JP2013241586A - Rubber modifying material, rubber latex dispersion and rubber composition - Google Patents

Rubber modifying material, rubber latex dispersion and rubber composition Download PDF

Info

Publication number
JP2013241586A
JP2013241586A JP2013091451A JP2013091451A JP2013241586A JP 2013241586 A JP2013241586 A JP 2013241586A JP 2013091451 A JP2013091451 A JP 2013091451A JP 2013091451 A JP2013091451 A JP 2013091451A JP 2013241586 A JP2013241586 A JP 2013241586A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rubber
cellulose
cellulose fiber
group
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013091451A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6020334B2 (en
Inventor
Hideko Akai
日出子 赤井
Sachiko Sawada
幸子 澤田
Yasutomo Noisshiki
泰友 野一色
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=49842788&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2013241586(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2013091451A priority Critical patent/JP6020334B2/en
Publication of JP2013241586A publication Critical patent/JP2013241586A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6020334B2 publication Critical patent/JP6020334B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rubber modifying material, which shows satisfactory dispersibility in a dispersion liquid and has an excellent rubber modifying effect such as rubber reinforcing property.SOLUTION: A rubber modifying material is composed of cellulose fibers, and has a number average fiber diameter of 5-35 nm. A rubber latex dispersion containing the rubber modifying material and a dispersion medium, a rubber latex dispersion containing the rubber modifying material and a rubber latex, a rubber composition containing the rubber modifying material and a rubber component, and a vulcanized rubber composition produced by vulcanizing the rubber composition are also provided. This rubber modifying material can provide a rubber composition and a vulcanized rubber composition which have high elastic modulus, high breaking strength and low-heat-generating property.

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改質材分散液、ゴムラテックス分散液、ゴム組成物及び加硫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 modifier dispersion, a rubber latex dispersion, a rubber composition, and a vulcanized 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し、ゴム補強性などのゴム改質効果に優れたゴム改質材を提供することを課題とする。
本発明はまた、高い弾性率、高い破壊強度を有し、低発熱性のゴム組成物及び加硫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。
It is an object of the present invention to provide a rubber modifying material using cellulose fibers, which exhibits good dispersibility in a dispersion and is excellent in rubber modifying effects such as rubber reinforcement. And
Another object of the present invention is to provide a rubber modifier having a high elastic modulus and a high breaking strength and capable of obtaining a low exothermic rubber composition and a vulcanized rubber composition.

本発明者らが鋭意検討した結果、ゴム改質材として、数平均繊維径が5〜35nmの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発明に到達した。   As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that the above problems can be solved by using cellulose fibers having a number average fiber diameter of 5 to 35 nm as rubber modifiers, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、セルロース繊維からなるゴム改質材であって、数平均繊維径が5〜35nmであるゴム改質材、該ゴム改質材及び分散媒を含有するゴム改質材分散液、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成分とを含有するゴム組成物、並びに該ゴム組成物を加硫して製造される加硫ゴム組成物、に存する。   That is, the present invention is a rubber modifying material comprising cellulose fibers, the number average fiber diameter of 5 to 35 nm, a rubber modifying material containing the rubber modifying material and a dispersion medium. , Rubber latex dispersion containing the rubber modifier and rubber latex, rubber composition containing the rubber modifier and rubber component, and vulcanized rubber produced by vulcanizing the rubber composition Composition.

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及び本発明のゴム組成物を加硫して製造された加硫ゴム組成物は、高い弾性率、高い破壊強度を有し、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 the rubber latex dispersion, and further disperses well in the rubber composition and contains the rubber modifier of the present invention and the present rubber composition. The vulcanized rubber composition produced by vulcanizing the rubber composition of the invention has a high elastic modulus and a high breaking strength, has a high rubber reinforcing effect, and has 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、セルロース繊維からなるゴム改質材であって、該セルロース繊維の数平均繊維径が5〜35nmであることを特徴とする。
[Rubber modifier]
The rubber modifier of the present invention is a rubber modifier made of cellulose fibers, and the number average fiber diameter of the cellulose fibers is 5 to 35 nm.

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。   The cellulose fiber contained in the rubber modifier of the present invention may be produced by any production method.

本発明のゴム改質材は、例えば、以下詳述するセルロース繊維原料に対して解繊処理を行い繊維径を調整して製造してもよいし、該セルロース繊維原料をゴムラテックス中に分散させた状態で、解繊処理を行い繊維径を調整して製造してもよい。   The rubber modifier of the present invention may be produced, for example, by subjecting the cellulose fiber raw material to be described in detail below to fibrillation and adjusting the fiber diameter, or by dispersing the cellulose fiber raw material in rubber latex. In this state, the fiber diameter may be adjusted by performing a defibrating process.

<セルロース繊維の数平均繊維径>
本発明のゴム改質材として用いるセルロース繊維は数平均繊維径が35nm以下であることを特徴とする。該セルロース繊維の数平均繊維径は好ましくは30nm以下、より好ましくは25nm以下、さらに好ましくは20nm以下、さらに好ましくは17nm以下、特に好ましくは15nm以下、最も好ましくは10nm以下である。また、該セルロース繊維の数平均繊維径は、5nm以上であり、6nm以上がより好ましく、7nm以上が特に好ましい。この範囲のセルロース繊維を使用することにより、本発明のゴム改質材を含むゴム組成物及び加硫ゴム組成物が高い弾性率、高い破壊強度、低いtanδをバランスよく発現することができる。
<Number average fiber diameter of cellulose fibers>
The cellulose fiber used as the rubber modifier of the present invention has a number average fiber diameter of 35 nm or less. The number average fiber diameter of the cellulose fibers is preferably 30 nm or less, more preferably 25 nm or less, further preferably 20 nm or less, further preferably 17 nm or less, particularly preferably 15 nm or less, and most preferably 10 nm or less. The number average fiber diameter of the cellulose fibers is 5 nm or more, more preferably 6 nm or more, and particularly preferably 7 nm or more. By using the cellulose fiber in this range, the rubber composition and the vulcanized rubber composition containing the rubber modifier of the present invention can express a high elastic modulus, a high breaking strength, and a low tan δ in a balanced manner.

尚、本発明のゴム改質材のセルロース繊維の繊維径は、ゴム改質材分散液中の分散媒を乾燥除去した後(シート化後)、走査型電子顕微鏡(以下SEM)や透過型電子顕微鏡(以下TEM)、原子間力顕微鏡(以下AFM)、X線小角散乱(以下SAXS)等で観察することにより計測して求めることができる。   The fiber diameter of the cellulose fiber of the rubber modifier of the present invention is determined by drying and removing the dispersion medium in the rubber modifier dispersion (after forming a sheet), and then using a scanning electron microscope (hereinafter SEM) or transmission electron. It can be determined by observing with a microscope (hereinafter referred to as TEM), an atomic force microscope (hereinafter referred to as AFM), an X-ray small angle scattering (hereinafter referred to as SAXS) or the like.

<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のパルプを用いてもよい。
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, pulps such as hardwood kraft pulp, softwood kraft pulp, hardwood sulfite pulp, softwood sulfite pulp, hardwood bleached kraft pulp, softwood bleached kraft pulp, and linter pulp may be used as the cellulose fiber raw material.

また、セルロース繊維原料としては砕木パルプ、例えば、SGW(Stone Groundwood)、あるいは亜硫酸ソーダなどで軽度に化学処理した後、砕木化するCGP(Chemical Groundwood Pulp)等も使用可能であり、針葉樹、広葉樹の砕木パルプが好ましく使用される。   In addition, as a raw material for cellulose fiber, CGP (Chemical Groundwood Pulp) or the like which is subjected to light chemical treatment with ground pulp, such as SGW (Stone Groundwood) or sodium sulfite, and then crushed, can be used. Groundwood pulp is preferably used.

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α−セルロース含有率は好ましくは70重量%以上、さらに好ましくは75重量%以上、より好ましくは80重量%以上である。   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 α-cellulose content of the cellulose fiber raw material is preferably 70% by weight or more, more preferably 75% by weight or more, more preferably 80% by weight or more.

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.

<セルロース繊維の前処理>
本発明に係る数平均繊維径が5〜35nmの微細セルロース繊維は、上記セルロース繊維原料をそのまま解繊しても得られるが、解繊により数平均繊維径が5〜35nmの微細セルロース繊維を効率よく得るために前処理を行ってもよい。
前処理としては、セルロースの酸化処理、酵素処理などが挙げられる。
<Pretreatment of cellulose fiber>
Although the fine cellulose fiber having a number average fiber diameter of 5 to 35 nm according to the present invention can be obtained by defibrating the cellulose fiber raw material as it is, the fine cellulose fiber having a number average fiber diameter of 5 to 35 nm is efficiently obtained by defibration. In order to obtain well, you may pre-process.
Examples of the pretreatment include cellulose oxidation treatment and enzyme treatment.

(酸化処理)
酸化処理を行うことにより、セルロース繊維を構成するセルロースに対し、カルボキシ基を導入することができる。
酸化処理の具体的な方法として特に制限はないが、酸化性を有するガス(以下「酸化性ガス」という)にセルロース繊維原料を接触させる方法や、酸化性化学種を含む溶液にセルロース繊維原料を懸濁または浸漬させる方法等が挙げられる。
(Oxidation treatment)
Carboxy group can be introduce | transduced with respect to the cellulose which comprises a cellulose fiber by performing an oxidation process.
Although there is no restriction | limiting in particular as a specific method of oxidation treatment, the method of making a cellulose fiber raw material contact the gas which has oxidizing property (henceforth "oxidizing gas"), or a cellulose fiber raw material to the solution containing an oxidizing chemical species Examples of the method include suspension or immersion.

