JP2015071848A - Method for producing fine cellulose fiber - Google Patents

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昇 新谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of obtaining a fine cellulose fiber at a high yield even in low input energy and producing a fine cellulose fiber at high productivity.SOLUTION: Provided is a method for producing a fine cellulose fiber with the number average fiber size of 200 nm or lower by subjecting a cellulose fiber to splitting treatment, as the cellulose fiber, the cellulose fiber into which a cationic group is introduced by 0.05 to 3.0 mmol/g is used, and the splitting treatment is performed by a high speed rotary type dispersion machine and a high pressure type dispersing machine.

Description

本発明は、数平均繊維径が200nm以下の微細セルロース繊維を製造する方法に関し、具体的には、高速回転式分散機と高圧式分散機を用いて機械的解繊処理を行うことにより、微細セルロース繊維を効率的に製造する方法に関する。
本発明はまた、この製造方法により得られた微細セルロース繊維を含有する分散液、セルロース繊維シート、及びセルロース繊維複合材料に関する。
The present invention relates to a method for producing fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 200 nm or less. Specifically, by carrying out mechanical defibrating using a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser, The present invention relates to a method for efficiently producing cellulose fibers.
The present invention also relates to a dispersion containing fine cellulose fibers obtained by this production method, a cellulose fiber sheet, and a cellulose fiber composite material.

近年、工業製品、構造材料、化粧品、食品、ガスバリア材料等において、生分解性があり、微細なセルロース繊維の分散液を製造することが検討されている。セルロースはその伸びきり鎖結晶が故に、低線膨張係数と高弾性率と高強度とを発現することが知られている。また、微細化することにより、樹脂と複合化して複合材料とした際、高透明性を示す材料としても注目されている。このような高透明性、低線膨張係数を有するセルロース繊維の複合材料(セルロース繊維複合材料)の用途の例としては、フラットパネルディスプレイや有機LED照明、太陽光発電パネルなどに代表される電気・電子デバイス向けの基板材料がある。   In recent years, it has been studied to produce a dispersion of fine cellulose fibers that are biodegradable in industrial products, structural materials, cosmetics, foods, gas barrier materials, and the like. It is known that cellulose exhibits a low linear expansion coefficient, a high elastic modulus, and a high strength because of its extended chain crystal. In addition, it has attracted attention as a material exhibiting high transparency when it is miniaturized to be combined with a resin to form a composite material. Examples of applications of cellulose fiber composite materials (cellulosic fiber composite materials) having such a high transparency and low linear expansion coefficient include electricity / representatives such as flat panel displays, organic LED lighting, and photovoltaic power generation panels. There are substrate materials for electronic devices.

従来、このようなセルロースの微細繊維を得るために、例えば、特許文献1には、木粉を高圧式ホモジナイザー、高速回転式ホモジナイザー、超音波ホモジナイザーなどで機械的に解繊する方法が提案されている。しかし、この方法では、解繊性を高めるためには大きなエネルギーが必要である。また、所望の微細繊維を得るために、解繊処理後に遠心分離操作を行うが、その際の更なる回収率の向上、生産性の向上が求められている。   Conventionally, in order to obtain such cellulose fine fibers, for example, Patent Document 1 proposes a method of mechanically defibrating wood flour with a high-pressure homogenizer, a high-speed rotary homogenizer, an ultrasonic homogenizer, or the like. Yes. However, this method requires a large amount of energy in order to improve defibration. Moreover, in order to obtain a desired fine fiber, although centrifugation operation is performed after a fibrillation process, the further improvement of the recovery rate in that case and the improvement of productivity are calculated | required.

また、例えば特許文献2では、セルロース繊維として四級アンモニウム基を含有する化合物でカチオン変性されたカチオン性ミクロフィブリル化植物繊維を用いて、リファイナーにより解繊して微細セルロース繊維を得ている。しかしながら、この方法では微細な繊維が得られるものの、繊維の回収率及び生産性の問題が残っていた。   Further, for example, in Patent Document 2, a cationic microfibrillated plant fiber cation-modified with a compound containing a quaternary ammonium group is used as a cellulose fiber, and the fine cellulose fiber is obtained by defibration with a refiner. However, although fine fibers can be obtained by this method, problems of fiber recovery and productivity remain.

特開2009―167397号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-167397 特開2011−162608号公報JP 2011-162608 A

本発明は、工業的スケールにおいても、従来法よりも更に高い生産性で微細セルロース繊維を得ることができる方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a method capable of obtaining fine cellulose fibers with higher productivity than conventional methods even on an industrial scale.

本発明者が鋭意検討した結果、解繊処理に供するセルロース繊維として特定のセルロース繊維を用い、かつ特定の解繊処理を行うことにより、高い生産性で微細セルロース繊維を製造できることが分かり本発明に到達した。   As a result of intensive studies by the present inventors, it was found that by using a specific cellulose fiber as a cellulose fiber to be subjected to a defibrating treatment and performing a specific defibrating treatment, fine cellulose fibers can be produced with high productivity. Reached.

すなわち、本発明は、
セルロース繊維を解繊処理することにより、数平均繊維径が200nm以下の微細セルロース繊維を製造する方法において、該セルロース繊維として、カチオン性基が0.05〜3.0mmol/g導入されたセルロース繊維を用い、高速回転式分散機及び高圧式分散機で解繊処理をすることを特徴とする微細セルロース繊維の製造方法、
この製造方法により得られた微細セルロース繊維を含有する分散液、
この製造方法により得られた微細セルロース繊維を含有するセルロース繊維シート、
及び
この製造方法により得られた微細セルロース繊維とマトリックス材料とを含有するセルロース繊維複合材料、
に存する。
That is, the present invention
In the method for producing fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 200 nm or less by defibrating the cellulose fibers, the cellulose fibers introduced with 0.05 to 3.0 mmol / g of a cationic group as the cellulose fibers , A method for producing fine cellulose fibers, characterized by performing a defibrating treatment with a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser,
A dispersion containing fine cellulose fibers obtained by this production method,
A cellulose fiber sheet containing fine cellulose fibers obtained by this production method,
And a cellulose fiber composite material containing fine cellulose fibers and a matrix material obtained by this production method,
Exist.

本発明によれば、低い投入エネルギーでも、微細セルロース繊維を高い収率で得ることができ、所望の微細セルロース繊維を、工業的スケールにおいても高い生産性で製造することができる。   According to the present invention, fine cellulose fibers can be obtained in high yield even with low input energy, and desired fine cellulose fibers can be produced with high productivity even on an industrial scale.

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、本発明はこれらの内容に特定はされるものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail below. However, the description of constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is specified by these contents. It is not a thing.

[微細セルロース繊維の製造方法]
本発明の微細セルロース繊維の製造方法は、セルロース繊維を解繊処理することにより、数平均繊維径が200nm以下の微細セルロース繊維を製造する方法において、該セルロース繊維として、カチオン性基が0.05〜3.0mmol/g導入されたセルロース繊維を用い、高速回転式分散機及び高圧式分散機で解繊処理をすることを特徴とする。
[Production method of fine cellulose fiber]
The method for producing fine cellulose fibers of the present invention is a method for producing fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 200 nm or less by defibrating the cellulose fibers. A cellulose fiber introduced with ~ 3.0 mmol / g is used for defibration treatment with a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser.

まず、セルロース繊維について説明する。以下、解繊処理を施すセルロース繊維を「セルロース繊維原料」という。また、本発明の微細セルロース繊維の製造方法により得られた微細セルロース繊維を「本発明の微細セルロース繊維」という。
本発明の微細セルロース繊維は、以下のセルロース繊維原料にカチオン性基を導入する工程と、カチオン性基が導入されたセルロース繊維原料を解繊処理する工程を経て製造される。
First, cellulose fibers will be described. Hereinafter, the cellulose fiber subjected to the defibrating treatment is referred to as “cellulose fiber raw material”. Moreover, the fine cellulose fiber obtained by the manufacturing method of the fine cellulose fiber of this invention is called "the fine cellulose fiber of this invention."
The fine cellulose fiber of this invention is manufactured through the process of introduce | transducing a cationic group into the following cellulose fiber raw materials, and the process of defibrating the cellulose fiber raw material into which the cationic group was introduce | transduced.

<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ことが好ましい。
<Cellulose fiber raw material>
In this invention, it is preferable that a cellulose fiber raw material removes an impurity from the cellulose containing material as shown below through a general refinement | 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含有物が好ましい。
(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, a cellulose-containing material obtained from a plant-derived raw material is preferable.

(セルロース含有物の精製方法)
本発明に用いられるセルロース繊維原料は好ましくは上記のセルロース含有物を通常の方法で精製して得られる。
(Method for purifying cellulose-containing material)
The cellulose fiber raw material used in the present invention is preferably obtained by purifying the above cellulose-containing material by a usual method.

この精製方法としては、例えば、セルロース含有物をベンゼン−エタノール混合溶媒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方法が挙げられる。また、ワイズ法の他に、過酢酸を用いる方法(pa法)、過酢酸と過硫酸を併用する過酢酸過硫酸混合物を用いる方法(pxa法)、塩素・モノエタノールアミン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ってもよい。   As this purification method, for example, there is a method in which a cellulose-containing material is degreased with a mixed solvent of benzene-ethanol or an aqueous sodium carbonate solution, then subjected to delignification treatment with chlorite (Wise method), and dehemicellulose treatment with alkali. Can be mentioned. In addition to the Wise method, a method using peracetic acid (pa method), a method using a mixture of peracetic acid and persulfuric acid in combination with peracetic acid and persulfuric acid (pxa method), and a chlorine / monoethanolamine method are also used as purification methods. Used. Moreover, you may perform a bleaching process etc. further suitably.

セルロース含有物は、一般的な化学パルプの製造方法、例えばクラフトパルプ、サルファイドパルプ、アルカリパルプ、硝酸パルプの製造方法に従って精製処理することもでき、また、セルロース含有物を蒸解釜で加熱処理して脱リグニン等の処理を行い、更に漂白処理等を行う方法であってもよい。
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。
Cellulose-containing materials can be refined according to a general chemical pulp production method, for example, kraft pulp, sulfide pulp, alkali pulp, nitrate pulp production method, and the cellulose-containing material can be heat-treated in a digester. A method of performing a treatment such as delignification and further performing a bleaching treatment may be used.
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.

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に特に定めはないが、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。セルロース含有物を精製して得られるセルロース繊維原料の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。   Although there is no particular limitation on the degree of purification of the cellulose fiber raw material obtained by refining the cellulose-containing material, 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 of the cellulose fiber raw material obtained by refining the cellulose-containing material 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−セルロースの比率が高い方が、セルロース繊維複合材料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。セルロース含有物を精製して得られるセルロース繊維原料の結晶性のα−セルロース成分と非結晶性のヘミセルロース成分との比率(重量比率)は好ましくは70対30以上、より好ましくは75対25以上、さらに好ましくは80対20以上で、結晶性のα−セルロース成分の比率が高いことが好ましい。   The cellulose component can be classified into a crystalline α-cellulose component and an amorphous hemicellulose component. A higher ratio of crystalline α-cellulose is preferable because a low linear expansion coefficient, high elastic modulus, and high strength can be easily obtained when a cellulose fiber composite material is obtained. The ratio (weight ratio) between the crystalline α-cellulose component and the amorphous hemicellulose component of the cellulose fiber raw material obtained by refining the cellulose-containing material is preferably 70 to 30 or more, more preferably 75 to 25 or more. More preferably, it is 80:20 or more and the ratio of the crystalline α-cellulose component is high.

(セルロース繊維原料の繊維径)
本発明に用いられる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く、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。例えばチップ等の数cm大のものを精製したものである場合、リファイナーやビーター等の離解機で機械的処理を行い、50μm程度にすることが好ましい。
(Fiber diameter of cellulose fiber raw material)
The fiber diameter of the cellulose fiber raw material used in the present invention is not particularly limited, and the number average fiber diameter is 1 μm to 1 mm. What has undergone general purification is about 50 μm. For example, when a chip or the like having a size of several centimeters is refined, it is preferable to perform a mechanical treatment with a disintegrator such as a refiner or a beater to make it about 50 μm.

<カチオン性基の導入>
本発明においては、通常、上記セルロース繊維原料に対して、カチオン性基を導入する。解繊処理の後にカチオン性基を導入することも可能であるが、解繊処理を施す前のセルロース繊維原料にカチオン性基が導入されていると、セルロース繊維原料の解繊処理効率が向上し、低い投入エネルギーでの微細化が可能となるため、本発明では、解繊処理前のセルロース繊維原料にカチオン性基を導入することが好ましい。
<Introduction of cationic group>
In the present invention, a cationic group is usually introduced into the cellulose fiber raw material. Although it is possible to introduce a cationic group after the defibrating treatment, if a cationic group is introduced into the cellulose fiber raw material before the defibrating treatment, the fibrillation efficiency of the cellulose fiber raw material is improved. In the present invention, it is preferable to introduce a cationic group into the cellulose fiber raw material before the defibrating treatment, because miniaturization with low input energy becomes possible.

(カチオン性基)
カチオン性基は、セルロース繊維を構成するセルロースの水酸基の一部をカチオン性基で置換することにより導入される。
(Cationic group)
The cationic group is introduced by substituting a part of the hydroxyl group of cellulose constituting the cellulose fiber with a cationic group.

カチオン性基とは、その基内に、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウムなどのオニウムを有する基であって、通常は、分子量が1000以下程度の基である。カチオン性基として具体的には、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム、これらアンモニウム、ホスホニウムまたはスルホニウムを有する基が挙げられる。本発明において、カチオン性基としては、アンモニウムを有する基が好ましく、特に、四級アンモニウムを含む基が好ましい。
本発明において、カチオン性基は、その1種のみがセルロース繊維原料に導入されていてもよく、2種以上が導入されていてもよい。
The cationic group is a group having an onium such as ammonium, phosphonium, or sulfonium in the group, and is usually a group having a molecular weight of about 1000 or less. Specific examples of the cationic group include ammonium, phosphonium, sulfonium, and a group having ammonium, phosphonium or sulfonium. In the present invention, the cationic group is preferably a group having ammonium, and particularly preferably a group containing quaternary ammonium.
In the present invention, only one of the cationic groups may be introduced into the cellulose fiber raw material, or two or more thereof may be introduced.

これらのカチオン性基は、カチオン性基を有する化合物をセルロース繊維原料に反応させることにより導入することができる。
即ち、カチオン性基は、上記のアンモニウム、ホスホニウムまたはスルホニウムなどのカチオン性基と、セルロースの水酸基と反応する基とを有する化合物を、セルロース繊維原料に反応させることにより導入することが好ましく、ここで、セルロースの水酸基と反応する基としては、その水酸基と反応して共有結合を形成する反応基であれば特に限定はなく、例えば、エポキシ基又はそれを形成し得るハロヒドリン基、活性ハロゲン基、活性ビニル基、メチロール基等が挙げられる。これらの内、反応性の点からエポキシ基又はそれを形成し得るハロヒドリン基が好ましい。
These cationic groups can be introduced by reacting a compound having a cationic group with a cellulose fiber raw material.
That is, the cationic group is preferably introduced by reacting a cellulose fiber raw material with a compound having a cationic group such as ammonium, phosphonium or sulfonium and a group capable of reacting with a hydroxyl group of cellulose. The group that reacts with the hydroxyl group of cellulose is not particularly limited as long as it is a reactive group that reacts with the hydroxyl group to form a covalent bond. For example, an epoxy group or a halohydrin group capable of forming it, an active halogen group, an active group A vinyl group, a methylol group, etc. are mentioned. Among these, an epoxy group or a halohydrin group capable of forming it is preferable from the viewpoint of reactivity.

