JP2013177540A - Rubber modifying material, rubber latex-dispersed solution and rubber composition - Google Patents

Rubber modifying material, rubber latex-dispersed solution and rubber composition Download PDF

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Sachiko Sawada
幸子 澤田
Akira Watanabe
渡邉  朗
Yasutomo Noisshiki
泰友 野一色
Yuichi Noguchi
裕一 野口
Takayuki Kishida
隆之 岸田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rubber modifying material which uses a cellulose fiber, exhibits excellent dispersibility in a dispersion liquid and can provide a rubber composition having high elastic modulus and low heat generation properties.SOLUTION: A rubber modifying material contains a cellulose fiber, wherein a cellulose constituting the cellulose fiber is a cellulose having a phosphoric acid-derived group and/or a carboxylic acid-derived group. A rubber latex-dispersed solution contains the rubber modifying material and rubber latex. A rubber composition contains the rubber modifying material and rubber. A rubber composition is produced by using the rubber latex-dispersed solution.

Description

本発明はゴムの改質材に関し、詳しくはセルロース繊維を用いたゴム改質材に関する。
本発明はまた、このゴム改質材を含むゴムラテックス分散液とゴム組成物に関する。
The present invention relates to a rubber modifier, and more particularly to a rubber modifier using cellulose fibers.
The present invention also relates to a rubber latex dispersion and a rubber composition containing the rubber modifier.

ゴムに繊維を混合して硬度やモジュラスなどを改善する技術は既に知られており、径が太い繊維はゴムへ分散しやすいが、耐疲労性などの物性が低下し、径が細いと逆に耐疲労性は向上するが、繊維同士が絡まったりしてゴムへの分散性が悪化する傾向がある。   The technology to improve the hardness and modulus by mixing fibers with rubber is already known. Fibers with a large diameter are easy to disperse into rubber, but the physical properties such as fatigue resistance decrease, and conversely when the diameter is thin Although fatigue resistance is improved, there is a tendency that the dispersibility in rubber tends to deteriorate due to entanglement of fibers.

そこで、特許文献1では、断面が海島構造を持つ混紡糸繊維をゴムに分散させて、混合時の剪断力によってフィブリル化させることによってゴムとの接触面積を増し、分散性と耐疲労性を両立させた繊維が提案されている。しかしながら、この繊維は樹脂の相分離によって海島構造を形成するため、太さや長さが不均一であり、直径は1μm及び0.7μmと太く、ゴムとの接触面積が十分大きいとは言えず、大きな補強効果は期待できない。   Therefore, in Patent Document 1, a blended fiber having a sea-island cross section is dispersed in rubber and fibrillated by a shearing force during mixing to increase the contact area with the rubber, thereby achieving both dispersibility and fatigue resistance. Proposed fibers have been proposed. However, since this fiber forms a sea-island structure by phase separation of the resin, the thickness and length are non-uniform, the diameter is as thick as 1 μm and 0.7 μm, and the contact area with the rubber is not sufficiently large, A large reinforcing effect cannot be expected.

特許文献2には、耐摩耗性向上を目的として補強剤である澱粉と共に0.1μmと微細な直径をもつバクテリアセルロースをジエン系ゴムに混ぜると、澱粉単独で配合する場合に比べて耐磨耗性指数が向上することが開示されている。しかし、セルロース単体では加工性に問題あるとされ、澱粉をセルロースの5倍以上配合している。バクテリアセルロースは水中ではナノサイズに分散しているが、ゴム中では凝集しやすい傾向があることから、澱粉の配合によって、分散性の向上を図ったものと考えられるが、この澱粉により補強効果が相殺され、補強効果としては未だ十分ではないと予想される。   Patent Document 2 discloses that when cellulose cellulose having a fine diameter of 0.1 μm is mixed with diene rubber together with starch as a reinforcing agent for the purpose of improving wear resistance, the wear resistance is higher than when blended with starch alone. It is disclosed that the sex index is improved. However, cellulose alone is considered to have a problem in processability, and starch is blended 5 times or more of cellulose. Bacterial cellulose is dispersed in nano-size in water, but tends to aggregate in rubber. Therefore, it is thought that dispersibility was improved by blending starch. This is offset and it is expected that the reinforcing effect is not yet sufficient.

特開平10−7811号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-7811 特開2005−133025号公報JP 2005-133025 A

本発明は、セルロース繊維を用いたゴム改質材であって、分散液中で良好な分散性を示すゴム改質剤であって、高い弾性率を有し、発熱性が低いゴム組成物を得ることができるゴム改質材を提供することを課題とする。   The present invention relates to a rubber modifier using cellulose fibers, which is a rubber modifier exhibiting good dispersibility in a dispersion, and has a high elastic modulus and low exothermic property. It is an object to provide a rubber modifying material that can be obtained.

本発明者らが鋭意検討した結果、改質材として、リン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を有するセルロース繊維を用いることにより、上記課題を解決できることがわかり本願発明に到達した。   As a result of intensive studies by the present inventors, it was found that the above-mentioned problems can be solved by using cellulose fibers having phosphoric acid-derived groups and / or carboxylic acid-derived groups as modifiers, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、セルロース繊維を含有するゴム改質材であって、該セルロース繊維を構成するセルロースがリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を有するセルロースであるゴム改質材、該ゴム改質材とゴムラテックスとを含有するゴムラテックス分散液、該ゴム改質材とゴムとを含有するゴム組成物、及び該ゴムラテックス分散液を用いて製造されたゴム組成物、に存する。   That is, the present invention is a rubber modifying material containing cellulose fiber, wherein the cellulose constituting the cellulose fiber is a cellulose having a group derived from phosphoric acid and / or a group derived from carboxylic acid, A rubber latex dispersion containing the rubber modifier and rubber latex, a rubber composition containing the rubber modifier and rubber, and a rubber composition produced using the rubber latex dispersion. .

本発明のゴム改質材は、ゴムラテックス分散液中において優れた分散性を示し、さらにはゴム組成物中でも良好に分散し、かつ、本発明のゴム改質材を含有するゴム組成物または本発明のゴムラテックス分散液を用いて製造されたゴム組成物は、高い弾性率を有し、ゴムの補強効果が高く、また発熱性も低い。   The rubber modifier of the present invention exhibits excellent dispersibility in a rubber latex dispersion, and further disperses well in a rubber composition and contains the rubber modifier of the present invention. The rubber composition produced using the rubber latex dispersion of the invention has a high elastic modulus, a high rubber reinforcing effect, and a low exothermic property.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。   Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention does not exceed the gist thereof. The content of is not specified.

[ゴム改質材]
本発明のゴム改質材は、セルロース繊維を含有するゴム改質材であって、該セルロース繊維を構成するセルロースがリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を有するセルロースであることを特徴とする。
以下において、リン酸由来の基を有するセルロースを「リン酸セルロース」と称し、カルボン酸由来の基を有するセルロースを「カルボン酸セルロース」と称す場合がある。
ただし、本発明に係るセルロース繊維は、セルロースにリン酸由来の基とカルボン酸由来の基の両方が導入されたものであってもよい。本発明のゴム改質材に含まれる、セルロースがリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を有するセルロース繊維を、以下「リン酸・カルボン酸セルロース繊維」と称す場合がある。
[Rubber modifier]
The rubber modifier of the present invention is a rubber modifier containing cellulose fiber, and the cellulose constituting the cellulose fiber is cellulose having a group derived from phosphoric acid and / or a group derived from carboxylic acid. Features.
Hereinafter, cellulose having a group derived from phosphoric acid may be referred to as “cellulose phosphate”, and cellulose having a group derived from carboxylic acid may be referred to as “carboxyl cellulose”.
However, the cellulose fiber according to the present invention may be one in which both a group derived from phosphoric acid and a group derived from carboxylic acid are introduced into cellulose. Cellulose fibers in which the cellulose has a group derived from phosphoric acid and / or a group derived from carboxylic acid, contained in the rubber modifier of the present invention, may be hereinafter referred to as “phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fibers”.

本発明のゴム改質材に含まれるリン酸・カルボン酸セルロース繊維は、リン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を有していればよく、例えば、以下に詳述するセルロース繊維原料であっても、解繊セルロース繊維であってもよい。   The phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber contained in the rubber modifier of the present invention may have a group derived from phosphoric acid and / or a group derived from carboxylic acid. For example, the cellulose fiber raw material described in detail below Or defibrated cellulose fiber may be sufficient.

まず、本発明のゴム改質材として用いられるセルロース繊維について説明する。   First, the cellulose fiber used as the rubber modifier of the present invention will be described.

本発明のゴム改質材に含まれるセルロース繊維は、いずれの製造方法で製造されてもよい。
例えば、以下詳述するセルロース繊維原料に対して、リン酸由来の基またはカルボン酸由来の基を導入してもよいし、セルロース繊維原料に対し解繊処理を行い、所望の繊維径に調製した後(解繊セルロース繊維)に、リン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を導入してもよい。
なお、後述するように、解繊前のセルロース繊維を用いたゴム改質材をゴムラテックスと混合した後に解繊してもよい。
The cellulose fiber contained in the rubber modifier of the present invention may be produced by any production method.
For example, a phosphoric acid-derived group or a carboxylic acid-derived group may be introduced into the cellulose fiber raw material described in detail below, or the cellulose fiber raw material is subjected to defibrating treatment to prepare a desired fiber diameter. A group derived from phosphoric acid and / or a group derived from carboxylic acid may be introduced later (defibrated cellulose fiber).
As will be described later, the rubber modifying material using cellulose fibers before defibration may be defibrated after being mixed with rubber latex.

<セルロース繊維原料>
本発明において、セルロース繊維原料とは、下記に示すようなセルロース含有物から一般的な精製工程を経て不純物を除去したものである。
<Cellulose fiber raw material>
In the present invention, the cellulose fiber raw material is obtained by removing impurities from a cellulose-containing material as shown below through a general purification process.

(セルロース含有物)
セルロース含有物としては、例えば、針葉樹や広葉樹等の木質(木粉等)、コットンリンターやコットンリント等のコットン、さとうきびや砂糖大根等の絞りかす、亜麻、ラミー、ジュート、ケナフ等の靭皮繊維、サイザル、パイナップル等の葉脈繊維、アバカ、バナナ等の葉柄繊維、ココナツヤシ等の果実繊維、竹等の茎幹繊維などの植物由来原料、バクテリアが産生するバクテリアセルロース、バロニアやシオグサ等の海草やホヤの被嚢等の天然セルロースが挙げられる。これらの天然セルロースは、結晶性が高いので低線膨張率、高弾性率になり好ましい。特に、植物由来原料から得られるセルロース繊維が好ましい。
(Cellulose-containing material)
Examples of cellulose-containing materials include woods such as conifers and hardwoods (wood flour, etc.), cotton such as cotton linter and cotton lint, pomace such as sugar cane and sugar radish, bast fibers such as flax, ramie, jute and kenaf Vegetal vein fibers such as sisal and pineapple, petiole fibers such as abaca and banana, fruit fibers such as coconut palm, stem-derived fibers such as bamboo, bacterial cellulose produced by bacteria, seaweed and squirts such as valonia and falcon Natural cellulose such as encapsulates. These natural celluloses are preferable because of their high crystallinity and low linear expansion and high elastic modulus. In particular, cellulose fibers obtained from plant-derived materials are preferred.

バクテリアセルロースは微細な繊維径のものが得やすい点で好ましい。また、コットンも微細な繊維径なものが得やすい点で好ましく、さらに原料が得やすい点で好ましい。
さらには針葉樹や広葉樹等の木質も微細な繊維径のものが得られ、かつ地球上で最大量の生物資源であり、年間約700億トン以上ともいわれる量が生産されている持続型資源であることから、地球温暖化に影響する二酸化炭素削減への寄与も大きく、経済的な点から優位である。
Bacterial cellulose is preferred in that it can be easily obtained with a fine fiber diameter. Cotton is also preferable in that it is easy to obtain a fine fiber diameter, and more preferable in terms of easy acquisition of raw materials.
In addition, wood of conifers and hardwoods with fine fiber diameters can be obtained, and it is the largest amount of biological resources on the planet. It is a sustainable resource that produces about 70 billion tons per year. Therefore, it contributes greatly to the reduction of carbon dioxide that affects global warming, which is advantageous from an economic point of view.

(セルロース繊維原料)
セルロース繊維原料は上記セルロース含有物を通常の方法で精製して得られる。
例えば、ベンゼン−エタノールや炭酸ナトリウム水溶液で脱脂した後、亜塩素酸塩で脱リグニン処理を行い(ワイズ法)、アルカリで脱ヘミセルロース処理をすることにより得られる。また、ワイズ法の他に、過酢酸を用いる方法(pa法)、過酢酸過硫酸混合物を用いる方法(pxa法)なども精製方法として利用される。また、適宜、更に漂白処理等を行うものである。
(Cellulose fiber raw material)
The cellulose fiber raw material is obtained by refining the above cellulose-containing material by a usual method.
For example, it is obtained by degreasing with benzene-ethanol or sodium carbonate aqueous solution, followed by delignification treatment with chlorite (Wise method) and dehemicellulose treatment with alkali. In addition to the Wise method, a method using peracetic acid (pa method), a method using a peracetic acid persulfuric acid mixture (pxa method), and the like are also used as purification methods. Moreover, a bleaching process etc. are further performed suitably.

精製処理には、分散媒として一般的に水が用いられるが、酸または塩基、その他の処理剤の水溶液であってもよく、この場合には、最終的に水で洗浄処理してもよい。   In the purification treatment, water is generally used as a dispersion medium. However, an aqueous solution of an acid or base or other treatment agent may be used, and in this case, it may be finally washed with water.

