JP2019157294A - Method for producing cellulose nanofiber molded body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルロースナノファイバー成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a cellulose nanofiber molded body.
近年、物質をナノメートルレベルまで微細化し、物質が持つ従来の性状とは異なる新たな物性を得ることを目的としたナノテクノロジーが注目されている。化学処理、粉砕処理等によりセルロース系原料であるパルプから製造されるセルロースナノファイバー(以下、「CNF」と略記することもある)は、強度、弾性、熱安定性等に優れている。このCNFの成形体は、バイオマス由来の高強度材料として、各種用途への活用が期待されている。 In recent years, nanotechnology that aims to refine materials to the nanometer level and obtain new physical properties that are different from conventional properties of materials has attracted attention. Cellulose nanofibers (hereinafter sometimes abbreviated as “CNF”) produced from pulp that is a cellulosic material by chemical treatment, pulverization treatment, etc. are excellent in strength, elasticity, thermal stability, and the like. The CNF compact is expected to be used in various applications as a biomass-derived high-strength material.
CNFは、通常、水分散状態のパルプ等を微細化することにより得られる。従って、CNFのスラリー(CNF含水体)からCNFの成形体を得ようとする場合、スラリーを脱水し、成形する必要がある。このようにCNFのスラリーを脱水しCNF成形体を得る方法としては、CNF含有スラリーを型枠に充填し、荷重をかけて熱プレスを行う方法が提案されている(特開2016−94683号公報参照)。 CNF is usually obtained by refining water-dispersed pulp or the like. Therefore, when it is intended to obtain a CNF compact from a CNF slurry (CNF hydrous), it is necessary to dehydrate and mold the slurry. As a method for obtaining a CNF compact by dehydrating a CNF slurry as described above, a method of filling a CNF-containing slurry in a mold and applying a load to heat press has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-94683). reference).
CNFの含水体からCNF成形体を得る場合、CNF含水体を型枠内で加圧脱水した後にそのまま加熱する、あるいは加圧脱水と同時に加熱すると、型枠を加熱するための余分なエネルギーが必要となる。このため、加圧脱水したCNF含水体を型枠から取り出して、取り出したCNF含水体に対して、加熱と共に加圧乾燥を行うことが好ましいとも考えられる。しかし、発明者らは、この方法では、十分に弾性率の高いCNF成形体を得ることができないことを知見した。 When a CNF molded body is obtained from a CNF hydrate, if the CNF hydrate is pressure dehydrated in a mold and then heated as it is or if it is heated simultaneously with pressure dehydration, extra energy is required to heat the mold It becomes. For this reason, it is considered that it is preferable to take out the CNF water-containing body subjected to pressure dehydration from the mold and perform pressure drying together with heating on the taken-out CNF water-containing body. However, the inventors have found that this method cannot obtain a CNF compact having a sufficiently high elastic modulus.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、弾性率の高いセルロースナノファイバー成形体を得ることができる製造方法を提供することである。 This invention is made | formed based on the above situations, The objective is to provide the manufacturing method which can obtain a cellulose nanofiber molded object with a high elasticity modulus.
上記課題を解決するためになされた発明は、セルロースナノファイバー及び水を含むセルロースナノファイバー含水体を加熱せずに加圧する第1加圧工程、及び上記セルロースナノファイバー含水体を加熱しながら加圧する第2加圧工程をこの順に備え、第1加圧工程と第2加圧工程との間で脱圧せずに、第1加圧工程と第2加圧工程とを連続して行うセルロースナノファイバー成形体の製造方法である。 The invention made in order to solve the above problems includes a first pressurizing step of pressurizing a cellulose nanofiber hydrate containing cellulose nanofiber and water without heating, and pressurizing the hydrated cellulose nanofiber while heating. Cellulose nano comprising the second pressurization step in this order and continuously performing the first pressurization step and the second pressurization step without depressurization between the first pressurization step and the second pressurization step. It is a manufacturing method of a fiber molded object.
当該製造方法によれば、弾性率の高いセルロースナノファイバー成形体を得ることができる。この理由は定かでは無いが、加熱せずに加圧する第1加圧工程と、加熱しながら加圧する第2加圧工程との間を脱圧せずに連続して行うことで、セルロース同士の密な水素結合ネットワークが形成され、これにより弾性率が高まるものと推測される。また、第1加圧工程では加熱せず加圧のみで水分率を下げ、その加圧状態、すなわちセルロース同士が密な状態を維持したまま、第2加圧工程での加熱と加圧によりセルロース間に密な水素結合が形成されたセルロースナノファイバー成形体を得られることが、成形体の弾性率を高める要因となっているものと推測される。 According to the said manufacturing method, a cellulose nanofiber molded object with a high elasticity modulus can be obtained. The reason for this is not clear, but by continuously performing without depressurization between the first pressurizing step of pressurizing without heating and the second pressurizing step of pressurizing while heating, It is presumed that a dense hydrogen bond network is formed, which increases the elastic modulus. Further, in the first pressurizing step, the moisture content is reduced only by pressurization without heating, and the cellulose is obtained by heating and pressurizing in the second pressurizing step while maintaining the pressurized state, that is, the cellulose is in a dense state. It can be presumed that obtaining a cellulose nanofiber molded body in which dense hydrogen bonds are formed is a factor for increasing the elastic modulus of the molded body.
上記第1加圧工程及び第2加圧工程における加圧を、型枠内の上記セルロースナノファイバー含水体に対し、熱プレス機を用いて行うことが好ましい。このようにすることで、所望する形状を有する弾性率の高い成形体を効率的に得ることができる。 The pressurization in the first pressurization step and the second pressurization step is preferably performed using a hot press machine on the cellulose nanofiber hydrated body in the mold. By doing in this way, the molded object with a desired shape and a high elastic modulus can be obtained efficiently.
当該製造方法は、上記第1加圧工程より前に、メッシュ状部材を介してセルロースナノファイバー含水体を脱水する予備脱水工程をさらに備え、上記予備脱水工程において、上記第1加圧工程における加圧よりも小さい加圧力で上記セルロースナノファイバー含水体を加圧することが好ましい。このような予備脱水工程を設けることで、セルロースナノファイバーの流出を抑えながら、効率的に予備的な脱水を行うことができる。 The manufacturing method further includes a preliminary dehydration step of dehydrating the cellulose nanofiber hydrated body via the mesh-like member before the first pressurization step, and in the preliminary dehydration step, the addition in the first pressurization step is performed. It is preferable to pressurize the cellulose nanofiber hydrate with a pressure smaller than the pressure. By providing such a preliminary dehydration step, it is possible to efficiently perform preliminary dehydration while suppressing the outflow of cellulose nanofibers.
ここで、「セルロースナノファイバー」とは、パルプ等の植物原料を解繊して得られる微細なセルロース繊維であって、繊維幅がナノサイズ(1nm以上1000nm以下)のものをいう。 Here, the “cellulose nanofiber” refers to a fine cellulose fiber obtained by defibrating a plant raw material such as pulp and having a fiber width of nanosize (1 nm to 1000 nm).
