JP2018154699A - Method for producing cellulose nanofiber film - Google Patents
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- C08L39/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Compositions of derivatives of such polymers
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
- C08L5/04—Alginic acid; Derivatives thereof
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L77/00—Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
Abstract
Description
本発明は、セルロースナノファイバーフィルムの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a cellulose nanofiber film.
現在、木材パルプの繊維径をナノオーダーまで微細化したセルロースナノファイバー(以下、CNFともいう)は、製紙用途のほか、化粧品、日用品、樹脂補強材料、蓄電素子セパレータ、機能性フィルター、低CTE基材フィルム、バイオ・メデイカル用基材材料等の用途への応用が検討されている。 Currently, cellulose nanofibers (hereinafter also referred to as CNF), which have been refined to a nano-order fiber diameter, are used for papermaking, cosmetics, daily necessities, resin reinforcing materials, power storage element separators, functional filters, low CTE groups Application to materials films, bio-medical base materials, etc. is being studied.
一方、CNFは、紙基材等に塗工することで、フィルム状にすることができる。しかし、CNFは、低固形分濃度でもゲル状の構造となり、非常に高い粘性を示す。したがって、CNFから所望のフィルムを得るのは難しい。 On the other hand, CNF can be formed into a film by coating on a paper substrate or the like. However, CNF has a gel-like structure even at a low solid content concentration and exhibits a very high viscosity. Therefore, it is difficult to obtain a desired film from CNF.
例えば、特許文献1は、「ナノフィブリル化セルロースの懸濁液を、直接プラスチックの支持体の材料の表面に貼付および拡散し、それによって、ナノフィブリル化セルロースが、前記支持体の材料上に膜を形成することを特徴とする」CNFフィルム(膜)の製造方法を提案する。しかし、同提案は、得られた膜を支持体から剥離する点(剥離容易性)について検討していない。また、同提案は、得られた膜の外観を優れたものにするという点、例えば、シワや割れ等が存在しないものにするという点についても検討していない。 For example, Patent Document 1 states that “a nanofibrillated cellulose suspension is directly applied to and diffused on the surface of a plastic support material, whereby the nanofibrillated cellulose is deposited on the support material. A method for producing a CNF film (membrane) characterized in that is formed. However, this proposal does not examine the point (easy peeling) of peeling the obtained film from the support. The proposal also does not consider the point of making the appearance of the obtained film excellent, for example, the point that wrinkles or cracks do not exist.
また、例えば、特許文献2は、段落0042以降に示すように、「(1)セルロースミクロフィブリル0.05重量%以上0.5重量%以下、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下の油性化合物0.5重量%以上10重量%以下、及び水85重量%以上99.5重量%以下を含む水系分散液であって、該油性化合物が水相に分散したエマルジョンである水系分散液を調製する水系分散液調製工程、(2)セルロースミクロフィブリルの濃度(固形分濃度)及び油性化合物の濃度を特定範囲に濃縮制御し、濃縮組成物を得る抄紙工程、(3)濃縮組成物を加熱することによって、該濃縮組成物から油性化合物及び水を蒸発させて除去する乾燥工程、の3つの工程を含むセルロースシートの製造方法」を提案する。しかし、この提案の製造工程は複雑であり、製造コストが嵩む。 Further, for example, as shown in paragraph 0042 and subsequent paragraphs, Patent Document 2 discloses that “(1) cellulose microfibrils are 0.05% by weight or more and 0.5% by weight or less, and the boiling point range under atmospheric pressure is 50 ° C. or more and 200 ° C. An aqueous dispersion containing 0.5 to 10% by weight of the following oily compound and 85 to 99.5% by weight of water, wherein the oily compound is an emulsion dispersed in an aqueous phase A water-based dispersion preparation step for preparing a liquid, (2) a papermaking step for controlling the concentration of the cellulose microfibrils (solid content concentration) and the concentration of the oily compound to a specific range to obtain a concentrated composition, (3) the concentrated composition A method for producing a cellulose sheet comprising three steps of drying the oily compound and water by evaporating and removing the oily compound and water from the concentrated composition is proposed. However, the proposed manufacturing process is complicated and increases the manufacturing cost.
本発明が解決しようとする主たる課題は、基材から容易に剥離することができ、外観が優れたものになるが、製造工程は複雑にならないセルロースナノファイバーフィルムの製造方法を提案することにある。 The main problem to be solved by the present invention is to propose a method for producing a cellulose nanofiber film that can be easily peeled off from a substrate and has an excellent appearance, but does not complicate the production process. .
上記課題を解決するための手段は、
セルロースナノファイバーの分散液に、グリセリン、ソルビトール、及びポリビニルアセトアミド系化合物の中から選択した1種以上の添加剤を添加して塗工液を得、
この塗工液を脱泡し、樹脂基材に塗工し、乾燥させてフィルム状にする、
ことを特徴とするセルロースナノファイバーフィルムの製造方法である。
Means for solving the above problems are as follows:
One or more additives selected from glycerin, sorbitol, and polyvinylacetamide compounds are added to the dispersion of cellulose nanofibers to obtain a coating solution,
Defoam this coating solution, apply it to a resin substrate, dry it into a film,
This is a method for producing a cellulose nanofiber film.
本発明によると、基材から容易に剥離することができ、外観が優れたものになるが、製造工程は複雑にならないセルロースナノファイバーフィルムの製造方法になる。 According to the present invention, the cellulose nanofiber film can be easily peeled from the base material and has an excellent appearance, but the manufacturing process is not complicated.
次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例である。以下の実施形態には、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更を加えることができる。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated. The following embodiment is an example of the present invention. Various modifications can be made to the following embodiments without departing from the spirit of the present invention.
本形態のセルロースナノファイバー(CNF)フィルムの製造方法においては、CNFの水溶液に、グリセリン、ソルビトール、及びポリビニルアセトアミド系化合物の中から選択した1種以上の添加剤を添加して塗工液を得、この塗工液を脱泡し、樹脂基材に塗工し、乾燥させてフィルム状にする。好ましくは、CNFの水溶液に、更にアルギン酸塩及びポリアミドエピクロロヒドリン系化合物を添加する。以下、順に説明する。 In the method for producing a cellulose nanofiber (CNF) film of this embodiment, a coating liquid is obtained by adding one or more additives selected from glycerin, sorbitol, and polyvinylacetamide-based compound to an aqueous solution of CNF. The coating solution is defoamed, applied to a resin substrate, and dried to form a film. Preferably, an alginate and a polyamide epichlorohydrin compound are further added to an aqueous solution of CNF. Hereinafter, it demonstrates in order.
(CNF)
CNF(セルロース微細繊維)は、セルロース繊維(原料繊維)を解繊(微細化)することで得られる。
(CNF)
CNF (cellulose fine fiber) can be obtained by defibrating (miniaturizing) cellulose fiber (raw fiber).
原料繊維としては、例えば、植物由来の繊維、動物由来の繊維、微生物由来の繊維等を使用することができる。これらの繊維は、必要により、単独で又は複数を組み合わせて使用することができる。ただし、原料繊維としては、植物由来の繊維(植物繊維)を使用するのが好ましく、植物繊維の一種であるパルプ繊維を使用するのがより好ましい。原料繊維がパルプ繊維であると、CNFの物性を調節するのが容易である。 As the raw material fiber, for example, a plant-derived fiber, an animal-derived fiber, a microorganism-derived fiber, or the like can be used. These fibers can be used alone or in combination, if necessary. However, it is preferable to use plant-derived fibers (plant fibers) as raw material fibers, and it is more preferable to use pulp fibers which are a kind of plant fibers. When the raw fiber is a pulp fiber, it is easy to adjust the physical properties of CNF.
植物繊維としては、例えば、広葉樹、針葉樹等を原料とする木材パルプ、ワラ、バガス等を原料とする非木材パルプ、回収古紙、損紙等を原料とする古紙パルプ(DIP)等を使用することができる。これらの植物繊維は、単独で又は複数を組み合わせて使用することができる。 As plant fibers, for example, wood pulp made from hardwood, conifers, etc., non-wood pulp made from straw, bagasse, etc., recovered paper, waste paper pulp made from waste paper, etc. (DIP), etc. should be used. Can do. These plant fibers can be used alone or in combination.