また、セルロース繊維原料は、一般的な化学パルプの製造方法、例えばクラフトパルプ、サリファイドパルプ、アルカリパルプ、硝酸パルプの製造方法によって得られるものであってもよい。
すなわち、セルロース繊維原料としては、広葉樹クラフトパルプ、針葉樹クラフトパルプ、広葉樹亜硫酸パルプ、針葉樹亜硫酸パルプ、広葉樹漂白クラフトパルプ、針葉樹漂白クラフトパルプ、リンターパルプなどを用いてもよい。
The cellulose fiber raw material may be obtained by a general method for producing chemical pulp, for example, a method for producing kraft pulp, salified pulp, alkali pulp, or nitrate pulp.
That is, as a cellulose fiber raw material, you may use hardwood kraft pulp, softwood kraft pulp, hardwood sulfite pulp, softwood sulfite pulp, hardwood bleached kraft pulp, softwood bleached kraft pulp, linter pulp and the like.

尚、セルロース含有物を木材チップや木粉などの状態に破砕してもよく、この破砕は、精製処理前、処理の途中、処理後、いずれのタイミングで行ってもかまわない。   In addition, the cellulose-containing material may be crushed into a state such as wood chips or wood powder, and this crushing may be performed at any timing before, during or after the purification treatment.

セルロース含有物を精製して得られるセルロース繊維原料の精製度合いは特に定めはないが、油脂、リグニンが少なく、セルロース成分の含有率が高い方がセルロース繊維原料の着色が少なく好ましい。セルロース成分の含有率は好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、さらに好ましくは95重量%以上である。   The degree of purification of the cellulose fiber raw material obtained by refining the cellulose-containing material is not particularly defined, but it is preferable that the fat content of the cellulose fiber raw material is less because the fat and oil and lignin are less and the cellulose component content is higher. The content of the cellulose component is preferably 80% by weight or more, more preferably 90% by weight or more, and still more preferably 95% by weight or more.

また、セルロース繊維原料のセルロース成分は結晶性のα−セルロース成分と非結晶性のヘミセルロース成分に分類できる。結晶性のα−セルロース含有率が多い方が、ゴム組成物とした際に低線膨張係数、高弾性率、高強度の効果が得られやすいため好ましい。セルロース繊維原料の結晶性のα−セルロース含有率は、ISO 699−1982に準拠して、濃アルカリ溶液に対する不溶部分を測定することにより求めることができる。本発明のセルロース繊維原料の結晶性のα−セルロース含有率は好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、さらに好ましくは85重量%以上である。結晶性のα−セルロース含有率は、セルロース繊維原料の精製程度を上げていけば、98重量%を超えるような高純度のセルロース繊維原料を得ることが可能である。セルロース繊維原料の極端な精製(高純度化)は、セルロース繊維原料の収率を低下させるおそれがあるため、セルロース繊維原料の結晶性のα−セルロースの含有率は、95重量%以下とすることがより実用的で、好ましい。   The cellulose component of the cellulose fiber raw material can be classified into a crystalline α-cellulose component and an amorphous hemicellulose component. It is preferable that the content of crystalline α-cellulose is large because effects of a low linear expansion coefficient, a high elastic modulus, and a high strength are easily obtained when a rubber composition is obtained. The crystalline α-cellulose content of the cellulose fiber raw material can be determined by measuring an insoluble part in the concentrated alkaline solution in accordance with ISO 699-1982. The crystalline α-cellulose content of the cellulose fiber raw material of the present invention is preferably 70% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, and still more preferably 85% by weight or more. If the crystalline α-cellulose content increases the purification degree of the cellulose fiber raw material, a highly pure cellulose fiber raw material exceeding 98% by weight can be obtained. Since the extreme refining (purification) of the cellulose fiber raw material may reduce the yield of the cellulose fiber raw material, the content of crystalline α-cellulose in the cellulose fiber raw material should be 95% by weight or less. Is more practical and preferred.

セルロース繊維原料の繊維径は特に制限されるものではないが、通常、数平均繊維径としては1μmから1mmである。一般的な精製を経たものは50μm程度である。   Although the fiber diameter of the cellulose fiber raw material is not particularly limited, the number average fiber diameter is usually 1 μm to 1 mm. What has undergone general purification is about 50 μm.

<リン酸セルロース>
まず、セルロース繊維を構成するセルロースがリン酸由来の基を有するセルロース(リン酸セルロース)である場合について説明する。
<Cellulose phosphate>
First, the case where the cellulose which comprises a cellulose fiber is the cellulose (phosphoric acid cellulose) which has group derived from phosphoric acid is demonstrated.

ここで、リン酸由来の基とは、リン酸またはリン酸誘導体とセルロースとの反応により、セルロースに結合する基である。通常、本発明でいうリン酸セルロースは、セルロースの水酸基の一部がリン酸基、亜リン酸基、ホスホン酸基、ポリリン酸基、およびポリホスホン酸基からなる群から選ばれる少なくとも一種のリン酸由来の基で置換されたものであって、好ましくは、リン酸基(HPO 2−またはHPO )またはポリリン酸基で置換されたもの、より好ましくはリン酸基で置換されたものであり、例えば、このHPO 2−またはHPO がリン酸由来の基となる。尚、このリン酸由来の基中の水素原子は、他の基で置換等されていてもよく、例えば、塩を形成していてもよい。より具体的には、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属イオンや、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属イオン、及びアンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウムなどのアンモニウム系イオン等と塩を形成していてもよい。 Here, the group derived from phosphoric acid is a group that binds to cellulose by the reaction between phosphoric acid or a phosphoric acid derivative and cellulose. Usually, the cellulose phosphate referred to in the present invention is at least one phosphoric acid selected from the group consisting of a part of the hydroxyl group of cellulose consisting of a phosphoric acid group, a phosphorous acid group, a phosphonic acid group, a polyphosphoric acid group, and a polyphosphonic acid group. Substituted with a group derived from, preferably substituted with a phosphate group (HPO 4 2− or H 2 PO 4 ) or a polyphosphate group, more preferably substituted with a phosphate group For example, this HPO 4 2− or H 2 PO 4 is a group derived from phosphoric acid. In addition, the hydrogen atom in this phosphoric acid-derived group may be substituted with another group, for example, may form a salt. More specifically, alkali metal ions such as sodium, potassium and lithium, alkaline earth metal ions such as calcium and magnesium, and ammonium such as ammonia, aliphatic amine, aromatic amine, aliphatic ammonium and aromatic ammonium A salt may be formed with system ions and the like.

リン酸由来の基をセルロースに導入する方法としては、乾燥した、あるいは湿潤状態のセルロース繊維原料や解繊セルロース繊維にリン酸またはリン酸誘導体の粉末や水溶液を混合する方法、セルロース繊維原料や解繊セルロース繊維の分散液にリン酸またはリン酸誘導体の水溶液を添加する方法等が挙げられる。
これら方法において、リン酸またはリン酸誘導体の粉末や水溶液を混合または添加した後に、通常は脱水、加熱等を行う。
例えば、リン酸二水素ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムの2種類を混合してpH5〜7に調整したリン酸化試薬水溶液を調製し、このリン酸化試薬水溶液を湿潤状態のセルロース繊維原料に浸漬または混合後、130℃以下(特に好ましくは110℃以下)の温度で加温してセルロース繊維原料の水分を充分に除去し、さらに130〜170℃にて加熱する方法などが挙げられる。
As a method for introducing a phosphate-derived group into cellulose, a method of mixing a powdered or aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative with a dried or wet cellulose fiber raw material or defibrated cellulose fiber, a cellulose fiber raw material or Examples thereof include a method of adding an aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative to a dispersion of fine cellulose fibers.
In these methods, after mixing or adding a powder or aqueous solution of phosphoric acid or phosphoric acid derivative, usually, dehydration, heating or the like is performed.
For example, two types of sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are mixed to prepare a phosphorylating reagent aqueous solution adjusted to pH 5-7, and this phosphorylating reagent aqueous solution is immersed or mixed in a wet cellulose fiber raw material Thereafter, a method of heating at a temperature of 130 ° C. or less (particularly preferably 110 ° C. or less) to sufficiently remove the moisture of the cellulose fiber raw material and heating at 130 to 170 ° C. is exemplified.

ここで用いられるリン酸またはリン酸誘導体としては、リン原子を含有するオキソ酸、ポリオキソ酸或いはそれらの誘導体から選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられ、具体的には、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらの塩またはエステルが挙げられる。中でも、リン酸、ポリリン酸、またはこれらの塩であることが好ましく、塩としては、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の塩、アンモニウム塩またはアミン塩が好ましい。中でも、これらのうち、リン酸由来の基の導入効率が高く、解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすいなどの観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、カリウム塩またはアンモニウム塩、ポリリン酸、ポリリン酸のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩がより好ましい。   Examples of the phosphoric acid or phosphoric acid derivative used herein include at least one compound selected from an oxo acid containing a phosphorus atom, a polyoxo acid or a derivative thereof. Specifically, phosphoric acid, polyphosphoric acid, Examples thereof include phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and salts or esters thereof. Among these, phosphoric acid, polyphosphoric acid, or a salt thereof is preferable, and the salt is preferably an alkali metal salt such as sodium or potassium, an ammonium salt, or an amine salt. Among these, phosphoric acid, sodium salt, potassium salt or ammonium salt of phosphoric acid, phosphoric acid, polyphosphoric acid, etc. from the viewpoint of high introduction efficiency of phosphoric acid-derived groups, easy defibration, and industrial application. Acid, sodium salt, potassium salt, and ammonium salt of polyphosphoric acid are preferable, and phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, and ammonium salt of phosphoric acid are more preferable.

セルロースに導入したリン酸由来の基を塩型とするために、上記のリン酸またはリン酸誘導体による処理後に、アルカリ水溶液などで処理してもよい。これらの処理後は、通常分散液のpHが中性となるまで水で洗浄する。   In order to make the group derived from phosphoric acid introduced into cellulose into a salt form, it may be treated with an aqueous alkaline solution after the treatment with the phosphoric acid or phosphoric acid derivative. After these treatments, the dispersion is usually washed with water until the pH of the dispersion becomes neutral.

リン酸またはリン酸誘導体としては、具体的には、リン酸;リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウムなどのリン酸のナトリウム塩;ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウムなどのポリリン酸のナトリウム塩;リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウムなどのリン酸のカリウム塩;ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウムなどのポリリン酸のカリウム塩;リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウムなどのリン酸のアンモニウム塩;ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウムなどのポリリン酸のアンモニウム塩が挙げられる。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。   Specific examples of phosphoric acid or phosphoric acid derivatives include phosphoric acid; sodium salts of phosphoric acid such as sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, and trisodium phosphate; sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, etc. Sodium salt of polyphosphoric acid; potassium salt of phosphoric acid such as potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate and tripotassium phosphate; potassium salt of polyphosphoric acid such as potassium pyrophosphate and potassium metaphosphate; ammonium dihydrogen phosphate And ammonium salts of phosphoric acid such as diammonium hydrogen phosphate and triammonium phosphate; ammonium salts of polyphosphoric acid such as ammonium pyrophosphate and ammonium metaphosphate. In particular, sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are preferred.

これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。即ち、リン酸セルロースには2種以上のリン酸由来の基が導入されていてもよい。例えば、リン酸セルロースには、水素原子が異なる基で置換等された2種以上のリン酸由来の基が導入されていてもよい。   These may be used alone or in combination of two or more. That is, two or more types of phosphoric acid-derived groups may be introduced into cellulose phosphate. For example, two or more types of phosphoric acid-derived groups in which hydrogen atoms are substituted with different groups may be introduced into cellulose phosphate.

<カルボン酸セルロース>
次に、セルロース繊維を構成するセルロースがカルボン酸由来の基を有するセルロース(カルボン酸セルロース)である場合について説明する。
<Carboxylate cellulose>
Next, the case where the cellulose which comprises a cellulose fiber is the cellulose (carboxylate cellulose) which has group derived from carboxylic acid is demonstrated.

ここで、カルボン酸由来の基とは、カルボン酸系化合物とセルロースとの反応により、セルロースに結合する基であり、基中に2以上のカルボン酸由来の基(−O(CO)−基)を有する基である。   Here, the carboxylic acid-derived group is a group that binds to cellulose by the reaction of a carboxylic acid compound and cellulose, and two or more carboxylic acid-derived groups (—O (CO) —group) in the group. It is group which has.

通常、本発明でいうカルボン酸セルロースは、セルロースの水酸基の一部が−O(CO)−R−(CO)OHで置換されたものであり、この−O(CO)−R−(CO)OHがカルボン酸由来の基となる。ここで、Rはアルキレン基、芳香族炭化水素基、またはこれらを組み合わせた基である。尚、末端のカルボキシ基はRに対し複数結合していてもよい。   Usually, the carboxylate cellulose referred to in the present invention is one in which a part of hydroxyl groups of cellulose is substituted with —O (CO) —R— (CO) OH, and this —O (CO) —R— (CO). OH becomes a group derived from carboxylic acid. Here, R is an alkylene group, an aromatic hydrocarbon group, or a group combining these. In addition, a plurality of terminal carboxy groups may be bonded to R.

また、カルボン酸由来の基の末端の水素原子は、他の基で置換等されていてもよく、例えば、カルボン酸塩を形成していてもよく、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属イオンや、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属イオン、及びアンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウムなどのアンモニウム系イオン等と塩を形成していてもよい。   Further, the terminal hydrogen atom of the carboxylic acid-derived group may be substituted with another group, for example, may form a carboxylate salt, an alkali metal ion such as sodium, potassium, lithium, etc. Further, salts may be formed with alkaline earth metal ions such as calcium and magnesium, and ammonium ions such as ammonia, aliphatic amines, aromatic amines, aliphatic ammoniums and aromatic ammoniums.