本発明によれば、弾性率の高いセルロースナノファイバー成形体を得ることができる製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method which can obtain a cellulose nanofiber molded object with a high elasticity modulus can be provided.
以下、適宜図面を参照にしつつ、本発明の一実施形態に係るCNF成形体の製造方法について詳説する。 Hereinafter, a method for producing a CNF molded body according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
当該CNF成形体の製造方法は、
CNF及び水を含むCNF含水体を加熱せずに加圧する第1加圧工程、及び
上記CNF含水体を加熱しながら加圧する第2加圧工程
をこの順に備える。
The method for producing the CNF compact is as follows:
A first pressurizing step for pressurizing the CNF hydrous body containing CNF and water without heating, and a second pressurizing step for pressurizing the CNF hydrous body while heating are provided in this order.
当該CNF成形体の製造方法は、第1加圧工程の前に、透水性を有する部材、例えばメッシュ状部材を介してCNF含水体を脱水する予備脱水工程をさらに備えることが好ましい。すなわち、図1に示すように、当該製造方法によれば、CNF含水体を用い、第1加圧工程及び第2加圧工程を経て、より好ましくは、予備脱水工程、第1加圧工程及び第2加圧工程を経てCNF成形体を得ることができる。なお、当該製造方法は、加圧工程を更に複数段階に分けても良く、これらの工程以外の他の工程をさらに備えていてもよい。以下、予備脱水工程、第1加圧工程及び第2加圧工程を経る手段を例に取り、上記工程順に当該製造方法について詳説する。 It is preferable that the manufacturing method of the said CNF molded object is further equipped with the preliminary | backup dehydration process which spin-dry | dehydrates a CNF hydrated body through the member which has water permeability, for example, a mesh-shaped member, before a 1st pressurization process. That is, as shown in FIG. 1, according to the manufacturing method, the CNF hydrated body is used, and the first pressurization step and the second pressurization step are performed. A CNF molded object can be obtained through a 2nd pressurization process. In the manufacturing method, the pressurizing process may be further divided into a plurality of stages, and may further include other processes other than these processes. Hereinafter, taking the means through the preliminary dehydration step, the first pressurization step and the second pressurization step as an example, the production method will be described in detail in the order of the above steps.
(予備脱水工程における装置、原料等)
図2は、上記予備脱水工程の一例の状態を示す模式的な説明図である。まず、予備脱水工程で用いられる装置、原料等について、図2を参照しつつ説明する。
(Equipment, raw materials, etc. in preliminary dehydration process)
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing an example of the preliminary dehydration step. First, the apparatus and raw materials used in the preliminary dehydration step will be described with reference to FIG.
図2の型枠11は、形状を限定するものではないが、得られる成形体の汎用性とCNF含水体の均等な脱水を得るためなどから、好ましくは直方体状の内面形状を有する。また、型枠11は、好ましくは底の無い枠体を適宜利用できる。型枠11の材質は特に限定されるものではなく、金属、樹脂、木材等を挙げることができるが、加熱を行いながら加圧することを考慮した熱伝導性、耐久性等の観点から、金属が好ましい。
The
型枠11は、例えば上面が平面である水平な台(図示しない)の上に載置されている。なお、型枠11が置かれた台は、加圧に耐えられる強度のものであれば特に限定されず、一般的な金属製、木製、樹脂製等のものを用いることができる。また、この台の少なくとも上面側は、効率的に排水がされるように、透水性の素材が用いられ、例えば網状、メッシュ状、多孔質状などであってよい。
For example, the
型枠11の底(すなわち、型枠11内における図示しない台の上面)には、透水性の素材として例えば紙13が敷かれている。このように紙13を積層することで、クッション性が高まり、急激な圧力変化が緩和され、徐々に圧力を高めることができるため、CNFの流出をより抑制することなどができる。この好適に採用される紙13は、和紙、洋紙、板紙等特に限定されるものではなく、公知の透水性を有するものを用いることができる。また、紙13は、1枚であってもよく、2枚以上を積層してもよい。
For example,
紙13の厚さの下限としては、例えば0.05mmであり、0.1mmが好ましい。紙13の厚さを上記下限以上とすることで、より十分なクッション性が確保でき、予備脱水工程における急激な圧力上昇を緩和することによるCNFの流出抑制機能を高めることができる。一方、この厚さの上限としては、例えば2mmである。なお、この紙13の厚さは、複数枚の紙を積層して用いる場合は、積層状態の複数枚の紙全体の厚さをいう。
The lower limit of the thickness of the
また、この紙13が敷かれていることで、後述する充填されたCNF含水体15中の水分がメッシュ状シート14を介して紙13へ移行するため、脱水効率を高めることもできる。なお、紙13の厚さが上記上限以上である場合、紙13に移行した水分が圧力解放後にCNF含水体(成形体)に戻る量が多くなるため、脱水の効率性が低下することとなる。なお、クッション性及び脱水性のいずれの観点からも、紙13は低密度であることが好ましい。また、脱水性の観点からは、紙13はサイズ性が低いことが好ましい。このような観点からは、紙13としては、ろ紙を好適に用いることができる。
In addition, since the
紙13の上面には、透水性の素材としてメッシュ状部材の一例であるメッシュ状シート14が積層されている。このメッシュ状シート14の材質としては特に限定されず、金属、樹脂、その他繊維状材料などであってよい。すなわち、メッシュ状シート14は、金網、プラスチックワイヤー、ろ布(織布、不織布等)などであってよい。メッシュ状シート14のメッシュの形状は特に限定されず、平織、綾織、畳織、綾畳織等のいずれであってもよい。
On the upper surface of the
メッシュ状シート14の目数の下限としては、100メッシュが好ましく、200メッシュがより好ましい。上記下限以上とすることで、加圧以前に充填した時点でCNFが流出することを抑制することができる。また、上記下限以上でも目数が大きいと段階的に加圧する速度が遅くなるので、効率的には200メッシュ以上がよりよい。一方、この目数の上限としては、500メッシュが好ましく、400メッシュがより好ましい。上記上限以下とすることで、十分な目開きが確保でき、脱水の効率性を高めることができる。但し、上限以下でも脱水が遅くなったり、段階的な加圧制御がし難くなるため、400メッシュ以下がより好ましい。
As a minimum of the mesh number of the mesh-like sheet |
メッシュ状シート14の線径の下限としては、25μmが好ましく、30μmがより好ましい。一方、この線径の上限としては、100μmが好ましく、50μmがより好ましい。メッシュ状シート14の線径を上記下限以上とすることで、適度な小ささの目開き寸法を確保でき、予備脱水工程におけるCNFの流出をより抑制することができる。一方、メッシュ状シート14の線径を上記上限以下とすることで、目開き寸法が小さくなりすぎることを抑え、より効率的な脱水を行うことができる。
The lower limit of the wire diameter of the
このように、底に紙13及びメッシュ状シート14が順に積層された型枠11内に、CNF含水体15が充填されている。CNF含水体15は、CNF及び分散媒としての水を含むスラリーであり、さらにその他の成分が含有されていてもよい。
Thus, the
CNFは、通常、植物原料(繊維原料)を公知の方法により解繊することにより得ることができる。このCNFの原料は、植物原料であれば特に限定されないが、パルプが好ましい。 CNF can be usually obtained by fibrillating plant raw materials (fiber raw materials) by a known method. Although the raw material of this CNF will not be specifically limited if it is a plant raw material, A pulp is preferable.
