増加し、表面により多くの水酸基が露出することで、ゲル化速度も速くなる。   When the concentration of the dispersion of cellulose fibers is increased without surface treatment, gelation occurs due to hydrogen bonding between hydroxyl groups present in a large number of cellulose, and the fluidity of the solution is significantly impaired. In addition, in a dispersion liquid in which cellulose fibers are microfibrillated, the specific surface area is increased by decreasing the fiber diameter, and the gelation rate is increased by exposing more hydroxyl groups to the surface.

本発明によれば、セルロース繊維に表面処理を施すことにより、ナノオーダーの繊維径にまでにセルロース繊維がなったとき、ゲル化を防止でき、かつ液の流動性を保つことができるため、取り扱い上とても便利である。また水酸基を表面処理剤で保護しているため、繊維同士の凝集も少なく、セルロース繊維がナノオーダーの繊維径になった場合でも、分散液の透明性を維持できる。このようなナノオーダー繊維径のセルロース分散液を、透明なポリマーフィルムに塗工、または、透明な樹脂中に均一に分散させたポリマーコンポジットなどを作成することにより、透明性を維持したまま、ポリマーフィルムまたはポリマーコンポジット単体の引張り強度、曲げ強度、耐傷性、低線膨張などの力学特性を大幅に向上させることができる。   According to the present invention, by subjecting the cellulose fiber to surface treatment, when the cellulose fiber has reached the nano-order fiber diameter, gelation can be prevented and the fluidity of the liquid can be maintained. Very convenient on top. Further, since the hydroxyl group is protected by the surface treatment agent, the aggregation of the fibers is small, and the transparency of the dispersion can be maintained even when the cellulose fibers have a nano-order fiber diameter. By applying such a nano-order fiber diameter cellulose dispersion to a transparent polymer film or creating a polymer composite that is uniformly dispersed in a transparent resin, the polymer is maintained while maintaining transparency. Mechanical properties such as tensile strength, bending strength, scratch resistance, and low linear expansion of the film or polymer composite alone can be greatly improved.

以下、本発明を実施形態に基づいて説明するが、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, although this invention is demonstrated based on embodiment, it is not limited to these.

本発明は、平均繊維径が2nm以上200nm以下である表面処理されたセルロース繊維を含有するセルロース繊維分散液であって、該セルロース繊維の濃度が1質量%以上30質量%以下であることを特徴としている。   The present invention is a cellulose fiber dispersion containing surface-treated cellulose fibers having an average fiber diameter of 2 nm or more and 200 nm or less, wherein the concentration of the cellulose fibers is 1% by mass or more and 30% by mass or less. It is said.

以下、本発明を更に詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

(セルロース繊維)
本発明のセルロース繊維は、ミクロフィブリルの状態まで解繊されておればよく、さらに繊維表面が化学修飾、あるいは物理修飾により表面処理されたものである。
(Cellulose fiber)
The cellulose fiber of the present invention only needs to be fibrillated to the microfibril state, and the fiber surface is further subjected to surface treatment by chemical modification or physical modification.

本発明に用いる原料セルロース繊維としては、植物由来のパルプ、木材、コットン、麻、竹、綿、ケナフ、ヘンプ、ジュート、バナナ、ココナツ、海草、お茶葉等の植物繊維から分離した繊維、海産動物であるホヤが産生する動物繊維から分離した繊維、あるいは酢酸菌より産生させたバクテリアセルロース等が挙げられる。   Examples of the raw material cellulose fiber used in the present invention include plant-derived pulp, wood, cotton, hemp, bamboo, cotton, kenaf, hemp, jute, banana, coconut, seaweed, tea leaves, etc. Examples include fibers separated from animal fibers produced by sea squirts, and bacterial cellulose produced from acetic acid bacteria.

これらの中で、植物繊維から分離した繊維が好ましく用いることができるが、より好ましくはパルプ、コットン等の植物繊維から得られる繊維である。   Among these, fibers separated from plant fibers can be preferably used, but fibers obtained from plant fibers such as pulp and cotton are more preferable.

本発明においては、これらの繊維をホモジナイザーやグラインダー等を用いて解繊処理し、微細化したミクロフィブリル状のセルロース繊維とするが、含有されるセルロースが繊維状態を保持している限りにおいては、その解繊維処理方法について何ら制限はない。   In the present invention, these fibers are defibrated using a homogenizer, a grinder or the like to obtain a microfibrillated cellulose fiber, but as long as the contained cellulose maintains the fiber state, There is no restriction | limiting about the defibrillation processing method.

また木材のような硬いものは、ホモジナイザーで直接処理できない場合、プレ解砕として乾式粉砕機で粉体化する必要があるものもある。   In addition, hard materials such as wood may need to be pulverized with a dry pulverizer as pre-crushing if they cannot be processed directly with a homogenizer.

具体例として、パルプ等のセルロース繊維を、水を入れた分散容器に0.1〜3質量%となるように投入し、これを高圧ホモジナイザーで解繊処理して、平均繊維径0.1〜10μm程度のミクロフィブリルに解繊されたセルロース繊維の水分散液を得る。更にグラインダー等で繰り返し磨砕処理することで、平均繊維径2〜500nm程度のナノオーダーのセルロース繊維を得ることができる。上記磨砕処理に用いられるグラインダーとしては、例えば、ピュアファインミル(栗田機械製作所社製)等が挙げられる。   As a specific example, cellulose fibers such as pulp are introduced into a dispersion container containing water so as to be 0.1 to 3% by mass, and this is defibrated with a high-pressure homogenizer to obtain an average fiber diameter of 0.1 to 3%. An aqueous dispersion of cellulose fibers defibrated to about 10 μm microfibrils is obtained. Further, by repeatedly grinding with a grinder or the like, nano-order cellulose fibers having an average fiber diameter of about 2 to 500 nm can be obtained. Examples of the grinder used for the grinding treatment include a pure fine mill (manufactured by Kurita Machinery Co., Ltd.).

また、別の方法として、セルロース繊維の分散液を一対のノズルから250MPa程度の高圧でそれぞれ噴射させ、その噴射流を互いに高速で衝突させることによってセルロース繊維を粉砕する、高圧式ホモジナイザーを用いる方法が知られている。用いられる装置としては、例えば、三和機械社製の「ホモジナイザー」、スギノマシン(株)製の「アルテマイザーシステム」、等が挙げられる。   As another method, there is a method using a high-pressure homogenizer in which cellulose fiber dispersion is jetted from a pair of nozzles at a high pressure of about 250 MPa, and the jet fibers collide with each other at a high speed to pulverize the cellulose fibers. Are known. Examples of the apparatus used include “Homogenizer” manufactured by Sanwa Machinery Co., Ltd., “Artemizer System” manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., and the like.