カルボン酸由来の基をセルロースに導入する方法としては、セルロース繊維にガス化したカルボン酸系化合物を混合する方法、セルロース繊維原料の分散液にカルボン酸系化合物を添加する方法等が挙げられる。これらのうち、工程が簡便で且つカルボン酸由来の基の導入効率が高くなることから、セルロース繊維にガス化したカルボン酸系化合物を混合する方法が好ましい。カルボン酸系化合物をガス化する方法としては、カルボン酸系化合物を加熱する方法が挙げられる。   Examples of a method for introducing a carboxylic acid-derived group into cellulose include a method of mixing a gasified carboxylic acid compound into cellulose fibers, a method of adding a carboxylic acid compound to a dispersion of cellulose fiber raw materials, and the like. Among these, since the process is simple and the introduction efficiency of the group derived from the carboxylic acid is increased, a method of mixing the gasified carboxylic acid compound with the cellulose fiber is preferable. Examples of the method for gasifying the carboxylic acid compound include a method for heating the carboxylic acid compound.

セルロースへのカルボン酸由来の基の導入に用いられる、カルボン酸系化合物とは、カルボキシ基を有する化合物であって、好ましくは2以上のカルボキシ基を分子内に有する化合物が挙げられる。このようなカルボン酸系化合物としては、マレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸、ピロメリット酸、1,2−シクロヘキサンカルボン酸等のジカルボン酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸、無水ピロメリット酸、無水1,2−シクロヘキサンカルボン酸等のジカルボン酸無水物が挙げられる。その他、酸無水物のイミド化物、ジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等の上記例示したカルボン酸の誘導体も挙げられる。
これらのうち、工業的に適用しやすく、また、ガス化しやすいことから、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸が好ましい。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。即ち、カルボン酸セルロースには2種以上のカルボン酸由来の基が導入されていてもよい。
The carboxylic acid-based compound used for introducing a carboxylic acid-derived group into cellulose is a compound having a carboxy group, and preferably a compound having two or more carboxy groups in the molecule. Examples of such carboxylic acid compounds include maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, itaconic acid, pyromellitic acid, 1,2-cyclohexanecarboxylic acid and other dicarboxylic acids, maleic anhydride And dicarboxylic anhydrides such as succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, itaconic anhydride, pyromellitic anhydride, and 1,2-cyclohexanecarboxylic acid anhydride. In addition, derivatives of the above-exemplified carboxylic acids such as an acid anhydride imidized product, dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, diphenylmaleic anhydride, and the like are also included.
Of these, maleic anhydride, succinic anhydride, and phthalic anhydride are preferred because they are industrially applicable and easily gasified.
These may be used alone or in combination of two or more. That is, two or more carboxylic acid-derived groups may be introduced into the carboxylic acid cellulose.

なお、セルロースに導入したカルボン酸由来の基を塩型とするために、上記のカルボン酸系化合物で処理した後、アルカリ水溶液などで処理してもよい。これらの処理後は、通常分散液のpHが中性となるまで水で洗浄する。   In addition, in order to make the group derived from the carboxylic acid introduced into the cellulose into a salt form, the group may be treated with an alkaline aqueous solution after being treated with the carboxylic acid compound. After these treatments, the dispersion is usually washed with water until the pH of the dispersion becomes neutral.

<リン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基の導入量>
リン酸セルロースは、セルロースに対し、リン酸由来の基が通常0.1〜2.0mmol/g導入されていることが好ましい。
また、カルボン酸セルロースも、セルロースに対し、カルボン酸由来の基が通常0.1〜2.0mmol/g導入されていることが好ましい。
セルロースがリン酸由来の基とカルボン酸由来の基を有する場合、これらの合計で、セルロースに対し、通常0.1〜2.0mmol/g導入されていることが好ましい。
<Introduction amount of phosphoric acid-derived group and / or carboxylic acid-derived group>
It is preferable that 0.1-2.0 mmol / g of phosphoric acid-derived groups is introduced into cellulose phosphate.
Moreover, it is preferable that 0.1-2.0 mmol / g of carboxylic acid-derived groups are usually introduced into the cellulose carboxylate.
When cellulose has a group derived from phosphoric acid and a group derived from carboxylic acid, it is preferable that 0.1 to 2.0 mmol / g of the cellulose is introduced into the cellulose in total.

セルロースへのリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基の導入量が少な過ぎると、これらの基を導入したことによる分散液への分散性の向上効果等を十分に得ることができない場合がある。   When the introduction amount of phosphoric acid-derived groups and / or carboxylic acid-derived groups into cellulose is too small, the effect of improving dispersibility in the dispersion due to the introduction of these groups cannot be sufficiently obtained. There is.

ここで、リン酸由来の基またはカルボン酸由来の基のセルロースへの導入量は、以下の方法で求めることができる。
カルボン酸由来の基の導入量の算出方法については、TAPPI T237 cm−08(2008) を用いて算出した。具体的には、酸性基(ここではカルボキシ基)の導入数をより広範囲まで算出可能にするために、前記試験方法に用いる試験液のうち、炭酸水素ナトリウム(NaHCO)/塩化ナトリウム(NaCl)=0.84g/5.85gを蒸留水で1000mlに溶解希釈した試験液について、前記試験液の濃度が実質的に4倍となるように、炭酸水素ナトリウム/塩化ナトリウム=3.36g/23.40gに変更し、さらに置換基導入前後のセルロース繊維における算出値の差を実質的な置換基導入量とした以外は、TAPPI T237 cm−08(2008) に準じて算出する。
また、リン酸由来の基のセルロースへの導入量については、TAPPI T237 cm−08(2008) を用いて算出した。具体的には、セルロースに導入されたリン酸由来の酸性基の導入量をより広範囲まで算出可能にするために、前記試験方法に用いる試験液のうち、炭酸水素ナトリウム(NaHCO)/塩化ナトリウム(NaCl)=0.84g/5.85gを蒸留水で1000mlに溶解希釈した試験液を、水酸化ナトリウム1.60gを蒸留水で1000mlに溶解希釈した試験液に変更し、さらに置換基導入前後のセルロース繊維における算出値の差を実質的な置換基導入量(1価の酸性基)として、TAPPI T237 cm−08(2008) に準じて算出した。さらに多価の酸性基であるリン酸由来の基の導入量を算出するため、前記得られた置換基導入量を、リン酸由来の基の酸価数で除した数値を、リン酸由来の基の導入量とした。
Here, the amount of phosphoric acid-derived groups or carboxylic acid-derived groups introduced into cellulose can be determined by the following method.
About the calculation method of the introduction amount of group derived from carboxylic acid, it calculated using TAPPI T237 cm-08 (2008). Specifically, in order to make it possible to calculate the introduction number of acidic groups (here, carboxy groups) over a wider range, among the test solutions used in the test method, sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) / sodium chloride (NaCl) = 0.84 g / 5.85 g of the test solution dissolved in 1000 ml with distilled water, sodium bicarbonate / sodium chloride = 3.36 g / 23.23 so that the concentration of the test solution is substantially quadrupled. The amount is calculated according to TAPPI T237 cm-08 (2008) except that the difference is 40 g, and the difference between the calculated values in the cellulose fiber before and after the introduction of the substituent is set to the substantial substituent introduction amount.
The amount of phosphoric acid-derived groups introduced into cellulose was calculated using TAPPI T237 cm-08 (2008). Specifically, in order to make it possible to calculate the introduction amount of phosphoric acid-derived acidic groups introduced into cellulose over a wider range, among the test solutions used in the test method, sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) / sodium chloride The test solution in which (NaCl) = 0.84 g / 5.85 g was dissolved and diluted in 1000 ml with distilled water was changed to a test solution in which 1.60 g of sodium hydroxide was dissolved and diluted in 1000 ml with distilled water. The difference in the calculated values of the cellulose fibers was calculated according to TAPPI T237 cm-08 (2008) as a substantial substituent introduction amount (monovalent acidic group). Furthermore, in order to calculate the introduction amount of the phosphoric acid-derived group that is a polyvalent acidic group, the value obtained by dividing the obtained substituent introduction amount by the acid number of the phosphoric acid-derived group is derived from the phosphoric acid-derived group. The amount introduced was the group.

リン酸由来の基またはカルボン酸由来の基の導入量は、これらの基の導入に用いるリン酸またはリン酸誘導体、カルボン酸系化合物の使用量を調整することにより制御することができる。   The amount of phosphoric acid-derived group or carboxylic acid-derived group introduced can be controlled by adjusting the amount of phosphoric acid, phosphoric acid derivative or carboxylic acid compound used for introducing these groups.

<化学修飾処理>
本発明のゴム改質材に用いられるセルロース繊維を構成するセルロースには、リン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基以外にも、さらに他の基が導入されていてもよい。
<Chemical modification treatment>
In addition to the group derived from phosphoric acid and / or the group derived from carboxylic acid, another group may be further introduced into the cellulose constituting the cellulose fiber used in the rubber modifier of the present invention.

その他の基をセルロースに導入するための化学修飾処理は、セルロース繊維原料に対し行ってもよいし、解繊後のセルロース繊維に行ってもよい。また、リン酸由来の基やカルボン酸由来の基の導入の前後に行ってもよいし、導入と同時に行ってもよく、本発明の効果を損なわない範囲であれば、いずれの工程で行ってもよい。   The chemical modification treatment for introducing other groups into the cellulose may be performed on the cellulose fiber raw material or may be performed on the cellulose fiber after defibration. Further, it may be performed before or after the introduction of the group derived from phosphoric acid or the group derived from carboxylic acid, or may be performed simultaneously with the introduction, and may be performed in any step as long as the effect of the present invention is not impaired. Also good.

(化学修飾基の種類)
化学修飾によってセルロースに導入させる化学修飾基としては、アセチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロピオニル基、プロピオロイル基、ブチリル基、2−ブチリル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、ナフトイル基、ニコチノイル基、イソニコチノイル基、フロイル基、シンナモイル基等のアシル基、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアノイル基等のイソシアネート基、メチル基、エチル基、プロピル基、2−プロピル基、ブチル基、2−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基等のアルキル基、オキシラン基、オキセタン基、チイラン基、チエタン基等の1種または2種以上が挙げられる。これらの中では特にアセチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、ベンゾイル基、ナフトイル基等の炭素数2〜12のアシル基、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜12のアルキル基が好ましい。
(Chemical modification group types)
Chemical modification groups introduced into cellulose by chemical modification include acetyl group, acryloyl group, methacryloyl group, propionyl group, propioyl group, butyryl group, 2-butyryl group, pentanoyl group, hexanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, nonanoyl group , Decanoyl group, undecanoyl group, dodecanoyl group, myristoyl group, palmitoyl group, stearoyl group, pivaloyl group, benzoyl group, naphthoyl group, nicotinoyl group, isonicotinoyl group, furoyl group, cinnamoyl group and other acyl groups, 2-methacryloyloxyethyl isocyania Isocyanate group such as noyl group, methyl group, ethyl group, propyl group, 2-propyl group, butyl group, 2-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, Group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, myristyl group, palmityl group, an alkyl group such as a stearyl group, an oxirane group, an oxetane group, a thiirane group, include one or more of such thietane group. Among these, an acyl group having 2 to 12 carbon atoms such as an acetyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, a benzoyl group and a naphthoyl group, and an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group and a propyl group are preferable. .

(化学修飾方法)
化学修飾方法としては、特に限定されるものではないが、セルロース繊維原料と次に挙げるような化学修飾剤とを反応させる方法がある。この反応条件についても特に限定されるものではないが、必要に応じて溶媒、触媒等を用いたり、加熱、減圧等を行うこともできる。
(Chemical modification method)
Although it does not specifically limit as a chemical modification method, There exists the method of making a cellulose fiber raw material and the following chemical modifiers react. Although there are no particular limitations on the reaction conditions, a solvent, a catalyst, or the like may be used, or heating, decompression, or the like may be performed as necessary.

化学修飾剤の種類としては、酸、酸無水物、アルコール、ハロゲン化試薬、イソシアナート、アルコキシシラン、オキシラン(エポキシ)等の環状エーテルよるなる群から選ばれる1種または2種以上が挙げられる。   Examples of the chemical modifier include one or more selected from the group consisting of cyclic ethers such as acids, acid anhydrides, alcohols, halogenating reagents, isocyanates, alkoxysilanes, and oxiranes (epoxies).

酸としては、例えば酢酸、アクリル酸、メタクリル酸、プロパン酸、ブタン酸、2−ブタン酸、ペンタン酸等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば無水酢酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、無水プロパン酸、無水ブタン酸、無水2-ブタン酸、無水ペンタン酸等が挙げられる。
ハロゲン化試薬としては、例えばアセチルハライド、アクリロイルハライド、メタクロイルハライド、プロパノイルハライド、ブタノイルハライド、2−ブタノイルハライド、ペンタノイルハライド、ベンゾイルハライド、ナフトイルハライド等が挙げられる。
アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール等が挙げられる。
イソシアナートとしては、例えばメチルイソシアナート、エチルイソシアナート、プロピルイソシアナート等が挙げられる。
アルコキシシランとしては、例えばメトキシシラン、エトキシシラン等が挙げられる。
オキシラン(エポキシ)等の環状エーテルとしては、例えばエチルオキシラン、エチルオキセタン等が挙げられる。
Examples of the acid include acetic acid, acrylic acid, methacrylic acid, propanoic acid, butanoic acid, 2-butanoic acid, and pentanoic acid.
Examples of the acid anhydride include acetic anhydride, acrylic anhydride, methacrylic anhydride, propanoic anhydride, butanoic anhydride, 2-butanoic anhydride, and pentanoic anhydride.
Examples of the halogenating reagent include acetyl halide, acryloyl halide, methacryloyl halide, propanoyl halide, butanoyl halide, 2-butanoyl halide, pentanoyl halide, benzoyl halide, naphthoyl halide, and the like.
Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, and 2-propanol.
Examples of the isocyanate include methyl isocyanate, ethyl isocyanate, propyl isocyanate, and the like.
Examples of the alkoxysilane include methoxysilane and ethoxysilane.
Examples of cyclic ethers such as oxirane (epoxy) include ethyl oxirane and ethyl oxetane.

