JP2018199755A - Modified cellulose fiber - Google Patents

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雄介 安川
Yusuke Yasukawa
雄介 安川
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Abstract

To provide a modified cellulose fiber capable of exhibiting good dispersibility to a rubber component and an application thereof.SOLUTION: There are provided a modified cellulose fiber having a carboxyl group, and Land bin a CIELab color space of 1 mass% of a water dispersion of 75≤L≤95 and 5≤b≤35 respectively; a dispersion thereof, a manufacturing method of the fiber or the dispersion, including conducting an anion modification treatment of a cellulose raw material to obtain an anion modified cellulose fiber, and conducting a heating treatment by heating the anion modified cellulose fiber or the dispersion at 105°C to 135°C for 20 min. to 180 min. to obtain a heating treated article; a master batch or a rubber composition containing the fiber and a rubber component; and a manufacturing method of the master batch or the rubber composition, including adding the rubber component to the fiber or the dispersion.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、変性セルロース繊維に関し、詳しくは、変性セルロース繊維、その分散液、それらの製造方法及び用途に関する。   The present invention relates to a modified cellulose fiber, and more particularly to a modified cellulose fiber, a dispersion thereof, a production method thereof, and an application.

カルボキシ基を含有するセルロース繊維等の変性セルロース繊維は、ゴム等の樹脂の機械的物性を向上できることが知られている(例えば特許文献1)。しかし、セルロース繊維表面に存在するカルボキシ基は親水性であるため、樹脂成分への分散性が悪いことが知られており、分散性の向上が求められている。特許文献2には、所定のカルボキシ基含有量の酸化セルロース繊維を所定条件で熱変性させカルボキシ基含有量を減少させた酸化セルロース繊維は、繊維表面のカルボキシ基が一部脱離して疎水性となり樹脂への分散性が向上することが記載されている。   It is known that modified cellulose fibers such as cellulose fibers containing carboxy groups can improve the mechanical properties of resins such as rubber (for example, Patent Document 1). However, since the carboxy group present on the surface of the cellulose fiber is hydrophilic, it is known that the dispersibility in the resin component is poor, and an improvement in dispersibility is required. In Patent Document 2, an oxidized cellulose fiber in which an oxidized cellulose fiber having a predetermined carboxy group content is thermally modified under a predetermined condition to reduce the carboxy group content becomes hydrophobic due to partial elimination of the carboxy group on the fiber surface. It is described that the dispersibility in the resin is improved.

特開2011−140632号公報JP 2011-140632 A 特開2014−141772号公報JP 2014-141772 A

しかし、特許文献2の方法のようにカルボキシ基含有量を減少させると、酸化セルロースによるゴム成分の強度改善効果が十分に得られないおそれがあった。本発明は、ゴム成分に対し良好な分散性を示すことができるセルロース繊維とその用途を提供することを目的とする。   However, when the carboxy group content is reduced as in the method of Patent Document 2, there is a possibility that the effect of improving the strength of the rubber component by oxidized cellulose cannot be obtained sufficiently. An object of this invention is to provide the cellulose fiber which can show favorable dispersibility with respect to a rubber component, and its use.

本発明は以下の〔1〕〜〔19〕を提供する。
〔1〕1質量%水分散液のCIELab色空間におけるb*が5≦b*≦35である、変性セルロース繊維。
〔2〕1質量%水分散液のCIELab色空間におけるL*及びa*がそれぞれ75≦L*≦95、−2≦a*≦2である、〔1〕に記載の繊維。
〔3〕1質量%水分散液のイエローインデックスが8.5以上である、〔1〕又は〔2〕に記載の繊維。
〔4〕カルボキシ変性セルロース繊維である、〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の繊維。
〔5〕カルボキシ基含有量が、変性セルロース繊維の絶乾質量に対して0.5mmol/g〜3.0mmol/gであるカルボキシ変性セルロース繊維である、〔4〕に記載の繊維。
〔6〕カルボキシメチル変性セルロース繊維である、〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の繊維。
〔7〕グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が、0.01〜0.50であるカルボキシメチル変性セルロース繊維である、〔6〕に記載の繊維。
〔8〕セルロースナノファイバーである、〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の繊維。
〔9〕酸型セルロース繊維又は塩型セルロース繊維である、〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の繊維。
〔10〕〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の繊維を含む、分散液。
〔11〕水分散液である、〔10〕に記載の分散液。
〔12〕セルロース系原料のアニオン変性処理を行いアニオン変性セルロース繊維を得ること、
前記アニオン変性セルロース繊維又はその分散液を105℃〜150℃で20分間〜180分間加熱する加熱処理を行い加熱処理物を得ること
を含む、〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の繊維、若しくは〔10〕又は〔11〕に記載の分散液の製造方法。
〔13〕加熱処理後のアニオン変性セルロース繊維の1質量%水分散液の、加熱処理前のアニオン変性セルロース繊維の1質量%水分散液に対する色差が1以上50以下となるように行う、〔12〕に記載の方法。
〔14〕前記加熱処理は、10kPa(gage)〜400kPa(gage)の圧力下で行う、〔12〕又は〔13〕に記載の方法。
〔15〕前記加熱処理は、オートクレーブを用いて行う、〔12〕〜〔14〕のいずれか1項に記載の方法。
〔16〕〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の繊維及びゴム成分を含む、マスターバッチ又はゴム組成物。
〔17〕前記ゴム成分が、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム及びスチレン−ブタジエン共重合体ゴムからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、〔16〕に記載のマスターバッチ又はゴム組成物。
〔18〕〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の繊維に、若しくは、〔10〕又は〔11〕に記載の分散液に、ゴム成分を添加することを含む、マスターバッチ又はゴム組成物の製造方法。
〔19〕前記ゴム成分が、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム及びスチレン−ブタジエン共重合体ゴムからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、〔18〕に記載の方法。
The present invention provides the following [1] to [19].
[1] Modified cellulose fiber in which b * in the CIELab color space of a 1% by mass aqueous dispersion is 5 ≦ b * ≦ 35.
[2] The fiber according to [1], wherein L * and a * in the CIELab color space of the 1% by mass aqueous dispersion satisfy 75 ≦ L * ≦ 95 and −2 ≦ a * ≦ 2, respectively.
[3] The fiber according to [1] or [2], wherein the 1% by mass aqueous dispersion has a yellow index of 8.5 or more.
[4] The fiber according to any one of [1] to [3], which is a carboxy-modified cellulose fiber.
[5] The fiber according to [4], which is a carboxy-modified cellulose fiber having a carboxy group content of 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g with respect to the absolutely dry mass of the modified cellulose fiber.
[6] The fiber according to any one of [1] to [3], which is a carboxymethyl-modified cellulose fiber.
[7] The fiber according to [6], which is a carboxymethyl-modified cellulose fiber having a degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of 0.01 to 0.50.
[8] The fiber according to any one of [1] to [7], which is a cellulose nanofiber.
[9] The fiber according to any one of [1] to [8], which is an acid-type cellulose fiber or a salt-type cellulose fiber.
[10] A dispersion containing the fiber according to any one of [1] to [9].
[11] The dispersion according to [10], which is an aqueous dispersion.
[12] Anion-modified cellulose fiber is obtained by anion-modifying the cellulose-based raw material;
The method according to any one of [1] to [9], comprising heat-treating the anion-modified cellulose fiber or dispersion thereof at 105 to 150 ° C. for 20 to 180 minutes to obtain a heat-treated product. Or a method for producing a dispersion according to [10] or [11].
[13] The color difference of the 1% by mass aqueous dispersion of the anion-modified cellulose fiber after the heat treatment to that of the 1% by mass aqueous dispersion of the anion-modified cellulose fiber before the heat treatment is 1 or more and 50 or less. ] The method of description.
[14] The method according to [12] or [13], wherein the heat treatment is performed under a pressure of 10 kPa (gage) to 400 kPa (gage).
[15] The method according to any one of [12] to [14], wherein the heat treatment is performed using an autoclave.
[16] A masterbatch or a rubber composition comprising the fiber and the rubber component according to any one of [1] to [9].
[17] The masterbatch or rubber composition according to [16], wherein the rubber component includes at least one selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene rubber, natural rubber, chloroprene rubber, and styrene-butadiene copolymer rubber. .
[18] A masterbatch or rubber comprising adding a rubber component to the fiber according to any one of [1] to [9] or to the dispersion according to [10] or [11] A method for producing the composition.
[19] The method according to [18], wherein the rubber component includes at least one selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene rubber, natural rubber, chloroprene rubber, and styrene-butadiene copolymer rubber.

本発明によれば、ゴム成分に対し良好な分散性を示すことができる変性セルロース繊維とその用途が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the modified cellulose fiber which can show favorable dispersibility with respect to a rubber component, and its use are provided.

1.変性セルロース繊維
[セルロース繊維、セルロースナノファイバー]
本明細書において変性セルロース繊維とは、セルロース系原料から変性処理を経て得られるセルロース繊維を言う。セルロース繊維とは、繊維状のセルロースであり、繊維状のセルロース誘導体をさらに含んでもよい。セルロース繊維のサイズは特に限定されない。セルロース繊維の繊維径はミクロンオーダー及びナノオーダーのいずれでもよく、ナノオーダーが好ましい。繊維径がナノオーダーのセルロース繊維を、セルロースナノファイバーと称する。セルロースナノファイバーの長さ加重平均繊維径は、好ましくは2〜500nm程度、より好ましくは2〜50nmである。長さ加重平均繊維長は、好ましくは50〜2000nmである。長さ加重平均繊維径及び長さ加重平均繊維長(以下、単に「平均繊維径」、「平均繊維長」ともいう)は、原子間力顕微鏡(AFM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察して求められる。セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、10以上である。上限は特に限定されないが、1000以下である。平均アスペクト比は、式:平均アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径により算出できる。本明細書においてセルロース繊維は、未変性セルロース繊維及び変性セルロース繊維の両方を包含する。
1. Modified cellulose fiber [cellulose fiber, cellulose nanofiber]
In this specification, a modified cellulose fiber means the cellulose fiber obtained through a modification process from a cellulosic raw material. The cellulose fiber is fibrous cellulose and may further contain a fibrous cellulose derivative. The size of the cellulose fiber is not particularly limited. The fiber diameter of the cellulose fiber may be either micron order or nano order, and nano order is preferable. Cellulose fibers having a fiber diameter of nano-order are referred to as cellulose nanofibers. The length weighted average fiber diameter of the cellulose nanofiber is preferably about 2 to 500 nm, more preferably 2 to 50 nm. The length weighted average fiber length is preferably 50 to 2000 nm. Length-weighted average fiber diameter and length-weighted average fiber length (hereinafter, simply referred to as “average fiber diameter” or “average fiber length”) are measured using an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM). It is obtained by observing each fiber. The average aspect ratio of the cellulose nanofiber is 10 or more. Although an upper limit is not specifically limited, It is 1000 or less. The average aspect ratio can be calculated by the formula: average aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter. In this specification, a cellulose fiber includes both an unmodified cellulose fiber and a modified cellulose fiber.

[アニオン変性セルロース繊維、酸型/塩型セルロース繊維]
本発明の変性セルロース繊維は、アニオン変性セルロース繊維が好ましい。アニオン変性セルロース繊維とは、アニオン変性処理を経て得られる変性セルロース繊維を意味する。アニオン変性処理としては、例えば、酸化、カルボキシメチル化、リン酸エステル化が挙げられる。それぞれのアニオン変性処理したアニオン変性セルロース繊維において、さらにナトリウム等の金属塩の脱塩処理を行うことにより、酸型セルロース繊維が得られ、脱塩処理を経ない塩型セルロース繊維と区別される。アニオン変性処理及び脱塩処理については、後段の変性処理の説明において述べる。
[Anion-modified cellulose fiber, acid-type / salt-type cellulose fiber]
The modified cellulose fiber of the present invention is preferably an anion-modified cellulose fiber. An anion-modified cellulose fiber means a modified cellulose fiber obtained through an anion-modifying treatment. Examples of the anion modification treatment include oxidation, carboxymethylation, and phosphate esterification. Each anion-modified cellulose fiber that has been subjected to anion-modified treatment is further subjected to a desalting treatment of a metal salt such as sodium to obtain acid-type cellulose fibers, which are distinguished from salt-type cellulose fibers that have not undergone desalting treatment. The anion modification treatment and desalting treatment will be described in the description of the modification treatment in the subsequent stage.

[変性セルロース繊維の着色度]
変性セルロース繊維の着色度は、その1質量%水分散液のCIELab色空間における数値で表すことができる。数値としては、例えば、CIELab色空間の座標軸(L*、a*、b*)、イエローインデックス(YI(E)規格 ASTM E313に準拠)が挙げられる。変性セルロース繊維1質量%水分散液のL*は、通常95以下、好ましくは94以下、より好ましくは93以下、さらに好ましくは92以下である。下限は、通常75以上であり、例えば76以上、77以上、78以上、又は79以上であり、好ましくは80以上であり、より好ましくは81以上である。変性セルロース繊維のb*は、通常5以上、好ましくは5.5以上、より好ましくは6以上である。上限は通常35以下であり、例えば34以下、33以下、32以下、31以下、又は30以下であり、好ましくは29以下であり、より好ましくは28以下である。変性セルロース繊維のa*は、通常2以下であり、例えば1.5以下、1以下又は0.5以下、好ましくは0未満、より好ましくは−0.1以下である。下限は、通常−2以上又は−1.5以上、好ましくは−1以上である。変性セルロース繊維表面の親水性は、繊維中のカルボキシ基、水酸基に寄与すると推測される。L*、a*、及びb*のうち、少なくともb*を含む数値が、好ましくはL*、a*及び、b*を含む数値が、より好ましくはすべての数値が、上記のいずれかを満たす変性セルロース繊維は、繊維表面が適度な疎水性を有しており、ゴム成分に対し良好な界面結合力を発揮できる。
[Coloring degree of modified cellulose fiber]
The degree of coloring of the modified cellulose fiber can be expressed by a numerical value in the CIELab color space of the 1 mass% aqueous dispersion. Examples of numerical values include the coordinate axes (L * , a * , b * ) of the CIELab color space, and the yellow index (conforming to the YI (E) standard ASTM E313). L * of the 1% by weight aqueous dispersion of modified cellulose fibers is usually 95 or less, preferably 94 or less, more preferably 93 or less, and still more preferably 92 or less. The lower limit is usually 75 or more, for example, 76 or more, 77 or more, 78 or more, or 79 or more, preferably 80 or more, more preferably 81 or more. The b * of the modified cellulose fiber is usually 5 or more, preferably 5.5 or more, more preferably 6 or more. The upper limit is usually 35 or less, for example, 34 or less, 33 or less, 32 or less, 31 or less, or 30 or less, preferably 29 or less, more preferably 28 or less. The a * of the modified cellulose fiber is usually 2 or less, for example 1.5 or less, 1 or less, or 0.5 or less, preferably less than 0, more preferably −0.1 or less. The lower limit is usually −2 or more or −1.5 or more, preferably −1 or more. The hydrophilicity of the modified cellulose fiber surface is presumed to contribute to the carboxy group and hydroxyl group in the fiber. L *, a *, and b * of the numerical values including at least b * is preferably L *, a * and a numerical value including a b * are more preferably all figures, satisfy any of the above The modified cellulose fiber has an appropriate hydrophobicity on the fiber surface, and can exhibit a good interfacial bonding force to the rubber component.

変性セルロース繊維1質量%水分散液のYI(E)は、通常8.5以上であり、例えば、9以上、9.5以上、10以上、又は10.5以上であり、好ましくは11以上、より好ましくは11.5以上である。上限は特に限定されないが、通常70以下である。YI(E)が上記のいずれかを満たすセルロース繊維は、繊維表面がより適度な疎水性を有しており、ゴム成分に対し良好な界面結合力を発揮できる。   YI (E) of the modified cellulose fiber 1% by mass aqueous dispersion is usually 8.5 or more, for example, 9 or more, 9.5 or more, 10 or more, or 10.5 or more, preferably 11 or more. More preferably, it is 11.5 or more. Although an upper limit is not specifically limited, Usually, it is 70 or less. The cellulose fiber in which YI (E) satisfies any of the above has a more appropriate hydrophobicity on the fiber surface, and can exhibit a good interfacial bonding force to the rubber component.

*、a*、b*、YI(E)の測定は、実施例の条件に従って行えばよい。 The measurement of L * , a * , b * , YI (E) may be performed according to the conditions of the example.