CNFの原料となるパルプとしては、例えば
広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)等の広葉樹クラフトパルプ(LKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)等の針葉樹クラフトパルプ(NKP)等の化学パルプ;
ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、晒サーモメカニカルパルプ(BTMP)等の機械パルプ;
茶古紙、クラフト封筒古紙、雑誌古紙、新聞古紙、チラシ古紙、オフィス古紙、段ボール古紙、上白古紙、ケント古紙、模造古紙、地券古紙、更紙古紙等から製造される古紙パルプ;
古紙パルプを脱墨処理した脱墨パルプ(DIP)などが挙げられる。これらは、本発明の効果を損なわない限り、単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
Examples of pulp used as a raw material for CNF include hardwood kraft pulp (LKP) such as hardwood bleached kraft pulp (LBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), and softwood unbleached kraft pulp (NUKP). ) Chemical pulp such as conifer kraft pulp (NKP);
Stone Grand Pulp (SGP), Pressurized Stone Grand Pulp (PGW), Refiner Grand Pulp (RGP), Chemi Grand Pulp (CGP), Thermo Grand Pulp (TGP), Grand Pulp (GP), Thermo Mechanical Pulp (TMP), Mechanical pulp such as chemi-thermomechanical pulp (CTMP) and bleached thermomechanical pulp (BTMP);
Waste paper pulp made from tea waste paper, craft envelope waste paper, magazine waste paper, newspaper waste paper, leaflet waste paper, office waste paper, corrugated waste paper, Kami white waste paper, Kent waste paper, imitation waste paper, lottery waste paper, waste paper waste paper, etc .;
Examples include deinked pulp (DIP) obtained by deinking waste paper pulp. These may be used singly or may be used in combination of plural kinds as long as the effects of the present invention are not impaired.
CNFの原料となるパルプとしては、これらの中で、高強度成形体を得ることができるなどの点から、化学パルプが好ましく、LKP及びNKPがより好ましい。 Among these, the pulp used as a raw material for CNF is preferably a chemical pulp, more preferably LKP and NKP, from the viewpoint that a high-strength molded body can be obtained.
CNFの製造方法としては、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば水分散状態のパルプを機械的処理による解繊に付してよく、酵素処理、酸処理、TEMPO触媒酸化、リン酸エステル化等の化学的処理を施した後に解繊に付してもよい。 The method for producing CNF is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and a known method can be used. For example, water-dispersed pulp may be subjected to defibration by mechanical treatment, or may be subjected to defibration after chemical treatment such as enzyme treatment, acid treatment, TEMPO catalytic oxidation, and phosphoric acid esterification. .
機械的処理による解繊方法としては、例えばパルプを回転する砥石間で磨砕するグラインダー法、高圧ホモジナイザーを用いた対向衝突法、ボールミル、ロールミル、カッターミル等を用いる粉砕法などが挙げられる。 Examples of the defibrating method by mechanical treatment include a grinder method in which pulp is ground between rotating grindstones, an opposing collision method using a high-pressure homogenizer, a grinding method using a ball mill, a roll mill, a cutter mill, and the like.
上記機械的処理による解繊方法としては、高圧ホモジナイザーにより行うことが好ましい。パルプ繊維に対して高圧ホモジナイザーで処理することで、パルプ繊維同士の衝突などが作用し、解繊が効果的に生じる。これにより、処理回数を低減でき、セルロースナノファイバーの生産性をより高めることができる。 The defibrating method by the mechanical treatment is preferably performed by a high-pressure homogenizer. By treating the pulp fibers with a high-pressure homogenizer, the pulp fibers collide with each other, and defibration occurs effectively. Thereby, the frequency | count of a process can be reduced and the productivity of a cellulose nanofiber can be improved more.
上記高圧ホモジナイザーが対向衝突型高圧ホモジナイザーであり、このとき、パルプ繊維を含むスラリーを一直線上で対向衝突させることが好ましい。このようにすることで高圧ホモジナイザーから与えられるエネルギーを衝突エネルギーに最大限に変換することができ、より効率的なパルプ繊維の解繊が生じる。このようにして得られたセルロースナノファイバーからは、理由は定かではないが他の解繊手段と比べ本件発明の課題である高い弾性率を有するCNF成形体を得ることができる。 The high-pressure homogenizer is a counter-collision type high-pressure homogenizer, and at this time, it is preferable that the slurry containing pulp fibers collide with each other on a straight line. By doing in this way, the energy given from a high pressure homogenizer can be converted into collision energy to the maximum, and more efficient pulp fiber defibration occurs. From the cellulose nanofibers thus obtained, a CNF molded article having a high elastic modulus, which is a problem of the present invention, can be obtained compared to other defibrating means, although the reason is not clear.
なお、CNFの原料となるパルプは解繊の前に予備叩解に付してもよい。予備叩解(機械的前処理)は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体的な方法の例としては、例えば、リファイナーを用いる方法を挙げることができる。 In addition, you may attach | subject the pulp used as the raw material of CNF to pre-beating before defibration. Pre-beating (mechanical pretreatment) is not particularly limited, and a known method can be used. Specific examples of the method include a method using a refiner.
また、CNFの原料となるパルプには、解繊の前に化学的な前処理を施してもよい。この化学的な前処理としては、硫酸等の酸や、酵素などを用いた加水分解処理、オゾンなどの酸化剤を用いた酸化処理などを挙げることができる。このように化学的な前処理を施した後に解繊処理することにより、効率的にCNFを得ることができる。また、前処理として、TEMPO触媒等を用いた酸化や、リン酸エステル化などの処理を行ってもよい。 Moreover, you may perform a chemical pre-process before the fiber opening to the pulp used as the raw material of CNF. Examples of the chemical pretreatment include hydrolysis treatment using an acid such as sulfuric acid, an enzyme, etc., and an oxidation treatment using an oxidizing agent such as ozone. Thus, CNF can be obtained efficiently by performing the defibrating treatment after the chemical pretreatment. In addition, as pretreatment, treatment using a TEMPO catalyst or the like, or phosphoric esterification may be performed.
