JP2014019716A - Process for producing purified cellulose fiber - Google Patents

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暁 奥村
Ashoke Kumar Karmokar
カルモカル・アショカ・クマル
Kenichi Sugimoto
健一 杉本
Koji Koide
光治 小出
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for producing a purified cellulose fiber using an ionic liquid, which can suppress decomposition and deterioration or solidification of the ionic liquid and thereby enable highly efficient recycling of the ionic liquid.SOLUTION: There is provided a process for producing a purified cellulose fiber by spinning purified cellulose using a cellulose solution, the cellulose solution being formed by dissolving a cellulose raw material in a liquid containing an ionic liquid, wherein at least a portion of the production process from the dissolution step of the cellulose raw material to the fiber spinning is performed in an inert gas atmosphere.

Description

本発明は、天然物由来のセルロース原料から、少ないエネルギー消費で精製セルロース繊維を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing purified cellulose fibers from a natural material-derived cellulose raw material with low energy consumption.

従来、天然物由来のセルロース原料から得られたセルロースを成分とするセルロース繊維としては、ビスコース法により製造されるビスコースレーヨンが主流であった。しかしながら、セルロース原料自体は、天然物由来で環境負荷が低いにもかかわらず、ビスコースレーヨンは、製造工程において環境負荷が高い二硫化炭素が発生するという問題があった。
上記問題を解決するため、近年、N−メチルモルフォリン−N−オキシド(NMMO)を溶媒として用いた精製セルロース繊維の製造方法が開発され、実用に供されている。該製造方法を用いた場合、有害物質の発生が無く、環境負荷が低いという利点がある。一方で、該製造方法で製造された精製セルロース繊維は、前記ビスコース法により製造されるレーヨン等の再生セルロース繊維に比べて、強度や耐疲労性が劣るという問題がある。
Conventionally, viscose rayon produced by the viscose method has been the mainstream as a cellulose fiber containing cellulose obtained from a natural material-derived cellulose raw material. However, although the cellulose raw material itself is derived from natural products and has a low environmental load, viscose rayon has a problem that carbon disulfide, which has a high environmental load, is generated in the production process.
In order to solve the above problems, a method for producing purified cellulose fibers using N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) as a solvent has been developed and put into practical use in recent years. When this manufacturing method is used, there is an advantage that no harmful substances are generated and the environmental load is low. On the other hand, the refined cellulose fiber produced by the production method has a problem that the strength and fatigue resistance are inferior compared to regenerated cellulose fiber such as rayon produced by the viscose method.

そこで最近では、イオン液体を用いた新たな精製セルロース繊維の製造方法や、該製造方法に利用可能な技術が検討されている。
例えば、特許文献1には、セルロースを、含窒素塩基を含まない溶融イオン液体と混合して、混合物を形成する工程を有する、セルロースを溶解する方法が記載されており、該溶融イオン液体のカチオン部としては、イミダゾリウムカチオン等の含窒素芳香族カチオンや、環状アルカンの環を形成する1つ以上の炭素原子が窒素原子に置換され、該窒素原子にアルキル基又はアルコキシアルキル基が結合したカチオン部が開示され、アニオン部としては、ハロゲンイオン、過塩素酸イオン、擬ハロゲンイオンが開示されている。
Therefore, recently, a method for producing a new purified cellulose fiber using an ionic liquid and a technique that can be used for the production method have been studied.
For example, Patent Document 1 describes a method for dissolving cellulose, which includes a step of mixing cellulose with a molten ionic liquid not containing a nitrogen-containing base to form a mixture, and the cation of the molten ionic liquid The part includes a nitrogen-containing aromatic cation such as an imidazolium cation, or a cation in which one or more carbon atoms forming a ring of a cyclic alkane are substituted with a nitrogen atom, and an alkyl group or an alkoxyalkyl group is bonded to the nitrogen atom Parts are disclosed, and halogen ions, perchlorate ions, and pseudohalogen ions are disclosed as anion parts.

特開2009−079220号公報JP 2009-079220 A

イオン液体は、蒸気圧が低く、熱安定性が高いという性質を有するため、高効率のリサイクルが容易で、環境負荷が低い溶媒であると考えられている。
しかし、本発明者らはイオン液体を用いた精製セルロース繊維製造工程において、大気条件下では、イオン液体の重量が減少し、固化するという問題を新たに見出した。
Since ionic liquids have properties of low vapor pressure and high thermal stability, they are considered to be solvents that are easy to recycle with high efficiency and have a low environmental load.
However, the present inventors have newly found a problem that the weight of the ionic liquid decreases and solidifies under atmospheric conditions in the process of producing purified cellulose fibers using the ionic liquid.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、イオン液体を用いた精製セルロース繊維製造工程において、イオン液体の分解及び変質・固化を抑制し、イオン液体を高効率にリサイクルすることができる精製セルロース繊維の製造方法を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: In the refinement | purification cellulose fiber manufacturing process using an ionic liquid, decomposition | disassembly, a change, and solidification of an ionic liquid are suppressed, and an ionic liquid can be recycled efficiently. It is an object of the present invention to provide a method for producing a purified cellulose fiber.

本発明は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、セルロースの溶解から紡糸、及びイオン液体の凝固浴からの回収をするまでの一連の工程において、イオン液体を含む溶液に接する気体を不活性ガスとすることにより、イオン液体の分解及び変質・固化を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present invention inerts the gas in contact with the solution containing the ionic liquid in a series of steps from dissolution of cellulose to spinning and recovery of the ionic liquid from the coagulation bath. It has been found that by using a gas, decomposition, alteration and solidification of the ionic liquid can be suppressed, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、下記の特徴を有する精製セルロース繊維の製造方法を提供するものである。
(1)イオン液体を含む液体にセルロース原料を溶解してなるセルロース溶解液を用いて、精製セルロースを紡糸する精製セルロースの製造方法であって、セルロース原料を溶解する工程から紡糸するまでの工程の少なくとも一部を、不活性ガスの雰囲気下で行うことを特徴とする精製セルロース繊維の製造方法。
(2)前記不活性ガスが窒素ガスである(1)の精製セルロース繊維の製造方法。
(3)10℃/分の速度で昇温時の前記イオン液体の分解開始温度が220℃以上であるイオン液体を用いた(1)又は(2)の精製セルロース繊維の製造方法。
(4)10℃/分の速度で昇温時の前記イオン液体の分解開始温度が230℃以上であるイオン液体を用いた(1)〜(3)のいずれか一つの精製セルロース繊維の製造方法。
(5)セルロース原料を溶解する工程における溶解温度が30℃以上である(1)〜(4)のいずれか一つの精製セルロース繊維の製造方法。
(6)前記イオン液体は、カチオン部とアニオン部からなり、前記カチオン部は、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、アンモニウムイオン、及びフォスフォニウムイオンからなる群から選ばれる一種以上である(1)〜(5)のいずれか一つの精製セルロース繊維の製造方法。
(7)前記カチオン部が下記一般式(1)で表されるイミダゾリウムイオンである(5)の精製セルロース繊維の製造方法。
That is, this invention provides the manufacturing method of the purified cellulose fiber which has the following characteristics.
(1) A method for producing purified cellulose, in which a purified cellulose is spun using a cellulose solution obtained by dissolving a cellulose raw material in a liquid containing an ionic liquid, the process from the step of dissolving the cellulose raw material to the step of spinning. A method for producing a purified cellulose fiber, wherein at least a part thereof is performed in an atmosphere of an inert gas.
(2) The method for producing purified cellulose fiber according to (1), wherein the inert gas is nitrogen gas.
(3) The manufacturing method of the refined cellulose fiber of (1) or (2) using the ionic liquid whose decomposition start temperature of the said ionic liquid at the time of temperature rising at a rate of 10 degreeC / min is 220 degreeC or more.
(4) The method for producing a purified cellulose fiber according to any one of (1) to (3), wherein an ionic liquid having a decomposition start temperature of 230 ° C. or higher at the time of heating at a rate of 10 ° C./min is used. .
(5) The method for producing a purified cellulose fiber according to any one of (1) to (4), wherein the dissolution temperature in the step of dissolving the cellulose raw material is 30 ° C. or higher.
(6) The ionic liquid includes a cation portion and an anion portion, and the cation portion is at least one selected from the group consisting of an imidazolium ion, a pyridinium ion, an ammonium ion, and a phosphonium ion. 5) The manufacturing method of any one refine | purified cellulose fiber.
(7) The method for producing a purified cellulose fiber according to (5), wherein the cation part is an imidazolium ion represented by the following general formula (1).

[式中、Rは、シアノ基、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数2〜4のアルケニル基を示し、Rは、水素原子又はメチル基を示し、Rはシアノ基、炭素数1〜8のアルキル基、又は炭素数2〜8のアルケニル基を示す。] [Wherein, R 1 represents a cyano group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms, R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 3 represents a cyano group, An alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms is shown. ]

(8)前記アニオン部がクロライドイオン、ブロマイドイオン、ホルメートイオン、アセテートイオン、プロピオネートイオン、L−ラクテートイオン、メチルカーボネートイオン、アミノアセテートイオン、アミノプロピオネートイオン、ジメチルカルバメートイオン、ハイドロゲンスルフェートイオン、メチルスルフェートイオン、エチルスルフェートイオン、メタンスルフォネートイオン、ジメチルホスフェートイオン、ジエチルホスフェートイオン、メチルホスフォネートイオン、ホスフィネートイオン、チオシアネートイオン、及びジシアナミドイオンからなる群から選ばれる一種以上である(6)又は(7)の精製セルロース繊維の製造方法。
(9)前記アニオン部がクロライドイオン、ブロマイドイオン、ジメチルホスフェートイオン、ジエチルホスフェートイオン、メチルホスフォネートイオン、ホスフィネートイオン、チオシアネートイオン、及びジシアナミドイオンからなる群から選ばれる一種以上である(6)〜(8)のいずれか一つの精製セルロース繊維の製造方法。
(10)前記イオン液体が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェートである(6)〜(9)のいずれか一つの精製セルロース繊維の製造方法。
(8) The anion moiety is chloride ion, bromide ion, formate ion, acetate ion, propionate ion, L-lactate ion, methyl carbonate ion, aminoacetate ion, aminopropionate ion, dimethylcarbamate ion, hydrogensulfur Selected from the group consisting of phosphate ion, methyl sulfate ion, ethyl sulfate ion, methane sulfonate ion, dimethyl phosphate ion, diethyl phosphate ion, methyl phosphonate ion, phosphinate ion, thiocyanate ion, and dicyanamide ion The manufacturing method of the refined cellulose fiber of (6) or (7) which is 1 or more types.
(9) The anion portion is at least one selected from the group consisting of chloride ion, bromide ion, dimethyl phosphate ion, diethyl phosphate ion, methyl phosphonate ion, phosphinate ion, thiocyanate ion, and dicyanamide ion (6 )-(8) The manufacturing method of the refinement | purification cellulose fiber any one.
(10) The method for producing a purified cellulose fiber according to any one of (6) to (9), wherein the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate.