これらの中では特に無水酢酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、ベンゾイルハライド、ナフトイルハライドが好ましい。
これらの化学修飾剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Among these, acetic anhydride, acrylic acid anhydride, methacrylic acid anhydride, benzoyl halide, and naphthoyl halide are particularly preferable.
These chemical modifiers may be used alone or in combination of two or more.

(置換度)
ここでいう置換度とは、セルロースを構成する単位構造(グルコピラノース環)あたりの導入された先に挙げた化学修飾基の個数を示す。言い換えると、「導入された化学修飾基のモル数を、グルコピラノース環の総モル数で割った値」として定義する。純粋セルロースは単位構造(グルコピラノース環)あたり3個の置換可能な水酸基を有しているため、本発明のリン酸・カルボン酸セルロース繊維の置換度の理論最大値は{3−(リン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基の置換度)}(最小値は0)である。
化学修飾基の置換度は、下記の滴定法によって測定し求めることができる。
(Degree of substitution)
The degree of substitution here refers to the number of the previously mentioned chemical modification groups introduced per unit structure (glucopyranose ring) constituting cellulose. In other words, it is defined as “a value obtained by dividing the number of moles of the introduced chemical modification group by the total number of moles of the glucopyranose ring”. Since pure cellulose has three substitutable hydroxyl groups per unit structure (glucopyranose ring), the theoretical maximum value of the degree of substitution of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber of the present invention is {3- (derived from phosphoric acid) And / or the degree of substitution of the carboxylic acid-derived group)} (minimum value is 0).
The degree of substitution of the chemical modifying group can be measured and determined by the following titration method.

乾燥セルロース0.05gを精秤し、これにエタノール1.5ml、蒸留水0.5mlを添加する。これを60〜70℃の湯浴中で30分静置した後、0.5M水酸化ナトリウム水溶液2mlを添加する。これを60〜70℃の湯浴中で3時間静置した後、超音波洗浄器にて30分間超音波振とうする。これを、フェノールフタレインを指示薬として0.2M塩酸標準溶液で滴定する。
ここで、滴定に要した0.2M塩酸水溶液の量Z(ml)、及びブランクサンプル(=乾燥セルロースなしのサンプル)の滴定に要した0.2N塩酸水溶液の量Z(ml)から、下記式によってリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基と化学修飾基の合計量Q(mol)が求められる。
Q(mol)=(Z−Z)×0.2/1000
乾燥セルロースの質量(=0.05gの精秤値、記号でAとおく)は、修飾されていないグルコピラノース環構造体(C10、Mw=162)、リン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基に置換されたグルコピラノース構造体(C6、Mw=145+S、Sはリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基の分子量)、および化学修飾基で置換されたグルコピラノース構造体(Mw=145+T、Tは化学修飾基の分子量)それぞれの質量の総和と考える事ができる。それぞれ構造体のモル数を仮にx、y、z(mol)とおくと、
A(g)=162×x+(145+S)×y+(145+T)×z ・・式1
また、先に滴定で求めたQ(mol)は、次の関係が成立している。
リン酸由来の基が導入されている場合
Q(mol)= y+z ・・式2
カルボン酸由来の基が導入されている場合
Q(mol)= 2y+z ・・式2’
また、前記の項に記載の方法で求めたセルロース繊維中のリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基量(mmol/g、記号でBとおく)は、yに換算することができる。
y(mol)=B(mmol/g)×A(g)/1000 ・・式3
ここで、置換度とは、「導入された置換基のモル数を、グルコピラノース環の総モル数で割った値」と定義してあり、化学修飾基の置換度は、下記式として書き表すことができる。
化学修飾基の置換度(無次元数)= z / (x+y+z) ・・式4
式1から式4を用いて、A、B、Q、Tで整理すると化学修飾基の置換度は下記の式5、式5’で求められる。
0.05 g of dry cellulose is precisely weighed, and 1.5 ml of ethanol and 0.5 ml of distilled water are added thereto. This is left to stand in a hot water bath at 60 to 70 ° C. for 30 minutes, and then 2 ml of 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution is added. After leaving this in a 60-70 degreeC hot water bath for 3 hours, it ultrasonically shakes for 30 minutes with an ultrasonic cleaner. This is titrated with 0.2 M hydrochloric acid standard solution using phenolphthalein as an indicator.
Here, from the amount Z (ml) of 0.2 M hydrochloric acid aqueous solution required for titration and the amount Z 0 (ml) of 0.2 N hydrochloric acid aqueous solution required for titration of the blank sample (= sample without dry cellulose), The total amount Q (mol) of the group derived from phosphoric acid and / or the group derived from carboxylic acid and the chemical modification group is determined by the formula.
Q (mol) = (Z 0 −Z) × 0.2 / 1000
The mass of dry cellulose (= 0.05 g exact balance, denoted A by symbol) is the unmodified glucopyranose ring structure (C 6 H 10 O 5 , Mw = 162), phosphoric acid-derived groups and A glucopyranose structure substituted with a carboxylic acid-derived group (C 6 H 8 O 6, Mw = 145 + S, S is the molecular weight of a phosphate-derived group and / or a carboxylic acid-derived group), and a chemical modification group It can be considered that the total mass of each of the glucopyranose structures (Mw = 145 + T, T is the molecular weight of the chemical modification group) substituted with. If the number of moles of each structure is x, y, z (mol),
A (g) = 162 × x + (145 + S) × y + (145 + T) × z Equation 1
Further, the following relationship is established for Q (mol) previously obtained by titration.
When a group derived from phosphoric acid is introduced Q (mol) = y + z Formula 2
When a carboxylic acid-derived group is introduced Q (mol) = 2y + z Formula 2 ′
In addition, the phosphoric acid-derived group and / or carboxylic acid-derived group amount (mmol / g, denoted by B as a symbol) in the cellulose fiber obtained by the method described in the above section can be converted to y. .
y (mol) = B (mmol / g) × A (g) / 1000 Formula 3
Here, the degree of substitution is defined as “a value obtained by dividing the number of moles of the introduced substituent by the total number of moles of the glucopyranose ring”, and the degree of substitution of the chemical modifying group is expressed as the following formula. Can do.
Degree of substitution of chemical modification group (dimensionless number) = z / (x + y + z) Formula 4
When formulas 1 to 4 are used to arrange A, B, Q, and T, the degree of substitution of the chemical modification group can be obtained by formulas 5 and 5 ′ below.

Figure 2013177540
Figure 2013177540

本発明において、リン酸・カルボン酸セルロース繊維に化学修飾基が導入されている場合、その化学修飾基の置換度は通常0.05以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.3以上で、好ましくは2.0以下、より好ましくは1.8以下、更に好ましくは1.5以下、特に好ましくは1.2以下、最も好ましくは1.0以下である。   In the present invention, when a chemically modifying group is introduced into the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber, the degree of substitution of the chemically modifying group is usually 0.05 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. More preferably, it is 0.3 or more, preferably 2.0 or less, more preferably 1.8 or less, still more preferably 1.5 or less, particularly preferably 1.2 or less, and most preferably 1.0 or less. .

化学修飾を行ってリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基以外の化学修飾基を導入することで、セルロースの分解温度が上昇し、耐熱性が高くなるが、化学修飾率が高すぎると、セルロース構造が破壊され結晶性が低下するため、弾性率や強度が低下するという問題点があり好ましくない。   By introducing chemical modification groups other than phosphoric acid-derived groups and / or carboxylic acid-derived groups by chemical modification, the decomposition temperature of cellulose increases and the heat resistance increases, but the chemical modification rate is too high. Then, since the cellulose structure is destroyed and the crystallinity is lowered, there is a problem that the elastic modulus and the strength are lowered, which is not preferable.

<解繊処理>
セルロース繊維原料は、解繊処理により、解繊セルロース繊維とされる。本発明に用いられるセルロース繊維は平均繊維径が400nm以下であることが好ましく、通常はこの解繊処理を施すことにより得られるものである。
<Defibration processing>
Cellulose fiber raw material is defibrated cellulose fiber by defibrating treatment. The cellulose fiber used in the present invention preferably has an average fiber diameter of 400 nm or less, and is usually obtained by performing this defibrating treatment.

解繊処理の具体的な方法としては、特に制限はないが、例えば、直径1mm程度のセラミック製ビーズをセルロース繊維原料濃度0.1〜10重量%、例えば1重量%程度のセルロース繊維原料の分散液(以下、「セルロース繊維分散液」と称す場合がある。)に入れ、ペイントシェーカーやビーズミル等を用いて振動を与え、セルロース繊維原料を解繊する方法などが挙げられる。   A specific method of the defibrating treatment is not particularly limited. For example, ceramic beads having a diameter of about 1 mm are dispersed in a cellulose fiber raw material concentration of 0.1 to 10% by weight, for example, about 1% by weight. A method of defibrating the cellulose fiber raw material by putting it in a liquid (hereinafter sometimes referred to as “cellulose fiber dispersion”) and applying vibration using a paint shaker, a bead mill, or the like.

なお、セルロース繊維分散液の分散媒としては、有機溶媒、水、有機溶媒と水との混合液を使用することができる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール、n−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、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、その他水溶性の有機溶媒の1種又は2種以上を用いることができる。分散媒は、有機溶媒と水との混合液又は水であることが好ましく、特に水であることが好ましい。   In addition, as a dispersion medium of a cellulose fiber dispersion liquid, an organic solvent, water, or a mixed liquid of an organic solvent and water can be used. Examples of organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, n-butanol, ethylene glycol and ethylene glycol mono-t-butyl ether, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and ethers such as tetrahydrofuran. In addition, one or more water-soluble organic solvents can be used. The dispersion medium is preferably a mixed liquid of an organic solvent and water or water, and particularly preferably water.

解繊方法としては、ブレンダータイプの分散機や高速回転するスリットの間に、セルロース繊維分散液を通して剪断力を働かせて解繊する方法(高速回転式ホモジナイザーを用いる方法)や、高圧から急に減圧することによって、セルロース繊維間に剪断力を発生させて解繊する方法(高圧ホモジナイザー法を用いる方法)、「マスコマイザーX(増幸産業)」のような対向衝突型の分散機等を用いる方法などが挙げられる。特に、高速回転式ホモジナイザーや高圧ホモジナイザーによる処理を採用することにより、解繊の効率が向上する。   Defibration methods include a blender-type disperser and a high-speed rotating slit that uses a cellulose fiber dispersion to apply a shearing force (using a high-speed rotating homogenizer), or a sudden decrease in pressure from high pressure. By using a high-pressure homogenizer method, a method using a counter-impact type disperser such as “Masscomizer X (Masuyuki Sangyo)”, etc. Is mentioned. In particular, the efficiency of defibration is improved by adopting a treatment using a high-speed rotation type homogenizer or a high-pressure homogenizer.

これらの処理で解繊する場合は、セルロース繊維原料としての固形分濃度が0.1重量%以上、好ましくは0.2重量%以上、特に0.3重量%以上、また10重量%以下、特に6重量%以下のセルロース繊維分散液に対して解繊処理を行うことが好ましい。この解繊処理に供するセルロース繊維分散液中の固形分濃度が低過ぎると処理するセルロース繊維原料量に対して液量が多くなり過ぎ効率が悪く、固形分濃度が高過ぎると流動性が悪くなるため、解繊処理に供するセルロース繊維分散液は適宜水を添加するなどして濃度調整する。   In the case of defibration by these treatments, the solid content concentration as the cellulose fiber raw material is 0.1% by weight or more, preferably 0.2% by weight or more, particularly 0.3% by weight or more, and 10% by weight or less, particularly It is preferable to perform a defibrating treatment on 6% by weight or less of the cellulose fiber dispersion. If the solid content concentration in the cellulose fiber dispersion to be subjected to the defibrating process is too low, the amount of liquid will be excessive with respect to the amount of cellulose fiber raw material to be processed, and the efficiency will be poor. Therefore, the concentration of the cellulose fiber dispersion used for the defibrating treatment is adjusted by adding water as appropriate.

なお、このような高圧ホモジナイザーによる処理、高速回転式ホモジナイザーによる処理の後に、超音波処理を組み合わせた微細化処理を行ってもよい。   In addition, you may perform the refinement | miniaturization process which combined the ultrasonic process after the process by such a high voltage | pressure homogenizer and the process by a high-speed rotation type homogenizer.

(解繊されたセルロース繊維原料の平均繊維径)
上記方法によって解繊ないし更に微細化されたセルロース繊維分散液中のセルロース繊維(解繊セルロース繊維)の繊維径は、分散液中の分散媒を乾燥除去した後(シート化後)、SEMやTEM等で観察することにより計測して求めることができる。
(Average fiber diameter of fibrillated cellulose fiber raw material)
The fiber diameter of the cellulose fiber (defibrated cellulose fiber) in the cellulose fiber dispersion defibrated or further refined by the above-mentioned method is determined after the dispersion medium in the dispersion is dried and removed (after sheet formation), SEM or TEM It can be measured and obtained by observing with the above.

解繊されたセルロース繊維の数平均繊維径は、通常400nm以下であり、100nm以下であることが好ましく、80nm以下であることがさらに好ましく、50nm以下であることが特に好ましい。また、数平均繊維径は、小さい程好ましいが、高い補強効果を発現するためには、セルロースの結晶性を維持することが重要であり、実質的にはセルロース結晶単位の繊維径である2nm以上、好ましくは4nm以上である。   The number average fiber diameter of the fibrillated cellulose fiber is usually 400 nm or less, preferably 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, and particularly preferably 50 nm or less. Further, the number average fiber diameter is preferably as small as possible. However, in order to develop a high reinforcing effect, it is important to maintain the crystallinity of cellulose, and the fiber diameter of the cellulose crystal unit is substantially 2 nm or more. Preferably, it is 4 nm or more.

以上のようにして、平均繊維径が400nm以下のリン酸・カルボン酸セルロース繊維を得ることができる。   As described above, phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fibers having an average fiber diameter of 400 nm or less can be obtained.