セルロース繊維原料にカチオン性基を導入するために用いられる、カチオン性基と、セルロースの水酸基と反応する基を有する化合物(以下、「カチオン性基を有する化合物」と称す場合がある。)としては、例えば、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等のグリシジルトリアルキルアンモニウムハライド或いはそのハロヒドリン等が挙げられる。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。   As a compound having a cationic group and a group that reacts with a hydroxyl group of cellulose (hereinafter sometimes referred to as “compound having a cationic group”) used for introducing a cationic group into a cellulose fiber raw material. Examples thereof include glycidyltrialkylammonium halides such as glycidyltrimethylammonium chloride and 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, and halohydrins thereof. These may be used alone or in combination of two or more.

カチオン性基を有する化合物とセルロース繊維原料との反応方法(以下、「カチオン化反応」と称す場合がある。)としては、例えば、グリシジルトリアルキルアンモニウムハライドを用いる場合、反応溶媒中で、セルロース繊維原料にグリシジルトリアルキルアンモニウムハライドと触媒である水酸化アルカリ金属塩を作用させることにより反応させる方法が挙げられる。   As a method for reacting a compound having a cationic group with a cellulose fiber raw material (hereinafter sometimes referred to as “cationization reaction”), for example, when glycidyltrialkylammonium halide is used, cellulose fiber is used in a reaction solvent. The method of making it react by making glycidyl trialkyl ammonium halide and the alkali metal hydroxide salt which is a catalyst act on a raw material is mentioned.

反応溶媒としては、水、或いは一般的な有機溶剤が用いられるが、特に水、或いは低級アルコール、具体的にはメタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール等の炭素数1〜4程度の低級アルコールの1種又は2種以上、或いはこれらの低級アルコールと水との混合溶媒を使用することができ、その使用量は、セルロース繊維原料に対し1〜30重量倍程度とすることが好ましい。   As the reaction solvent, water or a general organic solvent is used. In particular, water or a lower alcohol, specifically methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol, etc. One or more kinds of about 4 lower alcohols, or a mixed solvent of these lower alcohols and water can be used, and the amount used is about 1 to 30 times the weight of the cellulose fiber raw material. Is preferred.

触媒の水酸化アルカリ金属塩としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の1種又は2種以上が使用できる。   As the alkali metal hydroxide salt of the catalyst, one or more of sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like can be used.

カチオン化反応は、通常0℃以上、好ましくは20℃以上、通常90℃以下、好ましくは80℃以下で、通常30分以上、好ましくは1時間以上、通常10時間以下、好ましくは4時間以下行う。   The cationization reaction is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower, usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, usually 10 hours or shorter, preferably 4 hours or shorter. .

尚、カチオン性基を有する化合物と触媒の使用量は、用いるセルロース繊維原料、反応系の溶媒組成、反応器の機械的条件、その他の要因によって適宜調整する。   In addition, the usage-amount of the compound and catalyst which have a cationic group is suitably adjusted with the cellulose fiber raw material to be used, the solvent composition of a reaction system, the mechanical conditions of a reactor, and other factors.

反応終了後、残存する水酸化アルカリ金属塩を鉱酸、或いは有機酸により中和した後、常法により洗浄、精製してカチオン性基を有するセルロース繊維原料を得ることができる。   After completion of the reaction, the remaining alkali metal hydroxide salt is neutralized with a mineral acid or an organic acid, and then washed and purified by a conventional method to obtain a cellulose fiber raw material having a cationic group.

カチオン性基を有する化合物との反応でセルロース繊維原料に導入されるカチオン性基としては、具体的には下記式(1)で表される基であることが好ましい。   Specifically, the cationic group introduced into the cellulose fiber raw material by the reaction with the compound having a cationic group is preferably a group represented by the following formula (1).

Figure 2015071848
Figure 2015071848

(式(1)中、R,RおよびRはそれぞれ独立にアルキル基(好ましくは炭素数1〜10のアルキル基、特に好ましくはメチル基)を表し、XはCl等のハロゲンイオンを表す。Ceは、セルロースを表し、Ce−O−の−O−はセルロースの水酸基とグリシジルトリアルキルアンモニウムハライドとの反応で生じたエーテル結合である。) (In the formula (1), R 1 , R 2 and R 3 each independently represents an alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, particularly preferably a methyl group), and X represents a halogen such as Cl or the like. (Ce represents cellulose, and -O- in Ce-O- represents an ether bond formed by the reaction between a hydroxyl group of cellulose and a glycidyltrialkylammonium halide.)

カチオン性基の導入量としては、セルロース繊維原料のセルロースに対する、カチオン性基の置換度として、0.05〜3.0mmol/gであり、0.14mmol/g以上が好ましく、0.21mmol/g以上がより好ましく、2.14mmol/g以下が好ましく、2.07mmol/g以下がより好ましい。カチオン性基の導入量がこの範囲であることによって、セルロース繊維原料間に静電反発力が作用して解繊処理効率が向上し、生産性高く微細セルロース繊維を製造することができる。   The introduction amount of the cationic group is 0.05 to 3.0 mmol / g, preferably 0.14 mmol / g or more, and 0.21 mmol / g as the degree of substitution of the cationic group with respect to cellulose of the cellulose fiber raw material. The above is more preferable, 2.14 mmol / g or less is preferable, and 2.07 mmol / g or less is more preferable. When the introduction amount of the cationic group is within this range, an electrostatic repulsion force acts between the cellulose fiber raw materials to improve the fibrillation treatment efficiency, and fine cellulose fibers can be produced with high productivity.

カチオン性基の置換度は、元素分析によりカチオン性基に含まれる窒素等の元素を定量したり、また固体NMRによってカチオン性基に特有な分子構造のピークを定量することによって求めることができる。   The degree of substitution of the cationic group can be determined by quantifying elements such as nitrogen contained in the cationic group by elemental analysis, or by quantifying the peak of the molecular structure unique to the cationic group by solid-state NMR.

<解繊処理>
本発明では、カチオン性基が導入されたセルロース繊維原料(以下「カチオン化セルロース繊維原料」と称す場合がある。)に対し、高速回転式分散機及び高圧式分散機で解繊処理を施す。本発明の微細セルロース繊維の製造方法は、高速回転式分散機及び高圧式分散機を併用することに特徴があるため、その順番は問わないが、高速回転式分散機で先に処理する方が、高濃度のセルロース繊維原料の解繊処理効率やセルロース繊維による系内の詰まり防止の点で好ましい。
高速回転式分散機及び高圧式分散機による解繊処理を施すことにより、本発明の微細セルロース繊維を含む本発明の分散液が得られる。
<Defibration processing>
In the present invention, a cellulose fiber raw material into which a cationic group has been introduced (hereinafter sometimes referred to as “cationized cellulose fiber raw material”) is subjected to a defibrating treatment with a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser. Since the manufacturing method of the fine cellulose fiber of the present invention is characterized by using a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser in combination, the order thereof does not matter, but it is better to first process with a high-speed rotary disperser. From the viewpoint of the defibration efficiency of the high-concentration cellulose fiber raw material and the prevention of clogging in the system due to the cellulose fibers.
The dispersion liquid of the present invention containing the fine cellulose fibers of the present invention is obtained by performing a defibrating treatment with a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser.

(高速回転式分散機による解繊処理)
カチオン化セルロース繊維原料は、後述する好ましい固形分濃度の分散液とした後、高速回転式分散機で解繊処理することが好ましい。
(Defibration processing using a high-speed rotating disperser)
The cationized cellulose fiber raw material is preferably subjected to a fibrillation treatment with a high-speed rotary disperser after preparing a dispersion having a preferable solid content concentration described later.

高速回転式分散機は、高速で回転する回転体の近傍に生じるせん断力、衝撃力、キャビテーションにより、被処理物を分散させて微細化するものである。回転体には、各種形状の攪拌羽根があり、また、槽自体が回転するもの等、高速回転式分散機としては各種のものが公知である。
高速回転式分散機は、回転体と固定部の間の空隙に処理対象となるカチオン化セルロース繊維原料の分散液を通過させて解繊処理するタイプのもの、或いは、一定方向に回転する内側回転体と内側回転体の外側を逆方向に回転する外側回転体とを有し、内側回転体と外側回転体の間の空隙に処理対象となるカチオン化セルロース繊維原料の分散液を通過させて解繊処理するタイプのものが好ましい。
The high-speed rotating disperser disperses and refines a workpiece by shearing force, impact force, and cavitation generated in the vicinity of a rotating body that rotates at high speed. There are various types of stirring blades in various shapes, and various types of high-speed rotating dispersers such as those in which the tank itself rotates are known.
The high-speed rotary disperser is of the type in which the dispersion of the cationized cellulose fiber raw material to be processed is passed through the gap between the rotating body and the fixed part, or the inner rotation rotates in a certain direction. And the outer rotating body rotating in the opposite direction on the outer side of the inner rotating body, and the dispersion of the cationized cellulose fiber raw material to be treated is passed through the gap between the inner rotating body and the outer rotating body. The type of fiber processing is preferable.

高速回転式分散機としては、例えばエム・テクニック社のクレアミックス、大平洋機工(株)製のマイルダー、プライミクス(株)製のTKロボミックス、大平洋機工(株)製の櫛歯型高速回転式分散機(キャビトロン)、大平洋機工(株)製の高速回転式分散機(シャープフローミル)、プライミクス(株)製の薄膜旋回型高速回転式分散機(フィルミックス等を挙げることができ、その他高速回転式分散機と同等の効果が得られるものとして三井鉱山(株)製の媒体攪拌型分散機(SCミル)を用いることができる。   High-speed rotating dispersers include, for example, M Technique Co., Ltd. Claremix, Taihei Koki Co., Ltd. Milder, Primix Co., Ltd. TK Robotics Co., Ltd., Taihei Koki Co., Ltd. Type disperser (Cabitron), high-speed rotating disperser (Sharp Flow Mill) manufactured by Taihei Koki Co., Ltd., thin film swirl type high-speed rotating disperser (Filmix etc.) manufactured by Primix Co., Ltd. In addition, a medium agitating type disperser (SC mill) manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd. can be used as an effect equivalent to that of a high-speed rotary disperser.

このように高速回転させながらカチオン化セルロース繊維原料の分散液を狭い空隙に通すことにより、高いせん断速度(単位s-1)を発生させることができるため、単に高速回転させた場合と比べて(即ち、家庭用のジューサーミキサーのように、上記空隙が大きくせん断速度が低い機械的手段を使用した場合と比べて)、微細化処理を効果的に行える。高速回転式分散機のカチオン化セルロース繊維原料が通過する上記空隙の大きさは10mm以下が好ましく、より好ましくは5mm以下、更に好ましくは2mm以下であり、通常0.01mm以上である。
高速回転式分散機の操作回転数としては1000〜40000rpmが好ましく、12000〜22000rpmがより好ましい。
By passing the dispersion of the cationized cellulose fiber raw material through a narrow gap while rotating at a high speed in this way, a high shear rate (unit s −1 ) can be generated. That is, as compared with a case where a mechanical means having a large gap and a low shear rate is used as in a domestic juicer mixer), the miniaturization process can be effectively performed. The size of the gap through which the cationized cellulose fiber raw material of the high-speed rotary disperser passes is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, still more preferably 2 mm or less, and usually 0.01 mm or more.
The operation speed of the high-speed rotary disperser is preferably 1000 to 40000 rpm, more preferably 12000 to 22000 rpm.

高速回転式分散機による解繊処理は、1回のみ行ってもよいが、2回以上繰り返して行ってもよい。ここでいう2回以上の解繊処理とは、高速回転式分散機で1回処理したものを再度処理することを意味し、1回処理することを1パス、1回処理した後、2回目の処理を行うことを2パス、同様にして3回処理することを3パスと称する。
パス回数を重ねるに従い、分散液の温度が上昇するので、高速回転式分散機で処理された後の分散液は、冷却管などの熱交換器を通過させて冷却することが好ましい。或いは、冷却装置などの熱交換器で高速回転式分散機内の分散液を冷却しながら解繊処理することが好ましい。
The defibrating process by the high-speed rotary disperser may be performed only once, but may be repeated twice or more. Here, the two or more defibrating processes mean that the one processed by the high-speed rotary disperser is processed again, and the first processing is one pass, then the second processing. This process is referred to as two passes, and the same three processes are referred to as three passes.
Since the temperature of the dispersion rises as the number of passes increases, it is preferable that the dispersion after being processed by the high-speed rotary disperser is cooled by passing through a heat exchanger such as a cooling pipe. Alternatively, it is preferable to perform the fibrillation treatment while cooling the dispersion in the high-speed rotary disperser with a heat exchanger such as a cooling device.

パス回数については、後述の高圧式分散機における処理条件によっても異なるが、生産性や投入エネルギー(kWh/kg−セルロース)の観点から2パス以上が好ましい。   The number of passes varies depending on processing conditions in a high-pressure disperser described later, but two or more passes are preferable from the viewpoint of productivity and input energy (kWh / kg-cellulose).

処理温度については、特に限定しないが、100℃以下の条件で処理することが好ましい。   Although it does not specifically limit about processing temperature, It is preferable to process on the conditions of 100 degrees C or less.

2回以上の複数回解繊処理する場合、その方法としては、原料槽からポンプで送液されたカチオン化セルロース繊維原料の分散液を高速回転式分散機で解繊処理し、高速回転式分散機から吐出された解繊処理済の分散液を冷却管などの熱交換器を経由して原料槽に返し、送液ポンプなどによって、再び、高速回転式分散機に送液して解繊処理を行なう連続循環処理を行う方法であってもよい。   When defibrating twice or more times, the method is to disperse the dispersion of the cationized cellulose fiber raw material sent from the raw material tank with a pump using a high-speed rotary disperser and to perform high-speed rotary dispersion. The defibrated dispersion discharged from the machine is returned to the raw material tank via a heat exchanger such as a cooling pipe, and sent to the high-speed rotary disperser again by a liquid feed pump, etc. Alternatively, a continuous circulation process may be performed.

(高圧式分散機による解繊処理)
カチオン化セルロース繊維原料は、後述する好ましい固形分濃度の分散液とした後、高圧式分散機で解繊処理することが好ましい。
(Defibration processing with a high-pressure disperser)
The cationized cellulose fiber raw material is preferably subjected to a fibrillation treatment with a high-pressure disperser after preparing a dispersion having a preferable solid content concentration described later.

高圧式分散機としては、インベンシスシステム(株)製の高圧ホモジナイザー、吉田機械興業(株)製のナノマイザー(ナノヴェイタ)、MFIC Corp.製のマイクロフルイダイザー、(株)スギノマシン製のアルティマイザーシステム、(株)美粒製の音レス高圧乳化分散装置、みずほ工業社製のマイクロフルイダイザー、ゴーリン社製の高圧ホモジナイザー等が使用できる。   Examples of the high-pressure disperser include a high-pressure homogenizer manufactured by Invensys System Co., Ltd., a nanomizer (Nanovaita) manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., and MFIC Corp. Microfluidizer manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., Optimizer system manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., soundless high-pressure emulsifying and dispersing device manufactured by Migrain Co., Ltd., microfluidizer manufactured by Mizuho Industry Co., Ltd. .

これらの装置は、吸入した処理対象(カチオン化セルロース繊維原料の分散液)を高圧で微細な流路内に通したとき、流路内で生じる高いせん断力や流路の工夫により生じる流体と壁面との衝突や、流体同士の衝突による衝撃力や、微細な流路から吐出されるときに生じるキャビテーション等により、微細化処理するものである。   These devices, when the inhaled object to be treated (dispersion of cationized cellulose fiber raw material) is passed through a fine channel at high pressure, the fluid and wall surface generated by the high shearing force generated in the channel and the device of the channel And the like, the impact force caused by the collision between fluids, cavitation generated when discharged from a fine flow path, and the like.

高圧式分散機の操作圧力としては10〜500MPaが好ましく、20〜350MPaがより好ましく、30〜300MPaが更に好ましい。   The operating pressure of the high-pressure disperser is preferably 10 to 500 MPa, more preferably 20 to 350 MPa, and still more preferably 30 to 300 MPa.