木材パルプとしては、例えば、広葉樹クラフトパルプ(LKP)、針葉樹クラフトパルプ(NKP)等の化学パルプ、機械パルプ(TMP)、古紙パルプ(DIP)等を使用することができる。これらの木材パルプは、単独で又は複数を組み合わせて使用することができる。 As the wood pulp, for example, chemical pulp such as hardwood kraft pulp (LKP) and softwood kraft pulp (NKP), mechanical pulp (TMP), waste paper pulp (DIP) and the like can be used. These wood pulps can be used alone or in combination.
広葉樹クラフトパルプ(LKP)は、広葉樹晒クラフトパルプであっても、広葉樹未晒クラフトパルプであっても、広葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。針葉樹クラフトパルプ(NKP)は、針葉樹晒クラフトパルプであっても、針葉樹未晒クラフトパルプであっても、針葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。古紙パルプ(DIP)は、雑誌古紙パルプ(MDIP)であっても、新聞古紙パルプ(NDIP)であっても、段古紙パルプ(WP)であっても、その他の古紙パルプであってもよい。 Hardwood kraft pulp (LKP) may be hardwood bleached kraft pulp, hardwood unbleached kraft pulp, or hardwood semi-bleached kraft pulp. The softwood kraft pulp (NKP) may be softwood bleached kraft pulp, softwood unbleached kraft pulp, or softwood semi-bleached kraft pulp. The waste paper pulp (DIP) may be magazine waste paper pulp (MDIP), newspaper waste paper pulp (NDIP), corrugated waste paper pulp (WP), or other waste paper pulp.
原料繊維は、解繊するに先立って、必要により、叩解等の前処理を施すことができる。この前処理は、物理的手法又は化学的手法によって、好ましくは物理的手法及び化学的手法によって、行うことができる。解繊するに先立って物理的手法や化学的手法によって前処理することで、解繊の回数を大幅に減らすことができ、解繊に必要なエネルギーを大幅に削減することができる。 Prior to defibration, the raw fiber can be subjected to pretreatment such as beating if necessary. This pretreatment can be performed by a physical method or a chemical method, preferably by a physical method or a chemical method. Pretreatment by physical or chemical methods prior to defibration can greatly reduce the number of defibrations and can greatly reduce the energy required for defibration.
物理的手法による前処理としては、叩解を採用するのが好ましい。原料繊維を叩解しておくと、原料繊維が切り揃えられるため、繊維同士が絡み合って凝集するとの問題が解決される。このような観点から、叩解は、原料繊維のフリーネスが120ml以下となるまで行うのが好ましく、110ml以下となるまで行うのがより好ましく、100ml以下となるまで行うのが特に好ましい。なお、フリーネスは、JIS P8121−2(2012)に準拠して測定した値である。 It is preferable to employ beating as pre-processing by a physical method. When the raw material fibers are beaten in advance, the raw material fibers are cut out, so that the problem that the fibers are entangled and aggregated is solved. From such a viewpoint, the beating is preferably performed until the freeness of the raw fiber is 120 ml or less, more preferably 110 ml or less, and particularly preferably 100 ml or less. The freeness is a value measured according to JIS P8121-2 (2012).
叩解は、例えば、リファイナーやビーター等を使用して行うことができる。 The beating can be performed using, for example, a refiner or a beater.
化学的手法による前処理としては、例えば、酸による多糖の加水分解(酸処理)、酵素による多糖の加水分解(酵素処理)、アルカリによる多糖の膨潤(アルカリ処理)、酸化剤による多糖の酸化(酸化処理)、還元剤による多糖の還元(還元処理)等を採用することができる。 Examples of the pretreatment using a chemical method include hydrolysis of a polysaccharide with an acid (acid treatment), hydrolysis of a polysaccharide with an enzyme (enzyme treatment), swelling of the polysaccharide with an alkali (alkali treatment), and oxidation of the polysaccharide with an oxidizing agent ( Oxidation treatment), polysaccharide reduction with a reducing agent (reduction treatment), and the like can be employed.
前処理としての物理的手法及び化学的手法は、同時に行うことも、別々に行うこともできる。 The physical method and chemical method as the pretreatment can be performed simultaneously or separately.
前処理としては、以上のほか、例えば、リン酸エステル化処理、アセチル化処理、シアノエチル化処理等の薬品処理を行うこともできる。 As the pretreatment, in addition to the above, for example, chemical treatment such as phosphate esterification treatment, acetylation treatment, cyanoethylation treatment, and the like can be performed.
原料繊維は、叩解等の前処理を施した後、解繊(微細化)する。この解繊により、原料繊維がミクロフィブリル化し、CNF(セルロースナノファイバー)になる。 The raw fiber is subjected to pretreatment such as beating and then defibrated (miniaturized). By this defibration, the raw fiber is microfibrillated to become CNF (cellulose nanofiber).
原料繊維の解繊は、例えば、高圧ホモジナイザー、高圧均質化装置等のホモジナイザー、グラインダー、摩砕機等の石臼式摩擦機、コニカルリファイナー、ディスクリファイナー等のリファイナー、各種装置等の中から1種又は2種以上の手段を選択使用して行うことができる。ただし、原料繊維の解繊は、水流、特に高圧水流で解繊する装置・方法を使用して行うのが好ましい。この装置・方法によると、得られるCNFの寸法均一性、分散均一性が非常に高いものとなる。これに対し、例えば、回転する砥石間で磨砕するグラインダーを使用すると、繊維を均一に解繊するのが難しく、一部に解れない繊維塊が残ってしまい、目的とする効果が得られないおそれがある。この点、本発明者等は、高圧水流で解繊する方法と、回転する砥石間で磨砕する方法とで、それぞれパルプ繊維を解繊し、得られた各繊維を顕微鏡観察する試験を行った。結果、高圧水流で解繊する方法で得られた繊維の方が、繊維幅が均一になることを知見した。 For example, high-pressure homogenizers, high-pressure homogenizers, etc., stone mill-type friction machines such as grinders, grinders, conical refiners, disc refiners, etc., various devices, etc. More than one means can be selected and used. However, it is preferable that the raw fiber is defibrated using an apparatus / method for defibrating with a water stream, particularly a high-pressure water stream. According to this apparatus and method, the obtained CNF has very high dimensional uniformity and dispersion uniformity. On the other hand, for example, when a grinder that grinds between rotating grindstones is used, it is difficult to defibrate the fibers uniformly, and a fiber lump that cannot be partially broken remains, and the intended effect cannot be obtained. There is a fear. In this regard, the present inventors conducted a test in which pulp fibers were defibrated and each obtained fiber was observed with a microscope by a method of defibrating with a high-pressure water flow and a method of grinding between rotating grindstones. It was. As a result, it was found that the fiber width obtained by the method of defibration with a high-pressure water stream had a uniform fiber width.
高圧水流で解繊する装置としては、例えば、株式会社スギノマシンのスターバースト(登録商標)や、吉田機械興業株式会社のナノヴェイタ\Nanovater(登録商標)等が存在する。また、グラインダーとしては、例えば、増幸産業株式会社のマスコロイダー(登録商標)等が存在する。 As an apparatus for defibrating with a high-pressure water stream, for example, Starburst (registered trademark) of Sugino Machine Co., Ltd., Nanovaita \ Nanovater (registered trademark) of Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., and the like exist. In addition, as a grinder, for example, Masukoloyder (registered trademark) of Masuko Sangyo Co., Ltd. exists.
次に、高圧水流で解繊する方法について、詳細に説明する。
高圧水流による解繊は、原料繊維の分散液を増圧機で、例えば30MPa以上、好ましくは100MPa以上、より好ましくは150MPa以上、特に好ましくは220MPa以上に加圧し(高圧条件)、細孔直径50μm以上のノズルから噴出させ、圧力差が、例えば30MPa以上、好ましくは80MPa以上、より好ましくは90MPa以上となるように減圧する(減圧条件)方式で行うと好適である。この圧力差で生じるへき開現象により、原料繊維が解繊される。高圧条件の圧力が低い場合や、高圧条件から減圧条件への圧力差が小さい場合には、解繊効率が下がり、所望の繊維径とするために噴出を繰り返す必要が生じるおそれがある。
Next, a method for defibration with a high-pressure water stream will be described in detail.