2.変性セルロース繊維の分散液
本発明の変性セルロース繊維は、分散液、湿潤固形物又は乾燥固形物として利用してもよいが、分散液として好ましく利用される。分散液に占める変性セルロース繊維の固形分濃度は、下限は、通常0.1質量%(w/v%)以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上である。上限は、通常20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは6質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。水系溶媒が水である場合、好ましくは0.1〜5質量%、水系溶媒が水と他の溶媒の組み合わせの場合、好ましくは0.1〜20質量%である。
湿潤固形物とは、分散液と乾燥固形物との中間の態様の固形物であり、通常、分散液を脱水して調製される。湿潤固形物の水系溶媒の含有量は、変性セルロース繊維に対し5〜15質量%が好ましいが、水系溶媒等の液体の追加又はさらなる乾燥(例えば、スプレードライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、又は真空乾燥)により、分散媒の量は適宜調整し得る。分散液は、通常、水等の水系溶媒への分散液である。
2. Modified Cellulose Fiber Dispersion The modified cellulose fiber of the present invention may be used as a dispersion, a wet solid or a dry solid, but is preferably used as a dispersion. The lower limit of the solid content concentration of the modified cellulose fiber in the dispersion is usually 0.1% by mass (w / v%) or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. . An upper limit is 20 mass% or less normally, Preferably it is 10 mass% or less, More preferably, it is 6 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less. When the aqueous solvent is water, it is preferably 0.1 to 5% by mass, and when the aqueous solvent is a combination of water and another solvent, it is preferably 0.1 to 20% by mass.
The wet solid is a solid in an intermediate form between the dispersion and the dry solid, and is usually prepared by dehydrating the dispersion. The content of the aqueous solvent in the wet solid is preferably 5 to 15% by mass with respect to the modified cellulose fiber, but addition or further drying of a liquid such as an aqueous solvent (for example, spray drying, pressing, air drying, hot air drying, or vacuum) The amount of the dispersion medium can be appropriately adjusted by drying. The dispersion is usually a dispersion in an aqueous solvent such as water.

水系溶媒としては例えば、水、水に可溶な溶媒及びこれらの組み合わせが挙げられる。水に可溶な溶媒としては、例えば、アルコール類(例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン)、エーテル類(例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン)、ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド、及びこれらから選択される2以上の組み合わせが挙げられる。水系溶媒は、少なくとも水を含むことが好ましく、水がより好ましい。   Examples of the aqueous solvent include water, water-soluble solvents, and combinations thereof. Examples of water-soluble solvents include alcohols (for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, glycerin), ethers (Eg, ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran), ketones (eg, acetone, methyl ethyl ketone), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and these Or a combination of two or more. The aqueous solvent preferably contains at least water, and more preferably water.

分散液は、変性セルロース繊維以外の成分を含んでいてもよい。変性セルロース繊維以外の成分としては、例えば、水溶性高分子が挙げられる。   The dispersion may contain components other than the modified cellulose fiber. Examples of components other than the modified cellulose fiber include water-soluble polymers.

水溶性高分子としては、例えば、セルロース誘導体(例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ジェランガム、ゲランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド−ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、グァーガム、コロイダルシリカ、並びにこれらから選ばれる1以上の組み合わせが挙げられる。これらの中でも、カルボキシメチルセルロース又はその塩が、相溶性の点から好ましい。   Examples of water-soluble polymers include cellulose derivatives (for example, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, Snack flour, scrap flour, positive starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, gellan gum, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein lysate, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide , Sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, Gin sizing agent, petroleum resin sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide-polyamine resin, polyethyleneimine, polyamine, plant gum, polyethylene oxide, hydrophilic cross-linked polymer, polyacrylate, starch Examples thereof include polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, guar gum, colloidal silica, and one or more combinations selected from these. Among these, carboxymethyl cellulose or a salt thereof is preferable from the viewpoint of compatibility.

分散液の調製方法は特に限定されず、例えば、水等の水系溶媒に変性セルロース繊維を添加して分散することを含む方法が挙げられる。添加は一括添加及び段階的な添加のいずれでもよい。必要に応じて、水溶性高分子等の他の成分を、変性セルロース繊維と共に、又は変性セルロース繊維の添加の前若しくは後に、添加してもよい。調製の際には、ホモジナイザー等のせん断力が印加できる装置を用いて行ってもよい。分散に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理としては、例えば、混合、撹拌、乳化が挙げられ、公知の装置(例えば、高速せん断ミキサー)を用いて行えばよい。   The method for preparing the dispersion is not particularly limited, and examples thereof include a method including adding and dispersing the modified cellulose fiber in an aqueous solvent such as water. Addition may be either batch addition or stepwise addition. If necessary, other components such as a water-soluble polymer may be added together with the modified cellulose fiber or before or after the addition of the modified cellulose fiber. The preparation may be performed using an apparatus capable of applying a shearing force such as a homogenizer. Prior to dispersion, preliminary processing may be performed as necessary. Examples of the pretreatment include mixing, stirring, and emulsification, and may be performed using a known device (for example, a high-speed shear mixer).

3.変性セルロース繊維又はその分散液の製造方法
[セルロース系原料]
本発明の変性セルロース繊維は、セルロース系原料から得ることができる。セルロース繊維の原料(セルロース系原料)は、特に限定されないが、例えば、植物、動物(例えば、ホヤ類)、藻類、微生物(例えば、酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物が挙げられる。植物由来のセルロース系原料としては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)が挙げられる。セルロース系原料は、これらのいずれかでもよく、2種類のセルロース系原料の組み合わせでもよく、好ましくは植物又は微生物由来のセルロース系原料であり、より好ましくは植物由来のセルロース系原料であり、さらに好ましくはパルプである。
3. Process for producing modified cellulose fiber or dispersion thereof [cellulose-based raw material]
The modified cellulose fiber of the present invention can be obtained from a cellulosic material. Although the raw material (cellulose-type raw material) of a cellulose fiber is not specifically limited, For example, a plant, an animal (for example, ascidians), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (Acetobacter)), and microbial products are mentioned. Examples of plant-derived cellulosic materials include wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, farmland waste, cloth, pulp (conifer unbleached kraft pulp (NUKP), conifer bleach kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft Pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.). The cellulosic raw material may be any of these, or a combination of two types of cellulosic raw materials, preferably a plant or microbial cellulosic raw material, more preferably a plant derived cellulosic raw material, and even more preferably. Is pulp.

セルロース系原料から本発明の変性セルロース繊維を製造する方法は、セルロース系原料の変性処理を行う工程を含む方法であれば特に限定されない。以下、各工程について説明する。   The method for producing the modified cellulose fiber of the present invention from the cellulosic material is not particularly limited as long as it includes a step of modifying the cellulosic material. Hereinafter, each step will be described.

[変性処理]
変性処理は、セルロース系原料を変性して変性セルロース繊維を得る処理である。変性処理は、アニオン変性処理及び加熱処理を少なくとも含むことが好ましい。
[Modification]
The modification treatment is a treatment for modifying the cellulosic material to obtain modified cellulose fibers. The modification treatment preferably includes at least an anion modification treatment and a heat treatment.

[変性処理の例1:アニオン変性処理]
アニオン変性処理とは、アニオン性官能基(例えば、カルボキシ基、カルボキシメチル基、リン酸エステル基、スルホン基、ニトロ基)を導入する処理であり、例えば、酸化、カルボキシメチル化、リン酸エステル化が挙げられる。アニオン変性部位は特に限定されないが、例えば、セルロースのグルコピラノース環に含まれる3つのヒドロキシ基の少なくとも1つであればよく、セルロース繊維表面が好ましい。アニオン変性は、ヒドロキシ基へのカルボキシ基の導入であることが好ましい。カルボキシ基を導入するアニオン変性処理としては、例えば、酸化、カルボキシメチル化が挙げられる。本明細書において、酸化処理、カルボキシメチル化処理、リン酸エステル化処理を経て得られる変性セルロース繊維をそれぞれ、カルボキシ変性セルロース繊維、カルボキシメチル変性セルロース繊維、リン酸エステル変性セルロース繊維と言う。
[Modification Example 1: Anion Modification Treatment]
Anion-modifying treatment is a treatment for introducing an anionic functional group (eg, carboxy group, carboxymethyl group, phosphate ester group, sulfone group, nitro group). For example, oxidation, carboxymethylation, phosphate esterification Is mentioned. Although an anion modification site | part is not specifically limited, For example, what is necessary is just at least 1 of three hydroxy groups contained in the glucopyranose ring of a cellulose, and a cellulose fiber surface is preferable. The anion modification is preferably introduction of a carboxy group into a hydroxy group. Examples of the anion modification treatment for introducing a carboxy group include oxidation and carboxymethylation. In the present specification, modified cellulose fibers obtained through oxidation treatment, carboxymethylation treatment, and phosphate esterification treatment are referred to as carboxy-modified cellulose fiber, carboxymethyl-modified cellulose fiber, and phosphate ester-modified cellulose fiber, respectively.

[アニオン変性処理の例1:酸化]
セルロース系原料の酸化処理物(以下、酸化セルロースという)は、セルロースを構成するグルコピラノース環に含まれる3つのヒドロキシ基の少なくとも1つが酸化された構造を有する。好ましくは、グルコピラノース環のC6位のヒドロキシ基を有する炭素原子が選択的に酸化された構造を有する。
[Example of anion modification treatment 1: oxidation]
An oxidized material (hereinafter referred to as oxidized cellulose) of a cellulose-based raw material has a structure in which at least one of three hydroxy groups contained in a glucopyranose ring constituting cellulose is oxidized. Preferably, it has a structure in which a carbon atom having a hydroxy group at the C6 position of a glucopyranose ring is selectively oxidized.

酸化セルロースは、カルボキシ基を含有する。カルボキシ基は、厳密には−COOHで表される基であるが、カルボキシレート基(−COO-で表される基又は−COO-Aで表される基(但し、Aはカウンターカチオン(例:ナトリウムイオンやカリウムイオン等のアルカリ金属イオン)))であってもよい。酸化セルロースのカルボキシ基は、−COOHで表される基のみで構成されてもよく、−COOHで表される基とカルボキシレート基の併用で構成されていてもよく、カルボキシレート基のみで構成されてもよい。酸化セルロースのカルボキシ基含有量は、その絶乾質量に対して、通常0.5mmol/g以上、好ましくは0.6mmol/g以上、より好ましくは0.8mmol/g以上、さらにより好ましくは1.0mmol/g以上である。当該量の上限は、通常3.0mmol/g以下、好ましくは2.5mmol/g以下、より好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、当該量は、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.5mmol/gがより好ましく、0.8〜2.5mmol/gがさらに好ましく、1.0〜2.0mmol/gがさらにより好ましい。酸化セルロースに由来する変性セルロース繊維(カルボキシ変性セルロース繊維)のカルボキシ基含有量は、解繊処理を経た又は経ていない酸化セルロースのそれと通常は同値である。 Oxidized cellulose contains a carboxy group. Carboxy group, although strictly group represented by -COOH, carboxylate group (-COO - group represented by or -COO - group represented by A (where, A is a counter cation (e.g. It may be an alkali metal ion such as sodium ion or potassium ion))). The carboxy group of oxidized cellulose may be composed of only a group represented by —COOH, may be composed of a combination of a group represented by —COOH and a carboxylate group, or is composed of only a carboxylate group. May be. The carboxy group content of the oxidized cellulose is usually 0.5 mmol / g or more, preferably 0.6 mmol / g or more, more preferably 0.8 mmol / g or more, and still more preferably 1. 0 mmol / g or more. The upper limit of the amount is usually 3.0 mmol / g or less, preferably 2.5 mmol / g or less, more preferably 2.0 mmol / g or less. Therefore, the amount is preferably 0.5 to 3.0 mmol / g, more preferably 0.6 to 2.5 mmol / g, still more preferably 0.8 to 2.5 mmol / g, and 1.0 to 2. Even more preferred is 0 mmol / g. The carboxy group content of modified cellulose fibers derived from oxidized cellulose (carboxy-modified cellulose fibers) is usually the same as that of oxidized cellulose that has or has not undergone defibrating treatment.

カルボキシ基含有量の測定方法の一例を以下に説明する。酸化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mLを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定する。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式により算出できる。   An example of a method for measuring the carboxy group content will be described below. Prepare 60 mL of 0.5% by mass slurry (aqueous dispersion) of oxidized cellulose, add 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, then add 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution dropwise to adjust pH to 11. Measure the electrical conductivity until From the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of the weak acid where the change in electrical conductivity is gradual, it can be calculated by the following equation.

(式)
カルボキシ基量〔mmol/g酸化セルロース〕=a〔mL〕×0.05/酸化セルロース質量〔g〕
(formula)
Carboxy group amount [mmol / g oxidized cellulose] = a [mL] × 0.05 / oxidized cellulose mass [g]

酸化方法は、特に限定されないが、例えば、N−オキシル化合物と、臭化物、及びヨウ化物の少なくともいずれかとの存在下で、酸化剤を用いて水中でセルロース系原料を酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、グルコピラノース環の6位の1級水酸基を有する炭素原子が選択的に酸化され、アルデヒド基及びカルボキシ基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース系原料の濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。   The oxidation method is not particularly limited, and examples thereof include a method of oxidizing a cellulosic raw material in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and at least one of bromide and iodide. According to this method, the carbon atom having the primary hydroxyl group at the 6-position of the glucopyranose ring is selectively oxidized to produce a group selected from the group consisting of an aldehyde group and a carboxy group. Although the density | concentration of the cellulose raw material at the time of reaction is not specifically limited, 5 mass% or less is preferable.

N−オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、「TEMPO」ともいう)、又は4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、「4−ヒドロキシTEMPO」ともいう)が挙げられる。   Examples of the N-oxyl compound include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as “TEMPO”), or 4-hydroxy-2,2,6,6. -Tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter also referred to as “4-hydroxy TEMPO”).

N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生し得る化合物をいう。ニトロキシルラジカルとしては、例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル(TEMPO)が挙げられる。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースの酸化反応を触媒する量であればよい。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol以上が好ましく、0.02mmol以上がより好ましい。上限は、10mmol以下が好ましく、1mmol以下がより好ましく、0.5mmol以下がさらに好ましい。従って、N−オキシル化合物の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.01〜10mmolが好ましく、0.01〜1mmolがより好ましく、0.02〜0.5mmolがさらに好ましい。   An N-oxyl compound refers to a compound capable of generating a nitroxy radical. Examples of the nitroxyl radical include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO). As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the target oxidation reaction. The amount of the N-oxyl compound used may be an amount that catalyzes the oxidation reaction of cellulose as a raw material. For example, 0.01 mmol or more is preferable and 0.02 mmol or more is more preferable with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, and even more preferably 0.5 mmol or less. Therefore, the amount of the N-oxyl compound used is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and still more preferably 0.02 to 0.5 mmol with respect to 1 g of absolutely dry cellulose.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が挙げられる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物又はヨウ化物の使用量は、特に限定されず、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol以上が好ましく、0.5mmol以上がより好ましい。当該量の上限は、100mmol以下が好ましく、10mmol以下がより好ましく、5mmol以下がさらに好ましい。従って、臭化物及びヨウ化物の合計量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.1〜100mmolが好ましく、0.1〜10mmolがより好ましく、0.5〜5mmolがさらに好ましい。   The bromide is a compound containing bromine, and examples thereof include alkali metal bromide that can be dissociated and ionized in water. Further, the iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used is not particularly limited and can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more, more preferably 0.5 mmol or more, with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. The upper limit of the amount is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and even more preferably 5 mmol or less. Therefore, the total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and still more preferably 0.5 to 5 mmol with respect to 1 g of absolutely dry cellulose.

酸化剤は、特に限定されないが、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、これらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸又はその塩が好ましく、次亜塩素酸又はその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムがさらに好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上がさらに好ましい。当該量の上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下がさらに好ましく、10mmol以下がさらにより好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.5〜500mmolが好ましく、0.5〜50mmolがより好ましく、1〜25mmolがさらに好ましく、3〜10mmolがさらにより好ましい。N−オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はN−オキシル化合物1molに対して1mol以上が好ましく、上限は40mol以下が好ましい。従って、酸化剤の使用量は、N−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。   The oxidizing agent is not particularly limited, and examples thereof include halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid, salts thereof, halogen oxide, and peroxide. Among them, hypohalous acid or a salt thereof is preferable because it is inexpensive and has a low environmental burden, hypochlorous acid or a salt thereof is more preferable, and sodium hypochlorite is more preferable. The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 mmol or more, more preferably 1 mmol or more, and further preferably 3 mmol or more with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. The upper limit of the amount is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, further preferably 25 mmol or less, and still more preferably 10 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, still more preferably 1 to 25 mmol, and even more preferably 3 to 10 mmol with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. When the N-oxyl compound is used, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more with respect to 1 mol of the N-oxyl compound, and the upper limit is preferably 40 mol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 to 40 mol with respect to 1 mol of the N-oxyl compound.

酸化反応時のpH、温度等の条件は、特に限定されない。一般に、酸化反応は、比較的温和な条件であっても効率よく進行する。反応温度は、4℃以上が好ましく、15℃以上がより好ましい。当該温度の上限は40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。従って、反応温度は4〜40℃が好ましく、15〜30℃程度、すなわち室温でもよい。反応液のpHは、8以上が好ましく、10以上がより好ましい。pHの上限は、12以下が好ましく、11以下がより好ましい。従って、反応液のpHは、好ましくは8〜12、より好ましくは10〜11程度である。通常、酸化反応の進行に伴ってセルロース繊維中にカルボキシ基が生成するため、反応液のpHは低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱いの容易さや、副反応が生じにくいこと等の理由から、水が好ましい。   Conditions such as pH and temperature during the oxidation reaction are not particularly limited. In general, the oxidation reaction proceeds efficiently even under relatively mild conditions. The reaction temperature is preferably 4 ° C or higher, more preferably 15 ° C or higher. The upper limit of the temperature is preferably 40 ° C. or lower, and more preferably 30 ° C. or lower. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40 ° C, and may be about 15 to 30 ° C, that is, room temperature. The pH of the reaction solution is preferably 8 or more, and more preferably 10 or more. The upper limit of pH is preferably 12 or less, and more preferably 11 or less. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably about 8 to 12, more preferably about 10 to 11. Usually, as the oxidation reaction proceeds, carboxy groups are generated in the cellulose fiber, and therefore the pH of the reaction solution tends to decrease. Therefore, in order to advance the oxidation reaction efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution in the above range. The reaction medium for the oxidation is preferably water for reasons such as ease of handling and the difficulty of side reactions.