高圧式分散機による解繊処理は、1回のみ行ってもよいが、2回以上の複数回、例えば2〜100回繰り返して行ってもよい。ここでいう2回以上の解繊処理とは、高圧式分散機で1回処理したものを再度処理することを意味し、1回処理することを1パス、1回処理した後、2回目の処理を行うことを2パス、同様にして3回処理することを3パスと称する。
パス回数を重ねるに従い、分散液の温度が上昇するので、高圧式分散機で処理された後の分散液は、冷却管などの熱交換器を通過させて冷却することが好ましい。或いは、冷却装置などの熱交換器で高圧式分散機内の分散液を冷却しながら解繊処理することが好ましい。
The defibrating treatment by the high-pressure disperser may be performed only once, but may be repeated two or more times, for example, 2 to 100 times. Here, the two or more defibrating treatments mean that the one treated with the high-pressure disperser is treated again, and the first treatment is one pass and then the second treatment. Processing is referred to as two passes, and processing three times in the same manner is referred to as three passes.
Since the temperature of the dispersion rises as the number of passes increases, it is preferable that the dispersion after being processed by the high-pressure disperser is cooled by passing through a heat exchanger such as a cooling pipe. Alternatively, it is preferable to perform the fibrillation treatment while cooling the dispersion in the high-pressure disperser with a heat exchanger such as a cooling device.

パス回数については、前述の高速回転式分散機における処理条件によっても異なるが、生産性や投入エネルギー(kWh/kg−セルロース)の観点から1〜20パスが好ましい。   The number of passes varies depending on the processing conditions in the high-speed rotary disperser described above, but 1 to 20 passes is preferable from the viewpoint of productivity and input energy (kWh / kg-cellulose).

処理温度については、特に限定しないが、100℃以下の条件で処理することが好ましい。   Although it does not specifically limit about processing temperature, It is preferable to process on the conditions of 100 degrees C or less.

2回以上の複数回解繊処理する場合、その方法としては、原料槽からポンプで送液された分散液を高圧式分散機で解繊処理し、高圧式分散機から吐出された解繊処理済の分散液を冷却管などの熱交換器を経由して原料槽に返し、送液ポンプなどによって、再び、高圧式分散機に送液して解繊処理を行なう連続循環処理を行う方法であってもよい。   In the case of two or more times of defibrating treatment, as a method, the defibrating treatment is performed by defibrating the dispersion liquid pumped from the raw material tank with a high-pressure disperser and discharging from the high-pressure disperser. In this method, the spent dispersion liquid is returned to the raw material tank via a heat exchanger such as a cooling pipe, and sent to a high-pressure disperser by a liquid feed pump or the like to perform a defibrating process. There may be.

(その他の解繊処理)
本発明の微細セルロース繊維の製造方法は、高速回転式分散機及び高圧式分散機を併用することを特徴としているが、高速回転式分散機及び高圧式分散機以外の解繊装置を用いた解繊処理を更に行ってもよい。
高速回転式分散機及び高圧式分散機以外の解繊装置とは、例えば、セルロース繊維原料を微細化する分散機として、ミキサーなどのブレンダータイプの分散機、ボールミルやビーズミル、グラインダーや超音波ホモジナイザー、フリーザーミルなどの0℃以下の低温条件下での微細化装置などが挙げられる。
(Other defibrating treatment)
The method for producing fine cellulose fibers of the present invention is characterized by using a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser in combination. Further fiber processing may be performed.
Defibration devices other than high-speed rotary dispersers and high-pressure dispersers include, for example, blender-type dispersers such as mixers, ball mills and bead mills, grinders and ultrasonic homogenizers. Examples thereof include a miniaturization apparatus such as a freezer mill under a low temperature condition of 0 ° C. or lower.

(分散液の溶媒)
解繊処理に供するカチオン化セルロース繊維原料の分散液の溶媒(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、アルコール類、ケトン類、芳香族炭化水素、エーテル、グリコールエーテル、非プロトン性極性溶媒、環状エーテル等の有機溶媒の1種又は2種以上を用いることができる。
(Dispersion solvent)
As a solvent (dispersion medium) for the dispersion of the cationized cellulose fiber raw material to be subjected to the defibrating treatment, an organic solvent, water, or a mixed liquid of an organic solvent and water can be used. As the organic solvent, one or more organic solvents such as alcohols, ketones, aromatic hydrocarbons, ethers, glycol ethers, aprotic polar solvents, and cyclic ethers can be used.

アルコール類としては、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等のプロパノール、n−ブタノール等のブタノール、エチレングリコールなどが挙げられる。   Examples of alcohols include propanol such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and n-propyl alcohol, butanol such as n-butanol, and ethylene glycol.

ケトン類(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、メチルイソブチルケトン、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、メチルイソブチルケトン、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、シクロヘキサノンである。   Ketones (referring to liquids having a ketone group) include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diisopropyl ketone, di-tert-butyl ketone, 2-heptanone, 4-heptanone, 2-octanone, cyclopentanone, cyclohexanone, cyclohexyl Examples include methyl ketone, acetophenone, acetylacetone, and dioxane. Among these, preferred are methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone and cyclohexanone, and more preferred are methyl ethyl ketone and cyclohexanone.

芳香族系炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。   Aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene and the like.

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、ジエチルエーテルである。   Examples of ether include diethyl ether, dimethyl ether, methyl ethyl ether and the like. Among these, diethyl ether is preferable.

グリコールエーテルとしては、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−t−ブチルエーテル、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。   As glycol ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-t-butyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl Examples include ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate and the like.

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

環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、フラン、ジベンゾフランなどが挙げられる。この中でも好ましくはフランである。   Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, furan, dibenzofuran and the like. Of these, furan is preferred.

なお、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。
セルロース繊維原料分散液の溶媒は、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, since the solvent used as a dispersion medium has the process of removing a solvent by a next process, it is preferable that a boiling point is not too high. 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.
The solvent of the cellulose fiber raw material dispersion is preferably a mixed liquid of organic solvent and water or water, and particularly preferably water.

(分散液の固形分濃度)
解繊処理に供するカチオン化セルロース繊維原料分散液の固形分濃度(セルロース繊維原料濃度)は通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、より好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは0.2重量%以上、特に好ましくは0.3重量%以上、また通常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%以下、特に好ましくは6重量%以下とすることが好ましい。この解繊処理に供するカチオン化セルロース繊維原料分散液中の固形分濃度が低過ぎると処理するカチオン化セルロース繊維原料の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、解繊処理に供するカチオン化セルロース繊維原料分散液は適宜水を添加するなどして濃度調整する。
(Solid concentration of dispersion)
The solid content concentration (cellulose fiber raw material concentration) of the cationized cellulose fiber raw material dispersion used for the defibrating treatment is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.05% by weight or more, more preferably 0.1% by weight or more, More preferably 0.2% by weight or more, particularly preferably 0.3% by weight or more, and usually 50% by weight or less, preferably 20% by weight or less, more preferably 10% by weight or less, particularly preferably 6% by weight or less. It is preferable to do. If the solid content concentration in the cationized cellulose fiber raw material dispersion to be subjected to the defibrating process is too low, the amount of liquid becomes too large with respect to the amount of the cationized cellulose fiber raw material to be processed, the efficiency is poor, and the solid content concentration is too high. Therefore, the concentration of the cationized cellulose fiber raw material dispersion used for the defibrating treatment is adjusted by appropriately adding water.

(遠心分離)
上記の解繊処理後の分散液に、遠心分離を行って、解繊不良のセルロース繊維を分離、除去してもよい。遠心分離を行うことで、より均一で細かい微細セルロース繊維の上澄み液が得られる。遠心分離の条件については、適用した解繊処理および要求される微細化の程度によるので特に限定されるものではないが、例えば3000G以上、好ましくは10000G以上の遠心力をかけることが好ましい。また、処理時間としては、例えば1分以上、好ましくは5分以上遠心力をかけることが好ましい。遠心力が小さすぎたり、処理時間が短すぎたりすると、解繊不良のセルロース繊維の分離・除去が不十分となる場合がある。
(Centrifuge)
Centrifugation may be performed on the dispersion liquid after the above-described defibrating treatment to separate and remove cellulose fibers with poor defibration. By centrifuging, a more uniform and fine supernatant of fine cellulose fibers can be obtained. The conditions for the centrifugation are not particularly limited because they depend on the applied defibrating treatment and the required degree of refinement. For example, it is preferable to apply a centrifugal force of 3000 G or more, preferably 10,000 G or more. Moreover, as processing time, it is preferable to apply centrifugal force, for example for 1 minute or more, Preferably it is 5 minutes or more. If the centrifugal force is too small or the treatment time is too short, separation and removal of cellulose fibers with poor defibration may be insufficient.

また、遠心分離を行う際、遠心力をかける分散液の粘度が高いと、分離効率が落ちるため好ましくない。この分散液の粘度としては、25℃において測定されるずり速度10s−1における粘度が500mPa・s以下、特に100mPa・s以下であることが好ましい。 In addition, when the centrifugal separation is performed, it is not preferable that the viscosity of the dispersion to which the centrifugal force is applied is high because the separation efficiency is lowered. As the viscosity of this dispersion, the viscosity at a shear rate of 10 s −1 measured at 25 ° C. is preferably 500 mPa · s or less, particularly preferably 100 mPa · s or less.

<微細セルロース繊維>
上記解繊処理及び必要に応じて解繊処理後の遠心分離により得られる本発明の微細セルロース繊維の数平均繊維径は、通常200nm以下、より好ましくは100nm以下、特に好ましくは50nm以下、最も好ましくは10nm以下であり、通常2nm以上である。微細セルロース繊維の数平均繊維径がこの範囲であることにより、ファイバー径がナノサイズであり、光の散乱が小さいため、高い透明性を示すという効果が得られる。また、マトリックス材料と複合化した際に高強度、高弾性率、低線膨張係数が得られる。
<Fine cellulose fiber>
The number average fiber diameter of the fine cellulose fiber of the present invention obtained by the defibrating treatment and, if necessary, the centrifugal separation after the defibrating treatment is usually 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, particularly preferably 50 nm or less, most preferably. Is 10 nm or less, usually 2 nm or more. When the number average fiber diameter of the fine cellulose fibers is within this range, the fiber diameter is nano-sized and light scattering is small, so that an effect of showing high transparency can be obtained. Further, when combined with a matrix material, high strength, high elastic modulus, and low linear expansion coefficient can be obtained.

また、本発明のセルロース繊維の数平均繊維長は、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下、特に好ましくは5μm以下である。微細セルロース繊維の数平均繊維長が上記上限以下であることにより、微細セルロース繊維同士の絡みがなくなり、繊維同士による塊が少なくなるという効果が得られる。   The number average fiber length of the cellulose fiber of the present invention is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and particularly preferably 5 μm or less. When the number average fiber length of the fine cellulose fibers is not more than the above upper limit, the effect of eliminating the entanglement between the fine cellulose fibers and reducing the mass due to the fibers is obtained.

微細セルロース繊維の繊維径、繊維長は、本発明の微細セルロース繊維分散液の溶媒を乾燥除去した後、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、原子間力顕微鏡(AFM)等の各種顕微鏡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 and fiber length of the fine cellulose fibers are obtained by drying and removing the solvent of the fine cellulose fiber dispersion of the present invention, then scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), and atomic force microscope (AFM). It can be measured and obtained by observing with various microscopes.

[セルロース繊維集合体]
次に、本発明の微細セルロース繊維を用いたセルロース繊維集合体(以下、「本発明のセルロース繊維集合体」と称す場合がある。)について説明する。
[Cellulose fiber aggregate]
Next, a cellulose fiber aggregate using the fine cellulose fibers of the present invention (hereinafter, may be referred to as “the cellulose fiber aggregate of the present invention”) will be described.

<セルロース繊維集合体の製造>
本発明のセルロース繊維集合体は、本発明の微細セルロース繊維を含むものである。通常、本発明のセルロース繊維集合体は、後述の乾燥後は、本発明の微細セルロース繊維のみからなるが、他の繊維や粒子を含有するものであってもよい。
<Manufacture of cellulose fiber aggregate>
The cellulose fiber aggregate of the present invention contains the fine cellulose fiber of the present invention. Usually, the cellulose fiber aggregate of the present invention consists of only the fine cellulose fibers of the present invention after drying described later, but may contain other fibers and particles.

本発明のセルロース繊維集合体は、解繊処理により微細化された本発明の微細セルロース繊維を用いて製造される。ここで、本発明において、セルロース繊維集合体とは、通常、微細セルロース繊維を含むセルロース繊維分散液を濾過することにより、あるいは、適当な基材に該分散液を塗布したものから分散媒を揮発させるなどの方法で除去させて得られる、セルロース繊維の集合物を言い、例えばシート、粒子、ゲルなどを言う。
なお、このセルロース繊維集合体の製造に際して、解繊処理後の微細セルロース繊維分散液を遠心分離処理して、極微細なセルロース繊維のみを含む上澄み液を得、この上澄み液をセルロース繊維集合体の製造に用いると、得られたセルロース繊維集合体から高透明なセルロース繊維複合材料を得ることができる。
The cellulose fiber aggregate of the present invention is produced using the fine cellulose fiber of the present invention refined by defibrating treatment. Here, in the present invention, the cellulose fiber aggregate usually means that a dispersion medium is volatilized by filtering a cellulose fiber dispersion containing fine cellulose fibers or by applying the dispersion to a suitable substrate. An aggregate of cellulose fibers obtained by removal by a method such as, for example, a sheet, a particle, or a gel.
In the production of the cellulose fiber aggregate, the fine cellulose fiber dispersion after the defibration treatment is subjected to a centrifugal separation treatment to obtain a supernatant liquid containing only ultrafine cellulose fibers, and this supernatant liquid is used for the cellulose fiber aggregate. When used for production, a highly transparent cellulose fiber composite material can be obtained from the obtained cellulose fiber aggregate.

(シート)
本発明の微細セルロース繊維を用いて、本発明の微細セルロース繊維を含有する本発明のセルロース繊維シートとすることができる。セルロース繊維シートとすることで、樹脂を含浸させて繊維樹脂複合材料としたり、樹脂シートではさんで繊維樹脂複合材料とすることができる。セルロース繊維シートは、具体的には、前述の解繊処理を施した、本発明の微細セルロース繊維を含む微細セルロース繊維分散液を濾過することにより、或いは適当な基材に塗布することにより製造される。
(Sheet)
It can be set as the cellulose fiber sheet of this invention containing the fine cellulose fiber of this invention using the fine cellulose fiber of this invention. By using a cellulose fiber sheet, a resin resin can be impregnated into a fiber resin composite material, or a fiber resin composite material can be sandwiched between resin sheets. Specifically, the cellulose fiber sheet is produced by filtering the fine cellulose fiber dispersion containing the fine cellulose fibers of the present invention, which has been subjected to the above-described defibrating treatment, or by applying to a suitable substrate. The

セルロース繊維シートを、微細セルロース繊維分散液を濾過することによって製造する場合、濾過に供される微細セルロース繊維分散液の微細セルロース繊維濃度は、0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、さらに好ましくは0.1重量%以上であることが好ましい。微細セルロース繊維分散液の微細セルロース繊維濃度が低すぎると濾過に膨大な時間を要するようになり非効率である。また、濾過に供される微細セルロース繊維分散液の微細セルロース繊維濃度は1.5重量%以下、好ましくは1.2重量%以下、さらに好ましくは1.0重量%以下であることが好ましい。微細セルロース繊維濃度が高すぎると均一なシートが得られない場合がある。   When the cellulose fiber sheet is produced by filtering the fine cellulose fiber dispersion, the fine cellulose fiber concentration of the fine cellulose fiber dispersion used for filtration is 0.01% by weight or more, preferably 0.05% by weight. More preferably, the content is 0.1% by weight or more. If the fine cellulose fiber concentration of the fine cellulose fiber dispersion is too low, it takes an enormous amount of time for filtration, which is inefficient. Further, the fine cellulose fiber concentration of the fine cellulose fiber dispersion to be subjected to filtration is 1.5% by weight or less, preferably 1.2% by weight or less, more preferably 1.0% by weight or less. If the fine cellulose fiber concentration is too high, a uniform sheet may not be obtained.