このようにして解繊処理して得られるセルロース繊維の平均繊維径としては、2nm以上、200nm以下であり、より好ましくは2nm以上、100nm以下、更に好ましくは4nm以上、40nm以下である。   The average fiber diameter of the cellulose fibers obtained by fibrillation in this manner is 2 nm or more and 200 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, and further preferably 4 nm or more and 40 nm or less.

ここで示される平均繊維径は、樹脂中に分散した繊維の径の平均値であり、電子顕微鏡による画像観察結果より求められる。   The average fiber diameter shown here is an average value of the diameters of the fibers dispersed in the resin, and is obtained from an image observation result by an electron microscope.

本発明において、セルロース繊維の平均繊維径が200nmを超えると、繊維複合材料の強度が不十分となる恐れがある。一方、セルロース繊維の平均繊維径が2nm未満のものは上記の解繊処理、磨砕処理等によっては得ることが難しい。   In this invention, when the average fiber diameter of a cellulose fiber exceeds 200 nm, there exists a possibility that the intensity | strength of a fiber composite material may become inadequate. On the other hand, cellulose fibers having an average fiber diameter of less than 2 nm are difficult to obtain by the above-described defibrating treatment, grinding treatment and the like.

また、セルロース繊維の長さについては特に限定されるものではないが、平均繊維長で50nm以上が好ましく、更に好ましくは100nm以上である。この平均繊維長が50nmより短いと、繊維複合材料の強度が不十分となるおそれがある。   Moreover, although it does not specifically limit about the length of a cellulose fiber, 50 nm or more is preferable by average fiber length, More preferably, it is 100 nm or more. If the average fiber length is shorter than 50 nm, the strength of the fiber composite material may be insufficient.

本発明においては、平均繊維径、平均繊維長の測定は、得られた繊維について、透過型電子顕微鏡、H−1700FA型(日立製作所社製)を用いて10000倍の倍率で観察した後、得られた画像について無作為に繊維を100本選び、画像処理ソフト(WINROOF)を用いて一本毎の繊維径、および繊維長を解析し、それらの単純な数平均値で求め行った。   In the present invention, the average fiber diameter and the average fiber length are measured after observing the obtained fiber at a magnification of 10,000 times using a transmission electron microscope, H-1700FA type (manufactured by Hitachi, Ltd.). Randomly, 100 fibers were selected from the obtained images, and the fiber diameter and fiber length of each fiber were analyzed using image processing software (WINROOF), and their simple number average values were obtained.

(セルロースの表面処理方法)
ミクロフィブリル化したセルロース繊維は、良好な分散性を保っているが、繊維径がナノレベルまで小さくなることで繊維の比表面積が増大し、表面の水酸基数が増加する。これにより水酸基同士の水素結合性が増し、時間と共に水素結合による繊維同士の凝集がおこりやすくなる。また、この凝集体が水分子を抱き込み分散液がゲル化をおこす。このため、ミクロフィブリル繊維が分散した分散液の再凝集を防ぐために、セルロース繊維の表面処理手段として、セルロースの水酸基を修飾して、水素結合由来の凝集を少なくするセルロース繊維の水酸基を表面修飾する方法がある。
(Surface treatment method of cellulose)
Although the microfibrillated cellulose fiber maintains good dispersibility, the specific surface area of the fiber increases and the number of hydroxyl groups on the surface increases as the fiber diameter decreases to the nano level. As a result, the hydrogen bonding between the hydroxyl groups increases, and the fibers tend to aggregate due to hydrogen bonding over time. Moreover, this aggregate embeds water molecules, and the dispersion causes gelation. For this reason, in order to prevent re-aggregation of the dispersion in which microfibril fibers are dispersed, as a surface treatment means for cellulose fibers, the hydroxyl groups of cellulose are modified to reduce the aggregation due to hydrogen bonding, thereby modifying the surface of the cellulose fibers. There is a way.

セルロース繊維の表面修飾としては、化学修飾、あるいは物理修飾があるが好ましくは化学修飾法であり、化学修飾についてより具体的に説明する。   The surface modification of the cellulose fiber includes chemical modification or physical modification, but a chemical modification method is preferable, and the chemical modification will be described more specifically.

本発明においては、セルロース繊維の水酸基を、酸、アルコール類、ハロゲン化試薬、酸無水物、イソシアナート類、シランカップリング剤等の修飾剤を用いて化学修飾させる。また、ポリマー等の修飾剤を用いることも好ましい。セルロースの水酸基との水素結合等を介しセルロース繊維上に吸着することで表面を修飾する。   In the present invention, the hydroxyl group of the cellulose fiber is chemically modified using a modifying agent such as an acid, an alcohol, a halogenating reagent, an acid anhydride, an isocyanate, or a silane coupling agent. It is also preferable to use a modifier such as a polymer. The surface is modified by adsorbing on cellulose fibers through hydrogen bonding with a hydroxyl group of cellulose.

化学修飾する方法は公知の方法に従って行うことができ、例えば、解繊処理したセルロース繊維を水、あるいは適当な溶媒に添加して分散させた後、これに化学修飾剤を添加して適当な反応条件下で反応させれば良い。この場合、化学修飾剤の他に、必要に応じて反応触媒を添加することができ、例えば、ピリジンやN,N−ジメチルアミノピリジン、トリエチルアミン、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、水酸化ナトリウム等の塩基性触媒や酢酸、硫酸、過塩素酸等の酸性触媒を用いることができるが、反応速度や重合度の低下を防止するため、ピリジン等の塩基性触媒を用いることが好ましい。反応温度としては、セルロース繊維の黄変や重合度の低下等の変質を抑制し、反応速度を確保する点で、40〜100℃程度が好ましい。反応時間については用いる修飾剤や処理条件により適宜選定すればよい。   The chemical modification can be carried out according to a known method. For example, after cellulose fiber that has been defibrated is added to water or an appropriate solvent and dispersed, then a chemical modifier is added to the reaction to perform an appropriate reaction. What is necessary is just to make it react on conditions. In this case, in addition to the chemical modifier, a reaction catalyst can be added as necessary. For example, pyridine, N, N-dimethylaminopyridine, triethylamine, sodium methoxide, sodium ethoxide, sodium hydroxide, etc. A basic catalyst or an acidic catalyst such as acetic acid, sulfuric acid, or perchloric acid can be used, but a basic catalyst such as pyridine is preferably used in order to prevent a decrease in reaction rate and degree of polymerization. As reaction temperature, about 40-100 degreeC is preferable at the point which suppresses deterioration, such as yellowing of a cellulose fiber, and the fall of a polymerization degree, and ensuring reaction rate. The reaction time may be appropriately selected depending on the modifier used and the processing conditions.

