JP2012111849A - Method for producing microfibrous cellulose, method for producing microfibrous cellulose sheet, and microfibrous cellulose composite - Google Patents

Method for producing microfibrous cellulose, method for producing microfibrous cellulose sheet, and microfibrous cellulose composite Download PDF

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豪 盤指
真代 ▲高▼崎
Masayo Takasaki
Makoto Iwasaki
誠 岩崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing microfibrous cellulose having 1-1,000 nm fiber width in high yield and a method for producing a microfibrous cellulose sheet using the microfibrous cellulose, in addition, a method for producing a transparent composite material even having low discoloration (evaluated with YI value after heating at 200°C) in a microfiber cellulose composite prepared by impregnating the microfibrous cellulose with a polymer and curing the same.SOLUTION: The microfibrous cellulose with little discoloration (low in YI value after heating) in a composite compounded with a polymer can be produced in high yield by carrying out fat removal, lignin removal and hemicellulose removal treatments of wood flour, removing residual lignin by bleaching treatment, subsequently treating the same with a cellulase-based enzyme and mechanically fiber-opening the same by a high-speed rotation type fiber-opening machine or high pressure homogenizer.

Description

本発明は、化学処理した木粉を酵素処理した後、機械的に解繊することによって、繊維幅が1nm〜1000nmの微細繊維状セルロースを容易に得ることができる微細繊維状セルロースの製造方法、微細繊維状セルロースシートの製造方法及び微細繊維状セルロース複合体に関するもので、具体的には、着色の少ない微細繊維状セルロース複合体を提供可能な製造方法に関するものである。   The present invention is a method for producing fine fibrous cellulose, in which fine fibrous cellulose having a fiber width of 1 nm to 1000 nm can be easily obtained by enzymatically defibrating chemically treated wood powder, The present invention relates to a production method of a fine fibrous cellulose sheet and a fine fibrous cellulose composite, and specifically relates to a production method capable of providing a fine fibrous cellulose composite with little coloring.

近年、物質をナノメートルサイズの大きさにすることによりバルクや分子レベルとは異なる物性を得ることを目的としたナノテクノロジーが注目されている。一方で、石油資源の代替および環境意識の高まりから再生産可能な天然繊維の応用にも注目が集まっている。
天然繊維の中でもセルロース繊維、とりわけ木材由来のセルロース繊維(パルプ)は主に紙製品として幅広く使用されている。紙に使用されるセルロース繊維の幅は10〜50μmのものがほとんどである。このようなセルロース繊維から得られる紙(シート)は不透明であり、不透明であるが故に印刷用紙として幅広く利用されている。一方、セルロース繊維をレファイナーやニーダー、サンドグラインダーなどで処理(叩解、粉砕)し、セルロース繊維を微細化(ミクロフィブリル化)すると透明紙(グラシン紙等)が得られる。しかし、この透明紙の透明性は半透明レベルであり、光の透過性は高分子フィルムに比べると低く、曇り度合い(ヘーズ値)も大きい。
In recent years, nanotechnology aimed at obtaining physical properties different from the bulk and molecular levels by making a material a nanometer size has attracted attention. On the other hand, attention is also focused on the application of natural fibers that can be regenerated due to the substitution of petroleum resources and the growing environmental awareness.
Among natural fibers, cellulose fibers, particularly wood-derived cellulose fibers (pulp) are widely used mainly as paper products. Most cellulose fibers used for paper have a width of 10 to 50 μm. Paper (sheet) obtained from such cellulose fibers is opaque and is widely used as printing paper because it is opaque. On the other hand, when the cellulose fiber is treated (beating, pulverizing) with a refiner, kneader, sand grinder or the like, and the cellulose fiber is refined (microfibril), a transparent paper (glassine paper or the like) is obtained. However, the transparency of the transparent paper is at a semi-transparent level, the light transmittance is lower than that of the polymer film, and the haze level (haze value) is large.

また、セルロース繊維は弾性率が高く、熱膨張率の低いセルロース結晶の集合体であり、セルロース繊維を高分子とコンポジット化することによって耐熱寸法安定性が向上するため、積層板などに利用されている。ただし、通常のセルロース繊維は結晶の集合体であり、筒状の空隙を有する繊維であるため寸法安定性には限界がある。
セルロース繊維を機械的に粉砕し、その繊維幅を50nm以下とした微細繊維状セルロースの水分散液は透明である。他方、微細繊維状セルロースシートは空隙を含むため白く乱反射し、不透明性が高くなるが、微細繊維状セルロースシートに高分子樹脂を含浸すると前記空隙が埋まるため、透明なシートが得られる。さらに、微細繊維状セルロースシートの繊維はセルロース結晶の集合体で、非常に剛直であり、また、繊維幅が小さいため、通常のセルロースシート(紙)に比べると同質量において繊維の本数が飛躍的に多くなる。そのため、高分子とコンポジット化すると高分子中で細い繊維がより均一かつ緻密に分散し、耐熱寸法安定性が飛躍的に向上する。また、繊維が細いため透明性が高い。このような特性を有する微細繊維状セルロースのコンポジットは、有機ELや液晶ディスプレイ用のフレキシブル透明基板(曲げたり折ったりすることのできる透明基板)として非常に大きな期待が寄せられている。
Cellulose fibers are aggregates of cellulose crystals with a high modulus of elasticity and a low coefficient of thermal expansion, and heat resistant dimensional stability is improved by compositing cellulose fibers with polymers. Yes. However, normal cellulosic fibers are aggregates of crystals, and are fibers having cylindrical voids, so that dimensional stability is limited.
The aqueous dispersion of fine fibrous cellulose having mechanically pulverized cellulose fibers and having a fiber width of 50 nm or less is transparent. On the other hand, since the fine fibrous cellulose sheet contains voids, it is irregularly reflected white and becomes highly opaque. However, when the fine fibrous cellulose sheet is impregnated with a polymer resin, the voids are filled, so that a transparent sheet is obtained. Furthermore, the fibers of the fine fibrous cellulose sheet are an aggregate of cellulose crystals, very stiff, and because the fiber width is small, the number of fibers is dramatically increased at the same mass compared to ordinary cellulose sheets (paper). To be more. Therefore, when composited with a polymer, fine fibers are dispersed more uniformly and densely in the polymer, and the heat-resistant dimensional stability is dramatically improved. Moreover, since the fibers are thin, the transparency is high. A fine fibrous cellulose composite having such characteristics is expected to be very large as a flexible transparent substrate (a transparent substrate that can be bent or folded) for organic EL or liquid crystal displays.

ただし、微細繊維状セルロースを用いて高分子と複合化し、透明基板が得られても、実際のデバイス化工程では、数回の加熱(170〜240℃程度)処理が必須である。加熱処理をすると、微細繊維状セルロースに残留する微量のリグニン、ヘミセルロースあるいはセルロースの還元末端基あるいは抽出成分が反応することによって着色するという問題があり、その指標としてYI値(Yellowing Index)が定められている。前記着色を防止するため、予め微細繊維状セルロースを製造する工程で、原料中に残留する微量のリグニン、ヘミセルロース、セルロースの還元末端基あるいは抽出成分を限りなく除去するか、またはそれらの含有量が少ない原料を選ぶことが、製造上求められている。   However, even if it is combined with a polymer using fine fibrous cellulose to obtain a transparent substrate, several heating (about 170 to 240 ° C.) treatment is essential in the actual device forming step. When heat treatment is performed, there is a problem that a small amount of lignin remaining in the fine fibrous cellulose, hemicellulose, or a reducing end group of cellulose or coloring components react with each other, and a YI value (Yellowing Index) is determined as an index. ing. In order to prevent the coloring, in the process of producing fine fibrous cellulose in advance, a trace amount of lignin remaining in the raw material, hemicellulose, reducing end groups or extraction components of cellulose are removed as much as possible, or their content is It is required in production to select a small amount of raw materials.

前記原料中に残留する微量のリグニン、ヘミセルロース、セルロースの還元末端基あるいは抽出成分を限りなく除去するにあたっては、セルロースは木材の中では層構造となっており、さらにリグニンやヘミセルロースといった成分と化学的に結合しているため、機械的な粉砕処理のみでは、それらは除去できない。そのため、そのような繊維と高分子とを複合化し、数時間の加熱(170〜240℃程度)処理を経た最終製品では、退色が起こってYI値が高くなり、しかも最大繊維幅1000nm以下の微細繊維状セルロースを得ることが困難となる。そのため、化学的あるいは生物学的処理と機械的粉砕処理とを組合せた方法が一般に使用されている。   When removing trace amounts of lignin, hemicellulose, reducing end groups of cellulose or extracted components in the raw material, cellulose has a layer structure in wood, and it is chemically combined with components such as lignin and hemicellulose. Therefore, they cannot be removed by mechanical grinding alone. Therefore, in a final product obtained by combining such a fiber and a polymer and subjected to heat treatment (about 170 to 240 ° C.) for several hours, fading occurs and the YI value becomes high, and the maximum fiber width is 1000 nm or less. It becomes difficult to obtain fibrous cellulose. Therefore, a method in which a chemical or biological treatment and a mechanical grinding treatment are combined is generally used.

この組合せの方法としては、非特許文献1には、パルプを軽度に加水分解し、濾過水洗後、乾燥、粉砕して一部非晶領域を含むセルロース微粒子の製造方法や精製パルプを塩酸または硫酸で加水分解して結晶領域のみを残して微粉化する技術が開示されている。しかしながら、微細化のレベルは充分ではなく、得られた微細繊維状セルロースの水系懸濁液の透明性も不十分である。   As a method of this combination, Non-Patent Document 1 discloses that a pulp is slightly hydrolyzed, washed with filtered water, dried and pulverized, and a method for producing cellulose fine particles partially containing amorphous regions or purified pulp with hydrochloric acid or sulfuric acid. Discloses a technique of hydrolyzing and pulverizing only the crystalline region. However, the level of refinement is not sufficient, and the transparency of the resulting aqueous suspension of fine fibrous cellulose is also insufficient.

また、特許文献1には、セルラーゼやキシラナーゼなどの酵素や薬品処理で前処理した繊維状セルロースを振動ミルで湿式粉砕し、水保持力210%以上の微細繊維状セルロースを得る技術が開示されている。しかし、この方法では微細化が十分に進まないという問題があり、また、酵素反応の効率が依然として低く、生産性の高い微細繊維状セルロースの製造方法とはいえない。   Patent Document 1 discloses a technique for obtaining fine fibrous cellulose having a water holding power of 210% or more by wet-grinding fibrous cellulose pretreated with enzymes such as cellulase and xylanase or chemical treatment using a vibration mill. Yes. However, this method has a problem that the refinement does not proceed sufficiently, and the efficiency of the enzyme reaction is still low, so it cannot be said that it is a method for producing fine fibrous cellulose with high productivity.

非特許文献2には、2.5N塩酸で精製した微結晶セルロースにTrichoderma EG IIを作用させて攪拌しならが40℃3日間処理すると、フィブリル化した微結晶繊維が得られ、フィブリル化した繊維の幅は11nm、長さは2300nmであった。しかし、このフィブリル化した繊維は凝集しており、バラバラになっていない。したがって、前記微細繊維状セルロースをシート化することは困難であり、工業的に利用が難しい。 Non-Patent Document 2 discloses that when Trichoderma EG II is allowed to act on microcrystalline cellulose purified with 2.5N hydrochloric acid and stirred for 3 days at 40 ° C., fibrillated microcrystalline fibers are obtained and fibrillated fibers. The width was 11 nm and the length was 2300 nm. However, the fibrillated fibers are agglomerated and do not fall apart. Therefore, it is difficult to form the fine fibrous cellulose into a sheet, and it is difficult to use it industrially.

特許文献2には、セルロース繊維を水中に分散させた後、レファイナーや石臼式粉砕機で予備解繊し、温度105〜160℃で蒸煮処理した後に、セルラーゼやキシラナーゼ、ヘミセルラーゼなどの酵素で処理し、その後、高圧ホモジナイザーや二軸混練機などでナノファイバーを製造する技術が開示されている。この方法ではナノファイバーは得られるものの、生産効率(ミクロフィブリル化の収率)が低いという問題がある。   In Patent Document 2, cellulose fibers are dispersed in water, preliminarily defibrated with a refiner or a stone mill, and steamed at a temperature of 105 to 160 ° C., and then treated with an enzyme such as cellulase, xylanase, or hemicellulase. Thereafter, a technique for producing nanofibers with a high-pressure homogenizer or a twin-screw kneader is disclosed. Although nanofibers can be obtained by this method, there is a problem that production efficiency (yield of microfibrillation) is low.

特許文献3に、ミクロフィブリルセルロースの凝集体あるいはミクロフィブリルセルロースそのものに、攪拌などの処理によって部分的に物理的な緩みを生じさせ、酵素のセルロースへの浸透性を向上させると同時に緩みを生じた非晶部分にエンドグルカナーゼを作用させることによって、ミクロフィブリルセルロースをさらにフィブリル化して、より細いセルロースナノファイバーを得る技術が開示されている。しかしながら、このナノファイバーを高分子で複合化し、加熱前および過熱後のYI値については、全く開示されていない。   In Patent Document 3, the microfibril cellulose aggregate or the microfibril cellulose itself was partially loosened by a treatment such as stirring, thereby improving the permeability of the enzyme into cellulose and at the same time causing the loosening. A technique for obtaining finer cellulose nanofibers by further fibrillating microfibril cellulose by causing endoglucanase to act on the amorphous part is disclosed. However, there is no disclosure at all regarding the YI value before heating and after heating, when this nanofiber is composited with a polymer.