酸化における反応時間は、酸化の進行程度に従って適宜設定でき、通常0.5時間以上であり、その上限は通常6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5〜6時間、好ましくは0.5〜4時間程度である。酸化は、2段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロース繊維を、再度、同一又は異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化できる。   The reaction time in the oxidation can be appropriately set according to the progress of the oxidation, and is usually 0.5 hours or more, and the upper limit is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Accordingly, the reaction time in the oxidation is usually 0.5 to 6 hours, preferably about 0.5 to 4 hours. Oxidation may be carried out in two or more stages. For example, by oxidizing the oxidized cellulose fiber obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the reaction is not inhibited by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction, It can be oxidized efficiently.

酸化の別の例として、オゾン酸化が挙げられる。オゾン酸化により、セルロースを構成するグルコピラノース環の少なくとも2位及び6位の水酸基を有する炭素原子が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。   Another example of oxidation is ozone oxidation. Ozone oxidation oxidizes carbon atoms having hydroxyl groups at least at the 2nd and 6th positions of the glucopyranose ring constituting cellulose, and also causes degradation of the cellulose chain.

オゾン処理は、通常、オゾンを含む気体とセルロース系原料とを接触させることにより行われる。気体中のオゾン濃度は、50g/m3以上が好ましい。上限は、250g/m3以下が好ましく、220g/m3以下がより好ましい。従って、気体中のオゾン濃度は、50〜250g/m3が好ましく、50〜220g/m3がより好ましい。オゾン添加量は、セルロース系原料の固形分100質量部に対し、0.1質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましい。オゾン添加量の上限は、通常30質量部以下である。従って、オゾン添加量は、セルロース系原料の固形分100質量部に対し、0.1〜30質量部が好ましく、5〜30質量部がより好ましい。オゾン処理温度は、通常0℃以上であり、好ましくは20℃以上であり、上限は通常50℃以下である。従って、オゾン処理温度は、0〜50℃が好ましく、20〜50℃がより好ましい。オゾン処理時間は、通常1分以上であり、好ましくは30分以上であり、上限は通常360分以下である。従って、オゾン処理時間は、通常1〜360分程度であり、30〜360分程度が好ましい。オゾン処理の条件が上述の範囲内であると、セルロースが過度に酸化及び分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となり得る。 The ozone treatment is usually performed by bringing a gas containing ozone into contact with a cellulosic material. The ozone concentration in the gas is preferably 50 g / m 3 or more. The upper limit is preferably 250 g / m 3 or less, more preferably 220 g / m 3. Therefore, the ozone concentration in the gas is preferably 50~250g / m 3, 50~220g / m 3 and more preferably. The amount of ozone added is preferably 0.1 parts by mass or more and more preferably 5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the solid content of the cellulosic material. The upper limit of the amount of ozone added is usually 30 parts by mass or less. Therefore, 0.1-30 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of solid content of a cellulose raw material, and, as for ozone addition amount, 5-30 mass parts is more preferable. The ozone treatment temperature is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, and the upper limit is usually 50 ° C. or lower. Therefore, 0-50 degreeC is preferable and, as for ozone treatment temperature, 20-50 degreeC is more preferable. The ozone treatment time is usually 1 minute or longer, preferably 30 minutes or longer, and the upper limit is usually 360 minutes or shorter. Accordingly, the ozone treatment time is usually about 1 to 360 minutes, and preferably about 30 to 360 minutes. When the condition of the ozone treatment is within the above range, the cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose can be improved.

オゾン処理されたセルロースに対しさらに、酸化剤を用いた追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、例えば、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。追酸化処理の方法としては、例えば、酸化剤を水又はアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を調製し、酸化剤溶液中にセルロース系原料を浸漬させる方法が挙げられる。酸化セルロースナノファイバーに含まれるカルボキシ基、カルボキシレート基、アルデヒド基の量は、酸化剤の添加量、反応時間等の酸化条件をコントロールすることで調整できる。   Further, the ozone-treated cellulose may be subjected to a further oxidation treatment using an oxidizing agent. The oxidizing agent used for the additional oxidation treatment is not particularly limited, and examples thereof include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. Examples of the method for the additional oxidation treatment include a method in which an oxidizing agent is dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and a cellulose-based raw material is immersed in the oxidizing agent solution. The amount of carboxy group, carboxylate group, and aldehyde group contained in the oxidized cellulose nanofiber can be adjusted by controlling the oxidizing conditions such as the addition amount of the oxidizing agent and the reaction time.

酸化後の生成物は、脱塩処理に供されてもよい。脱塩とは、反応生成物(塩型)に含まれる塩(カルボキシレート基のカウンターカチオンであり、例えば、ナトリウム塩)をプロトンに置換し酸型とすることを意味する。脱塩処理により、反応生成物中に導入されたカルボキシレート基のカウンターカチオンをプロトン置換し、酸型カルボキシ基変性セルロース繊維を得ることができる。脱塩は、後述の解繊処理の前後の何れかの時点で行い得る。酸化後の脱塩方法としては、例えば、系内を酸性に調整する方法や酸化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。系内を酸性に調整する場合、系内のpHは、好ましくは2〜6、より好ましくは2〜5、さらに好ましくは2.3〜5に調整される。酸性に調整するには、通常は酸(例えば、硫酸、塩酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸、リン酸等の無機酸;酢酸、乳酸、蓚酸、クエン酸、蟻酸等の有機酸)が用いられる。酸の添加後には、適宜洗浄処理を行ってもよい。陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂及び弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。酸化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。 The product after oxidation may be subjected to a desalting treatment. Desalting means that a salt (which is a counter cation of a carboxylate group, such as a sodium salt) contained in a reaction product (salt form) is replaced with a proton to form an acid form. By the desalting treatment, the counter cation of the carboxylate group introduced into the reaction product is proton-substituted to obtain an acid-type carboxy group-modified cellulose fiber. Desalting can be performed at any time before and after the defibrating process described below. Examples of the desalting method after oxidation include a method of adjusting the inside of the system to acidity and a method of contacting oxidized cellulose with a cation exchange resin. When adjusting the inside of the system to be acidic, the pH in the system is preferably adjusted to 2 to 6, more preferably 2 to 5, and still more preferably 2.3 to 5. In order to adjust to acidity, an acid (for example, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfurous acid, nitrous acid and phosphoric acid; organic acids such as acetic acid, lactic acid, succinic acid, citric acid and formic acid) is usually used. After the addition of the acid, a washing treatment may be appropriately performed. As the cation exchange resin, both a strong acid ion exchange resin and a weak acid ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . The ratio between the oxidized cellulose and the cation exchange resin is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set the ratio from the viewpoint of efficiently performing proton substitution. The collection of the cation exchange resin after contact may be performed by a conventional method such as suction filtration.

[アニオン変性処理の例2:カルボキシメチル化]
セルロース系原料のカルボキシメチル化処理物(以下、カルボキシメチル化セルロースという)は、通常、セルロースを構成するグルコピラノース環に含まれる3つのヒドロキシ基の少なくとも1つがカルボキシメチル化された構造を有する。
[Example 2 of Anion Modification Treatment: Carboxymethylation]
Cellulose-based raw material carboxymethylated product (hereinafter referred to as carboxymethylated cellulose) usually has a structure in which at least one of three hydroxy groups contained in a glucopyranose ring constituting cellulose is carboxymethylated.

カルボキシメチル化セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上がさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル置換度は、0.01〜0.50が好ましく、0.05〜0.40がより好ましく、0.10〜0.35がさらに好ましい。カルボキシメチル化セルロースに由来する本発明の変性セルロース繊維(カルボキシメチル変性セルロース繊維)のカルボキシメチル置換度は、解繊処理を経た又は経ていないカルボキシメチル化セルロースのそれと通常は同値である。   The degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit of carboxymethylated cellulose is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and even more preferably 0.10 or more. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and still more preferably 0.35 or less. Therefore, the degree of carboxymethyl substitution is preferably from 0.01 to 0.50, more preferably from 0.05 to 0.40, and even more preferably from 0.10 to 0.35. The degree of carboxymethyl substitution of the modified cellulose fiber of the present invention (carboxymethyl modified cellulose fiber) derived from carboxymethylated cellulose is usually equivalent to that of carboxymethylated cellulose that has or has not undergone defibrating treatment.

グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定方法の一例を以下に説明する。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチル基の塩をプロトンに置換し、酸型カルボキシメチル化セルロースにする。3)酸型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで酸型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬としてフェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する。 An example of a method for measuring the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit will be described below. That is, 1) About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dry) is precisely weighed and put into a 300 mL conical stoppered Erlenmeyer flask. 2) Add 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol, and shake for 3 hours to replace the salt of the carboxymethyl group with a proton to form acid-type carboxymethylated cellulose. 3) 1.5-2.0 g of acid-type carboxymethylated cellulose (absolutely dry) is precisely weighed and put into a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet the acid carboxymethylated cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. 5) Back titrate excess NaOH with 0.1N H 2 SO 4 using phenolphthalein as indicator. 6) The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the following formula.

(式)
A=[(100×F−(0.1NのH2SO4)(mL)×F’)×0.1]/(酸型カルボキシメチル化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058A)
A:酸型カルボキシメチル化セルロース1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F’:0.1NのH2SO4のファクター
F:0.1NのNaOHのファクター
(formula)
A = [(100 × F− (0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) × F ′) × 0.1] / (absolute dry mass of acid-type carboxymethylated cellulose (g))
DS = 0.162 × A / (1-0.058A)
A: 1N NaOH amount (mL) required for neutralizing 1 g of acid-type carboxymethylated cellulose
F ′: Factor of 0.1N H 2 SO 4 F: Factor of 0.1N NaOH

カルボキシメチル化方法は、特に限定されないが、例えば、出発原料であるセルロース系原料をマーセル化し、その後エーテル化する方法が挙げられる。当該方法には、通常、溶媒が使用される。溶媒としては、例えば、水、アルコール(例えば低級アルコール)及びこれらの混合溶媒が挙げられる。低級アルコールとしては例えば、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−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、第3級ブチルアルコールが挙げられる。混合溶媒における低級アルコールの混合割合は、60〜95質量%が好ましい。溶媒の量は、セルロース系原料に対し、通常、3質量倍以上である。当該量の上限は特に限定されないが、通常、20質量倍以下である。従って、溶媒の量は3〜20質量倍が好ましい。   The carboxymethylation method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a cellulose-based raw material that is a starting material is mercerized and then etherified. In the method, a solvent is usually used. As a solvent, water, alcohol (for example, lower alcohol), and these mixed solvents are mentioned, for example. Examples of the lower alcohol include methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butyl alcohol, isobutyl alcohol, and tertiary butyl alcohol. The mixing ratio of the lower alcohol in the mixed solvent is preferably 60 to 95% by mass. The amount of the solvent is usually at least 3 times the mass of the cellulosic material. Although the upper limit of the said amount is not specifically limited, Usually, it is 20 mass times or less. Therefore, the amount of the solvent is preferably 3 to 20 times by mass.

マーセル化は、通常、出発原料とマーセル化剤とを混合して行う。マーセル化剤としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、出発原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、1.0倍モル以上がより好ましく、1.5倍モル以上がさらに好ましい。当該量の上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい。従って、マーセル化剤の使用量は、0.5〜20倍モルが好ましく、1.0〜10倍モルがより好ましく、1.5〜5倍モルがさらに好ましい。   The mercerization is usually performed by mixing the starting material and the mercerizing agent. Examples of mercerizing agents include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerizing agent used is preferably 0.5 times mol or more, more preferably 1.0 times mol or more, further preferably 1.5 times mol or more per anhydroglucose residue of the starting material. The upper limit of the amount is usually 20 times mol or less, preferably 10 times mol or less, more preferably 5 times mol or less. Therefore, the amount of the mercerizing agent used is preferably 0.5 to 20 times mol, more preferably 1.0 to 10 times mol, and even more preferably 1.5 to 5 times mol.

マーセル化の反応温度は、通常0℃以上であり、好ましくは10℃以上であり、上限は通常70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は通常0〜70℃、好ましくは10〜60℃である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。当該時間の上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、反応時間は、通常15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間である。   The mercerization reaction temperature is usually 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, and the upper limit is usually 70 ° C. or lower, preferably 60 ° C. or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 0 to 70 ° C, preferably 10 to 60 ° C. The reaction time is usually 15 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer. The upper limit of the time is usually 8 hours or less, preferably 7 hours or less. Accordingly, the reaction time is usually 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours.

エーテル化反応は、通常、カルボキシメチル化剤をマーセル化後に反応系に追加して行う。カルボキシメチル化剤としては、モノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウムが好ましい。   The etherification reaction is usually performed by adding a carboxymethylating agent to the reaction system after mercerization. As the carboxymethylating agent, monochloroacetic acid and sodium monochloroacetate are preferable.

カルボキシメチル化剤の添加量は、セルロース系原料に含まれるセルロースのグルコース残基当たり通常0.05倍モル以上が好ましく、0.5倍モル以上がより好ましく、0.8倍モル以上がさらに好ましい。当該量の上限は、通常10.0倍モル以下であり、5倍モル以下が好ましく、3倍モル以下がより好ましい、従って、当該量は好ましくは0.05〜10.0倍モルであり、より好ましくは0.5〜5倍モルであり、さらに好ましくは0.8〜3倍モルである。反応温度は通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って反応温度は通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上であり、その上限は、通常10時間以下であり、好ましくは4時間以下である。従って反応時間は、通常30分〜10時間であり、好ましくは1時間〜4時間である。カルボキシメチル化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。   The addition amount of the carboxymethylating agent is usually preferably 0.05 times mol or more, more preferably 0.5 times mol or more, further preferably 0.8 times mol or more per glucose residue of cellulose contained in the cellulosic raw material. . The upper limit of the amount is usually 10.0 times mol or less, preferably 5 times mol or less, more preferably 3 times mol or less, and therefore the amount is preferably 0.05 to 10.0 times mol, More preferably, it is 0.5-5 times mole, More preferably, it is 0.8-3 times mole. The reaction temperature is usually 30 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, and the upper limit is usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. Accordingly, the reaction temperature is usually 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C. The reaction time is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and the upper limit is usually 10 hours or shorter, preferably 4 hours or shorter. Accordingly, the reaction time is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours. The reaction solution may be stirred as necessary during the carboxymethylation reaction.

カルボキシメチル化後の生成物は、脱塩処理に供されてもよい。脱塩とは、酸化後の脱塩と同様、反応生成物(塩型)に含まれる塩(カルボキシレート基のカウンターカチオンであり、例えば、ナトリウム塩)をプロトンに置換し酸型とすることを意味する。脱塩は、後述の解繊処理の前後の何れかの時点で行い得る。カルボキシメチル化後の脱塩方法としては例えば、カルボキシメチル化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂及び弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。カルボキシメチル化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。一例を挙げると、陽イオン交換樹脂添加後のカルボキシメチル化セルロース水分散液のpHが好ましくは2〜6、より好ましくは2〜5となるように、比率を調整できる。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。 The product after carboxymethylation may be subjected to a desalting treatment. Desalination is the same as desalting after oxidation, in which a salt (a counter cation of a carboxylate group, such as a sodium salt) contained in a reaction product (salt form) is replaced with a proton to form an acid form. means. Desalting can be performed at any time before and after the defibrating process described below. Examples of the desalting method after carboxymethylation include a method of bringing carboxymethylated cellulose into contact with a cation exchange resin. As the cation exchange resin, both a strong acid ion exchange resin and a weak acid ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . The ratio between the carboxymethylated cellulose and the cation exchange resin when they are brought into contact with each other is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set them from the viewpoint of efficiently performing proton substitution. For example, the ratio can be adjusted so that the pH of the aqueous carboxymethylated cellulose dispersion after addition of the cation exchange resin is preferably 2 to 6, more preferably 2 to 5. The collection of the cation exchange resin after contact may be performed by a conventional method such as suction filtration.

[アニオン変性処理の例3:リン酸エステル化]
リン酸エステル化方法は、セルロース系原料をリン酸基を有する化合物で処理する方法であればよく、例えば、セルロース系原料にリン酸基を有する化合物の粉末又は水溶液を混合する方法、セルロース系原料のスラリーにリン酸基を有する化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられ、後者が好ましい。これにより、反応の均一性を高め、かつセルロース系原料のヒドロキシ基とリン酸基のエステル化効率を高めることができる。
[Example 3 of Anion Modification Treatment: Phosphate Esterification]
The phosphoric acid esterification method may be a method in which a cellulose raw material is treated with a compound having a phosphoric acid group. For example, a method of mixing a powder or an aqueous solution of a compound having a phosphoric acid group with a cellulose raw material, a cellulose raw material The method of adding the aqueous solution of the compound which has a phosphoric acid group to this slurry etc. is mentioned, The latter is preferable. Thereby, the uniformity of reaction can be improved and the esterification efficiency of the hydroxy group and phosphoric acid group of a cellulose raw material can be improved.