化学修飾によりセルロース繊維に導入する官能基としては、例えば、アセチル基、メタクリロイル基、プロパノイル基、ブタノイル基、iso−ブタノイル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、メチル基、エチル基、プロピル基、iso−プロピル基、ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。   Examples of functional groups introduced into cellulose fibers by chemical modification include, for example, acetyl group, methacryloyl group, propanoyl group, butanoyl group, iso-butanoyl group, pentanoyl group, hexanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, methyl group, ethyl group, Examples include propyl group, iso-propyl group, butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group and the like.

本発明において、これら官能基導入する場合は、前記修飾剤のうち、例えばこれらの官能基を導入できるシランカップリング剤等が好ましく用いられる。   In the present invention, when introducing these functional groups, among the modifiers, for example, silane coupling agents capable of introducing these functional groups are preferably used.

また、前記シランカップリング剤に加えて、本発明においてはセルロース繊維の表面処理を行う修飾剤(ポリマー修飾剤)として両親媒性ポリマーを用いることも好ましい。   Moreover, in addition to the said silane coupling agent, it is also preferable to use an amphiphilic polymer as a modifier (polymer modifier) which performs the surface treatment of a cellulose fiber in this invention.

一方、最近、解繊処理と表面修飾を同時に行ってしまう報告もある。植物資源からリグニン等の不純物を除去、精製して得る天然セルロースをいったん溶媒に溶解させて得られる再生セルロースを原料とし、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル(以下、TEMPOと表記する)の存在下、次亜塩素酸のような酸化剤を作用させて酸化反応を進行させる方法である。これによれば、再生セルロースを形成するセルロース鎖が分子鎖レベルで、しかもセルロース鎖の構成モノマー単位であるグルコピラノーズ環中のC6位の一級水酸基のみが選択的に酸化され、アルデヒドを経由してカルボキシル基にまで酸化される。この報告(「Cellulose」Vol.5、1998年、第153〜164ページにおけるA.Isogai及びY.Katoによる「TEMPO触媒酸化によるセルロースからのポリウロン酸の調製」と題する記事)の方法を、セルロース繊維のナノファイバーを作成する本方法で作成したセルロース繊維に使用することも可能である。この方法で作成されたセルロース繊維のナノファイバーも上記化学修飾の方法と同様表面水酸基が修飾されたセルロース繊維として用いることが可能である。   On the other hand, recently, there are reports that defibration treatment and surface modification are performed simultaneously. Natural cellulose obtained by removing and purifying impurities such as lignin from plant resources is dissolved in a solvent, and the raw material is regenerated cellulose. 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl (hereinafter, TEMPO) In the presence of the above, an oxidizing agent such as hypochlorous acid is allowed to act to advance the oxidation reaction. According to this, the cellulose chain forming the regenerated cellulose is at the molecular chain level, and only the primary hydroxyl group at the C6 position in the glucopyranose ring, which is a constituent monomer unit of the cellulose chain, is selectively oxidized and passes through the aldehyde. It is oxidized to a carboxyl group. The method of this report ("Cellulose" Vol. 5, 1998, pages 153 to 164, article entitled "Preparation of polyuronic acid from cellulose by TEMPO-catalyzed oxidation" by A. Isogai and Y. Kato) cellulose fiber It is also possible to use it for the cellulose fiber produced by this method for producing the nanofiber. Nanofibers of cellulose fibers prepared by this method can also be used as cellulose fibers having surface hydroxyl groups modified in the same manner as the above chemical modification method.

このような手法で表面処理された、セルロース繊維は、表面の水酸基が修飾されるため、セルロース繊維の溶剤(分散媒)に対する濃度は、1質量%以上30質量%以下とすることが可能である。また好ましくは、5質量%以上30質量%以下とすることも可能であり、収率を上げることができる。   Cellulose fibers that have been surface-treated by such a method are modified with hydroxyl groups on the surface, so that the concentration of cellulose fibers with respect to the solvent (dispersion medium) can be 1% by mass or more and 30% by mass or less. . Moreover, it is also possible to make it 5 mass% or more and 30 mass% or less preferably, and a yield can be raised.

セルロース繊維の解繊処理は、溶剤(分散媒)である水に対して、セルロース繊維の濃度は、0.1質量%以上3質量%以下で行うが、セルロース繊維の表面処理後、前記の濃度に濃縮する方法としては、エバポレーター、膜分離方法等の濃縮方法を用いて濃縮してよい。   The cellulose fiber is defibrated with water as a solvent (dispersion medium) at a concentration of cellulose fiber of 0.1% by mass or more and 3% by mass or less. As a method of concentrating, a concentration method such as an evaporator or a membrane separation method may be used.

繊維の表面処理は、解繊処理後のセルロース繊維を、風乾、オーブン乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の手段で一度乾燥させた後、表面処理に必要な濃度で溶媒中に分散させ行ってもよい。   The fiber surface treatment may be performed by once drying the cellulose fiber after defibration treatment by means of air drying, oven drying, vacuum drying, freeze drying, etc., and then dispersing it in a solvent at a concentration necessary for the surface treatment. Good.

また、表面処理を行うとき、解繊直後のセルロース繊維の濃度は、0.1質量%以上3質量%以下で行って、表面処理後、セルロース繊維の溶剤に対する濃度を、1質量%以上30質量%以下となるようにエバポレーター、膜分離方法等の濃縮方法で濃縮する表面処理後の濃縮方法が好ましい。可能であれば、解繊直後のセルロース繊維の濃度は、0.1質量%以上3質量%以下のセルロース分散液をエバポレーター、膜分離方法等の濃縮方法で濃縮したのち、表面処理を行ってもよいが、表面処理前は、セルロース繊維表面に多数の水酸基が露出しており、ゲル化の原因になるため、好ましくは、表面処理後に濃縮する方法がよい。   Moreover, when performing surface treatment, the density | concentration of the cellulose fiber immediately after defibration is 0.1 mass% or more and 3 mass% or less, and after the surface treatment, the density | concentration with respect to the solvent of a cellulose fiber is 1 mass% or more and 30 mass%. The concentration method after the surface treatment in which concentration is performed by a concentration method such as an evaporator or a membrane separation method is preferable so as to be less than or equal to%. If possible, the concentration of the cellulose fiber immediately after defibration may be 0.1% by mass or more and 3% by mass or less of a cellulose dispersion by concentrating it by a concentration method such as an evaporator or a membrane separation method, followed by surface treatment. However, before the surface treatment, many hydroxyl groups are exposed on the surface of the cellulose fiber and cause gelation. Therefore, a method of concentrating after the surface treatment is preferable.