特許文献4に、セルロース系の繊維原料を湿式で離解する工程、離解された繊維原料を粗繊維化する予備解繊工程、予備解繊された繊維原料に超音波を印加して微細繊維化する超音波処理工程の順番で微細化する製造方法で、超音波処理工程が終了するまでのいずれかの時点で繊維原料に酵素を作用させる技術が開示されている。しかし、酵素処理の効果が顕著ではなく、微細化の効率も低い。   Patent Document 4 discloses a step of wet-disaggregating a cellulose-based fiber raw material, a preliminary defibrating step of coarsening the disaggregated fiber raw material, and applying ultrasonic waves to the pre-defamed fiber raw material to make a fine fiber. A technique is disclosed in which an enzyme is allowed to act on a fiber raw material at any point in time until the sonication process is completed in a production method in which the sonication process is refined in the order of the sonication process. However, the effect of the enzyme treatment is not remarkable, and the miniaturization efficiency is low.

特許文献5に、ヘミセルロースを含むパルプをヘミセルラーゼまたはセルラーゼあるいはその混合物で処理し、得られたパルプを精製(解繊)してミクロフィブリル化する技術が開示されているが、解繊効率が低いという問題がある。さらに、得られたナノファイバーを高分子で複合化し、加熱前および過熱後のYI値については、全く開示されていない。   Patent Document 5 discloses a technique for treating a pulp containing hemicellulose with hemicellulase, cellulase, or a mixture thereof, and purifying (defibrating) the resulting pulp to form microfibrils, but the defibrating efficiency is low. There is a problem. Furthermore, the obtained nanofibers are combined with a polymer, and the YI values before heating and after heating are not disclosed at all.

特許文献6や特許文献7には、N−オキシル化合物および臭化物/ヨウ化物の存在下で、酸化剤を用いて広葉樹や針葉樹のパルプなどのセルロース系原料を酸化して、酸化されたセルロースを湿式微粒化処理し、そのセルロースナノファイバーを製紙用添加剤に用いて印刷用紙を製造する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、セルロース繊維表面に親水基が導入されるので、疎水性高分子の含浸が問題になる。   In Patent Document 6 and Patent Document 7, cellulose raw materials such as hardwood and softwood pulp are oxidized using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and bromide / iodide to wet the oxidized cellulose. A method for producing a printing paper by performing atomization and using the cellulose nanofiber as an additive for papermaking is described. However, in this method, since hydrophilic groups are introduced on the surface of the cellulose fiber, impregnation with a hydrophobic polymer becomes a problem.

木粉を原料として、それを脱脂し、亜塩素酸ナトリウムと酢酸で脱リグニンし、洗浄、脱ヘミセルロースした後、微細化して微細繊維状セルロースを製造する方法が提案されている(特許文献8)。また、木粉を原料として、亜塩素酸ナトリウムと酢酸で脱リグニンし、洗浄、脱ヘミセルロースした後、酵素処理した後、微細化する微細繊維状セルロースを製造する方法が提案されている(特許文献9)。しかし、塩素化合物である亜塩素酸ナトリウムを使用するため、木粉表面のリグニンは効率よく除去されるものの、浸透性が悪いため木粉内部にあるリグニンは残留してしまい、その結果、YI値の低い微細繊維状セルロースは得にくく、また、亜塩素酸ナトリウムは塩素化合物であるため、反応後の排水中に有機塩素化合物が含まれ、環境上の問題が発生する。   A method has been proposed in which wood powder is used as a raw material, degreased with sodium chlorite and acetic acid, washed, dehemicellulosed, and then refined to produce fine fibrous cellulose (Patent Document 8). . In addition, a method has been proposed in which wood flour is used as a raw material, and the fiber is delignified with sodium chlorite and acetic acid, washed, dehemicellulose, enzymatically treated, and then refined into fine fibrous cellulose (Patent Document) 9). However, since sodium chlorite, which is a chlorine compound, is used, the lignin on the surface of the wood flour is efficiently removed, but the lignin inside the wood flour remains because of poor permeability, resulting in a YI value. It is difficult to obtain a fine fibrous cellulose having a low density, and since sodium chlorite is a chlorine compound, the wastewater after the reaction contains an organic chlorine compound, which causes environmental problems.

山口章「セルロースの微粉化・ミクロフィブリル化」紙パルプ技術タイムス28巻9号5頁以下(1985年)Akira Yamaguchi "Pulverization and Microfibrillation of Cellulose" Paper and Pulp Technology Times Vol. 28, No. 9, pp. 5 (1985) 林徳子、渋谷源「セルロースの酵素による微細化法」Cellulose communications Vol.16(2),P73〜78(2009)Tokuko Hayashi, Gen Shibuya “Cellulose Enzyme Refinement Method” Cellulose communications Vol. 16 (2), P73-78 (2009)

特開平6−10288号公報JP-A-6-10288 特開2008−75214号公報JP 2008-75214 A 特開2008−150719号公報JP 2008-150719 A 特開2008−169497号公報JP 2008-169497 A 特表2009−526140号公報Special table 2009-526140 特開2009−263850号公報JP 2009-263850 A 特開2009−263849号公報JP 2009-263849 A 特開2008−24788号公報JP 2008-24788 A 特開2010−216021号公報JP 2010-216021 A

本発明は、木粉を化学処理後に、酵素処理し、その後に機械的に微細化することによって、繊維幅が1nm〜1000nmの微細繊維状セルロースを簡便な方法で収率が高く、しかも得られた微細繊維状セルロースを多孔性のシート化する方法を提供する。また、前記シートに高分子を含浸して複合化した場合、加熱前後のYI値の低い複合体を提供するものである。   In the present invention, a fine fibrous cellulose having a fiber width of 1 nm to 1000 nm can be obtained in a simple method with a high yield by subjecting wood powder to chemical treatment, followed by enzyme treatment, and then mechanically refining. A method for forming a fine fibrous cellulose into a porous sheet is provided. In addition, when the sheet is impregnated with a polymer to form a composite, a composite having a low YI value before and after heating is provided.

本発明者らは、木粉を脱脂、脱リグニン、脱ヘミセルロース、さらに二酸化塩素等の漂白剤で漂白する化学処理後に、セルラーゼ系酵素で処理を行ない、続いて、高速回転式解繊処理あるいは高圧ホモジナイザー処理などの微細化処理を行うことで、繊維幅が1nm〜1000nmの微細繊維状セルロースを収率高く得られることを見出し、さらに、前記微細繊維状セルロースをシート化し、高分子で複合化した微細繊維状セルロース複合体の色もどりの指標となるYI値を低くできることも見出し、発明を完成させた。   The present inventors performed treatment with cellulase enzymes after chemical treatment of bleaching wood flour with a bleaching agent such as degreased, delignified, dehemicellulose, and chlorine dioxide, followed by high-speed rotation type defibrating treatment or high pressure It has been found that fine fibrous cellulose having a fiber width of 1 nm to 1000 nm can be obtained in high yield by performing a finer treatment such as a homogenizer treatment, and further, the fine fibrous cellulose is made into a sheet and combined with a polymer. The inventors have also found that the YI value, which serves as an index for returning the color of the fine fibrous cellulose composite, can be lowered, and the present invention has been completed.

本発明は、以下の各発明を包含する。
(1)木材チップを粉砕処理により木粉化し、前記木粉を脱脂処理、脱リグニン処理、脱ヘミセルロース処理、漂白処理した後、セルラーゼ系酵素による処理を行ない、高速回転式解繊機または高圧ホモジナイザーで微細化処理を行う微細繊維状セルロースの製造方法である。
The present invention includes the following inventions.
(1) Wood chips are pulverized by pulverization, and the wood flour is degreased, delignified, dehemicellulose treated, bleached, and then treated with cellulase enzymes, using a high-speed rotary defibrator or high-pressure homogenizer It is a manufacturing method of the fine fibrous cellulose which refines.

(2)前記漂白処理が、二酸化塩素漂白処理である(1)に記載の微細繊維状セルロースの製造方法である。 (2) The method for producing fine fibrous cellulose according to (1), wherein the bleaching treatment is a chlorine dioxide bleaching treatment.

(3)前記脱リグニン工程において、過酢酸または過酢酸と過硫酸の混合液、あるいは亜塩素酸ナトリウムと酢酸を用いるWise法から選択される少なくとも1種を用いる(1)または(2)に記載の微細繊維状セルロースの製造方法である。 (3) In the delignification step, at least one selected from peracetic acid or a mixed solution of peracetic acid and persulfuric acid, or a Wise method using sodium chlorite and acetic acid is used. (1) or (2) This is a method for producing fine fibrous cellulose.

(4)セルラーゼ系酵素の添加率が木粉固形分に対して0.1質量%〜3質量%であり、酵素による処理時間が30分〜24時間である(1)〜(3)のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースの製造方法である。 (4) Any of (1) to (3), wherein the addition rate of the cellulase enzyme is 0.1% by mass to 3% by mass relative to the solid content of the wood flour, and the treatment time with the enzyme is 30 minutes to 24 hours. The method for producing fine fibrous cellulose according to claim 1.

(5)(1)〜(4)のいずれかの方法により製造された微細繊維状セルロース水系分散液に有機溶媒を添加し、抄紙して乾燥し、多孔性を有するセルロースシートを得る微細繊維状セルロースシートの製造方法である。 (5) A fine fibrous material obtained by adding an organic solvent to the fine fibrous cellulose aqueous dispersion produced by any one of the methods (1) to (4), papermaking and drying to obtain a porous cellulose sheet. It is a manufacturing method of a cellulose sheet.

(6)前記(5)の方法で製造された微細繊維状セルロースシートに高分子を含浸して得た微細繊維状セルロース複合体である。 (6) A fine fibrous cellulose composite obtained by impregnating a fine fibrous cellulose sheet produced by the method of (5) with a polymer.

本発明者らは、微細繊維状セルロースの収率向上、微細繊維状セルロースシートの多孔化および微細繊維状セルロースシートに高分子(マトリックス)を複合化した複合体の加熱前後のYI値を低く制御する方法を種々検討した。最初に針葉樹や広葉樹からの木粉を脱脂、脱リグニンおよび脱ヘミセルロースの各工程で種々の方法で化学処理を行なった後、高速回転式解繊機や高圧ホモジナイザー式解繊機、超音波式解繊機などで微細繊維化を試みたが、得られた微細繊維の収率は高いものが得られる半面、複合体のYI値は、加熱前は低いものの、加熱後は高くなるものがあり、微細繊維状セルロースの収率と複合体の加熱前後のYI値の両者を満足できる結果は得られなかった。次に、脱脂、脱リグニンおよび脱ヘミセルロース処理後に二酸化塩素で漂白し、前記のような方法で微細繊維化を行ったところ、微細繊維状セルロースの収率は大幅に低下したものの、複合体の加熱前後のYI値は大幅に向上した。   The inventors of the present invention have improved the yield of fine fibrous cellulose, made the fine fibrous cellulose sheet porous, and controlled the YI value before and after heating of the composite in which a polymer (matrix) is composited to the fine fibrous cellulose sheet. Various methods were studied. First, after degreasing, delignin, and dehemicellulose, chemical processing is performed on the wood powder from conifers and hardwoods, followed by high-speed rotary defibrator, high-pressure homogenizer defibator, ultrasonic defibrator, etc. At the same time, the yield of fine fibers obtained was high, but the YI value of the composite was low before heating, but increased after heating. A result that could satisfy both the yield of cellulose and the YI value before and after heating the composite was not obtained. Next, bleaching with chlorine dioxide after degreasing, delignification and dehemicellulose treatment, and fine fiberization by the method as described above, the yield of fine fibrous cellulose was significantly reduced, but the heating of the composite The front and rear YI values were greatly improved.

本発明者らは、さらに鋭意検討を続け、前記二酸化塩素処理等の漂白処理後に、セルラーゼ系酵素で処理を行ない、その後、前記のような方法で微細繊維化を行ったところ、驚くべきことに、非常に高い収率で微細繊維状セルロースが得られ、しかも複合体の加熱前後のYI値も低く制御できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present invention continued further diligent examination, and after the bleaching treatment such as the chlorine dioxide treatment or the like, the cellulase enzyme was used for the treatment, and then the fiber was refined by the method as described above. The inventors have found that fine fibrous cellulose can be obtained in a very high yield and that the YI value before and after heating of the composite can be controlled to be low, and the present invention has been completed.

微細繊維化の収率と複合体の退色性の指標となる加熱処理後のYI値が飛躍的に向上したメカニズムについてはまだ完全には解明されてはいないが、本発明者らは以下のように考えている。木粉を二酸化塩素も含めた前記化学処理をすることにより、木材樹脂、リグニンおよびヘミセルロースが充分に除去され、精製されたセルロース繊維に酵素が吸着し易くなる。精製されたセルロース繊維の結晶部分は非常に結合が強固なため、酵素処理により構造が破壊されるのは主に非晶部分であると考えられる。その結果、酵素処理後のセルロース繊維には結晶部分が非常に多くなると推定される。このように非晶部分が分解したセルロース繊維を高速回転式解繊機や高圧ホモジナイザーで処理をすると、前記分解されたところをきっかけとして微細化され、容易にナノオーダーの繊維幅を有する微細繊維状セルロースを得ることができると考えられる。また、複合体のYI値が向上した理由としては、二酸化塩素等の漂白処理が加わることによって脱リグニンが促進されることやセルロースの還元末端基が酸化され、退色に寄与する成分が減少したためと推測される。   Although the mechanism by which the YI value after heat treatment, which is an index of the yield of fine fibers and the discoloration of the composite, has been dramatically improved, has not yet been fully elucidated, the present inventors have as follows. I am thinking. By subjecting the wood powder to the chemical treatment including chlorine dioxide, the wood resin, lignin and hemicellulose are sufficiently removed, and the enzyme is easily adsorbed on the purified cellulose fiber. Since the crystal part of the refined cellulose fiber is very strongly bonded, it is considered that the structure is destroyed mainly by the amorphous part due to the enzyme treatment. As a result, it is estimated that the crystallized portion of the cellulose fiber after the enzyme treatment becomes very large. In this way, when the cellulose fiber with the amorphous part decomposed is processed with a high-speed rotary defibrator or a high-pressure homogenizer, it is refined using the decomposed part as a trigger and easily has a fibrous width of nano-order. It is thought that can be obtained. In addition, the YI value of the composite was improved because the delignification was promoted by the addition of bleaching treatment such as chlorine dioxide, and the reducing end group of cellulose was oxidized to reduce the components contributing to fading. Guessed.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明においては、セルロース繊維を微細化するに当たり、繊維原料として植物由来のセルロース、動物由来のセルロース、バクテリア由来のセルロース等が挙げられ、より具体的には針葉樹パルプや広葉樹パルプ等の木材系製紙用パルプ、コットンリンターやコットンリント等の綿系パルプ、麻や麦わら、バガス等の非木材系パルプ、あるいはホヤや海草等から単離されるセルロースが挙げられるが、入手し易く、安価である木材系原料(木材チップ)を木粉化して好適に使用される。前記木粉としては針葉樹の木粉や広葉樹の木粉などが挙げられ、なかでもベイマツやユーカリが好ましい。特にユーカリの植林木由来の原料は、材の均一性が高いので好ましい実施態様である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, when the cellulose fiber is refined, examples of the fiber raw material include plant-derived cellulose, animal-derived cellulose, and bacterial-derived cellulose. More specifically, wood-based paper such as softwood pulp and hardwood pulp is used. Pulp, cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as hemp, straw, bagasse, etc., or cellulose isolated from sea squirts and seaweed, etc. The raw material (wood chips) is preferably used after being powdered into wood. Examples of the wood flour include coniferous wood flour and hardwood wood flour, among which bay pine and eucalyptus are preferable. In particular, a raw material derived from a plantation tree of eucalyptus is a preferred embodiment because of the high uniformity of the material.