For defibration with a high-pressure water stream, the raw fiber dispersion is pressurized to 30 MPa or more, preferably 100 MPa or more, more preferably 150 MPa or more, particularly preferably 220 MPa or more (high pressure condition) with a pressure intensifier, and the pore diameter is 50 μm or more. It is preferable to carry out by a method of reducing pressure (pressure reduction condition) so that the pressure difference is, for example, 30 MPa or more, preferably 80 MPa or more, more preferably 90 MPa or more. The raw fiber is defibrated by the cleavage phenomenon caused by this pressure difference. When the pressure under the high pressure condition is low or when the pressure difference from the high pressure condition to the reduced pressure condition is small, the defibrating efficiency may be lowered, and it may be necessary to repeat the ejection to obtain a desired fiber diameter.
高圧水流で解繊する装置としては、高圧ホモジナイザーを使用するのが好ましい。高圧ホモジナイザーとは、例えば10MPa以上、好ましくは100MPa以上の圧力で原料繊維の分散液を吐出することができるホモジナイザーである。原料繊維を高圧ホモジナイザーで処理すると、原料繊維同士の衝突、圧力差、マイクロキャビテーション等が作用し、解繊が効果的に生じる。したがって、解繊の回数を減らすことができ、CNFの製造効率を高めることができる。なお、前処理によって原料繊維が十分に柔軟化されていると、高圧ホモジナイザーによって効果的に解繊することができる。したがって、解繊の回数を減らすことができ、生産性を高めることができる。 It is preferable to use a high-pressure homogenizer as an apparatus for defibrating with a high-pressure water stream. The high-pressure homogenizer is a homogenizer capable of discharging a dispersion of raw fiber at a pressure of, for example, 10 MPa or more, preferably 100 MPa or more. When the raw material fibers are treated with a high-pressure homogenizer, collisions between the raw material fibers, a pressure difference, microcavitation, and the like act, and defibration occurs effectively. Therefore, the number of times of fibrillation can be reduced, and the production efficiency of CNF can be increased. In addition, when the raw material fiber is sufficiently softened by the pretreatment, it can be effectively defibrated by a high-pressure homogenizer. Therefore, the number of times of defibration can be reduced and productivity can be increased.
高圧ホモジナイザーとしては、原料繊維の分散液を一直線上で対向衝突させるものを使用するのが好ましい。このような装置としては、例えば、対向衝突型高圧ホモジナイザー(マイクロフルイダイザー/MICROFLUIDIZER(登録商標)、湿式ジェットミル)が存在する。この装置においては、加圧された原料繊維の分散液が合流部で対向衝突するように2本の上流側流路が形成されている。また、原料繊維の分散液は、合流部で衝突し、衝突した原料繊維の分散液は下流側流路から流出する。上流側流路に対して下流側流路は垂直に設けられており、上流側流路と下流側流路とでT字型の流路が形成されている。この装置を使用すると、当該装置のエネルギーが衝突エネルギーに最大限に変換されるため、より効率的に原料繊維を解繊することができる。 As the high-pressure homogenizer, it is preferable to use a high-pressure homogenizer that makes the raw fiber dispersion collide in a straight line. As such an apparatus, for example, there is an opposed collision type high-pressure homogenizer (microfluidizer / MICROFLUIDIZER (registered trademark), wet jet mill). In this apparatus, two upstream flow paths are formed so that a pressurized dispersion of raw material fibers collides oppositely at the junction. Further, the raw material fiber dispersion collides at the junction, and the collided raw material fiber dispersion flows out of the downstream channel. The downstream flow path is provided perpendicular to the upstream flow path, and a T-shaped flow path is formed by the upstream flow path and the downstream flow path. When this apparatus is used, the energy of the apparatus is converted to collision energy to the maximum, so that the raw fiber can be defibrated more efficiently.
原料繊維の解繊は、得られるCNFの平均繊維径、平均繊維長、保水度、結晶化度、擬似粒度分布のピーク値、パルプ粘度が、以下に示すような所望の値又は評価となるように行うのが好ましい。ただし、原料繊維が所定の繊維径(平均繊維径)になるまで解繊するのがより好ましい。原料繊維が所定の繊維径になるまで解繊することで、CNFの保水度を低く抑えることができる。結果、塗工液の塗工性を向上させることができる。 The fibrillation of the raw fiber is such that the average fiber diameter, average fiber length, water retention, crystallinity, peak value of pseudo particle size distribution, and pulp viscosity of the obtained CNF are the desired values or evaluation as shown below. It is preferable to carry out. However, it is more preferable to defibrate until the raw fiber reaches a predetermined fiber diameter (average fiber diameter). By defibrating until the raw fiber reaches a predetermined fiber diameter, the water retention of CNF can be kept low. As a result, the coating property of the coating liquid can be improved.
(平均繊維径)
CNFの平均繊維径(単繊維の直径平均)は、例えば4〜500nm、好ましくは6〜300nm、より好ましくは10〜100nmである。CNFの平均繊維径は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解砕等によって調整することができる。
(Average fiber diameter)
The average fiber diameter (average diameter of single fibers) of CNF is, for example, 4 to 500 nm, preferably 6 to 300 nm, and more preferably 10 to 100 nm. The average fiber diameter of CNF can be adjusted by, for example, selection of raw fiber, pretreatment, crushing, and the like.
CNFの平均繊維径の測定方法は、次のとおりである。
まず、固形分濃度0.01〜0.1質量%のCNFの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t−ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて5,000倍、10,000倍又は30,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。
The measurement method of the average fiber diameter of CNF is as follows.
First, 100 ml of an aqueous dispersion of CNF having a solid concentration of 0.01 to 0.1% by mass is filtered through a Teflon (registered trademark) membrane filter, and the solvent is substituted once with 100 ml of ethanol and three times with 20 ml of t-butanol. . Next, the sample is freeze-dried and coated with osmium. This sample is observed with an electron microscope SEM image at a magnification of 5,000, 10,000, or 30,000 depending on the width of the constituent fibers. Specifically, two diagonal lines are drawn on the observation image, and three straight lines passing through the intersections of the diagonal lines are arbitrarily drawn. Further, the total width of 100 fibers intersecting with the three straight lines is visually measured. And let the median diameter of a measured value be an average fiber diameter.
(平均繊維長)
CNFの平均繊維長(単繊維の長さ)は、例えば1〜5000μm、好ましくは10〜3000μm、より好ましくは100〜1000μmである。CNFの平均繊維長は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解繊等によって調整することができる。平均繊維長の測定方法は、平均繊維径の場合と同様にして、各繊維の長さを目視で計測する。計測値の中位長を平均繊維長とする。
(Average fiber length)
The average fiber length (length of single fiber) of CNF is, for example, 1 to 5000 μm, preferably 10 to 3000 μm, and more preferably 100 to 1000 μm. The average fiber length of CNF can be adjusted by, for example, selection of raw fiber, pretreatment, defibration and the like. The method for measuring the average fiber length is the same as in the case of the average fiber diameter, and the length of each fiber is visually measured. The median length of the measured value is the average fiber length.
(保水度)
CNFの保水度は、例えば300〜500%、好ましくは350〜480%、より好ましくは380〜450%である。CNFの保水度は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解繊等によって調整することができる。保水度は、JAPAN TAPPI No.26(2000)に準拠して測定した値である。
(Water retention)
The water retention of CNF is, for example, 300 to 500%, preferably 350 to 480%, more preferably 380 to 450%. The water retention of CNF can be adjusted by, for example, selection of raw fiber, pretreatment, defibration and the like. The water retention is determined by JAPAN TAPPI No. 26 (2000).
(結晶化度)
CNFの結晶化度は、例えば50〜90%、好ましくは55〜88%、より好ましくは60〜85%である。CNFの結晶化度は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解繊等によって調整することができる。結晶化度は、JIS−K0131(1996)の「X線回折分析通則」に準拠して、X線回折法により測定した値である。この点、CNFは、非晶質部分と結晶質部分とを有しており、結晶化度はCNF全体における結晶質部分の割合を意味している。
(Crystallinity)
The crystallinity of CNF is, for example, 50 to 90%, preferably 55 to 88%, more preferably 60 to 85%. The crystallinity of CNF can be adjusted by, for example, selection of raw fiber, pretreatment, defibration, and the like. The crystallinity is a value measured by an X-ray diffraction method in accordance with “General Rules for X-ray Diffraction Analysis” of JIS-K0131 (1996). In this respect, CNF has an amorphous part and a crystalline part, and the crystallinity means the ratio of the crystalline part in the entire CNF.