リン酸基を有する化合物としては例えば、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸、これらのエステルや塩等が挙げられる。これらの化合物であると、低コストであり、扱い易く、セルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れる。リン酸基を有する化合物の例としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。リン酸基を有する化合物は、1種、または2種以上の組み合わせでもよい。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸のナトリウム塩がより好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがさらに好ましい。また、反応の均一性が高まり、且つリン酸基導入の効率が高くなることから、エステル化においてはリン酸基を有する化合物の水溶液を用いることが好ましい。リン酸基を有する化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから、7以下が好ましい。パルプ繊維等のセルロース系原料の加水分解を抑える観点から、pH3〜7がより好ましい。   Examples of the compound having a phosphoric acid group include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters and salts thereof. These compounds are low-cost, easy to handle, and can introduce a phosphate group into cellulose to improve the fibrillation efficiency. Examples of compounds having a phosphate group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate , Tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate, and the like. The compound having a phosphate group may be one kind or a combination of two or more kinds. Among these, phosphoric acid, phosphoric acid sodium salt, phosphoric acid potassium salt, phosphoric acid, from the viewpoint that phosphoric acid group introduction efficiency is high, is easy to be defibrated in the following defibrating process, and is industrially applicable. Ammonium salt is preferable, sodium salt of phosphoric acid is more preferable, and sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are more preferable. In addition, since the uniformity of the reaction is increased and the efficiency of introducing phosphate groups is increased, it is preferable to use an aqueous solution of a compound having a phosphate group in the esterification. The pH of the aqueous solution of the compound having a phosphoric acid group is preferably 7 or less because the efficiency of introducing a phosphoric acid group is increased. From the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulosic materials such as pulp fibers, pH 3 to 7 is more preferable.

リン酸エステル化方法を一例を挙げて以下に説明する。セルロース系原料の懸濁液(例えば、固形分濃度0.1〜10質量%)にリン酸基を有する化合物を撹拌しながら添加し、セルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100質量部とした際に、リン酸基を有する化合物の添加量はリン原子の量として、0.2質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。これにより、セルロース系原料のリン酸エステル化処理物(以下、リン酸エステル化セルロースという)またはリン酸エステル変性セルロース繊維の収率をより向上させることができる。上限は、500質量部以下が好ましく、400質量部以下がより好ましい。これにより、リン酸基を有する化合物の使用量に見合った収率を効率よく得ることができる。従って、0.2〜500質量部が好ましく、1〜400質量部がより好ましい。   An example of the phosphoric acid esterification method will be described below. A compound having a phosphoric acid group is added to a suspension of a cellulose-based raw material (for example, a solid content concentration of 0.1 to 10% by mass) while stirring to introduce the phosphoric acid group into the cellulose. When the cellulose-based raw material is 100 parts by mass, the amount of the phosphoric acid group-containing compound is preferably 0.2 parts by mass or more, and more preferably 1 part by mass or more as the amount of phosphorus atoms. Thereby, the yield of the cellulose-based raw material of the phosphoric acid esterified product (hereinafter referred to as phosphoric esterified cellulose) or the phosphoric acid ester-modified cellulose fiber can be further improved. The upper limit is preferably 500 parts by mass or less, and more preferably 400 parts by mass or less. Thereby, the yield corresponding to the usage-amount of the compound which has a phosphate group can be obtained efficiently. Therefore, 0.2 to 500 parts by mass is preferable, and 1 to 400 parts by mass is more preferable.

セルロース系原料に対しリン酸基を有する化合物を反応させる際、さらに塩基性化合物を反応系に加えてもよい。塩基性化合物を反応系に加える方法としては例えば、セルロース系原料のスラリー、リン酸基を有する化合物の水溶液、またはセルロース系原料とリン酸基を有する化合物のスラリーに、塩基性化合物を添加する方法が挙げられる。   When reacting a cellulose-based material with a compound having a phosphate group, a basic compound may be further added to the reaction system. As a method of adding a basic compound to a reaction system, for example, a method of adding a basic compound to a slurry of a cellulose-based material, an aqueous solution of a compound having a phosphate group, or a slurry of a cellulose-based material and a compound having a phosphate group Is mentioned.

塩基性化合物は特に限定されないが、塩基性を示すことが好ましく、塩基性を示す窒素含有化合物がより好ましい。「塩基性を示す」とは通常、フェノールフタレイン指示薬の存在下で塩基性化合物の水溶液が桃〜赤色を呈すること、および/または、塩基性化合物の水溶液のpHが7より大きいことを意味する。塩基性化合物は、好ましくは、塩基性を示す窒素原子を有する化合物であり、より好ましくは、塩基性を示すアミノ基を有する化合物である。塩基性を示すアミノ基を有する化合物としては、例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。この中でも低コストで扱いやすい点で、尿素が好ましい。塩基性化合物の添加量は、2〜1000質量部が好ましく、100〜700質量部がより好ましい。反応温度は0〜95℃が好ましく、30〜90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、通常1〜600分程度であり、30〜480分が好ましい。エステル化反応の条件がこれらのいずれかの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを抑制ことができ、リン酸エステル化セルロースの収率を向上させることができる。   Although a basic compound is not specifically limited, It is preferable to show basicity and the nitrogen-containing compound which shows basicity is more preferable. "Show basic" usually means that the aqueous solution of the basic compound is pink to red in the presence of the phenolphthalein indicator and / or the pH of the aqueous solution of the basic compound is greater than 7. . The basic compound is preferably a compound having a nitrogen atom exhibiting basicity, and more preferably a compound having an amino group exhibiting basicity. Examples of the compound having an amino group showing basicity include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine, and the like. Of these, urea is preferable because it is easy to handle at low cost. The amount of the basic compound added is preferably 2 to 1000 parts by mass, and more preferably 100 to 700 parts by mass. The reaction temperature is preferably 0 to 95 ° C, more preferably 30 to 90 ° C. Although reaction time is not specifically limited, Usually, it is about 1 to 600 minutes, and 30 to 480 minutes are preferable. When the conditions for the esterification reaction are in any of these ranges, it is possible to suppress the cellulose from being excessively esterified and easily dissolved, and to improve the yield of phosphorylated esterified cellulose. .

セルロース系原料にリン酸基を有する化合物を反応させた後、通常はリン酸エステル化セルロースのまたはリン酸エステル化変性セルロース繊維の懸濁液が得られる。当該懸濁液は必要に応じて脱水される。脱水後には加熱処理を行うことが好ましい。これにより、セルロースの加水分解を抑えることができる。加熱温度は、100〜170℃が好ましく、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下(更に好ましくは110℃以下)で加熱し、水を除いた後100〜170℃で加熱処理することがより好ましい。   After reacting the cellulose raw material with a compound having a phosphate group, a suspension of phosphate esterified cellulose or phosphate ester-modified cellulose fibers is usually obtained. The suspension is dehydrated as necessary. Heat treatment is preferably performed after dehydration. Thereby, hydrolysis of cellulose can be suppressed. The heating temperature is preferably 100 to 170 ° C., and is heated at 130 ° C. or less (more preferably 110 ° C. or less) while water is contained in the heat treatment, and after removing water, it is heated at 100 to 170 ° C. More preferably, it is processed.

リン酸エステル化セルロースのリン酸基導入量は、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.1〜3.5mmol/gであることが好ましく、0.2〜3.0mmol/gがより好ましく、0.4〜2.5mmol/gがさらに好ましく、0.6〜2.3mmol/gが特に好ましい。これにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。また、微細繊維状セルロースのスラリーの粘度を適切な範囲に調整することができる。リン酸エステル化セルロースに由来する本発明の変性セルロース繊維(カルボキシメチル変性セルロース繊維)のリン酸基導入量は、解繊処理を経た又は経ていないリン酸エステル化セルロースのそれと通常は同値である。   The amount of phosphate group introduced into the phosphate esterified cellulose is preferably 0.1 to 3.5 mmol / g, more preferably 0.2 to 3.0 mmol / g, per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. 0.4 to 2.5 mmol / g is more preferable, and 0.6 to 2.3 mmol / g is particularly preferable. Thereby, refinement | miniaturization of a fiber raw material can be made easy and stability of a fine fibrous cellulose can be improved. Moreover, the viscosity of the slurry of fine fibrous cellulose can be adjusted to an appropriate range. The amount of phosphate group introduced into the modified cellulose fiber of the present invention (carboxymethyl-modified cellulose fiber) derived from phosphate esterified cellulose is usually the same as that of phosphate esterified cellulose that has or has not undergone defibrating treatment.

リン酸基導入量は、伝導度滴定法により測定することができる。具体的には、後述の解繊処理後のリン酸エステル化セルロース含有スラリーをイオン交換樹脂で処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えながら電気伝導度の変化を求めることにより、導入量を測定することができる。   The amount of phosphate group introduced can be measured by a conductivity titration method. Specifically, after treating the phosphorylated esterified cellulose-containing slurry after the defibration treatment described later with an ion exchange resin, the amount introduced is measured by determining the change in electrical conductivity while adding an aqueous sodium hydroxide solution. be able to.

伝導度滴定では、アルカリを加えていくと、最初は急激に電気伝導度が低下する(以下、「第1領域」という)。その後、わずかに伝導度が上昇を始める(以下、「第2領域」という)。さらにその後、伝導度の増分が増加する(以下、「第3領域」という)。すなわち、3つの領域が現れる。このうち、第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の強酸性基量と等しく、第2領域で必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の弱酸性基量と等しくなる。リン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上弱酸性基が失われ、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、強酸性基量は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致することから、単にリン酸基導入量(またはリン酸基量)、または置換基導入量(または置換基量)と言った場合は、強酸性基量のことを表す。   In the conductivity titration, when alkali is added, the electrical conductivity suddenly decreases at first (hereinafter referred to as “first region”). Thereafter, the conductivity starts to increase slightly (hereinafter referred to as “second region”). Thereafter, the conductivity increment increases (hereinafter referred to as “third region”). That is, three areas appear. Among these, the amount of alkali required in the first region is equal to the amount of strongly acidic groups in the slurry used for titration, and the amount of alkali required in the second region is the amount of weakly acidic groups in the slurry used for titration. Will be equal. When the phosphoric acid group undergoes condensation, apparently weakly acidic groups are lost, and the amount of alkali required in the second region is reduced compared to the amount of alkali required in the first region. On the other hand, the amount of strongly acidic groups coincides with the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation, so that the amount of phosphate groups introduced (or the amount of phosphate groups) or the amount of substituent introduced (or the amount of substituents) is simply When said, it represents the amount of strongly acidic group.

リン酸エステル化後の生成物は、脱塩処理に供されてもよい。脱塩とは、酸化後の脱塩及びカルボキシメチル化後の脱塩と同様、反応生成物(塩型)に含まれる塩(例えば、ナトリウム塩)をプロトンに置換し酸型とすることを意味する。脱塩は、後述の解繊処理の前後の何れかの時点で行い得る。リン酸エステル化後の脱塩方法としては例えば、リン酸エステル化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。   The product after phosphoric acid esterification may be subjected to a desalting treatment. The desalting means that the salt (for example, sodium salt) contained in the reaction product (salt form) is replaced with a proton to form an acid form, similar to desalting after oxidation and desalting after carboxymethylation. To do. Desalting can be performed at any time before and after the defibrating process described below. Examples of the desalting method after the phosphoric esterification include a method of bringing the phosphoric esterified cellulose into contact with a cation exchange resin.

リン酸エステル化セルロースは、さらに煮沸後冷水で洗浄する等の洗浄処理がなされることが好ましい。これにより解繊処理を効率よく行うことができる。   It is preferable that the phosphate esterified cellulose is further subjected to a washing treatment such as washing with cold water after boiling. Thereby, the defibrating process can be performed efficiently.

[加熱処理]
加熱処理は、アニオン変性処理後に得られるアニオン変性セルロース繊維又はその分散液を加熱する処理である。アニオン変性セルロース繊維中のカルボキシ基及び水酸基は、セルロース繊維の親水性に寄与しているが、加熱処理によりこれらの基が適度に変性し、疎水性を発揮できるものと推測される。加熱処理の際の温度は、通常105℃以上、好ましくは110℃以上、より好ましくは115℃以上である。上限は、通常150℃以下、好ましくは140℃以下、より好ましくは130℃以下である。加熱処理の時間は、通常20分間以上、好ましくは23分間以上、より好ましくは25分間以上である。上限は、通常180分間以下、好ましくは160分間以下、より好ましくは140分間以下である。
加熱処理の温度又は時間が上記の範囲であることにより、好ましくは温度及び時間の両方が上記の範囲であることにより、本発明のセルロース繊維を効率よく製造できる。
[Heat treatment]
The heat treatment is a treatment for heating the anion-modified cellulose fiber or dispersion thereof obtained after the anion-modification treatment. The carboxy group and hydroxyl group in the anion-modified cellulose fiber contribute to the hydrophilicity of the cellulose fiber, but it is presumed that these groups are appropriately modified by heat treatment and can exhibit hydrophobicity. The temperature during the heat treatment is usually 105 ° C. or higher, preferably 110 ° C. or higher, more preferably 115 ° C. or higher. The upper limit is usually 150 ° C. or lower, preferably 140 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower. The time for the heat treatment is usually 20 minutes or longer, preferably 23 minutes or longer, more preferably 25 minutes or longer. The upper limit is usually 180 minutes or less, preferably 160 minutes or less, more preferably 140 minutes or less.
When the temperature or time of the heat treatment is in the above range, preferably both the temperature and time are in the above range, the cellulose fiber of the present invention can be efficiently produced.

加熱処理の圧力は、通常10kPa(gage)以上、好ましくは40kPa(gage)以上、より好ましくは70kPa(gage)以上である。上限は、通常400kPa(gage)以下、好ましくは250kPa(gage)以下、より好ましくは150kPa(gage)以下である。これにより、本発明のセルロース繊維をより効率よく製造できる。   The pressure of the heat treatment is usually 10 kPa (gage) or more, preferably 40 kPa (gage) or more, more preferably 70 kPa (gage) or more. The upper limit is usually 400 kPa (gage) or less, preferably 250 kPa (gage) or less, more preferably 150 kPa (gage) or less. Thereby, the cellulose fiber of this invention can be manufactured more efficiently.

加熱処理物、すなわち加熱後のアニオン変性セルロース繊維の着色度は、加熱前と比べて高まることが好ましい。着色度は、加熱前後のアニオン変性セルロース繊維のCIELab色空間を表す数値、及び色差(ΔE)で表現され得る。加熱後のb*は、加熱前のb*の+1以上が好ましく、+1.5以上がより好ましく、+2以上が更に好ましい。加熱後のa*は、加熱前のa*の−0.1以下が好ましく、−0.2以下がより好ましく、−0.3以下が更に好ましい。加熱後のYI(E)は、加熱前のYI(E)の+2.5以上が好ましく、+3.5以上がより好ましく、+4.0以上が更に好ましい。色差(加熱前後の色の差:ΔE)は、+50以下が好ましく、+40以下がより好ましく、+30以下が更に好ましい。上限は、通常は1以上である。繊維表面がより適度な疎水性を有しており、ゴム成分に対し良好な界面結合力を発揮できる。 It is preferable that the degree of coloring of the heat-treated product, that is, the anion-modified cellulose fiber after heating is higher than that before heating. The degree of coloring can be expressed by a numerical value representing the CIELab color space of the anion-modified cellulose fiber before and after heating, and a color difference (ΔE). The b * after heating is preferably +1 or more of b * before heating, more preferably +1.5 or more, and further preferably +2 or more. The a * after heating is preferably −0.1 or less of the a * before heating, more preferably −0.2 or less, and further preferably −0.3 or less. YI (E) after heating is preferably +2.5 or more, more preferably +3.5 or more, and further preferably +4.0 or more of YI (E) before heating. The color difference (color difference before and after heating: ΔE) is preferably +50 or less, more preferably +40 or less, and still more preferably +30 or less. The upper limit is usually 1 or more. The fiber surface has a more appropriate hydrophobicity and can exhibit a good interfacial bonding force to the rubber component.

加熱処理は、通常は加熱装置を用いて行う。加熱装置としては、例えば、オートクレーブ等の加圧下で加熱処理可能な装置が挙げられ、オートクレーブが好ましい。   The heat treatment is usually performed using a heating device. As a heating apparatus, the apparatus which can be heat-processed under pressure, such as an autoclave, is mentioned, for example, An autoclave is preferable.