なお、分散媒となるセルロース繊維の解繊処理に用いる溶剤は特に限定はないが、水乃至水を主体とする溶媒を用いることが好ましい。水を主体とする溶媒とは、90%以上は水であり他にこれと混合する後述の如き有機溶媒を一以上含むものをいう。   There is no particular limitation on the solvent used for the defibrating treatment of the cellulose fiber serving as the dispersion medium, but it is preferable to use water or a solvent mainly composed of water. The solvent mainly composed of water refers to a solvent containing 90% or more of water and one or more organic solvents as described later mixed therewith.

また、解繊処理後、表面処理を行うときには、水、また水を主体とする溶媒を用いてもよいが、修飾剤とセルロース繊維の水酸基の反応また相互作用を妨げないものが好ましく、修飾剤の種類によっては、アルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、アセトニトリル、アセトアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、ピリジン等から選ばれる溶媒を用いることができる。溶媒を変更するには、例えば、水により解繊したセルロース繊維分散液を、膜分離法を用いて徐々に溶媒置換する方法、また蒸留により徐々に溶媒置換する方法等が用いられる。これにより分散媒の置換を行うことができる。   Further, when the surface treatment is performed after the defibration treatment, water or a solvent mainly composed of water may be used, but those which do not hinder the reaction or interaction between the modifier and the hydroxyl group of the cellulose fiber are preferable. Depending on the type, a solvent selected from alcohols, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, ether solvents such as acetonitrile, acetamide, tetrahydrofuran and dioxane, pyridine and the like can be used. In order to change the solvent, for example, a method of gradually replacing the cellulose fiber dispersion defibrated with water using a membrane separation method or a method of gradually replacing the solvent by distillation is used. Thereby, the dispersion medium can be replaced.

次に、セルロース繊維の表面修飾(表面処理)に好ましく用いられるシランカップリング剤を以下にあげる。   Next, silane coupling agents preferably used for surface modification (surface treatment) of cellulose fibers are listed below.

(シランカップリング剤)
表面処理としては、親水性処理、疎水性処理とあるが、一般的な汎用性樹脂、またはフィルムは、疎水的なものが多く、そのような樹脂、フィルムに本発明セルロース繊維を、均一に混合を行おうとした場合、セルロース繊維の表面を疎水化することが好ましく、疎水化の手段としては、一般的に市販されている種類が豊富なシランカップリング剤を用いるとよい。
(Silane coupling agent)
Surface treatment includes hydrophilic treatment and hydrophobic treatment, but general versatile resins or films are often hydrophobic, and the cellulose fiber of the present invention is uniformly mixed with such resins and films. When it is going to perform, it is preferable to hydrophobize the surface of a cellulose fiber, and it is good to use the silane coupling agent with many kinds generally marketed as a hydrophobization means.

具体的な疎水化処理剤としてのシランカップリング剤としては、
シラザン類:ビニルシラザン、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、
クロロシラン類:トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、
アルコキシシラン類:トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、
シランカップリング剤類:ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリス(メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン
等が適用可能であり、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロロシラン等が好適である。
As a specific silane coupling agent as a hydrophobizing agent,
Silazanes: vinylsilazane, hexamethyldisilazane, tetramethyldisilazane,
Chlorosilanes: trimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane,
Alkoxysilanes: trimethylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane,
Silane coupling agents: vinyltriacetoxysilane, vinyltris (methoxyethoxy) silane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, allyltrimethoxysilane, etc. are applicable, trimethylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxy Silane, hexamethyldisilazane, trimethylchlorosilane and the like are preferable.

またこれらの疎水化処理剤はヘキサン、トルエン、メタノール、エタノール、アセトン、ピリジン、水等で適宜希釈して用いてもよい。   These hydrophobizing agents may be appropriately diluted with hexane, toluene, methanol, ethanol, acetone, pyridine, water or the like.

これらの疎水化処理剤は1種類のみを用いても、複数種類を併用してもよく、疎水化処理剤によって得られる疎水化処理後のセルロース繊維をさらに疎水化してもよい。疎水化処理剤の割合は特に限定されるものではないが、疎水化処理後のセルロース繊維に対して、疎水化処理剤の割合が10質量%以上99質量%以下であることが好ましく、30質量%以上98質量%以下であることがより好ましい。   These hydrophobizing agents may be used alone or in combination, and the hydrophobized cellulose fibers obtained by the hydrophobizing agent may be further hydrophobized. The proportion of the hydrophobizing agent is not particularly limited, but the proportion of the hydrophobizing agent is preferably 10% by mass or more and 99% by mass or less with respect to the cellulose fiber after the hydrophobizing treatment, and 30% by mass. % To 98% by mass is more preferable.

また、セルロース繊維の表面修飾(表面処理)に好ましく用いられる両親媒性ポリマーを以下にあげる。   The amphiphilic polymers preferably used for the surface modification (surface treatment) of cellulose fibers are listed below.

(両親媒性ポリマー)
両親媒性ポリマーとは、ポリマーのユニット中に親水性成分と親油性成分を併せもつポリマーであり、有機溶媒、水の両者中においてそれぞれ溶解分散する性質を有している。両親媒性ポリマーによる表面処理は、セルロース繊維上に水酸基との親和性(水素結合を含む)により吸着することによるので、セルロース分散液に添加・混合し吸着させる。
(Amphiphilic polymer)
An amphiphilic polymer is a polymer having both a hydrophilic component and a lipophilic component in a polymer unit, and has a property of dissolving and dispersing in both an organic solvent and water. Since the surface treatment with the amphiphilic polymer is performed by adsorbing on the cellulose fiber due to affinity (including hydrogen bonding) with the hydroxyl group, it is added to, mixed with, and adsorbed to the cellulose dispersion.

ポリマーとしては、側鎖に親水性成分と親油性成分を併せもつ単独モノマーからなるホモポリマーでもよく、親水性成分モノマーと親油性成分モノマーを共重合させた、共重合ポリマーでもよい。   The polymer may be a homopolymer composed of a single monomer having both a hydrophilic component and a lipophilic component in the side chain, or may be a copolymer polymer obtained by copolymerizing a hydrophilic component monomer and a lipophilic component monomer.

例えば、(ポリオキシアルキレン)アクリレート及びメタクリレートは、市販のヒドロキシポリ(オキシアルキレン)材料、例えば商品名“プルロニック”[Pluronic(旭電化工業(株)製)]、アデカポリエーテル(旭電化工業(株)製)、カルボワックス[Carbowax(グリコ・プロダクス)]、トリトン[Toriton(ローム・アンド・ハース(Rohm and Haas製))]およびP.E.G(第一工業製薬(株)製)として一般に販売されているものを使用できる。   For example, (polyoxyalkylene) acrylate and methacrylate are commercially available hydroxypoly (oxyalkylene) materials such as “Pluronic” (Pluronic (manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.)), Adeka Polyether (Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.). )), Carbowax [Carbowax (Glyco Products)], Triton [Toriton (from Rohm and Haas)] and P.I. E. What is generally sold as G (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) can be used.