(ピーク値)
CNFの擬似粒度分布曲線におけるピーク値は、1つのピークであるのが好ましい。1つのピークである場合、CNFは、繊維長及び繊維径の均一性が高く、乾燥性に優れる。
(Peak value)
The peak value in the pseudo particle size distribution curve of CNF is preferably one peak. When it is one peak, CNF has high uniformity of fiber length and fiber diameter, and is excellent in drying properties.
CNFのピーク値は、例えば5〜25μm、好ましくは7〜23μm、より好ましくは10〜20μmである。CNFのピーク値は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解繊等によって調整することができる。ピーク値は、ISO−13320(2009)に準拠して測定した値である。より詳細には、まず、粒度分布測定装置(株式会社セイシン企業のレーザー回折・散乱式粒度分布測定器)を使用してCNFの水分散液の体積基準粒度分布を調べる。次に、この分布からCNFの中位径を測定する。この中位径をピーク値とする。 The peak value of CNF is, for example, 5 to 25 μm, preferably 7 to 23 μm, and more preferably 10 to 20 μm. The peak value of CNF can be adjusted by, for example, selection of raw fiber, pretreatment, defibration and the like. The peak value is a value measured according to ISO-13320 (2009). More specifically, first, the volume-based particle size distribution of the CNF aqueous dispersion is examined using a particle size distribution measuring device (laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring instrument manufactured by Seishin Corporation). Next, the median diameter of CNF is measured from this distribution. This median diameter is the peak value.
(パルプ粘度)
CNFのパルプ粘度は、例えば1.5〜7.0cps、好ましくは1.8〜6.8cps、より好ましくは2.0〜6.5cpsである。CNFのパルプ粘度は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解繊等によって調整することができる。パルプ粘度は、JIS−P8215(1998)に準拠して測定した値である。パルプ粘度が高いほどセルロースの重合度が高いことを意味する。
(Pulp viscosity)
The pulp viscosity of CNF is, for example, 1.5 to 7.0 cps, preferably 1.8 to 6.8 cps, more preferably 2.0 to 6.5 cps. The pulp viscosity of CNF can be adjusted by, for example, selection of raw fiber, pretreatment, defibration and the like. Pulp viscosity is a value measured according to JIS-P8215 (1998). A higher pulp viscosity means a higher degree of cellulose polymerization.
(CNFの分散液)
解繊して得られたCNFは、水系媒体中に分散して分散液にする。水系媒体は、全量が水であるのが特に好ましい(水溶液)。ただし、水系媒体は、一部が水と相溶性を有する他の液体であってもよい。この他の液体としては、例えば、炭素数3以下の低級アルコール類等を使用することができる。
(CNF dispersion)
CNF obtained by defibration is dispersed in an aqueous medium to form a dispersion. The total amount of the aqueous medium is particularly preferably water (aqueous solution). However, the aqueous medium may be another liquid partly compatible with water. As other liquids, for example, lower alcohols having 3 or less carbon atoms can be used.
分散液は、主成分、好ましくは1.0質量%以上がCNFとなるように調整するのが好ましい。また、分散液の固形分濃度は、取扱いが容易であることから、1.0質量%以上にするのが好ましい。 The dispersion is preferably adjusted so that the main component, preferably 1.0% by mass or more, is CNF. The solid content concentration of the dispersion is preferably 1.0% by mass or more because it is easy to handle.
CNFの濃度を2質量%(w/w)とした場合における分散液のB型粘度は、塗工性の観点から、3500cps以下であるのが好ましい。B型粘度は、固形分濃度2.0質量%のCNFの分散液について、JIS−Z8803(2011)の「液体の粘度測定方法」に準拠して測定した値である。B型粘度は分散液を攪拌させたときの抵抗トルクであり、高いほど攪拌に必要なエネルギーが多くなることを意味する。 The B-type viscosity of the dispersion when the CNF concentration is 2% by mass (w / w) is preferably 3500 cps or less from the viewpoint of coatability. The B type viscosity is a value measured according to JIS-Z8803 (2011) “Method for measuring viscosity of liquid” for a dispersion of CNF having a solid content concentration of 2.0 mass%. The B-type viscosity is a resistance torque when the dispersion is stirred, and the higher the viscosity, the more energy required for stirring.
以上のようにして得たCNFの水溶液には、以下で示す添加剤を添加する。本形態においいては、添加剤を添加するのみで、基材から容易に剥離することができ、外観が優れたものになるCNFフィルムを得ることができるので、製造工程が複雑になるおそれがない。以下、添加剤について、順に説明する。 The following additives are added to the CNF aqueous solution obtained as described above. In this embodiment, it is possible to obtain a CNF film that can be easily peeled off from the base material and has an excellent appearance only by adding an additive. . Hereinafter, the additives will be described in order.
(グリセリン)
グリセリン(グリセロール)とは、3価のアルコールである。グリセリンは、例えば、油脂の加水分解によって脂肪酸と共に得られる。本明細書において、グリセリンには、グリセリンの誘導体も含む。
(Glycerin)
Glycerin (glycerol) is a trivalent alcohol. Glycerin is obtained with a fatty acid by hydrolysis of fats and oils, for example. In the present specification, glycerol includes derivatives of glycerol.
添加剤としてグリセリンを添加すると、CNFフィルムに柔軟性を付与できるため、乾燥時の収縮シワや割れを軽減できる。(良好な外観が得られる。) When glycerin is added as an additive, flexibility can be imparted to the CNF film, so that shrinkage wrinkles and cracks during drying can be reduced. (Good appearance can be obtained.)
グリセリンとしては、化学修飾していないグリセリンを使用するのが好ましい。化学修飾していないグリセリンを使用すると、CNFの分散性が向上する。また、化学修飾していないグリセリンを使用すると、得られるCNFフィルムに柔軟性が付与される。これは、化学修飾していないグリセリンが結晶化し難いことによる。 As glycerin, it is preferable to use glycerin which is not chemically modified. When glycerin that is not chemically modified is used, the dispersibility of CNF is improved. Moreover, when the glycerin which is not chemically modified is used, a softness | flexibility is provided to the CNF film obtained. This is because glycerin not chemically modified is difficult to crystallize.
グリセリンの添加割合は、塗工液全量に対して、1.0〜10.0質量%とするのが好ましく、2.0〜10.0質量%とするのがより好ましく、3.0〜10.0質量%とするのが特に好ましい。添加割合が1.0質量%未満であると、CNFフィルムに柔軟性がなく、乾燥時に収縮シワや割れが起こる可能性がある。他方、添加割合が10.0質量%を超えると、樹脂基材からCNFフィルムが剥離できなくなる可能性がある。上記現象は、CNFフィルムの濡れ性及びCNF水溶液の水酸基価が影響していると推測される。また、添加割合が10.0質量%を超えると、グリセリンの凝集を原因として得られるCNFフィルムに微小物が発生するおそれがある。 The addition ratio of glycerin is preferably 1.0 to 10.0% by mass, more preferably 2.0 to 10.0% by mass with respect to the total amount of the coating liquid, and 3.0 to 10%. It is particularly preferable that the content be 0.0 mass%. If the addition ratio is less than 1.0% by mass, the CNF film is not flexible, and shrinkage wrinkles and cracks may occur during drying. On the other hand, when the addition ratio exceeds 10.0% by mass, the CNF film may not be peeled from the resin base material. The above phenomenon is presumed to be affected by the wettability of the CNF film and the hydroxyl value of the CNF aqueous solution. On the other hand, if the addition ratio exceeds 10.0% by mass, there is a possibility that fines are generated in the CNF film obtained due to aggregation of glycerin.
(ソルビトール)
ソルビトールとは、グルコースの糖アルコールの一種である。本明細書において、ソルビトールには、ソルビトールの誘導体も含む。
(Sorbitol)
Sorbitol is a kind of sugar alcohol of glucose. In this specification, sorbitol includes derivatives of sorbitol.
添加剤としてソルビトールを添加すると、CNF水溶液の流動性改善及び他の添加剤との相溶性が向上する。(凝集物が低減し良好な外観が得られる。)また、添加剤としてソルビトールを添加すると、CNFフィルムの強度向上が図れ、樹脂基材からの剥離時にCNFフィルムの破断が防止でき、剥離性が向上する。 When sorbitol is added as an additive, the fluidity of the CNF aqueous solution is improved and the compatibility with other additives is improved. (Agglomerates are reduced and a good appearance can be obtained.) In addition, when sorbitol is added as an additive, the strength of the CNF film can be improved, and the CNF film can be prevented from being broken when peeled from the resin substrate. improves.