<ゴム改質材>
本発明のゴム改質材は、通常、リン酸・カルボン酸セルロース繊維の分散液として提供される。従って、本発明のゴム改質材は、リン酸・カルボン酸セルロース繊維以外に分散媒が含まれていてもよく、該リン酸・カルボン酸セルロース繊維と分散媒からなるものであってもよいし、その他、本発明の効果を損なわない範囲で添加剤等が含まれていてもよい。ただし、特に、本発明のゴム組成物中において、ゴム改質材は分散液として存在することに限定されず、この場合、ゴム組成物中にリン酸・カルボン酸セルロース繊維が含まれていればよい。
なお、このリン酸・カルボン酸セルロース繊維の分散液は、後述の実施例3〜8に示されるように、解繊により得られたリン酸・カルボン酸セルロース繊維の分散液を遠心分離処理して、極微細なセルロース繊維のみを含む上澄み液を得、この上澄み液を本発明のゴム改質材として用いると加硫ゴム中での分散性がさらに向上し、より高い弾性率、強度を得ることができる。
<Rubber modifier>
The rubber modifier of the present invention is usually provided as a dispersion of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fibers. Therefore, the rubber modifier of the present invention may contain a dispersion medium in addition to the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber, or may be composed of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber and the dispersion medium. In addition, additives and the like may be included within a range not impairing the effects of the present invention. However, in particular, in the rubber composition of the present invention, the rubber modifier is not limited to being present as a dispersion. In this case, if the rubber composition contains phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers. Good.
The phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber dispersion was obtained by centrifuging the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber dispersion obtained by defibration as shown in Examples 3 to 8 described later. , A supernatant containing only ultrafine cellulose fibers is obtained, and when this supernatant is used as a rubber modifier of the present invention, dispersibility in vulcanized rubber is further improved, and higher elastic modulus and strength are obtained. Can do.

本発明のゴム改質材に含まれるリン酸・カルボン酸セルロース繊維は、セルロースがリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を有していればよく、解繊前のセルロース繊維を用いてもよいし、解繊後のセルロース繊維を用いてもよい。解繊前のセルロース繊維を用いた場合は、本発明のゴム改質材をゴムラテックスと混合した後に、解繊してもよい。   The phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber contained in the rubber modifier of the present invention may be any cellulose as long as the cellulose has a group derived from phosphoric acid and / or a group derived from carboxylic acid. Alternatively, cellulose fibers after defibration may be used. When cellulose fibers before defibration are used, the rubber modifier of the present invention may be mixed with rubber latex and then defibrated.

本発明のゴム改質材のリン酸・カルボン酸セルロース繊維分散液におけるリン酸・カルボン酸セルロース繊維の含有量は特に限定されないが、粘度や液安定性が好適なものになるといった取扱い性の点から、分散液全量に対して、0.01重量%以上が好ましく、0.1重量%以上がより好ましく、0.5重量%以上がさらに好ましく、1重量%以上が特に好ましく、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましい。   The content of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber in the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber dispersion of the rubber modifier of the present invention is not particularly limited, but the handling property such that the viscosity and liquid stability are suitable. From the viewpoint of the total amount of the dispersion, 0.01% by weight or more is preferable, 0.1% by weight or more is more preferable, 0.5% by weight or more is further preferable, 1% by weight or more is particularly preferable, and 50% by weight or less. Is preferable, and 40 weight% or less is more preferable.

分散媒としては、例えば、水、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、グリコールエーテル系溶媒、アミド系溶媒、芳香族系炭化水素、非プロトン性極性溶媒などが挙げられる。好ましくは、水、非プロトン性極性溶媒(特に、アミド系溶媒)、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒である。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Examples of the dispersion medium include water, alcohol solvents, ketone solvents, glycol ether solvents, amide solvents, aromatic hydrocarbons, aprotic polar solvents, and the like. Preferred are water, aprotic polar solvents (particularly amide solvents), alcohol solvents, and ketone solvents. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

なお、ゴム改質材の分散媒として使用される溶媒は、後の工程で溶媒を除去する工程があることから沸点が高すぎないことが好ましい。溶媒の沸点は300℃以下が好ましく、200℃以下が好ましく、180℃以下が更に好ましい。また、取扱い性などの点から、70℃以上が好ましい。   In addition, it is preferable that the boiling point of the solvent used as the dispersion medium of the rubber modifier is not too high because there is a step of removing the solvent in a later step. The boiling point of the solvent is preferably 300 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, and more preferably 180 ° C. or lower. Moreover, 70 degreeC or more is preferable from points, such as handleability.

分散媒としての芳香族系炭化水素の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどが挙げられる。
Specific examples of the aromatic hydrocarbon as the dispersion medium include benzene, toluene, xylene and the like.
Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, propanol, butanol and the like.

ケトン系溶媒(ケトン基を有する液体を指す)としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、ジイソプロピルケトン、ジ−tert−ブチルケトン、2−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−オクタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘキシルメチルケトン、アセトフェノン、アセチルアセトン、ジオキサン等が挙げられる。この中でも、好ましくは、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロペンタノン、シクロヘキサノンであり、より好ましくは、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノンである。   Examples of the ketone solvent (referring to a liquid having a ketone group) include acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), diisopropyl ketone, di-tert-butyl ketone, 2-heptanone, 4-heptanone, 2-octanone, Examples include cyclopentanone, cyclohexanone, cyclohexyl methyl ketone, acetophenone, acetylacetone, and dioxane. Among these, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), cyclopentanone, and cyclohexanone are preferable, and methyl ethyl ketone (MEK) and cyclohexanone are more preferable.

非プロトン性極性溶媒としては、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−ピロリドン、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。   Examples of aprotic polar solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, 2-pyrrolidone, N- Examples include methylpyrrolidone and tetrahydrofuran.

グリコールエーテル系溶媒の具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどが挙げられる。   Specific examples of the glycol ether solvent include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol. Examples include mono-n-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate.

[ゴムラテックス分散液]
本発明のゴムラテックス分散液は、本発明のゴム改質材とゴムラテックスとを含有するものであるが、本発明のゴムラテックス分散液の調製に際しては、前述のリン酸・カルボン酸セルロース繊維原料をそのまま、ゴムラテックスと混合させて、この混合液の中で解繊処理を行うことが良好な分散性を得る上で好ましい。この場合、本発明のゴム改質材は、リン酸・カルボン酸セルロース繊維原料が、ゴムラテックス中に分散された状態のものとなり、これをさらに解繊処理し、高い分散性を有する、ゴム改質材を含有する本発明のゴムラテックス分散液を得ることができる。
[Rubber latex dispersion]
The rubber latex dispersion of the present invention contains the rubber modifier of the present invention and a rubber latex. In the preparation of the rubber latex dispersion of the present invention, the aforementioned phosphoric acid / carboxylate cellulose fiber raw material is used. In order to obtain good dispersibility, it is preferable to mix with a rubber latex and perform a defibration treatment in this mixed solution. In this case, the rubber modifier of the present invention is in a state in which the phosphoric acid / carboxylate cellulose fiber raw material is dispersed in the rubber latex, which is further defibrated to have a high dispersibility. A rubber latex dispersion of the present invention containing a material can be obtained.

この場合の解繊処理について、以下説明する。
リン酸・カルボン酸セルロース繊維原料を分散させる分散媒としては、通常水が用いられるが、有機溶媒を利用してもよい。その場合は、あらかじめセルロース繊維原料の水分散液中の水を有機溶媒に置換してもよい。溶媒置換工程において溶媒を置換する方法は特に限定されないが、セルロース繊維(好ましくは、精製後、あるいはリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を導入後のセルロース繊維)原料を含有する水分散液から濾過などにより水を除去し、ここに解繊時使用する有機溶媒を添加し、攪拌混合し、再度濾過により有機溶媒を除去する方法が挙げられる。有機溶媒の添加と濾過を繰り返すことで、分散液中の媒体を水から有機溶媒に置換することができる。
なお、使用する有機溶媒が非水溶性の場合、水溶性の有機溶媒に一度置換した後、非水溶性の有機溶媒に置換してもよい。
The defibrating process in this case will be described below.
As a dispersion medium for dispersing the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber raw material, water is usually used, but an organic solvent may be used. In that case, water in the aqueous dispersion of the cellulose fiber raw material may be replaced with an organic solvent in advance. The method for substituting the solvent in the solvent replacement step is not particularly limited, but water containing cellulose fiber (preferably cellulose fiber after purification or after introduction of phosphoric acid-derived groups and / or carboxylic acid-derived groups) is used. There is a method in which water is removed from the dispersion by filtration or the like, an organic solvent used at the time of defibration is added thereto, the mixture is stirred and mixed, and the organic solvent is removed by filtration again. By repeating the addition of organic solvent and filtration, the medium in the dispersion can be replaced with water from the organic solvent.
In addition, when the organic solvent to be used is water-insoluble, after substituting once with a water-soluble organic solvent, you may substitute with a water-insoluble organic solvent.

次に、リン酸・カルボン酸セルロース繊維原料を含有する、セルロース繊維原料分散液と、ゴムラテックスとを混合する。混合に際しては、分散液にゴムラテックスを直接加えて混合してもよい。
この解繊前ゴムラテックス分散液中におけるリン酸・カルボン酸セルロース繊維原料の含有量は特に限定されないが、解繊前ゴムラテックス分散液全量に対して、0.01重量%以上が好ましく、0.1重量%以上がより好ましく、1重量%以上がさらに好ましく、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましい。
Next, a cellulose fiber raw material dispersion containing a phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber raw material and a rubber latex are mixed. In mixing, rubber latex may be directly added to the dispersion and mixed.
The content of the phosphoric acid / carboxylate cellulose fiber raw material in the pre-defibration rubber latex dispersion is not particularly limited, but is preferably 0.01% by weight or more based on the total amount of the rubber latex dispersion before defibration. 1% by weight or more is more preferable, 1% by weight or more is more preferable, 50% by weight or less is preferable, and 40% by weight or less is more preferable.

解繊前ゴムラテックス分散液中におけるゴムの固形分量は特に限定されないが、解繊前ゴムラテックス分散液全量に対して、2重量%以上が好ましく、2.5重量%以上がより好ましく、95重量%以下が好ましく、80重量%以下がより好ましい。   The solid content of the rubber in the rubber latex dispersion before defibration is not particularly limited, but is preferably 2% by weight or more, more preferably 2.5% by weight or more, and 95% by weight with respect to the total amount of the rubber latex dispersion before defibration. % Or less is preferable, and 80% by weight or less is more preferable.

解繊前ゴムラテックス分散液における溶媒の含有量は特に限定されないが、解繊前ゴムラテックス分散液全量に対して、1重量%以上が好ましく、5重量%以上がより好ましく、97.5重量%以下が好ましく、95重量%以下がより好ましい。   The content of the solvent in the rubber latex dispersion before defibration is not particularly limited, but is preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and 97.5% by weight with respect to the total amount of the rubber latex dispersion before defibration. The following is preferable, and 95% by weight or less is more preferable.

解繊前ゴムラテックス中の分散液中のゴム成分と溶媒との重量比は特に限定さないが、得られる解繊後のゴムラテックス分散液の粘度や液安定性が好適なものになるといった取扱い性の点から、溶媒の含有量は、ゴム成分100重量部に対して、5〜2000重量部が好ましく、25〜1000重量部がより好ましい。   The weight ratio of the rubber component and the solvent in the dispersion in the rubber latex before defibration is not particularly limited, but handling such that the viscosity and liquid stability of the obtained rubber latex dispersion after defibration are suitable. From the viewpoint of properties, the content of the solvent is preferably 5 to 2000 parts by weight and more preferably 25 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component.

解繊前ゴムラテックス分散液中においてリン酸・カルボン酸セルロース繊維原料とゴム成分との重量比は特に限定さないが、リン酸・カルボン酸セルロース繊維原料の含有量は、リン酸・カルボン酸セルロース繊維原料及びゴム成分の合計量(100重量%)に対して、2.5重量%以上が好ましく、3重量%以上がより好ましく、5重量%以上がさらに好ましく、97.5重量%以下が好ましく、97重量%以下がより好ましく、95重量%以下がさらに好ましい。   The weight ratio of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber raw material and the rubber component in the rubber latex dispersion before defibration is not particularly limited, but the content of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber raw material is phosphoric acid / carboxylic acid cellulose cellulose. 2.5 weight% or more is preferable with respect to the total amount (100 weight%) of a fiber raw material and a rubber component, 3 weight% or more is more preferable, 5 weight% or more is further more preferable, and 97.5 weight% or less is preferable. 97 wt% or less is more preferable, and 95 wt% or less is more preferable.

この解繊前ゴムラテックス分散液に対して、解繊処理を施す際の解繊処理の方法は、前記のセルロース繊維原料の解繊処理方法と同様である。
解繊工程を経て得られたゴムラテックス分散液中には、解繊されたリン酸・カルボン酸セルロース繊維が均一に分散しており、リン酸・カルボン酸セルロース繊維の凝集や沈降が抑制され、優れた液安定性を有する。
また、リン酸・カルボン酸セルロース繊維とゴムラテックスとを含有する本発明のゴムラテックス分散液を用いて得られる加硫工程後の複合体中においては、リン酸・カルボン酸セルロース繊維が加硫ゴム成分中に均一に分散し、高弾性率、低損失正接を示す。
The method of defibrating treatment when the defibrating rubber latex dispersion before defibrating is the same as the defibrating method of the cellulose fiber raw material described above.
In the rubber latex dispersion obtained through the defibrating step, the fibrillated phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers are uniformly dispersed, and aggregation and sedimentation of the phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers are suppressed, Excellent liquid stability.
In the composite after the vulcanization step obtained by using the rubber latex dispersion of the present invention containing phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers and rubber latex, phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers are vulcanized rubber. It is uniformly dispersed in the components and exhibits high modulus and low loss tangent.