また、親水性成分モノマーと親油性成分モノマーを共重合させて両親媒性のポリマーを合成してもよい。その際には、重合方法が容易でかつモノマー種類の豊富なアクリル系樹脂が好ましく、アクリル系樹脂としては、アクリルモノマーだけによるホモポリマーでもよく、またアクリルモノマーを基本として他のモノマーと共重合してもよい。   Alternatively, an amphiphilic polymer may be synthesized by copolymerizing a hydrophilic component monomer and a lipophilic component monomer. In this case, an acrylic resin that is easy to polymerize and has a wide variety of monomers is preferred. The acrylic resin may be a homopolymer based only on the acrylic monomer, or may be copolymerized with other monomers based on the acrylic monomer. May be.

アクリルモノマーとしては、一般的なアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリルクロリド、メタクリルクロリドまたは無水アクリル酸等が挙げられる。   Examples of the acrylic monomer include general acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, acrylic chloride, methacrylic chloride, and acrylic acid anhydride.

特殊な構造のもので上市されているものとして、日本油脂株式会社製のポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートとしてブレンマーPE−90、ブレンマーPE−200、ブレンマーPE−350、ブレンマーAE−90、ブレンマーAE−200、ブレンマーAE−400、ブレンマーPP−1000、ブレンマーPP−500、ブレンマーPP−800、ブレンマーAP−150、ブレンマーAP−400、ブレンマーAP−550、ブレンマーAP−800、ブレンマー50PEP−300、ブレンマー70PEP−350B、ブレンマーAEPシリーズ、ブレンマー55PET−400、ブレンマー30PET−800、ブレンマー55PET−800、ブレンマーAETシリーズ、ブレンマー30PPT−800、ブレンマー50PPT−800、ブレンマー70PPT−800、ブレンマーAPTシリーズ、ブレンマー10PPB−500B、ブレンマー10APB−500Bなどがあげられる。同様に日本油脂株式会社製のアルキル末端ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートとしてブレンマーPME−100、ブレンマーPME−200、ブレンマーPME−400、ブレンマーPME−1000、ブレンマーPME−4000、ブレンマーAME−400、ブレンマー50POEP−800B、ブレンマー50AOEP−800B、ブレンマーPLE−200、ブレンマーALE−200、ブレンマーALE−800、ブレンマーPSE−400、ブレンマーPSE−1300、ブレンマーASEPシリーズ、ブレンマーPKEPシリーズ、ブレンマーAKEPシリーズ、ブレンマーANE−300、ブレンマーANE−1300、ブレンマーPNEPシリーズ、ブレンマーPNPEシリーズ、ブレンマー43ANEP−500、ブレンマー70ANEP−550など、また共栄社化学株式会社製ライトエステルMC、ライトエステル130MA、ライトエステル041MA、ライトアクリレートBO−A、ライトアクリレートEC−A、ライトアクリレートMTG−A、ライトアクリレート130A、ライトアクリレートDPM−A、ライトアクリレートP−200A、ライトアクリレートNP−4EA、ライトアクリレートNP−8EAなどがあげられ、これらの中から選択し用いることができる。   As a commercially available product having a special structure, as a polyalkylene glycol mono (meth) acrylate manufactured by NOF Corporation, Blemmer PE-90, Blemmer PE-200, Blemmer PE-350, Blemmer AE-90, Blemmer AE -200, Blemmer AE-400, Blemmer PP-1000, Blemmer PP-500, Blemmer PP-800, Blemmer AP-150, Blemmer AP-400, Blemmer AP-550, Blemmer AP-800, Blemmer 50 PEP-300, Blemmer 70 PEP -350B, Blemmer AEP series, Blemmer 55PET-400, Blemmer 30PET-800, Blemmer 55PET-800, Blemmer AET series, Blemmer 30PPT-800, Buremer Ma 50PPT-800, Blemmer 70PPT-800, Blemmer APT series, Brenmer 10PPB-500B, such as Brenmer 10APB-500B and the like. Similarly, Blemmer PME-100, Blemmer PME-200, Blemmer PME-400, Blemmer PME-1000, Blemmer PME-4000, Blemmer AME-400, Blemmer as alkyl-terminated polyalkylene glycol mono (meth) acrylates manufactured by NOF Corporation. 50POEP-800B, Blemmer 50AOEP-800B, Blemmer PLE-200, Blemmer ALE-200, Blemmer ALE-800, Blemmer PSE-400, Blemmer PSE-1300, Blemmer ASE series, Blemmer PKEP series, Blemmer AKEP series, Blemmer AE-300 , Blemmer ANE-1300, Blemmer PNEP series, Blemmer PNPE series, Blemmer 43ANE -500, BLEMMER 70ANEP-550, etc., and Kyoeisha Chemical Co., Ltd. light ester MC, light ester 130MA, light ester 041MA, light acrylate BO-A, light acrylate EC-A, light acrylate MTG-A, light acrylate 130A, light Acrylate DPM-A, light acrylate P-200A, light acrylate NP-4EA, light acrylate NP-8EA and the like can be mentioned, and these can be selected and used.

またアクリルモノマー以外のものとしては、アクリルミド系として代表的にはダイアセトンアクリルアミド、アクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)、N−エチルアクリルアミド、N−ピロリジニルアクリルアミド、N−シクロプロピルアクリルアミド、N−ジエチルアクリルアミド、N−メチル、N−イソロプロピルアクリルアミド、N−プロピルアクリルアミド、N−メチル、N−イソロプロピルアクリルアミド、N−ピペリジニルアクリルアミド、N−プロピルアクリルアミド等が挙げられる。   Other than acrylic monomers, acrylimides typically include diacetone acrylamide, acrylamide, N-isopropyl acrylamide (NIPAM), N-ethyl acrylamide, N-pyrrolidinyl acrylamide, N-cyclopropyl acrylamide, N -Diethylacrylamide, N-methyl, N-isopropylacrylamide, N-propylacrylamide, N-methyl, N-isopropylpropylacrylamide, N-piperidinylacrylamide, N-propylacrylamide and the like.

また、ビニル系モノマーとしては、ビニルアルコール、酢酸ビニル等が挙げられる。   Examples of the vinyl monomer include vinyl alcohol and vinyl acetate.

これらのモノマーを任意の比率で共重合することでポリマーの親水性、疎水性を制御できる。   By copolymerizing these monomers at an arbitrary ratio, the hydrophilicity and hydrophobicity of the polymer can be controlled.