本発明によれば、イオン液体を用いた精製セルロース繊維製造工程において、特定の気体雰囲気下で精製セルロース繊維製造を行うことで、イオン液体の分解及び変質・固化を抑制し、イオン液体を高効率にリサイクルすることができる。
また、本発明によれば、二硫化炭素等の有害物質を生じることなく、精製セルロース繊維を製造することができるため、環境負荷を低減することができる。
According to the present invention, in a purified cellulose fiber production process using an ionic liquid, the refined cellulose fiber production is carried out in a specific gas atmosphere, so that the decomposition, alteration and solidification of the ionic liquid are suppressed, and the ionic liquid is highly efficient. Can be recycled.
Further, according to the present invention, the purified cellulose fiber can be produced without producing harmful substances such as carbon disulfide, so that the environmental load can be reduced.

実施例1と比較例1における1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムジエチルフォスフェートに140℃の熱を加えた場合の、状態の変化を加熱前(Original)の状態と共に示した図である。It is the figure which showed the change of a state at the time of applying a 140 degreeC heat | fever to the 1-ethyl-3-methyl- imidazolium diethylphosphate in Example 1 and the comparative example 1 with the state before a heating (Original). 大気中及び窒素雰囲気下における、加熱(140℃)前後の1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムジエチルフォスフェートのFT−IRスペクトルを示した図である。It is the figure which showed the FT-IR spectrum of 1-ethyl-3-methyl-imidazolium diethyl phosphate before and behind heating (140 degreeC) in air | atmosphere and nitrogen atmosphere. 実施例1〜3、比較例1における1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムジエチルフォスフェート(窒素中:実施例1、大気中:比較例1)、実施例2における1−アリル−3−メチル−イミダゾリウムクロライド、実施例3における1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムアセテートに140℃の熱を加えた場合の、重量の変化を示した図である。Examples 1 to 3 and 1-ethyl-3-methyl-imidazolium diethyl phosphate in Comparative Example 1 (in nitrogen: Example 1, in air: Comparative Example 1), 1-allyl-3-methyl in Example 2 -It is the figure which showed the change of a weight when a 140 degreeC heat | fever is added to imidazolium chloride and the 1-ethyl-3-methyl- imidazolium acetate in Example 3. FIG.

本発明の精製セルロース繊維の製造方法では、イオン液体を含む液体にセルロース原料を溶解してなるセルロース溶解液を用いて、必要な場合はろ過、脱泡したのちに精製セルロース繊維を紡糸し、凝固槽中に放出されるイオン液体を回収する。これら全てまたは一部の工程においてイオン液体溶液に接する気体が不活性ガスである。
本発明において、精製セルロース繊維はヘミセルロースやリグニンなどのセルロース以外の成分を含んでいてもよい。
In the method for producing a purified cellulose fiber of the present invention, a cellulose solution obtained by dissolving a cellulose raw material in a liquid containing an ionic liquid is used, and if necessary, the purified cellulose fiber is spun and solidified after filtration and degassing. The ionic liquid released into the tank is collected. In all or some of these steps, the gas in contact with the ionic liquid solution is an inert gas.
In the present invention, the purified cellulose fiber may contain components other than cellulose, such as hemicellulose and lignin.

本発明において、セルロース原料は、セルロースを含むものであれば特に限定されず、植物由来のセルロース原料であってもよく、動物由来のセルロース原料であってもよく、微生物由来のセルロース原料であってもよく、再生セルロース原料であってもよい。
植物由来のセルロース原料としては、木材、綿、麻、その他の草本類等の未加工の天然植物由来のセルロース原料や、パルプ、木材粉、紙製品等の予め加工処理を施された植物由来の加工セルロース原料が挙げられる。
動物由来のセルロース原料としては、ホヤ由来のセルロース原料が挙げられる。
微生物由来のセルロース原料としては、Acetobacter属、Agrobacterium属等に属する微生物の産生するセルロース原料が挙げられる。
再生セルロース原料としては、上記のような植物、動物、又は微生物由来のセルロース原料を、ビスコース法等の公知の方法により再生したセルロース原料が挙げられる。
なかでも、本発明において用いられるセルロース原料としては、イオン液体に良好に溶解するパルプが好ましい。
In the present invention, the cellulose raw material is not particularly limited as long as it contains cellulose, and may be a plant-derived cellulose raw material, an animal-derived cellulose raw material, or a microorganism-derived cellulose raw material. Or a regenerated cellulose raw material.
Plant-derived cellulose raw materials include cellulose raw materials derived from unprocessed natural plants such as wood, cotton, hemp and other herbs, and plants derived from plants that have been processed in advance, such as pulp, wood flour, and paper products. Examples include processed cellulose raw materials.
Examples of animal-derived cellulose raw materials include squirt-derived cellulose raw materials.
Examples of the cellulose raw material derived from microorganisms include cellulose raw materials produced by microorganisms belonging to the genus Acetobacter and Agrobacterium.
Examples of the regenerated cellulose raw material include a cellulose raw material obtained by regenerating a cellulose raw material derived from plants, animals, or microorganisms as described above by a known method such as a viscose method.
Especially, as a cellulose raw material used in this invention, the pulp which melt | dissolves favorably in an ionic liquid is preferable.

本発明において、セルロース原料を、イオン液体を含む液体に溶解する前に、イオン液体への溶解性を向上させる目的でセルロース原料に前処理を施すことができる。前処理として具体的には、乾燥処理や、粉砕、摩砕等の物理的粉砕処理や、酸又はアルカリを用いた化学的変性処理等を行うことができる。これらはいずれも常法により行うことができる。   In the present invention, before the cellulose raw material is dissolved in the liquid containing the ionic liquid, the cellulose raw material can be pretreated for the purpose of improving the solubility in the ionic liquid. Specifically, the pretreatment may include a drying treatment, a physical pulverization treatment such as pulverization and grinding, a chemical modification treatment using an acid or an alkali, and the like. Any of these can be performed by a conventional method.

本発明において、イオン液体とは、150℃以下で液体(融点が150℃以下)であり、且つ、イオンのみからなり、カチオン部またはアニオン部、或いはその両方が有機イオンから構成される溶媒をいう。   In the present invention, the ionic liquid refers to a solvent that is liquid at 150 ° C. or lower (melting point is 150 ° C. or lower) and that is composed only of ions, and the cation portion or anion portion, or both are composed of organic ions. .

前記イオン液体は、カチオン部とアニオン部からなり、イオン液体のカチオン部としては、特に限定されるものではなく、一般的にイオン液体のカチオン部に用いられるものでよい。
なかでも、本発明に用いられるイオン液体のカチオン部の好ましいものとしては、含窒素芳香族カチオン、アンモニウムイオン、フォスフォニウムイオンが挙げられる。
The ionic liquid is composed of a cation portion and an anion portion, and the cation portion of the ionic liquid is not particularly limited and may be generally used for the cation portion of the ionic liquid.
Especially, as a preferable thing of the cation part of the ionic liquid used for this invention, a nitrogen-containing aromatic cation, an ammonium ion, and a phosphonium ion are mentioned.

含窒素芳香族カチオンとして、具体的には、例えばピリジニウムイオン、ピリダジニウムイオン、ピリミジニウムイオン、ピラジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ピラゾニウムイオン、オキサゾリウムイオン、1,2,3−トリアゾリウムイオン、1,2,4−トリアゾリウムイオン、チアゾリウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピロリジニウムイオン等が挙げられる。
なかでも、含窒素芳香族カチオンとしては、イミダゾリウムイオン、ピリミジニウムイオンが好ましく、下記一般式(C1)で表されるイミダゾリウムイオンがより好ましい。
Specific examples of the nitrogen-containing aromatic cation include pyridinium ion, pyridazinium ion, pyrimidinium ion, pyrazinium ion, imidazolium ion, pyrazonium ion, oxazolium ion, 1,2,3-triazoli. Umum ion, 1,2,4-triazolium ion, thiazolium ion, piperidinium ion, pyrrolidinium ion and the like.
Especially, as a nitrogen-containing aromatic cation, an imidazolium ion and a pyrimidinium ion are preferable, and an imidazolium ion represented by the following general formula (C1) is more preferable.

[式中、R〜Rは、それぞれ独立に、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基である。] [Wherein, R 4 to R 5 are each independently a cyano group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and R 6 to R 8 are each independently A hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ]

式(C1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、シアノ基、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基である。
炭素数1〜10のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。
直鎖状のアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、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、デシル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルキル基としては、具体的には、1−メチルエチル基、1,1−ジメチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基などが挙げられる。
環状のアルキル基としては、単環式基であっても、多環式基であってもよい。具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の単環式基;ノルボルニル基、アダマンチル基、イソボルニル基等の多環式基が挙げられる。
〜Rにおけるアルキル基の炭素数は、1〜8であることが好ましい。
炭素数2〜10のアルケニル基としては、炭素数2〜10のアルキル基において、炭素−炭素間の一つの単結合を二重結合に置換したものが例示でき、好ましい例としては、ビニル基、アリル基等が挙げられる。尚、二重結合の位置は特に限定されない。
〜Rにおけるアルケニル基の炭素数は、2〜8であることが好ましい。
また、R〜Rは、それぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
In formula (C1), R 4 to R 5 are each independently a cyano group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms.
The alkyl group having 1 to 10 carbon atoms may be linear, branched or cyclic, preferably linear or branched, and more preferably linear. .
Specific examples of the linear alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, and a decyl group.
Specific examples of the branched alkyl group include 1-methylethyl group, 1,1-dimethylethyl group, 1-methylpropyl group, 2-methylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 2, Examples thereof include 2-dimethylpropyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methylpentyl group and the like.
The cyclic alkyl group may be a monocyclic group or a polycyclic group. Specific examples include monocyclic groups such as cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, and cyclooctyl group; and polycyclic groups such as norbornyl group, adamantyl group, and isobornyl group.
It is preferable that carbon number of the alkyl group in R < 4 > -R < 5 > is 1-8.
Examples of the alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms include an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms in which one carbon-carbon single bond is substituted with a double bond. Preferred examples include a vinyl group, Examples include allyl group. The position of the double bond is not particularly limited.
The number of carbon atoms of the alkenyl group in R 4 to R 5 is preferably 2 to 8.
R 4 to R 5 may be the same or different from each other.