微細セルロース繊維分散液を濾過する場合、濾過時の濾布としては、微細化したセルロース繊維は通過せずかつ濾過速度が遅くなりすぎないことが重要である。このような濾布としては、有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしてはポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。
具体的には孔径0.1〜20μm、例えば0.5〜1μmのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1〜20μm、例えば0.5〜1μmのポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。
When filtering the fine cellulose fiber dispersion, it is important that the finely divided cellulose fibers do not pass through and the filtration speed is not too slow as a filter cloth at the time of filtration. As such a filter cloth, a sheet made of an organic polymer, a woven fabric, and a porous membrane are preferable. The organic polymer is preferably a non-cellulose organic polymer such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like.
Specifically, a porous film of polytetrafluoroethylene having a pore diameter of 0.1 to 20 μm, for example, 0.5 to 1 μm, a polyethylene terephthalate having a pore diameter of 0.1 to 20 μm, for example, 0.5 to 1 μm, a polyethylene woven fabric, or the like. .

セルロース繊維シートはその製造方法により、様々な空隙率を有することができる。
セルロース繊維シートに樹脂を含浸させてセルロース繊維複合材料を得る場合には、セルロース繊維シートの空隙率が小さいと樹脂が含浸されにくくなるため、ある程度の空隙率があることが好ましい。この場合の空隙率は、通常10体積%以上、好ましくは20体積%以上である。ただし、セルロース繊維シートの空隙率が過度に高いと、セルロース繊維複合材料とした際に、セルロース繊維による十分な補強効果が得られず、線膨張率や弾性率が不足する場合があるので、80体積%以下であることが好ましい。
The cellulose fiber sheet can have various porosity depending on the production method.
When the cellulose fiber sheet is impregnated with a resin to obtain a cellulose fiber composite material, it is preferable that the cellulose fiber sheet has a certain degree of porosity because the resin is difficult to be impregnated when the porosity of the cellulose fiber sheet is small. The porosity in this case is usually 10% by volume or more, preferably 20% by volume or more. However, when the porosity of the cellulose fiber sheet is excessively high, when a cellulose fiber composite material is obtained, a sufficient reinforcing effect by the cellulose fibers cannot be obtained, and the linear expansion coefficient and the elastic modulus may be insufficient. It is preferable that it is below volume%.

ここでいうセルロース繊維シートの空隙率は簡易的に下記式により求めるものである。
空隙率(体積%)={(1−B/(M×A×t)}×100
ここで、Aはセルロース繊維シートの面積(cm)、tは膜厚(cm)、Bはシートの重量(g)、Mはセルロースの密度であり、本発明ではM=1.5g/cmと仮定する。
セルロース繊維シートの膜厚は、膜厚計(PEACOK製のPDN−20)を用いて、シートの種々な位置について10点の測定を行い、その平均値を採用する。
The porosity of a cellulose fiber sheet here is calculated | required by a following formula simply.
Porosity (volume%) = {(1-B / (M × A × t)} × 100
Here, A is the area (cm 2 ) of the cellulose fiber sheet, t is the film thickness (cm), B is the weight (g) of the sheet, M is the density of cellulose, and in the present invention, M = 1.5 g / cm Assume 3 .
The film thickness of the cellulose fiber sheet is measured at 10 points at various positions on the sheet using a film thickness meter (PDN-20 manufactured by PEACOK), and the average value is adopted.

空隙率の大きなセルロース繊維シートを得る方法としては、濾過による製膜工程において、セルロース繊維シート中の水を最後にアルコール等の有機溶媒に置換する方法を挙げることができる。
これは、濾過により水を除去し、セルロース含量が5〜99重量%になったところでアルコール等の有機溶媒を加えるものである。または、微細セルロース繊維の分散液を濾過装置に投入した後、アルコール等の有機溶媒を分散液の上部に静かに投入することによっても濾過の最後にセルロース繊維シート中の水をアルコール等の有機溶媒と置換することができる。
Examples of a method for obtaining a cellulose fiber sheet having a large porosity include a method in which water in the cellulose fiber sheet is finally replaced with an organic solvent such as alcohol in a film forming process by filtration.
In this method, water is removed by filtration, and an organic solvent such as alcohol is added when the cellulose content reaches 5 to 99% by weight. Alternatively, after the fine cellulose fiber dispersion is put into the filtration device, the organic solvent such as alcohol is gently put into the upper part of the dispersion, so that the water in the cellulose fiber sheet is removed from the organic solvent such as alcohol at the end of the filtration. Can be substituted.

ここで用いるアルコール等の有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、エチレングリコール等のアルコール類の他、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、トルエン、四塩化炭素等の1種または2種以上の有機溶媒が挙げられる。非水溶性有機溶媒を用いる場合は、水溶性有機溶媒との混合溶媒にするか水溶性有機溶媒で置換した後、非水溶性有機溶媒で置換することが好ましい。   The organic solvent such as alcohol used here is not particularly limited. For example, in addition to alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol and ethylene glycol, ethylene glycol mono- Examples thereof include one or more organic solvents such as t-butyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, cyclohexane, toluene, carbon tetrachloride and the like. When using a water-insoluble organic solvent, it is preferable to use a water-soluble organic solvent or a mixed solvent with the water-soluble organic solvent, and then replace with a water-insoluble organic solvent.

このようにして空隙率を制御することによりセルロース繊維シートの膜厚も制御することができる。   Thus, the film thickness of a cellulose fiber sheet can also be controlled by controlling the porosity.

また、空隙率を制御する方法として、上記のアルコール等より沸点の高い溶媒を微細セルロース繊維の分散液に混合し、その溶媒の沸点より低い温度で乾燥させる方法が挙げられる。この場合は、必要に応じて、乾燥後に残っている高い沸点の溶媒を、他の溶媒に置換した後に、樹脂に含浸させてセルロース繊維複合材料とすることができる。濾過によって溶媒を除去したセルロース繊維シートは、その後、乾燥を行うが、場合によっては乾燥を行わずに次の工程に進んでも構わない。
すなわち、加熱処理した微細セルロース繊維分散液を濾過して、次に樹脂に含浸する場合、乾燥工程を経ずそのまま樹脂に含浸することもできる。
また、微細セルロース繊維分散液を濾過して、そのシートを加熱処理する場合にも、乾燥工程を経ずに行うこともできる。
ただし、空隙率、膜厚の制御、シートの構造をより強固にする意味でも乾燥を行った方が好ましい。
Moreover, as a method for controlling the porosity, a method in which a solvent having a boiling point higher than that of the above-described alcohol or the like is mixed with a dispersion of fine cellulose fibers and dried at a temperature lower than the boiling point of the solvent can be mentioned. In this case, if necessary, the solvent having a high boiling point remaining after drying can be replaced with another solvent, and then impregnated into a resin to obtain a cellulose fiber composite material. The cellulose fiber sheet from which the solvent has been removed by filtration is then dried, but in some cases, it may proceed to the next step without drying.
That is, when the heat-treated fine cellulose fiber dispersion is filtered and then impregnated into the resin, the resin can be impregnated as it is without passing through a drying step.
Also, when the fine cellulose fiber dispersion is filtered and the sheet is heat-treated, it can be carried out without a drying step.
However, it is preferable to perform drying in the sense of controlling the porosity, the film thickness, and strengthening the sheet structure.

この乾燥は、送風乾燥であってもよく、減圧乾燥であってもよく、また、加圧乾燥であってもよい。また、加熱乾燥しても構わない。加熱する場合、温度は50℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましく、また、250℃以下が好ましく、150℃以下がより好ましい。加熱温度が低すぎると乾燥に時間がかかったり、乾燥が不十分になる可能性があり、加熱温度が高すぎるとセルロース繊維シートが着色したり、セルロースが分解したりする可能性がある。また、加圧する場合は0.01MPa以上が好ましく、0.1MPa以上がより好ましく、また、5MPa以下が好ましく、1MPa以下がより好ましい。圧力が低すぎると乾燥が不十分になる可能性がり、圧力が高すぎるとセルロース繊維シートがつぶれたりセルロースが分解する可能性がある。   This drying may be air drying, vacuum drying, or pressure drying. Moreover, you may heat-dry. When heating, the temperature is preferably 50 ° C or higher, more preferably 80 ° C or higher, 250 ° C or lower is more preferable, and 150 ° C or lower is more preferable. If the heating temperature is too low, drying may take time or drying may be insufficient. If the heating temperature is too high, the cellulose fiber sheet may be colored or the cellulose may be decomposed. Moreover, when pressurizing, 0.01 MPa or more is preferable, 0.1 MPa or more is more preferable, 5 MPa or less is preferable, and 1 MPa or less is more preferable. If the pressure is too low, drying may be insufficient, and if the pressure is too high, the cellulose fiber sheet may be crushed or cellulose may be decomposed.

セルロース繊維シートの厚みには特に限定はないが、好ましくは1μm以上、さらに好ましくは5μm以上である。又、通常1000μm以下、好ましくは250μm以下である。   Although there is no limitation in particular in the thickness of a cellulose fiber sheet, Preferably it is 1 micrometer or more, More preferably, it is 5 micrometers or more. Moreover, it is 1000 micrometers or less normally, Preferably it is 250 micrometers or less.

(粒子)
微細セルロース繊維を用いて、セルロース繊維粒子とすることができる。
セルロース繊維粒子は特に熱可塑性樹脂との混練によって複合化する際に好適に用いられ、その高弾性率、低線膨張率、表面平滑性といった特性を生かして、各種の構造材、特に表面の意匠性に優れた自動車用パネルや建築物の外壁パネル等に有用である。
(particle)
Fine cellulose fibers can be used to make cellulose fiber particles.
Cellulose fiber particles are particularly suitable for compounding by kneading with a thermoplastic resin, taking advantage of their properties such as high elastic modulus, low linear expansion coefficient, and surface smoothness to make various structural materials, especially surface designs. It is useful for automotive panels with excellent properties and exterior wall panels for buildings.

本発明の微細セルロース繊維を粒子化する方法としては、本発明の微細セルロース繊維分散液を、例えば公知のスプレードライ装置を用いて、スプレーノズル等から噴射することにより、分散媒を除去して造粒する方法が挙げられる。この噴射方法としては、具体的には回転円盤による方法、加圧ノズルによる方法、2流体ノズルによる方法などがある。スプレードライして得られた粒子を更に他の乾燥装置を用いて乾燥させてもよい。この場合の熱エネルギー源としては、赤外線やマイクロ波を用いることもできる。   As a method for granulating the fine cellulose fiber of the present invention, the fine cellulose fiber dispersion of the present invention is produced by, for example, spraying from a spray nozzle or the like using a known spray drying apparatus to remove the dispersion medium. The method of granulating is mentioned. Specific examples of the injection method include a method using a rotating disk, a method using a pressure nozzle, and a method using a two-fluid nozzle. You may dry the particle | grains obtained by spray-drying further using another drying apparatus. In this case, infrared rays or microwaves can be used as the thermal energy source.

また、本発明の微細セルロース繊維分散液を凍結乾燥し、粉砕することによってもセルロース繊維粒子を得ることができる。この場合、具体的には、本発明の微細セルロース繊維分散液を液体窒素などで冷却した後、グラインダーや回転刃などで粉砕する方法が挙げられる。   Cellulose fiber particles can also be obtained by freeze-drying and pulverizing the fine cellulose fiber dispersion of the present invention. In this case, specifically, after cooling the fine cellulose fiber dispersion of the present invention with liquid nitrogen or the like, a method of pulverizing with a grinder, a rotary blade or the like can be mentioned.

セルロース繊維粒子の粒径には特に制限はないが、通常1μm以上で1mm以下が好ましい。この粒径は更に好ましくは5μm以上、100μm以下であり、特に好ましくは5μm以上、50μm以下である。セルロース繊維粒子の粒径が大き過ぎると樹脂と複合化した際、分散不良を起こし、小さ過ぎるとふわふわと舞って取り扱いが困難である。   Although there is no restriction | limiting in particular in the particle size of a cellulose fiber particle, Usually, 1 micrometer or more and 1 mm or less are preferable. The particle size is more preferably 5 μm or more and 100 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 50 μm or less. If the particle size of the cellulose fiber particles is too large, poor dispersion occurs when they are combined with the resin, and if they are too small, they are fluffy and difficult to handle.

<ゲル>
本発明の微細セルロース繊維は、セルロース以外のマトリックス材料と複合化させることにより、セルロース繊維複合材料(繊維樹脂複合材料)を得ることができる。このセルロース以外のマトリックス材料との複合化は、本発明の微細セルロース繊維分散液から分散媒を除去することなく分散媒中で行ってもよく、複合化させた後に分散媒を除去することでセルロース繊維複合材料を得ることもできる。本発明の微細セルロース繊維分散液の分散媒は、水から他の有機溶媒に、あるいは有機溶媒から水へと、セルロース以外のマトリックス材料と複合化するのに適した分散媒種へ置換を行ってから複合化を行うとより好ましい。
<Gel>
The fine cellulose fiber of the present invention can be combined with a matrix material other than cellulose to obtain a cellulose fiber composite material (fiber resin composite material). The composite with the matrix material other than cellulose may be performed in the dispersion medium without removing the dispersion medium from the fine cellulose fiber dispersion of the present invention, and the cellulose is obtained by removing the dispersion medium after the composite. A fiber composite material can also be obtained. The dispersion medium of the fine cellulose fiber dispersion of the present invention is replaced with a dispersion medium species suitable for complexing with a matrix material other than cellulose, from water to another organic solvent, or from an organic solvent to water. It is more preferable to perform complexing from the above.

この複合化における分散媒の除去ないし置換の過程において、本発明の微細セルロース繊維分散液はセルロース繊維ゲルの状態をとる場合がある。
セルロース繊維ゲルは、セルロース繊維が3次元網目状構造を作り、それが分散媒によって湿潤または膨潤したものであり、網目構造は化学架橋や物理架橋により形成される。ゲルが所定量の分散媒を含有することによって、ゲル中の微細セルロース繊維の3次元網目状構造が保持される。
In the process of removing or replacing the dispersion medium in the composite, the fine cellulose fiber dispersion of the present invention may be in a cellulose fiber gel state.
In the cellulose fiber gel, cellulose fibers form a three-dimensional network structure, which is wetted or swollen by a dispersion medium, and the network structure is formed by chemical crosslinking or physical crosslinking. When the gel contains a predetermined amount of the dispersion medium, the three-dimensional network structure of the fine cellulose fibers in the gel is maintained.

セルロース繊維のゲル中の分散媒の含有量は、通常10重量%以上であり、50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましい。ゲル中の分散媒の含有量が10重量%未満であると、得られるセルロース繊維複合材料の光学的等方性および表面平滑性が損なわれる。また、上限としては、通常99重量%以下であり、97重量%以下が好ましく、95重量%以下がより好ましい。ゲル中の分散媒の含有量が99重量%を超えると、ゲルのハンドリング性が悪くなると共に、生産性が低下する。   The content of the dispersion medium in the cellulose fiber gel is usually 10% by weight or more, preferably 50% by weight or more, and more preferably 70% by weight or more. When the content of the dispersion medium in the gel is less than 10% by weight, the optical isotropy and surface smoothness of the resulting cellulose fiber composite material are impaired. Moreover, as an upper limit, it is 99 weight% or less normally, 97 weight% or less is preferable and 95 weight% or less is more preferable. When the content of the dispersion medium in the gel exceeds 99% by weight, the handling property of the gel is deteriorated and the productivity is lowered.