ソルビトールとしては、化学修飾していないソルビトールを使用するのが好ましい。化学修飾していないソルビトールを使用すると、水酸基を有する他の添加剤との相溶性が向上する。 As sorbitol, it is preferable to use sorbitol which is not chemically modified. When sorbitol which is not chemically modified is used, compatibility with other additives having a hydroxyl group is improved.
ソルビトールの添加割合は、塗工液全量に対して、1.0〜10.0質量%とするのが好ましく、2.0〜10.0質量%とするのがより好ましく、3.0〜10.0質量%とするのが特に好ましい。添加割合が1.0質量%未満であると、CNF水溶液の流動性が悪化して塗工性に難が生じる可能性がある。(外観不良) The addition ratio of sorbitol is preferably 1.0 to 10.0% by mass, more preferably 2.0 to 10.0% by mass, and preferably 3.0 to 10% with respect to the total amount of the coating liquid. It is particularly preferable that the content be 0.0 mass%. If the addition ratio is less than 1.0% by mass, the fluidity of the CNF aqueous solution may be deteriorated, resulting in difficulty in coating properties. (Poor appearance)
他方、添加割合が10.0質量%を超えると、CNF水溶液の濡れ性(水酸基価)が高くなり、樹脂基材からCNFフィルムが剥離出来なくなる可能性がある。(剥離の困難化) On the other hand, when the addition ratio exceeds 10.0% by mass, the wettability (hydroxyl value) of the CNF aqueous solution increases, and the CNF film may not be peeled from the resin substrate. (Making peeling difficult)
(ポリビニルアセトアミド系化合物)
添加剤としてポリビニルアセトアミド系化合物を添加すると、他の添加剤との相溶性が向上する。(凝集物が低減し良好な外観が得られる。)また、添加剤としてポリビニルアセトアミド系化合物を添加すると、CNF水溶液のせん断応力を低下することができ、CNFフィルムの製膜を均一にすることが可能である。(良好な外観が得られる。)
(Polyvinylacetamide compound)
When a polyvinyl acetamide compound is added as an additive, compatibility with other additives is improved. (Agglomerates are reduced and a good appearance is obtained.) Moreover, when a polyvinyl acetamide-based compound is added as an additive, the shear stress of the CNF aqueous solution can be reduced, and the film formation of the CNF film can be made uniform. Is possible. (Good appearance can be obtained.)
ポリビニルアセトアミド系化合物としては、重量平均分子量が5000〜2000000のポリ−N−ビニルアセトアミドを使用するのが好ましい。ポリ−N−ビニルアセトアミドは、N−ビニルアセトアミドを主モノマーとする親水性・親アルコール性のポリマーである。上記、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC法)により測定した値である。 As the polyvinyl acetamide compound, it is preferable to use poly-N-vinylacetamide having a weight average molecular weight of 5,000 to 2,000,000. Poly-N-vinylacetamide is a hydrophilic / alcoholic polymer having N-vinylacetamide as the main monomer. The above weight average molecular weight is a value measured by gel permeation chromatography (GPC method).
ポリビニルアセトアミド系化合物の添加割合は、塗工液全量に対して、1.0〜10.0質量%とするのが好ましく、2.0〜10.0質量%とするのがより好ましく、3.0〜10.0質量%とするのが特に好ましい。添加割合が1.0質量%未満であると、他の添加剤との相溶性が悪く、凝集物が発生する可能性がある。(CNFフィルムの外観不良)他方、添加割合が10.0質量%を超えると、CNF水溶液のせん断応力が低下し過ぎて、製膜を均一にできない可能性がある。(CNFフィルムの外観不良) The addition ratio of the polyvinyl acetamide compound is preferably 1.0 to 10.0% by mass, more preferably 2.0 to 10.0% by mass with respect to the total amount of the coating liquid. It is especially preferable to set it as 0-10.0 mass%. When the addition ratio is less than 1.0% by mass, the compatibility with other additives is poor, and aggregates may be generated. (Poor appearance of CNF film) On the other hand, when the addition ratio exceeds 10.0% by mass, the shear stress of the CNF aqueous solution is excessively lowered, and there is a possibility that the film formation cannot be made uniform. (Appearance defect of CNF film)
また、グリセリン、ソルビトール、及びポリビニルアセトアミド系化合物の合計添加割合は、8.0〜12.0質量%とするのが好ましく、8.5〜11.5質量%とするのがより好ましく、8.8〜11.3質量%とするのが特に好ましい。合計添加割合が8.0質量%未満であると、CNFフィルムの外観を損ねる可能性がある。他方、添加割合が12.0質量%を超えると、樹脂基材からCNFフィルムを剥離することができない可能性がある。 The total addition ratio of glycerin, sorbitol, and polyvinylacetamide compound is preferably 8.0 to 12.0 mass%, more preferably 8.5 to 11.5 mass%, and 8. It is particularly preferably 8 to 11.3% by mass. If the total addition ratio is less than 8.0% by mass, the appearance of the CNF film may be impaired. On the other hand, when the addition ratio exceeds 12.0% by mass, the CNF film may not be peeled from the resin base material.
(アルギン酸塩)
アルギン酸とは、褐藻類から得られる粘り気の強い酸性多糖類である。アルギン酸塩とは、その塩である。添加剤としてアルギン酸塩を添加すると、CNFフィルムの強度を向上することができる。
(Alginate)
Alginic acid is a sticky acidic polysaccharide obtained from brown algae. Alginate is its salt. When an alginate is added as an additive, the strength of the CNF film can be improved.
アルギン酸塩としては、アルギン酸ナトリウム及びアルギン酸カリウムの少なくとも、
いずれか一方を使用するのが好ましい。これらのアルギン酸塩を使用すると、アルギン酸塩自体が持つ被膜性により、強度がより向上し易い。
As the alginate, at least sodium alginate and potassium alginate,
Either one is preferably used. When these alginates are used, the strength is easily improved due to the film property of the alginate itself.
アルギン酸塩の添加割合は、塗工液全量に対して、1.0〜6.0質量%とするのが好ましく、2.0〜6.0質量%とするのがより好ましく、3.0〜6.0質量%とするのが特に好ましい。添加割合が1.0質量%未満であると、CNFフィルムが目的とする強度が得られない可能性がある。(剥離の困難化)他方、添加割合が6.0質量%を超えると、CNFフィルムが強固となるため、乾燥時の収縮シワが発生する可能性がある。(外観不良) The addition ratio of the alginate is preferably 1.0 to 6.0% by mass, more preferably 2.0 to 6.0% by mass, with respect to the total amount of the coating solution, and 3.0 to The content is particularly preferably 6.0% by mass. When the addition ratio is less than 1.0% by mass, there is a possibility that the intended strength of the CNF film cannot be obtained. (Making peeling difficult) On the other hand, if the addition ratio exceeds 6.0% by mass, the CNF film becomes strong, and shrinkage wrinkles during drying may occur. (Poor appearance)
(ポリアミドエピクロロヒドリン系化合物)
添加剤としてポリアミドエピクロロヒドリン系化合物を添加すると、CNFフィルムの湿潤強度を向上することができる。
(Polyamide epichlorohydrin compound)
When a polyamide epichlorohydrin compound is added as an additive, the wet strength of the CNF film can be improved.
ポリアミドエピクロロヒドリン系化合物の添加割合は、塗工液全量に対して、0.1〜2.0質量%とするのが好ましく、0.3〜2.0質量%とするのがより好ましく、0.5〜2.0質量%とするのが特に好ましい。添加割合が0.1質量%未満であると、目的とするCNFフィルムの湿潤強度が得られない可能性がある。(用途の減縮や剥離の困難化)他方、添加割合が2.0質量%を超えると、添加剤が凝集する可能性がある。(外観不良) The addition ratio of the polyamide epichlorohydrin compound is preferably 0.1 to 2.0% by mass, more preferably 0.3 to 2.0% by mass, based on the total amount of the coating liquid. 0.5 to 2.0% by mass is particularly preferable. If the addition ratio is less than 0.1% by mass, the intended wet strength of the CNF film may not be obtained. (Reduction of application and difficulty in peeling) On the other hand, when the addition ratio exceeds 2.0 mass%, the additive may be aggregated. (Poor appearance)
(その他の添加剤)
CNFの分散液には、必要により、例えば、酸化防止剤、腐食防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐熱安定剤、重合禁止剤、無機又は有機の充填剤、金属粉、顔料、染料、帯電防止剤、可塑剤、難燃剤等を添加することができる。
(Other additives)
In the CNF dispersion, for example, an antioxidant, a corrosion inhibitor, a light stabilizer, an ultraviolet absorber, a heat stabilizer, a polymerization inhibitor, an inorganic or organic filler, a metal powder, a pigment, a dye, An antistatic agent, a plasticizer, a flame retardant, etc. can be added.