式(C1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基である。
炭素数1〜10のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。ここで、直鎖状、分岐鎖状、環状のアルキル基としては、上記R〜Rのアルキル基と同様のものが挙げられる。
〜Rにおけるアルキル基の炭素数は、1〜6であることが好ましく、1〜3であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
また、R〜Rは、それぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
In formula (C1), R 6 to R 8 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
The alkyl group having 1 to 10 carbon atoms may be linear, branched or cyclic, preferably linear or branched, and more preferably linear. . Here, examples of the linear, branched, and cyclic alkyl groups include the same alkyl groups as those described above for R 4 to R 5 .
The number of carbon atoms of the alkyl group in R 6 to R 8 is preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3, and particularly preferably 1.
R 6 to R 8 may be the same or different from each other.

一般式(C1)で表されるイミダゾリウムイオンの好ましい具体例を、下記一般式(1)として示す。   A preferred specific example of the imidazolium ion represented by the general formula (C1) is shown as the following general formula (1).

[式中、Rは、シアノ基、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数2〜4のアルケニル基を示し、Rは、水素原子又はメチル基を示し、Rはシアノ基、炭素数1〜8のアルキル基、又は炭素数2〜8のアルケニル基を示す。] [Wherein, R 1 represents a cyano group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms, R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 3 represents a cyano group, An alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms is shown. ]

また、一般式(1)で表されるイミダゾリウムイオンの好ましい具体例を、下記式(1−1)〜(1−3)として示す。   Moreover, the preferable specific example of the imidazolium ion represented by General formula (1) is shown as following formula (1-1)-(1-3).

フォスフォニウムイオンとしては、「P」を有するものであれば特に限定されるものではなく、好ましいものとして具体的には、一般式「R(複数のRは、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜30の炭化水素基である。)」で表されるものが挙げられる。
炭素数1〜30の炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。
脂肪族炭化水素基は、飽和炭化水素基(アルキル基)であることが好ましく、該アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよい。
直鎖状のアルキル基としては、炭素数が1〜20であることが好ましく、炭素数が1〜16であることがより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、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、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基等が挙げられる。
分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数が3〜30であり、炭素数が3〜20であることが好ましく、炭素数が3〜16であることがより好ましい。具体的には、1−メチルエチル基、1,1−ジメチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基などが挙げられる。
環状のアルキル基としては、炭素数が3〜30であり、炭素数が3〜20であることが好ましく、炭素数が3〜16であることがより好ましく、単環式基であっても、多環式基であってもよい。具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等の単環式基;ノルボルニル基、アダマンチル基、イソボルニル基等の多環式基が挙げられる。
芳香族炭化水素基は、炭素数が6〜30であることが好ましく、具体的には、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、ビフェニル基、トリル基等のアリール基や、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基等のアリールアルキル基が挙げられる。
ここで、一般式「R」中の複数のRは、それぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
The phosphonium ion is not particularly limited as long as it has “P + ”. Specifically, the phosphonium ion is preferably a general formula “R 4 P + (a plurality of R are independently hydrogen atoms). It is an atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms.) ”.
The hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group.
The aliphatic hydrocarbon group is preferably a saturated hydrocarbon group (alkyl group), and the alkyl group may be linear, branched, or cyclic.
The linear alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, and more preferably 1 to 16 carbon atoms. Specifically, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, A hexadecyl group etc. are mentioned.
The branched alkyl group has 3 to 30 carbon atoms, preferably 3 to 20 carbon atoms, and more preferably 3 to 16 carbon atoms. Specifically, 1-methylethyl group, 1,1-dimethylethyl group, 1-methylpropyl group, 2-methylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 2,2-dimethylpropyl group, 1-methylbutyl Group, 2-methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methylpentyl group and the like.
The cyclic alkyl group has 3 to 30 carbon atoms, preferably 3 to 20 carbon atoms, more preferably 3 to 16 carbon atoms, and even a monocyclic group, It may be a polycyclic group. Specific examples include monocyclic groups such as cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, and cyclooctyl group; and polycyclic groups such as norbornyl group, adamantyl group, and isobornyl group.
The aromatic hydrocarbon group preferably has 6 to 30 carbon atoms. Specifically, an aryl group such as a phenyl group, a 1-naphthyl group, a 2-naphthyl group, a biphenyl group, a tolyl group, or a benzyl group And arylalkyl groups such as a phenethyl group, a naphthylmethyl group, and a naphthylethyl group.
Here, the plurality of R in the general formula “R 4 P + ” may be the same or different.

なかでも、フォスフォニウムイオンとしては、下記一般式(C2)で表されるカチオン部が好ましい。   Especially, as a phosphonium ion, the cation part represented by the following general formula (C2) is preferable.

[式中、R〜R12は、それぞれ独立に、炭素数1〜16のアルキル基である。] [In formula, R < 9 > -R < 12 > is a C1-C16 alkyl group each independently. ]

一般式(C2)中、R〜R12は、それぞれ独立に、炭素数1〜16のアルキル基である。 炭素数1〜16のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよく、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。ここで、直鎖状、分岐鎖状、環状のアルキル基としては、上記同様のものが挙げられる。
また、R〜R12は、それぞれ同じであっても、異なっていてもよいが、入手の容易さから、R〜R12の3つ以上が同じであることが好ましい。
In general formula (C2), R < 9 > -R < 12 > is a C1-C16 alkyl group each independently. The alkyl group having 1 to 16 carbon atoms may be linear, branched or cyclic, preferably linear or branched, and more preferably linear. . Here, examples of the linear, branched, and cyclic alkyl groups include those described above.
R 9 to R 12 may be the same or different from each other, but it is preferable that three or more of R 9 to R 12 are the same from the viewpoint of availability.

なかでも、本発明において、R〜R12のアルキル基としては、炭素数1〜14の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がさらに好ましく、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が特に好ましい。
一般式(C2)で表されるカチオン部の好ましい具体例を、下記式(C2−1)として示す。
Of these, in the present invention, the alkyl group of R 9 to R 12 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, and is a linear or branched chain group having 1 to 10 carbon atoms. Are more preferable, linear or branched alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms are more preferable, and linear or branched alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are particularly preferable.
A preferred specific example of the cation moiety represented by the general formula (C2) is shown as the following formula (C2-1).

本発明おいては、前記カチオン部は、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、アンモニウムイオン、及びフォスフォニウムイオンからなる群から選ばれる一種以上であることがより好ましい。   In the present invention, the cation moiety is more preferably at least one selected from the group consisting of imidazolium ions, pyridinium ions, ammonium ions, and phosphonium ions.

本発明において、アニオン部としてハロゲンイオン、カルボキシレートイオン、スルフェートイオン、スルフォネートイオン、ホスフェートイオン、ホスフォネートイオン、ホスフィネートイオンが挙げられる。
ハロゲンイオンとしては、クロライドイオン、ブロマイドイオン、ヨウダイドイオンが挙げられ、クロライドイオン、ブロマイドイオンが好ましい。
カルボキシレートイオンとしては、ホルメートイオン、アセテートイオン、プロピオネートイオン、ブチレートイオン、ヘキサノエートイオン、マレエートイオン、フマレートイオン、オキサレートイオン、L−ラクテートイオン、ピルベートイオン、メチルカーボネートイオン、アミノアセテートイオン、アミノプロピオネートイオン、ジメチルカルバメートイオンが挙げられ、ホルメートイオン、アセテートイオン、プロピオネートイオン、L−ラクテートイオン、メチルカーボネートイオン、アミノアセテートイオン、アミノプロピオネートイオン、ジメチルカルバメートイオンが好ましい。
スルフェートイオンとしては、ハイドロゲンスルフェートイオン、メチルスルフェートイオン、エチルスルフェートイオン、n−プロピルスルフェートイオン、n−ブチルスルフェートイオンが挙げられ、ハイドロゲンスルフェートイオン、メチルスルフェートイオン、エチルスルフェートイオンが好ましい。
スルフォネートイオンとしては、メタンスルフォネートイオン、トルエンスルフォネートイオン、ベンゼンスルフォネートイオン等が挙げられ、メタンスルフォネートイオンが好ましい。
ホスフェートイオンとしては、下記一般式(A1)で表されるものが挙げられる。
In the present invention, examples of the anion moiety include halogen ions, carboxylate ions, sulfate ions, sulfonate ions, phosphate ions, phosphonate ions, and phosphinate ions.
Examples of the halogen ion include chloride ion, bromide ion, and iodide ion, and chloride ion and bromide ion are preferable.
As the carboxylate ion, formate ion, acetate ion, propionate ion, butyrate ion, hexanoate ion, maleate ion, fumarate ion, oxalate ion, L-lactate ion, pyruvate ion, methyl carbonate Ion, aminoacetate ion, aminopropionate ion, dimethylcarbamate ion, formate ion, acetate ion, propionate ion, L-lactate ion, methyl carbonate ion, aminoacetate ion, aminopropionate ion, Dimethyl carbamate ion is preferred.
Examples of sulfate ions include hydrogen sulfate ions, methyl sulfate ions, ethyl sulfate ions, n-propyl sulfate ions, and n-butyl sulfate ions. Hydrogen sulfate ions, methyl sulfate ions, and ethyl sulfate ions are exemplified. Fate ions are preferred.
Examples of the sulfonate ion include methanesulfonate ion, toluenesulfonate ion, benzenesulfonate ion, and the like, and methanesulfonate ion is preferable.
As a phosphate ion, what is represented by the following general formula (A1) is mentioned.

[式中、R13及びR14はそれぞれ独立に水素原子、又はアルキル基である。] [Wherein, R 13 and R 14 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group. ]

一般式(A1)中、R13及びR14はそれぞれ独立に水素原子、又はアルキル基であり、アルキル基としては、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれであってもよいが、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることが好ましい。R13及びR14のアルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましく、1〜4であることがさらに好ましく、工業上の理由から炭素数1又は2のアルキル基であることが特に好ましい。
13と、R14とは、同じであっても異なっていてもよい。
In the general formula (A1), R 13 and R 14 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group, and the alkyl group may be any of linear, branched, and cyclic. A chain or branched alkyl group is preferred. R 13 and R 14 preferably have 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, still more preferably 1 to 4 carbon atoms, and 1 carbon atom for industrial reasons. Or an alkyl group of 2 is particularly preferred.
R 13 and R 14 may be the same or different.