また、セルロース繊維ゲル中における微細セルロース繊維の含有量は、通常90重量%以下であり、50重量%以下が好ましく、30重量%以下がより好ましい。ゲル中における微細セルロース繊維の含有量が90重量%を超えると、得られるセルロース繊維複合材料の光学的等方性および表面平滑性が損なわれる。また、下限としては、通常1重量%以上であり、3重量%以上が好ましく、5重量%以上がより好ましい。ゲル中における微細セルロース繊維の含有量が1重量%未満であると、ゲルのハンドリング性が悪くなると共に、生産性が低下する。   Moreover, content of the fine cellulose fiber in a cellulose fiber gel is 90 weight% or less normally, 50 weight% or less is preferable and 30 weight% or less is more preferable. When content of the fine cellulose fiber in a gel exceeds 90 weight%, the optical isotropy and surface smoothness of the cellulose fiber composite material obtained will be impaired. Moreover, as a minimum, it is 1 weight% or more normally, 3 weight% or more is preferable and 5 weight% or more is more preferable. When the content of the fine cellulose fiber in the gel is less than 1% by weight, the handling property of the gel is deteriorated and the productivity is lowered.

セルロース繊維ゲル中における分散媒と微細セルロース繊維との重量比(微細セルロース繊維/分散媒)は、9/1〜1/99が好ましく、より好ましくは1/1〜3/97であり、さらに好ましくは3/7〜5/95である。この割合が9/1を超えると、得られるセルロース繊維複合材料の光学的等方性および表面平滑性が損なわれる。この割合が1/99未満であると、セルロース繊維ゲルの形状を保てず、取扱いが非常に困難となる。   The weight ratio of the dispersion medium to the fine cellulose fibers in the cellulose fiber gel (fine cellulose fibers / dispersion medium) is preferably 9/1 to 1/99, more preferably 1/1 to 3/97, and even more preferably. Is 3/7 to 5/95. When this ratio exceeds 9/1, the optical isotropy and surface smoothness of the resulting cellulose fiber composite material are impaired. When this ratio is less than 1/99, the shape of the cellulose fiber gel cannot be maintained, and handling becomes very difficult.

セルロース繊維ゲルに含まれる分散媒は、通常、本発明の微細セルロース繊維分散液の分散媒であり、一般的には水であるが、有機溶媒の1種または2種以上の混合分散媒であってもよい。また、水と有機溶媒との混合分散媒であってもよい。   The dispersion medium contained in the cellulose fiber gel is usually the dispersion medium of the fine cellulose fiber dispersion of the present invention and is generally water, but is a mixed dispersion medium of one or more organic solvents. May be. Further, a mixed dispersion medium of water and an organic solvent may be used.

セルロース繊維ゲルに含まれる分散媒は、上記分散媒含有量が上記範囲内である限り、必要に応じて他の種類の分散媒に置換することができる。つまり、ゲル製造工程後、必要に応じて、セルロース繊維ゲル中の分散媒(第一の分散媒)を、他の分散媒(第二の分散媒)に置換する分散媒置換工程を実施してもよい。
置換する方法としては、例えば、上記の濾過法により分散液中に含まれる所定量の分散媒を除去した後、アルコールなどの有機溶媒を加えることにより、アルコール等の有機溶媒が含まれるゲルを製造することができる。より具体的には、第一の分散媒が水で、第二の分散媒が有機溶媒である場合が挙げられる。
The dispersion medium contained in the cellulose fiber gel can be replaced with another type of dispersion medium as necessary as long as the content of the dispersion medium is within the above range. That is, after the gel production process, if necessary, a dispersion medium replacement process is performed in which the dispersion medium (first dispersion medium) in the cellulose fiber gel is replaced with another dispersion medium (second dispersion medium). Also good.
As a replacement method, for example, after removing a predetermined amount of the dispersion medium contained in the dispersion by the above-described filtration method, an organic solvent such as alcohol is added to produce a gel containing the organic solvent such as alcohol. can do. More specifically, the first dispersion medium is water and the second dispersion medium is an organic solvent.

なお、上記第二の分散媒の種類は特に限定されず、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノールなどのアルコール類の他、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、トルエン、四塩化炭素などの1種または2種以上の有機溶媒が挙げられる。   In addition, the kind of said 2nd dispersion medium is not specifically limited, In addition to alcohols, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, cyclohexane, toluene, tetrachloride One or more organic solvents such as carbon may be used.

セルロース繊維ゲルの形状は、特に限定されず、シートまたはフィルム状(例えば、厚み10μm以上10cm以下)、粒子状など適宜制御することができる。   The shape of the cellulose fiber gel is not particularly limited, and can be appropriately controlled such as a sheet or a film (for example, a thickness of 10 μm or more and 10 cm or less), a particle, and the like.

[セルロース繊維複合材料]
上述のセルロース繊維シート、セルロース繊維粒子またはセルロース繊維ゲル等のセルロース繊維集合体をマトリックス材料と複合化することで本発明のセルロース繊維複合材料が得られる。なお、本発明のセルロース繊維複合材料は、本発明の微細セルロース繊維分散液からセルロース繊維集合体を経ることなく直接製造することもできる。すなわち、本発明のセルロース繊維複合材料は、本発明の微細セルロース繊維とマトリックス材料を含むものであればよい。
[Cellulose fiber composite material]
The cellulose fiber composite material of the present invention can be obtained by compounding a cellulose fiber aggregate such as the above-described cellulose fiber sheet, cellulose fiber particles, or cellulose fiber gel with a matrix material. In addition, the cellulose fiber composite material of this invention can also be directly manufactured without going through a cellulose fiber aggregate from the fine cellulose fiber dispersion of this invention. That is, the cellulose fiber composite material of the present invention only needs to include the fine cellulose fiber of the present invention and a matrix material.

本発明のセルロース繊維複合材料は、その高透明性、低線膨張率、非着色性といった特性を生かして、各種ディスプレイ基板材料、太陽電池用基板、窓材等に有用であり、また、その高弾性率、低線膨張率、表面平滑性といった特性を生かして、各種の構造材、特に表面の意匠性に優れた自動車用パネルや建築物の外壁パネル等に有用である。   The cellulose fiber composite material of the present invention is useful for various display substrate materials, solar cell substrates, window materials, etc. by taking advantage of its high transparency, low linear expansion coefficient, and non-coloring properties. Utilizing characteristics such as elastic modulus, low linear expansion coefficient, and surface smoothness, it is useful for various structural materials, particularly for automobile panels having excellent surface design and for building outer wall panels.

<複合化方法>
以下、セルロース繊維集合体またはセルロース繊維分散液をマトリックス材料と複合化して本発明のセルロース繊維複合材料である繊維樹脂複合材料を製造する方法について説明する。
<Composite method>
Hereinafter, a method for producing a fiber resin composite material which is a cellulose fiber composite material of the present invention by combining a cellulose fiber aggregate or a cellulose fiber dispersion with a matrix material will be described.

本発明のセルロース繊維複合材料は、上述の方法で得られたセルロース繊維シート、セルロース繊維粒子またはセルロース繊維ゲル等のセルロース繊維集合体、或いは微細セルロース繊維分散液と、セルロース以外のマトリックス材料とを複合化させたものである。
ここでマトリックス材料とは、セルロース繊維シートと貼り合わせたり、空隙を埋めたり、造粒したセルロース繊維粒子を混練する高分子材料またはその前駆体(例えばモノマー)のことをいう。
このマトリックス材料として好適なものは、加熱することにより流動性のある液体になる熱可塑性樹脂、紫外線や電子線などの活性エネルギー線を照射することにより重合硬化する、活性エネルギー線硬化性樹脂(以下、「光硬化性樹脂」という場合がある)等から得られる少なくとも1種の樹脂(高分子材料)またはその前駆体である。
The cellulose fiber composite material of the present invention is a composite of a cellulose fiber sheet obtained by the above-described method, a cellulose fiber aggregate such as cellulose fiber particles or cellulose fiber gel, or a fine cellulose fiber dispersion and a matrix material other than cellulose. It has been made.
Here, the matrix material refers to a polymer material or a precursor thereof (for example, a monomer) that is bonded to a cellulose fiber sheet, fills a void, or kneads granulated cellulose fiber particles.
Suitable materials for this matrix material include thermoplastic resins that become fluid when heated, and active energy ray-curable resins that cure and cure when irradiated with active energy rays such as ultraviolet rays and electron beams , Sometimes referred to as “photo-curing resin”) or the like, or a precursor thereof.

なお、本発明において高分子材料の前駆体とは、いわゆるモノマー、オリゴマーであり、例えば、熱可塑性樹脂の項に重合または共重合成分として後述する各単量体など(以後、「熱可塑性樹脂前駆体」と称することがある)、光硬化性樹脂の項に後述する各前駆体などが挙げられる。   In the present invention, the precursor of the polymer material is a so-called monomer or oligomer, such as each monomer described later as a polymerization or copolymerization component in the section of thermoplastic resin (hereinafter referred to as “thermoplastic resin precursor”). And the precursors described later in the section of the photo-curable resin.

セルロース繊維シート、セルロース繊維粒子またはセルロース繊維ゲル、或いは微細セルロース繊維分散液とマトリックス材料との複合化の方法としては、次の(a)〜(j)の方法が挙げられる。尚、硬化性樹脂の重合硬化工程については<重合硬化工程>の項に詳述する。
(a) セルロース繊維シート、セルロース繊維粒子またはセルロース繊維ゲルに液状の熱可塑性樹脂前駆体を含浸させて重合させる方法
(b) セルロース繊維シート、セルロース繊維粒子またはセルロース繊維ゲルに光硬化性樹脂前駆体を含浸させて重合硬化させる方法
(c) セルロース繊維シート、セルロース繊維粒子またはセルロース繊維ゲルに樹脂溶液(熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂前駆体および光硬化性樹脂前駆体から選ばれる1以上の溶質を含む溶液)を含浸させて乾燥した後、加熱プレス等で密着させ、必要に応じて重合硬化させる方法
(d) セルロース繊維シート、セルロース繊維粒子またはセルロース繊維ゲルに熱可塑性樹脂の溶融体を含浸させ、加熱プレス等で密着させる方法
(e) 熱可塑性樹脂シートとセルロース繊維シートまたはセルロース繊維ゲルとを交互に配置し、加熱プレス等で密着させる方法
(f) セルロース繊維シートまたはセルロース繊維ゲルの片面もしくは両面に液状の熱可塑性樹脂前駆体もしくは光硬化性樹脂前駆体を塗布して重合硬化させる方法
(g) セルロース繊維シートまたはセルロース繊維ゲルの片面もしくは両面に樹脂溶液(熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂前駆体、および光硬化性樹脂前駆体から選ばれる1以上の溶質を含む溶液)を塗布して、溶媒を除去後、必要に応じて重合硬化させる方法
(h) セルロース繊維粒子と熱可塑性樹脂を溶融混練した後、シート状や目的の形状に成形する方法
(i) 微細セルロース繊維分散液とモノマー溶液または分散液(熱可塑性樹脂前駆体、および光硬化性樹脂前駆体から選ばれる1以上の溶質または分散質を含む溶液または分散液)とを混合した後、溶媒除去、重合硬化させる方法。
(j) 微細セルロース繊維分散液と高分子溶液または分散液(熱可塑性樹脂溶液または分散液)を混合した後、溶媒を除去する方法。
Examples of the method for combining the cellulose fiber sheet, the cellulose fiber particles, the cellulose fiber gel, or the fine cellulose fiber dispersion and the matrix material include the following methods (a) to (j). The polymerization curing process of the curable resin will be described in detail in the section <Polymerization curing process>.
(A) Cellulose fiber sheet, cellulose fiber particle or cellulose fiber gel is impregnated with a liquid thermoplastic resin precursor and polymerized (b) Cellulose fiber sheet, cellulose fiber particle or cellulose fiber gel is photocurable resin precursor (C) Cellulose fiber sheet, cellulose fiber particle or cellulose fiber gel is impregnated with a resin solution (one or more solutes selected from thermoplastic resins, thermoplastic resin precursors and photocurable resin precursors). (Solution solution) is dried and then adhered by a heating press or the like, and polymerized and cured as necessary (d) A cellulose fiber sheet, cellulose fiber particles or cellulose fiber gel is impregnated with a thermoplastic resin melt. (E) Thermoplastic resin sheet and cellulose A method of alternately arranging fiber sheets or cellulose fiber gels and closely adhering them with a heating press or the like (f) A liquid thermoplastic resin precursor or a photocurable resin precursor is placed on one or both sides of a cellulose fiber sheet or cellulose fiber gel. Method of applying and curing by polymerization (g) One or more solutes selected from a resin solution (a thermoplastic resin, a thermoplastic resin precursor, and a photocurable resin precursor) are applied to one or both sides of a cellulose fiber sheet or cellulose fiber gel. (H) A method in which cellulose fiber particles and a thermoplastic resin are melt-kneaded and then formed into a sheet or a desired shape (i) Fine cellulose fiber dispersion and monomer solution or dispersion (1 selected from thermoplastic resin precursor and photocurable resin precursor) After mixing a solution or dispersion) and contains a solute or dispersoid above, a method of solvent removal, it is polymerized and cured.
(J) A method of removing the solvent after mixing the fine cellulose fiber dispersion and the polymer solution or dispersion (thermoplastic resin solution or dispersion).

中でもセルロース繊維シートに対しては(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)の方法が好ましく、セルロース繊維粒子に対しては(h)の方法が好ましい。   Among these, the methods (a), (b), (c), (d), (e), (f), and (g) are preferable for cellulose fiber sheets, and (h) for cellulose fiber particles. This method is preferred.

<マトリックス材料>
本発明において、セルロース繊維シート、セルロース繊維粒子、セルロース繊維ゲルまたは微細セルロース繊維分散液に複合化させるマトリックス材料であるセルロース以外の樹脂としては、熱可塑性樹脂または光硬化性樹脂等の活性エネルギー線硬化性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂または光硬化性樹脂等の活性エネルギー線硬化性樹脂を用いることで、透明性の高い繊維樹脂複合材料を得ることができる。例えば、熱硬化性樹脂を用いた場合、硬化時間が長いため、その過程で透明性が低下する場合がある。
<Matrix material>
In the present invention, as a resin other than cellulose which is a matrix material to be combined with a cellulose fiber sheet, cellulose fiber particles, cellulose fiber gel, or fine cellulose fiber dispersion, active energy ray curing such as a thermoplastic resin or a photocurable resin is used. Resin. By using an active energy ray curable resin such as a thermoplastic resin or a photocurable resin, a highly transparent fiber resin composite material can be obtained. For example, when a thermosetting resin is used, since the curing time is long, the transparency may decrease in the process.

本発明において、熱可塑性樹脂とは、加熱によって軟化して成形できるようになり、それを冷却すれば固化する特性(これには可逆性もある)を有する樹脂を示す。   In the present invention, a thermoplastic resin refers to a resin that can be molded by being softened by heating, and has a property of solidifying when it is cooled (this may also be reversible).

また、本発明において、活性エネルギー線(光)硬化性樹脂とは、活性エネルギー線(光エネルギー)の作用で液状から固体に変化し(光硬化)、硬化する樹脂を示す。   In the present invention, the active energy ray (light) curable resin is a resin that changes from a liquid state to a solid state (photocuring) by the action of the active energy ray (light energy) and is cured.