(塗工液)
CNFの分散液に各種添加剤を添加して得た塗工液は、塗工性の観点から、固形分濃度を0.5〜2.0質量%とするのが好ましい。また、塗工液のB型粘度は、同様の理由から、500〜3500cpsとするのが好ましい。塗工液の固形分濃度やB型粘度を以上の範囲に調製する方法としては、添加剤を添加する際に水等を加えて希釈する方法、粘度を調整する他の添加剤を加える方法等が存在する。
(Coating fluid)
The coating liquid obtained by adding various additives to the CNF dispersion liquid preferably has a solid content concentration of 0.5 to 2.0 mass% from the viewpoint of coating properties. The B-type viscosity of the coating liquid is preferably 500 to 3500 cps for the same reason. As a method of adjusting the solid content concentration and B-type viscosity of the coating liquid to the above ranges, a method of adding water to dilute when adding an additive, a method of adding other additives for adjusting viscosity, etc. Exists.
(脱泡工程)
塗工液の脱泡方法としては、例えば、羽根付き攪拌機等で撹拌した後、自然脱泡(静置)し、あるいは攪拌真空脱泡する方法が存在する。しかし、CNFは、高剪断力の条件化でチキソトロピー性を示すため、自然脱泡や攪拌真空脱泡では気泡が完全に消失しないおそれがある。そこで、気泡を完全に消失させるために、塗工液を薄い膜状にし、気泡を弾かせるのが好ましい。この気泡を弾かせる方法としては、塗工液を容器に投入し、当該容器を公転させながら当該容器内の塗工液を自転させる(遊星回転)方法によるのが好ましい。この方法においては、遠心力によって塗工液中の比重の重い液体が外側へ移動し、かつ、当該液体中に混入する気泡が内側へ押し出されて液体と分離され、もって脱泡される。また、塗工液を投入した容器は、公転作用を受けながら自転作用を受けるため、容器内の塗工液にはラセン状の流れ(渦流)が発生し、この渦流によって攪拌される。なお、脱泡工程においては、塗工液の性質(特に、粘度)に応じて、公転数及び自転数を適宜に変更することができる。また、容器の公転中に当該容器の自転方向を正逆変更することができる。
(Defoaming process)
As a defoaming method of the coating liquid, for example, there is a method of stirring with a bladed stirrer and the like, followed by natural defoaming (standing) or stirring and vacuum defoaming. However, since CNF exhibits thixotropy under conditions of high shearing force, there is a possibility that bubbles are not completely lost by natural defoaming or stirring vacuum defoaming. Therefore, in order to completely eliminate the bubbles, it is preferable to make the coating solution into a thin film and to blow the bubbles. As a method for repelling the bubbles, it is preferable to use a method in which the coating liquid is put into a container and the coating liquid in the container is rotated (planetary rotation) while revolving the container. In this method, a liquid having a high specific gravity in the coating liquid moves outward by centrifugal force, and bubbles mixed in the liquid are pushed inward to be separated from the liquid and defoamed. In addition, since the container into which the coating liquid is charged undergoes a rotating action while undergoing a revolving action, a spiral flow (vortex) is generated in the coating liquid in the container and is stirred by this vortex. In the defoaming step, the number of revolutions and the number of rotations can be appropriately changed according to the properties (particularly viscosity) of the coating liquid. In addition, the rotation direction of the container can be changed forward and backward during the revolution of the container.
(樹脂基材)
樹脂基材としては、例えば、光学樹脂シート、弾性樹脂シート、高分子樹脂シート等を使用することができる。高分子樹脂シートとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン等からなるプラスチックシートを使用することができる。また、高分子樹脂シートとしては、適宜のシートにシリコーン化合物やフッ素化合物等の離型剤を塗布したシートも使用することができる。
(Resin base material)
As the resin base material, for example, an optical resin sheet, an elastic resin sheet, a polymer resin sheet, or the like can be used. As the polymer resin sheet, for example, a plastic sheet made of polyethylene terephthalate, polyvinylidene chloride, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polystyrene or the like can be used. As the polymer resin sheet, a sheet obtained by applying a release agent such as a silicone compound or a fluorine compound to an appropriate sheet can also be used.
樹脂基材の厚さは、10〜75μmであるのが好ましく、15〜70μmであるのがより好ましく、20〜60μmであるのが特に好ましい。樹脂基材の厚さが10μm未満であると、柔軟性が高くなり過ぎ、乾燥時に樹脂基材にシワや割れが生じて、得られるCNFフィルムにシワや割れが形成される(外観の低下)おそれがある。他方、樹脂基材の厚さが75μmを超えると、乾燥時における樹脂基材とCNFフィルムとの収縮差を原因として、得られるCNFフィルムにシワや割れが形成される(外観の低下)おそれがある。 The thickness of the resin base material is preferably 10 to 75 μm, more preferably 15 to 70 μm, and particularly preferably 20 to 60 μm. When the thickness of the resin base material is less than 10 μm, the flexibility becomes too high, and the resin base material is wrinkled or cracked during drying, and the resulting CNF film is wrinkled or cracked (decrease in appearance). There is a fear. On the other hand, if the thickness of the resin substrate exceeds 75 μm, wrinkles and cracks may be formed (decrease in appearance) in the resulting CNF film due to the difference in shrinkage between the resin substrate and the CNF film during drying. is there.
(塗工)
樹脂基材に対する塗工液の塗工方式は、連続方式であっても、バッチ方式であってもよい。連続方式としては、例えば、塗工液を塗工装置に連続的に供給し、当該塗工装置に取り付けたダイ等の吐出手段によって塗工液を樹脂基材上に薄く(薄層に)押し出す方法や、ロールコーター、ナイフコーター、ロールナイフコーター、リバースコーター、グラビアコーター等を使用して塗工する方法等を例示することができる。バッチ方式としては、例えば、塗工液を樹脂基材上に流延し、アプリケーター、マイヤーバー、ナイフコーター等を使用して薄層を形成する方法等を例示することができる。
(Coating)
The coating method of the coating liquid on the resin substrate may be a continuous method or a batch method. As the continuous method, for example, the coating liquid is continuously supplied to the coating apparatus, and the coating liquid is extruded thinly (in a thin layer) onto the resin base material by a discharging means such as a die attached to the coating apparatus. Examples thereof include a method and a coating method using a roll coater, knife coater, roll knife coater, reverse coater, gravure coater and the like. Examples of the batch method include a method in which a coating liquid is cast on a resin substrate, and a thin layer is formed using an applicator, a Meyer bar, a knife coater, or the like.
(乾燥)
樹脂基材に塗工した塗工液の乾燥は、例えば、乾燥風を当てる等して行うことができる。塗工液の乾燥は、単独の乾燥工程で行っても、複数の乾燥工程を組み合わせて行ってもよい。
(Dry)
Drying of the coating liquid applied to the resin substrate can be performed, for example, by applying drying air. The coating solution may be dried in a single drying step or a combination of a plurality of drying steps.
(CNFフィルム)
塗工液が乾燥して得られたCNFフィルムは、厚さが、10〜1000μmとなるようにするのが好ましく、12〜500μmとなるようにするのがより好ましく、15〜100μmとなるようにするのが特に好ましい。厚さが10μm未満であると、目的とする強度が得られない可能性がある。(剥離の困難化)他方、厚さが1000μmを超えると、乾燥工程に大規模な装置が必要となり、製造工程が複雑化する可能性がある。CNFフィルムの厚さは、JIS P8118(2014)「紙及び板紙−厚さ、密度及び比容積の試験方法」に準拠して測定した値である。
(CNF film)
The CNF film obtained by drying the coating solution preferably has a thickness of 10 to 1000 μm, more preferably 12 to 500 μm, and 15 to 100 μm. It is particularly preferable to do this. If the thickness is less than 10 μm, the intended strength may not be obtained. On the other hand, if the thickness exceeds 1000 μm, a large-scale apparatus is required for the drying process, which may complicate the manufacturing process. The thickness of the CNF film is a value measured in accordance with JIS P8118 (2014) “Paper and paperboard—Test method for thickness, density and specific volume”.