酸化性ガスとしては、特に限定されるものではないが、オゾン、塩素ガス、フッ素ガス、二酸化塩素、亜酸化窒素等が挙げられ、これらの2種以上を含むものであってもよい。特にオゾンは、空気、酸素ガス、酸素添加空気等の酸素含有気体をオゾン発生装置に供給することで適時、使用場所で必要量を発生させることができ、また、オゾン発生装置は市販されており、簡便に利用できるので好ましい。
オゾンを酸化性ガスとして用いる場合、オゾンの添加量は、セルロース繊維原料の乾燥質量に対して0.1〜1000重量%であることが好ましく、1〜100重量%がより好ましく、5〜50重量%であることがさらに好ましい。
Although it does not specifically limit as oxidizing gas, Ozone, chlorine gas, fluorine gas, chlorine dioxide, nitrous oxide, etc. are mentioned, These 2 or more types may be included. In particular, ozone can be generated in a timely and required place by supplying oxygen-containing gas such as air, oxygen gas, oxygen-added air, etc. to the ozone generator, and the ozone generator is commercially available. It is preferable because it can be used easily.
When ozone is used as the oxidizing gas, the amount of ozone added is preferably 0.1 to 1000% by weight, more preferably 1 to 100% by weight, and 5 to 50% by weight based on the dry mass of the cellulose fiber raw material. % Is more preferable.

酸化性化学種としては、一般にアルコールをアルデヒドまたはカルボン酸に酸化することができる試薬を用いることができ、特に限定されるものではないが、六価クロム酸硫酸混液、ジョーンズ試薬(無水クロム酸の硫酸酸性溶液)、クロロクロム酸ピリジニウム(PCC試薬)などのクロム酸酸化試薬、スワーン(Swern)酸化などに使われる活性化ジメチルスルホキシド試薬、また、触媒的な酸化が生じるテトラプロピルアンモニウムペルルテナード(TPAP)や、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(TEMPO)などのN−オキシル化合物(特開2008−1728号公報)などが挙げられる。特に、TEMPOによるセルロース繊維の酸化は水分散液中で温和な条件で進行することが知られており好ましい。   As the oxidizing chemical species, a reagent that can oxidize alcohol to an aldehyde or carboxylic acid can be generally used, and is not particularly limited. However, a hexavalent chromic acid sulfuric acid mixture, Jones reagent (chromic anhydride (Sulfuric acid solution), chromic acid oxidizing reagents such as pyridinium chlorochromate (PCC reagent), activated dimethyl sulfoxide reagent used for Swern oxidation, and tetrapropylammonium perruthenad (catalytic oxidation) TPAP) and N-oxyl compounds such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-1728). In particular, it is known that the oxidation of cellulose fibers by TEMPO is known to proceed under mild conditions in an aqueous dispersion.

上記の酸化処理の後に、さらに酸化処理の工程を追加してもよい。酸化処理の追加によって、セルロース繊維中のホルミル基をカルボキシ基まで酸化することで、より解繊性が向上するのでより好ましい。
追酸化処理に用いられる化学種としては、特に限定されるものではないが、亜塩素酸ナトリウムなどの亜塩素酸塩が挙げられる。具体的には、亜塩素酸ナトリウムの0.1〜5重量%水溶液を塩酸、酢酸などの酸を加えてpHを4〜5に調製した溶液に、上記酸化処理後のセルロース繊維原料を懸濁させ、一定時間、例えば1〜100時間保持することにより追酸化処理を行うことができる。この追酸化処理時の温度は、通常0℃〜100℃、好ましくは20℃〜80℃である。
An oxidation treatment step may be further added after the above oxidation treatment. By adding the oxidation treatment, oxidizing the formyl group in the cellulose fiber to the carboxy group is more preferable because the defibration property is further improved.
Although it does not specifically limit as a chemical species used for an additional oxidation process, Chlorite, such as sodium chlorite, is mentioned. Specifically, the cellulose fiber raw material after the oxidation treatment is suspended in a solution prepared by adding an acid such as hydrochloric acid or acetic acid to a 0.1 to 5% by weight aqueous solution of sodium chlorite to adjust the pH to 4 to 5. Then, the additional oxidation treatment can be performed by holding for a certain time, for example, 1 to 100 hours. The temperature during this additional oxidation treatment is usually 0 ° C to 100 ° C, preferably 20 ° C to 80 ° C.

追酸化処理後のセルロース繊維原料は、水で十分に懸濁洗浄することが好ましい。セルロース繊維原料が強酸性、または強塩基性の状態で保管すると、セルロースの結晶性が低下してしまう可能性があるため、洗浄する際には、洗浄した水のpHが4〜9の範囲になるまで洗浄を繰り返すことが好ましい。   It is preferable that the cellulose fiber raw material after the additional oxidation treatment is sufficiently suspended and washed with water. When the cellulose fiber raw material is stored in a strongly acidic or strongly basic state, the crystallinity of the cellulose may be lowered. Therefore, when washing, the pH of the washed water is in the range of 4 to 9. It is preferable to repeat the washing until

この酸化処理により、通常、セルロース繊維のセルロースにカルボキシ基が導入される。導入後のカルボキシ基量は、セルロース繊維の重量に対して通常0.1〜5mmol/gであり、0.2〜2mmol/gが好ましい。   By this oxidation treatment, a carboxy group is usually introduced into the cellulose of the cellulose fiber. The amount of carboxy groups after introduction is usually 0.1 to 5 mmol / g, preferably 0.2 to 2 mmol / g, based on the weight of the cellulose fiber.

酸化処理の程度を表すカルボキシ基の導入量が少な過ぎると酸化処理による解繊効率の向上効果を十分に得ることができない。ただし、カルボキシ基の導入量が多過ぎると所望の微細セルロース繊維を得られなくなるおそれがある。   If the introduction amount of the carboxy group representing the degree of the oxidation treatment is too small, the effect of improving the fibrillation efficiency by the oxidation treatment cannot be obtained sufficiently. However, if the introduction amount of the carboxy group is too large, there is a possibility that a desired fine cellulose fiber cannot be obtained.

なお、セルロース繊維の重量に対するカルボキシ基の量(mmol/g)は、例えば、米国TAPPIの「Test Method T237 cm-08(2008):Carboxyl Content of pulp」の方法に従って定量することができる。この時、測定試料とする絶乾セルロース繊維は、加熱乾燥で起こりうる加熱によるセルロースの変質を避けるため、凍結乾燥により得たものを使用する。なお、セルロース繊維中のカルボキシ基量は、後述の化学修飾処理を行うと化学修飾基がセルロースに付加した分、質量が増加するため、乾燥セルロース1g当たりの数値は変わる。従って、本発明に係るセルロース繊維に更に化学修飾処理を行う場合、セルロース繊維のカルボキシ基量は、化学修飾基による置換を行った後の値として求める必要がある。   The amount of carboxy groups (mmol / g) relative to the weight of the cellulose fiber can be quantified, for example, according to the method of “Test Method T237 cm-08 (2008): Carboxyl Content of pulp” of TAPPI, USA. At this time, as the absolutely dry cellulose fiber used as a measurement sample, one obtained by freeze-drying is used in order to avoid alteration of cellulose due to heating that may occur in heat drying. In addition, the amount of carboxy groups in the cellulose fiber is increased by the amount of chemical modification groups added to the cellulose when the chemical modification treatment described later is performed, so the numerical value per gram of dry cellulose changes. Therefore, when the cellulose fiber according to the present invention is further subjected to chemical modification treatment, the amount of carboxy group of the cellulose fiber needs to be obtained as a value after substitution with the chemical modification group.

通常、上記の酸化処理後のセルロース繊維は、水洗や濾過などにより精製処理が施される。   Usually, the cellulose fiber after the above oxidation treatment is subjected to a purification treatment by washing with water or filtration.

(酵素処理)
本発明で用いるセルロース繊維は、酵素処理が施されたものであってもよい。
酵素処理は、セルロースのβ−1,4−グルコシド結合を加水分解によって開裂し、解重合を引き起こすセルラーゼ系酵素を用いて行われ、酵素処理によりセルロース繊維原料を解繊して繊維径、繊維長を小さくすることができる。
酵素処理は、通常、セルロース繊維原料の水分散液に対してセルラーゼ系酵素を添加することにより行われる。
(Enzyme treatment)
The cellulose fiber used in the present invention may be subjected to an enzyme treatment.
The enzyme treatment is performed using a cellulase enzyme that cleaves the β-1,4-glucoside bond of cellulose by hydrolysis and causes depolymerization, and the cellulose fiber raw material is fibrillated by the enzyme treatment to obtain the fiber diameter and fiber length. Can be reduced.
The enzyme treatment is usually performed by adding a cellulase enzyme to an aqueous dispersion of cellulose fiber raw material.

セルラーゼを産生する微生物としては、好気性細菌、嫌気性細菌、動物や昆虫の消化器官に存在するルーメン細菌、放線菌、酵母、糸状菌(子嚢菌や担子菌など)などが挙げられ、それぞれ多様なセルラーゼを産生する。   Cellulase-producing microorganisms include aerobic bacteria, anaerobic bacteria, rumen bacteria, actinomycetes, yeast, filamentous fungi (ascomycetes, basidiomycetes, etc.) present in the digestive organs of animals and insects. Produces a novel cellulase.

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

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

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

セルラーゼ系酵素のセルロース繊維原料に対する添加量は0.1〜3重量%が好ましく、0.3〜2.5重量%がより好ましい。セルラーゼ系酵素の添加量が0.1重量%未満であると酵素による解繊効率が低下するおそれがあり、3重量%を超えて添加するとセルロースが糖化されて、微細セルロース繊維の収率が低下するおそれがある。   The amount of cellulase enzyme added to the cellulose fiber raw material is preferably 0.1 to 3% by weight, and more preferably 0.3 to 2.5% by weight. If the addition amount of the cellulase enzyme is less than 0.1% by weight, the fibrillation efficiency by the enzyme may be reduced. If the addition amount exceeds 3% by weight, the cellulose is saccharified and the yield of fine cellulose fibers is reduced. There is a risk.

セルラーゼ系酵素処理時のセルロース繊維原料の水分散液のpHは弱酸性領域であるpH3.0〜6.9が好ましいが、セルラーゼ系酵素の種類により適宜最適なpH領域を選択してもよい。   The pH of the aqueous dispersion of cellulose fiber raw material during the cellulase enzyme treatment is preferably a weakly acidic region of pH 3.0 to 6.9, but an optimal pH region may be appropriately selected depending on the type of cellulase enzyme.