本発明においては、以下のマトリックス材料(高分子材料またはその前駆体)のうち、高分子材料、または前駆体の場合にはその重合体が、非晶質でガラス転移温度(Tg)の高い合成高分子であるものが、透明性に優れた高耐久性のセルロース繊維複合材料を得る上で好ましく、このうち非晶質の程度としては、結晶化度で10%以下、特に5%以下であるものが好ましく、また、Tgは110℃以上、特に120℃以上、とりわけ130℃以上のものが好ましい。Tgが低いと例えば熱水等に触れた際に変形する恐れがあり、実用上問題が生じる。また、低吸水性のセルロース繊維複合材料を得るためには、ヒドロキシル基、カルボキシ基、アミノ基などの親水性の官能基が少ない高分子材料を選定することが好ましい。なお、高分子材料のTgは一般的な方法で求めることができる。例えば、DSC法による測定で求められる。高分子の結晶化度は、非晶質部と結晶質部の密度から算定することができ、また、動的粘弾性測定により、弾性率と粘性率の比であるtanδから算出することもできる。   In the present invention, among the following matrix materials (polymer materials or precursors thereof), in the case of a polymer material or precursor, the polymer is an amorphous compound having a high glass transition temperature (Tg). A polymer is preferable for obtaining a highly durable cellulose fiber composite material having excellent transparency. Among these, the degree of amorphousness is 10% or less, particularly 5% or less in terms of crystallinity. The Tg is preferably 110 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, and particularly preferably 130 ° C. or higher. If Tg is low, there is a risk of deformation when touched with hot water, for example, which causes a practical problem. Moreover, in order to obtain a low water-absorbing cellulose fiber composite material, it is preferable to select a polymer material having few hydrophilic functional groups such as a hydroxyl group, a carboxy group, and an amino group. The Tg of the polymer material can be obtained by a general method. For example, it is obtained by measurement by the DSC method. The degree of crystallinity of the polymer can be calculated from the density of the amorphous part and the crystalline part, and can also be calculated from the tan δ, which is the ratio of the elastic modulus to the viscosity, by dynamic viscoelasticity measurement. .

(熱可塑性樹脂)
熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリビニルアルコール樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、芳香族ポリカーボネート系樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリオレフィン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスルホン系樹脂、非晶性フッ素系樹脂等が挙げられる。
(Thermoplastic resin)
The thermoplastic resin is not particularly limited, but polyvinyl alcohol resin, styrene resin, acrylic resin, aromatic polycarbonate resin, aliphatic polycarbonate resin, aromatic polyester resin, aliphatic polyester resin. And aliphatic polyolefin resins, cyclic olefin resins, polyamide resins, polyphenylene ether resins, thermoplastic polyimide resins, polyacetal resins, polysulfone resins, amorphous fluorine resins, and the like.

(活性エネルギー線硬化性樹脂)
光硬化性樹脂等の活性エネルギー線硬化性樹脂としては、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、オキセタン樹脂等の前駆体が挙げられる。
熱可塑性樹脂、活性エネルギー線硬化性樹脂の具体例は、特開2009−299043号公報に記載のものが挙げられる。
(Active energy ray curable resin)
Although it does not specifically limit as active energy ray curable resins, such as photocurable resin, Precursors, such as an epoxy resin, an acrylic resin, an oxetane resin, are mentioned.
Specific examples of the thermoplastic resin and the active energy ray curable resin include those described in JP-A-2009-299043.

(その他の成分)
熱可塑性樹脂および活性エネルギー線硬化性樹脂は、適宜、連鎖移動剤、紫外線吸収剤、充填剤、シランカップリング剤等と配合した組成物(以下、硬化性組成物とよぶ)として用いられる。
(Other ingredients)
The thermoplastic resin and the active energy ray curable resin are appropriately used as a composition (hereinafter referred to as a curable composition) blended with a chain transfer agent, an ultraviolet absorber, a filler, a silane coupling agent, and the like.

<連鎖移動剤>
反応を均一に進行させる目的等で硬化性組成物は連鎖移動剤を含んでもよい。連鎖移動剤としては、例えば、分子内に2個以上のチオール基を有する多官能メルカプタン化合物を用いることができ、これにより硬化物に適度な靱性を付与する事が出来る。メルカプタン化合物としては、例えばペンタエリスリトールテトラキス(β−チオプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(β−チオプロピオネート)、トリス[2−(β−チオプロピオニルオキシエトキシ)エチル]トリイソシアヌレートなどの1種または2種以上を用いるのが好ましい。硬化性組成物にメルカプタン化合物を含有させる場合、連鎖移動剤は硬化性組成物中のラジカル重合可能な化合物の合計に対して、通常30重量%以下の割合で含有させる。
<Chain transfer agent>
The curable composition may contain a chain transfer agent for the purpose of causing the reaction to proceed uniformly. As the chain transfer agent, for example, a polyfunctional mercaptan compound having two or more thiol groups in the molecule can be used, and thereby moderate toughness can be imparted to the cured product. Examples of mercaptan compounds include pentaerythritol tetrakis (β-thiopropionate), trimethylolpropane tris (β-thiopropionate), and tris [2- (β-thiopropionyloxyethoxy) ethyl] triisocyanurate. It is preferable to use 1 type (s) or 2 or more types. When the mercaptan compound is contained in the curable composition, the chain transfer agent is usually contained in a proportion of 30% by weight or less with respect to the total of the radically polymerizable compounds in the curable composition.

<紫外線吸収剤>
着色防止目的で硬化性組成物は紫外線吸収剤を含んでもよい。例えば、紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤およびベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤から選ばれるものであり、その紫外線吸収剤は1種類を用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。硬化性組成物に紫外線吸収剤を含有させる場合、紫外線吸収剤は硬化性組成物中のラジカル重合可能な化合物の合計100重量部に対して、通常0.01〜1重量部の割合で含有させる。
<Ultraviolet absorber>
For the purpose of preventing coloring, the curable composition may contain an ultraviolet absorber. For example, the ultraviolet absorber is selected from a benzophenone-based ultraviolet absorber and a benzotriazole-based ultraviolet absorber, and the ultraviolet absorber may be used alone or in combination of two or more. . When an ultraviolet absorber is contained in the curable composition, the ultraviolet absorber is usually contained at a ratio of 0.01 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the radically polymerizable compound in the curable composition. .

<セルロース以外の充填剤>
硬化性組成物は、セルロース繊維以外の充填剤を含んでもよい。充填剤としては、例えば、無機粒子や有機高分子などが挙げられる。具体的には、シリカ粒子、チタニア粒子、アルミナ粒子などの無機粒子、ゼオネックス(日本ゼオン社)やアートン(JSR社)などの透明シクロオレフィンポリマー、ポリカーボネートやポリメチルメタアクリレートなどの汎用熱可塑性ポリマーなどが挙げられる。中でも、ナノサイズのシリカ粒子を用いると透明性を維持することができ好適である。また、紫外線硬化性モノマーと構造の似たポリマーを用いると高濃度までポリマーを溶解させることが可能であり、好適である。
<Fillers other than cellulose>
The curable composition may contain a filler other than cellulose fibers. Examples of the filler include inorganic particles and organic polymers. Specifically, inorganic particles such as silica particles, titania particles, alumina particles, transparent cycloolefin polymers such as ZEONEX (ZEON CORPORATION) and ARTON (JSR), general-purpose thermoplastic polymers such as polycarbonate and polymethyl methacrylate, etc. Is mentioned. Among these, use of nano-sized silica particles is preferable because transparency can be maintained. In addition, it is preferable to use a polymer having a structure similar to that of the ultraviolet curable monomer because the polymer can be dissolved to a high concentration.

<シランカップリング剤>
硬化性組成物には、シランカップリング剤を添加してもよい。シランカップリング剤としては、例えば、γ−((メタ)アクリロキシプロピル)トリメトキシシラン、γ−((メタ)アクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、γ−((メタ)アクリロキシプロピル)メチルジエトキシシラン、γ−((メタ)アクリロキシプロピル)トリエトキシシラン、γ−(アクリロキシプロピル)トリメトキシシラン等が挙げられ、これらは分子中に(メタ)アクリル基を有しており、他のモノマーと共重合することができるので好ましい。硬化性組成物にシランカップリング剤を含有させる場合、シランカップリング剤は、硬化性組成物中のラジカル重合可能な化合物の合計に対して通常0.1〜50重量%、好ましくは1〜20重量%となるように含有させる。この配合量が少な過ぎると、これを含有させる効果が十分に得られず、また、多過ぎると、硬化物の透明性などの光学特性が損なわれる恐れがある。
<Silane coupling agent>
A silane coupling agent may be added to the curable composition. Examples of the silane coupling agent include γ-((meth) acryloxypropyl) trimethoxysilane, γ-((meth) acryloxypropyl) methyldimethoxysilane, and γ-((meth) acryloxypropyl) methyldiethoxy. Silane, γ-((meth) acryloxypropyl) triethoxysilane, γ- (acryloxypropyl) trimethoxysilane, and the like, which have a (meth) acryl group in the molecule and other monomers Is preferable because it can be copolymerized. When the curable composition contains a silane coupling agent, the silane coupling agent is usually 0.1 to 50% by weight, preferably 1 to 20%, based on the total amount of radically polymerizable compounds in the curable composition. It is made to contain so that it may become weight%. If the blending amount is too small, the effect of containing it is not sufficiently obtained, and if it is too large, optical properties such as transparency of the cured product may be impaired.

<重合硬化工程>
本発明のセルロース繊維複合材料を形成するための硬化性組成物は、公知の方法で重合硬化させることができる。
硬化方法としては、放射線硬化等が挙げられる。放射線としては、赤外線、可視光線、紫外線、電子線等の活性エネルギー線が挙げられるが、好ましくは光である。更に好ましくは波長が200nm〜450nm程度の光であり、更に好ましくは波長が250〜400nmの紫外線である。
<Polymerization curing process>
The curable composition for forming the cellulose fiber composite material of the present invention can be polymerized and cured by a known method.
Examples of the curing method include radiation curing. Examples of radiation include active energy rays such as infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, and electron beams, with light being preferred. More preferred is light having a wavelength of about 200 nm to 450 nm, and more preferred is ultraviolet light having a wavelength of 250 to 400 nm.

具体的には、予め硬化性組成物に紫外線等の放射線によりラジカルを発生する光重合開始剤を添加しておき、放射線を照射して重合させる方法(以下「光重合」という場合がある)等が挙げられる。   Specifically, a method in which a photopolymerization initiator that generates radicals by radiation such as ultraviolet rays is added to the curable composition in advance and polymerized by irradiation with radiation (hereinafter sometimes referred to as “photopolymerization”), etc. Is mentioned.

光重合開始剤としては、通常、光ラジカル発生剤が用いられる。光ラジカル発生剤としては、この用途に用い得ることが知られている公知の化合物を用いることができる。例えば、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,6−ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホシフィンオキシド等が挙げられる。これらの中でも、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドが好ましい。これらの光重合開始剤は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   As the photopolymerization initiator, a photoradical generator is usually used. As the photoradical generator, a known compound that can be used for this purpose can be used. Examples include benzophenone, benzoin methyl ether, benzoin propyl ether, diethoxyacetophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,6-dimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, and the like. Among these, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide is preferable. These photopolymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.

光重合開始剤の配合量は、硬化性組成物中のラジカル重合可能な化合物の合計を100重量部としたとき、0.001重量部以上、好ましくは0.05重量部以上、更に好ましくは0.01重量部以上である。その上限は、通常1重量部以下、好ましくは0.5重量部以下、更に好ましくは0.1重量部以下である。光重合開始剤の配合量が多すぎると、重合が急激に進行し、得られる硬化物の複屈折を大きくするだけでなく色相も悪化する。例えば、開始剤の量を5重量部とした場合、開始剤の吸収により、紫外線の照射と反対側に光が到達できずに未硬化の部分が生ずる。また、黄色く着色し色相の劣化が著しい。一方、少なすぎると紫外線照射を行っても重合が十分に進行しないおそれがある。   The blending amount of the photopolymerization initiator is 0.001 parts by weight or more, preferably 0.05 parts by weight or more, more preferably 0, when the total amount of radically polymerizable compounds in the curable composition is 100 parts by weight. 0.01 parts by weight or more. The upper limit is usually 1 part by weight or less, preferably 0.5 part by weight or less, more preferably 0.1 part by weight or less. When the blending amount of the photopolymerization initiator is too large, the polymerization proceeds rapidly, and not only the birefringence of the resulting cured product is increased, but also the hue is deteriorated. For example, when the amount of the initiator is 5 parts by weight, absorption of the initiator causes light to not reach the side opposite to the irradiation of the ultraviolet rays, resulting in an uncured portion. Further, it is colored yellow and the hue is markedly deteriorated. On the other hand, if the amount is too small, the polymerization may not proceed sufficiently even if ultraviolet irradiation is performed.

また、硬化性組成物は、熱重合開始剤を同時に含んでもよい。熱重合開始剤として例えば、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアシルパーオキサイド、パーオキシカーボネート、パーオキシケタール、ケトンパーオキサイド等が挙げられる。具体的にはベンゾイルパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、t−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)ジクミルパーオキサイド、ジt−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルハイドロパーキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド等を用いることができる。光照射時に熱重合が開始されると、重合を制御することが難しくなるので、これらの熱重合開始剤は好ましくは1分半減期温度が120℃以上であることがよい。これらの重合開始剤は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   Moreover, the curable composition may contain a thermal polymerization initiator simultaneously. Examples of the thermal polymerization initiator include hydroperoxide, dialkyl peroxide, peroxy ester, diacyl peroxide, peroxy carbonate, peroxy ketal, and ketone peroxide. Specifically, benzoyl peroxide, diisopropyl peroxy carbonate, t-butyl peroxy (2-ethylhexanoate) dicumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, t-butyl peroxybenzoate, t-butyl hydroperoxide Side, diisopropylbenzene hydroperoxide, 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide and the like can be used. When thermal polymerization is initiated at the time of light irradiation, it becomes difficult to control the polymerization. Therefore, these thermal polymerization initiators preferably have a 1 minute half-life temperature of 120 ° C. or higher. These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.

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

重合をすみやかに完了させる目的で、光重合と熱重合を同時に行ってもよい。この場合には、放射線照射と同時に硬化性組成物を30℃以上300℃以下の範囲で加熱して硬化を行う。この場合、硬化性組成物には、重合を完結するために熱重合開始剤を添加してもよいが、大量に添加すると硬化物の複屈折の増大と色相の悪化をもたらすので、熱重合開始剤は、硬化性組成物中のラジカル重合可能な化合物の合計に対して通常0.1重量%以上2重量%以下、より好ましくは0.3重量%以上1重量%以下となるように用いる。   For the purpose of promptly completing the polymerization, photopolymerization and thermal polymerization may be performed simultaneously. In this case, the curable composition is heated and cured in the range of 30 ° C. or more and 300 ° C. or less simultaneously with the radiation irradiation. In this case, a thermal polymerization initiator may be added to the curable composition in order to complete the polymerization, but if added in a large amount, the birefringence of the cured product is increased and the hue is deteriorated. The agent is generally used in an amount of from 0.1% by weight to 2% by weight, more preferably from 0.3% by weight to 1% by weight, based on the total of radically polymerizable compounds in the curable composition.

<積層構造体>
本発明のセルロース繊維複合材料は、本発明のセルロース繊維シートの層と、前述したセルロース以外の高分子よりなる平面構造体層との積層構造体であってもよく、また、本発明のセルロース繊維シートの層と、本発明のセルロース繊維複合材料の層との積層構造であってもよく、その積層数や積層構成には特に制限はない。
<Laminated structure>
The cellulose fiber composite material of the present invention may be a laminated structure of a layer of the cellulose fiber sheet of the present invention and a planar structure layer made of a polymer other than cellulose as described above, and the cellulose fiber of the present invention. A laminated structure of the sheet layer and the cellulose fiber composite material layer of the present invention may be used, and the number of laminated layers and the laminated structure are not particularly limited.

また、本発明のセルロース繊維シートないし板状の本発明のセルロース繊維複合材料を複数枚重ねて積層体とすることもできる。その際に、本発明のセルロース繊維複合材料とセルロース繊維を含まない樹脂シートとを積層してもよい。この場合、セルロース繊維複合材料同士や樹脂シートとセルロース繊維複合材料を接着させるために、接着剤を塗布したり接着シートを介在させてもよい。また、積層体に加熱プレス処理を加えて一体化することもできる。   Further, a plurality of the cellulose fiber sheets or plate-like cellulose fiber composite materials of the present invention can be stacked to form a laminate. In that case, you may laminate | stack the cellulose fiber composite material of this invention, and the resin sheet which does not contain a cellulose fiber. In this case, in order to adhere the cellulose fiber composite materials or the resin sheet and the cellulose fiber composite material, an adhesive may be applied or an adhesive sheet may be interposed. Moreover, it can also integrate by adding a heat press process to a laminated body.