本発明のゴムラテックス分散液中におけるリン酸・カルボン酸セルロース繊維の含有量は使用される出発原料であるセルロース繊維原料量によって適宜調整されるが、分散液の安定性の点から、分散液全量に対して、0.01重量%以上が好ましく、0.1重量%以上がより好ましく、0.5重量%以上がさらに好ましく、1重量%以上が特に好ましく、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましく、30重量%以下がさらに好ましい。   The content of phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers in the rubber latex dispersion of the present invention is appropriately adjusted depending on the amount of cellulose fiber raw material that is a starting material used. From the viewpoint of the stability of the dispersion, the total amount of the dispersion Is preferably 0.01% by weight or more, more preferably 0.1% by weight or more, further preferably 0.5% by weight or more, particularly preferably 1% by weight or more, preferably 50% by weight or less, and 40% by weight. % Or less is more preferable, and 30% by weight or less is more preferable.

なお、ゴムラテックス分散液中の溶媒、ゴム成分は、上述した解繊前ゴムラテックス分散液の各成分の含有量と同じであり、好適な範囲も同じである。   The solvent and the rubber component in the rubber latex dispersion are the same as the content of each component of the rubber latex dispersion before defibration described above, and the preferred range is also the same.

また、ゴムラテックス分散液中のリン酸・カルボン酸セルロース繊維はゴム成分100重量部に対して、通常1重量部以上、好ましくは3重量部以上、より好ましくは5重量部以上、更に好ましくは10重量部以上、通常100重量部以下、好ましくは70重量部以下、更に好ましくは50重量部以下である。繊維量が少ないと補強効果が充分でなく、逆に多いとゴムの加工性が低下する。   Further, the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber in the rubber latex dispersion is usually 1 part by weight or more, preferably 3 parts by weight or more, more preferably 5 parts by weight or more, and further preferably 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. It is at least 100 parts by weight, preferably at most 70 parts by weight, more preferably at most 50 parts by weight. If the amount of fiber is small, the reinforcing effect is not sufficient, and if it is large, the processability of rubber is lowered.

本発明のゴムラテックス分散液には、リン酸・カルボン酸セルロース繊維、ゴム成分の他に、従来ゴム工業で使用される他の配合剤を添加してもよい。例えば、他の補強材としてシリカ粒子やカーボンブラック、繊維などの、無機、有機のフィラー、シランカップリング剤、加硫剤、ステアリン酸、加硫促進剤、加硫促進助剤、オイル、硬化レジン、ワックス、老化防止剤などが挙げられる。   In addition to the phosphoric acid / carboxylate cellulose fiber and the rubber component, other compounding agents conventionally used in the rubber industry may be added to the rubber latex dispersion of the present invention. For example, other reinforcing materials such as silica particles, carbon black and fibers, inorganic and organic fillers, silane coupling agents, vulcanizing agents, stearic acid, vulcanization accelerators, vulcanization accelerators, oils, curing resins , Wax, anti-aging agent and the like.

このうち、加硫剤としては、有機過酸化物または硫黄系加硫剤を使用することが可能である。有機過酸化物としては従来ゴム工業で使用される各種のものが使用可能であるが、中でも、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゼン及びジ−t−ブチルパーオキシ−ジイソプロピルベンゼンが好ましい。また、硫黄系加硫剤としては、例えば硫黄、モルホリンジスルフィドなどを使用することができ、中でも硫黄が好ましい。これらの加硫剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Of these, organic peroxides or sulfur vulcanizing agents can be used as the vulcanizing agent. Various organic peroxides conventionally used in the rubber industry can be used, among which dicumyl peroxide, t-butylperoxybenzene and di-t-butylperoxy-diisopropylbenzene are preferable. Moreover, as a sulfur type vulcanizing agent, sulfur, morpholine disulfide, etc. can be used, for example, and sulfur is preferable. One of these vulcanizing agents may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

本発明のゴムラテックス分散液中の加硫剤の配合量としては、ゴム成分100重量部に対して硫黄の場合、通常7.0重量部以下、好ましくは6.0重量部以下である。また、通常1.0重量部以上、好ましくは3.0重量部以上、中でも4.0重量部以上である。   The compounding amount of the vulcanizing agent in the rubber latex dispersion of the present invention is usually 7.0 parts by weight or less, preferably 6.0 parts by weight or less in the case of sulfur with respect to 100 parts by weight of the rubber component. Moreover, it is 1.0 weight part or more normally, Preferably it is 3.0 weight part or more, Especially 4.0 weight part or more.

[ゴム組成物]
本発明のゴム組成物は、本発明のゴム改質材とゴムとを含有することを特徴とする。または、本発明のゴム組成物は、本発明のゴムラテックス分散液を用いて製造される。本発明のゴム組成物は加硫前のものであっても加硫後のものであってもよい。
[Rubber composition]
The rubber composition of the present invention contains the rubber modifier of the present invention and rubber. Or the rubber composition of this invention is manufactured using the rubber latex dispersion liquid of this invention. The rubber composition of the present invention may be before vulcanization or after vulcanization.

以下に、本発明のゴム組成物の製造方法について説明する。
なお、本発明のゴム組成物の製造方法は、必要に応じて、以下詳述の複合化工程の前にゴム成分を添加する添加工程を備えていてもよい。
Below, the manufacturing method of the rubber composition of this invention is demonstrated.
In addition, the manufacturing method of the rubber composition of this invention may be provided with the addition process of adding a rubber component before the compounding process of detailed description below as needed.

<複合化工程>
複合化工程では、ゴムラテックス分散液を加硫反応させることにより(加硫工程)、リン酸・カルボン酸セルロース繊維と加硫ゴム成分とを含有するゴム組成物を得る。
本発明のゴム組成物は、本発明のゴムラテックス分散液から、必要に応じて溶媒を除去し、更にゴム成分と前述の各種配合剤を、ゴム用混練機等、公知の方法を用いて混合した後、成形して、公知の方法で加硫反応させることにより得られる。
<Composite process>
In the compounding step, a rubber composition containing phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers and a vulcanized rubber component is obtained by vulcanizing the rubber latex dispersion (vulcanization step).
In the rubber composition of the present invention, the solvent is removed from the rubber latex dispersion of the present invention as necessary, and the rubber component and the various compounding agents described above are mixed using a known method such as a rubber kneader. Then, it is molded and obtained by a vulcanization reaction by a known method.

加硫工程に先立つ成形には、各種の方法が可能であり、例えば、ゴムラテックス分散液を、基板上へ塗布して塗膜状としてもよく、型内に流し込んでもよく、或いはは押し出し加工してもよい。この際、必要に応じて、乾燥処理を施して、溶媒を除去してもよい。例えば、本発明のゴムラテックス分散液を用いて、ゴムラテックス中に分散したセルロース繊維から水分を除去し、必要な配合剤を加えてゴム組成物とし、混練りして、未加硫状態で所望の適用部材の形状に合わせて押し出し加工し、成形機上にて通常の方法により成形することにより、加硫前ゴム組成物を形成する。この加硫前ゴム組成物を加硫機中で加熱加圧することにより、加硫ゴム組成物を得ることができる。かかる加硫ゴム組成物は、良好な耐久性を有する。   Various methods are possible for the molding prior to the vulcanization process. For example, a rubber latex dispersion may be applied onto a substrate to form a coating film, poured into a mold, or extruded. May be. At this time, if necessary, a drying treatment may be performed to remove the solvent. For example, by using the rubber latex dispersion of the present invention, moisture is removed from cellulose fibers dispersed in the rubber latex, and a necessary compounding agent is added to obtain a rubber composition, which is kneaded and desired in an unvulcanized state. The rubber composition before vulcanization is formed by extruding in accordance with the shape of the applied member and molding by a normal method on a molding machine. A vulcanized rubber composition can be obtained by heating and pressurizing the pre-vulcanized rubber composition in a vulcanizer. Such a vulcanized rubber composition has good durability.

加硫工程の条件は特に限定されず、ゴム成分を加硫ゴムとできる温度以上であればよい。なかでも、有機溶媒を揮発させて除去できる点から、加熱温度は、60℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましい。なお、リン酸・カルボン酸セルロース繊維の分解を抑制する点から、加熱温度は250℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。加熱時間は、生産性などの点から、通常3分以上で、好ましくは5分以上、より好ましくは10分以上で、更に好ましくは15分以上で、180分以下が好ましい。
加熱処理は複数回にわたって、温度・加熱時間を変更して実施してもよい。
The conditions for the vulcanization step are not particularly limited as long as the temperature is equal to or higher than the temperature at which the rubber component can be converted to vulcanized rubber. Especially, the heating temperature is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, from the viewpoint that the organic solvent can be volatilized and removed. The heating temperature is preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, from the viewpoint of suppressing the decomposition of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fibers. In view of productivity, the heating time is usually 3 minutes or longer, preferably 5 minutes or longer, more preferably 10 minutes or longer, still more preferably 15 minutes or longer, and preferably 180 minutes or shorter.
The heat treatment may be performed multiple times by changing the temperature and the heating time.

<リン酸・カルボン酸セルロース繊維の含有量>
本発明のゴム組成物におけるリン酸・カルボン酸セルロース繊維の含有量は目的に応じて適宜調整されるが、補強効果の点から、ゴム組成物全量に対して、0.5重量%以上が好ましく、1重量%以上がより好ましく、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましく、30重量%以下がさらに好ましい。
<Content of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber>
The content of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fibers in the rubber composition of the present invention is appropriately adjusted according to the purpose, but from the viewpoint of the reinforcing effect, 0.5% by weight or more is preferable based on the total amount of the rubber composition. 1 wt% or more is more preferable, 50 wt% or less is preferable, 40 wt% or less is more preferable, and 30 wt% or less is more preferable.

<リン酸・カルボン酸セルロース繊維とゴム成分との重量比>
本発明のゴム組成物中に含まれるリン酸・カルボン酸セルロース繊維とゴム成分との重量比は、本発明のゴムラテックス分散液におけるリン酸・カルボン酸セルロース繊維とゴム成分との重量比と同じである。
リン酸・カルボン酸セルロース繊維はゴム成分100重量部に対して、通常1重量部以上、好ましくは3重量部以上、より好ましくは5重量部以上、更に好ましくは10重量部以上、通常100重量部以下、好ましくは70重量部以下、更に好ましくは50重量部以下である。ゴム組成物中のリン酸・カルボン酸セルロース繊維量が少ないと補強効果が充分でなく、逆に多いとゴムの加工性が低下する。
<Weight ratio of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber and rubber component>
The weight ratio of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber and the rubber component contained in the rubber composition of the present invention is the same as the weight ratio of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber and the rubber component in the rubber latex dispersion of the present invention. It is.
The phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber is usually 1 part by weight or more, preferably 3 parts by weight or more, more preferably 5 parts by weight or more, still more preferably 10 parts by weight or more, usually 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. The amount is preferably 70 parts by weight or less, more preferably 50 parts by weight or less. If the amount of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber in the rubber composition is small, the reinforcing effect is not sufficient, and if it is large, the processability of the rubber is lowered.

<リン酸・カルボン酸セルロース繊維の平均繊維径>
本発明のゴム組成物中のリン酸・カルボン酸セルロース繊維の数平均繊維径は、通常400nm以下であり、100nm以下であることが好ましく、80nm以下であることがさらに好ましく、50nm以下であることが特に好ましい。また、数平均繊維径は、小さい程好ましいが、前述の如く、セルロースの結晶性を維持するために、実質的にはセルロース結晶単位の繊維径である2nm以上、好ましくは4nm以上である。リン酸・カルボン酸セルロース繊維の平均繊維径が上記の下限値未満の場合は、セルロースのI型結晶構造が維持できず、繊維自体の強度や弾性率が低下し、補強効果が得られ難い。また、リン酸・カルボン酸セルロース繊維の平均繊維径が上記上限値を超える場合はゴムとの接触面積が小さくなるため、補強効果が小さくなる。
<Average fiber diameter of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber>
The number average fiber diameter of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fibers in the rubber composition of the present invention is usually 400 nm or less, preferably 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, and 50 nm or less. Is particularly preferred. The smaller the number average fiber diameter, the better. However, as described above, in order to maintain the crystallinity of cellulose, it is substantially 2 nm or more, preferably 4 nm or more, which is the fiber diameter of the cellulose crystal unit. When the average fiber diameter of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber is less than the above lower limit value, the I-type crystal structure of cellulose cannot be maintained, the strength and elastic modulus of the fiber itself are lowered, and the reinforcing effect is hardly obtained. Further, when the average fiber diameter of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fibers exceeds the above upper limit, the contact area with the rubber becomes small, so that the reinforcing effect becomes small.

なお、ゴム組成物中のリン酸・カルボン酸セルロース繊維の数平均繊維径は、ゴム組成物を必要に応じて切り出し、SEMやTEM等で観察することにより計測して求めることができる。   In addition, the number average fiber diameter of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber in the rubber composition can be measured and determined by cutting the rubber composition as necessary and observing it with SEM, TEM or the like.

<リン酸・カルボン酸セルロース繊維の分散状態>
本発明のゴム組成物は、リン酸・カルボン酸セルロース繊維が凝集塊を作ることなく加硫ゴム成分中に安定に分散しており、ナノファイバーセルロースによる補強効果によって、高い弾性率が達成されると同時に、繊維径が細いためにゴム本来の伸びが阻害されないため、高い破断のびおよび発熱性の低さが達成されると考えられる。
なお、本発明のゴム組成物における、リン酸・カルボン酸セルロース繊維の分散状態は、SEM等により断面構造を観察することにより確認することができる。
<Dispersion state of phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber>
In the rubber composition of the present invention, phosphoric acid / carboxylate cellulose fibers are stably dispersed in the vulcanized rubber component without forming aggregates, and a high elastic modulus is achieved by the reinforcing effect of nanofiber cellulose. At the same time, because the fiber diameter is thin, the original elongation of the rubber is not hindered, and it is considered that high breakage and low heat generation are achieved.
In addition, the dispersion state of the phosphoric acid / carboxylic acid cellulose fiber in the rubber composition of the present invention can be confirmed by observing the cross-sectional structure with SEM or the like.