加熱処理は、アニオン変性セルロース繊維又はその分散液に対して行えばよい。分散液の定義、濃度、水系溶媒、分散液の調製方法の例及び好ましい態様は、項目2において説明したのと同様である。加熱処理を経て得られる加熱処理物は、そのまま本発明のセルロース繊維又はその分散液として利用できる。加熱処理物がセルロース繊維の分散液の場合、分散液を乾燥処理し、水分含有量の低減されたセルロース繊維(乾燥処理物)として利用でき、又は、さらに乾燥処理物を再分散して得られるセルロース繊維再分散液として利用できる。   The heat treatment may be performed on the anion-modified cellulose fiber or its dispersion. The definition and concentration of the dispersion, the aqueous solvent, examples of the method for preparing the dispersion and preferred embodiments are the same as those described in Item 2. The heat-treated product obtained through the heat treatment can be used as it is as the cellulose fiber of the present invention or a dispersion thereof. When the heat-treated product is a dispersion of cellulose fibers, the dispersion can be dried and used as cellulose fibers with reduced moisture content (dried product), or further obtained by redispersing the dried product. It can be used as a cellulose fiber redispersion.

変性処理を経て得られる加熱処理物は、そのまま本発明の変性セルロース繊維として用いることができる。本発明の方法においては、必要に応じて変性処理以外の少なくとも1つ以上の任意処理を、それぞれ任意の時点で行ってもよい。斯かる任意処理としては例えば、解繊処理、ろ過処理、短繊維化処理及びこれらのうち2以上の組み合わせが挙げられる。   The heat-treated product obtained through the modification treatment can be used as it is as the modified cellulose fiber of the present invention. In the method of the present invention, at least one or more arbitrary treatments other than the denaturation treatment may be performed at arbitrary points as necessary. Examples of such optional treatment include fibrillation treatment, filtration treatment, fiber shortening treatment, and combinations of two or more thereof.

[解繊(ナノ解繊)処理]
解繊(ナノ解繊)処理を行う時期は特に限定されず、変性処理前後のいずれか又は両方であればよいが、少なくともアニオン変性処理後に行うことが好ましい。これにより、アニオン変性処理前の解繊処理に要するエネルギーよりも少ないエネルギーで解繊処理を実施できる。解繊処理の回数は特に限定されず、1回でもよく、複数回でもよい。上述の脱塩処理を行う場合、脱塩処理の時期は解繊処理前後のいずれか又は両方でよい。
[Defibration (nanodefibration) treatment]
The timing of performing the defibration (nano-defibration) treatment is not particularly limited and may be any one or both before and after the modification treatment, but is preferably performed at least after the anion modification treatment. Thereby, the defibrating process can be performed with less energy than the energy required for the defibrating process before the anion modification process. The number of times of defibrating treatment is not particularly limited, and may be one or more times. When performing the above-mentioned desalting treatment, the desalting treatment may be performed before or after the defibrating treatment.

解繊処理には通常解繊装置を用いる。解繊装置は特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの方式の装置が挙げられ、高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の、高圧又は超高圧ホモジナイザーがより好ましい。これらの装置は、変性セルロースに強力なせん断力を印加できるので好ましい。せん断速度は1000sec-1以上が好ましい。これにより、凝集構造が少なく、均一にナノファイバー化できる。変性セルロースに印加する圧力は、好ましくは50MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。解繊処理は、通常、セルロース系原料の分散液、又は変性セルロースの分散液中で行う。分散液に占めるセルロース繊維の固形分濃度は、下限は、通常0.1質量%(w/v%)以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上である。上限は、通常10質量%以下、好ましくは6質量%以下である。その他の分散液の定義、濃度、水系溶媒、分散液の調製方法の例及び好ましい態様は、項目2において説明したのと同様である。 A defibrating apparatus is usually used for the defibrating process. The defibrating apparatus is not particularly limited, and examples thereof include high-speed rotating type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, ultrasonic type apparatus, high pressure or ultra high pressure homogenizer is preferable, wet type, high pressure or An ultra-high pressure homogenizer is more preferable. These apparatuses are preferable because a strong shearing force can be applied to the modified cellulose. The shear rate is preferably 1000 sec -1 or more. Thereby, there are few aggregation structures and it can be made into nanofibers uniformly. The pressure applied to the modified cellulose is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and further preferably 140 MPa or more. The defibrating treatment is usually performed in a dispersion of a cellulose-based material or a dispersion of a modified cellulose. The lower limit of the solid content concentration of the cellulose fibers in the dispersion is usually 0.1% by mass (w / v%) or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. The upper limit is usually 10% by mass or less, preferably 6% by mass or less. Other definitions of the dispersion, concentration, aqueous solvent, examples of the method of preparing the dispersion and preferred embodiments are the same as those described in Item 2.

[ろ過処理]
ろ過処理を行う時期は特に限定されないが、通常、解繊処理後であり、解繊処理後の変性セルロースの分散液(例、水分散液等の水系分散液)をろ過すればよい。これにより、不十分な解繊処理に起因して残存する異物(例、未解繊繊維)を除去できる。さらに、変性セルロース繊維をゴム組成物の製造に用いる場合、残存する異物を起点としたゴム組成物の破断及びこれによる問題(例、ゴム組成物の強度低下)を抑制できる。
[Filtration treatment]
Although the time for performing the filtration treatment is not particularly limited, it is usually after the fibrillation treatment, and a dispersion of the modified cellulose after the fibrillation treatment (eg, an aqueous dispersion such as an aqueous dispersion) may be filtered. Thereby, foreign matters (for example, undefibrated fibers) remaining due to insufficient defibrating treatment can be removed. Furthermore, when the modified cellulose fiber is used for the production of a rubber composition, it is possible to suppress the breakage of the rubber composition starting from the remaining foreign matter and problems caused by this (eg, a decrease in strength of the rubber composition).

ろ過処理としては、例えば、加圧ろ過処理、減圧ろ過処理が挙げられる。加圧ろ過処理及び減圧ろ過処理における圧力条件(差圧)は特に限定されないが、例えば、0.01MPa以上であり、好ましくは0.01〜10MPaである。差圧が0.01MPa以上であることにより、十分なろ過処理量を得るために行う分散液の希釈を省略できる(希釈は、その後の工程を考慮すると行わないことが好ましい)。差圧が0.01〜10MPaであることにより、分散液中の変性セルロース繊維の濃度又は分散液の粘度が高い場合にも、十分なろ過処理量を得ることができ。ろ過の際の変性セルロース繊維の濃度は、通常、0.1〜5質量%であり、好ましくは0.2〜4質量%であり、より好ましくは0.5〜3質量%である。   Examples of the filtration treatment include pressure filtration treatment and vacuum filtration treatment. The pressure condition (differential pressure) in the pressure filtration treatment and the vacuum filtration treatment is not particularly limited, but is, for example, 0.01 MPa or more, and preferably 0.01 to 10 MPa. When the differential pressure is 0.01 MPa or more, the dilution of the dispersion liquid performed to obtain a sufficient amount of filtration treatment can be omitted (dilution is preferably not performed in consideration of the subsequent steps). When the differential pressure is 0.01 to 10 MPa, a sufficient amount of filtration treatment can be obtained even when the concentration of the modified cellulose fiber in the dispersion or the viscosity of the dispersion is high. The density | concentration of the modified cellulose fiber in the case of filtration is 0.1-5 mass% normally, Preferably it is 0.2-4 mass%, More preferably, it is 0.5-3 mass%.

ろ過処理には通常、ろ過装置を用いる。ろ過装置は特に限定されないが、例えば、ヌッチェ型、キャンドル型、リーフディスク型、ドラム型、フィルタープレス型、ベルトフィルター型等のタイプのろ過装置が挙げられる。ろ過処理量は特に限定されないが、1時間当たり10L/m2以上が好ましく、100L/m2以上がより好ましい。 A filtration device is usually used for the filtration treatment. The filtration device is not particularly limited, and examples thereof include Nutsche type, candle type, leaf disk type, drum type, filter press type, belt filter type and the like. The amount of filtration treatment is not particularly limited, but is preferably 10 L / m 2 or more per hour, and more preferably 100 L / m 2 or more.

ろ過処理に用いるろ材としては、例えば、金属繊維、セルロース、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ガラス、コットン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、これらの組み合わせ等の素材からなるフィルター;メンブレンフィルター;ろ布;金属粉等の素材を焼結させてなるフィルター;又はスリット状フィルターが挙げられる。これらの中で、金属繊維からなるフィルター、メンブレンフィルターが好ましい。   Examples of filter media used for the filtration treatment include filters made of materials such as metal fibers, cellulose, polypropylene, polyester, nylon, glass, cotton, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, and combinations thereof; membrane filters; filter cloths; metals A filter formed by sintering a material such as powder; or a slit filter. Among these, a filter made of metal fiber and a membrane filter are preferable.

ろ材の平均孔径は、ろ過助剤を併用する場合、特に限定されない。一方、ろ過助剤を併用しない場合、ろ材の平均孔径は、好ましくは0.01〜100μm、より好ましくは0.1〜50μm、さらに好ましくは1〜30μmである。平均孔径が0.01μm以上であることにより、ろ過速度が十分となり得る。一方、100μm以下であることにより、異物を十分に捉えることができ、ろ過効果が得られやすくなる。   The average pore diameter of the filter medium is not particularly limited when a filter aid is used in combination. On the other hand, when a filter aid is not used in combination, the average pore size of the filter medium is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, and still more preferably 1 to 30 μm. When the average pore size is 0.01 μm or more, the filtration rate can be sufficient. On the other hand, when the thickness is 100 μm or less, foreign matters can be sufficiently captured, and a filtration effect is easily obtained.

ろ過処理の際には、必要に応じて、ろ過助剤を用いてもよい。ろ過助剤を用いるろ過処理(助剤ろ過処理)においては、ろ材上に形成されたろ過層をろ過助剤を用いて取り除くことができるので、ろ材の目詰まりを容易に解消でき、連続的なろ過処理を行える。ろ過助剤の平均粒子径は、好ましくは150μm以下、より好ましくは1〜150μm、さらに好ましくは10〜75μm、さらにより好ましくは15〜45μm、とりわけ好ましくは25〜45μmである。平均粒子径が1μmを超えることにより、ろ過速度の低下が抑制され得る。平均粒子径が150μm未満であることにより、異物を十分に捉えることができ、ろ過処理を効率よく行い得る。   In the case of a filtration process, you may use a filter aid as needed. In the filtration treatment using a filter aid (auxiliary filtration treatment), the filter layer formed on the filter medium can be removed using the filter aid, so that the filter medium can be easily clogged and continuously removed. Can be filtered. The average particle diameter of the filter aid is preferably 150 μm or less, more preferably 1 to 150 μm, still more preferably 10 to 75 μm, still more preferably 15 to 45 μm, and particularly preferably 25 to 45 μm. When the average particle diameter exceeds 1 μm, a decrease in filtration rate can be suppressed. When the average particle diameter is less than 150 μm, foreign matters can be sufficiently captured, and filtration can be performed efficiently.

ろ過助剤の形状は特に限定されないが、例えば、略球形(例、珪藻土)、略棒状(例、粉末セルロース)等の略粒状が挙げられる。ろ過助剤の平均粒子径の測定は、その形状に拘らず、JIS Z8825−1に準拠したレーザー回折式測定器により行い得る。   The shape of the filter aid is not particularly limited, and examples thereof include substantially spherical shapes (eg, diatomaceous earth) and substantially rod-like shapes (eg, powdered cellulose). Measurement of the average particle diameter of the filter aid can be performed by a laser diffraction measuring instrument in conformity with JIS Z8825-1 regardless of its shape.

助剤ろ過処理の形式は特に限定されないが、例えば、ろ材の上にろ過助剤の層を形成するプレコートろ過、ろ過助剤を変性セルロース繊維の分散液に添加し得られる混合物をろ過するボディーフィードろ過、両者の組み合わせが挙げられる。これらのうち、後者の組み合わせが好ましい。これにより、ろ過処理量が向上し、良好な品質のろ液を得ることができる。助剤ろ過処理は、異なるろ過助剤を用いる2以上のろ過工程からなる多段処理であってもよい。多段処理の場合、少なくともいずれかのろ過工程が加圧ろ過処理又は減圧ろ過処理であることが好ましい。   The form of the auxiliary filter treatment is not particularly limited. For example, precoat filtration that forms a filter aid layer on the filter medium, and body feed that filters a mixture obtained by adding the filter aid to the modified cellulose fiber dispersion. Examples include filtration and a combination of both. Of these, the latter combination is preferred. Thereby, the amount of filtration processing improves and the filtrate of favorable quality can be obtained. The auxiliary filtration treatment may be a multistage treatment consisting of two or more filtration steps using different filter aids. In the case of multistage treatment, it is preferable that at least one of the filtration steps is a pressure filtration treatment or a vacuum filtration treatment.

ろ過助剤は特に限定されず、例えば、無機化合物、有機化合物が好ましい。ろ過助剤の好ましい例としては、珪藻土、粉末セルロース、パーライト、活性炭が挙げられる。   A filter aid is not specifically limited, For example, an inorganic compound and an organic compound are preferable. Preferable examples of the filter aid include diatomaceous earth, powdered cellulose, pearlite, and activated carbon.

珪藻土とは、主に珪藻の殻からなる軟質の岩石又は土壌をいい、シリカを主成分とする。アルミナ、酸化鉄、アルカリ金属の酸化物等の、シリカ以外の成分を含んでいてもよい。珪藻土は、通常は多孔質で高い空隙率を有している。珪藻土のケーク嵩密度は、0.2〜0.45g/cm3程度が好ましい。珪藻土は、焼成品、融剤焼成品が好ましい。珪藻土の由来は特に限定されないが、淡水産珪藻土が好ましい。珪藻土としては、例えば、セライト社製のセライト(登録商標)、イーグルピッチャーミネラルズ社製のセラトム(登録商標)が挙げられる。 Diatomaceous earth refers to soft rock or soil mainly composed of diatom shell, and is mainly composed of silica. Components other than silica, such as alumina, iron oxide and alkali metal oxides, may be included. Diatomaceous earth is usually porous and has a high porosity. The cake bulk density of diatomaceous earth is preferably about 0.2 to 0.45 g / cm 3 . Diatomaceous earth is preferably a fired product or a flux fired product. The origin of diatomaceous earth is not particularly limited, but freshwater diatomaceous earth is preferred. Examples of diatomaceous earth include Celite (registered trademark) manufactured by Celite, and Ceratom (registered trademark) manufactured by Eagle Pitcher Minerals.

粉末セルロースは、粉末状のセルロースであり、その形状は通常、棒軸状粒子である。粉末セルロースの製法は特に限定されないが、例えば、木材パルプを酸加水分解処理し非結晶部分を除去後、粉砕、篩分けする方法、精選パルプを酸加水分解した後に得られる未分解残渣を精製かつ乾燥し、粉砕、篩分けする方法が挙げられる。粉末セルロースは、結晶性又は微結晶性セルロースであり得、一定の粒径分布を有することが好ましい。粉末セルロースのセルロース重合度は、好ましくは100〜500程度である。X線回折法による粉末セルロースの結晶化度は、好ましくは70〜90%である。レーザー回折式粒度分布測定装置による粉末セルロースの体積平均粒子径は、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下である。これにより、ろ過後の流動性に優れる変性セルロース繊維を得ることができる。粉末セルロースとしては、例えば、日本製紙社製のKCフロック(登録商標)、旭化成ケミカルズ社製のセオラス(登録商標)、FMC社製のアビセル(登録商標)が挙げられる。   Powdered cellulose is powdered cellulose, and its shape is usually rod-shaped particles. The method for producing the powdered cellulose is not particularly limited. For example, the wood pulp is subjected to an acid hydrolysis treatment to remove the non-crystalline portion, and then pulverized and sieved. The undegraded residue obtained after the acid hydrolysis of the selected pulp is purified and The method of drying, grinding | pulverizing, and sieving is mentioned. Powdered cellulose can be crystalline or microcrystalline cellulose and preferably has a certain particle size distribution. The degree of cellulose polymerization of the powdered cellulose is preferably about 100 to 500. The crystallinity of the powdered cellulose by X-ray diffraction method is preferably 70 to 90%. The volume average particle size of the powdered cellulose measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. Thereby, the modified cellulose fiber excellent in the fluidity | liquidity after filtration can be obtained. Examples of the powdered cellulose include KC Flock (registered trademark) manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., Theolas (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, and Avicel (registered trademark) manufactured by FMC.

ろ過後の変性セルロース繊維の分散液の異物面積比率は、25%以下が好ましい。異物面積比率は、以下の方法で算出される。まず、変性セルロース繊維の分散液に表面張力調整剤を添加した後に薄膜化する。当該薄膜の両面に、一対の偏光板を互いに偏光軸が直交するように配置する。一方の偏光板側から光を照射し、他方の偏光板側から透過画像を取得する。当該画像を画像解析して異物面積を特定し、変性セルロース繊維絶乾質量1gあたりの異物面積比率を算出する。ろ過後の変性セルロース繊維分散液は、当該評価方法において25%以下の異物面積比率を有することが好ましい。異物面積比率は分散性の指標であり、当該比率が25%以下であることにより、良好な分散性を有するものとなる。   The foreign matter area ratio of the dispersion of modified cellulose fibers after filtration is preferably 25% or less. The foreign matter area ratio is calculated by the following method. First, a surface tension adjuster is added to a dispersion of modified cellulose fibers, and then thinned. A pair of polarizing plates are arranged on both surfaces of the thin film so that the polarization axes are orthogonal to each other. Light is irradiated from one polarizing plate side, and a transmission image is acquired from the other polarizing plate side. The image is subjected to image analysis to determine the foreign matter area, and the foreign matter area ratio per gram of the modified cellulose fiber absolutely dry mass is calculated. The modified cellulose fiber dispersion after filtration preferably has a foreign matter area ratio of 25% or less in the evaluation method. The foreign matter area ratio is an index of dispersibility, and when the ratio is 25% or less, it has good dispersibility.