また、ヘミセルラーゼ系酵素による処理を行う際のセルロース繊維原料の水分散液のpHは弱アルカリ性領域であるpH7.1〜10.0が好ましいが、ヘミセルラーゼ系酵素の種類により適宜最適なpH領域を選択してもよい。   Further, the pH of the aqueous dispersion of the cellulose fiber raw material when the treatment with the hemicellulase-based enzyme is preferably pH 7.1 to 10.0 which is a weak alkaline region, but the optimum pH region depending on the type of the hemicellulase-based enzyme. May be selected.

酵素処理時のセルロース繊維原料の水分散液の温度は30〜70℃が好ましく、35〜65℃がさらに好ましく、40〜60℃が特に好ましい。温度が30℃未満であると酵素活性が低下して処理時間が長くなるので好ましくない。温度が70℃を超えると酵素が失活するので好ましくない。処理時間は酵素の種類や温度、pHで調整するが、30分〜24時間が好ましい。処理時間が30分未満であると酵素処理の効果がほとんど発現しないおそれがある。24時間を超えると酵素によりセルロース繊維の分解が進みすぎて、得られる微細セルロース繊維の数平均繊維長が短くなりすぎるおそれがある。   The temperature of the aqueous dispersion of the cellulose fiber raw material during the enzyme treatment is preferably 30 to 70 ° C, more preferably 35 to 65 ° C, and particularly preferably 40 to 60 ° C. If the temperature is less than 30 ° C., the enzyme activity decreases and the treatment time becomes longer, which is not preferable. If the temperature exceeds 70 ° C., the enzyme is deactivated, which is not preferable. The treatment time is adjusted by the enzyme type, temperature, and pH, but preferably 30 minutes to 24 hours. If the treatment time is less than 30 minutes, the effect of the enzyme treatment may hardly be exhibited. If it exceeds 24 hours, the decomposition of the cellulose fibers proceeds too much by the enzyme, and the number average fiber length of the obtained fine cellulose fibers may be too short.

なお、酵素が活性なままで残留しているとセルロース繊維の分解が進み過ぎるので、所定時間、酵素で反応させた後のセルロース繊維原料の水分散液に20重量%程度の水酸化ナトリウム水溶液を分散液のpHが12程度になるように添加して酵素を失活させるか、あるいはセルロース繊維原料の水分散液の温度を90℃まで上昇させて、失活させる方法が通常とられる。水酸化ナトリウム水溶液を加える方が簡便ではあるが、その後の洗浄処理において脱水性が悪化するおそれがあるので、その対処が必要になる。水洗は、セルロース繊維の2〜4重量倍量の水で行なえばよく、これにより酵素はほとんど残留しなくなる。   If the enzyme remains active, the decomposition of the cellulose fiber proceeds too much. Therefore, an aqueous sodium hydroxide solution of about 20% by weight is added to the aqueous dispersion of the cellulose fiber raw material after the reaction with the enzyme for a predetermined time. Usually, the enzyme is deactivated by adding the dispersion so that the pH is about 12, or the temperature of the aqueous dispersion of the cellulose fiber raw material is increased to 90 ° C. to deactivate the enzyme. Although it is simpler to add a sodium hydroxide aqueous solution, dehydration may be deteriorated in the subsequent cleaning treatment, and it is necessary to deal with it. Washing with water may be carried out with 2 to 4 times the amount of water of cellulose fibers, so that almost no enzyme remains.

<変性セルロース繊維>
本発明のゴム改質材に用いられるセルロース繊維は、セルロース繊維を構成するセルロースの水酸基の一部が他の基で置換された、変性セルロース繊維を含んでいてもよい。セルロース繊維の少なくとも一部が変性セルロース繊維であってもよいし、全部が変性セルロース繊維であってもよい。本発明のゴム改質材が変性セルロース繊維を含むことで、後工程におけるゴムとの複合化の際、ゴムとの親和性が上がり好ましい。
<Modified cellulose fiber>
The cellulose fiber used for the rubber modifier of the present invention may contain a modified cellulose fiber in which a part of the hydroxyl group of cellulose constituting the cellulose fiber is substituted with another group. At least some of the cellulose fibers may be modified cellulose fibers, or all may be modified cellulose fibers. When the rubber modifier of the present invention contains a modified cellulose fiber, the affinity with the rubber is preferably increased at the time of compounding with the rubber in the subsequent step.

変性セルロース繊維を製造するには、例えば、セルロースに対し、化学的または物理的処理により、セルロースの水酸基に他の基を導入する。例えば、前述の酸化処理によってカルボキシ基等を導入してもよい。
この他の基の導入はセルロース繊維原料に対して行ってもよいし、解繊処理後のセルロース繊維に対して行ってもよい。
In order to produce the modified cellulose fiber, for example, other groups are introduced into the hydroxyl group of cellulose by chemical or physical treatment. For example, a carboxy group or the like may be introduced by the aforementioned oxidation treatment.
The introduction of other groups may be performed on the cellulose fiber raw material or may be performed on the cellulose fiber after the defibrating treatment.

セルロースの水酸基に導入する他の基としては、カルボキシ基、アシル基、イソシアネート基、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、アミノ基、カルボン酸基由来の基、リン酸基由来の基などの1種または2種以上が挙げられる。   Other groups introduced into the hydroxyl group of cellulose include carboxy group, acyl group, isocyanate group, alkyl group, oxirane group, oxetane group, thiirane group, thietane group, amino group, group derived from carboxylic acid group, and phosphate group 1 type or 2 types or more, such as these groups.

アシル基として具体的には、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、シンナモイル基等が挙げられる。
イソシアネート基として具体的には、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアノイル基等が挙げられる。
アルキル基として具体的には、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、ステアリル基等が挙げられる。
Specific examples of the acyl group include acetyl, acryloyl, methacryloyl, propionyl, propioyl, butyryl, 2-butyryl, pentanoyl, hexanoyl, heptanoyl, octanoyl, nonanoyl, decanoyl, and 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 the like.
Specific examples of the isocyanate group include a 2-methacryloyloxyethylisocyanoyl group.
Specific examples of the alkyl group include 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, nonyl group, Examples include decyl group, undecyl group, dodecyl group, myristyl group, palmityl group, stearyl group and the like.

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、カルボン酸基由来の基、リン酸基由来の基が好ましい。   Among these, acyl groups having 2 to 12 carbon atoms such as acetyl group, acryloyl group, methacryloyl group, benzoyl group and naphthoyl group, alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms such as methyl group, ethyl group and propyl group, A group derived from an acid group and a group derived from a phosphate group are preferred.

化学的処理により上記の他の基を導入する方法としては、特に限定されるものではないが、セルロース繊維原料又は解繊処理後のセルロース繊維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。   The method for introducing the other group by chemical treatment is not particularly limited, but a method of reacting a cellulose fiber raw material or cellulose fiber after defibration treatment with the following chemical modifiers There is. 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、グリシジルトリアルキルアンモニウムハライドまたはそのハロヒドリン、リン酸またはリン酸誘導体よりなる群から選ばれる1種または2種以上が挙げられる。   Chemical modifiers include acids, acid anhydrides, alcohols, halogenating reagents, isocyanates, alkoxysilanes, cyclic ethers such as oxiranes (epoxies), glycidyltrialkylammonium halides or their halohydrins, phosphoric acids or phosphoric acid derivatives. 1 type (s) or 2 or more types chosen from the group which consists of are mentioned.

(リン酸セルロース繊維)
以下に、本発明で用いる変性セルロース繊維として好適な、セルロース繊維を構成するセルロースの水酸基の一部がリン酸由来の基で置換され、リン酸由来の基が導入されたセルロース繊維(以下「リン酸セルロース繊維」と称す場合がある。)について説明する。
(Cellulose phosphate fiber)
In the following, a cellulose fiber (hereinafter referred to as “phosphorus”) in which a part of the hydroxyl group of cellulose constituting the cellulose fiber, which is suitable as the modified cellulose fiber used in the present invention, is substituted with a group derived from phosphoric acid and a group derived from phosphoric acid is introduced. The “acid cellulose fiber” may be referred to.).

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の水酸基との反応により、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 a reaction between phosphoric acid or a phosphoric acid derivative and a hydroxyl group of 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処理後の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処理後の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 of introducing phosphoric acid-derived groups into cellulose, a method of mixing phosphoric acid or phosphoric acid derivative powder or aqueous solution into a dried or wet cellulose fiber raw material or cellulose fiber after defibration treatment, cellulose fiber Examples thereof include a method of adding an aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative to a raw material or a dispersion of cellulose fibers after defibrating treatment.
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形とするために、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 alkaline aqueous solution or the like after the treatment with the phosphoric acid or the 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、リン酸セルロース繊維には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、リン酸セルロース繊維には、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 the cellulose phosphate fiber. For example, two or more types of phosphoric acid-derived groups substituted with different groups of hydrogen atoms may be introduced into the cellulose phosphate fiber.

(カルボン酸セルロース繊維)
次に、本発明で用いる変性セルロース繊維として好適な、セルロース繊維を構成するセルロースの水酸基の一部がカルボン酸由来の基で置換され、カルボン酸由来の基が導入されたセルロース繊維(以下「カルボン酸セルロース繊維」と称す場合がある。)について説明する。
(Carboxylic acid cellulose fiber)
Next, a cellulose fiber (hereinafter referred to as “carboxyl”) in which a part of the hydroxyl group of cellulose constituting the cellulose fiber, which is suitable as the modified cellulose fiber used in the present invention, is substituted with a group derived from a carboxylic acid and a group derived from a carboxylic acid is introduced. The “acid cellulose fiber” may be referred to.).

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繊維には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 fiber.

なお、セルロース繊維に導入したカルボン酸由来の基を塩形とするために、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 fiber 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.