<無機膜>
本発明のセルロース繊維複合材料は、その用途に応じて、セルロース繊維複合材料層に更に無機膜が積層されたものであってもよく、上述の積層構造体に更に無機膜が積層されたものであってもよい。
<Inorganic membrane>
The cellulose fiber composite material of the present invention may be obtained by further laminating an inorganic film on the cellulose fiber composite material layer according to its use, and further laminating an inorganic film on the above laminated structure. There may be.

ここで用いられる無機膜は、セルロース繊維複合材料の用途に応じて適宜決定され、例えば、白金、銀、アルミニウム、金、銅等の金属、シリコン、ITO、SiO、SiN、SiOxNy、ZnO等、TFT等が挙げられ、その組み合わせや膜厚は任意に設計することができる。 The inorganic film used here is appropriately determined according to the use of the cellulose fiber composite material, for example, metals such as platinum, silver, aluminum, gold, copper, silicon, ITO, SiO 2 , SiN, SiOxNy, ZnO, etc. A TFT etc. are mentioned, The combination and film thickness can be designed arbitrarily.

<セルロース繊維複合材料の特性ないし物性>
以下に本発明のセルロース繊維複合材料の好適な特性ないし物性について説明する。
<Characteristics and physical properties of cellulose fiber composite material>
Hereinafter, suitable characteristics or physical properties of the cellulose fiber composite material of the present invention will be described.

(セルロース含有量)
本発明のセルロース繊維複合材料中のセルロースの含有量(本発明の微細セルロース繊維の含有量)は通常1重量%以上99重量%以下であり、セルロース以外のマトリックス材料の含有量が1重量%以上99重量%以下である。低線膨張性を発現するには、セルロースの含有量が1重量%以上、セルロース以外のマトリックス材料の含有量が99重量%以下であること必要である。透明性を発現するにはセルロースの含有量が99重量%以下、セルロース以外のマトリックス材料の含有量が1重量%以上であることが必要である。好ましい範囲はセルロースが5重量%以上90重量%以下であり、セルロース以外のマトリックス材料が10重量%以上95重量%以下であり、さらに好ましい範囲はセルロースが10重量%以上80重量%以下であり、セルロース以外のマトリックス材料が20重量%以上90重量%以下である。特に、セルロースの含有量が30重量%以上70重量%以下で、セルロース以外のマトリックス材料の含有量が30重量%以上70重量%以下であることが好ましい。
(Cellulose content)
The cellulose content in the cellulose fiber composite material of the present invention (the content of the fine cellulose fiber of the present invention) is usually 1% by weight to 99% by weight, and the content of the matrix material other than cellulose is 1% by weight or more. 99% by weight or less. In order to develop low linear expansion, it is necessary that the content of cellulose is 1% by weight or more and the content of a matrix material other than cellulose is 99% by weight or less. In order to express transparency, it is necessary that the content of cellulose is 99% by weight or less and the content of a matrix material other than cellulose is 1% by weight or more. A preferred range is 5% to 90% by weight of cellulose, a matrix material other than cellulose is 10% to 95% by weight, and a more preferred range is 10% to 80% by weight of cellulose, The matrix material other than cellulose is 20% by weight or more and 90% by weight or less. In particular, the content of cellulose is preferably 30% by weight or more and 70% by weight or less, and the content of matrix materials other than cellulose is preferably 30% by weight or more and 70% by weight or less.

セルロース繊維複合材料中のセルロースおよびセルロース以外のマトリックス材料の含有量は、例えば、複合化前のセルロース繊維の重量と複合化後のセルロース繊維複合材料の重量より求めることができる。また、マトリックス材料が可溶な溶媒にセルロース繊維複合材料を浸漬してマトリックス材料のみを取り除き、残った微細セルロース繊維の重量から求めることもできる。その他、マトリックス材料である樹脂の比重から求める方法や、NMR、IRを用いて樹脂やセルロースの官能基を定量して求めることもできる。   The content of the cellulose and the matrix material other than cellulose in the cellulose fiber composite material can be determined from, for example, the weight of the cellulose fiber before composite and the weight of the cellulose fiber composite material after composite. Alternatively, the cellulose fiber composite material is immersed in a solvent in which the matrix material is soluble to remove only the matrix material, and the weight can be obtained from the remaining fine cellulose fibers. In addition, the functional group of the resin or cellulose can also be quantified and determined using the specific gravity of the resin that is the matrix material, NMR, or IR.

(厚み)
本発明のセルロース繊維複合材料の厚みは、好ましくは10μm以上10cm以下であり、このような厚みとすることにより、構造材としての強度を保つことができる。セルロース繊維複合材料の厚さはより好ましくは50μm以上1cm以下であり、さらに好ましくは80μm以上250μm以下である。
なお、本発明のセルロース繊維複合材料は、例えば、このような厚さの膜状(フィルム状)または板状であるが、平膜または平板に限らず、曲面を有する膜状または板状とすることもできる。また、その他の異形形状であってもよい。また、厚さは必ずしも均一である必要はなく、部分的に異なっていてもよい。
(Thickness)
The thickness of the cellulose fiber composite material of the present invention is preferably 10 μm or more and 10 cm or less, and by using such a thickness, the strength as a structural material can be maintained. The thickness of the cellulose fiber composite material is more preferably 50 μm or more and 1 cm or less, and further preferably 80 μm or more and 250 μm or less.
The cellulose fiber composite material of the present invention is, for example, a film shape (film shape) or a plate shape having such a thickness, but is not limited to a flat film or a flat plate, and is a film shape or a plate shape having a curved surface. You can also. Other irregular shapes may also be used. Further, the thickness is not necessarily uniform and may be partially different.

(着色)
本発明のセルロース繊維複合材料は、加熱による着色が小さいことを特徴とする。
セルロースは、特に木質由来の原料を用いることで黄色味がつく場合がある。これは、セルロース自体の着色の場合と、精製度合いによって残ったセルロース以外の物質が着色する場合がある。本発明の微細セルロース繊維およびセルロース繊維複合材料は、加熱の工程が入っても着色が小さく、各種デバイスの透明基板等の実際のデバイス化工程における、加熱処理に耐えうるものである。
各種透明材料として本発明のセルロース繊維複合材料を用いる場合、微細セルロース繊維の着色の程度は、セルロース繊維複合材料のYIとして好ましくは30以下、より好ましくは15以下、特に好ましくは10以下であり、加熱処理後もこのYIの上昇がないことが好ましく、加熱後もまた、YIが好ましくは30以下、より好ましくは15以下、特に好ましくは10以下を維持することが好ましい。なお、セルロース繊維複合材料のYIは、例えばスガ試験機製カラーコンピュータを用いて測定される。
(Coloring)
The cellulose fiber composite material of the present invention is characterized in that coloring by heating is small.
Cellulose is sometimes yellowish by using raw materials derived from wood. This may be the case where the cellulose itself is colored or the remaining substance other than cellulose depending on the degree of purification. The fine cellulose fiber and cellulose fiber composite material of the present invention are small in color even when a heating step is performed, and can withstand heat treatment in actual device forming steps such as transparent substrates of various devices.
When the cellulose fiber composite material of the present invention is used as various transparent materials, the degree of coloring of the fine cellulose fiber is preferably 30 or less, more preferably 15 or less, particularly preferably 10 or less, as the YI of the cellulose fiber composite material. It is preferable that the YI does not increase even after the heat treatment, and it is preferable that the YI is preferably maintained at 30 or less, more preferably 15 or less, and particularly preferably 10 or less after the heating. The YI of the cellulose fiber composite material is measured using, for example, a color computer manufactured by Suga Test Instruments.

(ヘーズ)
本発明のセルロース繊維複合材料は、透明性の高い、すなわちヘーズの小さいセルロース繊維複合材料とすることができる。
各種透明材料として用いる場合、このセルロース繊維複合材料のヘーズは、好ましくは2.0以下、より好ましくは1.8以下であり、特にこの値は1.5以下であることが好ましい。ヘーズが2.0より大きくなると実質的に各種デバイスの透明基板等に適用することは困難となる。
ヘーズは、セルロース繊維複合材料について、スガ試験機製ヘーズメータを用いて測定することができ、C光源の値を用いる。例えば、厚み10〜250μm、好ましくは10〜100μmの繊維樹脂複合材料について測定する。
(Haze)
The cellulose fiber composite material of the present invention can be a cellulose fiber composite material having high transparency, that is, low haze.
When used as various transparent materials, the haze of the cellulose fiber composite material is preferably 2.0 or less, more preferably 1.8 or less, particularly preferably 1.5 or less. If the haze is larger than 2.0, it becomes difficult to apply it to transparent substrates of various devices.
A haze can be measured about a cellulose fiber composite material using the Suga Test Instruments haze meter, and the value of C light source is used. For example, a fiber resin composite material having a thickness of 10 to 250 μm, preferably 10 to 100 μm is measured.

(全光線透過率)
本発明のセルロース繊維複合材料は、透明性の高い、すなわちヘーズの小さいセルロース繊維複合材料とすることができる。各種透明材料として用いる場合、この繊維樹脂複合材料は、JIS規格K7105に準拠してその厚み方向に測定された全光線透過率が60%以上、更には70%以上、特に80%以上、とりわけ90%以上であることが好ましい。この全光線透過率が60%未満であると半透明または不透明となり、透明性が要求される用途への使用が困難となる場合がある。
全光線透過率は例えば、セルロース繊維複合材料について、スガ試験機製ヘーズメータを用いて測定することができ、C光源の値を用いる。例えば、厚み10〜250μm、好ましくは10〜100μmのセルロース繊維複合材料について測定する。
(Total light transmittance)
The cellulose fiber composite material of the present invention can be a cellulose fiber composite material having high transparency, that is, low haze. When used as various transparent materials, this fiber resin composite material has a total light transmittance of 60% or more, further 70% or more, particularly 80% or more, especially 90%, as measured in the thickness direction in accordance with JIS standard K7105. % Or more is preferable. If this total light transmittance is less than 60%, it becomes translucent or opaque, and it may be difficult to use it in applications requiring transparency.
The total light transmittance can be measured, for example, for a cellulose fiber composite material using a Suga Test Instruments haze meter, and the value of a C light source is used. For example, the measurement is performed on a cellulose fiber composite material having a thickness of 10 to 250 μm, preferably 10 to 100 μm.

(線膨張係数)
本発明のセルロース繊維複合材料は、線膨張係数(1Kあたりの伸び率)の低いセルロースを用いることにより線膨張係数の低いセルロース繊維複合材料とすることができる。このセルロース繊維複合材料の線膨張係数は1〜50ppm/Kであることが好ましく、1〜30ppm/Kであることがより好ましく、1〜20ppm/Kであることが特に好ましく、1〜15ppm/Kであることが最も好ましい。
即ち、例えば、基板用途においては、無機の薄膜トランジスタの線膨張係数が15ppm/K程度であるため、セルロース繊維複合材料の線膨張係数が50ppm/Kを超えると無機膜との積層複合化の際に、二層の線膨張率差が大きくなり、クラック等が発生する。従って、セルロース繊維複合材料の線膨張係数は、特に1〜20ppm/Kであることが好ましい。
(Linear expansion coefficient)
The cellulose fiber composite material of the present invention can be made into a cellulose fiber composite material having a low linear expansion coefficient by using cellulose having a low linear expansion coefficient (elongation rate per 1K). The cellulose fiber composite material preferably has a linear expansion coefficient of 1 to 50 ppm / K, more preferably 1 to 30 ppm / K, particularly preferably 1 to 20 ppm / K, and 1 to 15 ppm / K. Most preferably.
That is, for example, in the substrate application, since the linear expansion coefficient of the inorganic thin film transistor is about 15 ppm / K, when the linear expansion coefficient of the cellulose fiber composite material exceeds 50 ppm / K, the laminated composite with the inorganic film is formed. The difference in linear expansion coefficient between the two layers becomes large, and cracks and the like are generated. Therefore, the linear expansion coefficient of the cellulose fiber composite material is particularly preferably 1 to 20 ppm / K.

なお、線膨張係数は、例えば、以下の方法により測定される。
セルロース繊維複合材料をレーザーカッターにより、3mm幅×40mm長にカットし、これをSII製TMA6100を用いて引張モードでチャック間20mm、荷重10g、窒素雰囲気下、室温から180℃まで5℃/minで昇温し、次いで180℃から25℃まで5℃/min.で降温し、更に25℃から180℃まで5℃/minで昇温した際の2度目の昇温時の60℃から100℃の測定値から線膨張係数を求める。測定する温度範囲は使用するマトリックス材料によって適宜調整する。
The linear expansion coefficient is measured by, for example, the following method.
Cellulose fiber composite material was cut into 3 mm width x 40 mm length with a laser cutter, and this was stretched at a rate of 5 mm / min from room temperature to 180 ° C. in a nitrogen atmosphere at 20 mm between chucks in a tensile mode using TMA6100 made by SII. The temperature was raised and then from 180 ° C. to 25 ° C. at 5 ° C./min. The linear expansion coefficient is obtained from the measured value from 60 ° C. to 100 ° C. during the second temperature increase when the temperature is further decreased from 25 ° C. to 180 ° C. at a rate of 5 ° C./min. The temperature range to be measured is appropriately adjusted depending on the matrix material used.

(引張強度)
本発明のセルロース繊維複合材料の引張強度は、好ましくは40MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上である。引張強度が40MPaより低いと、十分な強度が得られず、構造材料等、力の加わる用途への使用に影響を与えることがある。
(Tensile strength)
The tensile strength of the cellulose fiber composite material of the present invention is preferably 40 MPa or more, more preferably 100 MPa or more. If the tensile strength is lower than 40 MPa, sufficient strength cannot be obtained, which may affect the use of a structural material or the like to which a force is applied.

(引張弾性率)
本発明のセルロース繊維複合材料の引張弾性率は、好ましくは0.2〜100GPaであり、より好ましくは1〜50GPa、さらに好ましくは5.0〜30GPaである。引張弾性率が0.2GPaより低いと、十分な強度が得られず、構造材料等、力の加わる用途への使用に影響を与えることがある。
(Tensile modulus)
The tensile elastic modulus of the cellulose fiber composite material of the present invention is preferably 0.2 to 100 GPa, more preferably 1 to 50 GPa, and still more preferably 5.0 to 30 GPa. When the tensile elastic modulus is lower than 0.2 GPa, sufficient strength cannot be obtained, which may affect the use of a structural material or the like to which a force is applied.

<用途>
本発明のセルロース繊維複合材料は、透明性が高く、高強度、低吸水性、高透明性、低着色でヘーズが小さく光学特性に優れるため、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、リアプロジェクションテレビ等のディスプレイや基板やパネルとして好適である。また、シリコン系太陽電池、色素増感太陽電池などの太陽電池用基板に好適である。基板としては、バリア膜、ITO、TFT等と積層してもよい。特に、本発明のセルロース繊維複合材料は加熱処理を施しても着色が小さく、各種デバイスの透明基板等の実際のデバイス化工程における、加熱処理に耐え得るものである。
<Application>
The cellulose fiber composite material of the present invention has high transparency, high strength, low water absorption, high transparency, low coloration, small haze, and excellent optical properties, so that it can be used for liquid crystal displays, plasma displays, organic EL displays, field emission displays. It is suitable as a display, a substrate or a panel of a rear projection television. Moreover, it is suitable for substrates for solar cells such as silicon-based solar cells and dye-sensitized solar cells. The substrate may be laminated with a barrier film, ITO, TFT or the like. In particular, the cellulose fiber composite material of the present invention is small in color even when subjected to heat treatment, and can withstand heat treatment in actual device forming steps such as transparent substrates of various devices.