本発明において使用可能である植林木由来のユーカリはグロブラス、グランディス、カマルドレンシス、ペリータ、サリグナ、ダニアイ、ナイテンス、カマルドレンシスとユーロフィラとのハイブリッド等から選択される少なくとも1種の材が挙げられる。   Eucalyptus derived from planted trees that can be used in the present invention includes at least one material selected from globulas, grandis, camaldrensis, perita, saligna, danai, nightens, a hybrid of camaldrensis and eurofila, and the like. It is done.

本発明において用いられる繊維原料としての木材チップは、通常パルプ製造に用いられる、例えばベイマツまたはユーカリチップ(厚みが2mm〜8mm)を含水率が10%以下になるように天日干しあるいは強制的に乾燥機で乾燥させた後、粉砕処理工程でチップを粉砕し、木粉を製造する。ここで、チップの粒径分布には特に制限はないが、厚みは2mm〜8mmのものが木粉化し易いので、好適に使用される。チップの含水率が10%超えると、最終の微細繊維状セルロースの結晶化度が大幅に低下するので、好ましくない。   The wood chip as a fiber raw material used in the present invention is usually used for pulp production, for example, bay pine or eucalyptus chips (thickness 2 mm to 8 mm) are sun-dried or forcibly dried so that the moisture content is 10% or less. After drying with a machine, chips are pulverized in a pulverization process to produce wood flour. Here, although there is no restriction | limiting in particular in the particle size distribution of a chip | tip, since a thing with a thickness of 2-8 mm tends to be made into a wood powder, it is used suitably. If the moisture content of the chip exceeds 10%, the crystallinity of the final fine fibrous cellulose is greatly reduced, which is not preferable.

本発明における木粉製造においては、粗粉砕機にはシュレッダー、カッターミルなどのせん断式粉砕機、ジュークラッシャーやコーンクラッシャーなどの圧縮式粉砕機、インパクトクラッシャーなどの衝撃式粉砕機、あるいはロールミル、スタンプミル、エッジランナーミル、ロッドミルなどの中砕機の中から、最終の用途やコストの点から適宜選択することができる。ここでは、特に粒径・形状を整える必要はなく、したがってスクリーンを用いることなく粉砕しても、問題はない。   In the production of wood flour in the present invention, the coarse pulverizer includes a shearing pulverizer such as a shredder and a cutter mill, a compression pulverizer such as a juicer crusher and a cone crusher, an impact pulverizer such as an impact crusher, or a roll mill and a stamp. It can be appropriately selected from among milling machines such as mills, edge runner mills, and rod mills in view of final use and cost. Here, it is not particularly necessary to adjust the particle diameter and shape, and therefore there is no problem even if pulverization is performed without using a screen.

粗粉砕後、分級することなく、前記木粉を微粉砕処理するが、微粉砕処理には自生粉砕ミル、竪型ローラーミル、高速回転ミル、分級機内蔵型高速回転ミル、容器駆動媒体ミル、媒体攪拌式ミル、気流式粉砕機、圧密せん断ミルおよびコロイドミルなどがあるが、ジルコニューム製、アルミナ製、SUS製などのボールやロッドなどの媒体を用いて粉体化する衝撃方式が好ましい。   After coarse pulverization, the wood powder is finely pulverized without classification.For the fine pulverization, a self-pulverizing mill, a vertical roller mill, a high-speed rotary mill, a high-speed rotary mill with a built-in classifier, a container drive medium mill, There are a medium stirring mill, an airflow pulverizer, a compaction shear mill, a colloid mill, and the like, but an impact system in which powder is formed using a medium such as a ball or a rod made of zirconium, alumina, or SUS is preferable.

本発明において所望する微細繊維状セルロースを得るために、前記木粉を脱脂処理、脱リグニン処理、脱ヘミセルロース処理、漂白処理の順番に化学処理を行なう。   In order to obtain the desired fine fibrous cellulose in the present invention, the wood flour is subjected to chemical treatment in the order of degreasing treatment, delignification treatment, dehemicellulose treatment, and bleaching treatment.

本発明において前記脱脂処理では、炭酸ナトリウム等の炭酸塩、アルコール、アルコール−ベンゼンの1:2混合溶液であるアルベン、ベンゼン、脂肪酸のトリグリセリドを分解する酵素であるリパーゼなどを適宜用いることができ、常温で、攪拌しながら、あるいは高温高圧で処理する方法等が挙げられるが、薬剤としては安価で、かつ有機溶媒ではなく、さらに圧力容器を用いないで簡便に使用でき、しかも脱脂効率が高いという理由で炭酸ナトリウム法が好ましい。   In the degreasing treatment in the present invention, carbonate such as sodium carbonate, alcohol, alcohol, benzene which is a 1: 2 mixed solution, benzene, lipase which is an enzyme that decomposes fatty acid triglyceride, etc. can be used as appropriate. Examples include treatment at room temperature with stirring or high temperature and pressure, but it is inexpensive as a chemical, is not an organic solvent, can be used easily without using a pressure vessel, and has high degreasing efficiency. For this reason, the sodium carbonate method is preferred.

脱リグニン処理の方法として過酢酸、過硫酸、過炭酸、過リン酸、次過塩素酸、過安息香酸、メタクロロ過安息香酸、過蟻酸、過プロピオン酸等の過酸法や亜塩素酸と酢酸を用いるWise法などが挙げられるが、本発明においては木材パルプの漂白にも使われ、扱い方が比較的容易な過酢酸、過酢酸と過硫酸の混合物あるいは亜塩素酸と酢酸を用いるWise法のいずれかを用いる方法が好ましい。(以下では上記過酢酸等の薬品類を脱リグニン剤と呼ぶことがある。)   As a method of delignification treatment, peracetic acid such as peracetic acid, persulfuric acid, percarbonate, perphosphoric acid, hypoperchloric acid, perbenzoic acid, metachloroperbenzoic acid, performic acid, perpropionic acid, etc. or chlorous acid and acetic acid In the present invention, a Wise method using peracetic acid, a mixture of peracetic acid and persulfuric acid, or a mixture of perchloric acid and acetic acid is also used for bleaching wood pulp and is relatively easy to handle. A method using any of the above is preferred. (In the following, chemicals such as peracetic acid may be referred to as delignifying agents.)

過酢酸は過酸化水素のアセチル化またはアセトアルデヒドの自動酸化により製造し得るが、前者の方法が好ましい。その製法には、過酸化水素と氷酢酸を硫酸酸性条件下で反応させて製造する方法あるいは過酸化水素と無水酢酸を反応させて製造する方法があり、前者は平衡過酢酸と呼ばれ、工業用過酢酸として市販されているが、その組成の一例としては過酢酸42%、過酸化水素6%、酢酸37%、水14%、硫酸1%である。また、後者は、in situ法とも呼ばれ、その組成の一例としては過酢酸23%、過酸化水素8%である。さらには、前記過酢酸を共沸混合蒸留により得られる蒸留過酢酸水溶液も好ましく用いられる。   Peracetic acid can be produced by acetylation of hydrogen peroxide or autooxidation of acetaldehyde, but the former method is preferred. The production method includes a method in which hydrogen peroxide and glacial acetic acid are reacted under sulfuric acid conditions or a method in which hydrogen peroxide and acetic anhydride are reacted. The former is called equilibrium peracetic acid, Although it is commercially available as peracetic acid, an example of its composition is 42% peracetic acid, 6% hydrogen peroxide, 37% acetic acid, 14% water, and 1% sulfuric acid. The latter is also called an in situ method, and examples of its composition are 23% peracetic acid and 8% hydrogen peroxide. Further, a distilled peracetic acid aqueous solution obtained by azeotropic distillation of the peracetic acid is also preferably used.

過硫酸には一過硫酸(カロ酸)、二過硫酸(マーシャル酸)があるが、効果および経済性の面から一過硫酸が好ましい。ここで、一過硫酸はペルオキシ二硫酸を加水分解して製造することもできるし、過酸化水素と硫酸を任意の割合で混合して製造することもできるが、その製造方法については特に限定するものではない。また、一過硫酸の複塩(2KHSO・KHSO・KSO)であるオキソンのようなものを使用することもできる。但し、経済性を考慮すると、高濃度の過酸化水素と高濃度の硫酸を混合して一過硫酸を製造し、使用するのが好ましい実施態様である。 The persulfuric acid includes monopersulfuric acid (caroic acid) and dipersulfuric acid (marshall acid), and monopersulfuric acid is preferred from the viewpoint of effect and economy. Here, monopersulfuric acid can be produced by hydrolyzing peroxydisulfuric acid, or can be produced by mixing hydrogen peroxide and sulfuric acid at an arbitrary ratio, but the production method is particularly limited. It is not a thing. It is also possible to use something like oxone is a transient double sulfate (2KHSO 5 · KHSO 4 · K 2 SO 4). However, in consideration of economy, it is a preferable embodiment to produce and use monopersulfuric acid by mixing high concentration hydrogen peroxide and high concentration sulfuric acid.

高濃度の過酸化水素と高濃度の硫酸を混合して一過硫酸を製造する方法としては、20〜70質量%、好ましくは35〜60質量%濃度の過酸化水素水に80〜98質量%、好ましくは93〜96質量%の濃硫酸を滴下、混合する方法が好ましい。前記硫酸と過酸化水素の混合モル比は1:1〜5:1であり、好ましくは2:1〜4:1である。   A method for producing monopersulfuric acid by mixing high concentration hydrogen peroxide and high concentration sulfuric acid is 20 to 70% by mass, preferably 80 to 98% by mass in 35 to 60% by mass hydrogen peroxide water. Preferably, a method of dropping and mixing 93 to 96% by mass of concentrated sulfuric acid is preferable. The mixing molar ratio of the sulfuric acid and hydrogen peroxide is 1: 1 to 5: 1, preferably 2: 1 to 4: 1.

本発明においては、前記過酢酸と過硫酸を併用することにより、得られる微細繊維状セルロース複合体のYI値を低くすることができるので、好ましい実施形態である。   In this invention, since YI value of the fine fibrous cellulose composite obtained can be made low by using the said acetic acid and persulfuric acid together, it is preferable embodiment.

過酢酸単独、過酢酸と過硫酸の混合液および亜塩素酸と酢酸を用いるWise法では、pHを4以下にできる濃度が好ましく、過酢酸と過硫酸の混合液ではpHを3以下にすると脱リグニン反応の進行が速まり、好ましい。脱脂された原料に対する前記脱リグニン剤の配合割合は50%〜500%が好ましく、さらには、90%〜250%が好ましい。脱リグニン処理時の温度は70℃〜99℃が好ましく、80℃〜98℃がさらに好ましく、90℃〜95℃が特に好ましい。温度が70℃未満であると脱リグニン反応の効率が低下し、色が着いた状態となり好ましくない。一方、99℃を超えると微細繊維化が困難となり好ましくない。処理時間は、過酢酸や過酢酸と過硫酸の混合液では0.5〜2時間が好ましく、Wise法では4〜6時間が好ましい。   In the Wise method using peracetic acid alone, a mixture of peracetic acid and persulfuric acid, and chlorous acid and acetic acid, a concentration that can reduce the pH to 4 or less is preferable. The progress of the lignin reaction is accelerated, which is preferable. The blending ratio of the delignification agent to the defatted raw material is preferably 50% to 500%, and more preferably 90% to 250%. The temperature during delignification treatment is preferably 70 ° C to 99 ° C, more preferably 80 ° C to 98 ° C, and particularly preferably 90 ° C to 95 ° C. When the temperature is lower than 70 ° C., the efficiency of the delignification reaction is lowered, and the color is not preferable. On the other hand, if it exceeds 99 ° C., it becomes difficult to make fine fibers. The treatment time is preferably 0.5 to 2 hours for peracetic acid or a mixture of peracetic acid and persulfuric acid, and 4 to 6 hours for the Wise method.

本発明において前記脱ヘミセルロース化する方法としては、アルカリ金属の水酸化物の水溶液を用いて、室温で一晩浸漬処理したり、前記水溶液中で攪拌しながら高温で短時間処理したり、前記水溶液中で攪拌しながら高温高圧下で処理する方法などが挙げられる。なかでも用いる薬品としては安価で、常温常圧で使用でき、しかも脱ヘミセルロース反応の効率が高いという理由で水酸化カリウムが最も好ましい。   In the present invention, as the method for dehemicellulose formation, an aqueous solution of an alkali metal hydroxide is used for immersion treatment at room temperature overnight, or a short time treatment at a high temperature while stirring in the aqueous solution, or the aqueous solution. The method of processing under high temperature and high pressure while stirring in the inside is mentioned. Among them, potassium hydroxide is most preferable because it is inexpensive, can be used at normal temperature and pressure, and has high efficiency in dehemicellulose reaction.