塗工液が乾燥して得られたCNFフィルムは、坪量が5.0〜100.0g/m2となるようにするのが好ましく、10.0〜80.0g/m2となるようにするのがより好ましく、20.0〜60.0g/m2となるようにするのが特に好ましい。坪量が5.0g/m2未満であると、目的とする強度が得られない可能性がある。(剥離の困難化)。他方、坪量が100.0g/m2を超えると、乾燥工程に大規模な装置が必要となり、製造工程が複雑化する可能性がある。CNFフィルムの坪量は、JIS P8124(2011)「紙及び板紙−坪量測定方法」に準拠して測定した値である。 The CNF film obtained by drying the coating solution preferably has a basis weight of 5.0 to 100.0 g / m 2 and preferably 10.0 to 80.0 g / m 2. More preferably, it is 20.0-60.0 g / m < 2 >. If the basis weight is less than 5.0 g / m 2 , the intended strength may not be obtained. (Making peeling difficult). On the other hand, if the basis weight exceeds 100.0 g / m 2 , a large-scale apparatus is required for the drying process, which may complicate the manufacturing process. The basis weight of the CNF film is a value measured in accordance with JIS P8124 (2011) “Paper and paperboard—basis weight measurement method”.
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更を加えることができる。 Next, examples of the present invention will be described. The following embodiments can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
(実施例)
まず、製紙用の広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)を1.0質量%水分散液とした。この水分散液を、リファイナーを使用してフリーネスが100ml以下となるまで叩解し、更に高圧ホモジナイザーを使用して微細化した。このようにして、CNF(平均繊維長1,5μm、平均繊維径39nm、保水度280%、結晶化度78%、ピーク値20μm、パルプ粘度3.3cps)を得た。
(Example)
First, hardwood bleached kraft pulp (LBKP) for papermaking was used as a 1.0 mass% aqueous dispersion. This aqueous dispersion was beaten using a refiner until the freeness was 100 ml or less, and further refined using a high-pressure homogenizer. In this way, CNF (average fiber length 1.5 μm, average fiber diameter 39 nm, water retention 280%, crystallinity 78%, peak value 20 μm, pulp viscosity 3.3 cps) was obtained.
次に、以上のようにして得たCNFの水溶液に、添加剤を添加して塗工液を得た。添加剤の種類及び添加量は、表1に示した。また、得られた塗工液は、倉敷紡績(株)製の攪拌装置(製品名:KK−400W)を使用して、攪拌及び脱泡した。 Next, an additive was added to the CNF aqueous solution obtained as described above to obtain a coating solution. The types and amounts of additives are shown in Table 1. Moreover, the obtained coating liquid was stirred and defoamed using a stirring device (product name: KK-400W) manufactured by Kurashiki Boseki Co., Ltd.
脱泡した塗工液は、PET製の樹脂基材(製品名:E5000、厚み38μm)の一方の面に得られるCNFフィルムの厚さが10μmとなるように塗工した。 The defoamed coating solution was applied such that the thickness of the CNF film obtained on one surface of a PET resin substrate (product name: E5000, thickness 38 μm) was 10 μm.
得られたCNFフィルムの物性、評価等について、表1に示した。なお、表中の「質量%」は、CNFフィルムを100質量(絶乾)とした場合の絶乾質量割合である。また、「−」は、未配合であることを示す。さらに、各種添加剤としては、次のものを使用した。
アルギン酸塩:製品名「アルギデラックスM」(株式会社キミカ製)
グリセリン :製品名「精製グリセリン」(坂本薬品工業株式会社製)
ソルビトール:製品名「ソルビットKK(60%)」(MCフードスペシャリティーズ株式会社製)
ポリビニルアセトアミド系化合物:製品名「GE191−053」(昭和電工株式会社製)
ポリアミドエピクロロヒドリン系化合物:商品名「WS4024」(星光PMC株式会社製)
The physical properties and evaluation of the obtained CNF film are shown in Table 1. In addition, "mass%" in a table | surface is an absolute dry mass ratio when a CNF film is 100 mass (absolutely dry). Further, “-” indicates that it is not blended. Furthermore, the following were used as various additives.
Alginate: Product name “Argi Deluxe M” (Kimika Co., Ltd.)
Glycerin: Product name “Purified Glycerin” (manufactured by Sakamoto Pharmaceutical Co., Ltd.)
Sorbitol: Product name "Sorbit KK (60%)" (MC Food Specialties Co., Ltd.)
Polyvinylacetamide compound: product name “GE191-053” (manufactured by Showa Denko KK)
Polyamide epichlorohydrin compound: Trade name “WS4024” (manufactured by Seiko PMC Co., Ltd.)
(比較例1)
まず、製紙用の広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)に対乾燥パルプ1.0質量%となる量の多糖類加水分解酵素を加え、50℃で5時間反応させた。反応後、105℃で5分間酵素を失活させ、1.0質量%水分散液とした。この水分散液を、リファイナーを使用してフリーネスが100ml以下となるまで叩解し、高圧ホモジナイザーを使用して微細化した。このようにして、CNF(平均繊維長1,0μm、平均繊維径40nm、保水度450%、結晶化度70%、ピーク値16μm、パルプ粘度3.0cps)を得た。
(Comparative Example 1)
First, polysaccharide hydrolase in an amount of 1.0% by mass to dry pulp was added to hardwood bleached kraft pulp (LBKP) for papermaking, and reacted at 50 ° C. for 5 hours. After the reaction, the enzyme was inactivated at 105 ° C. for 5 minutes to obtain a 1.0 mass% aqueous dispersion. This aqueous dispersion was beaten using a refiner until the freeness was 100 ml or less, and refined using a high-pressure homogenizer. In this way, CNF (average fiber length of 1.0 μm, average fiber diameter of 40 nm, water retention of 450%, crystallinity of 70%, peak value of 16 μm, pulp viscosity of 3.0 cps) was obtained.
以上のようにして得たCNFの水溶液は、添加剤を添加することなく、倉敷紡績(株)製の攪拌装置(製品名:KK−400W)を使用して、攪拌及び脱泡した。 The aqueous solution of CNF obtained as described above was stirred and defoamed using a stirring device (product name: KK-400W) manufactured by Kurashiki Boseki Co., Ltd. without adding an additive.
脱泡した塗工液は、の一方の面に得られるCNFフィルムの厚さが10μmとなるように塗工した。 The defoamed coating solution was applied so that the thickness of the CNF film obtained on one surface of the coating solution was 10 μm.
得られたCNFフィルムの物性、評価等について、表1に示した。 The physical properties and evaluation of the obtained CNF film are shown in Table 1.
(比較例2,3)
実施例と同様の方法で得た塗工液を、PET製の樹脂基材(製品名:E5000、厚み38μm)の一方の面に塗工した。得られたCNFフィルムの物性、評価等について、表1に示した。
(Comparative Examples 2 and 3)
The coating liquid obtained by the method similar to the Example was applied to one surface of a PET resin substrate (product name: E5000, thickness: 38 μm). The physical properties and evaluation of the obtained CNF film are shown in Table 1.
(評価方法)
評価方法は、以下に記載の通りとした。なお、表中の「−」は、測定不可だったことを示す。
(Evaluation method)
The evaluation method was as described below. In the table, “-” indicates that measurement was not possible.
(外観:割れ・シワ)
◎:得られたCNFフィルムに、割れ・シワがない。
○:得られたCNFフィルムに、極く微細なシワが部分的に見られるが、割れはない。
△:線状の割れ・シワがあるが実用上にやや難がある。(最大の割れの長さが5mm未満)
×:線状の割れ・シワがあり、実用上、使用できない。(最大の割れの長さが5mm以上)
(Appearance: Cracks / wrinkles)
A: The obtained CNF film has no cracks or wrinkles.
◯: Although extremely fine wrinkles are partially seen in the obtained CNF film, there are no cracks.