(変性セルロース繊維の他の基の導入量)
変性セルロース繊維は、リン酸由来の基、カルボン酸由来の基等の他の基が、セルロース繊維に対して通常0.1〜2.0mmol/g導入されていることが好ましい。
変性セルロース繊維が、リン酸由来の基、カルボン酸由来の基等の他の基の2種以上を有する場合、これらの合計で、セルロース繊維に対し、通常0.1〜2.0mmol/g導入されていることが好ましい。
(Introduction amount of other group of modified cellulose fiber)
In the modified cellulose fiber, it is preferable that 0.1 to 2.0 mmol / g of other groups such as a group derived from phosphoric acid and a group derived from carboxylic acid are usually introduced to the cellulose fiber.
When the modified cellulose fiber has two or more of other groups such as a group derived from phosphoric acid and a group derived from carboxylic acid, 0.1 to 2.0 mmol / g is usually introduced to the cellulose fiber in total. It is preferable that

セルロース繊維への他の基の導入量を多くすることは後の工程におけるゴムとの複合化の際、ゴムとの親和性が上がり好ましいが、少な過ぎると、これらの基を導入したことによるゴムとの親和性の向上効果を十分に得ることができない場合がある。   Increasing the amount of other groups introduced into the cellulose fiber is preferable because, when combined with rubber in a later step, the affinity with the rubber is increased, but if it is too small, the rubber resulting from the introduction of these groups. In some cases, the effect of improving the affinity cannot be sufficiently obtained.

ここで、他の基の導入量、例えば、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繊維への導入量は、以下の方法で求めることができる。   Here, the amount of other groups introduced, for example, the amount of phosphoric acid-derived groups or carboxylic acid-derived groups introduced into cellulose fibers can be determined by the following method.

<カルボン酸由来の基の導入量>
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。
<Introduction amount of carboxylic acid-derived group>
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.

<リン酸由来の基の導入量>
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。
<Introduction amount of phosphoric acid-derived group>
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.

<解繊処理>
前述のセルロース繊維原料を、解繊処理することにより、数平均繊維径が5〜35nmの微細セルロース繊維からなるゴム改質材を得ることができる。
<Defibration processing>
By subjecting the above-mentioned cellulose fiber raw material to a defibrating treatment, a rubber modifier made of fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 5 to 35 nm can be obtained.

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環状エーテル類、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 the organic solvent 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 cyclic 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解繊(微細化)処理を行ってもよい。   In addition, you may perform the fibrillation (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.

[ゴム改質材分散液]
本発明のゴム改質材は、通常、セルロース繊維の分散液(ゴム改質材分散液)として提供される。本発明のゴム改質材分散液は、セルロース繊維以外に分散媒を含み、該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。
[Rubber modifier dispersion]
The rubber modifier of the present invention is usually provided as a dispersion of cellulose fibers (rubber modifier dispersion). The rubber modifier dispersion of the present invention may contain a dispersion medium in addition to cellulose fibers, and may be composed of the cellulose fibers and the dispersion medium, or other additives and the like as long as the effects of the present invention are not impaired. May be included.

分散媒としては、例えば、水、アルコール、ケトン、エーテル、グリコールエーテル、環状エーテル、アミド、芳香族系炭化水素、非プロトン性極性分散媒などが挙げられる。これらの分散媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、ゴム改質材分散液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。
Examples of the dispersion medium include water, alcohol, ketone, ether, glycol ether, cyclic ether, amide, aromatic hydrocarbon, aprotic polar dispersion medium, and the like. These dispersion media may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
In addition, it is preferable that the solvent used as a dispersion medium of the rubber modifier dispersion liquid is not too high in boiling point 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。   Specific examples of the aromatic hydrocarbon as the dispersion medium include benzene, toluene, xylene and the like.

アルコールとしては、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。   Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol and butanol.

ケトン(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   As ketones (referring to liquids having ketone groups), acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), diisopropyl ketone, di-tert-butyl ketone, 2-heptanone, 4-heptanone, 2-octanone, cyclopenta Non, cyclohexanone, cyclohexyl methyl ketone, acetophenone, acetylacetone, dioxane and the like can be mentioned. Among these, preferred are methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), cyclopentanone and cyclohexanone, and more preferred are methyl ethyl ketone (MEK) and cyclohexanone.

エーテルとしては、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、フラン、ジベンゾフラン等が挙げられる。この中でも、好ましくは、ジエチルエーテル、フランである。   Examples of the ether include diethyl ether, dimethyl ether, methyl ethyl ether, furan, dibenzofuran and the like. Of these, diethyl ether and furan are preferable.

非プロトン性極性分散媒としては、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−メチルピロリドンなどが挙げられる。   Examples of the aprotic polar dispersion medium include dimethyl sulfoxide (DMSO), formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, 2-pyrrolidone, N -Methylpyrrolidone and the like.

グリコールエーテルの具体例としては、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 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 mono- Examples thereof include 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 and the like.

環状エーテルとしては、テトラヒドロフランなどが挙げられる。   Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran.

ゴム改質材分散液におけるセルロース繊維(ゴム改質材)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、0.05重量%以上が好ましく、0.1重量%以上がより好ましく、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましい。   The content of the cellulose fiber (rubber modifier) in the rubber modifier dispersion is not particularly limited, but it is 0 with respect to the total amount of the dispersion from the viewpoint of handleability such that the viscosity and the liquid stability are suitable. 0.05% by weight or more is preferable, 0.1% by weight or more is more preferable, 50% by weight or less is preferable, and 40% by weight or less is more preferable.

なお、この分散液中には、セルロース繊維(未変性セルロース繊維)と変性セルロース繊維の一方のみが含まれていてもよく双方が含まれていてもよい。すなわち、本発明のゴム改質材は、未変性セルロース繊維又は変性セルロース繊維のみからなるものであってもよく、未変性セルロース繊維と変性セルロース繊維との混合物であってもよい。   In addition, in this dispersion liquid, only one of a cellulose fiber (non-modified cellulose fiber) and a modified cellulose fiber may be contained, or both may be contained. That is, the rubber modifier of the present invention may be composed of only unmodified cellulose fibers or modified cellulose fibers, or may be a mixture of unmodified cellulose fibers and modified cellulose fibers.

[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ってもよい。この場合、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することで、高い分散性を有する、本発明の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。
この場合の解繊処理について、以下に説明する。
[Rubber latex dispersion]
The rubber latex dispersion of the present invention contains the rubber modifier of the present invention and a rubber latex. In preparing the rubber latex dispersion of the present invention, the cellulose fiber raw material is directly used as the rubber latex. The fibers may be mixed and defibrated in this mixed solution. In this case, the cellulose fiber raw material is in a state of being dispersed in the rubber latex, and the rubber of the present invention containing the rubber modifier of the present invention having high dispersibility by further defibration treatment. A latex dispersion can be obtained.
The defibrating process in this case will be described below.

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、有機溶媒等上述したゴム改質材分散液の分散媒として例示したものを利用してもよい。その場合は、通常、セルロース繊維原料は水分散液の状態にある場合が多いので、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。
As the dispersion medium for dispersing the cellulose fiber raw material, water is usually used, but the organic solvent or the like exemplified above as the dispersion medium for the rubber modifier dispersion liquid may be used. In that case, since the cellulose fiber raw material is usually in the state of an aqueous dispersion, the 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 is removed from the aqueous dispersion containing the cellulose fiber raw material by filtration, etc., and an organic solvent used during defibration is added thereto, followed by stirring and mixing. The method of removing an organic solvent by filtration again is mentioned. 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 with a water-soluble organic solvent once, you may substitute with a water-insoluble organic solvent.

次に、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。   Next, the cellulose fiber raw material dispersion containing the cellulose fiber raw material and the rubber latex are mixed. In mixing, rubber latex may be directly added to the dispersion and mixed.

この解繊前のゴムラテックス分散液中におけるセルロース繊維原料の含有量は特に限定されないが、解繊前の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、0.05重量%以上がより好ましく、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましい。   The content of the cellulose fiber raw material in the rubber latex dispersion before defibration is not particularly limited, but is preferably 0.01% by weight or more, and 0.05% by weight relative to the total amount of the rubber latex dispersion before defibration. The above is more preferable, 50% by weight or less is preferable, and 40% by weight or less is more preferable.

解繊前の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、解繊前の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、10重量%以上がさらに好ましく、20重量%以上が特に好ましく、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 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, based on the total amount of rubber latex dispersion before defibration, 10 wt% or more is more preferable, 20 wt% or more is particularly preferable, 95 wt% or less is preferable, and 80 wt% or less is more preferable.

解繊前のゴムラテックス分散液における溶媒(分散媒)の含有量は特に限定されないが、解繊前の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 (dispersion medium) 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, based on the total amount of the rubber latex dispersion before defibration. 97.5% by weight or less, preferably 95% by weight or less.

解繊前の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、得られる解繊処理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重量部以上が好ましく、25重量部以上がより好ましく、2000重量部以下が好ましく、1000重量部以下がより好ましい。   The weight ratio of the rubber component and the solvent in the dispersion in the rubber latex before defibration is not particularly limited, but the viscosity and liquid stability of the obtained rubber latex dispersion after defibration treatment are suitable. From the viewpoint of handleability, the solvent content is preferably 5 parts by weight or more, more preferably 25 parts by weight or more, preferably 2000 parts by weight or less, more preferably 1000 parts by weight or less, relative to 100 parts by weight of the rubber component. preferable.

解繊前のゴムラテックス分散液中において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、セルロース繊維原料の含有量は、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、4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 cellulose fiber raw material to the rubber component is not particularly limited in the rubber latex dispersion before defibration, but the content of the cellulose fiber raw material is the total amount (100% by weight) of the cellulose fiber raw material and the rubber component. On the other hand, it is preferably 2.5% by weight or more, more preferably 3% by weight or more, still more preferably 4% by weight or more, preferably 97.5% by weight or less, more preferably 97% by weight or less, and 95% by weight or less. Further preferred.

この解繊前の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。   The method of defibrating treatment when the rubber latex dispersion before defibrating is defibrated is the same as the method of defibrating the cellulose fiber raw material.

解繊工程を経て得られたゴムラテックス分散液中には、解繊されたセルロース繊維が均一に分散しており、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、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加硫ゴム組成物中においては、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。
In the rubber latex dispersion obtained through the defibrating step, the defibrated cellulose fibers are uniformly dispersed, aggregation and sedimentation of the cellulose fibers are suppressed, and excellent liquid stability is obtained.
In the vulcanized rubber composition after the vulcanization step obtained using the rubber latex dispersion of the present invention containing cellulose fibers and rubber latex, the cellulose fibers are uniformly dispersed in the vulcanized rubber component. High elastic modulus and low loss tangent.