前記脱ヘミセルロース処理を施した木粉(以下パルプと略す)は、さらに酸化漂白剤または還元漂白剤を用いて漂白され、脱リグニン処理で除去されなかった残留リグニンの除去を行なう。ここで、酸化漂白剤として塩素、次亜塩素酸塩、二酸化塩素、過酸化水素、酸素、オゾン、過酢酸が挙げられる。また、還元漂白剤としてハイドロサルファイト、ソジウムボロハイドライド、二酸化チオ尿素が挙げられる。これらの漂白剤のなかでも、脱リグニン効果も高く、パルプの白色度も高く維持できるため、二酸化塩素を用いて漂白することが好ましい。前記漂白剤の添加量はパルプあたり0.1〜10.0質量%であり、好ましくは0.5〜5.0質量%である。特に二酸化塩素漂白では、添加率はパルプあたり0.5〜4.0質量%であり、好ましくは1.0〜3.0質量%である。反応pHは、反応後でpH2〜6であり、好ましくは3〜5である。pHを調節するために公知の酸あるいはアルカリを二酸化塩素添加前、直後、あるいは同時に添加してもよい。二酸化塩素の添加方法は一括でも分割して添加しても構わない。処理温度は50〜99℃、好ましくは60〜90℃であり、処理時間は30〜360分間、好ましくは60〜240分であり、処理時のパルプ濃度は、1〜40%、好ましくは3〜15%である。   The wood powder (hereinafter abbreviated as pulp) that has been subjected to the dehemicellulose treatment is further bleached with an oxidizing bleaching agent or a reducing bleaching agent to remove residual lignin that has not been removed by the delignification treatment. Here, examples of the oxidizing bleaching agent include chlorine, hypochlorite, chlorine dioxide, hydrogen peroxide, oxygen, ozone, and peracetic acid. Examples of the reducing bleach include hydrosulfite, sodium borohydride, and thiourea dioxide. Among these bleaching agents, bleaching with chlorine dioxide is preferable because the delignification effect is high and the whiteness of the pulp can be maintained high. The addition amount of the bleaching agent is 0.1 to 10.0% by mass, preferably 0.5 to 5.0% by mass per pulp. Particularly in chlorine dioxide bleaching, the addition rate is 0.5 to 4.0% by mass, preferably 1.0 to 3.0% by mass, per pulp. The reaction pH is 2-6 after reaction, preferably 3-5. In order to adjust the pH, a known acid or alkali may be added before, immediately after, or simultaneously with the addition of chlorine dioxide. The addition method of chlorine dioxide may be added all at once or divided. The treatment temperature is 50 to 99 ° C., preferably 60 to 90 ° C., the treatment time is 30 to 360 minutes, preferably 60 to 240 minutes, and the pulp concentration during treatment is 1 to 40%, preferably 3 to 15%.

本発明においては前記のようにパルプ分散液を漂白処理した後、セルラーゼ系酵素による処理が施される。本発明で使用できるセルラーゼ系酵素は、セルロースのβ−1,4−グルコシド結合を加水分解によって開裂し、解重合を引き起こす酵素である。セルラーゼを産生する微生物は、好気性細菌、嫌気性細菌、また、動物や昆虫の消化器官に存在するルーメン細菌、さらに、放線菌、酵母、糸状菌(子嚢菌や担子菌など)などが挙げられ、それぞれ多様なセルラーゼを産生する。   In the present invention, the pulp dispersion is bleached as described above, and then treated with a cellulase enzyme. The cellulase enzyme that can be used in the present invention is an enzyme that cleaves β-1,4-glucoside bond of cellulose by hydrolysis and causes depolymerization. Examples of microorganisms that produce cellulase include aerobic bacteria, anaerobic bacteria, rumen bacteria present in the digestive organs of animals and insects, actinomycetes, yeast, and filamentous fungi (such as ascomycetes and basidiomycetes). , Each producing a variety of cellulases.

セルラーゼ系酵素としては、トリコデルマ(Trichoderma、糸状菌)属、アクレモニウム(Acremonium、糸状菌)属、アスペルギルス(Aspergillus、糸状菌)属、ファネロケエテ(Phanerochaete、担子菌)属、トラメテス(Trametes、担子菌)属、フーミコラ(Humicola、糸状菌)属、バチルス(Bacillus、細菌)属、スエヒロタケ(Schizophyllum、担子菌)属、ストレプトミセス(Streptomyces、細菌)属、シュードモナス(Pseudomonas、細菌)属などが産生するセルラーゼ系酵素が挙げられる。このようなセルラーゼ系酵素は試薬や市販品として購入可能である。例えば、セルロイシンT2(エイチピィアイ社製)、メイセラーゼ(明治製菓社製)、ノボザイム188(ノボザイム社製)、マルティフェクトCX10L(ジェネンコア社製)、セルラーゼ系酵素GC220(ジェネンコア社製)等が挙げられる。これらのセルラーゼ系酵素の中でも糸状菌セルラーゼ系酵素が好ましく、糸状菌セルラーゼ系酵素の中でもトリコデルマ菌(Trichoderma reesei、あるいはHyporea jerorina、糸状菌の一種である子嚢菌)が産生するセルラーゼ系酵素はセルラーゼ系酵素の種類が豊富で、産生性も高いため特に好ましい。   Cellulase-based enzymes include the genus Trichoderma, the genus Acremonium, the genus Aspergillus, the genus Phanerochaete, the trametes, Trametes, Genus, Humicola (Bacteria), Bacillus (Bacteria), Suehirotake (Basidiomycetes), Streptomyces (Bacteria), Pseudomonas (Pseudomonas, Bacteria), etc. Enzymes. Such a cellulase enzyme can be purchased as a reagent or a commercial product. Examples thereof include cellulosin T2 (manufactured by HIPI), mecerase (manufactured by Meiji Seika Co., Ltd.), Novozyme 188 (manufactured by Novozyme), multifect CX10L (manufactured by Genencor), cellulase enzyme GC220 (manufactured by Genencor). Among these cellulase enzymes, filamentous fungal cellulase enzymes are preferred, and among the filamentous fungal cellulase enzymes, cellulase enzymes produced by Trichoderma bacterium (Trichoderma reesei or Hyporea jerorina) are cellulase enzymes. It is particularly preferred because of its wide variety of enzymes and high productivity.

セルラーゼ系酵素は加水分解反応機能を有する触媒ドメインの高次構造に基づく糖質加水分解酵素ファミリーに分類される。一方、セルラーゼ系酵素はセルロース分解特性によってエンド型グルカナーゼ(endo−glucanase:EG)とセロビオヒドロラーゼ(cellobiohydrolase:CBH)に分類される。EGはセルロースの非晶部分や可溶性セロオリゴ糖、カルボキシメチルセルロースのようなセルロース誘導体に対する加水分解性が高く、それらの分子鎖を内側からランダムに切断し、重合度を低下させる。しかし、EGは結晶性を有するセルロースミクロフィブリルへの反応性は低い。これに対して、CBHはセルロースの結晶部分を分解し、セロビオースを与える。また、CBHはセルロース分子の末端から加水分解し、エキソ型あるいはプロセッシブ酵素とも呼ばれる。   Cellulase enzymes are classified into a carbohydrate hydrolase family based on the higher order structure of the catalytic domain having a hydrolysis reaction function. On the other hand, cellulase enzymes are classified into endo-glucanase (EG) and cellobiohydrolase (CBH) according to cellulolytic properties. EG is highly hydrolyzable with respect to the amorphous part of cellulose, soluble cellooligosaccharides, and cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose, and these molecular chains are randomly cut from the inside to lower the degree of polymerization. However, EG has low reactivity to crystalline cellulose microfibrils. In contrast, CBH decomposes the crystalline part of cellulose and gives cellobiose. CBH is hydrolyzed from the end of the cellulose molecule and is also called an exo-type or processive enzyme.

本発明においてはセルラーゼ系酵素としてEGおよびCBHのいずれも使用できる。それぞれを単体で用いてもよいし、EGとCBHを混合して使用してもかまわない。また、ヘミセルラーゼ系酵素と混合して用いてもかまわない。   In the present invention, both EG and CBH can be used as the cellulase enzyme. Each may be used alone, or EG and CBH may be mixed and used. Further, it may be used by mixing with a hemicellulase enzyme.

本発明において使用できるヘミセルラーゼ系酵素とは、ヘミセルロースを加水分解する酵素である。ヘミセルラーゼ系酵素の中でもキシランを分解する酵素であるキシラナーゼ(xylanase)、マンナンを分解する酵素であるマンナーゼ(mannase)、アラバンを分解する酵素であるアラバナーゼ(arabanase)が挙げられる。また、ペクチンを分解する酵素であるペクチナーゼもヘミセルラーゼ系酵素として使用することができる。ヘミセルラーゼ系酵素を産生する微生物はセルラーゼ系酵素も産生する場合が多い。   The hemicellulase enzyme that can be used in the present invention is an enzyme that hydrolyzes hemicellulose. Among hemicellulase-based enzymes, xylanase, which is an enzyme that degrades xylan, mannanase, which is an enzyme that degrades mannan, and arabanase, an enzyme that degrades araban. In addition, pectinase, which is an enzyme that degrades pectin, can also be used as a hemicellulase-based enzyme. Microorganisms that produce hemicellulase enzymes often also produce cellulase enzymes.

ヘミセルロースは植物細胞壁のセルロースミクロフィブリル間にあるペクチン類を除いた多糖類である。ヘミセルロースは多種多様で植物の種類や細胞壁の壁層間でも異なる。木材においては針葉樹の2次壁ではグルコマンナンが主成分であり、広葉樹の2次壁では4−O−メチルグルクロノキシランが主成分である。そのため、針葉樹から微細繊維状セルロースを得るためにはマンナーゼを使用する方が好ましく、広葉樹の場合はキシラナーゼを使用する方が好ましい。   Hemicellulose is a polysaccharide excluding pectins between cellulose microfibrils in the plant cell wall. Hemicelluloses are diverse and differ between plant types and cell wall layers. In wood, glucomannan is the main component in the secondary wall of conifers, and 4-O-methylglucuronoxylan is the main component in the secondary walls of hardwood. Therefore, in order to obtain fine fibrous cellulose from conifers, it is preferable to use mannase, and in the case of hardwoods, it is preferable to use xylanase.

セルラーゼ系酵素のパルプに対する添加量は0.1質量%〜3質量%が好ましく、0.3質量%〜2.5質量%がより好ましい。添加量が0.1質量%未満であると酵素による解繊効率が低下するおそれがある。3質量%を超えて添加するとセルロースが糖化されて、微細繊維状セルロースの収率が低下するおそれがある。   The amount of cellulase enzyme added to the pulp is preferably 0.1% by mass to 3% by mass, and more preferably 0.3% by mass to 2.5% by mass. If the addition amount is less than 0.1% by mass, the defibrating efficiency by the enzyme may decrease. If the amount exceeds 3% by mass, cellulose is saccharified and the yield of fine fibrous cellulose may be reduced.

セルラーゼ系酵素処理時のパルプスラリーのpHは弱酸性領域であるpH3.0〜6.9が好ましいが、セルラーゼ系酵素の種類により適宜最適なpH領域を選択してもよい。また、ヘミセルラーゼ系酵素処理時のパルプスラリーのpHは弱アルカリ性領域であるpH7.1〜10.0が好ましいが、ヘミセルラーゼ系酵素の種類により適宜最適なpH領域を選択してもよい。セルラーゼ系酵素あるいはヘミセルラーゼ系酵素の処理時の化学パルプのスラリー温度は30℃〜70℃が好ましく、35℃〜65℃がさらに好ましく、40℃〜60℃が特に好ましい。温度が30℃未満であると酵素活性が低下して処理時間が長くなるので好ましくない。温度が70℃を超えると酵素が失活するので好ましくない。処理時間は酵素の種類や温度、pHで調整するが、30分〜24時間処理が好ましい。処理時間が30分未満であると酵素処理の効果がほとんど発現しないおそれがある。24時間を超えると酵素によりセルロース繊維の分解が進みすぎて、得られる微細繊維状セルロースの加重平均繊維長が短くなりすぎるおそれがある。   The pH of the pulp slurry during the cellulase enzyme treatment is preferably a pH of 3.0 to 6.9, which is a weakly acidic region, but an optimal pH region may be appropriately selected depending on the type of the cellulase enzyme. Further, the pH of the pulp slurry at the time of the hemicellulase enzyme treatment is preferably pH 7.1 to 10.0 which is a weak alkaline region, but an optimum pH region may be appropriately selected depending on the type of hemicellulase enzyme. The slurry temperature of the chemical pulp during treatment with the cellulase enzyme or hemicellulase enzyme is preferably 30 ° C to 70 ° C, more preferably 35 ° C to 65 ° C, and particularly preferably 40 ° C to 60 ° C. If the temperature is less than 30 ° C., the enzyme activity decreases and the treatment time becomes longer, which is not preferable. If the temperature exceeds 70 ° C., the enzyme is deactivated, which is not preferable. The treatment time is adjusted by the type of enzyme, temperature and pH, but treatment for 30 minutes to 24 hours is preferred. If the treatment time is less than 30 minutes, the effect of the enzyme treatment may hardly be exhibited. If it exceeds 24 hours, the decomposition of cellulose fibers proceeds too much by the enzyme, and the weighted average fiber length of the resulting fine fibrous cellulose may be too short.

なお、酵素が活性なままで残留していると前記のようにセルロース繊維の分解が進み過ぎるので、所定時間、酵素で反応させた後のパルプスラリーに20%の苛性ソーダをpHが12程度になるように添加して酵素を失活させるか、あるいはパルプスラリーの温度を90℃まで上昇させて、失活させる方法が通常とられる。苛性ソーダを加える方が簡便ではあるが、その後の洗浄段で脱水性が悪化するおそれがあるので、その対処が必要になる。水洗は、パルプの2から4倍量の水で行なうことによって、酵素はほとんど残留しなくなるので、好ましい。   In addition, if the enzyme remains active, the decomposition of the cellulose fiber proceeds too much as described above, so 20% caustic soda in the pulp slurry after the reaction with the enzyme for a predetermined time has a pH of about 12. Usually, the enzyme is deactivated by adding the same, or the temperature of the pulp slurry is increased to 90 ° C. to deactivate the enzyme. Although it is simpler to add caustic soda, dehydration may be deteriorated in the subsequent washing stage, and it is necessary to deal with it. The washing with water is preferably carried out with 2 to 4 times as much water as the pulp, so that almost no enzyme remains.