CNFの保水度は、例えば250%以上500%以下である。このように保水度が高いCNFは脱水が非効率的であるため、効果的に脱水を行うことができるこの予備脱水工程を使用する利点が大きい。CNFの保水度(%)はJAPAN TAPPI No.26に準拠して測定される。 The water retention of CNF is, for example, 250% or more and 500% or less. Since CNF having a high water retention rate is inefficient in dehydration, there is a great advantage in using this preliminary dehydration step that can effectively perform dehydration. The water retention degree (%) of CNF is JAPAN TAPPI No. 26 is measured.
CNFは、水分散状態でレーザー回折法により測定される擬似粒度分布曲線において単一のピークを有することが好ましい。このように、一つのピークを有するCNFは、十分な微細化が進行しており、CNFとしての良好な物性を発揮することができ、得られる成形体の弾性率、強度等をより高めることなどができる。なお、上記単一のピークとなるCNFの粒径(最頻値)としては、例えば5μm以上50μm以下が好ましい。CNFが上記サイズであることで、CNF特有の諸特性をより良好に発揮することができる。「擬似粒度分布曲線」とは、粒度分布測定装置(例えば堀場製作所の粒度分布測定装置「LA−960S」)を用いて測定される体積基準粒度分布を示す曲線を意味する。 CNF preferably has a single peak in a pseudo particle size distribution curve measured by laser diffraction in a water dispersion state. Thus, the CNF having one peak has been sufficiently refined, can exhibit good physical properties as CNF, and can further increase the elastic modulus, strength, etc. of the obtained molded body, etc. Can do. In addition, as a particle size (mode) of CNF used as the said single peak, 5 micrometers or more and 50 micrometers or less are preferable, for example. When CNF is the said size, various characteristics peculiar to CNF can be exhibited more favorably. The “pseudo particle size distribution curve” means a curve indicating a volume-based particle size distribution measured using a particle size distribution measuring device (for example, a particle size distribution measuring device “LA-960S” manufactured by Horiba, Ltd.).
予備脱水工程に供せられるCNF含水体15におけるCNFの含有量としては、0.8質量%超が好ましく、1質量%以上がより好ましく、1.5質量%以上がさらに好ましい。CNF含水体中のCNF含有量を0.8質量%超とすることで、予備脱水工程におけるCNFの流出をより十分に抑制することができる。また、予備脱水工程に係る時間の短縮化を図ることもできる。また、CNF含有量が0.8質量%以下の場合、無加圧でも流動性が高く、充填時にメッシュ状シートからCNFが流出する場合があるが、含有量を0.8質量%超とすることで、このような不都合を解消することができる。一方、このCNFの含有量の上限としては、例えば10質量%であり、5質量%であってもよく、4質量%であってもよく、3質量%であってもよい。CNF含水体15におけるCNFの含有量を上記上限以下とすることで、良好な流動性を確保でき、型枠11への充填性等を高めることができる。また、CNFの含有量を上記上限以下とすることで、厚さや密度のムラを抑制でき、均一性の高い成形体を得ることができる。
The content of CNF in the
CNF含水体15の固形分に占めるCNFの含有量の下限としては、例えば30質量%であってもよいが、50質量%が好ましく、70質量%であってもよく、80質量%であってもよい。CNF含水体15中の固形分におけるCNFの含有量を上記下限以上とすることで、得られる成形体中のCNFの含有比率が高まり、得られる成形体の弾性率等を高めることができる。一方、このCNFの含有量の上限は、99.9質量%であってよく、90質量%であってよく、80質量%であってもよい。
The lower limit of the content of CNF in the solid content of the
CNF含水体15は、CNF以外の繊維状素材を含むことが好ましい。このような繊維状素材としては、CNFより繊維長が長い又は繊維径が太く、かつCNFと水素結合可能な繊維が好ましい。CNF含水体15中に、このような繊維状素材を含有させておくことで、この繊維表面とCNFとが相互作用し、CNFの流出を抑制することができる。このため、CNFの流出が抑制され、効率的な脱水を行うことができる。
It is preferable that the
このような繊維状素材としては、草本・木本由来のパルプ、例えば木材パルプ、綿繊維、絹繊維、麻や羊毛、獣毛、レーヨン繊維、キュプラ繊維等を挙げることができるが、草本・木本由来のパルプ、特に木材パルプが好ましい。木材パルプは、CNFと同様にセルロースを主成分とするものであり、CNFと高い親和性を有する。従って、上記繊維状素材としてパルプを用いることで、CNFの流出をより効果的に抑えることができる。また、木材パルプを添加することで木材パルプが芯材となり、強度に優れる成形体を得ることができる場合がある。なお、木材パルプの繊維径は通常、1μm超であり、好ましくは10μm以上である。また、CNF以外の繊維状素材としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等も用いることができる。これらの繊維状素材を用いることで、得られるCNF成形体の高強度化や、その他の機能を付加することなどができる。 Examples of such a fibrous material include pulps derived from herbs and woods, such as wood pulp, cotton fibers, silk fibers, hemp and wool, animal hair, rayon fibers, and cupra fibers. Pulp derived from the book, especially wood pulp, is preferred. Wood pulp is mainly composed of cellulose like CNF and has a high affinity for CNF. Therefore, the outflow of CNF can be more effectively suppressed by using pulp as the fibrous material. Moreover, wood pulp becomes a core material by adding wood pulp, and a molded article having excellent strength may be obtained. The fiber diameter of wood pulp is usually more than 1 μm, preferably 10 μm or more. Moreover, as a fibrous material other than CNF, glass fiber, carbon fiber, metal fiber, or the like can be used. By using these fibrous materials, it is possible to increase the strength of the obtained CNF molded body and to add other functions.
上記木材パルプとしては、LKP及びNKPが好ましい。なお、CNFの原料となっているパルプを上記繊維として用いることも好ましい。例えば、LKPを原料としたCNFとLKPとを組み合わせて用いること、あるいはNKPを原料としたCNFとNKPとを組み合わせて用いることが出発原料を同じにすることで両者の親和性が高まり、加圧時にCNFの流出を抑え、全脱水時間の短縮に繋がるとともに、所望の形状を有する成形体を得るに好ましい。但し、CNFの原料パルプと、CNFに混合するパルプとが異なる種類であってもよい。 As the wood pulp, LKP and NKP are preferable. In addition, it is also preferable to use the pulp which is the raw material of CNF as the said fiber. For example, it is possible to use CNF and LKP in combination with LKP as a raw material, or to use CNF and NKP in combination with NKP as a raw material by making the starting materials the same. It is preferable for obtaining a molded body having a desired shape while sometimes suppressing the outflow of CNF, leading to a reduction in total dehydration time. However, the raw material pulp of CNF and the pulp mixed with CNF may be different types.