これらのホスフェートイオンの中で、ジメチルホスフェートイオン、ジエチルホスフェートイオンが好ましい。   Of these phosphate ions, dimethyl phosphate ions and diethyl phosphate ions are preferred.

ホスフォネートイオンとしては、下記一般式(A2)で表されるものが挙げられる。   Examples of the phosphonate ion include those represented by the following general formula (A2).

[式中、R13は上記と同様である。] [Wherein R 13 is the same as defined above. ]

一般式(A2)中、R13は、一般式(A1)中のR13と同様である。 In formula (A2), R 13 is the same as R 13 in the general formula (A1).

これらのホスフォネートイオンの中で、メチルホスフォネートイオンが好ましい。   Of these phosphonate ions, methyl phosphonate ions are preferred.

ホスフィネートイオンは、下記式(A3)で表される。   The phosphinate ion is represented by the following formula (A3).

また、その他のアニオン部として擬ハロゲンイオンも挙げられる。擬ハロゲンイオンは、ハロゲンイオンの特性に類似した特性を有する。擬ハロゲンイオンとしては、シアネートイオン、オキソシアネートイオン、チオシアネートイオン、セレノシアネートイオンが挙げられる。
また、その他のアニオン部としてジシアナミドイオンが挙げられる。
In addition, pseudohalogen ions may be mentioned as other anion moieties. Pseudohalogen ions have properties similar to those of halogen ions. Pseudohalogen ions include cyanate ions, oxocyanate ions, thiocyanate ions, and selenocyanate ions.
Moreover, a dicyanamide ion is mentioned as another anion part.

本発明においては、前記アニオン部がクロライドイオン、ブロマイドイオン、ホルメートイオン、アセテートイオン、プロピオネートイオン、L−ラクテートイオン、メチルカーボネートイオン、アミノアセテートイオン、アミノプロピオネートイオン、ジメチルカルバメートイオン、ハイドロゲンスルフェートイオン、メチルスルフェートイオン、エチルスルフェートイオン、メタンスルフォネートイオン、ジメチルホスフェートイオン、ジエチルホスフェートイオン、メチルホスフォネートイオン、ホスフィネートイオン、チオシアネートイオン、ジシアナミドイオンからなる群から選ばれる一種以上であることがより好ましい。   In the present invention, the anion moiety is chloride ion, bromide ion, formate ion, acetate ion, propionate ion, L-lactate ion, methyl carbonate ion, aminoacetate ion, aminopropionate ion, dimethylcarbamate ion, Selected from the group consisting of hydrogen sulfate ion, methyl sulfate ion, ethyl sulfate ion, methane sulfonate ion, dimethyl phosphate ion, diethyl phosphate ion, methyl phosphonate ion, phosphinate ion, thiocyanate ion, dicyanamide ion More preferably, it is at least one kind.

本発明におけるイオン液体は、上述したようなカチオン部とアニオン部とから構成される。カチオン部とアニオン部との組合せは、特に限定されるものではなく、セルロース原料を好適に溶解しうるものを一種以上選択することができる。
好ましいイオン液体としては、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(AmimCl)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(C2mimAc)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェート(C2mimDEP、C2mim(EtO)PO)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルホスフォネート(C2mimMEP、C2mim MeOHPO)、又は1−エチル−3−メチルイミダゾリウムホスフィネート(C2mim HPO)等が挙げられ、より好ましくは1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェートが挙げられる。
本発明に用いられるイオン液体は、一種でもよいし、二種以上でもよい。
The ionic liquid in the present invention is composed of a cation portion and an anion portion as described above. The combination of the cation part and the anion part is not particularly limited, and one or more kinds capable of suitably dissolving the cellulose raw material can be selected.
Preferred ionic liquids include 1-allyl-3-methylimidazolium chloride (AmimCl), 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc), 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate (C2mimDEP, C2mim ( EtO) 2 PO 2 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium methyl phosphonate (C2mimM EP, C2mim MeOHPO 2 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium phosphinate (C2mim H 2 PO 2 ), etc. More preferred is 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate.
The ionic liquid used in the present invention may be one kind or two or more kinds.

また、本発明におけるイオン液体は、10℃/分の速度で昇温する条件でJIS K 7120に準拠して求めた分解開始温度が220℃以上であることが好ましく、230℃以上であることがより好ましく、250℃以上であることがさらに好ましい。
イオン液体を加熱した際の分解開始温度が高い程、該イオン液体の熱安定性が高いことを意味する。熱安定性の高いイオン液体を用いることにより、加熱時のイオン液体の分解量が少なくなり高効率のリサイクルが容易となり、且つ、精製セルロース繊維製造工程における設定温度の自由度も高くなる。
ここで、分解開始温度は、市販の熱重量分析装置(TGA)等を用いて、JIS K7120に準拠して測定することができる。具体的には窒素(N)雰囲気下にて、10℃/分の昇温スピードで昇温を行いイオン液体の重量を測定する。得られた結果を横軸に温度、縦軸に重量(%)をプロットしたTGA曲線を得る。最初の緩い重量減少区間の接線と、その後の急激な重量変化をする屈曲点間の勾配が最大となる接線の交点部分に相当する温度を該イオン液体の分解開始温度とした。
In addition, the ionic liquid in the present invention preferably has a decomposition start temperature of 220 ° C. or higher, determined according to JIS K 7120 under the condition of increasing the temperature at a rate of 10 ° C./min, and is 230 ° C. or higher. More preferably, it is more preferably 250 ° C. or higher.
The higher the decomposition start temperature when the ionic liquid is heated, the higher the thermal stability of the ionic liquid. By using an ionic liquid having high thermal stability, the amount of decomposition of the ionic liquid at the time of heating is reduced, recycling with high efficiency is facilitated, and the degree of freedom in setting temperature in the purified cellulose fiber production process is increased.
Here, the decomposition start temperature can be measured according to JIS K7120 using a commercially available thermogravimetric analyzer (TGA) or the like. Specifically, the temperature of the ionic liquid is measured by increasing the temperature at a temperature increase rate of 10 ° C./min in a nitrogen (N 2 ) atmosphere. A TGA curve is obtained in which the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents weight (%). The temperature corresponding to the intersection of the tangent line of the first loose weight reduction section and the tangent line where the gradient between the bending points where the weight changes suddenly becomes maximum is defined as the decomposition start temperature of the ionic liquid.

本発明におけるイオン液体は、上述したように製造工程で熱履歴を受けた時に分解、変質しにくいものであることが好ましいが、本発明者らの検討により、大気中高温条件下では、イオン液体の重量が減少すると共に、イオン液体が固化するという問題が明らかになった。
これに対して、本発明の精製セルロース繊維の製造方法においては、セルロースを溶解、ろ過、脱泡、紡糸し、イオン液体を凝固槽から回収する全てまたは一部の工程をイオン液体溶液に接する気体を不活性ガスとすることにより、イオン液体の分解及び変質・固化を抑制し、イオン液体を高効率にリサイクルすることができる。
本発明において、このような効果が得られる理由は明らかではないが、次のように推察される。
加熱前後のイオン液体をFT−IRで分析し、スペクトルを求めると、大気中で加熱したイオン液体では加熱前には見られなかったカルボニル基に相当するシグナルが観察される。これに対して、窒素雰囲気下で加熱したイオン液体ではカルボニル基のシグナルが見られなかった。よって、イオン液体の大気中での変質・固化の原因は酸化劣化である可能性が考えられる。イオン液体の変質・固化は空気中の酸素による劣化のため、工程の全部または一部のイオン液体溶液に接する気体が不活性ガスであればよい。
一方で、酸素を含まない窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下でも加熱による重量減少が大きいイオン液体も存在する。特にセルロースの溶解溶媒として一般的によく知られているカルボン酸系アニオンは窒素雰囲気下でも熱分解による重量減少が大きく、リサイクルの回収率が低くなる。
As described above, the ionic liquid in the present invention is preferably one that is not easily decomposed or denatured when subjected to a thermal history in the production process. As the weight of ionic liquid decreased, the problem that the ionic liquid solidified became clear.
On the other hand, in the method for producing purified cellulose fiber of the present invention, all or part of the process of dissolving, filtering, defoaming and spinning cellulose and recovering the ionic liquid from the coagulation tank is in contact with the ionic liquid solution. By making the inert gas into an inert gas, it is possible to suppress the decomposition, alteration and solidification of the ionic liquid, and to recycle the ionic liquid with high efficiency.
In the present invention, the reason why such an effect is obtained is not clear, but is presumed as follows.
When the ionic liquid before and after heating is analyzed by FT-IR and the spectrum is obtained, a signal corresponding to a carbonyl group that was not observed before heating is observed in the ionic liquid heated in the atmosphere. In contrast, no carbonyl signal was observed in the ionic liquid heated in a nitrogen atmosphere. Therefore, there is a possibility that the cause of alteration / solidification of the ionic liquid in the atmosphere is oxidative degradation. Since the ionic liquid is deteriorated and solidified due to oxygen in the air, the gas in contact with all or part of the ionic liquid solution may be an inert gas.
On the other hand, there are ionic liquids that have a large weight loss due to heating even in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas not containing oxygen. In particular, a carboxylic acid anion generally well known as a dissolving solvent for cellulose has a large weight loss due to thermal decomposition even in a nitrogen atmosphere, and a recycling recovery rate is low.

本発明において用いられる不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、炭酸ガスから選ばれるものが好ましく、さらに好ましくは窒素ガス、アルゴンガス、特に好ましくは窒素ガスである。
セルロースの溶解、セルロース溶液のろ過・脱泡・紡糸、使用後のイオン液体のリサイクルをする際には、イオン液体の溶液に接する部分に不活性ガスが存在していればよく、不活性ガスは流通していても、していなくてもよい。
The inert gas used in the present invention is preferably selected from nitrogen gas, helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, xenon gas, carbon dioxide gas, more preferably nitrogen gas, argon gas, particularly preferably nitrogen. Gas.
When dissolving cellulose, filtering / defoaming / spinning cellulose solution, and recycling ionic liquid after use, it is sufficient that an inert gas exists in the part in contact with the ionic liquid solution. It may or may not be in circulation.