前記酵素処理を施したパルプは水に分散され、水性懸濁液として微細化処理に供される。前記水性懸濁液の濃度としては0.1〜3質量%であることが好ましく、0.3〜1質量%であることがより好ましい。因みに、濃度が0.1質量%未満であると、後工程のセルロース解繊負荷低減効果がほとんどなくなるおそれがある。一方、濃度が3質量%を超えると、微細化処理中に粘度が上昇し過ぎ、取扱いが非常に困難になるおそれがある。   The pulp that has been subjected to the enzyme treatment is dispersed in water and subjected to a refining treatment as an aqueous suspension. The concentration of the aqueous suspension is preferably 0.1 to 3% by mass, and more preferably 0.3 to 1% by mass. Incidentally, if the concentration is less than 0.1% by mass, the effect of reducing the cellulose fibrillation load in the subsequent step may be almost lost. On the other hand, if the concentration exceeds 3% by mass, the viscosity increases excessively during the miniaturization process, and handling may become very difficult.

セルラーゼ系酵素で処理したパルプを解繊する方法としては、高圧ホモジナイザーや高速回転型解繊機が用いられる。高圧ホモジナイザー処理は加圧によって高速に加速されたパルプ分散液が急激な減圧により微細化するため、微細化の過程で分散液の粘度が急激に上昇して配管などが詰まったり、過剰な力で処理されるため、短繊維化され易いということがあるので注意深く処理条件を設定することが必要となる。また、高圧条件の圧力が低い場合や、高圧から減圧条件への圧力差が小さい場合には、解繊効率が下がり、所望の繊維幅とするための繰り返し噴出回数が多く必要となるため好ましくない。さらに、セルロース繊維分散液を噴出させる細孔の細孔直径が大き過ぎる場合にも、十分な解繊効果が得られず、この場合には、噴出処理を繰り返し行っても、所望の繊維幅のセルロース繊維が得られないおそれもある。セルロース繊維分散液の噴出は、必要に応じて複数回繰り返すことにより、微細化度を上げて所望の繊維幅のセルロース繊維を得ることができる。この繰り返し回数(パス数)は、通常1回以上、好ましくは3回以上で、通常20回以下、好ましくは15回以下である。パス数が多い程、微細化の程度を上げることができるが、過度にパス数が多いとコスト高となるため好ましくない。   As a method for defibrating pulp treated with a cellulase enzyme, a high-pressure homogenizer or a high-speed rotary defibrator is used. In the high-pressure homogenizer treatment, the pulp dispersion accelerated at high speed by pressurization is refined by rapid decompression, so the viscosity of the dispersion rises suddenly during the refinement process, and the pipes are clogged, or with excessive force. Since it is processed, it may be easy to shorten the fiber, so it is necessary to set processing conditions carefully. In addition, when the pressure under high pressure conditions is low or when the pressure difference from high pressure to reduced pressure conditions is small, the defibrating efficiency is lowered, and it is not preferable because a large number of repeated ejections are required to obtain a desired fiber width. . Furthermore, even when the pore diameter of the pores from which the cellulose fiber dispersion is ejected is too large, a sufficient fibrillation effect cannot be obtained, and in this case, even if the ejection treatment is repeated, the desired fiber width can be obtained. There is also a possibility that cellulose fibers cannot be obtained. The ejection of the cellulose fiber dispersion is repeated a plurality of times as necessary, thereby increasing the degree of fineness and obtaining cellulose fibers having a desired fiber width. The number of repetitions (pass number) is usually 1 or more, preferably 3 or more, and usually 20 or less, preferably 15 or less. As the number of passes increases, the degree of miniaturization can be increased. However, an excessively large number of passes is not preferable because the cost increases.

かかる高圧ホモジナイザーの具体例としては、スギノマシン社製の「スターバースト」、イズミフードマシナリ社製の「高圧ホモゲナイザー」、Rannie社製の「ミニラボ8.3H型」に代表されるホモバルブ式の高圧ホモジナイザー、Microfluidics社製の「マイクロフルイダイザー」、吉田機械興業社製の「ナノマイザー」、スギノマシン社製の「アルティマイザー」、白水化学社製の「ジーナスPY」、日本ビーイーイー社製の「DeBEE2000」等のチャンバー式の高圧ホモジナイザー等が挙げられる。   Specific examples of such a high-pressure homogenizer include a “Starburst” manufactured by Sugino Machine, a “High-Pressure Homogenizer” manufactured by Izumi Food Machinery, and a homovalve-type high-pressure homogenizer typified by “Minilab 8.3H type” manufactured by Rannie. "Microfluidizer" manufactured by Microfluidics, "Nanomizer" manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., "Ultimizer" manufactured by Sugino Machine, "Genus PY" manufactured by Shiramizu Chemical Co., Ltd., "DeBEE2000" manufactured by BEE Japan And a chamber type high-pressure homogenizer.

一方、高速回転型解繊機を用いる場合、パルプ分散液を高速回転させながら狭い空隙を通すことにより高いせん断速度を発生させることができるため、ブレンダー処理のように単に高速回転させる方式と比べて微細化処理を効果的に行うことができるため、最も好ましい実施態様である。高速回転型解繊機は回転体と固定部の間の空隙に処理対象となるパルプ繊維を通過させて分散するタイプのもの、一定方向に回転する内側回転体の外側を逆に回転する外側回転体とを有し、内側回転体と外側回転体の間の空隙に処理対象となるパルプ繊維を通過させて分散するタイプのものが一般的である。かかる高速回転型解繊機としては例えば、エム・テクニック社製の「クレアミックス」、プライミクス社製の「TKロボミクス」、「フィルミックス」、大平洋機工社製の「マイルダー」、「キャビトロン」、「シャープフローミル」等が挙げられる。   On the other hand, when a high-speed rotation type defibrator is used, a high shear rate can be generated by passing a narrow gap while rotating the pulp dispersion at a high speed. This is the most preferable embodiment because the crystallization treatment can be performed effectively. The high-speed rotation type defibrator is a type that disperses the pulp fiber to be treated by passing it through the gap between the rotating body and the fixed part. In general, the pulp fiber to be treated is passed through and dispersed in the gap between the inner rotator and the outer rotator. Examples of such a high-speed rotation type defibrator include “Clairemix” manufactured by M Technique, “TK Robotics” and “Filmix” manufactured by Primics, “Milder”, “Cabitron”, “Cabitron”, “ Sharp flow mill ".

本発明により得られる微細繊維状セルロースは、通常製紙用途で用いるパルプ繊維よりもはるかに細いセルロース繊維あるいは棒状粒子である。微細繊維状セルロースは結晶部分を含むセルロース分子の集合体であり、その結晶構造はI型(平行鎖)である。微細繊維状セルロースの幅は電子顕微鏡で観察して1nm〜1000nmが好ましく、より好ましくは2nm〜500nm、さらに好ましくは4nm〜100nmである。繊維の幅が1nm未満であると、セルロース分子として水に溶解しているため、微細繊維としての物性(強度や剛性、寸法安定性)が発現しなくなる。1000nmを超えると微細繊維とは言えず、通常のパルプに含まれる繊維にすぎないため、微細繊維としての物性(強度や剛性、寸法安定性)が得られない。微細繊維状セルロースに透明性が求められる用途であると、微細繊維の幅は、50nm以下が好ましい。これらの微細繊維状セルロースから得られる複合材料は密度が高く、緻密な構造体となるために強度が高く、セルロース結晶に由来した高い弾性率が得られることに加え、可視光の散乱が少ないため高い透明性も得られる。   The fine fibrous cellulose obtained by the present invention is a cellulose fiber or rod-like particle that is much thinner than the pulp fiber usually used for papermaking. The fine fibrous cellulose is an aggregate of cellulose molecules including a crystal part, and its crystal structure is type I (parallel chain). The width of the fine fibrous cellulose is preferably 1 nm to 1000 nm as observed with an electron microscope, more preferably 2 nm to 500 nm, and still more preferably 4 nm to 100 nm. When the width of the fiber is less than 1 nm, since the cellulose molecule is dissolved in water, the physical properties (strength, rigidity, dimensional stability) as the fine fiber are not expressed. If it exceeds 1000 nm, it cannot be said that it is a fine fiber, and is merely a fiber contained in ordinary pulp, and physical properties (strength, rigidity, dimensional stability) as a fine fiber cannot be obtained. When the fine fibrous cellulose is used for transparency, the fine fiber width is preferably 50 nm or less. Composite materials obtained from these fine fibrous celluloses have high density and high density because they become dense structures, and in addition to obtaining high elastic modulus derived from cellulose crystals, there is little scattering of visible light High transparency is also obtained.

前記のようにして得られた微細繊維状セルロースを用いて、微細繊維状セルロースシートにすることができる。これにより、高分子を含浸、あるいは高分子シートで挟んで微細繊維状セルロース複合体とすることができる。微細繊維状セルロースシートを分散液である解繊セルロース繊維を濾過することによって製造する場合、濾過に供される分散液の濃度は、0.05〜1.0質量%が好ましく、濃度が低すぎると濾過に膨大な時間がかかり、逆に濃度が高すぎると均一なシートが得られないため好ましくない。分散液を濾過する場合、濾過時の濾布としては、微細化したセルロース繊維は通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないことが重要である。このような濾布としては、有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしてはポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。具体的には孔径0.1〜20μm、例えば1μmのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1〜20μm、例えば1μmのポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。
また、微細繊維状セルロースを含む水系懸濁液からシートを製造する方法として、例えば特願2009−173136に記載の微細繊維を含む分散液を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された前記分散液から分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、前記ウェブを乾燥させて繊維シートを生成する乾燥セクションとを備え、前記搾水セクションから前記乾燥セクションにかけて前記無端ベルトが配設され、前記搾水セクションで生成された前記ウェブが前記無端ベルトに載置されたまま前記乾燥セクションに搬送される製造装置を用いる方法等が挙げられる。
Using the fine fibrous cellulose obtained as described above, a fine fibrous cellulose sheet can be obtained. Thereby, the polymer can be impregnated or sandwiched between polymer sheets to form a fine fibrous cellulose composite. When producing a fine fibrous cellulose sheet by filtering defibrated cellulose fibers as a dispersion, the concentration of the dispersion used for filtration is preferably 0.05 to 1.0% by mass, and the concentration is too low. On the other hand, it takes an enormous amount of time for filtration. On the contrary, if the concentration is too high, a uniform sheet cannot be obtained, which is not preferable. When filtering the dispersion, it is important for the filter cloth at the time of filtration that the finely divided cellulose fibers do not pass through and the filtration rate is not too slow. As such a filter cloth, a sheet made of an organic polymer, a woven fabric, and a porous membrane are preferable. The organic polymer is preferably a non-cellulose organic polymer such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like. Specific examples include a porous film of polytetrafluoroethylene having a pore size of 0.1 to 20 μm, for example, 1 μm, polyethylene terephthalate or polyethylene woven fabric having a pore size of 0.1 to 20 μm, for example, 1 μm.
Moreover, as a method for producing a sheet from an aqueous suspension containing fine fibrous cellulose, for example, a dispersion containing fine fibers described in Japanese Patent Application No. 2009-173136 is discharged onto the upper surface of an endless belt, and the discharged dispersion is discharged. A squeezing section for squeezing the dispersion medium from the squeezing medium to produce a web, and a drying section for drying the web to produce a fiber sheet, wherein the endless belt is disposed from the squeezing section to the drying section. And a method using a manufacturing apparatus in which the web generated in the water squeezing section is transported to the drying section while being placed on the endless belt.

本発明において使用できる脱水方法としては紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられ、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、ロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、乾燥方法としては紙の製造で用いられている方法が挙げられ、例えば、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、赤外線ヒーターなどの方法が好ましい。   Examples of the dehydration method that can be used in the present invention include a dehydration method that is usually used in the manufacture of paper, and a method of dehydrating with a long net, circular net, inclined wire or the like and then dehydrating with a roll press is preferable. Examples of the drying method include methods used in paper manufacture. For example, methods such as a cylinder dryer, a Yankee dryer, hot air drying, and an infrared heater are preferable.

微細繊維状セルロースシートはその製造方法により、様々な空隙率を保持せしめることができる。空隙率の大きなシートを得る方法としては、濾過による製膜工程において、シート中の水を最後にアルコール等の有機溶媒に置換する方法を挙げることができる。これは、濾過により水を除去し、セルロース含量が5〜99質量%になったところでアルコール等の有機溶媒を加えるものである。あるいは、微細繊維状セルロース分散液を濾過装置に投入した後、アルコール等の有機溶媒を分散液の上部に静かに投入することによっても置換することができる。微細繊維状セルロースシートに高分子を含浸させて複合体を得る場合には、空隙率が小さいと高分子が含浸されにくくなるため、10体積%以上、好ましくは20体積%以上の空隙率があることが好ましい。ここで用いるアルコール等の有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル等のアルコール類の他、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、トルエン、四塩化炭素等の1種又は2種以上の有機溶媒が挙げられる。前記有機溶媒として非水溶性有機溶媒を用いる場合は、水溶性有機溶媒との混合溶媒にするか水溶性有機溶媒で置換した後、非水溶性有機溶媒で置換することが好ましい。   The fine fibrous cellulose sheet can maintain various porosity depending on its production method. Examples of a method for obtaining a sheet having a large porosity include a method in which water in the sheet is finally replaced with an organic solvent such as alcohol in a film forming process by filtration. In this method, water is removed by filtration, and an organic solvent such as alcohol is added when the cellulose content reaches 5 to 99% by mass. Alternatively, the fine fibrous cellulose dispersion can be replaced by placing it in a filtration device and then gently pouring an organic solvent such as alcohol on top of the dispersion. In the case of obtaining a composite by impregnating a fine fibrous cellulose sheet with a polymer, if the porosity is small, the polymer is difficult to be impregnated, and therefore there is a porosity of 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more. It is preferable. The organic solvent such as alcohol used here is not particularly limited, but alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, ethylene glycol, and ethylene glycol mono-t-butyl ether are used. In addition to these, one or more organic solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, cyclohexane, toluene, carbon tetrachloride and the like can be mentioned. In the case of using a water-insoluble organic solvent as the organic solvent, it is preferable to use a water-soluble organic solvent or a water-soluble organic solvent and then replace it with a water-insoluble organic solvent.