上記パルプは未叩解パルプであってもよいし、叩解パルプであってもよい。未叩解パルプを用いることで、脱水効率を高めることができる。一方、叩解パルプを用いることで、CNFが絡まりやすくなりCNFの流出をより抑制することができ、かつ、水素結合点の増加により得られる成形体の引張弾性率等の高強度化を図ることができる。未叩解パルプのフリーネスとしては、例えば550mL以上のフリーネスを示すパルプが挙げられる。この未叩解パルプのフリーネスの上限は特に限定されないが、例えば800mLとすることができ、750mLとすることもできる。 The pulp may be unbeaten pulp or may be beaten pulp. By using unbeaten pulp, dewatering efficiency can be increased. On the other hand, by using beaten pulp, CNF can be easily entangled and the outflow of CNF can be further suppressed, and the strength of the tensile modulus and the like of the molded product obtained by increasing the hydrogen bonding point can be increased. it can. Examples of the freeness of the unbeaten pulp include pulp exhibiting a freeness of 550 mL or more. Although the upper limit of the freeness of this unbeaten pulp is not specifically limited, For example, it can be set to 800 mL and can also be set to 750 mL.
CNF含水体15の固形分に占める上記繊維の含有量の下限としては、0.1質量%が好ましく、1質量%がより好ましく、3質量%がさらに好ましい。上記繊維の含有量を上記下限以上とすることで、CNFの流出抑制機能を高め、脱水効率を高めることができ、また、得られる成形体の弾性率等も良好なものとなる。一方、この含有量の上限としては、例えば70質量%であり、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。上記繊維の含有量を上記上限以下とすることで、得られる成形体の弾性率等を高めることができる。
The lower limit of the content of the fiber in the solid content of the
CNF含水体15中には、本発明の効果に影響を与えない範囲で、CNF及び上記繊維状素材以外の他の固形分(水以外の成分)がさらに含有されていてもよい。但し、CNF含水体15の固形分に占める上記他の固形分の含有量の上限は、10質量%が好ましく、3質量%がより好ましく、1質量%がさらに好ましい。他の固形分の含有量が上記上限以下であることで得られる成形体の弾性率、強度、熱安定性等を高めることなどができる。
The
CNF含水体の固形分濃度は、加圧前の、すなわち型枠11内に充填される前のCNF含水体の固形分濃度(水以外の成分の含有量)の下限としては、0.7質量%が好ましく、0.8質量%がより好ましい。また、この含水率の上限としては、2.5質量%が好ましく、2.2質量%がより好ましい。固形分濃度が上記下限を下回ると、CNF含水体の粘度が小さくなりすぎるため、型枠11にCNF含水体を充填した際にCNF含水体が型枠11の隙間から流出してしまうおそれがあり好ましくない。一方、固形分濃度が上記上限を上回ると、CNF含水体の粘度が大きくなりすぎるため、型枠11にCNF含水体を充填した際にCNF含水体が自重で平坦にならず、厚みのばらつきや空気の抱き込みを生じやすくなるため好ましくない。
The solid content concentration of the CNF hydrated body is 0.7 mass as the lower limit of the solid content concentration (content of components other than water) of the CNF hydrated body before pressurization, that is, before filling into the
型枠11内に充填されたCNF含水体15には、板状の蓋体16が積層されている。蓋体16の長さ及び幅は、型枠11の内寸と略同一、あるいは一回り小さい大きさとなっている。この蓋体16、型枠11及び型枠11を置いた図示しない台から構成される空間内に、CNF含水体15は実質的に密閉されることとなる。すなわち、台の上面並びに型枠11及び蓋体16の内面形状が得られる成形体(板状体)の外面形状となる。
A plate-
この蓋体16の材質は特に限定されるものではなく、金属、樹脂、木材等を挙げることができるが、高い圧力に対する耐久性等の観点からは金属が好ましい。なお、蓋体16の材質は、型枠11の材質と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
The material of the
(準備工程)
当該製造方法は、予備脱水工程を行う前に、図2の状態を用意する準備工程を有していてもよい。この準備工程は、図2の状態となるように、台の上に置かれた型枠11の底に紙13及びメッシュ状シート14を順に積層し、その上にCNF含水体15を充填する工程である。さらに、充填後のCNF含水体15上に蓋体16が配置される。なお、後述するように、CNF含水体15を充填した段階で脱水が始まった場合は、蓋体16はこのタイミングではCNF含水体15上に載せなくてもよい。
(Preparation process)
The manufacturing method may include a preparation step for preparing the state of FIG. 2 before performing the preliminary dehydration step. In this preparation step, the
また、当該製造方法は、準備工程として、CNFを含むCNF含水体(スラリー)の調製工程を有していてもよく、CNFと上記繊維との混合工程を有していてもよい。 Moreover, the said manufacturing method may have the preparation process of the CNF hydrated body (slurry) containing CNF as a preparatory process, and may have the mixing process of CNF and the said fiber.
(予備脱水工程)
以下、本発明に係るCNF含水体を加熱せずに加圧する第1加圧工程の前工程として好ましい予備脱水工程の手順を具体的に詳説する。この予備脱水工程においては、CNF含水体15自らの自重による脱水や比較的弱い加圧力で、プレス機等を用いること無くCNF含水体15を加圧する。さらに、この予備脱水工程においては、CNF含水体15に対する加圧力を段階的又は連続的に高めることが好ましい。この脱水工程において、CNF含水体15中の水分は、メッシュ状シート14及び紙13を介して、型枠11の底(図2における下側)から流出していく。このようにした場合、当初の圧力は非常に弱いため、CNF含水体15は高粘度に保たれ、CNFの流出を抑えることができる。一方、脱水が進むとCNF含水体15の濃度が上昇し、流動性は低下するため、ある程度圧力を高めてもCNFは流出し難くなる。そこで、次第に圧力を高めていくことで、CNFの流出を抑えながら、効率的に脱水を行うことができる。
(Preliminary dehydration process)
Hereinafter, the procedure of the pre-dehydration process preferable as a pre-process of the 1st pressurization process which pressurizes the CNF hydrated body which concerns on this invention without heating is explained in full detail. In this preliminary dehydration step, the CNF hydrated
予備脱水工程は、まず、2.5kPa以下で加圧を行う初期工程を有することが好ましい。初期に2.5kPaを超える圧力をかけると、CNFがメッシュ状シート14を介して流出しやすくなる。なお、目開きの細かいメッシュ状シート14を用いれば、初期に2.5kPaを超える圧力をかけてもCNFの流出が抑制できるが、この場合、全体的な脱水効率が低下し得る。この初期工程における加圧は実質的に0kPa、あるいは大気圧であってよい。また、蓋体16の自重のみによる加圧であってもよい。例えば、CNF含水体15を紙13及びメッシュ状シート14を介して型枠11内に投入(充填)した時点で、メッシュ状シート14を介して水が流出した場合(脱水が開始した場合)はこの状態で暫く放置し、水の流出が収まった時点で蓋体16をCNF含水体15上に載せることができる。
The preliminary dehydration step preferably has an initial step of applying pressure at 2.5 kPa or less. When a pressure exceeding 2.5 kPa is applied initially, CNF tends to flow out through the
上記初期工程の加圧で脱水がある程度進んだ後、加圧力を高めていくことが好ましい。この加圧力の制御方法は特に限定されず、例えば蓋体16に重しを載せていくことによって行ってよい。また、脱水の進行度(脱水量)に応じて加圧力を高めていってもよいし、CNF含水体15の組成と加圧力との関係等をデータベース化しておき、時間によって加圧力を制御してもよい。
It is preferable to increase the pressure after dehydration has progressed to some extent by the pressurization in the initial step. The method for controlling the pressing force is not particularly limited, and may be performed, for example, by placing a weight on the
上記予備脱水工程においては、このように加圧力を高めていき、最終工程として、4kPa以上で加圧を行うことが好ましく、5kPa以上がより好ましく、6kPa以上がさらに好ましい。この最終工程を経ることで、十分に予備的な脱水がなされたCNF含水体を得ることができる。なお、この最終工程の加圧力の上限としては、例えば200kPaとすることができ、100kPaであってもよく、50kPaであってもよい。 In the preliminary dehydration step, the pressure is increased in this way, and as a final step, pressurization is preferably performed at 4 kPa or more, more preferably 5 kPa or more, and further preferably 6 kPa or more. By passing through this final step, it is possible to obtain a CNF-containing body that has been sufficiently preliminary dehydrated. In addition, as an upper limit of the applied pressure of this last process, it can be set to 200 kPa, for example, 100 kPa may be sufficient, and 50 kPa may be sufficient.