本発明において、イオン液体の使用量は特に限定されるものではないが、セルロース溶解液におけるセルロース原料の濃度としては、3〜30重量%であることが好ましく、5〜25重量%であることがより好ましく、8〜15重量%がさらに好ましい。セルロース原料の濃度が低すぎる場合、紡糸されたセルロースは、緻密な繊維となり難い。一方、セルロース原料の濃度が高すぎる場合、セルロース原料を完全に溶解することができない。   In the present invention, the use amount of the ionic liquid is not particularly limited, but the concentration of the cellulose raw material in the cellulose solution is preferably 3 to 30% by weight, and preferably 5 to 25% by weight. More preferably, 8 to 15% by weight is even more preferable. When the concentration of the cellulose raw material is too low, the spun cellulose is difficult to become a dense fiber. On the other hand, when the concentration of the cellulose raw material is too high, the cellulose raw material cannot be completely dissolved.

本発明において、セルロース原料を溶解する液体は、上記イオン液体を含むものである。上記液体は、イオン液体以外の液体成分を含有していてもよいし、含有していなくてもよい。イオン液体以外の液体成分として具体的には、有機溶媒が挙げられる。   In the present invention, the liquid for dissolving the cellulose raw material contains the ionic liquid. The liquid may or may not contain liquid components other than the ionic liquid. Specific examples of liquid components other than the ionic liquid include organic solvents.

有機溶媒としては、イオン液体以外のものであれば特に限定されるものではなく、イオン液体との相溶性や、粘性等を考慮して適宜選択することができる。
なかでも、有機溶媒としては、アミド系溶媒、スルホキシド系溶媒、ニトリル系溶媒、エーテル系溶媒、芳香族アミン系溶媒、及びケトン系溶媒からなる群から選ばれる1種以上であることが好ましい。
The organic solvent is not particularly limited as long as it is other than the ionic liquid, and can be appropriately selected in consideration of compatibility with the ionic liquid, viscosity, and the like.
Among these, the organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of amide solvents, sulfoxide solvents, nitrile solvents, ether solvents, aromatic amine solvents, and ketone solvents.

アミド系溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチル−2−ピロリドン、1−ビニル−2−ピロリドン等が挙げられる。
スルホキシド系溶媒としては、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチレンスルホキシド等が挙げられる。
ニトリル系溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等が挙げられる。
エーテル系溶媒としては、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,3,5−トリオキサン、酢酸エチル等が挙げられる。
芳香族アミン系溶媒としては、ピリジン等が挙げられる。
ケトン系溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。
Examples of the amide solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, 1-vinyl-2-pyrrolidone and the like.
Examples of the sulfoxide solvent include dimethyl sulfoxide and hexamethylene sulfoxide.
Examples of nitrile solvents include acetonitrile, propionitrile, benzonitrile and the like.
Examples of the ether solvent include 1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,3,5-trioxane, ethyl acetate and the like.
Examples of the aromatic amine solvent include pyridine.
Examples of ketone solvents include acetone and methyl ethyl ketone.

これらの有機溶媒を用いる場合、イオン液体と有機溶媒との配合重量比は、6:1〜0.1:1であることが好ましく、5:1〜0.2:1であることがより好ましく、4:1〜0.5:1であることがさらに好ましい。上記範囲とすることにより、セルロース原料を膨潤しやすい溶媒とすることができる。
また、有機溶媒の使用量は特に限定されるものではないが、セルロース原料1重量部に対して、1〜30重量部であることが好ましく、1〜25重量部であることが好ましく、1.5〜10重量部であることがより好ましい。上記範囲とすることにより、適度な粘度のセルロース溶解液とすることができる。
上記のような有機溶媒を、イオン液体と併せて用いることにより、セルロース原料の溶解性がより向上するため好ましい。
When these organic solvents are used, the blending weight ratio between the ionic liquid and the organic solvent is preferably 6: 1 to 0.1: 1, more preferably 5: 1 to 0.2: 1. More preferably, it is 4: 1 to 0.5: 1. By setting it as the said range, it can be set as the solvent which is easy to swell a cellulose raw material.
The amount of the organic solvent used is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 parts by weight, more preferably 1 to 25 parts by weight with respect to 1 part by weight of the cellulose raw material. More preferably, it is 5 to 10 parts by weight. By setting it as the said range, it can be set as the cellulose solution of moderate viscosity.
It is preferable to use the organic solvent as described above in combination with the ionic liquid because the solubility of the cellulose raw material is further improved.

本発明において、セルロース原料を、イオン液体を含む液体に溶解する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、イオン液体を含む液体と、セルロース原料とを接触させ、必要に応じて加熱や攪拌を行うことにより、セルロース溶解液を得ることができる。
イオン液体を含む液体と、セルロース原料とを接触させる方法は、特に限定されるものではなく、例えば、イオン液体を含む液体にセルロース原料を添加してもよいし、セルロース原料にイオン液体を含む液体を添加してもよい。
溶解の際に加熱を行う場合、加熱温度は、30〜200℃であることが好ましく、70〜180℃であることがより好ましい。加熱を行うことにより、セルロース原料の溶解性がさらに向上するため好ましい。
上述したように、本発明においては、不活性ガス雰囲気下でセルロース原料を溶解することにより、イオン液体の分解及び変質・固化を抑制できる。
攪拌の方法は、特に限定されるものではなく、攪拌羽根、攪拌棒、ローター、スクリュー等を用いて例えば溶解槽、密封ミキサーや押し出し機でイオン液体を含む液体とセルロース原料とを機械的に攪拌してもよく、イオン液体を含む液体とセルロース原料とを密閉容器に封入し、マイクロウェーブで溶解してもよい。攪拌の時間は、特に限定されるものではなく、セルロース原料が好適に溶解されるまで行うことが好ましい。
In the present invention, the method for dissolving the cellulose raw material in the liquid containing the ionic liquid is not particularly limited. For example, the liquid containing the ionic liquid and the cellulose raw material are brought into contact with each other and heated or stirred as necessary. By performing this, a cellulose solution can be obtained.
The method for bringing the liquid containing the ionic liquid into contact with the cellulose raw material is not particularly limited. For example, the cellulose raw material may be added to the liquid containing the ionic liquid, or the liquid containing the ionic liquid in the cellulose raw material. May be added.
When heating is performed during dissolution, the heating temperature is preferably 30 to 200 ° C, more preferably 70 to 180 ° C. It is preferable to perform heating because the solubility of the cellulose raw material is further improved.
As described above, in the present invention, by dissolving the cellulose raw material in an inert gas atmosphere, it is possible to suppress decomposition, alteration and solidification of the ionic liquid.
The stirring method is not particularly limited, and the liquid containing the ionic liquid and the cellulose raw material are mechanically stirred using a stirring blade, a stirring bar, a rotor, a screw, etc., for example, in a dissolution tank, a sealed mixer or an extruder. Alternatively, a liquid containing an ionic liquid and a cellulose raw material may be sealed in a sealed container and dissolved by microwaves. The stirring time is not particularly limited, and it is preferable to carry out the stirring until the cellulose raw material is suitably dissolved.

また、イオン液体を含む液体が、イオン液体に加えて有機溶媒を含む場合、有機溶媒とイオン液体とは、予め混合しておいてもよく、イオン液体とセルロース原料とを混合した後に、有機溶媒を添加して溶解してもよく、有機溶媒とセルロース原料とを混合した後に、イオン液体を添加して溶解してもよい。
なかでも、有機溶媒とイオン液体とを予め混合して混合液を製造しておくことが好ましい。この際、有機溶媒とイオン液体とが均一に混合されるよう、70〜180℃において5〜30分程度加熱しながら攪拌し、イオン液体を含む液が均一になるまで混合しておくことが好ましい。
この様にして得られた、イオン液体を用いたセルロース溶解液は、必要に応じてセルロース微結晶及び変性セルロース微結晶、カーボンナノチューブ、クレイ、シリカ等の充填剤や界面活性剤、老化防止剤等の添加物を含んでも良い。
この様にして得られた、イオン液体を用いたセルロース溶解液は、必要に応じてろ過、脱泡してもよい。この際、溶液の粘度を下げるために、該溶解液を30〜180℃に加熱して行うことが好ましい。
When the liquid containing the ionic liquid contains an organic solvent in addition to the ionic liquid, the organic solvent and the ionic liquid may be mixed in advance, and after mixing the ionic liquid and the cellulose raw material, the organic solvent May be added and dissolved, or after mixing the organic solvent and the cellulose raw material, the ionic liquid may be added and dissolved.
Especially, it is preferable to mix an organic solvent and an ionic liquid beforehand, and to manufacture a liquid mixture. At this time, it is preferable that the organic solvent and the ionic liquid are stirred while heating at 70 to 180 ° C. for about 5 to 30 minutes, and mixed until the liquid containing the ionic liquid becomes uniform. .
Cellulose solution using ionic liquid obtained in this way is filled with cellulose microcrystals and modified cellulose microcrystals, carbon nanotubes, clay, silica, etc., surfactants, anti-aging agents, etc. The additive may be included.
The cellulose solution using the ionic liquid thus obtained may be filtered and defoamed as necessary. At this time, in order to lower the viscosity of the solution, it is preferable that the solution is heated to 30 to 180 ° C.

上記のようにして得られたセルロース溶解液を、前記セルロース溶解液以外の液体である凝固液に接触させて、セルロースを凝固して、乾湿式紡糸、湿式紡糸等の公知の紡糸法により精製セルロース繊維を紡糸することができる。
乾湿式紡糸とは、一般的に紡糸口金から一旦気体中に吐出されたセルロース溶解液を、凝固液を保持する凝固槽中に導入して、セルロースを紡糸する方法であり、湿式紡糸とは、凝固槽中に配した紡糸口金から吐出されたセルロースを紡糸する方法である。
凝固槽とは、セルロースを凝固させるための凝固液が保持された浴槽を意味する。かかる凝固液としては、水及び極性溶媒が単独あるいは組み合わせで用いられ、更にそれらに上述したイオン液体が含まれてもよい。
極性溶媒としては、テトラヒドロフラン、アセトン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸、ギ酸、1−ヘプタノール、1−ブタノール、2−プロパノール、1−プロパノール、エタノール、メタノール等が挙げられる。
紡糸後の凝固槽中の凝固液から、蒸留、膜分離等の公知の分離法によりイオン液体を回収してリサイクルすることができる。
蒸留法としては、薄膜蒸留法、減圧蒸留法、常圧蒸留法、分子蒸留法等が挙げられる。
膜分離法としては、限外濾過法、逆浸透膜法等が挙げられる。
The cellulose solution obtained as described above is contacted with a coagulation solution that is a liquid other than the cellulose solution to coagulate the cellulose, and purified cellulose by a known spinning method such as dry-wet spinning or wet spinning. The fiber can be spun.
Dry and wet spinning is a method of spinning cellulose by generally introducing a cellulose solution once discharged into a gas from a spinneret into a coagulation tank holding a coagulation liquid. This is a method of spinning cellulose discharged from a spinneret disposed in a coagulation tank.
The coagulation tank means a bathtub in which a coagulating liquid for coagulating cellulose is held. As such a coagulating liquid, water and a polar solvent may be used alone or in combination, and the ionic liquid described above may be further included therein.
Examples of the polar solvent include tetrahydrofuran, acetone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetic acid, formic acid, 1-heptanol, 1-butanol, 2-propanol, 1-propanol, ethanol, methanol and the like.
The ionic liquid can be recovered from the coagulation liquid in the coagulation tank after spinning by a known separation method such as distillation or membrane separation and recycled.
Examples of the distillation method include a thin film distillation method, a vacuum distillation method, an atmospheric distillation method, and a molecular distillation method.
Examples of the membrane separation method include an ultrafiltration method and a reverse osmosis membrane method.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