本発明のゴムラテックス分散液中における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、0.05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。   The cellulose fiber content 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 raw material used. From the viewpoint of the stability of the dispersion, the content of cellulose fiber is 0%. 0.01 wt% or more is preferable, 0.05 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.

なお、ゴムラテックス分散液中の溶媒、ゴム成分の含有量は、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。   In addition, the content of the solvent and the rubber component in the rubber latex dispersion is 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セルロース繊維はゴム成分(固形分)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、更に好ましくは5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。   The 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 usually 100 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the rubber component (solid content). , Preferably 70 parts by weight or less, more preferably 50 parts by weight or less. 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、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 cellulose fibers and rubber components, 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成分とを含有することを特徴とする。通常、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、本発明のゴムラテックス分散液を、例えば、基板上へ塗布して塗膜状としたり、型内に流し込んだり、或いは押し出し加工をして、必要に応じて、乾燥処理を施して、溶媒を除去して得られるものである。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、ゴム組成物を形成する。この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。
[Rubber composition]
The rubber composition of the present invention comprises the rubber modifier of the present invention and a rubber component. Usually, the rubber composition of the present invention is produced using the rubber latex dispersion of the present invention.
The rubber composition of the present invention can be applied, for example, by applying the rubber latex dispersion of the present invention onto a substrate to form a coating film, pouring into a mold, or extruding, and drying as necessary. It is obtained by applying a treatment 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 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 pressing the rubber composition in a vulcanizer. Such a vulcanized rubber composition has good durability.

以下に、本発明のゴム組成物及び加硫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 and vulcanized 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、ゴム組成物を加硫反応させることにより(加硫工程)、セルロース繊維と加硫ゴム成分とを含有する加硫ゴム組成物を得る。
本発明の加硫ゴム組成物は、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 vulcanized rubber composition containing cellulose fibers and a vulcanized rubber component is obtained by vulcanizing the rubber composition (vulcanization step).
The vulcanized rubber composition of the present invention is obtained by removing the solvent from the rubber latex dispersion of the present invention as necessary, and further using a known method such as a rubber kneader to mix the rubber component and the above-mentioned various compounding agents. Are mixed and then molded and vulcanized by a known method.

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することが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、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、好ましくは5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 such that the rubber component can be converted into 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. In addition, from the point which suppresses decomposition | disassembly of a cellulose fiber, 250 degreeC or less is preferable and the heating temperature has more preferable 200 degreeC or less. The heating time is usually 3 minutes or longer, preferably 5 minutes or longer, and preferably 180 minutes or shorter from the viewpoint of productivity.
The heat treatment may be performed multiple times by changing the temperature and the heating time.

<セルロース繊維の含有量>
本発明のゴム組成物または加硫ゴム組成物における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、ゴム組成物または加硫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%以下がさらに好ましく、次いで、30重量%以下、10重量%以下、8重量%以下、5重量%以下の順でより好ましい。
<Content of cellulose fiber>
The cellulose fiber content in the rubber composition or vulcanized rubber composition of the present invention is appropriately adjusted depending on the purpose, but from the point of reinforcing effect, it is 0 with respect to the total amount of the rubber composition or vulcanized rubber composition. 0.5 wt% or more, preferably 1 wt% or more, more preferably 50 wt% or less, further preferably 40 wt% or less, and then 30 wt% or less, 10 wt% or less, 8 wt% or less, 5 wt% % Or less in order.

<ゴム成分の含有量>
本発明のゴム組成物または加硫ゴム組成物におけるゴム成分(固形分)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、ゴム組成物または加硫ゴム組成物全量に対して、10重量%以上が好ましく、20重量%以上がより好ましく、30重量%以上が好ましく、99重量%以下がより好ましく、95重量%以下がさらに好ましい。
<Content of rubber component>
The content of the rubber component (solid content) in the rubber composition or vulcanized rubber composition of the present invention is appropriately adjusted according to the purpose. From the viewpoint of the reinforcing effect, the total amount of the rubber composition or vulcanized rubber composition is used. On the other hand, 10 weight% or more is preferable, 20 weight% or more is more preferable, 30 weight% or more is preferable, 99 weight% or less is more preferable, 95 weight% or less is further more preferable.

<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または加硫ゴム組成物中に含まれる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セルロース繊維とゴム成分との重量比と同じである。
セルロース繊維はゴム成分(固形分)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、更に好ましくは5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。ゴム組成物または加硫ゴム組成物中の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。
また、本発明のゴム組成物または加硫ゴム組成物には、セルロース繊維、ゴム成分の他に、上述した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。
<Weight ratio between cellulose fiber and rubber component>
The weight ratio of the cellulose fiber and the rubber component contained in the rubber composition or vulcanized rubber composition of the present invention is the same as the weight ratio of the cellulose fiber and the rubber component in the rubber latex dispersion of the present invention.
The 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, usually 100 parts by weight or less, preferably 70 parts by weight or less, relative to 100 parts by weight of the rubber component (solid content). More preferably, it is 50 parts by weight or less. If the amount of cellulose fiber in the rubber composition or vulcanized rubber composition is small, the reinforcing effect is not sufficient, and conversely if it is large, the processability of the rubber is lowered.
In addition to cellulose fibers and rubber components, other compounding agents used in the conventional rubber industry may be added to the rubber composition or vulcanized rubber composition of the present invention.

<セルロース繊維の分散状態>
本発明のゴム組成物または加硫ゴム組成物は、セルロース繊維が凝集塊を作ることなくゴム成分または加硫ゴム成分中に安定に分散しており、セルロース繊維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ことから、高い破断伸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または加硫ゴム組成物における、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 cellulose fiber>
In the rubber composition or vulcanized rubber composition of the present invention, the cellulose fiber is stably dispersed in the rubber component or the vulcanized rubber component without forming an agglomerate, and has a high elastic modulus due to the reinforcing effect of the cellulose fiber. At the same time, it is considered that high elongation at break and low exothermic property are achieved because the original elongation of the rubber is not hindered because the fiber diameter is thin.
In addition, the dispersion state of the cellulose fiber in the rubber composition or vulcanized 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.

以下において、リン酸由来の基、カルボン酸由来の基、またはカルボキシ基のセルロースへの導入量は、前述した方法で求めた。   In the following, the amount of phosphoric acid-derived group, carboxylic acid-derived group, or carboxy group introduced into cellulose was determined by the method described above.

また、微細セルロース繊維の数平均繊維径は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて以下のようにして測定した。
手法:原子間力顕微鏡法(タッピングモード)
探針:未修飾のSi製カンチレバー(NCH)
環境:室温・大気中(湿度50%程度)
装置:ブルカー社製DigitalInstrument NanoscopeIII
データサンプリング数:512×512ポイント
AFM像の種別:高さ像,位相像(繊維一つひとつを認識するため)
画像解析法:AFM観察像から繊維をトレースして、繊維を1本ずつ抽出し、
繊維1本の高さの最高値を繊維の太さとして計測した。
この計測値を平均して数平均繊維径とした。
Moreover, the number average fiber diameter of the fine cellulose fiber was measured as follows using an atomic force microscope (AFM).
Method: Atomic force microscopy (tapping mode)
Probe: Unmodified Si cantilever (NCH)
Environment: Room temperature and air (humidity about 50%)
Apparatus: Digital Instrument Nanoscope III manufactured by Bruker
Number of data sampling: 512 × 512 points AFM image type: height image, phase image (to recognize each fiber)
Image analysis method: A fiber is traced from the AFM observation image, and the fibers are extracted one by one.
The maximum height of one fiber was measured as the fiber thickness.
The measured values were averaged to obtain a number average fiber diameter.

[製造例1:セルロース繊維1(リン酸セルロース繊維)の調製]
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: Preparation of cellulose fiber 1 (cellulose phosphate fiber)]
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 this pulp sheet was immersed 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 the dried pulp), a blow dryer at 105 ° C. (manufactured by Yamato Chemical Co., Ltd., DPM400) was dried for 1 hour, and further heat-treated with a 150 ° C. blast dryer (DKM400, supra) for 1 hour to obtain a pulp sheet in which phosphate groups were 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による赤外線吸収スペクトルの測定により、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、0.59mmol/gであった(セルロース繊維1)。
As a result of X-ray diffraction, the cellulose maintained a cellulose I-type crystal, and further, absorption based on a phosphate group was observed at 1230 to 1290 cm −1 by measurement of an infrared absorption spectrum by FT-IR. Group addition was confirmed.
The amount of phosphate group introduced was 0.59 mmol / g (cellulose fiber 1).

[製造例2:セルロース繊維2(マレイン酸セルロース繊維)の調製]
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、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0.08Nの水酸化ナトリウム水溶液に添加し、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、最終的にマレイン酸セルロースを得た。
[Production Example 2: Preparation of cellulose fiber 2 (cellulose maleate fiber)]
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 charged into the autoclave with respect to 100 parts by weight of the dried pulp and treated at an internal temperature of 120 to 135 ° C. for 2 hours.
Next, the pulp treated with maleic anhydride was added to a 0.08N aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH of the slurry to 12 to 13, and the pulp was alkali treated. Thereafter, the alkali-treated pulp was washed with water and filtered and dehydrated repeatedly until the pH became 8 or less, and finally cellulose maleate was obtained.

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、結晶化度は84%であった。FT−IRによる赤外線吸収スペクトルの測定により、1580および1720cm−1付近にカルボキシ基に基づく吸収が見られ、マレイン酸の付加が確認された。
尚、マレイン酸基の導入量は、0.25mmol/gであった(セルロース繊維2)。
By X-ray diffraction, the cellulose maintained the cellulose type I crystal and the crystallinity was 84%. Measurement of an infrared absorption spectrum by FT-IR showed absorption based on a carboxy group in the vicinity of 1580 and 1720 cm −1 , confirming the addition of maleic acid.
The amount of maleic acid group introduced was 0.25 mmol / g (cellulose fiber 2).