[短繊維化処理]
短繊維化処理とは、処理前のセルロース鎖を適宜切断する(短繊維化する)処理であり、例えば、紫外線照射処理、酸化分解処理、加水分解処理、及びこれらのうち2以上の組み合わせが挙げられる。短繊維化処理は、加水分解処理、又は加水分解処理と他の処理の組み合わせが好ましい。
[Short fiber treatment]
The fiber shortening treatment is a treatment for appropriately cutting (shortening fibers) the cellulose chain before the treatment, and examples include ultraviolet irradiation treatment, oxidative decomposition treatment, hydrolysis treatment, and combinations of two or more thereof. It is done. The short fiber treatment is preferably a hydrolysis treatment or a combination of hydrolysis treatment and other treatment.

短繊維化処理の前に、セルロース繊維を洗浄する洗浄処理を行うことが好ましい。これにより副反応を抑制できる。洗浄処理の条件は特に限定されず、公知の方法で行うことができる。   It is preferable to perform a washing treatment for washing the cellulose fibers before the shortening treatment. Thereby, a side reaction can be suppressed. The conditions for the cleaning treatment are not particularly limited, and can be performed by a known method.

加水分解処理としては例えば、セルロース繊維に酸を添加してセルロース鎖を加水分解する酸加水分解処理、セルロース繊維にアルカリを添加してセルロース鎖を加水分解するアルカリ加水分解処理が挙げられる。加水分解処理の反応媒体は、通常は水である。これにより、副反応を抑制できる。   Examples of the hydrolysis treatment include acid hydrolysis treatment in which an acid is added to cellulose fibers to hydrolyze cellulose chains, and alkali hydrolysis treatment in which alkali is added to cellulose fibers to hydrolyze cellulose chains. The reaction medium for the hydrolysis treatment is usually water. Thereby, a side reaction can be suppressed.

酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等の鉱酸が挙げられる。加水分解処理は、セルロース繊維の分散液(例、水等の水系分散媒への分散液)に対して行うことが好ましい。これにより、加水分解反応を効率よく行なうことができる。分散液中のセルロース繊維濃度は、0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜10質量%がより好ましく、1〜5質量%がさらに好ましい。   Examples of the acid include mineral acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid. The hydrolysis treatment is preferably performed on a dispersion of cellulose fibers (eg, a dispersion in an aqueous dispersion medium such as water). Thereby, a hydrolysis reaction can be performed efficiently. The cellulose fiber concentration in the dispersion is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass, and further preferably 1 to 5% by mass.

酸加水分解処理の条件は、酸がセルロース分子の非晶部に作用し得るような条件であればよいが、例を挙げると以下のとおりである。酸の添加量は、セルロース繊維の絶乾質量に対して、0.01〜0.5質量%が好ましく、0.1〜0.5質量%がさらに好ましい。酸の添加量が0.01質量%以上であると、セルロース繊維の加水分解を進行でき、ナノファイバー化の効率を向上できる。当該添加量が0.5質量%以下であると、セルロース繊維の過度の加水分解を防ぐことができ、セルロース繊維の収率の低下を抑制できる。   The conditions for the acid hydrolysis treatment may be any conditions that allow the acid to act on the amorphous part of the cellulose molecule. Examples are as follows. The addition amount of the acid is preferably 0.01 to 0.5% by mass, and more preferably 0.1 to 0.5% by mass with respect to the absolutely dry mass of the cellulose fiber. When the added amount of the acid is 0.01% by mass or more, hydrolysis of the cellulose fiber can proceed and the efficiency of nanofiber formation can be improved. When the amount added is 0.5% by mass or less, excessive hydrolysis of the cellulose fibers can be prevented, and a decrease in the yield of the cellulose fibers can be suppressed.

酸加水分解処理時の分散媒のpH値は、2.0〜4.0が好ましく、2.0以上3.0未満がより好ましい。pH値の調整は、例えば、酸添加量の調整によって行い得る。例えば、分散媒中にアルカリが残存している場合、酸添加量を増量すればよい。反応温度は、例えば、70〜120℃であり、反応時間は、例えば1〜10時間である。酸加水分解処理後、水酸化ナトリウム等のアルカリを添加して中和することが好ましい。これにより、ナノファイバー化を効率よく行なうことができる。   The pH value of the dispersion medium during the acid hydrolysis treatment is preferably 2.0 to 4.0, and more preferably 2.0 or more and less than 3.0. The pH value can be adjusted, for example, by adjusting the acid addition amount. For example, when the alkali remains in the dispersion medium, the acid addition amount may be increased. The reaction temperature is, for example, 70 to 120 ° C., and the reaction time is, for example, 1 to 10 hours. After the acid hydrolysis treatment, it is preferable to neutralize by adding an alkali such as sodium hydroxide. Thereby, the nanofiberization can be performed efficiently.

アルカリ加水分解処理の条件は、特に限定されないが、例を挙げると以下のとおりである。反応液のpH値は、8〜14が好ましく、9〜13がより好ましく、10〜12がさらに好ましい。pH値が8以上であることにより、加水分解が進行し、セルロース繊維の短繊維化を十分に進め得る。一方、pH値が14以下であることにより、加水分解後のセルロース繊維の着色、透明性低下を抑制し得る。pH値の調整は、アルカリの添加によればよく、用いるアルカリは通常は水溶性であり、製造コストの観点から好ましくは水酸化ナトリウムである。   The conditions for the alkaline hydrolysis treatment are not particularly limited, but examples are as follows. The pH value of the reaction solution is preferably 8 to 14, more preferably 9 to 13, and still more preferably 10 to 12. When the pH value is 8 or more, hydrolysis proceeds and the cellulose fibers can be sufficiently shortened. On the other hand, when the pH value is 14 or less, coloring of the cellulose fiber after hydrolysis and a decrease in transparency can be suppressed. The pH value may be adjusted by adding an alkali. The alkali used is usually water-soluble, and sodium hydroxide is preferable from the viewpoint of production cost.

アルカリ加水分解処理の際には、助剤(例、酸化剤、還元剤)を用いることが好ましい。アルカリ性溶液中でカルボキシ基を有するセルロース繊維を加水分解すると、β脱離の際に二重結合が生成することに起因して、セルロース繊維が黄色に着色し透明性が低下するおそれがあり、その結果適用技術が制限されるおそれがある。しかし、助剤を用いることにより、二重結合を酸化又は還元し、着色及び透明性の低下が抑制され得る。助剤は、アルカリ性領域で活性を有するものであればよい。助剤の添加量は、反応効率の観点から、絶乾したセルロース繊維に対し0.1〜10質量%が好ましく、0.3〜5質量%がより好ましく、0.5〜2質量%がさらに好ましい。   In the alkaline hydrolysis treatment, it is preferable to use an auxiliary agent (eg, oxidizing agent, reducing agent). When cellulose fibers having a carboxy group are hydrolyzed in an alkaline solution, the cellulose fibers may be colored yellow due to the formation of double bonds during β elimination, and the transparency may decrease. Result application technology may be limited. However, by using an auxiliary agent, the double bond can be oxidized or reduced, and coloration and transparency can be prevented from lowering. The auxiliary agent only needs to have activity in the alkaline region. From the viewpoint of reaction efficiency, the amount of the auxiliary added is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.3 to 5% by mass, and further 0.5 to 2% by mass with respect to the absolutely dried cellulose fiber. preferable.

酸化剤としては、例えば、酸素、オゾン、過酸化水素、次亜塩素酸塩が挙げられる。中でも、酸化剤は、ラジカルを発生し難い、酸素、過酸化水素、次亜塩素酸塩が好ましく、過酸化水素がより好ましい。酸化剤は1種単独で、2種以上を組み合わせて使用し得る。   Examples of the oxidizing agent include oxygen, ozone, hydrogen peroxide, and hypochlorite. Among them, the oxidizing agent is less likely to generate radicals, and oxygen, hydrogen peroxide, and hypochlorite are preferable, and hydrogen peroxide is more preferable. One oxidizing agent can be used alone, or two or more oxidizing agents can be used in combination.

還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム、ハイドロサルファイト、亜硫酸塩が挙げられる。還元剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   Examples of the reducing agent include sodium borohydride, hydrosulfite, and sulfite. A reducing agent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

加水分解処理の反応温度は、特に限定されないが、低温では加水分解が不十分となりその結果短繊維化が不十分となるおそれがあり、高温では加水分解後のセルロース繊維が着色するおそれがある。このような問題点を抑制し反応効率を向上できることから、40〜120℃が好ましく、50〜100℃がより好ましく、60〜90℃がさらに好ましい。加水分解処理の反応時間は、0.5〜24時間が好ましく、1〜10時間がより好ましく、2〜6時間がさらに好ましい。   The reaction temperature of the hydrolysis treatment is not particularly limited, but hydrolysis may be insufficient at low temperatures, resulting in insufficient fiber shortening, and cellulose fibers after hydrolysis may be colored at high temperatures. Since it can suppress such a problem and improve reaction efficiency, 40-120 degreeC is preferable, 50-100 degreeC is more preferable, and 60-90 degreeC is further more preferable. The reaction time for the hydrolysis treatment is preferably 0.5 to 24 hours, more preferably 1 to 10 hours, and further preferably 2 to 6 hours.

反応効率の観点から、アルカリ性溶液中のセルロース繊維の濃度は、1〜20質量%が好ましく、3〜15質量%がより好ましく、5〜10質量%がさらに好ましい。   From the viewpoint of reaction efficiency, the concentration of the cellulose fiber in the alkaline solution is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 3 to 15% by mass, and further preferably 5 to 10% by mass.

紫外線照射処理は、セルロース繊維に紫外線を照射する処理である。紫外線照射によりセルロース繊維が短繊維化される理由は、次のように推察される。紫外線はセルロースやヘミセルロースに直接作用して低分子化を引き起こしセルロース鎖を短繊維化できる。   The ultraviolet irradiation treatment is a treatment for irradiating the cellulose fiber with ultraviolet rays. The reason why cellulose fibers are shortened by ultraviolet irradiation is presumed as follows. Ultraviolet rays directly act on cellulose and hemicellulose to cause low molecular weight and shorten the cellulose chain.

紫外線の波長は、好ましくは100〜400nm、より好ましくは100〜300nmであり、さらに好ましくは、135〜260nmである。波長135〜260nmの紫外線を用いることにより、セルロースやヘミセルロースに直接作用し低分子化を容易に引き起こすことができる。   The wavelength of the ultraviolet light is preferably 100 to 400 nm, more preferably 100 to 300 nm, and still more preferably 135 to 260 nm. By using ultraviolet rays having a wavelength of 135 to 260 nm, it can directly act on cellulose and hemicellulose to easily cause a reduction in molecular weight.

紫外線を照射する光源としては、100〜400nmの波長領域の光を照射できればよく、例えば、キセノンショートアークランプ、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプが挙げられる。これらの光源は、1種単独で用いてもよく、2種以上を任意に組み合わせて用いてもよい。2種以上の光源の組み合わせは、波長特性の異なる複数の光源の組み合わせが好ましい。これにより、異なる波長の紫外線が同時に照射されることによりセルロース鎖やヘミセルロース鎖における切断箇所を増加できる。   As a light source for irradiating ultraviolet rays, it is only necessary to irradiate light in a wavelength region of 100 to 400 nm, and examples thereof include a xenon short arc lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a deuterium lamp, and a metal halide lamp. . These light sources may be used alone or in any combination of two or more. The combination of two or more light sources is preferably a combination of a plurality of light sources having different wavelength characteristics. Thereby, the cut | disconnection location in a cellulose chain or a hemicellulose chain can be increased by irradiating simultaneously with the ultraviolet-ray of a different wavelength.

紫外線照射を行う際、通常はセルロース繊維分散液を収容する容器を用いる。例えば、300〜400nmの紫外線を用いる場合、硬質ガラス製の容器を用いてもよい。300nmより短波長の紫外線を用いる場合、紫外線をより透過させる石英ガラス製の容器を用いてもよい。容器の光透過反応に関与しない部分の材質については、用いる紫外線の波長に対して劣化の少ない材質の中から適切に選定すればよい。   When performing ultraviolet irradiation, a container that contains a cellulose fiber dispersion is usually used. For example, when using ultraviolet rays of 300 to 400 nm, a hard glass container may be used. When ultraviolet rays having a wavelength shorter than 300 nm are used, a quartz glass container that transmits ultraviolet rays more may be used. What is necessary is just to select suitably from the material with little deterioration with respect to the wavelength of the ultraviolet-ray used about the material of the part which does not participate in the light transmission reaction of a container.

紫外線を照射する際の分散液中のセルロース繊維の濃度は、好ましくは0.1〜12質量%、より好ましくは0.5〜5質量%、さらに好ましくは1〜3質量%である。カルボキシメチル化セルロースの濃度が0.1質量%以上であると、エネルギー効率を高めることができる。セルロース繊維の濃度が12質量%以下であると、紫外線照射装置内でのセルロース繊維の流動性が良好となり、反応効率を高めることができる。   The density | concentration of the cellulose fiber in the dispersion liquid at the time of irradiating an ultraviolet-ray becomes like this. Preferably it is 0.1-12 mass%, More preferably, it is 0.5-5 mass%, More preferably, it is 1-3 mass%. Energy efficiency can be improved as the density | concentration of carboxymethylated cellulose is 0.1 mass% or more. When the concentration of the cellulose fiber is 12% by mass or less, the fluidity of the cellulose fiber in the ultraviolet irradiation device becomes good, and the reaction efficiency can be increased.

紫外線を照射する際の温度は、好ましくは20〜95℃、より好ましくは20〜80℃、さらに好ましくは20〜50℃である。温度が20℃以上であると、光酸化反応の効率が高まるため好ましい。温度が95℃以下であると、カルボキシメチル化セルロースの品質の悪化等の悪影響のおそれがなく、また反応装置内の圧力が大気圧を超えるおそれもなくなり、耐圧性を考慮した装置設計を行なう必要性がなくなるため好ましい。   The temperature when irradiating with ultraviolet rays is preferably 20 to 95 ° C, more preferably 20 to 80 ° C, and still more preferably 20 to 50 ° C. A temperature of 20 ° C. or higher is preferable because the efficiency of the photooxidation reaction is increased. If the temperature is 95 ° C. or lower, there is no risk of adverse effects such as deterioration of the quality of carboxymethylated cellulose, and there is no possibility that the pressure in the reaction apparatus will exceed atmospheric pressure, and it is necessary to design an apparatus that takes pressure resistance into consideration. This is preferable because the property is lost.

紫外線を照射する際のpH値は特に限定されないが、プロセスの簡素化を考えると中性領域、例えば、pH値は6.0〜8.0程度が好ましい。   Although the pH value at the time of irradiating with ultraviolet rays is not particularly limited, in view of simplification of the process, the neutral region, for example, the pH value is preferably about 6.0 to 8.0.

セルロース繊維が受ける紫外線量は、必要に応じて制御できる。制御方法としては例えば、照射反応装置内でのセルロース繊維の滞留時間の調節、照射光源のエネルギー量の調節、照射装置内のセルロース繊維の濃度の調整(例、水希釈による調整、空気又は窒素等の不活性気体のセルロース繊維への吹き込みによる調整)が挙げられる。滞留時間、濃度をどの程度に制御するかは、目標とする紫外線照射後のセルロース繊維の品質(繊維長やセルロース重合度等)に応じて、適宜設定できる。   The amount of ultraviolet rays received by the cellulose fibers can be controlled as necessary. Control methods include, for example, adjustment of the residence time of cellulose fibers in the irradiation reaction apparatus, adjustment of the energy amount of the irradiation light source, adjustment of the concentration of cellulose fibers in the irradiation apparatus (eg, adjustment by dilution with water, air or nitrogen, etc. Adjustment by blowing an inert gas into cellulose fibers). The extent to which the residence time and concentration are controlled can be appropriately set according to the target quality of the cellulose fibers after irradiation with ultraviolet rays (fiber length, degree of cellulose polymerization, etc.).

紫外線照射処理は、酸素、オゾン、過酸化物(過酸化水素、過酢酸、過炭酸Na、過ホウ酸Na等)等の助剤の存在下で行なうと、光酸化反応の効率が高まるため、好ましい。   When the ultraviolet irradiation treatment is performed in the presence of an auxiliary agent such as oxygen, ozone, peroxide (hydrogen peroxide, peracetic acid, sodium percarbonate, sodium perborate, etc.), the efficiency of the photooxidation reaction is increased. preferable.