[セルロース繊維の作製]
[実施例1]
パルプを窒素雰囲気下で100回紡糸後の1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(AmimCl)に溶解したセルロース溶解液を作製し、これを紡糸温度に加熱後、窒素雰囲気下で、押出機にて凝固槽中に押し出し、洗浄、乾燥の工程を経て、セルロース繊維を得た。
セルロース溶解液、及びセルロース繊維の性状を、以下の試験方法で測定し、結果を表1に示した。
(1) Dope性状
セルロース溶解液を目視により確認した。
(2)曳糸性
セルロース溶解液を測定皿に約0.06mlを滴下し、直径3mmの測定子を押し当て、10mm/sの速度で引き上げたときの糸切れする高さで評価した。
(3)繊維生産性
セルロース繊維の生産性を評価した。
判定基準を以下に示した。
×:ボビンに巻きつけることが出来ない、又は、ボビンに繊維を巻きつけることはできるが、巻取量がほとんどとれない。
◎ :ほとんど糸切れがなく、十分に巻取量が確保出来る。
[Production of cellulose fiber]
[Example 1]
A cellulose solution obtained by dissolving pulp in 1-allyl-3-methylimidazolium chloride (AmimCl) after spinning 100 times in a nitrogen atmosphere is prepared, heated to the spinning temperature, and then placed in an extruder in a nitrogen atmosphere. Then, it was extruded into a coagulation tank, and after washing and drying, cellulose fibers were obtained.
The properties of the cellulose solution and cellulose fibers were measured by the following test methods, and the results are shown in Table 1.
(1) Dope property The cellulose solution was visually confirmed.
(2) Spinnability About 0.06 ml of a cellulose solution was dropped onto a measurement dish, and a measurement piece having a diameter of 3 mm was pressed against the measurement dish.
(3) Fiber productivity The productivity of cellulose fibers was evaluated.
The judgment criteria are shown below.
X: The bobbin cannot be wound, or the fiber can be wound around the bobbin, but the amount of winding can hardly be taken.
A: There is almost no thread breakage, and a sufficient winding amount can be secured.

[実施例2]
パルプを窒素雰囲気下で100回紡糸後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェート(C2mimDEP)に溶解した以外、実施例8と同様にセルロース繊維を得た。
セルロース溶解液、及びセルロース繊維の性状を、実施例1と同様の試験方法で測定し、結果を表1に示した。
[Example 2]
Cellulose fibers were obtained in the same manner as in Example 8, except that the pulp was dissolved in 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate (C2mimDEP) after spinning 100 times in a nitrogen atmosphere.
Properties of the cellulose solution and cellulose fibers were measured by the same test method as in Example 1, and the results are shown in Table 1.

[実施例3]
パルプをアルゴン雰囲気下で100回紡糸後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェート(C2mimDEP)に溶解したセルロース溶解液を作製し、これを紡糸温度に加熱後、アルゴン雰囲気下で、押出機にて凝固槽中に押し出し、洗浄、乾燥の工程を経て、セルロース繊維を得た。
セルロース溶解液、及びセルロース繊維の性状を、実施例1と同様の試験方法で測定し、結果を表1に示した。
[Example 3]
A cellulose solution was prepared by dissolving pulp in 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate (C2mimDEP) after spinning 100 times in an argon atmosphere. After heating this to the spinning temperature, an extruder in an argon atmosphere Was extruded into a coagulation tank, and after washing and drying, cellulose fibers were obtained.
Properties of the cellulose solution and cellulose fibers were measured by the same test method as in Example 1, and the results are shown in Table 1.

[実施例4]
パルプを窒素雰囲気下で30回紡糸後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(C2mimAc)に溶解したセルロース溶解液を作製し、これを紡糸温度に加熱後、窒素雰囲気下で、押出機にて凝固槽中に押し出し、洗浄、乾燥の工程を経て、セルロース繊維を得た。
セルロース溶解液、及びセルロース繊維の性状を、実施例1と同様の試験方法で測定し、結果を表1に示した。
[Example 4]
A cellulose solution prepared by dissolving pulp in 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc) after spinning 30 times in a nitrogen atmosphere was prepared, heated to the spinning temperature, and then placed in an extruder in a nitrogen atmosphere. Then, it was extruded into a coagulation tank, and after washing and drying, cellulose fibers were obtained.
Properties of the cellulose solution and cellulose fibers were measured by the same test method as in Example 1, and the results are shown in Table 1.

[比較例1]
パルプを大気条件下で48回紡糸後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェート(C2mimDEP)に溶解したセルロース溶解液を作製したが、イオン液体が固化してセルロースが溶解しなかった。
セルロース溶解液の性状を、実施例8と同様の試験方法で測定し、結果を表1に示した。
[Comparative Example 1]
A cellulose solution was prepared by dissolving the pulp in 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate (C2mimDEP) after spinning 48 times under atmospheric conditions, but the ionic liquid solidified and the cellulose did not dissolve.
The properties of the cellulose solution were measured by the same test method as in Example 8, and the results are shown in Table 1.

[比較例2]
パルプを大気条件下で20回紡糸後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェート(C2mimDEP)に溶解したセルロース溶解液を作製し、これを紡糸温度に加熱後、大気条件下で、押出機にて凝固槽中に押し出し、洗浄、乾燥の工程を経て、セルロース繊維を得た。
セルロース溶解液、及びセルロース繊維の性状を、実施例1と同様の試験方法で測定し、結果を表3に示した。
[Comparative Example 2]
A cellulose solution is prepared by dissolving pulp in 20-spinning 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate (C2mimDEP) under atmospheric conditions. After heating the spinning solution to the spinning temperature, an extruder is used under atmospheric conditions. Was extruded into a coagulation tank, and after washing and drying, cellulose fibers were obtained.
The properties of the cellulose solution and cellulose fibers were measured by the same test method as in Example 1, and the results are shown in Table 3.

[比較例3]
パルプを大気条件下で20回紡糸後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(C2mimAc)に溶解したセルロース溶解液を作製したが、イオン液体が固化してセルロースが溶解しなかった。
セルロース溶解液の性状を、実施例8と同様の試験方法で測定し、結果を表1に示した。
[Comparative Example 3]
A cellulose solution was prepared by dissolving pulp in 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc) after spinning 20 times under atmospheric conditions, but the ionic liquid solidified and cellulose did not dissolve.
The properties of the cellulose solution were measured by the same test method as in Example 8, and the results are shown in Table 1.

[イオン液体の熱安定性の検討]
[実施例5]
イオン液体の熱安定性について検討した。
本発明に係るイオン液体として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェート(C2mimDEP)を用いて、窒素雰囲気下における熱安定性の検討を行った。
具体的には、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートについて、熱重量測定装置(Q600、ティー・エイ・インスツルメント社製)を用いて、窒素雰囲気下で10℃/分の速度で昇温させながら重量変化を測定した。得られた結果を、横軸に温度、縦軸に重量(%)をプロットしたTGA曲線を得る。最初の緩い重量減少区間の接線と、その後の急激な重量変化をする屈曲点間の勾配が最大となる接線の交点部分に相当する温度を分解開始温度とし表1に示した。
またオーブン(ヤマト科学社製)を用いて、窒素雰囲気下140℃で加熱処理した。100時間加熱処理後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートの性状変化を図1に示す。さらに加熱処理1日〜6日の経時的重量変化を図3に示す。原料不純物に由来する初期の減量を除いた加熱処理後1日〜6日の間の重量変化を直線近似し、その直線の傾きを分解速度(重量(%)/日)とし表2に示した。
窒素雰囲気下で140℃4日間加熱した1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートのFT−IRスペクトルを求めた。その結果を加熱前のC2mimDEPの結果とともに図2に示す。
[Examination of thermal stability of ionic liquid]
[Example 5]
The thermal stability of ionic liquid was investigated.
As the ionic liquid according to the present invention, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate (C2mimDEP) was used to examine thermal stability in a nitrogen atmosphere.
Specifically, with respect to 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate, a thermogravimetric measuring device (Q600, manufactured by TA Instruments Inc.) is used and a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere. The change in weight was measured while the temperature was raised at. The obtained results are obtained as a TGA curve in which temperature is plotted on the horizontal axis and weight (%) is plotted on the vertical axis. Table 1 shows the temperature corresponding to the intersection of the tangent line of the first loose weight reduction section and the tangential line where the gradient between the bending points where the weight changes suddenly changes thereafter is the maximum, as the decomposition start temperature.
Moreover, it heat-processed at 140 degreeC by nitrogen atmosphere using oven (made by Yamato Scientific). The change in the properties of 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate after the heat treatment for 100 hours is shown in FIG. Furthermore, the time-dependent weight change of 1st-6th of heat processing is shown in FIG. Table 2 shows a linear approximation of the change in weight between the first and sixth days after heat treatment excluding the initial weight loss due to the raw material impurities, and the slope of the straight line is the decomposition rate (weight (%) / day). .
The FT-IR spectrum of 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate heated at 140 ° C. for 4 days in a nitrogen atmosphere was determined. The result is shown in FIG. 2 together with the result of C2mimDEP before heating.