[製造例3:セルロース繊維3(コハク酸セルロース繊維)の調製]
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 3: Preparation of cellulose fiber 3 (cellulose succinate fiber)]
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による赤外線吸収スペクトルの測定により、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、0.32mmol/gであった(セルロース繊維3)。
By X-ray diffraction, the cellulose maintained the cellulose type I crystal, and the absorption based on the carboxy group was observed in the vicinity of 1580 and 1720 cm −1 by the measurement of the infrared absorption spectrum by FT-IR. The addition was confirmed.
The amount of succinic acid group introduced was 0.32 mmol / g (cellulose fiber 3).

[製造例4:セルロース繊維4(酵素処理セルロース繊維)の調製]
セルロース繊維原料として針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、王子製紙社製ベイマツ品)を用い、ナイアガラビーター(容量23リットル、東西精器社製)で200分間叩解し、パルプ分散液(パルプ濃度2重量%、叩解後の加重平均繊維長:1.61mm)を得た。
該パルプ分散液を脱水してパルプ濃度3重量%にし、0.1重量%硫酸でpH6に調整し、50℃になるまで水浴で温めた後、酵素(セルラーゼ、GC220、ジェネンコア社製)をパルプ(固形分換算)に対して1重量%添加し、50℃で2時間撹拌しながら反応させた。その後、95℃以上で20分間加熱して、酵素を失活させて酵素処理されたセルロース繊維を得た(セルロース繊維4)。
[Production Example 4: Preparation of cellulose fiber 4 (enzyme-treated cellulose fiber)]
Softwood bleached kraft pulp (NBKP, Oji Paper's bay pine product) is used as a cellulose fiber raw material, beaten for 200 minutes with a Niagara beater (capacity 23 liters, manufactured by Tozai Seiki Co., Ltd.), and a pulp dispersion (pulp concentration 2% by weight, A weighted average fiber length after beating: 1.61 mm) was obtained.
The pulp dispersion is dehydrated to a pulp concentration of 3% by weight, adjusted to pH 6 with 0.1% by weight sulfuric acid, warmed to 50 ° C. in a water bath, and then enzyme (cellulase, GC220, Genencor) is added to the pulp. 1 wt% was added to (in terms of solid content) and reacted at 50 ° C. with stirring for 2 hours. Then, it heated at 95 degreeC or more for 20 minutes, the enzyme fiber was deactivated, and the cellulose fiber by which the enzyme process was carried out was obtained (cellulose fiber 4).

[製造例5:セルロース繊維5(酵素処理酸化処理セルロース繊維)の調製]
セルロース繊維原料として広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製ベイマツ品)を固形分濃度が4.5重量%となるように水で希釈したものを6L調製し、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2.2S)で3時間連続処理し、その後、0.1重量%硫酸でpH6に調整し、50℃になるまで水浴で温めた後、酵素(セルラーゼ、GC220、ジェネンコア社製)をパルプ(固形分換算)に対して1重量%添加し、50℃で1時間撹拌しながら反応させた。その後、95℃以上で20分間加熱して、酵素を失活させて酵素処理されたセルロース繊維を得た。
これをパルプ乾燥重量として20g及び空気2Lを加えた後、オゾン濃度200g/mのオゾン/酸素混合気体を15L加え、25℃で2分間振とう、及び6時間静置を順次行った後、容器内のオゾン及び空気を除去してオゾン処理(酸化処理)を行った。この操作を2回行い、イオン交換水で十分に洗浄/脱水してオゾン処理したセルロース繊維を得た。
このオゾン処理後のセルロース繊維(固形分濃度20重量%)に対して、塩酸により水溶液pHを4〜5に調整した0.2重量%濃度の亜塩素酸ナトリウム水溶液を200g(セルロース繊維の乾燥重量に対して、亜塩素酸ナトリウムとして3重量%相当)添加して、撹拌した後、室温で48時間静置した。これをイオン交換水で懸濁洗浄を繰り返し行うことにより、カルボキシ基が導入されたセルロース繊維を得た。このセルロース繊維のカルボキシ基量は0.41mmol/gであった(セルロース繊維5)。
[Production Example 5: Preparation of cellulose fiber 5 (enzyme-treated oxidized cellulose fiber)]
Prepared 6L of hardwood bleached kraft pulp (LBKP, Oji Paper Co., Ltd. bay pine) diluted with water to a solid content of 4.5% by weight as a raw material for cellulose fiber, and a rotary high-speed homogenizer (M Technique) (Creamix 2.2S) for 3 hours, adjusted to pH 6 with 0.1% by weight sulfuric acid, warmed to 50 ° C in a water bath, and then enzyme (cellulase, GC220, Genencor) Was added at 1% by weight to the pulp (in terms of solid content) and allowed to react with stirring at 50 ° C for 1 hour. Then, it heated at 95 degreeC or more for 20 minutes, the enzyme fiber was deactivated, and the enzyme-treated cellulose fiber was obtained.
After adding 20 g and 2 L of air as a pulp dry weight, 15 L of ozone / oxygen mixed gas having an ozone concentration of 200 g / m 3 was added, shaken at 25 ° C. for 2 minutes, and allowed to stand for 6 hours in sequence. Ozone treatment (oxidation treatment) was performed by removing ozone and air in the container. This operation was performed twice to obtain a cellulose fiber which was sufficiently washed / dehydrated with ion-exchanged water and subjected to ozone treatment.
200 g of 0.2% by weight sodium chlorite aqueous solution adjusted to pH 4-5 with hydrochloric acid with respect to the cellulose fiber (solid content concentration 20% by weight) after the ozone treatment (dry weight of cellulose fiber) Was added as sodium chlorite (corresponding to 3% by weight) and stirred, and then allowed to stand at room temperature for 48 hours. This was repeatedly suspended and washed with ion-exchanged water to obtain cellulose fibers having a carboxy group introduced. The amount of carboxy groups of this cellulose fiber was 0.41 mmol / g (cellulose fiber 5).

[実施例1]
製造例1で得られたセルロース繊維1を固形分濃度が0.5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処理を行いナノ繊維化されたセルロース繊維1(ゴム改質材1)のスラリーを得た。ナノ繊維化されたセルロース繊維1の繊維径を測定したところ、数平均繊維径は5.4nmであった。
[Example 1]
Cellulose fiber 1 obtained in Production Example 1 is diluted with water so that the solid content concentration is 0.5% by weight, and is rotated at 20000 rpm with a rotary high-speed homogenizer (Cleamix 0.8S manufactured by M Technique Co., Ltd.). The cellulose fiber 1 (rubber modifier 1) slurry obtained by carrying out the partial processing and performing the defibrating process of the cellulose fiber was obtained. When the fiber diameter of the nanofiberized cellulose fiber 1 was measured, the number average fiber diameter was 5.4 nm.

次に、天然ゴムラテックス(固形分濃度61重量%)100重量部に対し、ゴム改質材1のスラリーをセルロースの固形分量で5重量部となるように加え、脱塩水を加えてセルロースとゴムの固形分濃度が0.3重量%となるように調整した。次いで、ホモジナイザーを用いて混合し、ゴム−セルロース繊維混合液(ゴムラテックス分散液)を得た。得られたゴムラテックス分散液中のゴム改質材1の分散性を目視で評価した結果、分散性は良好であった。   Next, the slurry of the rubber modifier 1 is added to 100 parts by weight of natural rubber latex (solid content concentration: 61% by weight) so that the solid content of cellulose is 5 parts by weight, and demineralized water is added to the cellulose and rubber. The solid content concentration was adjusted to 0.3% by weight. Subsequently, it mixed using the homogenizer and the rubber- cellulose fiber liquid mixture (rubber latex dispersion liquid) was obtained. As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 1 in the obtained rubber latex dispersion, the dispersibility was good.

次に、得られたゴムラテックス分散液をバットに入れ、110℃のオーブン中にて乾燥固化し、ゴム改質材1配合のゴム組成物を得た。得られたゴム組成物中のゴム改質材1の分散性を、目視で評価した結果、分散性は良好であった。   Next, the obtained rubber latex dispersion was put into a vat and dried and solidified in an oven at 110 ° C. to obtain a rubber composition containing the rubber modifier 1. As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 1 in the obtained rubber composition, the dispersibility was good.

得られたゴム組成物(以下、ゴム組成物1という)は、ゴム成分(天然ゴムラテックス)100重量部に対して、ゴム改質材1を5重量部含む。これにさらに、亜鉛華(1号亜鉛華、浅岡窯業原料社製)3重量部、加硫促進剤(N−tert−ブチル−2−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、硫黄(5%油処理粉末硫黄、鶴見化学工業社製)2重量部、ステアリン酸(和光純薬工業社製)3重量部を配合し、混練を行った。
詳細には、ゴム組成物1に対し、加硫促進剤と硫黄を除く成分を添加し、140℃で3分間混練装置(ラボプラストミルμ、東洋精機社製)を用い混練することによりゴム組成物2を得た。このゴム組成物2に加硫促進剤と硫黄を添加し、80℃で3分間混練することによりゴム組成物3を得た。このゴム組成物3を160℃で10分間加圧プレス加硫し、厚さ1mmのゴム組成物4(加硫ゴム組成物)を得た。
The obtained rubber composition (hereinafter referred to as rubber composition 1) contains 5 parts by weight of rubber modifier 1 with respect to 100 parts by weight of the rubber component (natural rubber latex). Furthermore, 3 parts by weight of zinc white (No. 1 zinc white, manufactured by Asaoka Ceramics Co., Ltd.), 1 weight of vulcanization accelerator (N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 2 parts by weight of sulfur (5% oil-treated powdered sulfur, manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd.) and 3 parts by weight of stearic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed and kneaded.
Specifically, a rubber composition is added to rubber composition 1 by adding components other than a vulcanization accelerator and sulfur and kneading at 140 ° C. for 3 minutes using a kneading apparatus (Laboplast Mill μ, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.). Product 2 was obtained. A rubber composition 3 was obtained by adding a vulcanization accelerator and sulfur to the rubber composition 2 and kneading at 80 ° C. for 3 minutes. This rubber composition 3 was pressure-press vulcanized at 160 ° C. for 10 minutes to obtain a rubber composition 4 (vulcanized rubber composition) having a thickness of 1 mm.