空隙率を制御する方法として、前記のアルコール等より沸点の高い溶媒を混合させ、その溶媒の沸点より低い温度で乾燥させる方法が挙げられる。この場合は、必要に応じて、乾燥後に残っている高沸点の溶媒を、他の溶媒に置換した後に、高分子を含浸させる。濾過によって溶媒を除去したセルロース繊維シートは、その後、乾燥を行うが、場合によっては乾燥を行わずに次の工程に進んでも構わない。すなわち、加熱処理した分散液である微細繊維状セルロースを濾過して、次に高分子を含浸する場合、乾燥工程を経ずそのまま高分子を含浸することもできる。また、分散液である解繊セルロース繊を濾過して、そのシートを加熱処理する場合にも、乾燥工程を経ずに行うこともできる。   As a method for controlling the porosity, a method in which a solvent having a boiling point higher than that of the alcohol is mixed and dried at a temperature lower than the boiling point of the solvent can be mentioned. In this case, if necessary, the high boiling point solvent remaining after drying is replaced with another solvent, and then the polymer is impregnated. The cellulose fiber sheet from which the solvent has been removed by filtration is then dried, but in some cases, it may proceed to the next step without drying. That is, when the fine fibrous cellulose which is the heat-treated dispersion is filtered and then impregnated with the polymer, the polymer can be impregnated as it is without passing through the drying step. Also, when the defibrated cellulose fibers that are the dispersion liquid are filtered and the sheet is heat-treated, it can also be carried out without a drying step.

しかし、空隙率、膜厚の制御、シートの構造をより強固にする意味でも、乾燥は行った方が好ましい。この乾燥は、送風乾燥、減圧乾燥、加圧乾燥、あるいは加熱乾燥しても構わない。加熱する場合、温度は、80℃〜150℃が好ましい。加熱温度が低すぎると乾燥に時間がかかったり、乾燥が不十分になるおそれがあり、逆に高すぎるとセルロース繊維シートが着色したり、セルロースが分解したりするおそれがある。また、加圧する場合は、0.1〜1MPaが好ましい。圧力が低すぎると乾燥が不十分になるおそれがあり、高すぎるとセルロースの平面構造体がつぶれたり、セルロースが分解する可能性がある。微細繊維状セルロースシートの厚みには特に限定はないが、好ましくは1μm以上、さらに好ましくは5μm以上である。又、通常1000μm以下、好ましくは5〜250μmである。   However, drying is also preferable in terms of controlling the porosity, film thickness, and strengthening the sheet structure. This drying may be air drying, vacuum drying, pressure drying, or heat drying. When heating, the temperature is preferably 80 ° C to 150 ° C. If the heating temperature is too low, drying may take time or drying may be insufficient. Conversely, if the heating temperature is too high, the cellulose fiber sheet may be colored or cellulose may be decomposed. Moreover, when pressurizing, 0.1-1 Mpa is preferable. If the pressure is too low, drying may be insufficient. If the pressure is too high, the planar structure of cellulose may be crushed or cellulose may be decomposed. Although there is no limitation in particular in the thickness of a fine fibrous cellulose sheet, Preferably it is 1 micrometer or more, More preferably, it is 5 micrometers or more. Moreover, it is 1000 micrometers or less normally, Preferably it is 5-250 micrometers.

本発明の微細繊維状セルロース複合体は、前記で得られた微細繊維状セルロースシートと、セルロース以外の高分子(=マトリックス材料)とを複合化させたものである。ここでマトリックス材料とは、セルロース繊維シートと貼り合わせたり、空隙を埋めたり、造粒したセルロース繊維粒子を混練する高分子材料またはその前駆体(例えばモノマー)のことをいう。このマトリックス材料として好適であるのは、加熱することにより流動性のある液体になる熱可塑性樹脂、加熱により重合する熱硬化性樹脂、紫外線や電子線などを照射することにより重合硬化する光(活性エネルギー線)硬化性樹脂等から少なくとも1種の樹脂(高分子材料)またはその前駆体(いわゆるモノマー、オリゴマー)である。それらの熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂の各前駆体などを、微細繊維状セルロースのシートに含浸させ、加熱あるいは光で重合、硬化させることによって微細繊維状セルロース複合体を得ることができる。   The fine fibrous cellulose composite of the present invention is a composite of the fine fibrous cellulose sheet obtained above and a polymer (= matrix material) other than cellulose. Here, the matrix material refers to a polymer material or a precursor thereof (for example, a monomer) that is bonded to a cellulose fiber sheet, fills a void, or kneads granulated cellulose fiber particles. Suitable for this matrix material are thermoplastic resins that become fluid when heated, thermosetting resins that polymerize by heating, light that is polymerized and cured by irradiation with ultraviolet rays, electron beams, etc. (active Energy beam) At least one kind of resin (polymer material) or a precursor thereof (so-called monomer or oligomer) from curable resin or the like. A fine fibrous cellulose composite can be obtained by impregnating a precursor of such a thermosetting resin or photocurable resin into a sheet of fine fibrous cellulose, and polymerizing and curing by heating or light.

本発明においては、以下のマトリックス材料(高分子材料またはその前駆体)のうち、高分子材料、または前駆体の場合にはその重合体が、非晶質でガラス転移温度(Tg)の高い合成高分子であるものが、透明性に優れた高耐久性のある微細繊維状セルロース複合体を得る上で好ましい。このうち非晶質の程度としては、結晶化度で10%以下、特に5%以下であるものが好ましく、また、Tgは110℃以上、特に120℃以上、とりわけ130℃以上のものが好ましい。Tgが低いと例えば熱水等に触れた際に変形するおそれがあり、実用上問題が生じる。   In the present invention, among the following matrix materials (polymer materials or precursors thereof), in the case of a polymer material or precursor, the polymer is an amorphous compound having a high glass transition temperature (Tg). What is a polymer is preferable for obtaining a highly durable fine fibrous cellulose composite having excellent transparency. Among these, the degree of amorphousness is preferably 10% or less, particularly 5% or less in terms of crystallinity, and Tg is preferably 110 ° C. or more, particularly 120 ° C. or more, and particularly preferably 130 ° C. or more. When Tg is low, there is a risk of deformation when touched with, for example, hot water, which causes a practical problem.

本発明において、微細繊維状セルロースシートに複合化させるセルロース以外のマトリックス材料を以下に例示するが、本発明で用いるマトリックス材料は何ら以下のものに限定されるものではない。すなわち、熱可塑性樹脂には、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、芳香族ポリカーボネート系樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリオレフィン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスルホン系樹脂、非晶性フッ素系樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、オキセタン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、珪素樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂等の前駆体が挙げられる。さらに、熱可塑性樹脂には、前記熱硬化性樹脂の説明で例示したエポキシ樹脂、アクリル樹脂、オキセタン樹脂等の前駆体が挙げられる。   In the present invention, matrix materials other than cellulose to be combined with the fine fibrous cellulose sheet are exemplified below, but the matrix material used in the present invention is not limited to the following. That is, the thermoplastic resin includes styrene resin, acrylic resin, aromatic polycarbonate resin, aliphatic polycarbonate resin, aromatic polyester resin, aliphatic polyester resin, aliphatic polyolefin resin, and cyclic olefin resin. And polyamide resins, polyphenylene ether resins, thermoplastic polyimide resins, polyacetal resins, polysulfone resins, and amorphous fluorine resins. Examples of thermosetting resins include precursors such as epoxy resins, acrylic resins, oxetane resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, silicon resins, polyurethane resins, diallyl phthalate resins. Furthermore, examples of the thermoplastic resin include precursors such as an epoxy resin, an acrylic resin, and an oxetane resin exemplified in the description of the thermosetting resin.

微細繊維状セルロースシートとマトリックス材料(高分子)との複合化の方法としては、次の(a)〜(g)の方法が好ましく挙げられる。
(a)微細繊維状セルロースシートに液状の熱可塑性樹脂前駆体を含浸させて重合する方法
(b)微細繊維状セルロースシートに熱硬化性樹脂前駆体又は光硬化性樹脂前駆体を含浸させて重合硬化させる方法
(c)微細繊維状セルロースシートに樹脂溶液(熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂前駆体、熱硬化性樹脂前駆体、および光硬化性樹脂前駆体から選択される1種以上の溶質を含む溶液)を含浸させて乾燥した後、加熱プレス等で密着させ、必要に応じて重合硬化する方法
(d)微細繊維状セルロースシートに熱可塑性樹脂の溶融体を含浸させ、加熱プレス等で密着させる方法
(e)熱可塑性樹脂シートと微細繊維状セルロースシートを交互に配置し、加熱プレス等で密着させる方法
(f)微細繊維状セルロースシートの片面もしくは両面に液状の熱可塑性樹脂前駆体や熱硬化性樹脂前駆体もしくは光硬化性樹脂前駆体を塗布して重合硬化させる方法
(g)微細繊維状セルロースシートの片面もしくは両面に樹脂溶液(熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂前駆体、熱硬化性樹脂前駆体、および光硬化性樹脂前駆体から選択される1種以上の溶質を含む溶液)を塗布して溶媒を除去後、必要に応じて重合硬化することにより複合化する方法
As a method for compositing the fine fibrous cellulose sheet and the matrix material (polymer), the following methods (a) to (g) are preferably exemplified.
(A) A method of polymerizing by impregnating a fine fibrous cellulose sheet with a liquid thermoplastic resin precursor (b) Polymerization by impregnating a fine fibrous cellulose sheet with a thermosetting resin precursor or a photocurable resin precursor Method of curing (c) A resin solution (containing one or more solutes selected from a thermoplastic resin, a thermoplastic resin precursor, a thermosetting resin precursor, and a photocurable resin precursor) in a fine fibrous cellulose sheet (Solution) After drying by impregnating with a solution, a method of adhering with a heating press or the like and polymerizing and curing as necessary (d) impregnating a fine fibrous cellulose sheet with a thermoplastic resin melt and adhering with a heating press or the like Method (e) A method in which thermoplastic resin sheets and fine fibrous cellulose sheets are alternately arranged and adhered with a heating press or the like (f) on one side or both sides of the fine fibrous cellulose sheet (G) A resin solution (thermoplastic resin, heat on a single or both sides of a fine fibrous cellulose sheet) by applying a polymer-like thermoplastic resin precursor, a thermosetting resin precursor or a photocurable resin precursor to polymerize and cure. By applying a solution containing at least one solute selected from a plastic resin precursor, a thermosetting resin precursor, and a photocurable resin precursor, removing the solvent, and then polymerizing and curing as necessary. How to combine

本発明の微細繊維状セルロース複合体を形成するための硬化性組成物は、公知の方法で重合硬化させることができる。中でも簡便な方法としては、熱硬化、又は放射線硬化等が挙げられるが、放射線硬化の中では、好ましくは光硬化である。特に、波長が200nm〜450nm程度の光が好ましく、さらに好ましくは波長が250〜400nmの紫外線である。具体的には、予め硬化性組成物に加熱によりラジカルを発生する熱重合開始剤を添加しておき、加熱して重合させる方法(以下「熱重合」という場合がある)、予め硬化性組成物に紫外線等の放射線によりラジカルを発生する光重合開始剤を添加しておき、放射線を照射して重合させる方法(以下「光重合」という場合がある)、および熱重合開始剤と光重合開始剤を併用して予め添加しておき、熱と光の組み合わせにより重合させる方法が挙げられるが、本発明においては光重合がより好ましい。   The curable composition for forming the fine fibrous cellulose composite of the present invention can be polymerized and cured by a known method. Among them, a simple method includes thermal curing, radiation curing, and the like. Among radiation curing, photocuring is preferable. In particular, light having a wavelength of about 200 nm to 450 nm is preferable, and ultraviolet light having a wavelength of 250 to 400 nm is more preferable. Specifically, a method in which a thermal polymerization initiator that generates radicals upon heating is added to the curable composition in advance and polymerized by heating (hereinafter sometimes referred to as “thermal polymerization”), the curable composition in advance. A method of adding a photopolymerization initiator that generates radicals by radiation such as ultraviolet rays to polymerize by irradiating with radiation (hereinafter sometimes referred to as “photopolymerization”), and a thermal polymerization initiator and a photopolymerization initiator Can be added in advance and polymerized by a combination of heat and light. Photopolymerization is more preferred in the present invention.

光重合開始剤としては、通常、ベンゾフェノンなどに代表される光ラジカル発生剤が用いられる。これらの光重合開始剤は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。光重合開始剤の配合量は、硬化性組成物中のラジカル重合可能な化合物の合計を100質量部としたとき、好ましくは0.01質量部以上、更に好ましくは0.05質量部以上である。その上限は、通常1質量部以下、好ましくは0.5質量部以下、更に好ましくは0.1質量部以下である。配合量が多すぎると、重合が急激に進行し、得られる硬化物の複屈折を大きくするだけでなく、色相も悪化する。   As the photopolymerization initiator, a photo radical generator typified by benzophenone is usually used. These photopolymerization initiators may be used alone or in combination of two or more. The blending amount of the photopolymerization initiator is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, when the total amount of radically polymerizable compounds in the curable composition is 100 parts by mass. . The upper limit is usually 1 part by mass or less, preferably 0.5 part by mass or less, more preferably 0.1 part by mass or less. If the amount is too large, the polymerization proceeds rapidly, not only increasing the birefringence of the resulting cured product, but also the hue.