Δ: Although there are linear cracks and wrinkles, there are some practical difficulties. (Maximum crack length is less than 5mm)
X: There are linear cracks and wrinkles, which cannot be used practically. (Maximum crack length is 5mm or more)
(外観:気泡)
◎:得られたCNFフィルムの10cm角の間に、気泡の混入なし。
○:得られたCNFフィルムの10cm角の間に、1mm大の気泡の混入が1〜2個みられる。
△:得られたCNFフィルムの10cm角の間に、1mm大の気泡の混入が3〜5個みられ、実用上にやや難がある。
×:得られたCNFフィルムの10cm角の間に、1mm大の気泡の混入が5個を超えてみられ、実用上、使用できない。
(Appearance: Bubble)
(Double-circle): There is no mixing of a bubble between the 10 cm squares of the obtained CNF film.
○: One or two bubbles of 1 mm in size are observed between 10 cm squares of the obtained CNF film.
Δ: 3 to 5 bubbles of 1 mm in size are observed between 10 cm squares of the obtained CNF film, which is somewhat difficult in practical use.
X: Between the 10 cm square of the obtained CNF film, mixing of a 1 mm-sized bubble exceeded 5 pieces, and it cannot be used practically.
(フィルム強度)
JIS P8113(2006)「紙及び板紙−引張特性の試験方法」に準拠して、測定した測定値である。強度が2.0N/m未満であると、樹脂基材からの剥離時にCNFフィルムが破断した。
(Film strength)
It is a measured value measured according to JIS P8113 (2006) “Paper and paperboard—Test method for tensile properties”. When the strength was less than 2.0 N / m, the CNF film was broken at the time of peeling from the resin substrate.
(剥離性)
◎:樹脂基材からCNFフィルムが容易に剥離することができる。
○:樹脂基材からCNFフィルムが剥離する際に、やや難を要する。
△:樹脂基材からCNFフィルムが剥離する際に、難を要し、CNFフィルムが一部破断した。
×:樹脂基材からCNFフィルムが剥離することができなかった。
(Peelability)
A: The CNF film can be easily peeled from the resin base material.
○: Some difficulty is required when the CNF film peels from the resin substrate.
(Triangle | delta): When the CNF film peeled from the resin base material, difficulty was required and the CNF film partly fractured.
X: The CNF film could not be peeled from the resin base material.
(参考例)
基材A(参考例1)と、実施例1で得られたCNFフィルムを基材Aの片面に積層させたもの(参考例2)とを対比する試験を行った。同様に、基材B(参考例3)と、実施例1で得られたCNFフィルムを基材Bの片面に積層させたもの(参考例4)とを対比する試験を行った。結果を、表2に示した。なお、基材A、基材B、耐油性(キット値)、酸素透過度の詳細は、次のとおりである。
(Reference example)
A test was performed comparing the substrate A (Reference Example 1) with the one obtained by laminating the CNF film obtained in Example 1 on one side of the substrate A (Reference Example 2). Similarly, the test which contrasted the base material B (reference example 3) and what laminated | stacked the CNF film obtained in Example 1 on the single side | surface of the base material B (reference example 4) was done. The results are shown in Table 2. In addition, the detail of the base material A, the base material B, oil resistance (kit value), and oxygen permeability is as follows.
基材A:マルチペーパー スーパーホワイトJ(アスクル(株)製)
基材B:大王製紙社製コピー用紙
キット値:23℃、湿度50%の条件で測定した平面部の耐油度(TAPPI UM−557によるキット値)である。
酸素透過度(cc/m2・day・atm):JIS−K−7126−1:2006「プラスチック−フィルム及びシート−ガス透過度試験方法−1部:差圧法」に準拠し、GTR社の「GTR−11AET」を使用して25℃で2時間測定したときの値である。
Base material A: Multi-paper Super White J (manufactured by ASKUL Corporation)
Base material B: Copy paper manufactured by Daio Paper Co., Ltd.
Kit value: It is the oil resistance (kit value according to TAPPI UM-557) of the flat surface measured under the conditions of 23 ° C. and 50% humidity.
Oxygen permeability (cc / m 2 · day · atm): JIS-K-7126-1: 2006 “Plastic-film and sheet—Gas permeability test method—Part 1: Differential pressure method” It is a value when measured at 25 ° C. for 2 hours using “GTR-11AET”.
(考察)
添加剤として、グリセンリン、ソルビトール、又はポリビニルアセトアミド系化合物を含み、脱泡工程を経た実験例においては、本発明の効果を奏した。一方、添加剤を添加しなかった比較例1においては、樹脂基材からCNFフィルムを剥離することができなかった。これは、樹脂基材に対する塗工液(フィルム層)の濡れ性が関係していると考えられる。
(Discussion)
In the experimental example including glycerin, sorbitol, or polyvinylacetamide-based compound as an additive and subjected to a defoaming step, the effect of the present invention was achieved. On the other hand, in Comparative Example 1 in which no additive was added, the CNF film could not be peeled from the resin base material. This is considered to be related to the wettability of the coating liquid (film layer) with respect to the resin substrate.
本発明は、セルロースナノファイバーフィルムの製造方法として利用可能である。 The present invention can be used as a method for producing a cellulose nanofiber film.
Claims (7)
この塗工液を脱泡し、樹脂基材に塗工し、乾燥させてフィルム状にする、
ことを特徴とするセルロースナノファイバーフィルムの製造方法。 One or more additives selected from glycerin, sorbitol, and polyvinylacetamide compounds are added to the dispersion of cellulose nanofibers to obtain a coating solution,
Defoam this coating solution, apply it to a resin substrate, dry it into a film,
The manufacturing method of the cellulose nanofiber film characterized by the above-mentioned.
グリセリンの添加割合が、1.0〜10.0質量%であり
ソルビトールの添加割合が、1.0〜10.0質量%であり、
ポリビニルアセトアミド系化合物の添加割合が、1.0〜10.0質量%である
請求項1に記載のセルロースナノファイバーフィルムの製造方法。 Included in the dispersion of cellulose nanofibers,
The addition ratio of glycerin is 1.0-10.0 mass%, and the addition ratio of sorbitol is 1.0-10.0 mass%,
The method for producing a cellulose nanofiber film according to claim 1, wherein the addition ratio of the polyvinyl acetamide-based compound is 1.0 to 10.0% by mass.
グリセリン、ソルビトール、及びポリビニルアセトアミド系化合物の合計の添加割合が8.0〜12.0質量%である請求項2に記載のセルロースナノファイバーフィルムの製造方法。 Included in the dispersion of cellulose nanofibers,
The method for producing a cellulose nanofiber film according to claim 2, wherein the total addition ratio of glycerin, sorbitol, and polyvinylacetamide-based compound is 8.0 to 12.0 mass%.
請求項1記載のセルロースナノファイバーフィルムの製造方法。 The defoaming of the coating liquid is performed by charging the coating liquid in the container while revolving the container, by charging the coating liquid into the container,
The manufacturing method of the cellulose nanofiber film of Claim 1.
前記アルギン酸塩の添加割合は、1.0〜6.0質量%、
前記ポリアミドエピクロロヒドリン系化合物の添加割合は、0.5〜2.0質量である、請求項1記載のセルロースナノファイバーフィルムの製造方法。 The cellulose nanofiber dispersion is further added with alginate and polyamide epichlorohydrin compound to obtain the coating solution,
The addition ratio of the alginate is 1.0 to 6.0% by mass,
The method for producing a cellulose nanofiber film according to claim 1, wherein an addition ratio of the polyamide epichlorohydrin compound is 0.5 to 2.0 mass.
JIS P8113(2006)に準じた強度が2.0N/m以上であることを、
特徴とするセルロースナノファイバーフィルムの製造方法。 A cellulose nanofiber film obtained by the method for producing a cellulose nanofiber film according to any one of claims 1 to 5,
The strength according to JIS P8113 (2006) is 2.0 N / m or more,
A method for producing a cellulose nanofiber film.
10cm角の間に、1mm大の気泡の混入が5個未満であることを、
特徴とするセルロースナノファイバーフィルムの製造方法。 A cellulose nanofiber film obtained by the method for producing a cellulose nanofiber film according to any one of claims 1 to 5,
In the 10 cm square, there are less than 5 bubbles of 1 mm in size,
A method for producing a cellulose nanofiber film.
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