得られた加硫ゴム組成物中のゴム改質材1の分散性を、目視で評価した結果、分散性は良好であった。
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し、破断強度、M300、tanδを評価した。
破断強度およびM300は、JIS K6251に準じた引っ張り試験により、加硫ゴム組成物の破断強度および300%伸長時の引張り応力を測定し、天然ゴムのみの比較例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は、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1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(エネルギーロスが小さい)ことを示す。
この加硫ゴム組成物の破壊強度は179、M300は404、tanδは235であった。
As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 1 in the obtained vulcanized rubber composition, the dispersibility was good.
The obtained vulcanized rubber composition was made into a predetermined dumbbell-shaped test piece, and the breaking strength, M300, and tan δ were evaluated.
The breaking strength and M300 are indices obtained by measuring the breaking strength of the vulcanized rubber composition and the tensile stress at 300% elongation by a tensile test according to JIS K6251, and taking the value of Comparative Example 1 of natural rubber alone as 100. displayed. The larger the index, the better the reinforcement.
tan δ was measured in accordance with JIS K6394 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%, and expressed as an index with the value of Comparative Example 1 as 100. The smaller the index, the smaller the tan δ, and the less the heat is generated, that is, the low heat buildup is excellent (the energy loss is small).
The vulcanized rubber composition had a breaking strength of 179, M300 of 404, and tan δ of 235.

[実施例2]
製造例3で得られたセルロース繊維3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処理を行った。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、0.5重量%のナノ繊維化されたセルロース繊維3のスラリー(ゴム改質材2)を得た。ナノ繊維化されたセルロース繊維3の繊維径を測定したところ、数平均繊維径は5.5nmであった。
ゴム改質材として、このゴム改質材2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、ゴム組成物および加硫ゴム組成物を得た。ゴムラテックス分散液及び加硫ゴム組成物中のゴム改質材2の分散性を、目視で評価した結果、いずれも分散性は良好であった。
また、実施例1と同様に加硫ゴム組成物の破断強度、M300、tanδを評価したところ、この加硫ゴム組成物の破壊強度は148、M300は304、tanδは257であった。
[Example 2]
The cellulose fiber 3 obtained in Production Example 3 is diluted with water so that the solid content concentration is 0.6% by weight, and is 60 at 20000 rpm with a rotary high-speed homogenizer (Cleamix 0.8S manufactured by M Technique Co., Ltd.). This was subjected to a minute treatment, and the cellulose fibers were defibrated. Next, the supernatant was collected by centrifuging at 12000 G for 10 minutes using a centrifuge, and a slurry of 0.5% by weight of nanofiberized cellulose fibers 3 (rubber modifier 2) was obtained. When the fiber diameter of the nanofiberized cellulose fiber 3 was measured, the number average fiber diameter was 5.5 nm.
A rubber latex dispersion, a rubber composition, and a vulcanized rubber composition were obtained in the same manner as in Example 1 except that this rubber modifier 2 was used as a rubber modifier. As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 2 in the rubber latex dispersion and the vulcanized rubber composition, the dispersibility was good.
Further, when the rupture strength, M300, and tan δ of the vulcanized rubber composition were evaluated in the same manner as in Example 1, the rupture strength of the vulcanized rubber composition was 148, M300 was 304, and tan δ was 257.

[実施例3]
セルロース繊維3の代りに、セルロース繊維として、広葉樹クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製)を用いた以外は、実施例2と同様にして、ゴム改質材3を得た。ナノ繊維化されたセルロース繊維の繊維径を測定したところ、数平均繊維径は16nmであった。
ゴム改質材として、このゴム改質材3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、ゴム組成物および加硫ゴム組成物を得た。ゴムラテックス分散液及び加硫ゴム組成物中のゴム改質材3の分散性を、目視で評価した結果、いずれも分散性は良好であった。
また、実施例1と同様に加硫ゴム組成物の破断強度、M300、tanδを評価したところ、この加硫ゴム組成物の破壊強度は210、M300は348、tanδは170であった。
[Example 3]
A rubber modifier 3 was obtained in the same manner as in Example 2 except that hardwood kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Paper Co., Ltd.) was used as the cellulose fiber instead of the cellulose fiber 3. When the fiber diameter of the nanofiberized cellulose fiber was measured, the number average fiber diameter was 16 nm.
A rubber latex dispersion, a rubber composition, and a vulcanized rubber composition were obtained in the same manner as in Example 1 except that this rubber modifier 3 was used as the rubber modifier. As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 3 in the rubber latex dispersion and the vulcanized rubber composition, the dispersibility was good.
Further, when the rupture strength, M300, and tan δ of the vulcanized rubber composition were evaluated in the same manner as in Example 1, the rupture strength of the vulcanized rubber composition was 210, M300 was 348, and tan δ was 170.

[実施例4]
製造例4で得られたセルロース繊維4を固形分濃度が4.8重量%となるように水で希釈したものを6L調製し、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2.2S)にて20000rpmで3時間連続処理し、さらに、固形分濃度0.9重量%となるように水で希釈したもの6Lを9時間連続処理し、セルロース繊維の解繊処理を行った。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回収し、ナノ繊維化されたセルロース繊維4のスラリー(ゴム改質材4)を得た。ナノ繊維化されたセルロース繊維4の繊維径を測定したところ、数平均繊維径は7.9nmであった。
ゴム改質材として、このゴム改質材4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、ゴム組成物および加硫ゴム組成物を得た。ゴムラテックス分散液及び加硫ゴム組成物中のゴム改質材4の分散性を、目視で評価した結果、いずれも分散性は良好であった。
また、実施例1と同様に加硫ゴム組成物の破断強度、M300、tanδを評価したところ、この加硫ゴム組成物の破壊強度は252、M300は338、tanδは146であった。
[Example 4]
6 L of cellulose fiber 4 obtained in Production Example 4 diluted with water so as to have a solid content concentration of 4.8% by weight was prepared, and a rotary high-speed homogenizer (Cleamix 2.2S manufactured by M Technique Co., Ltd.) was prepared. The cellulose fiber was continuously treated at 20000 rpm for 3 hours, and 6 L diluted with water to a solid content concentration of 0.9% by weight was continuously treated for 9 hours, and the cellulose fibers were defibrated. Next, the supernatant was collected by centrifugation at 12000 G for 10 minutes in a centrifuge to obtain a slurry of nanofiberized cellulose fibers 4 (rubber modifier 4). When the fiber diameter of the nanofiberized cellulose fiber 4 was measured, the number average fiber diameter was 7.9 nm.
A rubber latex dispersion, a rubber composition, and a vulcanized rubber composition were obtained in the same manner as in Example 1 except that this rubber modifier 4 was used as the rubber modifier. As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 4 in the rubber latex dispersion and the vulcanized rubber composition, the dispersibility was good.
Further, when the rupture strength, M300, and tan δ of the vulcanized rubber composition were evaluated in the same manner as in Example 1, the rupture strength of this vulcanized rubber composition was 252, M300 was 338, and tan δ was 146.

[実施例5]
製造例4で得られたセルロース繊維4を固形分濃度が3重量%となるように水で希釈したものを4L調製し、ホモディスパー(プライミクス社製)を用いて4時間処理し、続いて、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2.2S)にて20000rpmで5時間連続処理し、セルロース繊維の解繊処理を行った。さらに、固形分濃度0.5重量%に希釈したものを12000Gで連続遠心分離して上澄み液を回収し、ナノ繊維化されたセルロース繊維4のスラリー(ゴム改質材5)を得た。ナノ繊維化されたセルロース繊維4の繊維径を測定したところ、数平均繊維径は18nmであった。
ゴム改質材として、このゴム改質材5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、ゴム組成物および加硫ゴム組成物を得た。ゴムラテックス分散液及び加硫ゴム組成物中のゴム改質材5の分散性を、目視で評価した結果、いずれも分散性は良好であった。
また、実施例1と同様に加硫ゴム組成物の破断強度、M300、tanδを評価したところ、この加硫ゴム組成物の破壊強度は219、M300は269、tanδは142であった。
[Example 5]
4 L of cellulose fiber 4 obtained in Production Example 4 diluted with water so that the solid content concentration is 3% by weight is prepared, treated with Homo Disper (manufactured by Primics) for 4 hours, Cellulose fibers were defibrated by continuous treatment at 20000 rpm for 5 hours with a rotary high-speed homogenizer (Cleamix 2.2S manufactured by M Technique Co., Ltd.). Furthermore, what was diluted to a solid content concentration of 0.5% by weight was continuously centrifuged at 12000 G, and the supernatant was collected to obtain a slurry of nanofiberized cellulose fibers 4 (rubber modifier 5). When the fiber diameter of the nanofiberized cellulose fiber 4 was measured, the number average fiber diameter was 18 nm.
A rubber latex dispersion, a rubber composition, and a vulcanized rubber composition were obtained in the same manner as in Example 1 except that this rubber modifier 5 was used as a rubber modifier. As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 5 in the rubber latex dispersion and the vulcanized rubber composition, the dispersibility was good.
Further, the rupture strength, M300, and tan δ of the vulcanized rubber composition were evaluated in the same manner as in Example 1. The rupture strength of the vulcanized rubber composition was 219, M300 was 269, and tan δ was 142.

[実施例6]
セルロース繊維3の代りに、セルロース繊維5を用いた以外は、実施例2と同様にして、ゴム改質材6を得た。ナノ繊維化されたセルロース繊維の繊維径を測定したところ、数平均繊維径は、7.1nmであった。
ゴム改質材として、このゴム改質材6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、ゴム組成物および加硫ゴム組成物を得た。ゴムラテックス分散液及び加硫ゴム組成物中のゴム改質材6の分散性を、目視で評価した結果、いずれも分散性は良好であった。
また、実施例1と同様に加硫ゴム組成物の破断強度、M300、tanδを評価したところ、この加硫ゴム組成物の破壊強度は250、M300は304、tanδは132であった。
[Example 6]
A rubber modifier 6 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the cellulose fiber 5 was used instead of the cellulose fiber 3. When the fiber diameter of the nanofiberized cellulose fiber was measured, the number average fiber diameter was 7.1 nm.
A rubber latex dispersion, a rubber composition, and a vulcanized rubber composition were obtained in the same manner as in Example 1 except that this rubber modifier 6 was used as the rubber modifier. As a result of visual evaluation of the dispersibility of the rubber modifier 6 in the rubber latex dispersion and the vulcanized rubber composition, the dispersibility was good.
Further, when the rupture strength, M300, and tan δ of the vulcanized rubber composition were evaluated in the same manner as in Example 1, the rupture strength of the vulcanized rubber composition was 250, M300 was 304, and tan δ was 132.