両親媒性ポリマーの合成による例としては、イソプロピルアクリルアミド(株式会社興人製)、ブレンマーPME−400(株式会社日本油脂製)共重合体などがあげられる。(ブレンマーPME−400:−(CHCHO)−CH(m≒9)を有するメタアクリレート)
両親媒性ポリマーの分子量に関しては、特に限定しないが、好ましくは、1万以上50万以下が好ましい。
Examples of the synthesis of amphiphilic polymers include isopropylacrylamide (manufactured by Kojin Co., Ltd.), Bremer PME-400 (manufactured by NOF Corporation), and the like. (Blenmer PME-400: methacrylate with — (CH 2 CH 2 O) m —CH 3 (m≈9))
The molecular weight of the amphiphilic polymer is not particularly limited, but preferably 10,000 or more and 500,000 or less.

両親媒性ポリマーによる表面処理は、セルロース繊維に対する疎水化処理剤の割合は特に限定されるものではないが、疎水化処理後のセルロース繊維に対して、10質量%以上99質量%以下であることが好ましく、30質量%以上98質量%以下であることがより好ましい。   In the surface treatment with the amphiphilic polymer, the ratio of the hydrophobizing agent to the cellulose fiber is not particularly limited, but is 10% by mass to 99% by mass with respect to the cellulose fiber after the hydrophobizing treatment. Is preferable, and it is more preferable that it is 30 mass% or more and 98 mass% or less.

(セルロース繊維(分散液)の評価方法)
(1)光線透過率の測定
分光光度計(可視紫外線分光光度計 UV−2500PC 島津製作所)を用いて、ASTM D−1003規格に従って可視光線の入射光量に対する全透過光量と散乱光を測定した。その550nmの測定結果を下記表1に示す。
(2)分散液の経時安定性評価
作成したサンプルを1週間停滞させた後、同じく、上記(1)記載の分光光度計を用いて、ASTM D−1003規格に従って可視光線の入射光量に対する全透過光量と散乱光を測定した。その550nmの測定結果を下記表1に示す。
(3)ゲル化の評価
セルロース繊維分散液を作成後、1日静置停滞させた後の状態を目視で評価し、ゲル化状態をゲル化あり、なしで評価した。結果を下記表1に示す。
(4)収率の評価
セルロース繊維分散液を10μmのガラスフィルターを通して濾過後、x(g)をアルミ皿に採取し、120℃2時間乾燥させて溶媒を完全に蒸発させた。その後のアルミ皿に残った残分を測定しy(g)とした。
(Evaluation method of cellulose fiber (dispersion))
(1) Measurement of light transmittance Using a spectrophotometer (visible ultraviolet spectrophotometer UV-2500PC, Shimadzu Corporation), the total transmitted light amount and scattered light with respect to the incident light amount of visible light were measured in accordance with ASTM D-1003 standard. The measurement results at 550 nm are shown in Table 1 below.
(2) Stability evaluation of dispersion over time After the prepared sample was stagnated for 1 week, similarly, using the spectrophotometer described in (1) above, total transmission with respect to the incident light amount of visible light according to the ASTM D-1003 standard The amount of light and scattered light were measured. The measurement results at 550 nm are shown in Table 1 below.
(3) Evaluation of gelation After making a cellulose fiber dispersion, the state after standing still for one day was evaluated visually, and the gelled state was evaluated with and without gelation. The results are shown in Table 1 below.
(4) Yield Evaluation After the cellulose fiber dispersion was filtered through a 10 μm glass filter, x (g) was collected in an aluminum dish and dried at 120 ° C. for 2 hours to completely evaporate the solvent. The remainder remaining in the subsequent aluminum pan was measured and defined as y (g).

y/x×100=収率(%)とし凝集の目安とした。   y / x × 100 = yield (%) was used as a measure of aggregation.

以下に本発明を実施例により具体的に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

〈セルロース繊維について〉
以下の製造例に従ってセルロース繊維(分散液)を作成し、これを用いて、またこれを基本として表1に記載のように表面処理、濃度等をかえ分散液No.1〜30を作成した。
<About cellulose fiber>
Cellulose fibers (dispersion liquid) were prepared according to the following production examples, and the surface treatment, concentration, etc. were changed as described in Table 1 on the basis of this and dispersion liquid No. 1-30 were created.

(比較製造例1)
針葉樹から得られた亜硫酸漂白パルプを純水に1.0質量%となるように添加し、株式会社 日本精機製作所 エクセルオートホモジナイザーを用いて3000回転/分で15分、セルロース繊維を解繊した。この水分散液をセルロース繊維Aとした。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径500nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。これをまた、分散液1とした。
(Comparative Production Example 1)
Sulfuric acid bleached pulp obtained from conifers was added to pure water at 1.0% by mass, and the cellulose fibers were defibrated at 3000 rpm for 15 minutes using an Excel Auto Homogenizer. This aqueous dispersion was designated as cellulose fiber A. From the observation result of the scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was confirmed to be fibrillated to an average fiber diameter of 500 nm and to be microfibrillated. This was also referred to as dispersion 1.

(比較例2)
比較製造例1の回転数を10000回転/分で15分にした以外は、同様に作成したものをセルロース繊維Bとした。平均繊維径250nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。また、これをまた、分散液2とした。
(Comparative Example 2)
Cellulose fiber B was prepared in the same manner except that the rotational speed of Comparative Production Example 1 was changed to 15 minutes at 10,000 rpm. It was confirmed that the fiber was fibrillated to an average fiber diameter of 250 nm and microfibrillated. This was also referred to as dispersion 2.

(比較製造例3)
比較製造例2で作成したセルロース繊維B水分散液を濾過後、純水で洗浄し、70℃で乾燥させてセルロース繊維Cを得た。
(Comparative Production Example 3)
The cellulose fiber B aqueous dispersion prepared in Comparative Production Example 2 was filtered, washed with pure water, and dried at 70 ° C. to obtain cellulose fiber C.

エタノール100質量部と純水1質量部に、セルロース繊維Cの5質量部を添加して分散させ、この分散液を50℃で攪拌しながら、テトラエトキシシラン5質量部を60分かけて添加し、混合液をその後さらに2時間攪拌した。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果により、平均繊維径は250nmに保たれていた。これを分散液3とした。   To 100 parts by mass of ethanol and 1 part by mass of pure water, 5 parts by mass of cellulose fiber C was added and dispersed. While stirring this dispersion at 50 ° C., 5 parts by mass of tetraethoxysilane was added over 60 minutes. The mixture was then stirred for a further 2 hours. The obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 250 nm by a scanning electron microscope observation result. This was designated as Dispersion Liquid 3.