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the description of the following examples unless the gist of the present invention is exceeded.

[製造例1:リン酸セルロースの製造]
リン酸二水素ナトリウム二水和物6.75g、リン酸水素二ナトリウム4.83gを19.62gの水に溶解させ、リン酸化試薬水溶液を得た。このリン酸化試薬水溶液のpHは25℃で6.0であった。
セルロース繊維原料として、針葉樹晒クラフトパルプ(王子製紙社製、水分50%、JIS P8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)700ml)を濃度4重量%になるように水を加えて、ダブルディスクリファイナーで変則CSF(平織り80メッシュ、パルプ採取量を0.3gとした以外はJIS P8121に準ずる)が250ml、平均繊維長が0.68mmになるまで叩解してパルプスラリーを得た。得られたパルプスラリーを0.3重量%に希釈した後、抄紙法により含水率90%のパルプシート(絶乾質量として3g、厚み200μm)を得た。このパルプシートを前記リン酸化試薬水溶液31.2g(乾燥パルプ100重量部に対してするリン元素量として80.2重量部)に浸漬させた後、105℃の送風乾燥機(ヤマト化学株式会社製、DKM400)にて1時間乾燥処理し、さらに150℃の送風乾燥機(DKM400、前出)で1時間加熱処理して、セルロースにリン酸基を導入したパルプシートを得た。
[Production Example 1: Production of cellulose phosphate]
6.75 g of sodium dihydrogen phosphate dihydrate and 4.83 g of disodium hydrogen phosphate were dissolved in 19.62 g of water to obtain a phosphorylating reagent aqueous solution. The pH of this phosphorylating reagent aqueous solution was 6.0 at 25 ° C.
As cellulose fiber raw material, soft water bleached kraft pulp (manufactured by Oji Paper Co., Ltd., moisture 50%, Canadian standard freeness (CSF) 700 ml measured according to JIS P8121) was added with water to a concentration of 4% by weight. Then, a double slurry refiner was used to beat the irregular CSF (plain mesh 80 mesh, according to JIS P8121 except that the amount of pulp collected was 0.3 g) until the average fiber length was 0.68 mm to obtain a pulp slurry. After the obtained pulp slurry was diluted to 0.3% by weight, a pulp sheet having a moisture content of 90% (3 g as an absolute dry mass, thickness 200 μm) was obtained by a papermaking method. After immersing this pulp sheet in 31.2 g of the phosphorylating reagent aqueous solution (80.2 parts by weight as the amount of phosphorus element with respect to 100 parts by weight of dry pulp), an air dryer at 105 ° C. (manufactured by Yamato Chemical Co., Ltd.) , DKM400) for 1 hour, and further heat-treated with a 150 ° C. blower dryer (DKM400, supra) for 1 hour to obtain a pulp sheet having phosphate groups introduced into cellulose.

次いで、リン酸基を導入したパルプシートに500mlのイオン交換水を加え、攪拌洗浄後、濾過脱水して脱水パルプを得た。得られた脱水パルプを300mlのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1Nの水酸化ナトリウム水溶液5mlを少しずつ添加し、pHが12〜13のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを濾過脱水し、500mlのイオン交換水による洗浄および濾過脱水を計3回繰り返して、最終的にリン酸セルロースを得た。   Subsequently, 500 ml of ion-exchanged water was added to the pulp sheet into which phosphate groups had been introduced, and after stirring and washing, filtration and dehydration were performed to obtain dehydrated pulp. The obtained dehydrated pulp was diluted with 300 ml of ion-exchanged water, and 5 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little with stirring to obtain a pulp slurry having a pH of 12 to 13. Thereafter, this pulp slurry was filtered and dehydrated, and washing with 500 ml of ion-exchanged water and filtration and dehydration were repeated a total of three times to finally obtain cellulose phosphate.

X線回折により、このセルロースはセルロースI型結晶を維持しており、さらにFT−IR(赤外線吸収スペクトル)測定により、1230〜1290cm−1にリン酸基に基づく吸収が認められ、セルロースに対するリン酸基の付加が確認された。
尚、リン酸基の導入量は、0.592mmol/gであった。
By X-ray diffraction, this cellulose maintained the cellulose I type crystal, and further, absorption based on a phosphate group was observed at 1320 to 1290 cm −1 by FT-IR (infrared absorption spectrum) measurement. Group addition was confirmed.
The amount of phosphate group introduced was 0.592 mmol / g.

[製造例2:コハク酸セルロースの製造]
セルロース繊維原料として、広葉樹クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製)を105℃で3時間乾燥させて水分3重量%以下の乾燥パルプを得た。次いで、得られた乾燥パルプ4gと無水コハク酸4g(乾燥パルプ100重量部に対して100重量部)とをオートクレーブに充填し、150℃で2時間処理した。
次いで、無水コハク酸で処理されたパルプを500mlの水で洗浄および濾過脱水を3回繰り返した後、イオン交換水を添加して490mlのスラリーを調製した。
次いで、スラリーを攪拌しながら、4Nの水酸化ナトリウム水溶液10mlを少しずつ添加し、スラリーのpHを12〜13として、パルプをアルカリ処理した。その後、pHが8以下になるまで、アルカリ処理後のパルプを水で洗浄および濾過脱水を繰り返して、最終的にコハク酸セルロースを得た。
[Production Example 2: Production of cellulose succinate]
As a cellulose fiber raw material, hardwood kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Paper Co., Ltd.) was dried at 105 ° C. for 3 hours to obtain a dry pulp having a moisture content of 3% by weight or less. Next, 4 g of the obtained dried pulp and 4 g of succinic anhydride (100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the dried pulp) were filled in an autoclave and treated at 150 ° C. for 2 hours.
Next, the pulp treated with succinic anhydride was washed with 500 ml of water and filtered and dehydrated three times, and then ion-exchanged water was added to prepare 490 ml of slurry.
Then, while stirring the slurry, 10 ml of 4N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little to adjust the pH of the slurry to 12 to 13, and the pulp was alkali-treated. Thereafter, the alkali-treated pulp was repeatedly washed with water and filtered and dehydrated until the pH became 8 or less, to finally obtain cellulose succinate.

X線回折により、セルロースはセルロースI型結晶を維持しており、FT−IR(赤外線吸収スペクトル)測定により、1580および1720cm−1付近にカルボキシ基に基づく吸収が認められ、セルロースに対するコハク酸基の付加が確認された。
尚、コハク酸基の導入量は、0.323mmol/gであった。
By X-ray diffraction, the cellulose maintains the cellulose type I crystal, and FT-IR (infrared absorption spectrum) measurement shows absorption based on carboxy groups in the vicinity of 1580 and 1720 cm −1 . The addition was confirmed.
The amount of succinic acid group introduced was 0.323 mmol / g.

[製造例3:マレイン酸セルロースの製造]
セルロース繊維原料として、広葉樹クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製)を105℃で3時間乾燥させて水分3重量%以下の乾燥パルプを得た。次いで、得られた乾燥パルプ100重量部に対して無水マレイン酸50重量部をオートクレーブに充填し、内温120〜135℃で2時間処理した。
次いで、無水マレイン酸で処理されたパルプを0.8重量%の水酸化ナトリウム水溶液に添加し、pHを12〜13として、パルプをアルカリ処理した。その後、pHが8以下になるまで、アルカリ処理後のパルプを水で洗浄および濾過脱水を繰り返して、最終的にマレイン酸化セルロースを得た。
X線回折により、このセルロースはセルロースI型結晶を維持しており、結晶化度は84%であった。FT−IR(赤外線吸収スペクトル)測定により、1580および1720cm−1付近にカルボキシ基に基づく吸収が認められ、セルロースに対するマレイン酸の付加が確認された。
尚、マレイン酸の導入量は、0.25mmol/gであった。
[Production Example 3: Production of cellulose maleate]
As a cellulose fiber raw material, hardwood kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Paper Co., Ltd.) was dried at 105 ° C. for 3 hours to obtain a dry pulp having a moisture content of 3% by weight or less. Next, 50 parts by weight of maleic anhydride was filled in 100 parts by weight of the obtained dried pulp in an autoclave and treated at an internal temperature of 120 to 135 ° C. for 2 hours.
Subsequently, the pulp treated with maleic anhydride was added to a 0.8 wt% aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH to 12 to 13, and the pulp was alkali treated. Thereafter, the alkali-treated pulp was repeatedly washed with water and filtered and dehydrated until the pH became 8 or less, to finally obtain maleated cellulose.
By X-ray diffraction, this cellulose maintained the cellulose I type crystal, and the crystallinity was 84%. By FT-IR (infrared absorption spectrum) measurement, absorption based on a carboxy group was observed in the vicinity of 1580 and 1720 cm −1 , and addition of maleic acid to cellulose was confirmed.
The amount of maleic acid introduced was 0.25 mmol / g.

[製造例4:マレイン酸アセチル化セルロースの製造]
製造例3で得られたマレイン酸セルロース100重量部に対して、2000重量部の無水酢酸を添加し、フラスコ内を窒素ガスで置換した後、60℃まで昇温して1時間保持した。その後、115℃まで昇温し5時間反応させた。反応後、濾過により無水酢酸を除去し、メタノールによる懸濁洗浄を3回繰り返した。その後、イオン交換水で懸濁洗浄を繰り返し行い、洗浄水のpHが5以上をもって洗浄の終点とした。その後、濾紙を用いて減圧濾過し、マレイン酸アセチル化セルロースを得た。
このマレイン酸アセチル化セルロースのアセチル基による置換度は0.4であった。
[Production Example 4: Production of acetylated cellulose maleate]
To 100 parts by weight of cellulose maleate obtained in Production Example 3, 2000 parts by weight of acetic anhydride was added, the inside of the flask was replaced with nitrogen gas, and then the temperature was raised to 60 ° C. and held for 1 hour. Then, it heated up to 115 degreeC and made it react for 5 hours. After the reaction, acetic anhydride was removed by filtration, and suspension washing with methanol was repeated three times. Thereafter, suspension washing was repeated with ion-exchanged water, and the washing end point was determined when the pH of the washing water was 5 or more. Then, it filtered under reduced pressure using a filter paper, and obtained the acetylation cellulose maleate.
The degree of substitution with acetyl groups of this maleated acetylated cellulose was 0.4.

[製造例5:リン酸アセチル化セルロースの製造]
セルロース繊維原料として、広葉樹クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製)を用いた以外は製造例1と同様にして、リン酸セルロースを得た。このリン酸セルロースのリン酸基の導入量は、0.556mmol/gであった。
得られたリン酸セルロースの100重量部に対して、2000重量部の無水酢酸を添加し、フラスコ内を窒素ガスで置換した後、60℃まで昇温して1時間保持した。その後、115℃まで昇温し5時間反応させた。反応後、濾過により無水酢酸を除去し、メタノールによる懸濁洗浄を3回繰り返した。その後、イオン交換水で懸濁洗浄を繰り返し行い、洗浄水のpHが5以上をもって洗浄の終点とした。その後、濾紙を用いて減圧濾過し、リン酸アセチル化セルロースを得た。
このリン酸アセチル化セルロースのアセチル基による置換度は、0.53であった。
[Production Example 5: Production of acetylated cellulose phosphate]
Cellulose phosphate was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that hardwood kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Paper Co., Ltd.) was used as the cellulose fiber raw material. The amount of phosphate groups introduced into this cellulose phosphate was 0.556 mmol / g.
To 100 parts by weight of the obtained cellulose phosphate, 2000 parts by weight of acetic anhydride was added, the inside of the flask was replaced with nitrogen gas, and then the temperature was raised to 60 ° C. and held for 1 hour. Then, it heated up to 115 degreeC and made it react for 5 hours. After the reaction, acetic anhydride was removed by filtration, and suspension washing with methanol was repeated three times. Thereafter, suspension washing was repeated with ion-exchanged water, and the washing end point was determined when the pH of the washing water was 5 or more. Then, it filtered under reduced pressure using the filter paper, and obtained the phosphoric acid acetylation cellulose.
The degree of substitution of this acetylated cellulose phosphate with an acetyl group was 0.53.

[製造例6:フタル酸セルロースの製造]
広葉樹クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製)を105℃で3時間乾燥させて水分3重量%以下の乾燥パルプを得た。次いで、乾燥パルプ100重量部に対して無水フタル酸50重量部をフラスコに添加し、窒素置換した後、150℃で2時間処理した。
次いで、無水フタル酸で処理されたパルプを0.8重量%の水酸化ナトリウム水溶液に添加し、pHを12〜13として、パルプをアルカリ処理した。その後、pHが8以下になるまで、アルカリ処理後のパルプを水で洗浄および濾過脱水を繰り返して、最終的にフタル酸セルロースを得た。
尚、フタル酸の導入量は、0.10mmol/gであった。
[Production Example 6: Production of cellulose phthalate]
Hardwood kraft pulp (LBKP, Oji Paper Co., Ltd.) was dried at 105 ° C. for 3 hours to obtain a dry pulp having a moisture content of 3% by weight or less. Next, 50 parts by weight of phthalic anhydride was added to the flask with respect to 100 parts by weight of the dried pulp, and the atmosphere was purged with nitrogen, followed by treatment at 150 ° C. for 2 hours.
Subsequently, the pulp treated with phthalic anhydride was added to a 0.8 wt% aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH to 12 to 13, and the pulp was alkali treated. Thereafter, the alkali-treated pulp was repeatedly washed with water and filtered and dehydrated until the pH became 8 or less, and finally cellulose phthalate was obtained.
The amount of phthalic acid introduced was 0.10 mmol / g.