135〜242nmの波長領域の紫外線を照射する場合、光源周辺の気相部(光源周辺部)に存在する空気からオゾンが生成する。このように副次的に生成したオゾンを紫外線照射処理の助剤として利用できる。これにより、系外からのオゾン供給量を低減できるか、又は供給を省略できる。光源周辺部に存在する空気から精製したオゾンを紫外線照射処理の助剤として利用する方法は特に限定されないが、例えば、光源周辺部に連続的に空気を供給する一方で、生成するオゾンを連続的に抜き出し、この抜き出したオゾンをセルロース繊維へ注入する方法が挙げられる。光源周辺部に酸素を供給することにより、より大量のオゾンを系内に発生でき、発生したオゾンを光酸化反応の助剤として使用することもできる。   In the case of irradiating ultraviolet rays in the wavelength region of 135 to 242 nm, ozone is generated from air present in the gas phase portion (light source peripheral portion) around the light source. Ozone generated in this way can be used as an auxiliary agent for ultraviolet irradiation treatment. Thereby, the amount of ozone supplied from outside the system can be reduced, or the supply can be omitted. The method of using ozone purified from the air present in the periphery of the light source as an auxiliary agent for the ultraviolet irradiation treatment is not particularly limited. For example, while continuously supplying air to the periphery of the light source, the generated ozone is continuously And extracting the extracted ozone into cellulose fibers. By supplying oxygen to the periphery of the light source, a larger amount of ozone can be generated in the system, and the generated ozone can also be used as an auxiliary agent for the photooxidation reaction.

紫外線照射処理は、複数回繰り返してもよい。繰り返しの回数は、目標とするセルロース繊維の品質等の条件に応じて適宜設定できる。例えば、紫外線の波長が100〜400nm、より好ましくは135〜260nmの場合、好ましくは1〜10回、より好ましくは2〜5回である。1回あたりの照射時間は、好ましくは0.5〜10時間、より好ましくは0.5〜3時間である。   The ultraviolet irradiation treatment may be repeated a plurality of times. The number of repetitions can be appropriately set according to conditions such as target quality of the cellulose fiber. For example, when the wavelength of ultraviolet rays is 100 to 400 nm, more preferably 135 to 260 nm, it is preferably 1 to 10 times, more preferably 2 to 5 times. The irradiation time per time is preferably 0.5 to 10 hours, more preferably 0.5 to 3 hours.

酸化分解処理は、通常、過酸化水素とオゾンを併用して行う。オゾンは、空気又は酸素を原料としてオゾン発生装置を用いて公知の方法で発生できる。オゾンの添加量(質量換算)は、セルロース繊維の絶乾質量に対して、0.1〜3倍が好ましく、0.3〜2.5倍がより好ましく、0.5〜1.5倍がさらに好ましい。0.1倍以上であると、セルロースの非晶部を十分に分解できる。3倍以下であると、セルロースの過度の分解を抑制でき、セルロース繊維の収率の低下を防ぐことができる。過酸化水素の添加量(質量換算)は、セルロース繊維の絶乾質量の0.001〜1.5倍が好ましく、0.1〜1.0倍がより好ましい。0.001倍以上であると、オゾンと過酸化水素との相乗作用が発揮され得る。1.5倍以下であれば十分に酸化分解が進行し得、コストを抑えることができる。   The oxidative decomposition treatment is usually performed using hydrogen peroxide and ozone in combination. Ozone can be generated by a known method using an ozone generator using air or oxygen as a raw material. The amount of ozone added (in terms of mass) is preferably 0.1 to 3 times, more preferably 0.3 to 2.5 times, and more preferably 0.5 to 1.5 times the absolute dry mass of the cellulose fiber. Further preferred. If it is 0.1 times or more, the amorphous part of cellulose can be sufficiently decomposed. When it is 3 times or less, excessive decomposition of cellulose can be suppressed, and a decrease in the yield of cellulose fibers can be prevented. The amount of hydrogen peroxide added (in terms of mass) is preferably 0.001 to 1.5 times, more preferably 0.1 to 1.0 times the absolute dry mass of the cellulose fiber. When it is 0.001 times or more, the synergistic effect of ozone and hydrogen peroxide can be exhibited. If it is 1.5 times or less, the oxidative decomposition can proceed sufficiently, and the cost can be suppressed.

酸化分解処理の条件(例えば、pH、温度)は特に限定されないが、オゾン及び過酸化水素を用いる場合は、以下のとおりである。pH値は、好ましくは2〜12、より好ましくは4〜10、さらに好ましくは6〜8であり、温度は、好ましくは10〜90℃、より好ましくは20〜70℃、さらに好ましくは30〜50℃であり、反応時間は、好ましくは1〜20時間、より好ましくは2〜10時間、さらに好ましくは3〜6時間である。これにより良好な反応効率にて処理を実施できる。   The conditions (for example, pH and temperature) of the oxidative decomposition treatment are not particularly limited, but when ozone and hydrogen peroxide are used, the conditions are as follows. The pH value is preferably 2 to 12, more preferably 4 to 10, more preferably 6 to 8, and the temperature is preferably 10 to 90 ° C, more preferably 20 to 70 ° C, and further preferably 30 to 50. The reaction time is preferably 1 to 20 hours, more preferably 2 to 10 hours, still more preferably 3 to 6 hours. Thereby, the treatment can be carried out with good reaction efficiency.

酸化分解処理に用いる装置は、公知の装置であればよい。装置としては例えば、反応室、攪拌機、薬品注入装置、加熱器、及びpH電極を備える通常の反応器が挙げられる。   The apparatus used for the oxidative decomposition treatment may be a known apparatus. Examples of the apparatus include a reaction chamber, a stirrer, a chemical injection device, a heater, and a normal reactor equipped with a pH electrode.

オゾン及び過酸化水素を用いる酸化分解処理後に解繊処理を行うと、水溶液中に残留するオゾン及び過酸化水素が、解繊工程においても有効に作用し得るため、セルロース繊維の短繊維化が一層促進され得る。   When defibrating treatment is performed after oxidative decomposition treatment using ozone and hydrogen peroxide, ozone and hydrogen peroxide remaining in the aqueous solution can act effectively in the defibrating process, so that the shortening of cellulose fibers is further shortened. Can be promoted.

4.マスターバッチ及びゴム組成物
本発明の変性セルロース繊維は、マスターバッチ及びゴム組成物の成分として利用できる。マスターバッチは、ゴム製造用の中間体である。ゴム組成物は、最終製品としてのゴムを得るための組成物であり、例えば、加硫剤を含む未加硫のゴム組成物、及び最終製品としてのゴムが挙げられる。
4). Masterbatch and Rubber Composition The modified cellulose fiber of the present invention can be used as a component of a masterbatch and a rubber composition. The masterbatch is an intermediate for rubber production. The rubber composition is a composition for obtaining a rubber as a final product, and examples thereof include an unvulcanized rubber composition containing a vulcanizing agent and a rubber as a final product.

マスターバッチ及びゴム組成物は、本発明の変性セルロース繊維を1種含んでもよいし、2種以上含んでもよい。変性セルロース繊維の表面は疎水性を有するため、繊維とゴム成分との界面結合力が良好であり、そのため、高強度のゴム組成物又はゴム組成物を得るためのマスターバッチを得ることができる。   The masterbatch and the rubber composition may contain one type of the modified cellulose fiber of the present invention or two or more types. Since the surface of the modified cellulose fiber has hydrophobicity, the interfacial bond strength between the fiber and the rubber component is good, so that a high-strength rubber composition or a master batch for obtaining a rubber composition can be obtained.

[ゴム成分]
マスターバッチ及びゴム組成物には通常、ゴム成分が含まれる。ゴム成分はゴムの原料であり、架橋してゴムとなるものをいう。ゴム成分は、例えば、天然ゴム用ゴム成分、合成ゴム用ゴム成分が挙げられる。天然ゴム用ゴム成分としては、例えば、化学修飾を施さない狭義の天然ゴム(NR);塩素化天然ゴム、クロロスルホン化天然ゴム、エポキシ化天然ゴム等の化学修飾した天然ゴム;水素化天然ゴム;脱タンパク天然ゴムが挙げられる。合成ゴム用ゴム成分としては、例えば、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム等のジエン系ゴム;ブチルゴム(IIR)、エチレン−プロピレンゴム(EPM、EPDM)、アクリルゴム(ACM)、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(Q)、ウレタンゴム(U)、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)等の非ジエン系ゴムが挙げられる。これらの中で、NBR、NR、SBR、クロロプレンゴム、BRが好ましく、NBR、NR、SBR及びクロロプレンゴムがより好ましい。ゴム成分は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。
[Rubber component]
The masterbatch and the rubber composition usually contain a rubber component. The rubber component is a raw material of rubber and refers to a material that is crosslinked to become rubber. Examples of the rubber component include a rubber component for natural rubber and a rubber component for synthetic rubber. Examples of the rubber component for natural rubber include, for example, natural rubber (NR) in a narrow sense not subjected to chemical modification; chemically modified natural rubber such as chlorinated natural rubber, chlorosulfonated natural rubber, and epoxidized natural rubber; hydrogenated natural rubber Deproteinized natural rubber. Examples of the rubber component for synthetic rubber include butadiene rubber (BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber, and styrene-isoprene copolymer. Diene rubbers such as rubber, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber, isoprene-butadiene copolymer rubber; butyl rubber (IIR), ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydrin rubber Non-diene rubbers such as (CO, ECO), fluoro rubber (FKM), silicone rubber (Q), urethane rubber (U), chlorosulfonated polyethylene (CSM), and the like. Among these, NBR, NR, SBR, chloroprene rubber and BR are preferable, and NBR, NR, SBR and chloroprene rubber are more preferable. The rubber component may be a single type or a combination of two or more types.

[組成]
変性セルロース繊維の含有量は、ゴム成分100質量部に対して1質量部以上が好ましく、2質量部以上がより好ましく、3質量部以上がさらに好ましい。これにより引張強度の向上効果が十分に発現し得る。上限は、50質量部以下が好ましく、40質量部以下が好ましく、30質量部以下がさらに好ましい。これにより、製造工程における加工性を保持できる。従って、1〜50質量部が好ましく、2〜40質量部がより好ましく、3〜30質量部がさらに好ましい。
[composition]
The content of the modified cellulose fiber is preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more, and further preferably 3 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component. Thereby, the improvement effect of tensile strength can fully express. The upper limit is preferably 50 parts by mass or less, preferably 40 parts by mass or less, and more preferably 30 parts by mass or less. Thereby, the workability in the manufacturing process can be maintained. Therefore, 1-50 mass parts is preferable, 2-40 mass parts is more preferable, and 3-30 mass parts is further more preferable.

[任意成分]
マスターバッチ及びゴム組成物は、必要に応じて任意成分を含んでもよい。任意成分としては例えば、界面活性剤(例えば、陽イオン性界面活性剤、陰イオン型界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤)、多価金属、本発明の変性セルロース繊維以外のセルロース繊維、ゴム工業で使用され得る配合剤が挙げられる。ゴム工業で使用され得る配合剤としては例えば、補強剤(例えば、カーボンブラック、シリカ等)、シランカップリング剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫促進助剤(例えば、酸化亜鉛、ステアリン酸)、オイル、硬化レジン、ワックス、老化防止剤、着色剤など、ゴム工業で使用され得る配合剤が挙げられる。このうち加硫促進剤、加硫促進助剤が好ましい。任意成分の含有量は、任意成分の種類等に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。
[Optional ingredients]
A masterbatch and a rubber composition may contain an arbitrary component as needed. Examples of optional components include surfactants (for example, cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants, amphoteric surfactants), polyvalent metals, and modified cellulose fibers of the present invention. Cellulose fibers, and compounding agents that can be used in the rubber industry. Examples of compounding agents that can be used in the rubber industry include reinforcing agents (eg, carbon black, silica, etc.), silane coupling agents, crosslinking agents, vulcanization accelerators, and vulcanization accelerators (eg, zinc oxide, stearic acid). ), Oils, cured resins, waxes, anti-aging agents, colorants and the like, which can be used in the rubber industry. Of these, vulcanization accelerators and vulcanization accelerators are preferred. What is necessary is just to determine suitably content of an arbitrary component according to the kind etc. of an arbitrary component, and it does not specifically limit.

ゴム組成物が未加硫ゴム組成物又は最終製品である場合、架橋剤を含むことが好ましい。架橋剤としては、例えば、硫黄、ハロゲン化硫黄、有機過酸化物、キノンジオキシム類、有機多価アミン化合物、メチロール基を有するアルキルフェノール樹脂等が挙げられる。これらの中でも硫黄が好ましい。架橋剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対し1.0質量部以上が好ましく、1.5質量部以上がより好ましく、1.7質量部以上がさらに好ましい。上限は、10質量部以下が好ましく、7質量部以下が好ましく、5質量部以下がさらに好ましい。   When the rubber composition is an unvulcanized rubber composition or a final product, it is preferable to include a crosslinking agent. Examples of the crosslinking agent include sulfur, sulfur halides, organic peroxides, quinone dioximes, organic polyvalent amine compounds, alkylphenol resins having a methylol group, and the like. Among these, sulfur is preferable. 1.0 mass part or more is preferable with respect to 100 mass parts of rubber components, as for content of a crosslinking agent, 1.5 mass parts or more is more preferable, and 1.7 mass parts or more is further more preferable. The upper limit is preferably 10 parts by mass or less, preferably 7 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less.

加硫促進剤としては、例えば、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドが挙げられる。加硫促進剤の含有量は、ゴム成分に対し0.1質量部が好ましく、0.3質量部以上がより好ましく、0.4質量部以上がさらに好ましい。上限は、5質量部以下が好ましく、3質量部以下が好ましく、2質量部以下がさらに好ましい。   Examples of the vulcanization accelerator include Nt-butyl-2-benzothiazole sulfenamide and N-oxydiethylene-2-benzothiazolyl sulfenamide. The content of the vulcanization accelerator is preferably 0.1 parts by mass, more preferably 0.3 parts by mass or more, and still more preferably 0.4 parts by mass or more with respect to the rubber component. The upper limit is preferably 5 parts by mass or less, preferably 3 parts by mass or less, and more preferably 2 parts by mass or less.

ゴム組成物中の各成分は、それぞれ独立して存在してもよく、また、少なくとも2成分の反応物など複合体として存在してもよい。ゴム組成物中の各成分の含有量は、通常、原料としての使用量に準じる。   Each component in the rubber composition may exist independently, or may exist as a complex such as a reaction product of at least two components. The content of each component in the rubber composition usually conforms to the amount used as a raw material.

[ゴムの用途]
本発明のマスターバッチ及びゴム組成物の最終製品であるゴムの用途は、特に限定されず、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器等;パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等;携帯電話等の移動通信機器等;携帯音楽再生機器、映像再生機器、印刷機器、複写機器、スポーツ用品等;建築材;文具等の事務機器等、容器、コンテナー等が挙げられる。これら以外であっても、ゴムや柔軟なプラスチックが用いられている部材への適用が可能であり、タイヤへの適用が好適である。タイヤとしては例えば、乗用車用、トラック用、バス用、重車両用などの空気入りタイヤが挙げられる。
[Use of rubber]
The use of rubber, which is the final product of the masterbatch and rubber composition of the present invention, is not particularly limited, for example, transportation equipment such as automobiles, trains, ships, airplanes, etc .; electrical appliances such as personal computers, televisions, telephones, watches, etc. Mobile communication equipment such as mobile phones; portable music playback equipment, video playback equipment, printing equipment, copying equipment, sports equipment, etc .; building materials; office equipment such as stationery, containers, containers, etc. Other than these, application to members using rubber or flexible plastic is possible, and application to tires is preferable. Examples of the tire include pneumatic tires for passenger cars, trucks, buses, heavy vehicles, and the like.

5.製造方法
本発明のマスターバッチ及びゴム組成物の製法は特に限定されないが、本発明の変性セルロース繊維又はその分散液にゴム成分を添加することを含む方法により製造されることが好ましい。これにより、上述した本発明のゴム組成物を効率よく製造できる。
5. Production Method The production method of the masterbatch and rubber composition of the present invention is not particularly limited, but it is preferably produced by a method comprising adding a rubber component to the modified cellulose fiber of the present invention or a dispersion thereof. Thereby, the rubber composition of this invention mentioned above can be manufactured efficiently.

変性セルロース繊維又はその分散液へ添加されるゴム成分の形態は特に限定されず、ゴム成分の固形物でもよいし、ゴム成分を含む液(例えば、ゴム成分分散液(ラテックス)又はゴム成分溶液)でもよい。ゴム成分分散液の分散媒及び溶液の溶媒(以下、まとめて「液体」ともいう)としては、例えば、水、有機溶媒が挙げられる。液体の量は、ゴム成分(2以上のゴム成分を使用する場合、その合計量)100質量部に対して、10〜1000質量部が好ましい。   The form of the rubber component added to the modified cellulose fiber or dispersion thereof is not particularly limited, and may be a solid rubber component or a liquid containing a rubber component (for example, a rubber component dispersion (latex) or a rubber component solution). But you can. Examples of the dispersion medium of the rubber component dispersion and the solvent of the solution (hereinafter, collectively referred to as “liquid”) include water and organic solvents. The amount of the liquid is preferably 10 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component (the total amount when two or more rubber components are used).