(比較製造例4)
比較製造例2で作成したセルロース繊維B水分散液100質量部を分散させ、この分散液を50℃で攪拌しながら、テトラエトキシシラン1質量部を60分かけて添加し、混合液をその後さらに2時間攪拌した。さらにロータリーエバポレーターにて溶媒を除去し、セルロース繊維の濃度が5質量%になったところを終点とした、得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は250nmに保たれていた。これをまた分散液4とした。
(Comparative Production Example 4)
Disperse 100 parts by mass of the cellulose fiber B aqueous dispersion prepared in Comparative Production Example 2, add 1 part by mass of tetraethoxysilane over 60 minutes while stirring this dispersion at 50 ° C., and then add the mixture further. Stir for 2 hours. Further, the solvent was removed with a rotary evaporator, and the cellulose fiber obtained was the end point when the concentration of the cellulose fiber reached 5% by mass. From the result of observation with a scanning electron microscope, the average fiber diameter was kept at 250 nm. It was. This was also referred to as dispersion 4.

(製造例1)
比較製造例1の回転数を10000回転/分で30分にした以外は、同様に作成したものをセルロース繊維Dとした。平均繊維径200nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。これをまた分散液5とした。
(Production Example 1)
A cellulose fiber D was prepared in the same manner except that the rotational speed of Comparative Production Example 1 was changed to 30 minutes at 10,000 rpm. It was confirmed that the fiber was fibrillated to an average fiber diameter of 200 nm and microfibrillated. This was also referred to as dispersion 5.

比較例同様に、表面処理を行わず、ロータリーエバポレーターにて溶媒を除去し、セルロース繊維の濃度が5質量%となったところを終点としたサンプルを作成した。結果を表1に記載する。これをまた分散液6とした。   Similarly to the comparative example, the surface treatment was not performed, the solvent was removed by a rotary evaporator, and a sample having an end point when the concentration of the cellulose fiber became 5% by mass was prepared. The results are listed in Table 1. This was also referred to as dispersion 6.

(製造例2)
製造例1で作成したセルロース繊維D水分散液を凍結乾燥機で乾燥させてセルロース繊維Eを得た。
(Production Example 2)
Cellulose fiber E was obtained by drying the cellulose fiber D aqueous dispersion prepared in Production Example 1 with a freeze dryer.

(製造例3)
比較製造例2で作成したセルロース繊維BをウルトラアペックスミルUAM−105(寿工業株式会社製)で、0.5mmビーズを用いて、周速6m/secで1時間分散した。セルロース繊維が5質量%となるよう水で調整し、セルロース繊維Fを得た。得られたセルロース繊維は平均繊維径50nmであった。
(Production Example 3)
Cellulose fiber B prepared in Comparative Production Example 2 was dispersed with Ultra Apex Mill UAM-105 (manufactured by Kotobuki Industries Co., Ltd.) using 0.5 mm beads for 1 hour at a peripheral speed of 6 m / sec. The cellulose fiber F was obtained by adjusting with water so that the cellulose fiber was 5% by mass. The obtained cellulose fiber had an average fiber diameter of 50 nm.

(製造例4)
製造例3で作成した、セルロース繊維Fを製造例2同様の方法で乾燥し、セルロース繊維Gを得た。得られたセルロース繊維は平均繊維径50nmであった。
(Production Example 4)
Cellulose fiber F prepared in Production Example 3 was dried in the same manner as in Production Example 2 to obtain cellulose fiber G. The obtained cellulose fiber had an average fiber diameter of 50 nm.

(製造例5)
比較製造例2で作成したセルロース繊維Bを高圧粉砕システム アルテマイザーHJP−2005(スギノマシン株式会社製)で、200MPaにて180回粉砕処理を行った。
(Production Example 5)
The cellulose fiber B produced in Comparative Production Example 2 was pulverized 180 times at 200 MPa with a high-pressure pulverization system Altemizer HJP-2005 (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.).

セルロース繊維Bが5質量%となるよう水で調整し、セルロース繊維Hを得た。得られたセルロース繊維は平均繊維径20nmであった。   The cellulose fiber B was adjusted with water so that the cellulose fiber B might be 5 mass%, and the cellulose fiber H was obtained. The obtained cellulose fiber had an average fiber diameter of 20 nm.

(製造例6)
製造例5で作成した、セルロース繊維Hを製造例2同様の方法で乾燥し、セルロース繊維Iを得た。得られたセルロース繊維は平均繊維径20nmであった。
(Production Example 6)
Cellulose fiber H prepared in Production Example 5 was dried in the same manner as in Production Example 2 to obtain Cellulose Fiber I. The obtained cellulose fiber had an average fiber diameter of 20 nm.

(製造例7)
比較製造例2で作成した、セルロース繊維Bを、乾燥質量で1g相当分と0.0125gのTEMPOおよび0.125gの臭化ナトリウムを水100mlに分散させた後、12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、次亜塩素酸ナトリウムの量が2.5mmolとなるように次亜塩素酸ナトリウムを加えて反応を開始した。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10.5に保った。pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なし、反応物をガラスフィルターにて濾過した後、十分な量の水による水洗、濾過を5回繰り返し、セルロース繊維Bが5質量%になるよう水で希釈した。
(Production Example 7)
Cellulose fibers B prepared in Comparative Production Example 2 were dispersed in 100 ml of water with 1 g equivalent of dry mass, 0.0125 g of TEMPO and 0.125 g of sodium bromide, and then 12% by mass of sodium hypochlorite. The reaction was started by adding sodium hypochlorite to the aqueous solution so that the amount of sodium hypochlorite was 2.5 mmol. During the reaction, a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to keep the pH at 10.5. When no change in pH is observed, the reaction is considered to be complete, the reaction product is filtered through a glass filter, washed with a sufficient amount of water and filtered five times, so that the cellulose fiber B becomes 5% by mass. Dilute with water.

更に超音波分散機にて1時間処理をし、セルロース繊維Jを得た。平均繊維径4nmであった。   Furthermore, it processed with the ultrasonic disperser for 1 hour and the cellulose fiber J was obtained. The average fiber diameter was 4 nm.

(製造例8)
製造例7で作成した、セルロース繊維Jを製造例2同様の方法で乾燥し、セルロース繊維Kを得た。得られたセルロース繊維は平均繊維径4nmであった。
(Production Example 8)
Cellulose fiber J prepared in Production Example 7 was dried in the same manner as in Production Example 2 to obtain cellulose fiber K. The obtained cellulose fiber had an average fiber diameter of 4 nm.