[製造例7:フタル酸アセチル化セルロースの製造]
製造例6で得られたフタル酸セルロース100重量部に対して、2000重量部の無水酢酸を添加し、フラスコ内を窒素ガスで置換した後、60℃まで昇温して1時間保持した。その後、115℃まで昇温し5時間反応させた。反応後、濾過により無水酢酸を除去し、メタノールによる懸濁洗浄を3回繰り返した。その後、イオン交換水で懸濁洗浄を繰り返し行い、洗浄水のpHが5以上をもって洗浄の終点とした。その後、濾紙を用いて減圧濾過し、フタル酸アセチル化セルロースを得た。
このフタル酸アセチル化セルロースのアセチル基による置換度は0.48であった。
[Production Example 7: Production of acetylated cellulose phthalate]
To 100 parts by weight of cellulose phthalate obtained in Production Example 6, 2000 parts by weight of acetic anhydride was added, the inside of the flask was replaced with nitrogen gas, and then the temperature was raised to 60 ° C. and held for 1 hour. Then, it heated up to 115 degreeC and made it react for 5 hours. After the reaction, acetic anhydride was removed by filtration, and suspension washing with methanol was repeated three times. Thereafter, suspension washing was repeated with ion-exchanged water, and the washing end point was determined when the pH of the washing water was 5 or more. Then, it filtered under reduced pressure using the filter paper, and obtained the acetylated cellulose phthalate.
The degree of substitution with acetyl groups of this acetylated cellulose phthalate was 0.48.

[実施例1]
製造例1で得られたリン酸セルロース繊維の分散液を固形分濃度が0.6重量%となるように水で希釈し、回転式高速ホモジナイザー(エム・テクニック社製「クレアミックス0.8S」)にて20000rpmで60分処理し、セルロース繊維の解繊を行い、解繊リン酸セルロース繊維の分散液(ゴム改質材)を得た。
次に、天然ゴムラテックス(ハイラテック社製「NR−LATEX」、固形分濃度61重量%)100重量部に対し、上記解繊リン酸セルロース繊維の分散液(ゴム改質材)をセルロースの乾燥重量が5重量部となるように加え、回転式ホモジナイザーを用いて混合し、ゴムラテックス分散液を得た。この分散液をバットに入れ、110℃のオーブン中にて乾燥固化し、加硫前ゴム組成物を得た。
[Example 1]
The dispersion of cellulose phosphate fibers obtained in Production Example 1 was diluted with water so that the solid content concentration was 0.6% by weight, and a rotary high-speed homogenizer (“CLEAMIX 0.8S” manufactured by M Technique Co., Ltd.) was used. ) At 20,000 rpm for 60 minutes to defibrate the cellulose fibers, and a dispersion (rubber modifier) of defibrated cellulose phosphate fibers was obtained.
Next, with respect to 100 parts by weight of natural rubber latex (“NR-LATEX” manufactured by Hiratec Co., Ltd., solid content concentration: 61% by weight), the above-described cellulose phosphate fiber dispersion (rubber modifier) is dried by weight of cellulose. Was mixed using a rotary homogenizer to obtain a rubber latex dispersion. This dispersion was put into a vat and dried and solidified in an oven at 110 ° C. to obtain a rubber composition before vulcanization.

次いで、この加硫前ゴム組成物のゴム成分100重量部に対して、下記の表1に示す配合となるように配合剤を添加して、混練を行った。詳細には、加硫前ゴム組成物に対し、亜鉛華(1号亜鉛華、浅岡窯業原料社製)3重量部及びステアリン酸(和光純薬工業社製)3重量部を添加し、140℃で5分間混練した(第1工程)。混練装置は東洋精機社製「ラボプラストミルμ」を使用した。この第1工程で得られた混合物に加硫促進剤(N−tert−ブチル−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、和光純薬工業社製)1重量部と硫黄(5%油処理粉末硫黄、鶴見化学工業社製)2重量部を添加し、80℃で3分間混練した(第2工程)。この第2工程で得られた混合物を160℃で20分間加圧プレス加硫し、厚さ2mmの加硫ゴム組成物を得た。   Next, a compounding agent was added to 100 parts by weight of the rubber component of the rubber composition before vulcanization so as to have the composition shown in Table 1 below, and kneading was performed. Specifically, 3 parts by weight of zinc white (No. 1 zinc white, manufactured by Asaoka Ceramics Co., Ltd.) and 3 parts by weight of stearic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are added to the pre-vulcanized rubber composition at 140 ° C. And kneading for 5 minutes (first step). As a kneading apparatus, “Laboplast Mill μ” manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. was used. To the mixture obtained in the first step, 1 part by weight of a vulcanization accelerator (N-tert-butyl-benzothiazole sulfenamide, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and sulfur (5% oil-treated powder sulfur, Tsurumi Chemical Co., Ltd.) 2 parts by weight) was added and kneaded at 80 ° C. for 3 minutes (second step). The mixture obtained in the second step was pressure-press vulcanized at 160 ° C. for 20 minutes to obtain a vulcanized rubber composition having a thickness of 2 mm.

[実施例2]
リン酸セルロース繊維の分散液に代えて、製造例2で得られたコハク酸セルロース繊維の分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてゴム改質材、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Example 2]
A rubber modifier and a rubber composition before vulcanization were obtained in the same manner as in Example 1 except that the cellulose succinate fiber dispersion obtained in Production Example 2 was used instead of the cellulose phosphate fiber dispersion. And a vulcanized rubber composition was obtained.

[実施例3]
製造例3で得られたマレイン酸セルロース繊維の分散液を固形分濃度が0.6重量%となるように水で希釈した後、回転式高速ホモジナイザー(エム・テクニック社製「クレアミックス0.8S」)にて20000rpmで60分間、セルロース繊維の解繊を行った。次に、遠心分離機にて12000Gで10分間遠心分離して上澄み液を採取し、解繊マレイン酸セルロース繊維の分散液(ゴム改質材)を得た。
リン酸セルロース繊維の分散液に代えて、上記の解繊マレイン酸セルロース繊維の分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、ゴムラテックス分散液、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Example 3]
After the cellulose maleate fiber dispersion obtained in Production Example 3 was diluted with water so that the solid content concentration was 0.6% by weight, a rotary high-speed homogenizer (“CLEAMIX 0.8S manufactured by M Technique Co., Ltd.) was used. The cellulose fiber was defibrated for 60 minutes at 20000 rpm. Next, the supernatant was collected by centrifuging at 12000 G for 10 minutes with a centrifuge to obtain a dispersion (rubber modifier) of defibrated cellulose maleate fibers.
A rubber latex dispersion, a pre-vulcanized rubber composition, and a vulcanization were prepared in the same manner as in Example 1 except that the above-described defibrated maleate cellulose fiber dispersion was used instead of the cellulose phosphate fiber dispersion. A vulcanized rubber composition was obtained.

[実施例4]
製造例3で得られたマレイン酸セルロース繊維の分散液に代えて、製造例4で得られたマレイン酸アセチル化セルロース繊維の分散液を用いたこと以外は、実施例3と同様にしてゴム改質材、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Example 4]
The rubber modification was performed in the same manner as in Example 3 except that the dispersion of cellulose acetylated cellulose fibers obtained in Production Example 4 was used instead of the dispersion of cellulose maleate fibers obtained in Production Example 3. A material, a pre-vulcanized rubber composition and a vulcanized rubber composition were obtained.

[実施例5]
製造例3で得られたマレイン酸セルロース繊維の分散液に代えて、製造例1で得られたリン酸セルロース繊維の分散液を用いたこと以外は、実施例3と同様にしてゴム改質材、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Example 5]
A rubber modifier in the same manner as in Example 3, except that the cellulose phosphate fiber dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the cellulose maleate fiber dispersion obtained in Production Example 3. A rubber composition before vulcanization and a vulcanized rubber composition were obtained.

[実施例6]
製造例3で得られたマレイン酸セルロース繊維の分散液に代えて、製造例5で得られたリン酸アセチル化セルロース繊維の分散液を用いたこと以外は、実施例3と同様にしてゴム改質材、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Example 6]
The rubber modification was performed in the same manner as in Example 3 except that the dispersion of cellulose acetylated cellulose fibers obtained in Production Example 5 was used instead of the dispersion of cellulose maleate fibers obtained in Production Example 3. A material, a pre-vulcanized rubber composition and a vulcanized rubber composition were obtained.

[実施例7]
製造例3で得られたマレイン酸セルロース繊維の分散液に代えて、製造例6で得られたフタル酸セルロース繊維の分散液を用いたこと以外は、実施例3と同様にしてゴム改質材、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Example 7]
A rubber modifier in the same manner as in Example 3 except that the cellulose phthalate fiber dispersion obtained in Production Example 6 was used instead of the cellulose maleate fiber dispersion obtained in Production Example 3. A rubber composition before vulcanization and a vulcanized rubber composition were obtained.

[実施例8]
製造例3で得られたマレイン酸セルロース繊維の分散液に代えて、製造例7で得られたフタル酸アセチル化セルロース繊維の分散液を用いたこと以外は、実施例3と同様にしてゴム改質材、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Example 8]
The rubber modification was conducted in the same manner as in Example 3 except that the dispersion of cellulose phthalate acetylated fiber obtained in Production Example 7 was used instead of the dispersion of cellulose maleate fiber obtained in Production Example 3. A material, a pre-vulcanized rubber composition and a vulcanized rubber composition were obtained.

[比較例1]
セルロース繊維を用いず、下記の表1に示す配合に従い、実施例1と同様の方法で、加硫前ゴム組成物及び加硫ゴム組成物を得た。
[Comparative Example 1]
A rubber composition before vulcanization and a vulcanized rubber composition were obtained in the same manner as in Example 1 according to the composition shown in Table 1 below without using cellulose fibers.

[比較例2]
リン酸セルロース繊維の分散液に代えて、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして解繊セルロース繊維の分散液及び加硫前ゴム組成物と加硫ゴム組成物を得た。
[Comparative Example 2]
A dispersion of defibrated cellulose fibers and a rubber composition before vulcanization were carried out in the same manner as in Example 1 except that hardwood bleached kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Paper Co., Ltd.) was used instead of the cellulose phosphate fiber dispersion. And a vulcanized rubber composition were obtained.

[評価試験]
実施例1〜8及び比較例1〜2で得られた加硫ゴム組成物を所定のダンベル形状の試験片に加工して、以下の評価を行った。
[Evaluation test]
The vulcanized rubber compositions obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were processed into predetermined dumbbell-shaped test pieces, and the following evaluations were performed.

<破断強度及びM300>
JIS K6251に準じた引っ張り試験により、各加硫ゴム組成物の破断強度及び300%伸長時の引張り応力(M300)を測定し、天然ゴムのみ(比較例1)の値を100とした指数で表示した。指数が大きいほど補強性に優れることを示す。
<tanδ>
JIS K6394に準じて、温度70℃、周波数10Hz、静歪み10%、動歪み2%の条件で損失係数tanδを測定し、比較例2の値を100とした指数で表示した。指数が小さいほどtanδが小さく、発熱しにくいこと、即ち低発熱性に優れることを示す。
結果を表1に示す。
<Breaking strength and M300>
The tensile strength in accordance with JIS K6251 was measured for each vulcanized rubber composition and the tensile stress (M300) at 300% elongation, and displayed as an index with the value of natural rubber only (Comparative Example 1) as 100. did. The larger the index, the better the reinforcement.
<Tan δ>
In accordance with JIS K6394, the loss factor tan δ was measured under the conditions of a temperature of 70 ° C., a frequency of 10 Hz, a static strain of 10%, and a dynamic strain of 2%. The smaller the index, the smaller the tan δ, and the less the heat is generated.
The results are shown in Table 1.

Figure 2013177540
Figure 2013177540

表1に示す結果から、本発明のゴム改質材を用いた実施例1〜8の加硫ゴム組成物は、天然ゴムのみである比較例1や官能基を有していないセルロース繊維を用いた比較例2と比べ、高い弾性率、高い破壊強度を示し、補強性に優れることが分かる。
また、実施例1〜8の加硫ゴム組成物は、比較例2のゴム組成物と比べ、低発熱性に優れることが分かる。
この結果は、本発明の改質材を用いることにより、セルロース繊維が微細になり、加硫ゴム成分中での分散性が格段に優れた結果と考えられる。
From the results shown in Table 1, for the vulcanized rubber compositions of Examples 1 to 8 using the rubber modifier of the present invention, Comparative Example 1 which is only natural rubber and cellulose fibers having no functional group are used. Compared with the comparative example 2, the high elastic modulus and the high fracture strength are shown, and it can be seen that the reinforcing property is excellent.
Moreover, it turns out that the vulcanized rubber composition of Examples 1-8 is excellent in the low exothermic property compared with the rubber composition of the comparative example 2.
This result is considered to be a result of the cellulose fibers becoming finer and the dispersibility in the vulcanized rubber component being remarkably excellent by using the modifier of the present invention.

Claims (5)

セルロース繊維を含有するゴム改質材であって、
該セルロース繊維を構成するセルロースがリン酸由来の基及び/またはカルボン酸由来の基を有するセルロースであることを特徴とする、ゴム改質材。
A rubber modifier containing cellulose fibers,
A rubber modifier, wherein the cellulose constituting the cellulose fiber is a cellulose having a group derived from phosphoric acid and / or a group derived from carboxylic acid.
セルロース繊維の平均繊維径が400nm以下であることを特徴とする、請求項1に記載のゴム改質材。   The rubber modifier according to claim 1, wherein an average fiber diameter of the cellulose fibers is 400 nm or less. 請求項1または2に記載のゴム改質材とゴムラテックスとを含有することを特徴とする、ゴムラテックス分散液。   A rubber latex dispersion comprising the rubber modifier according to claim 1 or 2 and a rubber latex. 請求項1または2に記載のゴム改質材とゴムとを含有することを特徴とする、ゴム組成物。   A rubber composition comprising the rubber modifying material according to claim 1 or 2 and rubber. 請求項3に記載のゴムラテックス分散液を用いて製造された、ゴム組成物。   A rubber composition produced by using the rubber latex dispersion according to claim 3.
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