また、本発明のセルロース繊維複合材料は、自動車用の窓材、鉄道車両用の窓材、住宅用の窓材、オフィスや工場などの窓材などにも好適に用いることができる。窓材としては、必要に応じてフッ素皮膜、ハードコート膜等の膜や耐衝撃性、耐光性の素材を積層して用いてもよい。
また、本発明のセルロース繊維複合材料は、その低線膨張係数、高弾性、高強度等の特性を生かして透明材料用途以外の構造体としても用いることができる。特に、内装材、外板、バンパー等の自動車材料やパソコンの筐体、家電部品、包装用資材、建築資材、土木資材、水産資材、その他、工業用資材等として好適に用いられる。
The cellulose fiber composite material of the present invention can also be suitably used for window materials for automobiles, window materials for railway vehicles, window materials for houses, window materials for offices and factories, and the like. As the window material, a film such as a fluorine film or a hard coat film or a material having impact resistance or light resistance may be laminated as necessary.
In addition, the cellulose fiber composite material of the present invention can be used as a structure other than the use of a transparent material by taking advantage of characteristics such as a low linear expansion coefficient, high elasticity, and high strength. In particular, it is suitably used as automobile materials such as interior materials, outer plates, bumpers, etc., personal computer casings, home appliance parts, packaging materials, building materials, civil engineering materials, marine materials, and other industrial materials.

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。   Examples 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 it exceeds the gist.

なお、以下の実施例及び比較例における微細セルロース繊維のナノ化収率及び解繊処理に要した投入エネルギー量の算出方法は以下の通りである。   In addition, the calculation method of the input energy amount required for the nano-ized yield of the fine cellulose fiber and the defibration process in the following examples and comparative examples is as follows.

<ナノ化収率の算出方法>
(1) 解繊処理後の微細セルロース繊維分散液を固形分濃度0.2重量%に希釈して均一に分散させる。
(2) 希釈した微細セルロース繊維分散液をアルミ皿にとり、105℃で2時間以上乾燥させて秤量することにより、(1)の分散液の固形分濃度(C)を求める。
(3) 遠沈管に(1)の分散液を30g秤り取り、遠心分離機(日立工機社製CR23)を用い、12000Gで10分間遠心分離処理する。
(4) 遠沈管ごと秤量する(W)。
(5) 沈殿物が入らないように注意して上澄みを取り分け、(2)と同様に固形分濃度を求める(C)。
(6) 沈殿物が残った遠沈管を秤量する(W)。
(7) 遠沈管の質量はWとする。
以下の式によりナノ化収率を算出する。
<Calculation method of nano-ized yield>
(1) The fine cellulose fiber dispersion after defibration is diluted to a solid content concentration of 0.2% by weight and uniformly dispersed.
(2) The diluted fine cellulose fiber dispersion is placed in an aluminum dish, dried at 105 ° C. for 2 hours or more, and weighed to obtain the solid content concentration (C 0 ) of the dispersion in (1).
(3) Weigh 30 g of the dispersion of (1) in a centrifuge tube and centrifuge at 12000 G for 10 minutes using a centrifuge (CR23 manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.).
(4) Weigh the whole centrifuge tube (W 1 ).
(5) Carefully separate the supernatant so that no precipitate enters, and determine the solid content concentration as in (2) (C 1 ).
(6) Weigh the centrifuge tube where the precipitate remains (W 2 ).
(7) centrifuge tube of mass and W 0.
The nanonization yield is calculated by the following formula.

Figure 2015071848
Figure 2015071848

(8) 上澄み中には、数平均繊維径が200nm以下の細かい微細セルロース繊維が多く含まれているため、このナノ化収率が大きい程、解繊処理効率が高いことを示す。  (8) Since the supernatant contains a large amount of fine fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 200 nm or less, the higher the nanofibration yield, the higher the fibrillation efficiency.

<投入エネルギー量の算出方法>
(高速回転式分散機のみを用いた場合)
以下の式により算出した。
投入エネルギー量(kWh/kg−セルロース)=
{電流×電圧×解繊処理時間}/{高速回転式分散機に投入した
セルロース繊維原料量(g)}
(高速回転式分散機と高圧式分散機を用いた場合)
以下の式により高圧式分散機による解繊処理における投入エネルギー量を算出し、上記高速回転式分散機による解繊処理における投入エネルギー量の値との合計の値を投入エネルギー量とした。
投入エネルギー量(kWh/kg−セルロース)=
{電流×電圧×解繊処理時間}/{高圧式分散機に投入した
セルロース繊維原料量(g)}
<Calculation method of input energy amount>
(When using only a high-speed rotating disperser)
The following formula was used for calculation.
Input energy (kWh / kg-cellulose) =
{Current x voltage x fibrillation treatment time} / {put into high-speed rotary disperser
Cellulose fiber raw material amount (g)}
(When using high-speed rotary disperser and high-pressure disperser)
The input energy amount in the defibrating process by the high-pressure disperser was calculated by the following formula, and the sum of the input energy amount in the defibrating process by the high-speed rotary disperser was defined as the input energy amount.
Input energy (kWh / kg-cellulose) =
{Current x Voltage x Defibration treatment time} / {Putted into high-pressure disperser
Cellulose fiber raw material amount (g)}

[実施例1]
2−プロパノール250gに、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、固形分30重量%)32.4gを添加し、次いで1mol/L水酸化ナトリウム水溶液5.83gと、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリドの80重量%水溶液(カチオマスターG(登録商標)、四日市合成社製)4.86gを添加し、3時間室温で撹拌した後、50℃で90分間反応させた。反応後、濾別したケーキを脱塩水600mLに分散させ、10重量%酢酸水溶液で中和した後、再度濾別した。次いで濾液の電気伝導度が50μS/cm未満になるまで脱塩水で洗浄し、前記式(1)で表される基(R,R,Rはメチル基、XはCl)を導入したカチオン化セルロース繊維原料を得た。
得られたカチオン化セルロース繊維原料のカチオン性基の導入量を、窒素測定装置(TN−10、三菱化学アナリテック社製)を用いて、JIS−K2609に準じて測定したところ、0.50mmol/gであった。
[Example 1]
To 250 g of 2-propanol, 32.4 g of hardwood bleached kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Paper Co., Ltd., solid content of 30% by weight) is added as a cellulose fiber raw material, and then 5.83 g of 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution and glycidyltrimethyl 4.86 g of an 80% by weight aqueous solution of ammonium chloride (Cathiomaster G (registered trademark), Yokkaichi Gosei Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours, and then reacted at 50 ° C. for 90 minutes. After the reaction, the cake separated by filtration was dispersed in 600 mL of demineralized water, neutralized with a 10 wt% aqueous acetic acid solution, and then filtered again. Next, the filtrate is washed with demineralized water until the electric conductivity is less than 50 μS / cm, and the groups represented by the formula (1) (R 1 , R 2 , R 3 are methyl groups, X is Cl ) are removed. The introduced cationized cellulose fiber raw material was obtained.
When the introduction amount of the cationic group of the obtained cationized cellulose fiber raw material was measured according to JIS-K2609 using a nitrogen measuring device (TN-10, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech), 0.50 mmol / g.

得られたカチオン化セルロース繊維原料を用い、固形分濃度0.5重量%に調整した水分散液5400g(セルロース固形分量27g)を調製した。
次に、この水分散液を高速回転式分散機(クレアミックス−2.2S、エム・テクニック社製)に供給して、20000rpmで30分間、カチオン化セルロース繊維の解繊処理を行った。この時の投入エネルギー量は、下記式の通り、32kWh/kg−セルロースで、ナノ化収率は15%であった。
投入エネルギー量(kWh/kg−セルロース)=
1750W×(30/60)時間/27g≒
32kWh/kg−セルロース
Using the obtained cationized cellulose fiber raw material, 5400 g of an aqueous dispersion adjusted to a solid content concentration of 0.5% by weight (cellulose solid content 27 g) was prepared.
Next, this aqueous dispersion was supplied to a high-speed rotary disperser (CLEAMIX-2.2S, manufactured by M Technique Co., Ltd.), and the cationized cellulose fiber was defibrated for 30 minutes at 20000 rpm. The amount of energy input at this time was 32 kWh / kg-cellulose as shown in the following formula, and the nano-ized yield was 15%.
Input energy (kWh / kg-cellulose) =
1750W × (30/60) time / 27g ≒
32kWh / kg-cellulose

高速回転式分散機で解繊処理した後の水分散液の一部1000g(セルロース固形分量5g)を使って、更に高圧式分散機(アルティマイザーシステム、(株)スギノマシン製)にて、圧力245MPaで各2分間、2パス処理を行った。高圧式分散機による解繊処理後のナノ化収率は92%であった。   Using a part of the aqueous dispersion 1000g (cellulose solid content 5g) after defibration with a high-speed rotary disperser, press the pressure with a high-pressure disperser (Ultimizer System, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.). Two-pass treatment was performed at 245 MPa for 2 minutes each. The nano-ized yield after the defibrating process by the high-pressure disperser was 92%.

高圧式分散機を使用した時の投入エネルギー量は、吐出量1000g(セルロース量:5.0g)/2分であり、2パス処理するため、解繊時間は4分間である。そのため、投入エネルギー量(kWh/kg−セルロース)は以下の式で算出される。
投入エネルギー量(kWh/kg−セルロース)=
11200W×(4/60)時間/5.0g≒
149kWh/kg−セルロース
The amount of energy input when using a high-pressure disperser is a discharge amount of 1000 g (cellulose amount: 5.0 g) / 2 minutes, and a two-pass treatment makes the defibration time 4 minutes. Therefore, the input energy amount (kWh / kg-cellulose) is calculated by the following formula.
Input energy (kWh / kg-cellulose) =
11200W × (4/60) time / 5.0g ≒
149kWh / kg-cellulose

カチオン化セルロース繊維原料を高速回転式分散機で解繊処理し、次いで高圧式分散機で解繊処理した場合、ナノ化収率が92%であり、解繊処理に要した総投入エネルギー量は181(=32+149)kWh/kg−セルロースであった。   When the cationized cellulose fiber raw material is defibrated with a high-speed rotary disperser and then defibrated with a high-pressure disperser, the nanofibrization yield is 92%, and the total input energy required for the defibrating process is It was 181 (= 32 + 149) kWh / kg-cellulose.

[比較例1]
実施例1と同様にして調製したカチオン化セルロース繊維原料(カチオン性基の導入量0.50mmol/g)の0.5重量%水分散液320gを、高速回転式分散機(クレアミックス−0.8S、エム・テクニック社製、最大容量320g)に供給して、20000rpmで60分間、カチオン化セルロース繊維原料の解繊処理を行った。
解繊処理後の水分散液中の微細セルロース繊維のナノ化収率は85%であった。
また、解繊処理に要した投入エネルギー量は450kWh/kg−セルロースであった。
[Comparative Example 1]
320 g of a 0.5 wt% aqueous dispersion of a cationized cellulose fiber raw material (amount of cationic group introduced: 0.50 mmol / g) prepared in the same manner as in Example 1 was added to a high-speed rotary disperser (CLEAMIX-0. 8S, manufactured by M Technique Co., Ltd., with a maximum capacity of 320 g), and the cationized cellulose fiber raw material was defibrated for 60 minutes at 20000 rpm.
The nano-sized yield of fine cellulose fibers in the aqueous dispersion after the defibration treatment was 85%.
Moreover, the input energy amount required for the defibrating process was 450 kWh / kg-cellulose.

[比較例2]
広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP、王子製紙社製、固形分30重量%)100.5gに25重量%水酸化ナトリウム水溶液24gを添加し、10分間スパチュラ撹拌し、次いで半月板撹拌翼で20分間撹拌した。撹拌後、2−プロパノール750gを添加し、次いで3−クロロ−2−ヒドロキシ−プロピルトリメチルアンモニウムクロリドの65重量%水溶液(カチオマスターC(登録商標)、四日市合成社製)25.6g添加し、70℃で90分間反応させた。反応後、濾別したケーキを脱塩水900mLに分散させ、酢酸で中和した後、再度濾別した。次いで濾液の電気伝導度が50μS/cm未満になるまで脱塩水で洗浄しカチオン化セルロース繊維原料を得た。
このカチオン化セルロース繊維原料について、実施例1と同様にして、カチオン性基の導入量を測定したところ、0.29mmol/gであった。
得られたカチオン化セルロース繊維原料を用い、固形分濃度0.5重量%に調整した水分散液320gを調製した。
比較例1と同様にして、この水分散液を高速回転式分散機を用いて解繊処理を行った。
解繊処理後の水分散液中の微細セルロース繊維のナノ化収率は50%であった。
また、解繊処理に要した投入エネルギー量は450kWh/kg−セルロースであった。
[Comparative Example 2]
24 g of 25 wt% sodium hydroxide aqueous solution was added to 100.5 g of hardwood bleached kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Paper Co., Ltd., solid content of 30 wt%), stirred for 10 minutes with a spatula, and then stirred with a meniscus stirring blade for 20 minutes. . After stirring, 750 g of 2-propanol was added, and then 25.6 g of a 65 wt% aqueous solution of 3-chloro-2-hydroxy-propyltrimethylammonium chloride (Cathiomaster C (registered trademark), Yokkaichi Gosei Co., Ltd.) was added. The reaction was performed at 90 ° C. for 90 minutes. After the reaction, the filtered cake was dispersed in 900 mL of demineralized water, neutralized with acetic acid, and then filtered again. Subsequently, the filtrate was washed with demineralized water until the electric conductivity of the filtrate was less than 50 μS / cm to obtain a cationized cellulose fiber raw material.
With respect to this cationized cellulose fiber raw material, the amount of cationic groups introduced was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was 0.29 mmol / g.
Using the obtained cationized cellulose fiber raw material, 320 g of an aqueous dispersion adjusted to a solid content concentration of 0.5% by weight was prepared.
In the same manner as in Comparative Example 1, the aqueous dispersion was defibrated using a high-speed rotary disperser.
The nano-sized yield of fine cellulose fibers in the aqueous dispersion after the defibrating treatment was 50%.
Moreover, the input energy amount required for the defibrating process was 450 kWh / kg-cellulose.

以上の結果を表1にまとめて示す。   The above results are summarized in Table 1.

Figure 2015071848
Figure 2015071848

表1より明らかなように、高速回転式分散機のみを用いて解繊処理を行った比較例1〜2に対して、高速回転式分散機と高圧式分散機を用いて解繊処理を行った実施例1では、少ない投入エネルギー量で高いナノ化収率を達成することができる。   As is clear from Table 1, for Comparative Examples 1 and 2 that were defibrated using only a high-speed rotating disperser, defibrating was performed using a high-speed rotating disperser and a high-pressure disperser. In Example 1, a high nanonization yield can be achieved with a small amount of input energy.

Claims (4)

セルロース繊維を解繊処理することにより、数平均繊維径が200nm以下の微細セルロース繊維を製造する方法において、
該セルロース繊維として、カチオン性基が0.05〜3.0mmol/g導入されたセルロース繊維を用い、
高速回転式分散機及び高圧式分散機で解繊処理をすることを特徴とする微細セルロース繊維の製造方法。
In the method for producing fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 200 nm or less by defibrating cellulose fibers,
As the cellulose fiber, a cellulose fiber introduced with a cationic group of 0.05 to 3.0 mmol / g is used.
A method for producing fine cellulose fibers, which comprises performing a fibrillation treatment with a high-speed rotary disperser and a high-pressure disperser.
請求項1に記載の製造方法により得られた微細セルロース繊維を含有する分散液。   The dispersion liquid containing the fine cellulose fiber obtained by the manufacturing method of Claim 1. 請求項1に記載の製造方法により得られた微細セルロース繊維を含有するセルロース繊維シート。   The cellulose fiber sheet containing the fine cellulose fiber obtained by the manufacturing method of Claim 1. 請求項1に記載の製造方法により得られた微細セルロース繊維とマトリックス材料とを含有するセルロース繊維複合材料。   The cellulose fiber composite material containing the fine cellulose fiber and matrix material which were obtained by the manufacturing method of Claim 1.
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