なお、図2とは異なり、CNF含水体15の上面に第2のメッシュ状シートを積層し、この第2のメッシュ状シートの上面に第2の紙を積層し、この第2の紙の上面に蓋体16を置いてもよい。このように、CNF含水体15に対して上面側にも紙を積層する(CNF含水体15に対して、一対の紙で挟んだ状態とする)ことで、クッション性がより高まり、加圧に伴うCNFの流出をより抑制することができる。また、CNF含水体15に対して、上面側のみに紙を積層してもよい。なお、上側に積層させた第2のメッシュ状シートは、CNF含水体15と第2の紙とが直接接することを防ぐ役割などを担う。すなわち、CNFと紙とは親和性が高いため、CNF含水体と紙とが直接接した状態で加圧し、脱水させると、CNFに紙が貼り付き、この紙を剥がすことが困難になる。そこで、CNF含水体と紙との間にメッシュ状シートを積層しておくことにより、最終的に得られたCNF成形体から紙等を容易に剥がすことができる。また、CNF含水体中の水分がメッシュ状シートを通して紙へ移行するため、脱水効率を高めることもできる。
Unlike FIG. 2, a second mesh sheet is laminated on the upper surface of the CNF water-containing
(第1加圧工程)
第1加圧工程においては、上記予備脱水工程を経たCNF含水体を加熱せずに加圧する。ここでいう加熱せずとは、後段の加熱を伴う第2加圧工程と対比したものであり、例えば処理温度が100℃を下回ることであってよく、あるいは所謂常温と言われる外気温を超えない温度範囲での処理温度であってもよい。この第1加圧工程は、例えば、一対の加熱板を有する熱プレス機を用いて行うことができる。この一対の加熱板の間の間隔が狭まる方向に力が働くことにより、CNF含水体が加圧される。なお、この第1加圧工程は、所謂加熱を伴わないため、加熱板を加熱せずに使用される。熱プレス機は、上記加熱の温度及び加圧の圧力を制御することができる。熱プレス機による温度制御及び圧力制御は、自動制御であってもよく、手動制御であってもよい。また、この熱プレス機は、油圧式熱プレス機、空圧式熱プレス機、万力熱プレス機等、特に限定されるものではない。
(First pressurization process)
In the first pressurizing step, the CNF hydrate containing the preliminary dehydration step is pressurized without heating. The term “without heating” as used herein is in contrast to the second pressurizing step involving subsequent heating. For example, the processing temperature may be lower than 100 ° C., or the so-called normal temperature is exceeded. The processing temperature may be within a non-temperature range. This 1st pressurization process can be performed using the hot press machine which has a pair of heating plate, for example. When the force acts in the direction in which the distance between the pair of heating plates is narrowed, the CNF water-containing body is pressurized. In addition, since this 1st pressurization process does not involve what is called a heating, it is used without heating a heating plate. The hot press machine can control the heating temperature and the pressurizing pressure. The temperature control and pressure control by the hot press machine may be automatic control or manual control. Moreover, this heat press machine is not particularly limited, such as a hydraulic heat press machine, a pneumatic heat press machine, and a vise heat press machine.
予備脱水工程を経たCNF含水体は、型枠に充填された状態のまま第1加圧工程に供される。すなわち、型枠内のCNF含水体に対して熱プレス機により加圧される。具体的には、例えば予備脱水工程の最終工程において重しによって加圧した場合は、その重しを下ろし、図2に示す状態として、熱プレス機にセットすることができる。すなわち、例えば図2に示す型枠11等によって充填された状態のまま、CNF含水体15は上下方向に熱プレス機により加圧される。
The CNF hydrated body that has undergone the preliminary dehydration step is subjected to the first pressurizing step while being filled in the mold. That is, the CNF hydrated body in the mold is pressurized by a hot press. Specifically, for example, when pressure is applied by weight in the final step of the preliminary dewatering step, the weight can be lowered and set in a hot press as shown in FIG. That is, for example, the CNF-containing
ここで、型枠に充填されたCNF含水体と、熱プレス機の加熱板との間には、断熱板を配置しておいてもよい。その他、型枠やCNF含水体を覆うように断熱板を配置してもよい。このようにすることで、加熱を伴う第2加圧工程において、型枠内のCNF含水体の加熱効率を高めることができる。 Here, you may arrange | position the heat insulation board between the CNF hydrated body with which the formwork was filled, and the heating board of a hot press machine. In addition, you may arrange | position a heat insulation board so that a formwork and a CNF hydrated body may be covered. By doing in this way, in the 2nd pressurization process with a heating, the heating efficiency of the CNF hydrated body in a mold can be improved.
第1加圧工程においては、徐々に加圧力を高めていってもよいし、最初から一定圧力を維持してもよい。徐々に加圧力を高める場合、第1加圧工程における最初の加圧力の下限としては、0.1MPaが好ましく、0.2MPaがより好ましい。第1加圧工程における最終段階の加圧力、あるいは一定の圧力としたときのこの加圧力の下限としては、1MPaが好ましく、5MPaがより好ましい。一方、この加圧力の上限としては、200MPaが好ましく、100MPaがより好ましく、30MPaがさらに好ましい。 In the first pressurizing step, the applied pressure may be gradually increased, or a constant pressure may be maintained from the beginning. When the pressure is gradually increased, the lower limit of the initial pressure in the first pressurizing step is preferably 0.1 MPa, and more preferably 0.2 MPa. The lower limit of the applied pressure at the final stage in the first pressurizing step or a constant pressure is preferably 1 MPa and more preferably 5 MPa. On the other hand, the upper limit of the applied pressure is preferably 200 MPa, more preferably 100 MPa, and even more preferably 30 MPa.