[実施例6]
本発明に係るイオン液体として、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(AmimCl)を用いて、窒素雰囲気下における熱安定性の検討を行った。具体的には、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライドについて、熱重量測定装置(Q600、ティー・エイ・インスツルメント社製)を用いて、窒素雰囲気下で10℃/分の速度で昇温させながら重量変化を測定した。得られた結果を横軸に温度、縦軸に重量(%)をプロットしたTGA曲線を得る。最初の緩い重量減少区間の接線と、その後の急激な重量変化をする屈曲点間の勾配が最大となる接線の交点部分に相当する温度を分解開始温度とし表2に示した。
またオーブン(ヤマト科学社製)を用いて、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライドを窒素雰囲気下140℃で加熱処理した。加熱処理1日〜6日の経時的重量変化を図3に示す。加熱処理後1日〜6日の間の重量変化を直線近似し、その直線の傾きを分解速度(重量(%)/日)とし表2に示した。
[Example 6]
As the ionic liquid according to the present invention, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride (AmimCl) was used to examine the thermal stability in a nitrogen atmosphere. Specifically, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride was increased at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere using a thermogravimetric measuring device (Q600, manufactured by TA Instruments). The change in weight was measured while warming. A TGA curve is obtained in which the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents weight (%). Table 2 shows the temperature corresponding to the intersection of the tangent line of the first loose weight decreasing section and the tangent line where the gradient between the bending points where the weight changes suddenly becomes maximum is the decomposition start temperature.
Moreover, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride was heat-treated at 140 ° C. in a nitrogen atmosphere using an oven (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). FIG. 3 shows changes in weight over time from 1 day to 6 days of the heat treatment. The weight change between the first day and the sixth day after the heat treatment was approximated by a straight line, and the slope of the straight line was shown as the decomposition rate (weight (%) / day) in Table 2.

[実施例7]
本発明に係るイオン液体として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(C2mimAc)を用いて、窒素雰囲気下における熱安定性の検討を行った。具体的には、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートについて、熱重量測定装置(Q600、ティー・エイ・インスツルメント社製)を用いて、窒素雰囲気下で10℃/分の速度で昇温させながら重量変化を測定した。得られた結果を横軸に温度、縦軸に重量(%)をプロットしたTGA曲線を得る。最初の緩い重量減少区間の接線と、その後の急激な重量変化をする屈曲点間の勾配が最大となる接線の交点部分に相当する温度を分解開始温度とし表2に示した。
また、オーブン(ヤマト科学社製)を用いて、窒素雰囲気下で1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートを140℃で加熱処理した。加熱処理1日〜6日の経時的重量変化を図3に示す。加熱処理後1日〜6日の間の重量変化を直線近似し、その直線の傾きを分解速度(重量(%)/日)とし表2に示した。
[Example 7]
As the ionic liquid according to the present invention, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc) was used to examine thermal stability in a nitrogen atmosphere. Specifically, for 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, the temperature was increased at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere using a thermogravimetric measurement device (Q600, manufactured by TA Instruments). The change in weight was measured while warming. A TGA curve is obtained in which the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents weight (%). Table 2 shows the temperature corresponding to the intersection of the tangent line of the first loose weight decreasing section and the tangent line where the gradient between the bending points where the weight changes suddenly becomes maximum is the decomposition start temperature.
Moreover, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate was heat-processed at 140 degreeC in nitrogen atmosphere using oven (made by Yamato Scientific company). FIG. 3 shows changes in weight over time from 1 day to 6 days of the heat treatment. The weight change between the first day and the sixth day after the heat treatment was approximated by a straight line, and the slope of the straight line was shown as the decomposition rate (weight (%) / day) in Table 2.

[比較例4]
イオン液体として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェート(C2mimDEP)を用いて、大気中における熱安定性の検討を行った。
具体的には、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートについて、オーブン(ヤマト科学社製)を用いて、大気条件下で140℃加熱処理した。100時間加熱処理後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートの性状変化を図1に示す。さらに加熱処理1日〜6日の経時的重量変化を図3に示す。加熱処理後1日〜6日の間の重量変化を直線近似し、その直線の傾きを分解速度(重量(%)/日)とし表2に示した。
大気条件下で140℃ 2日間、7日間それぞれ加熱した1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートのFT−IRスペクトルを求めた。その結果を図2に示す。
[Comparative Example 4]
As the ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate (C2mimDEP) was used to examine thermal stability in the atmosphere.
Specifically, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate was heat-treated at 140 ° C. under atmospheric conditions using an oven (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). The change in the properties of 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate after the heat treatment for 100 hours is shown in FIG. Furthermore, the time-dependent weight change of 1st-6th of heat processing is shown in FIG. The weight change between 1 day and 6 days after the heat treatment was approximated by a straight line, and the slope of the straight line was shown in Table 2 as the decomposition rate (weight (%) / day).
FT-IR spectra of 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate heated at 140 ° C. for 2 days and 7 days under atmospheric conditions were obtained. The result is shown in FIG.

[溶解に温度の及ぼす影響の検討]
[実施例8]
イオン性液体のセルロース溶解に温度が及ぼす影響について検討した。
本発明に係るイオン液体として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェート(C2mimDEP)に終濃度10%となるパルプを加えて、105℃で4時間溶解し、得られたDopeの性状を目視により確認した。その結果を表3に示した。
[Examination of the effect of temperature on dissolution]
[Example 8]
The effect of temperature on cellulose dissolution of ionic liquids was investigated.
As an ionic liquid according to the present invention, pulp having a final concentration of 10% is added to 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate (C2mimDEP), and dissolved at 105 ° C. for 4 hours. The properties of the obtained Dope are It was confirmed visually. The results are shown in Table 3.

[実施例9]
溶解温度を80℃とした以外、実施例8と同様にして、得られたDopeの性状を目視により確認した。その結果を表3に示した。
[Example 9]
The properties of the obtained Dope were visually confirmed in the same manner as in Example 8 except that the melting temperature was 80 ° C. The results are shown in Table 3.

[実施例10]
溶解温度を25℃とした以外、実施例8と同様にして、得られたDopeの性状を目視により確認した。その結果を表3に示した。
[Example 10]
The properties of the obtained Dope were visually confirmed in the same manner as in Example 8, except that the dissolution temperature was 25 ° C. The results are shown in Table 3.

[実施例11]
本発明に係るイオン液体として、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(AmimCl)に終濃度10%となるパルプを加えて、105℃で4時間溶解し、得られたDopeの性状を目視により確認した。その結果を表3に示した。
[Example 11]
As an ionic liquid according to the present invention, a pulp having a final concentration of 10% is added to 1-allyl-3-methylimidazolium chloride (AmimCl), dissolved at 105 ° C. for 4 hours, and the properties of the obtained Dope are visually observed. confirmed. The results are shown in Table 3.

[実施例12]
溶解温度を80℃とした以外、実施例11と同様にして、得られたDopeの性状を目視により確認した。その結果を表3に示した。
[Example 12]
The properties of the obtained Dope were visually confirmed in the same manner as in Example 11 except that the melting temperature was 80 ° C. The results are shown in Table 3.

[実施例13]
溶解温度を25℃とした以外、実施例11と同様にして、得られたDopeの性状を目視により確認した。その結果を表3に示した。
[Example 13]
The properties of the obtained Dope were visually confirmed in the same manner as in Example 11 except that the melting temperature was 25 ° C. The results are shown in Table 3.

表1にまとめたように、天然繊維の製造工程を不活性ガス中で行うことによって100回(C2mimAcは30回)リサイクル後のイオン液体を用いて紡糸が行えた。一方で製造工程を大気中で行うとリサイクル回数が多くなるにつれてイオン液体の固化や溶解性の低下から精製セルロース繊維の製造に適さないことが明らかとなった。このように、精製セルロース繊維の製造工程でイオン液体に接する気体を不活性ガスとすることによって、イオン液体を効率的にリサイクル利用できる。リサイクル利用の効率を高めることによって、工程から出る廃棄物量を少なくして環境への負荷が少ない製造方法とすることができる。   As summarized in Table 1, spinning was performed using the ionic liquid after recycling 100 times (C2mimAc was 30 times) by performing the natural fiber production process in an inert gas. On the other hand, when the production process was performed in the air, it became clear that the ionic liquid was not suitable for the production of purified cellulose fibers due to the solidification of the ionic liquid and the decrease in solubility as the number of recycles increased. Thus, by making the gas in contact with the ionic liquid an inert gas in the production process of the purified cellulose fiber, the ionic liquid can be efficiently recycled. By increasing the efficiency of recycling, it is possible to reduce the amount of waste generated from the process and to produce a manufacturing method with less environmental impact.

図1中、(a)は加熱処理前の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートを示し、(b)は大気下、140℃100時間処理後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートを示し、(c)は窒素雰囲気下、140℃100時間処理後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートを示す。
図1の結果から、大気下では、140℃100時間後にはイオン液体が固化したのに対し、窒素雰囲気下では液状を維持していることが確認された。固化したイオン液体はセルロースの溶解に使えないため、精製セルロース繊維の製造に適さない。本結果から繊維製造工程でイオン液体溶液に接する気体を不活性ガスとすることによってイオン液体の固化を抑制できることが明らかである。
In FIG. 1, (a) shows 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate before heat treatment, and (b) 1-ethyl-3-methylimidazolium after treatment at 140 ° C. for 100 hours in the atmosphere. Diethyl phosphate is shown, and (c) shows 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate after treatment at 140 ° C. for 100 hours in a nitrogen atmosphere.
From the results shown in FIG. 1, it was confirmed that the ionic liquid solidified after 140 hours at 140 ° C. in the air, while maintaining the liquid state in the nitrogen atmosphere. Since the solidified ionic liquid cannot be used for dissolving cellulose, it is not suitable for producing purified cellulose fibers. From this result, it is clear that solidification of the ionic liquid can be suppressed by using an inert gas as the gas in contact with the ionic liquid solution in the fiber manufacturing process.

図2に、加熱前、窒素雰囲気下140℃で4日間加熱処理後、大気中140℃でそれぞれ2日間、7日間加熱処理後の1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートのFT−IRスペクトルを示す。
図2の結果から、大気中で加熱した1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートでは、加熱前には見られなかったカルボニル基に相当するシグナルが観察された。このことから、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートが大気中で加熱されたときには、酸化反応が起きていることが明らかである。これに対して、窒素雰囲気下で加熱した場合は、カルボニル基に相当するシグナルが見られないことから、酸化反応が抑制されていることが明らかである。図1の結果と合わせて考えると、イオン液体の変質・固化には酸化反応が関与していると考えられ、酸化反応を抑制することによってイオン液体の変質・固化を抑制することができることが明らかである。
FIG. 2 shows FT-IR of 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate before heating, after heat treatment at 140 ° C. for 4 days in a nitrogen atmosphere, and after heat treatment at 140 ° C. in air for 2 days and 7 days, respectively. The spectrum is shown.
From the result of FIG. 2, in 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate heated in the atmosphere, a signal corresponding to a carbonyl group that was not observed before heating was observed. From this, it is clear that when 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate is heated in the atmosphere, an oxidation reaction occurs. On the other hand, when heated in a nitrogen atmosphere, no signal corresponding to the carbonyl group is observed, so it is clear that the oxidation reaction is suppressed. Considering together with the results of FIG. 1, it is considered that an oxidation reaction is involved in the alteration / solidification of the ionic liquid, and it is clear that the alteration / solidification of the ionic liquid can be suppressed by suppressing the oxidation reaction. It is.