変性セルロース繊維分散液へゴム成分を添加した後、通常は、混合する。混合は、ホモミキサー、ホモジナイザー、プロペラ攪拌機等の公知の装置を用いて実施できる。混合の際の温度は、室温(20〜30℃)が好ましい。任意成分の添加時期は、各成分に応じて適宜定めればよい。   After the rubber component is added to the modified cellulose fiber dispersion, it is usually mixed. Mixing can be carried out using a known apparatus such as a homomixer, a homogenizer, or a propeller stirrer. The temperature at the time of mixing is preferably room temperature (20 to 30 ° C.). What is necessary is just to determine suitably the addition time of an arbitrary component according to each component.

凝固後には、脱水(乾燥)を行ってもよい。脱水の方法は特に限定されないが、加熱処理によることが好ましい。加熱処理の条件は、特に限定されないが、一例を挙げると以下のとおりである。加熱温度は、40℃以上100℃未満が好ましい。処理時間は、1時間〜24時間が好ましい。上記条件とすることにより、ゴム成分に対するダメージを抑え得る。乾燥後の混合物は絶乾状態でもよいが、溶媒が残存していてもよい。また、上記以外の溶媒を除去する方法としては、特に制限されず従来公知の方法で行うことができる。例えば、酸や塩を添加することにより混合物を凝固させ、脱水、洗浄して乾燥する方法が挙げられる。   After coagulation, dehydration (drying) may be performed. The method of dehydration is not particularly limited, but is preferably by heat treatment. The conditions for the heat treatment are not particularly limited, but an example is as follows. The heating temperature is preferably 40 ° C. or higher and lower than 100 ° C. The treatment time is preferably 1 to 24 hours. By setting it as the said conditions, the damage with respect to a rubber component can be suppressed. The mixture after drying may be in an absolutely dry state, but the solvent may remain. Moreover, it does not restrict | limit especially as a method of removing solvents other than the above, It can carry out by a conventionally well-known method. For example, there is a method of coagulating the mixture by adding an acid or salt, dehydrating, washing and drying.

回収された凝固物は、洗浄することが好ましい。これにより、不純物が効率的に除去され得るので、ゴム組成物の種々の性能向上に繋げることができる。   The recovered coagulum is preferably washed. Thereby, since an impurity can be removed efficiently, it can lead to various performance improvement of a rubber composition.

回収された凝固物は、そのままマスターバッチとして利用できる。凝固物から最終製品を得る際には、凝固物に対しゴム成分が追加添加され混合(例えば、素練り及び混練り)されることが好ましい。   The recovered coagulum can be used as it is as a master batch. When obtaining a final product from the coagulated product, it is preferable to add a rubber component to the coagulated product and mix (for example, kneading and kneading).

混合の際の(例えば、素練り及び混練りの際の)の温度は、常温程度(例えば、15〜30℃程度)でもよいし、ゴム成分が架橋反応しない程度に高温に加熱してもよい。例えば、140℃以下、より好ましくは120℃以下である。また下限は通常40℃以上、好ましくは60℃以上である。従って加熱温度は、40〜140℃程度が好ましく、60〜120℃程度がより好ましい。混合は、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、オープンロール等の装置を用いて実施し得る。   The temperature at the time of mixing (for example, during mastication and kneading) may be about room temperature (for example, about 15 to 30 ° C.), or may be heated to a high temperature so that the rubber component does not undergo a crosslinking reaction. . For example, it is 140 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or lower. Moreover, a minimum is 40 degreeC or more normally, Preferably it is 60 degreeC or more. Accordingly, the heating temperature is preferably about 40 to 140 ° C, more preferably about 60 to 120 ° C. Mixing can be performed using apparatuses, such as a Banbury mixer, a kneader, and an open roll, for example.

混合終了後に、必要に応じて成形を行ってもよい。成形装置としては、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等が挙げられ、最終製品の形状、用途、成形方法に応じて適宜選択すればよい。   You may shape | mold as needed after completion | finish of mixing. Examples of the molding apparatus include mold molding, injection molding, extrusion molding, hollow molding, and foam molding, and may be appropriately selected according to the shape, application, and molding method of the final product.

凝固物を最終製品とする前に、必要に応じ仕上げ処理を行ってもよい。仕上げ処理としては例えば、研磨、表面処理、リップ仕上げ、リップ裁断、塩素処理などが挙げられ、これらの処理のうち1つのみを行ってもよいし2つ以上の組み合わせであってもよい。   You may perform a finishing process as needed before making a solidified material into a final product. Examples of the finishing treatment include polishing, surface treatment, lip finishing, lip cutting, and chlorination, and only one of these treatments may be performed, or a combination of two or more may be used.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although an example is given and the present invention is explained still in detail, the present invention is not limited to these.

<実施例1>
漂白済み針葉樹未叩解パルプ(日本製紙社製)5g(絶乾)を、TEMPO(Sigma Aldrich社製)78mg(0.5mmol)と臭化ナトリウム754mg(7.4mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液14ml添加した後、0.5N塩酸水溶液でpHを10.3に調整し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHは低下するので、0.5N水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に維持した。2時間反応させた後、ガラスフィルターで濾過し、十分に水洗することでカルボキシ基量1.6mmol/gの酸化セルロースを得た。
<Example 1>
5 g (absolutely dried) of bleached softwood unbeaten pulp (Nippon Paper Industries) was added to 500 ml of an aqueous solution in which 78 mg (0.5 mmol) of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) and 754 mg (7.4 mmol) of sodium bromide were dissolved. Stir until the pulp is uniformly dispersed. After adding 14 ml of 2M aqueous sodium hypochlorite solution to the reaction system, the pH was adjusted to 10.3 with 0.5N aqueous hydrochloric acid solution to initiate the oxidation reaction. Since the pH in the system was lowered during the reaction, a 0.5N sodium hydroxide aqueous solution was sequentially added to maintain the pH at 10. After reacting for 2 hours, the mixture was filtered through a glass filter and washed thoroughly with water to obtain oxidized cellulose having a carboxyl group content of 1.6 mmol / g.

次いで、得られた酸化セルロースのスラリーを水で1%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、140MPa)で3回処理し、透明なゲル状のカルボキシ化セルロースナノファイバー塩の分散液(1%(w/v):水分散液A)を得た。   Subsequently, the obtained slurry of oxidized cellulose was adjusted to 1% (w / v) with water, treated with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 140 MPa) three times, and a transparent gel-like carboxylated cellulose nanofiber salt was obtained. A dispersion (1% (w / v): aqueous dispersion A) was obtained.

水分散液Aを120℃のオートクレーブ(ヤマト科学株式会社 SB310)中で30分間加熱する加熱処理を行い、加熱処理済み酸型カルボキシ基含有セルロースナノファイバー水分散液A1を得た。   The aqueous dispersion A was heated in an autoclave at 120 ° C. (Yamato Scientific Co., Ltd., SB310) for 30 minutes to obtain a heat-treated acid-type carboxy group-containing cellulose nanofiber aqueous dispersion A1.

<実施例2>
水分散液Aの加熱処理における加熱時間を60分に変更したほかは、実施例1と同様の処理を行い、加熱処理済みカルボキシ基含有セルロースナノファイバー水分散液A2を得た。
<Example 2>
Except having changed the heat time in the heat processing of the aqueous dispersion A into 60 minutes, the process similar to Example 1 was performed and the heat-processed carboxyl group containing cellulose nanofiber aqueous dispersion A2 was obtained.

<実施例3>
水分散液Aの加熱処理における加熱時間を120分に変更したほかは、実施例1と同様の処理を行い、加熱処理済みカルボキシ基含有セルロースナノファイバー水分散液A3を得た。
<Example 3>
Except having changed the heat time in the heat processing of the aqueous dispersion A into 120 minutes, the process similar to Example 1 was performed and the heat-processed carboxyl group containing cellulose nanofiber aqueous dispersion A3 was obtained.

<比較例1>
実施例1において得られる水分散液Aをそのまま用いた。
<Comparative Example 1>
The aqueous dispersion A obtained in Example 1 was used as it was.

実施例1〜3、比較例1で得た各水分散液のL*、a*、b*、ΔE、YI(E)、透過率及び接触角を以下の条件で測定、算出した。結果を表1及び2に示す。 L * , a * , b * , ΔE, YI (E), transmittance and contact angle of each aqueous dispersion obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were measured and calculated under the following conditions. The results are shown in Tables 1 and 2.

<L*、a*、b*、ΔE、YI(E)の測定>
分光色差計(商品名:SE7700、日本電色工業株式会社製)を用いて、C光源、2°視野の条件で、各水分散液のL*、a*、b*、YI(E)、加熱前後の色差(ΔE)を測定、算出した。
<Measurement of L * , a * , b * , ΔE, YI (E)>
Using a spectral color difference meter (trade name: SE7700, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.) under the conditions of a C light source and a 2 ° field of view, L * , a * , b * , YI (E), The color difference (ΔE) before and after heating was measured and calculated.

<透過率の測定>
各分散液の660nm光の透過率を、UV−VIS分光光度計UV−265FS(島津製作所社製)を用いて測定した。
<Measurement of transmittance>
The transmittance of 660 nm light of each dispersion was measured using a UV-VIS spectrophotometer UV-265FS (manufactured by Shimadzu Corporation).

<接触角の測定>
実施例及び比較例で得られた各分散液をグラシン紙(坪量30g/m2)に対して片面あたり2g/m2の乾燥塗工量となるよう、マイヤーバーを用いて塗工した後、シリンダドライヤーにて乾燥しサンプルを得た。サンプルの表面に対し5μlの水を滴下し、滴下後0.1秒後、1秒後、及び10秒後の水の接触角を、接触角測定器(商品名:DAT1122、メーカー:Fibro社)を用いて、温度23℃、湿度(相対湿度)50%の条件で測定した。
<Measurement of contact angle>
After applying each dispersion obtained in Examples and Comparative Examples using a Meyer bar so that the dry coating amount is 2 g / m 2 per side with respect to glassine paper (basis weight 30 g / m 2 ). The sample was obtained by drying with a cylinder dryer. 5 μl of water is dropped onto the surface of the sample, and after 0.1 seconds, 1 second, and 10 seconds after dropping, the contact angle of water is measured by a contact angle measuring device (trade name: DAT1122, manufacturer: Fibro). Was measured under the conditions of a temperature of 23 ° C. and a humidity (relative humidity) of 50%.

なお、上記製造例におけるカルボキシ基量、カルボキシメチル置換度は、上段にて説明した方法により測定された。   In addition, the amount of carboxy groups and the degree of carboxymethyl substitution in the above production examples were measured by the method described above.

Figure 2018199755
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Figure 2018199755
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表1及び2より、以下のことが分かる。実施例1〜3の加熱処理済みカルボキシ基含有セルロースナノファイバー水分散液A1〜3は、75≦L*≦95、5≦b*≦35を満たしている。一方、比較例1の水分散液Aのb*は、水分散液A1〜3と比較して小さい(b*<5)。一方、実施例1〜3の水分散液A1〜3の接触角は、比較例1の水分散液Aの接触角よりも大きく、このことは水分散液A1〜3に含まれるカルボキシ基含有セルロースナノファイバーは表面の疎水性が高いことを示している。 From Tables 1 and 2, the following can be understood. The heat-treated carboxy group-containing cellulose nanofiber aqueous dispersions A1 to A3 of Examples 1 to 3 satisfy 75 ≦ L * ≦ 95 and 5 ≦ b * ≦ 35. On the other hand, b * of the aqueous dispersion A of Comparative Example 1 is smaller than that of the aqueous dispersions A1 to A3 (b * <5). On the other hand, the contact angles of the aqueous dispersions A1 to A3 of Examples 1 to 3 are larger than the contact angle of the aqueous dispersion A of Comparative Example 1, which is a carboxy group-containing cellulose contained in the aqueous dispersions A1 to A3. Nanofibers show high surface hydrophobicity.

これらの結果は、本発明のカルボキシ基含有セルロースナノファイバーが良好な表面疎水性を有し得ること、ゴム等の疎水性材料と良好な界面結合力を発揮し得ること、当該ナノファイバーを含むゴム組成物は良好な強度を有し得ること、を示している。   These results show that the carboxy group-containing cellulose nanofibers of the present invention can have good surface hydrophobicity, can exhibit good interfacial bonding force with hydrophobic materials such as rubber, and rubbers containing the nanofibers It shows that the composition can have good strength.

Claims (19)

1質量%水分散液のCIELab色空間におけるb*が5≦b*≦35である、変性セルロース繊維。 Modified cellulose fiber in which b * in the CIELab color space of the 1% by mass aqueous dispersion is 5 ≦ b * ≦ 35. 1質量%水分散液のCIELab色空間におけるL*及びa*がそれぞれ75≦L*≦95、−2≦a*≦2である、請求項1に記載の繊維。 The fiber according to claim 1, wherein L * and a * in the CIELab color space of the 1% by mass aqueous dispersion are 75 ≦ L * ≦ 95 and −2 ≦ a * ≦ 2, respectively. 1質量%水分散液のイエローインデックスが8.5以上である、請求項1又は2に記載の繊維。   The fiber according to claim 1 or 2, wherein the yellow index of the 1 mass% aqueous dispersion is 8.5 or more. カルボキシ変性セルロース繊維である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維。   The fiber according to any one of claims 1 to 3, which is a carboxy-modified cellulose fiber. カルボキシ基含有量が、変性セルロース繊維の絶乾質量に対して0.5mmol/g〜3.0mmol/gであるカルボキシ変性セルロース繊維である、請求項4に記載の繊維。   The fiber according to claim 4, which is a carboxy-modified cellulose fiber having a carboxy group content of 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g with respect to the absolutely dry mass of the modified cellulose fiber. カルボキシメチル変性セルロース繊維である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維。   The fiber according to any one of claims 1 to 3, which is a carboxymethyl-modified cellulose fiber. グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が、0.01〜0.50であるカルボキシメチル変性セルロース繊維である、請求項6に記載の繊維。   The fiber according to claim 6, which is a carboxymethyl-modified cellulose fiber having a degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of 0.01 to 0.50. セルロースナノファイバーである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の繊維。   The fiber according to any one of claims 1 to 7, which is a cellulose nanofiber. 酸型セルロース繊維又は塩型セルロース繊維である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の繊維。   The fiber according to any one of claims 1 to 8, which is an acid-type cellulose fiber or a salt-type cellulose fiber. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維を含む、分散液。   Dispersion liquid containing the fiber of any one of Claims 1-9. 水分散液である、請求項10に記載の分散液。   The dispersion according to claim 10, which is an aqueous dispersion. セルロース系原料のアニオン変性処理を行いアニオン変性セルロース繊維を得ること、
前記アニオン変性セルロース繊維又はその分散液を105℃〜150℃で20分間〜180分間加熱する加熱処理を行い加熱処理物を得ること
を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維、若しくは請求項10又は11に記載の分散液の製造方法。
Obtaining an anion-modified cellulose fiber by anion-modifying the cellulose-based raw material;
The fiber according to any one of claims 1 to 9, comprising heat-treating the anion-modified cellulose fiber or dispersion thereof at 105 ° C to 150 ° C for 20 minutes to 180 minutes to obtain a heat-treated product. Or the manufacturing method of the dispersion liquid of Claim 10 or 11.
加熱処理後のアニオン変性セルロース繊維の1質量%水分散液の、加熱処理前のアニオン変性セルロース繊維の1質量%水分散液に対する色差が1以上50以下となるように行う、請求項12に記載の方法。   It is performed so that the color difference with respect to 1 mass% aqueous dispersion of the anion modified cellulose fiber before heat processing of the 1 mass% aqueous dispersion of the anion modified cellulose fiber after heat processing may be 1 or more and 50 or less. the method of. 前記加熱処理は、10kPa(gage)〜400kPa(gage)の圧力下で行う、請求項12又は13に記載の方法。   The method according to claim 12 or 13, wherein the heat treatment is performed under a pressure of 10 kPa (gage) to 400 kPa (gage). 前記加熱処理は、オートクレーブを用いて行う、請求項12〜14のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the heat treatment is performed using an autoclave. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維及びゴム成分を含む、マスターバッチ又はゴム組成物。   A masterbatch or a rubber composition comprising the fiber according to any one of claims 1 to 9 and a rubber component. 前記ゴム成分が、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム及びスチレン−ブタジエン共重合体ゴムからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項16に記載のマスターバッチ又はゴム組成物。   The masterbatch or rubber composition according to claim 16, wherein the rubber component includes at least one selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene rubber, natural rubber, chloroprene rubber, and styrene-butadiene copolymer rubber. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の繊維に、若しくは、請求項10又は11に記載の分散液に、ゴム成分を添加することを含む、マスターバッチ又はゴム組成物の製造方法。   The manufacturing method of a masterbatch or a rubber composition including adding a rubber component to the fiber of any one of Claims 1-9, or the dispersion liquid of Claim 10 or 11. 前記ゴム成分が、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム及びスチレン−ブタジエン共重合体ゴムからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項18に記載の方法。   The method according to claim 18, wherein the rubber component includes at least one selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene rubber, natural rubber, chloroprene rubber, and styrene-butadiene copolymer rubber.
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