硬化に際して照射する放射線の量は、光重合開始剤がラジカルを発生させる範囲であれば任意であるが、極端に少ない場合は重合が不完全となるため硬化物の耐熱性、機械特性が十分に発現されず、逆に極端に過剰な場合は硬化物の黄変等の光による劣化を生じるので、モノマーの組成及び光重合開始剤の種類、量に合わせて、波長300〜450nmの紫外線を、好ましくは0.1J/cm以上200J/cm以下の範囲で照射する。更に好ましくは1J/cm以上20J/cmの範囲で照射する。放射線を複数回に分割して照射すると、より好ましい。すなわち1回目に全照射量の1/20〜1/3程度を照射し、2回目以降に必要残量を照射すると、複屈折のより小さな硬化物が得られる。使用する紫外線ランプの具体例としては、メタルハライドランプ、高圧水銀灯ランプ、紫外線LEDランプ等を挙げることができる。 The amount of radiation to be irradiated upon curing is arbitrary as long as the photopolymerization initiator generates radicals. However, when the amount is extremely small, the polymerization is incomplete, so that the cured product has sufficient heat resistance and mechanical properties. If it is not expressed and, on the contrary, extremely excessive, it causes deterioration due to light such as yellowing of the cured product, so that ultraviolet rays having a wavelength of 300 to 450 nm are used in accordance with the composition of the monomer and the type and amount of the photopolymerization initiator. preferably irradiated with 0.1 J / cm 2 or 200 J / cm 2 or less. More preferably, irradiation is performed in the range of 1 J / cm 2 or more and 20 J / cm 2 . More preferably, the radiation is divided into a plurality of times. That is, when the first irradiation is performed for about 1/20 to 1/3 of the total irradiation amount and the necessary remaining amount is irradiated for the second and subsequent times, a cured product with smaller birefringence is obtained. Specific examples of the ultraviolet lamp to be used include a metal halide lamp, a high pressure mercury lamp, an ultraviolet LED lamp, and the like.

このようにして製造したセルロース繊維複合体を複数枚重ねて積層体を得ることもできる。その際、セルロース繊維を含む複合体と含まない高分子シートを積層してもよい。あるいはセルロース複合体同士や高分子シートとセルロース複合体を接合させるために、接着剤を塗布したり接着シートを介在させてもよい。また、積層体に加熱プレス処理を加えて一体化することもできる。   A laminate can also be obtained by stacking a plurality of the cellulose fiber composites thus produced. In that case, you may laminate | stack the polymer sheet | seat which does not contain the composite_body | complex containing a cellulose fiber. Or in order to join cellulose composites or a polymer sheet and a cellulose composite, you may apply | coat an adhesive agent or interpose an adhesive sheet. Moreover, it can also integrate by adding a heat press process to a laminated body.

以下に本発明を更に詳しく説明するために実施例を挙げるが、いうまでもなく本発明はこれらに限定されるものではない。また、例中の部および%は特に断らない限り、それぞれ質量部および質量%を示す。   Examples are given below to explain the present invention in more detail, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples. Moreover, unless otherwise indicated, the part and% in an example show a mass part and mass%, respectively.

<実施例1>
〔チップの処理〕
パルプの製造に供するベイマツをチップ厚み分級装置で、厚みが8mmパスで2mmオン分のチップに分級した後、天日でチップの含水率(水分量/水分量を含むチップ全量の割合)を約10%に調節し、木粉化の試料とした。
<Example 1>
[Chip processing]
After classifying bay pine to be used for pulp production into chips with a thickness of 8 mm and a 2 mm-on chip with a thickness of 8 mm, the moisture content of the chips (the amount of moisture / the total amount of chips including the amount of moisture) is reduced to the sun. The sample was adjusted to 10% and used as a wood powder sample.

〔木粉化処理(粗粉砕と微粉砕)〕
前記チップを、(株)東洋油圧工業製の粗粉砕機(型式TYM−600−350−WS)を用いて、粗粉砕した。それを分級することなく、粉砕媒体にロッドを二段に用いる中央化工機(株)製のCDミル(型式CD−30型)を用いて、平均粒径が100μから250μ程度になるように、処理時間を変えて微粉砕した。
[Wood powdering (coarse and fine)]
The chip was coarsely pulverized using a coarse pulverizer (model TYM-600-350-WS) manufactured by Toyo Hydraulic Co., Ltd. Without classifying it, using a CD mill (model CD-30 type) manufactured by Chuo Kakoh Co., Ltd., which uses rods in two stages as the grinding media, the average particle size is about 100 μ to 250 μ, The processing time was changed and pulverized.

〔脱脂工程〕
前記木粉(BD15g)を2%炭酸ナトリウム水溶液中で攪拌しながら90℃で5時間処理した。処理後の原料は、10倍量の蒸留水で洗浄し、ブフナーで脱水した後、蒸留水を加えて濃度を調整した。
[Degreasing process]
The wood flour (BD 15 g) was treated at 90 ° C. for 5 hours with stirring in a 2% aqueous sodium carbonate solution. The treated raw material was washed with 10 times the amount of distilled water, dehydrated with a Buchner, and distilled water was added to adjust the concentration.

〔過酢酸による脱リグニン工程〕
無水酢酸と30%過酸化水素を液量として1:1に混合して調整し、これを、脱脂処理後の木粉(BD15g)に対して過酸化水素当量で4.5%に相当する量を添加し、90℃で1時間処理した。処理後の木粉は、10倍量の蒸留水で洗浄し、ブフナーで脱水した後、蒸留水を加えて濃度を調整した。
[Delignification step with peracetic acid]
A mixture of acetic anhydride and 30% hydrogen peroxide in a volume ratio of 1: 1 was prepared, and this amount was equivalent to 4.5% in terms of hydrogen peroxide equivalent to the degreased wood flour (BD 15 g). And treated at 90 ° C. for 1 hour. The treated wood flour was washed with 10 times the amount of distilled water, dehydrated with Buchner, and distilled water was added to adjust the concentration.

〔脱ヘミセルロース工程〕
スラリー状の脱リグニン処理した木粉(BD15g)に5%水酸化カリウム水溶液を用いて、室温で24時間浸漬し処理した。処理後は、10倍量の蒸留水で洗浄し、ブフナーで脱水した。
[Dehemicellulose process]
The slurry-like delignified wood powder (BD 15 g) was immersed in a 5% aqueous potassium hydroxide solution at room temperature for 24 hours for treatment. After the treatment, it was washed with 10 times the amount of distilled water and dehydrated with a Buchner.

〔二酸化塩素漂白〕
脱ヘミセルロース処理された木粉(以下パルプ)を濃度15%に調製し、そこに二酸化塩素を3%(対絶乾原料)になるように二酸化塩素水を添加し、80℃で2時間保持し処理した。処理後は、10倍量の蒸留水で洗浄し、ブフナーで脱水した。
[Chlorine dioxide bleaching]
Prepare wood powder (hereinafter pulp) treated with dehemicellulose to a concentration of 15%, add chlorine dioxide water to make 3% chlorine dioxide (relative to dry materials), and hold at 80 ° C. for 2 hours. Processed. After the treatment, it was washed with 10 times the amount of distilled water and dehydrated with a Buchner.

〔酵素処理〕
得られた二酸化塩素漂白されたパルプの1.0%水系懸濁液にセルラーゼ系酵素「GC220」(ジェネンコア社製)を、パルプ固形分に対して1.0%の割合で添加し、50℃で1時間処理した。処理後は10%水酸化ナトリウム溶液を用いてpH12に調整し、酵素を失活させた。その後、10倍量の蒸留水で洗浄し、ブフナーで脱水した。その後蒸留水を加え、0.5%の水懸濁液とした。
[Enzyme treatment]
Cellulase enzyme “GC220” (manufactured by Genencor) was added to 1.0% aqueous suspension of the obtained chlorine dioxide bleached pulp at a rate of 1.0% with respect to the pulp solid content, and 50 ° C. For 1 hour. After the treatment, the enzyme was inactivated by adjusting the pH to 12 using a 10% sodium hydroxide solution. Thereafter, it was washed with 10 times the amount of distilled water and dehydrated with a Buchner. Thereafter, distilled water was added to obtain a 0.5% aqueous suspension.

〔微細化処理と収率測定〕
前記の懸濁液を、高速回転型解繊機(エムテクニック社製「クレアミックス」)により、21,500回転、30分間解繊し(微細化処理)、微細繊維状セルロース水系懸濁液を得た。この懸濁液の上澄み液濃度を測定した。さらに、前記微細繊維状セルロース水系懸濁液について、遠心分離機(コクサン社製「H−200NR」)を用いて約12,000Gで10分間処理し、上澄み液濃度を測定し、以下のような計算式から収率を求めた。
収率(%)=(遠心分離後の上澄み液の濃度)÷(微細化処理後のスラリー濃度)×100
[Refining treatment and yield measurement]
The above suspension is defibrated for 30 minutes at 21,500 rpm ("Creamix" manufactured by MTechnic Co., Ltd.) using a high-speed defibrator (fine processing) to obtain a fine fibrous cellulose aqueous suspension. It was. The supernatant concentration of this suspension was measured. Furthermore, about the said fine fibrous cellulose aqueous suspension, it processed for 10 minutes at about 12,000 G using a centrifuge ("H-200NR" by Kokusan Co., Ltd.), measured the supernatant liquid concentration, The yield was determined from the calculation formula.
Yield (%) = (Concentration of supernatant after centrifugation) ÷ (Slurry concentration after refinement) × 100

〔微細繊維状セルロース繊維幅の測定〕
遠心分離して得られた上澄み液中の微細繊維状セルロースを電子顕微鏡観察により以下のような方法で繊維幅の測定を行なった。濃度0.05〜0.1質量%の微細繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、前記懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。構成する繊維の幅に応じて5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行なった。この際、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定した場合に少なくとも軸に対し、20本以上の繊維が軸と交差するような試料および観察条件(倍率等)とした。この条件を満足する観察画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交錯する繊維の繊維幅を目視で読み取っていった。こうして最低3枚の重なっていない表面部分の画像を電子顕微鏡で観察し、各々2つの軸の交錯する繊維の繊維幅の値を読み取った(最低20本×2×3=120本の繊維幅)。
[Measurement of fine fibrous cellulose fiber width]
The fiber width of the fine fibrous cellulose in the supernatant obtained by centrifugation was measured by electron microscope observation as follows. An aqueous suspension of fine fibrous cellulose having a concentration of 0.05 to 0.1% by mass is prepared, and the suspension is cast on a carbon film-coated grid subjected to a hydrophilic treatment to obtain a sample for TEM observation. Observation with an electron microscope image was performed at a magnification of 5000 times, 10000 times, or 50000 times depending on the width of the constituent fibers. At this time, the sample and the observation conditions (magnification, etc.) were set so that 20 or more fibers intersected the axis at least with respect to the axis when assuming an axis of arbitrary image width in the obtained image. With respect to an observation image that satisfies this condition, two vertical and horizontal axes were drawn per image, and the fiber width of the fibers intersecting with the axis was visually read. In this way, images of at least three non-overlapping surface portions were observed with an electron microscope, and the fiber width values of fibers intersecting each other with two axes were read (at least 20 × 2 × 3 = 120 fiber widths). .

〔多孔性のある微細繊維状セルロースシートの作製〕
遠心分離して得られた上澄み液を孔径0.45μmのメンブレンフィルター上で吸引濾過し、ウェットシートを作成した。得られたウェットシート上にエチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル(東京化成工業社製、分子量118、沸点152℃)を2400%(対絶乾原料)添加し、再び吸引濾過を行った。その後、シリンダードライヤー(90℃)、オーブン(130℃)で2段階の乾燥を行い40g/mのシートを作製した。
[Preparation of porous fine fibrous cellulose sheet]
The supernatant obtained by centrifugation was suction filtered on a membrane filter having a pore size of 0.45 μm to prepare a wet sheet. 2400% (absolute dry raw material) of ethylene glycol mono-t-butyl ether (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., molecular weight 118, boiling point 152 ° C.) was added on the obtained wet sheet, and suction filtration was performed again. Thereafter, drying was performed in two stages using a cylinder dryer (90 ° C.) and an oven (130 ° C.) to prepare a 40 g / m 2 sheet.

〔細孔体積および細孔表面積の測定〕
微細繊維状セルロースシートの1μm径以下の細孔体積および細孔表面積を水銀ポロシメーター(島津製作所社製、商品名:「オートポアIV9505」)で測定し、多孔性の評価とした。この値が大きいほど高分子の含浸性が良好である。細孔体積は0.1mL/g以上、2mL/g以下が好ましい。0.1mL/g未満になると含浸できなくなり、2mL/gを超えると含浸する高分子に対する微細繊維状セルロースの割合が小さくなり好ましくない。また、細孔表面積が40m/g以上200m/g以下が好ましい。40m/g未満であると高分子の含浸性が悪くなり、200m/gを超えるとシートの強度が低下して好ましくない。
[Measurement of pore volume and pore surface area]
The pore volume and pore surface area of 1 μm diameter or less of the fine fibrous cellulose sheet were measured with a mercury porosimeter (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: “Autopore IV9505”) to evaluate the porosity. The larger this value, the better the polymer impregnation. The pore volume is preferably 0.1 mL / g or more and 2 mL / g or less. If it is less than 0.1 mL / g, impregnation is impossible, and if it exceeds 2 mL / g, the ratio of fine fibrous cellulose to the polymer to be impregnated is unfavorable. The pore surface area is preferably 40 m 2 / g or more and 200 m 2 / g or less. When it is less than 40 m 2 / g, the impregnation property of the polymer is deteriorated, and when it exceeds 200 m 2 / g, the strength of the sheet is undesirably lowered.