第1加圧工程における処理時間の下限としては、5分が好ましく、15分がより好ましい。一方、この処理時間の上限としては、60分が好ましく、50分がより好ましい。 As a minimum of processing time in the 1st pressurization process, 5 minutes are preferred and 15 minutes are more preferred. On the other hand, the upper limit of the treatment time is preferably 60 minutes, and more preferably 50 minutes.
第1加圧工程においては、加圧によって、CNF含水体から水分が流れ出ていく。加熱を伴わない第1加圧工程で所定の圧力と時間で水分が実質的に出きったと判断される状態で、そのまま第2加圧工程に移行することができる。 In the first pressurizing step, moisture flows out of the CNF hydrated body by pressurization. It is possible to proceed to the second pressurizing step as it is in a state where it is determined that the water has substantially come out at a predetermined pressure and time in the first pressurizing step without heating.
(第2加圧工程)
第2加圧工程においては、上記第1加圧工程を経たCNF含水体を加熱しながら加圧する。第1加圧工程と第2加圧工程との間では脱圧せずに、第1加圧工程と第2加圧工程とを連続的に行うことが肝要である。すなわち、型枠内のCNF成形体を熱プレス機によって加熱せずに加圧していた第1加圧工程から、この加圧状態を維持したまま、熱プレス機の一対の加熱板を加熱することにより、第2加圧工程に移行することができる。これにより、型枠と共にCNF含水体が加熱され、CNF含水体中の水分が揮発することにより、乾燥が進み、弾性率の高い、強度の強いCNF成形体を得ることができる。
(Second pressure process)
In the 2nd pressurization process, it pressurizes, heating the CNF hydrated body which passed through the 1st pressurization process. It is important to continuously perform the first pressurization step and the second pressurization step without releasing the pressure between the first pressurization step and the second pressurization step. That is, from the first pressurizing step in which the CNF molded body in the mold is pressed without being heated by the hot press machine, the pair of heating plates of the hot press machine is heated while maintaining this pressurized state. Thus, it is possible to shift to the second pressurizing step. As a result, the CNF hydrated body is heated together with the mold, and the water in the CNF hydrated body is volatilized, whereby drying proceeds and a CNF molded body having a high elastic modulus and high strength can be obtained.
第2加圧工程における処理温度(加熱温度)の下限としては、100℃が好ましく、110℃がより好ましい。一方、この処理温度の上限としては、190℃が好ましく、180℃がより好ましい。また、第2加圧工程における処理時間の下限としては、所定の処理温度に達してから1分が好ましく、5分がより好ましく、10分がさらに好ましい。一方、この処理時間の上限としては、60分が好ましく、50分がより好ましく、30分がさらに好ましい。第2加圧工程を上記処理温度及び処理時間で行うことで、得られるCNF成形体の弾性率や強度をより高めることができる。なお、この処理温度(加熱温度)は、加熱板の温度とすることができる。 As a minimum of processing temperature (heating temperature) in the 2nd pressurization process, 100 ° C is preferred and 110 ° C is more preferred. On the other hand, the upper limit of the treatment temperature is preferably 190 ° C and more preferably 180 ° C. Moreover, as a minimum of the processing time in a 2nd pressurization process, after reaching predetermined processing temperature, 1 minute is preferable, 5 minutes are more preferable, and 10 minutes are more preferable. On the other hand, the upper limit of this treatment time is preferably 60 minutes, more preferably 50 minutes, and even more preferably 30 minutes. By performing a 2nd pressurization process with the said processing temperature and processing time, the elasticity modulus and intensity | strength of the CNF molded object obtained can be raised more. In addition, this processing temperature (heating temperature) can be made into the temperature of a heating plate.
第2加圧工程における加圧力は、第1加圧工程における加圧力と同じであってよい。また、第2加圧工程における加圧力は、第1加圧工程における加圧力よりも大きくすることもできる。第2加圧工程における加圧力は所定温度で一定とすることが好ましい。第2加圧工程における加圧力の下限としては、0.1MPaが好ましく、0.2MPaがより好ましく、1MPaがさらに好ましく、5MPaがよりさらに好ましい。一方、この加圧力の上限としては、200MPaが好ましく、100MPaがより好ましく、30MPaがさらに好ましい。 The pressurizing force in the second pressurizing step may be the same as the pressurizing force in the first pressurizing step. Moreover, the pressurizing force in the second pressurizing step can be larger than the pressurizing force in the first pressurizing step. The applied pressure in the second pressurizing step is preferably constant at a predetermined temperature. As a minimum of pressurization pressure in the 2nd pressurization process, 0.1 MPa is preferred, 0.2 MPa is more preferred, 1 MPa is still more preferred, and 5 MPa is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the applied pressure is preferably 200 MPa, more preferably 100 MPa, and even more preferably 30 MPa.
このような加熱及び加圧を伴う第2加圧工程を行い、CNF含水体中の水分が十分に揮発し、これ以上の乾燥が進まない状態となった時点で、第2加圧工程を終了することができる。これにより、CNF成形体が得られる。なお、第2加圧工程の後に、冷却工程や調湿工程等の更なる工程を設けてもよい。また、第1加圧工程と第2加圧工程とは、処理温度、加圧力等を複数段階に分けて段階的に行うこともできる。 The second pressurization step involving such heating and pressurization is performed, and the second pressurization step is completed when the water in the CNF-containing body is sufficiently volatilized and further drying does not proceed. can do. Thereby, a CNF molded object is obtained. In addition, you may provide additional processes, such as a cooling process and a humidity control process, after a 2nd pressurization process. In addition, the first pressurizing step and the second pressurizing step can be performed step by step by dividing the processing temperature, the applied pressure and the like into a plurality of steps.
(利点等)
当該製造方法によれば、第1加圧工程と第2加圧工程との間を脱圧せずに連続して行うことで、弾性率や引張強度の高いCNF成形体を得ることができる。例えば当該製造方法により得られるCNF成形体の23℃における弾性率は15GPa以上であり、17GPa以上とすることもできる。なお、当該製造方法により得られるCNF成形体の23℃における弾性率の上限は、例えば30GPaであり、25GPa又は20GPaであってもよい。
(Advantages etc.)
According to the said manufacturing method, a CNF molded object with a high elastic modulus and tensile strength can be obtained by performing continuously between the 1st pressurization process and the 2nd pressurization process, without releasing pressure. For example, the elastic modulus at 23 ° C. of the CNF molded product obtained by the production method is 15 GPa or more, and may be 17 GPa or more. In addition, the upper limit of the elasticity modulus in 23 degreeC of the CNF molded object obtained by the said manufacturing method is 30 GPa, for example, and may be 25 GPa or 20 GPa.