[比較例1]
セルロース繊維を用いなかった以外は、実施例1と同様の方法で、加硫ゴム組成物を得、同様に破断強度、M300、tanδを測定し、破断強度、M300、tanδの測定値をそれぞれ100とした。
[Comparative Example 1]
A vulcanized rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that cellulose fibers were not used, and the breaking strength, M300, and tan δ were measured in the same manner, and the measured values of breaking strength, M300, and tan δ were 100. It was.

[比較例2]
製造例2で得られたセルロース繊維2を用いた以外は、実施例2と同様にして、ゴム改質材7を得た。ナノ繊維化されたセルロース繊維2の繊維径を測定したところ、数平均繊維径は4.2nmであった。
ゴム改質材としてこのゴム改質材7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、ゴム組成物および加硫ゴム組成物を得た。
実施例1と同様に加硫ゴム組成物の破断強度、M300、tanδを評価したところ、この加硫ゴム組成物の破壊強度は185、M300は260、tanδは239であった。
[Comparative Example 2]
A rubber modifier 7 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the cellulose fiber 2 obtained in Production Example 2 was used. When the fiber diameter of the nanofiberized cellulose fiber 2 was measured, the number average fiber diameter was 4.2 nm.
A rubber latex dispersion, a rubber composition, and a vulcanized rubber composition were obtained in the same manner as in Example 1 except that this rubber modifier 7 was used as a rubber modifier.
When the breaking strength, M300, and tan δ of the vulcanized rubber composition were evaluated in the same manner as in Example 1, the breaking strength of this vulcanized rubber composition was 185, M300 was 260, and tan δ was 239.

以上の実施例1〜6及び比較例1〜2の結果を表1にまとめて示す。   The results of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2 are summarized in Table 1.

Figure 2013241586
Figure 2013241586

表1より、本発明のゴム改質材1〜6を用いた実施例1〜6の加硫ゴム組成物は、天然ゴムのみである比較例1と比べ、高い弾性率、高い破壊強度を示し、本発明のゴム改質材は補強性に優れることが分かる。
また、本発明のゴム改質材1〜6を用いた実施例1〜6の加硫ゴム組成物と、比較例2の加硫ゴム組成物を比べると、セルロース繊維の繊維径を5nm〜35nmにすることで、高い弾性率、高い破壊強度、低いtanδをバランスよく発現できることが分かる。
From Table 1, the vulcanized rubber compositions of Examples 1 to 6 using the rubber modifiers 1 to 6 of the present invention show a high elastic modulus and high breaking strength as compared with Comparative Example 1 which is only natural rubber. It can be seen that the rubber modifier of the present invention is excellent in reinforcement.
Moreover, when the vulcanized rubber compositions of Examples 1 to 6 using the rubber modifiers 1 to 6 of the present invention and the vulcanized rubber composition of Comparative Example 2 were compared, the fiber diameter of the cellulose fibers was 5 nm to 35 nm. It can be seen that a high elastic modulus, high fracture strength, and low tan δ can be expressed in a balanced manner.

Claims (6)

セルロース繊維からなるゴム改質材であって、
数平均繊維径が5〜35nmであることを特徴とする、ゴム改質材。
A rubber modifier made of cellulose fiber,
A rubber modifier having a number average fiber diameter of 5 to 35 nm.
前記セルロース繊維の少なくとも一部として、セルロース繊維を構成するセルロースの水酸基の一部が他の基で置換された変性セルロース繊維を含む、請求項1に記載のゴム改質材。   The rubber modifier according to claim 1, comprising a modified cellulose fiber in which a part of a hydroxyl group of cellulose constituting the cellulose fiber is substituted with another group as at least a part of the cellulose fiber. 請求項1または2に記載のゴム改質材及び分散媒を含有することを特徴とする、ゴム改質材分散液。   A rubber modifier dispersion liquid comprising the rubber modifier according to claim 1 or 2 and a dispersion medium. 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 and rubber latex. 請求項1または2に記載のゴム改質材とゴム成分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 modifier according to claim 1 and a rubber component. 請求項5に記載のゴム組成物を加硫して製造される、加硫ゴム組成物。   A vulcanized rubber composition produced by vulcanizing the rubber composition according to claim 5.
JP2013091451A 2012-04-25 2013-04-24 Rubber modifier, rubber latex dispersion and rubber composition Active JP6020334B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013091451A JP6020334B2 (en) 2012-04-25 2013-04-24 Rubber modifier, rubber latex dispersion and rubber composition

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012100098 2012-04-25
JP2012100098 2012-04-25
JP2013091451A JP6020334B2 (en) 2012-04-25 2013-04-24 Rubber modifier, rubber latex dispersion and rubber composition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013241586A true JP2013241586A (en) 2013-12-05
JP6020334B2 JP6020334B2 (en) 2016-11-02

Family

ID=49842788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013091451A Active JP6020334B2 (en) 2012-04-25 2013-04-24 Rubber modifier, rubber latex dispersion and rubber composition

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6020334B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014065289A1 (en) * 2012-10-23 2014-05-01 三菱化学株式会社 Rubber-improving material, rubber-improving material dispersion fluid, and rubber composition
WO2016136453A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 住友ゴム工業株式会社 Method for producing master batch, master batch obtained by said production method, rubber composition for tire, and pneumatic tire
JP2020007457A (en) * 2018-07-09 2020-01-16 日本製紙株式会社 Cellulose nanofiber, and manufacturing method of rubber composition containing cellulose nanofiber
WO2020085479A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 王子ホールディングス株式会社 Fine fibrous cellulose-containing composition and method for manufacturing same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012025949A (en) * 2010-06-25 2012-02-09 Mitsubishi Chemicals Corp Fine cellulose fiber dispersion, cellulose fiber composite, and its manufacturing method
JP2013166914A (en) * 2012-01-16 2013-08-29 Sumitomo Rubber Ind Ltd Masterbatch, rubber composition, and pneumatic tire
JP2013204010A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Toyo Tire & Rubber Co Ltd Rubber/cellulose master batch and rubber composition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012025949A (en) * 2010-06-25 2012-02-09 Mitsubishi Chemicals Corp Fine cellulose fiber dispersion, cellulose fiber composite, and its manufacturing method
JP2013166914A (en) * 2012-01-16 2013-08-29 Sumitomo Rubber Ind Ltd Masterbatch, rubber composition, and pneumatic tire
JP2013204010A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Toyo Tire & Rubber Co Ltd Rubber/cellulose master batch and rubber composition

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014065289A1 (en) * 2012-10-23 2014-05-01 三菱化学株式会社 Rubber-improving material, rubber-improving material dispersion fluid, and rubber composition
US10040926B2 (en) 2012-10-23 2018-08-07 Mitsubishi Chemical Corporation Rubber modifier, rubber modifier dispersion, and rubber composition
WO2016136453A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 住友ゴム工業株式会社 Method for producing master batch, master batch obtained by said production method, rubber composition for tire, and pneumatic tire
JPWO2016136453A1 (en) * 2015-02-26 2017-11-30 住友ゴム工業株式会社 Method for producing masterbatch, masterbatch obtained by the production method, rubber composition for tire and pneumatic tire
US10428188B2 (en) 2015-02-26 2019-10-01 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Method for producing master batch, master batch obtained by said production method, rubber composition for tire, and pneumatic tire
JP2020007457A (en) * 2018-07-09 2020-01-16 日本製紙株式会社 Cellulose nanofiber, and manufacturing method of rubber composition containing cellulose nanofiber
WO2020085479A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 王子ホールディングス株式会社 Fine fibrous cellulose-containing composition and method for manufacturing same
JPWO2020085479A1 (en) * 2018-10-26 2021-10-07 王子ホールディングス株式会社 Fine fibrous cellulose-containing composition and method for producing the same
JP7355028B2 (en) 2018-10-26 2023-10-03 王子ホールディングス株式会社 Fine fibrous cellulose-containing composition and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6020334B2 (en) 2016-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6382793B2 (en) Method for producing rubber composition
JP6143187B2 (en) Cellulose nanofiber-containing rubber masterbatch
JP6146115B2 (en) Cellulose fiber, rubber composition, vulcanized rubber composition and tire
JP6416749B2 (en) Manufacturing method of rubber composition, rubber composition, vulcanized rubber and tire
JP2014105233A (en) Rubber modifying material, fiber-rubber dispersion and rubber composition
JP2012025949A (en) Fine cellulose fiber dispersion, cellulose fiber composite, and its manufacturing method
JP2013177540A (en) Rubber modifying material, rubber latex-dispersed solution and rubber composition
US10040926B2 (en) Rubber modifier, rubber modifier dispersion, and rubber composition
JP5865063B2 (en) Method for producing rubber composition
JP5988843B2 (en) Composite material
JP6020334B2 (en) Rubber modifier, rubber latex dispersion and rubber composition
JP2012012713A (en) Method of producing microfibrous cellulose
JP6143186B2 (en) Manufacturing method of composite material
JP6270379B2 (en) Fine cellulose fiber composite and method for producing the same
JP5966859B2 (en) Method for producing fine cellulose fiber dispersion
JP6083376B2 (en) Rubber modifier, rubber latex dispersion and rubber composition
JP6102719B2 (en) Rubber modifier, rubber latex dispersion and rubber composition
JP2014227525A (en) Method for manufacturing fine cellulose fiber composite
JP5884722B2 (en) Method for producing fine cellulose fiber dispersion
JP2014074164A (en) Rubber modifier, rubber latex dispersion, and rubber composition

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20140311

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151008

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20151008

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20151008

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160607

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160614

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160722

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160906

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160919

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6020334

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R157 Certificate of patent or utility model (correction)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R157