図3は、大気下及び窒素雰囲気下、140℃での1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェート(窒素雰囲気下:実施例1、大気下:比較例1)、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(実施例2)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(実施例3)の重量の経時的変化を示したグラフである。窒素雰囲気下で加熱した時の揮発物の分析結果から1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートの加熱初期(1日目)の重量減少はイオン液体に不純物として含まれる成分が揮発したことが主な理由で、その後の重量減少は分解によるものと考えられる。
図3の結果から求めた分解速度を表1に示した。1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェートの分解速度を大気中と窒素雰囲気下で比較にすると、窒素雰囲気下では大気中と比べてイオン液体の質量減少が3分の1に抑制されることが確認された。また、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテートは、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェート、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムクロライドに比べて窒素雰囲気下でも重量減少が顕著であり、熱履歴が140℃、24時間相当になると、イオン液体の回収率は94%が上限であることが明らかである。なお、中国特許第101328626号明細書では、連続紡糸における紡糸の温度として140℃が例示されている。前記の熱履歴が140℃、24時間というのはこの連続紡糸で紡糸温度に加熱されている時間が累積で24時間になったものに相当する。
FIG. 3 shows 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate at 140 ° C. in air and nitrogen atmosphere (in nitrogen atmosphere: Example 1, in air: Comparative Example 1), 1-allyl-3- It is the graph which showed the time-dependent change of the weight of methyl imidazolium chloride (Example 2) and 1-ethyl-3-methyl imidazolium acetate (Example 3). From the results of analysis of volatiles when heated in a nitrogen atmosphere, the weight loss of 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate at the beginning of heating (day 1) was due to volatilization of components contained as impurities in the ionic liquid. The main reason for this is that subsequent weight loss is believed to be due to degradation.
The decomposition rates determined from the results of FIG. When the decomposition rate of 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate is compared in the air and in a nitrogen atmosphere, the mass loss of the ionic liquid is suppressed to one third in the nitrogen atmosphere as compared to the air. It was confirmed. In addition, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate has a significant weight loss even in a nitrogen atmosphere as compared with 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate and 1-allyl-3-methylimidazolium chloride. When the heat history reaches 140 ° C. for 24 hours, it is apparent that the upper limit of the recovery rate of the ionic liquid is 94%. In the specification of Chinese Patent No. 101382626, 140 ° C. is exemplified as the spinning temperature in continuous spinning. The heat history of 140 ° C. and 24 hours corresponds to the cumulative heating time of 24 hours at the spinning temperature.

さらに、表2にまとめたように、イオン液体3種の窒素雰囲気下での分解開始温度と、140℃加熱時重量減少率を比較すると相関のあることがわかる。イオン液体の窒素雰囲気下での分解開始温度が230℃以上のイオン液体を用いることによって、熱履歴が140℃、24時間相当となっても、不純物を含まないイオン液体の重量に対して、95%のイオン液体を回収できる可能性のあることが明らかである。さらに、分解開始温度が250℃以上のイオン液体を用いることによって、熱履歴が140℃、24時間相当となっても、不純物を含まないイオン液体の重量に対して、99%のイオン液体を回収できる可能性のあることが明らかである。このように窒素雰囲気下のイオン液体分解開始温度を求めることによって加熱時の重量減少率が低く、リサイクル性に優れたイオン液体を選び出すことができる。   Furthermore, as summarized in Table 2, it can be seen that there is a correlation between the decomposition start temperatures of the three ionic liquids in a nitrogen atmosphere and the weight loss rate when heated at 140 ° C. By using an ionic liquid having a decomposition start temperature of 230 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere of the ionic liquid, even if the thermal history is 140 ° C. for 24 hours, the weight of the ionic liquid containing no impurities is 95 It is clear that% ionic liquid may be recovered. Furthermore, by using an ionic liquid having a decomposition start temperature of 250 ° C. or higher, 99% of the ionic liquid is recovered with respect to the weight of the ionic liquid not containing impurities, even if the thermal history is 140 ° C. for 24 hours. It is clear that there is a possibility that it can be done. As described above, by determining the ionic liquid decomposition start temperature in a nitrogen atmosphere, it is possible to select an ionic liquid having a low weight loss rate during heating and excellent recyclability.

表3の結果から、セルロースのイオン液体への溶解性は温度が高いほど良い。溶解温度が25℃では溶解性が悪いために4時間経過してもセルロースの溶け残りがあり、工業的なDopeの調製には適さないことが明らかである。   From the results in Table 3, the higher the temperature, the better the solubility of cellulose in the ionic liquid. Since the solubility is poor at a dissolution temperature of 25 ° C., it remains clear that cellulose remains undissolved even after 4 hours, which is not suitable for industrial Dope preparation.

以上の結果から、本発明によれば、イオン液体を用いた精製セルロース繊維製造工程において、工程の全部または一部においてイオン液体が接する気体を不活性ガスとすることによってイオン液体の分解及び変質・固化を抑制し、イオン液体を高効率にリサイクルすることができることが明らかである。   From the above results, according to the present invention, in the refined cellulose fiber production process using the ionic liquid, the gas that is in contact with the ionic liquid in all or part of the process is made an inert gas to decompose and alter the ionic liquid. It is clear that solidification can be suppressed and the ionic liquid can be recycled with high efficiency.

Claims (10)

イオン液体を含む液体にセルロース原料を溶解してなるセルロース溶解液を用いて、精製セルロースを紡糸する精製セルロース繊維の製造方法であって、セルロース原料を溶解する工程から紡糸するまでの工程の少なくとも一部を、不活性ガスの雰囲気下で行うことを特徴とする精製セルロース繊維の製造方法。   A method for producing a purified cellulose fiber in which purified cellulose is spun using a cellulose solution obtained by dissolving a cellulose raw material in a liquid containing an ionic liquid, and at least one of the steps from the step of dissolving the cellulose raw material to the spinning. A method for producing a purified cellulose fiber, wherein the part is performed in an inert gas atmosphere. 前記不活性ガスが窒素ガスである請求項1に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The method for producing a purified cellulose fiber according to claim 1, wherein the inert gas is nitrogen gas. 10℃/分の速度で昇温時の前記イオン液体の分解開始温度が220℃以上であるイオン液体を用いた請求項1又は2に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The manufacturing method of the refined cellulose fiber of Claim 1 or 2 using the ionic liquid whose decomposition start temperature of the said ionic liquid at the time of temperature rising at a rate of 10 degree-C / min is 220 degreeC or more. 10℃/分の速度で昇温時の前記イオン液体の分解開始温度が230℃以上であるイオン液体を用いた請求項1〜3のいずれか一項に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The manufacturing method of the refined cellulose fiber as described in any one of Claims 1-3 using the ionic liquid whose decomposition start temperature of the said ionic liquid at the time of temperature rising at a rate of 10 degree-C / min is 230 degreeC or more. セルロース原料を溶解する工程における溶解温度が30℃以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The method for producing a purified cellulose fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein a dissolution temperature in the step of dissolving the cellulose raw material is 30 ° C or higher. 前記イオン液体は、カチオン部とアニオン部からなり、前記カチオン部は、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、アンモニウムイオン、及びフォスフォニウムイオンからなる群から選ばれる一種以上である請求項1〜5のいずれか一項に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The ionic liquid comprises a cation part and an anion part, and the cation part is one or more selected from the group consisting of imidazolium ions, pyridinium ions, ammonium ions, and phosphonium ions. A method for producing a purified cellulose fiber according to one item. 前記カチオン部が下記一般式(1)で表されるイミダゾリウムイオンである請求項6に記載の精製セルロース繊維の製造方法。
[式中、Rは、シアノ基、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数2〜4のアルケニル基を示し、Rは、水素原子又はメチル基を示し、Rはシアノ基、炭素数1〜8のアルキル基、又は炭素数2〜8のアルケニル基を示す。]
The method for producing a purified cellulose fiber according to claim 6, wherein the cation moiety is an imidazolium ion represented by the following general formula (1).
[Wherein, R 1 represents a cyano group, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms, R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 3 represents a cyano group, An alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms is shown. ]
前記アニオン部がクロライドイオン、ブロマイドイオン、ホルメートイオン、アセテートイオン、プロピオネートイオン、L−ラクテートイオン、メチルカーボネートイオン、アミノアセテートイオン、アミノプロピオネートイオン、ジメチルカルバメートイオン、ハイドロゲンスルフェートイオン、メチルスルフェートイオン、エチルスルフェートイオン、メタンスルフォネートイオン、ジメチルホスフェートイオン、ジエチルホスフェートイオン、メチルホスフォネートイオン、ホスフィネートイオン、チオシアネートイオン、及びジシアナミドイオンからなる群から選ばれる一種以上である請求項6又は7に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The anion portion is chloride ion, bromide ion, formate ion, acetate ion, propionate ion, L-lactate ion, methyl carbonate ion, aminoacetate ion, aminopropionate ion, dimethylcarbamate ion, hydrogen sulfate ion, One or more selected from the group consisting of methyl sulfate ion, ethyl sulfate ion, methane sulfonate ion, dimethyl phosphate ion, diethyl phosphate ion, methyl phosphonate ion, phosphinate ion, thiocyanate ion, and dicyanamide ion A method for producing a purified cellulose fiber according to claim 6 or 7. 前記アニオン部がクロライドイオン、ブロマイドイオン、ジメチルホスフェートイオン、ジエチルホスフェートイオン、メチルホスフォネートイオン、ホスフィネートイオン、チオシアネートイオン、及びジシアナミドイオンからなる群から選ばれる一種以上である請求項6〜8のいずれか一項に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The anion portion is at least one selected from the group consisting of chloride ion, bromide ion, dimethyl phosphate ion, diethyl phosphate ion, methyl phosphonate ion, phosphinate ion, thiocyanate ion, and dicyanamide ion. The manufacturing method of the purified cellulose fiber as described in any one of these. 前記イオン液体が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジエチルホスフェートである請求項6〜9のいずれか一項に記載の精製セルロース繊維の製造方法。   The method for producing a purified cellulose fiber according to any one of claims 6 to 9, wherein the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate.
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