〔微細繊維状セルロース樹脂複合体の作製〕
前記の微細繊維状セルロースシートを、1,10−デカンジオールジアクリレート100質量部、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド(BASF社製「ルシリンTPO」)0.02質量部、ベンゾフェノン0.01質量部を混合した溶液に含浸させ、減圧下で一晩おいた。上記樹脂溶液を含浸させた微細繊維状セルロース集合体を2枚のガラス板にはさみ、無電極水銀ランプ(フュージョンUVシステムズ社製「Dバルブ」)を用いて、紫外線硬化させた。紫外線硬化の条件は、照射強度400mW/cm、ライン速度7m/minに表裏計2回通して半硬化させ、次いで、照射強度1900mW/cm、ライン速度2m/minで表裏各2回(計4回)通して完全硬化させる条件で行った。紫外線硬化後、ガラス板を外して微細繊維状セルロース複合体を得た。
[Preparation of fine fibrous cellulose resin composite]
The fine fibrous cellulose sheet was mixed with 100 parts by mass of 1,10-decanediol diacrylate, 0.02 parts by mass of 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (BASC “Lucirin TPO”), benzophenone 0 The mixed solution was impregnated with 0.01 parts by mass and left under reduced pressure overnight. The fine fibrous cellulose aggregate impregnated with the resin solution was sandwiched between two glass plates, and was cured with an ultraviolet ray using an electrodeless mercury lamp (“D bulb” manufactured by Fusion UV Systems). Conditions of UV curing, irradiation intensity 400 mW / cm 2, is semi-cured through the front and back twice in total to the line speed 7m / min, then irradiation intensity 1900mW / cm 2, front and back each twice at a line speed of 2m / min (total 4 times) under conditions of complete curing. After UV curing, the glass plate was removed to obtain a fine fibrous cellulose composite.

〔微細繊維状セルロース複合体のYI値の測定〕
スガ試験機製カラーコンピュータを用いて、微細繊維状セルロース複合体の加熱前のYI値を測定した。また、200℃のオーブン(窒素ガス雰囲気)中で4時間加熱処理し、加熱後のYI値も測定した。YI値が大きい事は着色が強いことを示す。
[Measurement of YI value of fine fibrous cellulose composite]
The YI value before heating of the fine fibrous cellulose composite was measured using a color computer manufactured by Suga Test Instruments. Moreover, it heat-processed for 4 hours in 200 degreeC oven (nitrogen gas atmosphere), and measured the YI value after a heating. A large YI value indicates strong coloring.

前記のようにして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。   Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating, measured as described above.

<実施例2>
脱リグニン工程ではWise法を用い、解繊化処理では高圧ホモジナイザーを使用した以外は、実施例1と同様にして本発明の微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Example 2>
The fine fibrous cellulose, fine fibrous cellulose sheet and composite of the present invention were obtained in the same manner as in Example 1 except that the Wise method was used in the delignification step and a high-pressure homogenizer was used in the defibrating treatment. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

〔Wise法による脱リグニン工程〕
脱脂処理後の木粉を1.8Lの水に懸濁させ、攪拌しながら2.4mLの酢酸を加え、続いて12gの亜塩素酸ナトリウムを加え、80℃、1時間処理した。その時のpHは4.0であった。この操作を5回繰り返して反応させた後、原料は過酢酸処理後と同様に洗浄、濃度調整した。
[Delignin process by Wise method]
The degreased wood powder was suspended in 1.8 L of water, 2.4 mL of acetic acid was added with stirring, 12 g of sodium chlorite was added, and the mixture was treated at 80 ° C. for 1 hour. The pH at that time was 4.0. After this operation was repeated five times, the raw material was washed and adjusted in concentration in the same manner as after the peracetic acid treatment.

〔微細化処理〕
0.5%のパルプ懸濁液を高圧ホモジナイザー処理(スギノマシーン社製の「スターバーストシステム」)で、噴出時の高圧は245MPaを使用し、懸濁液を噴出させる細孔の直径は200μmを使用し、繰り返し12回処理を行なった。
[Miniaturization processing]
A 0.5% pulp suspension was treated with a high-pressure homogenizer ("Starburst System" manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.). Used and repeated 12 times.

<実施例3>
材種として樹齢8年の植林木ユーカリを用い、脱リグニン工程での過酢酸と過硫酸の混合液を用いた以外は、実施例1と同様にして本発明の微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Example 3>
The fine fibrous cellulose and fine fibrous material of the present invention were used in the same manner as in Example 1 except that a eucalyptus tree planted at the age of 8 years was used as the material and a mixed solution of peracetic acid and persulfuric acid in the delignification step was used. Cellulose sheets and composites were obtained. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

〔過酢酸と過硫酸混合液による脱リグニン工程〕
100%質量%の酢酸、98%質量%の硫酸、60質量%の過酸化水素を1:1.5:1(モル比)に混合して使用した。れを、脱脂処理後の原料(BD15g)に対して過酸化水素当量で4.5%に相当する量を添加し、90℃で1時間処理した。処理後は過酢酸処理後と同様に洗浄、濃度調整した。
[Delignining step with peracetic acid and persulfuric acid mixture]
100% by mass of acetic acid, 98% by mass of sulfuric acid and 60% by mass of hydrogen peroxide were mixed at a ratio of 1: 1.5: 1 (molar ratio). An amount corresponding to 4.5% in terms of hydrogen peroxide equivalent was added to the raw material after degreasing treatment (BD 15 g), and treated at 90 ° C. for 1 hour. After the treatment, washing and concentration adjustment were performed in the same manner as after the peracetic acid treatment.

<実施例4>
脱リグニン工程では過酢酸を用い、解繊化処理では高圧ホモジナイザーを使用した以外は、実施例3と同様にして本発明の微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Example 4>
The fine fibrous cellulose, fine fibrous cellulose sheet and composite of the present invention were obtained in the same manner as in Example 3 except that peracetic acid was used in the delignification step and a high-pressure homogenizer was used in the defibrating treatment. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

〔過酢酸による脱リグニン工程〕
無水酢酸と30%過酸化水素を液量として1:1に混合して調整し、これを、脱脂処理後の木粉(BD15g)に対して過酸化水素当量で4.5%に相当する量を添加し、90℃で1時間処理した。処理後の木粉は、10倍量の蒸留水で洗浄し、ブフナーで脱水した後、蒸留水を加えて濃度を調整した。
[Delignification step with peracetic acid]
A mixture of acetic anhydride and 30% hydrogen peroxide in a volume ratio of 1: 1 was prepared, and this amount was equivalent to 4.5% in terms of hydrogen peroxide equivalent to the degreased wood flour (BD 15 g). And treated at 90 ° C. for 1 hour. The treated wood flour was washed with 10 times the amount of distilled water, dehydrated with Buchner, and distilled water was added to adjust the concentration.

〔微細化処理〕
0.5%のパルプ懸濁液を高圧ホモジナイザー処理(スギノマシーン社製の「スターバーストシステム」)で、噴出時の高圧は245MPaを使用し、懸濁液を噴出させる細孔の直径は200μmを使用し、繰り返し12回処理を行なった。
[Miniaturization processing]
A 0.5% pulp suspension was treated with a high-pressure homogenizer ("Starburst System" manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.). Used and repeated 12 times.

<実施例5>
漂白処理工程で、二酸化塩素のかわりに次亜塩素酸(pH9.5、添加率2%、温度60℃、時間2時間)で漂白した以外は、実施例3と同様にして本発明の微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Example 5>
The fine fiber of the present invention was the same as in Example 3 except that bleaching was performed with hypochlorous acid (pH 9.5, addition rate 2%, temperature 60 ° C., time 2 hours) instead of chlorine dioxide in the bleaching step. Cellular cellulose, fine fibrous cellulose sheet and composite were obtained. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

<比較例1>
漂白処理および酵素処理を行なわない以外は、実施例1と同様にして微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Comparative Example 1>
A fine fibrous cellulose, a fine fibrous cellulose sheet and a composite were obtained in the same manner as in Example 1 except that the bleaching treatment and the enzyme treatment were not performed. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

<比較例2>
脱リグニン処理で二酸化塩素を用い、漂白処理は行なわない以外は、実施例2と同様にして微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
同様な方法で行なった。その結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
A fine fibrous cellulose, a fine fibrous cellulose sheet and a composite were obtained in the same manner as in Example 2 except that chlorine dioxide was used for delignification treatment and no bleaching treatment was performed. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.
The same method was used. The results are shown in Table 1.

<比較例3>
酵素処理を加えず温水処理(50℃、6時間)した以外は、実施例3と同様にして微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Comparative Example 3>
A fine fibrous cellulose, a fine fibrous cellulose sheet and a composite were obtained in the same manner as in Example 3 except that the enzyme treatment was not applied and the hot water treatment was performed (50 ° C., 6 hours). Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

<比較例4>
微細化処理で、ブレンダーを使用した以外は、実施例4と同様にして微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Comparative example 4>
A fine fibrous cellulose, a fine fibrous cellulose sheet and a composite were obtained in the same manner as in Example 4 except that a blender was used in the refining treatment. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

〔微細化処理〕
ブレンダー攪拌処理では、Vita Mix(R)Corp.社製の「ABS−BU」で37、000回転、15分間解繊した。
[Miniaturization processing]
In the blender stirring process, Vita Mix (R) Corp. The fiber was defibrated for 15 minutes at 37,000 rpm with "ABS-BU" manufactured by the company.

<比較例5>
脱ヘミセルロース処理後に、二酸化塩素処理をせずに、酵素処理した以外は、実施例5と同様にして微細繊維状セルロース、微細繊維状セルロースシートおよび複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Comparative Example 5>
A fine fibrous cellulose, a fine fibrous cellulose sheet and a composite were obtained in the same manner as in Example 5 except that the enzyme treatment was performed without the chlorine dioxide treatment after the dehemicellulose treatment. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

<比較例6>
微細繊維状ウェットシート上に、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテルを添加しないこと以外は、実施例1と同様にして微細繊維状セルロース複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Comparative Example 6>
A fine fibrous cellulose composite was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol mono-t-butyl ether was not added on the fine fibrous wet sheet. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

<比較例7>
微細繊維状ウェットシート上に、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテルを添加しないこと以外は、実施例4と同様にして微細繊維状セルロース複合体を得た。実施例1と同様にして測定した繊維幅、収率、1μm以下の細孔体積、加熱前YI値、加熱後YI値を表1に示す。
<Comparative Example 7>
A fine fibrous cellulose composite was obtained in the same manner as in Example 4 except that ethylene glycol mono-t-butyl ether was not added on the fine fibrous wet sheet. Table 1 shows the fiber width, yield, pore volume of 1 μm or less, YI value before heating, and YI value after heating measured in the same manner as in Example 1.

Figure 2012111849
Figure 2012111849

表1から明らかのように、本発明の微細繊維状セルロースの製造方法により高い収率で、しかも微細繊維状セルロース複合体では低いYI値となる微細繊維状セルロースを得ることができることがわかる。   As is apparent from Table 1, it can be seen that fine fibrous cellulose having a high yield and a low YI value can be obtained with the fine fibrous cellulose composite by the method for producing fine fibrous cellulose of the present invention.

本発明の製造方法によって、繊維幅が1nm〜1000nmの微細繊維状セルロースを、収率高く得ることができる。さらに、この微細繊維状セルロースからなるシートに高分子樹脂を含浸・硬化させて得られる透明な複合材料の加熱前後のYI値も非常に低いことから、退色の少ない有機ELや液晶ディスプレイ用のフレキシブル透明基板として有用である。   By the production method of the present invention, fine fibrous cellulose having a fiber width of 1 nm to 1000 nm can be obtained with high yield. Furthermore, since the YI value before and after heating of the transparent composite material obtained by impregnating and curing the polymer resin into the sheet made of fine fibrous cellulose is very low, it is flexible for organic EL and liquid crystal displays with little fading. Useful as a transparent substrate.

Claims (6)

木材チップを粉砕処理により木粉化し、該木粉を脱脂処理、脱リグニン処理、脱ヘミセルロース処理、漂白処理した後、セルラーゼ系酵素による処理を行ない、高速回転式解繊機または高圧ホモジナイザーで微細化処理を行うことを特徴とする微細繊維状セルロースの製造方法。   Wood chips are pulverized into wood powder, and the wood powder is degreased, delignified, dehemicellulose treated, bleached, treated with cellulase enzymes, and refined with a high-speed rotary defibrator or high-pressure homogenizer. The manufacturing method of the fine fibrous cellulose characterized by performing. 前記漂白処理が、二酸化塩素漂白処理であることを特徴とする請求項1に記載の微細繊維状セルロースの製造方法。   The method for producing fine fibrous cellulose according to claim 1, wherein the bleaching treatment is a chlorine dioxide bleaching treatment. 前記脱リグニン工程において、過酢酸または過酢酸と過硫酸の混合液、あるいは亜塩素酸ナトリウムと酢酸を用いるWise法から選択される少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の微細繊維状セルロースの製造方法。   The at least one selected from the Wise method using peracetic acid or a mixed solution of peracetic acid and persulfuric acid, or sodium chlorite and acetic acid is used in the delignification step. A method for producing fine fibrous cellulose according to 1. 前記セルラーゼ系酵素の添加率が木粉固形分に対して0.1質量%〜3質量%であり、酵素による処理時間が30分〜24時間であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースの製造方法。   The addition rate of the cellulase enzyme is 0.1% by mass to 3% by mass with respect to the solid content of the wood flour, and the treatment time with the enzyme is 30 minutes to 24 hours. The manufacturing method of the fine fibrous cellulose of any one. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法により製造された微細繊維状セルロース水系分散液に有機溶媒を添加し、抄紙して乾燥し、多孔性を有するセルロースシートを得ることを特徴とする微細繊維状セルロースシートの製造方法。   An organic solvent is added to the fine fibrous cellulose aqueous dispersion produced by the method according to any one of claims 1 to 4, and papermaking is performed to obtain a porous cellulose sheet. A method for producing a fine fibrous cellulose sheet. 請求項5に記載の方法で製造された微細繊維状セルロースシートに高分子を含浸して得たことを特徴とする微細繊維状セルロース複合体。   A fine fibrous cellulose composite obtained by impregnating a polymer into a fine fibrous cellulose sheet produced by the method according to claim 5.
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