(製造例9)
処理剤(両親媒性ポリマー)Eの製造
0.5リットルの四つ口セパラブルフラスコに滴下装置、温度計、窒素ガス導入管、攪拌装置及び還流冷却管を付し、メチルエチルケトン93g、イソプロピルアクリルアミド(興人(株)製)50g、ブレンマーPME400を50g、更にラウリルパーオキサイド0.12gを仕込み、表1記載の温度に加熱した。その後1時間かけて昇温し還流状態で2時間重合を行った。さらに、ラウリルパーオキサイド0.17gをメチルエチルケトン33gに溶解した液をフラスコ中に2時間かけて滴下し、同温度にて更に3時間反応させた。その後メチルハイドロキノン0.33gをメチルエチルケトン107gに溶解した液を添加し冷却後、ポリマー30質量%のポリマー溶液を得た。
(Production Example 9)
Manufacture of treatment agent (amphiphilic polymer) E A 0.5 liter four-necked separable flask was equipped with a dropping device, a thermometer, a nitrogen gas inlet tube, a stirring device and a reflux condenser, and 93 g of methyl ethyl ketone, 50 g of Kojin Co., Ltd., 50 g of Bremer PME400, and 0.12 g of lauryl peroxide were added and heated to the temperatures shown in Table 1. Thereafter, the temperature was raised over 1 hour, and polymerization was carried out for 2 hours under reflux. Further, a solution obtained by dissolving 0.17 g of lauryl peroxide in 33 g of methyl ethyl ketone was dropped into the flask over 2 hours, and the reaction was further performed at the same temperature for 3 hours. Thereafter, a solution obtained by dissolving 0.33 g of methyl hydroquinone in 107 g of methyl ethyl ketone was added and cooled, and a polymer solution of 30% by mass of polymer was obtained.

得られたポリマー溶液を300gの水にあけポリマーを沈殿させた、その後、デカンテーションし、水分を除き、溶解、水を加え再沈殿、デカンテーションを繰り返し、ついで、乾燥、ポリマーを33g採取した。分子量5万(固有粘度法)であった。
ブレンマーPME−400:−(EO)−CH(m≒9)を有するメタアクリレート
(EO;エチレンオキシ基)日本油脂製。
The obtained polymer solution was poured into 300 g of water to precipitate the polymer. Thereafter, the polymer was decanted, water was removed, dissolved, water was added, reprecipitation was repeated, and decantation was repeated. Then, 33 g of polymer was collected. The molecular weight was 50,000 (inherent viscosity method).
BLEMMER PME-400: Methacrylate (EO; ethyleneoxy group) having — (EO) m —CH 3 (m≈9), manufactured by NOF Corporation.

30質量%メチルエチルケトン溶液として用いた。   It used as a 30 mass% methyl ethyl ketone solution.

上記、製造例1〜8で得られたセルロース繊維(分散液)A〜Kを用いて、表1のように分散液1〜30を作成した。セルロース繊維について水溶液のものは、比較例4、乾燥したものは比較例3同様の方法で溶媒に分散し、また表面処理を行った。また、表面処理において溶媒を水から有機溶媒へ変更する方法は、膜分離方法で徐々に有機溶媒に置換する方法を用いた。   Using the cellulose fibers (dispersions) A to K obtained in Production Examples 1 to 8, Dispersions 1 to 30 were prepared as shown in Table 1. Cellulose fibers in aqueous solution were dispersed in a solvent in the same manner as in Comparative Example 4 and dried ones in the same manner as in Comparative Example 3, and surface treatment was performed. Further, as a method of changing the solvent from water to an organic solvent in the surface treatment, a method of gradually substituting the organic solvent with a membrane separation method was used.

また、各分散液に用いた、セルロース繊維、表面処理剤、添加量、表面処理の反応溶媒(従って最終溶媒となる)、濃縮方法、濃度は表1に記載した。   Table 1 shows the cellulose fiber, the surface treatment agent, the amount added, the reaction solvent for the surface treatment (hence the final solvent), the concentration method, and the concentration used for each dispersion.

なお、同一セルロース繊維を用いたものでも、表面処理の異なったものは、表1にその表面処理剤、また処理剤とセルロース繊維との比率、表面処理溶媒、を変えたものについて表1に示した。濃度違い、反応溶媒、濃縮方法等の違いについても同様に表1に示している。また溶媒を水から有機溶媒へ変更する方法は、膜分離方法で徐々に置換していった。   In addition, even in the case of using the same cellulose fiber, those having different surface treatments are shown in Table 1 with the surface treatment agent, the ratio of the treatment agent and cellulose fiber, and the surface treatment solvent changed in Table 1. It was. The differences in concentration, reaction solvent, concentration method, etc. are also shown in Table 1. Moreover, the method of changing the solvent from water to an organic solvent was gradually replaced by a membrane separation method.

得られた分散液を、前記、各種測定に供した。   The obtained dispersion was subjected to the various measurements described above.

各分散液の構成を表1にまた評価結果を表2に示す。   The composition of each dispersion is shown in Table 1, and the evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2010180507
Figure 2010180507

a:テトラエトキシシラン
b:トリメチルクロロシラン
c:ヘキサメチルジシラザン
d:プルロニックL44(旭電化製:エチレンオキシドとプロピレンオキシドから構成されるブロック共重合体)
e:イソプロピルアクリルアミド/ブレンマーPME400=5/5共重合体 分子量5万
a: Tetraethoxysilane b: Trimethylchlorosilane c: Hexamethyldisilazane d: Pluronic L44 (Asahi Denka: block copolymer composed of ethylene oxide and propylene oxide)
e: Isopropylacrylamide / Blemmer PME400 = 5/5 copolymer, molecular weight 50,000

Figure 2010180507
Figure 2010180507

なお、表1、表2からわかるとおり、本発明は、高濃度のセルロース繊維分散液であり、溶液は、ゲル化せず、凝集も少なく、透明性も維持できることがわかった。また、経時での分散安定性も良好であり、高濃度であるため、産業分野への応用展開が可能となった。   As can be seen from Tables 1 and 2, the present invention was a high-concentration cellulose fiber dispersion, and it was found that the solution was not gelled, had little aggregation and could maintain transparency. In addition, the dispersion stability over time is good and the concentration is high, so that it has become possible to develop applications in the industrial field.

Claims (3)

平均繊維径が2nm以上200nm以下である表面処理されたセルロース繊維を含有するセルロース繊維分散液であって、該セルロース繊維の濃度が1質量%以上30質量%以下であることを特徴とするセルロース繊維分散液。   A cellulose fiber dispersion containing surface-treated cellulose fibers having an average fiber diameter of 2 nm to 200 nm, wherein the cellulose fibers have a concentration of 1% by mass to 30% by mass Dispersion. 前記セルロース繊維の濃度が5質量%以上30質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のセルロース繊維分散液。   The cellulose fiber dispersion according to claim 1, wherein the concentration of the cellulose fiber is 5% by mass or more and 30% by mass or less. 前記表面処理が、疎水性シランカップリング剤または両親媒性ポリマーによる処理であることを特徴とする請求項1または2に記載のセルロース繊維分散液。   The cellulose fiber dispersion according to claim 1 or 2, wherein the surface treatment is a treatment with a hydrophobic silane coupling agent or an amphiphilic polymer.
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