当該製造方法により得られるCNF成形体の形状は特に限定されない。CNF成形体の形状としては、板状、棒状、シート状等であってよい。CNF成形体の形状は、用いる型枠により任意の形状とすることができる。 The shape of the CNF molded object obtained by the said manufacturing method is not specifically limited. The shape of the CNF molded body may be a plate shape, a rod shape, a sheet shape, or the like. The shape of a CNF molded object can be made into arbitrary shapes with the formwork to be used.
また、当該製造方法によれば、型枠内のCNF含水体に対して加圧及び加熱を行うため、型枠通りの成形体を得ることができる。また、型枠ごと加熱を行うため全周囲からの加熱が可能となり、均質性の高い成形体を得ることができる。さらに、当該製造方法によれば、メッシュ状部材を介してCNF含水体を脱水する予備脱水工程を行うことで、CNFの流出を抑えながら、効率的に予備的な脱水を行うことができる。 Moreover, according to the said manufacturing method, since it pressurizes and heats with respect to the CNF hydrated body in a mold, the molded object as a mold can be obtained. Further, since the entire mold is heated, heating from the entire periphery is possible, and a molded body with high homogeneity can be obtained. Furthermore, according to the manufacturing method, preliminary dehydration can be efficiently performed while suppressing the outflow of CNF by performing the preliminary dehydration step of dehydrating the CNF-containing body through the mesh member.
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。例えば、予備脱水工程は設けなくてもよく、上記実施形態とは異なる予備脱水工程を行ってもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in a mode in which various changes and improvements are made in addition to the above-described mode. For example, the preliminary dehydration step may not be provided, and a preliminary dehydration step different from the above embodiment may be performed.
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
<評価方法>
以下の各種物性は、以下の評価方法に準じて測定した。
<Evaluation method>
The following various physical properties were measured according to the following evaluation methods.
(擬似粒度分布曲線)
ISO−13320(2009)に準拠して、粒度分布測定装置(堀場製作所の粒度分布測定装置「LA−960S」)を用いて体積基準粒度分布を示す曲線を測定した。
(Pseudo particle size distribution curve)
Based on ISO-13320 (2009), the curve which shows a volume reference | standard particle size distribution was measured using the particle size distribution measuring apparatus (The particle size distribution measuring apparatus "LA-960S" of Horiba Seisakusho).
(保水度(%))
セルロースナノファイバーの保水度(%)は、JAPAN TAPPI No.26:2000に準拠して測定した。
(Water retention (%))
The water retention (%) of the cellulose nanofiber is determined by JAPAN TAPPI No. 26: 2000.
(引張弾性率(MPa))
CNF成形体の引張弾性率は、JIS K7127:1999に準拠して測定した。試験片は、JIS−K6251で定める引張2号型ダンベル状とした。試験速度は、10mm/分とした。また、温度23℃又は90℃、湿度50%の環境下で測定した。
(Tensile modulus (MPa))
The tensile elastic modulus of the CNF compact was measured according to JIS K7127: 1999. The test piece was a tensile No. 2 type dumbbell defined by JIS-K6251. The test speed was 10 mm / min. Moreover, it measured in the environment of temperature 23 degreeC or 90 degreeC, and humidity 50%.
(引張強度(MPa))
CNF成形体の引張強度は、JIS K7127:1999に準拠して測定した。試験片は、JIS−K6251で定める引張2号型ダンベル状とした。試験速度は、10mm/分とした。また、温度90℃、湿度50%の環境下で測定した。
(Tensile strength (MPa))
The tensile strength of the CNF compact was measured according to JIS K7127: 1999. The test piece was a tensile No. 2 type dumbbell defined by JIS-K6251. The test speed was 10 mm / min. Moreover, it measured in the environment of temperature 90 degreeC and humidity 50%.
[製造例1]
原料パルプ(LBKP)に対し、予備叩解としてリファイナー処理し、次いで高圧ホモジナイザーで解繊(微細化)処理し、CNFの水分散液を得た。なお、リファイナー処理及び高圧ホモジナイザー処理は、いずれも複数回の循環処理を行った。得られたCNFの水分散液に含まれるCNFは、レーザー回折を用いた粒度分布測定の疑似粒度分布において1つのピークを有し(最頻値45μm)、保水度は343%であった。CNFとパルプ(LBKP)との乾燥質量比が80:20になるように、CNFの水分散液にパルプ(LBKP)を加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。これによりCNF含水体(固形分濃度2.2質量%)を得た。
[Production Example 1]
The raw pulp (LBKP) was subjected to a refiner treatment as a preliminary beating, followed by a defibration (miniaturization) treatment with a high-pressure homogenizer to obtain an aqueous dispersion of CNF. The refiner treatment and the high-pressure homogenizer treatment were both circulated a plurality of times. CNF contained in the obtained aqueous dispersion of CNF had one peak in the pseudo particle size distribution measured by laser diffraction (mode value 45 μm), and the water retention was 343%. Pulp (LBKP) was added to an aqueous dispersion of CNF so that the dry mass ratio of CNF and pulp (LBKP) was 80:20, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. This obtained the CNF hydrated body (solid content concentration 2.2 mass%).
[実施例1]
(準備工程)
図2に示した直方形状の金属製の型枠11の底に紙13を敷き、次いでメッシュ状シート14を敷いた。紙13とメッシュ状シート14とは、共に型枠11の底面と同じ大きさにして用いた。紙13は、厚さ0.28mmのろ紙を用いた。メッシュ状シートは、目数300メッシュ、線径40μmのSUS316製のものを用いた。次いで、製造例1で得られたCNF含水体を型枠11内に充填し、その上に、メッシュ状シート、紙及び金属製の板状の蓋体16(底面積0.067m2、質量8.0kg)をこの順に置いた。CNF含水体の上に重ねたメッシュ状シート及び紙は、先に敷いたメッシュ状シート及び紙と同じものである。
[Example 1]
(Preparation process)
(予備脱水工程)
置いた蓋体16の重さにより、CNF含水体15は1.2kPaで加圧され、水が底から流出し始めた(脱水が開始された)。なお、この水は透明であり、CNFが流出していないことを目視にて確認した。この蓋体16の自重による加圧を初期工程とした。
(Preliminary dehydration process)
Due to the weight of the
その後、水の流出が弱まってきたタイミングで、蓋体16の上に重しを載せていき加圧力を高めていった。最終的にCNF含水体15に対して10kPaで加圧し、最終工程とした。初期工程から最終工程までの全脱水時間は60分であった。これにより、含水率54.2質量%に脱水されたCNF含水体が得られた。なお、初期工程から最終工程まで、CNFは流出していないことを目視にて確認した。
Thereafter, at the timing when the outflow of water was weakened, a pressure was applied on the
(第1及び第2加圧工程)
上記予備脱水工程を経たCNF含水体を型枠に入れた状態のまま、汎用の熱プレス機にセットした。第1加圧工程として、加熱せずに10MPaの圧力で30分加圧した。次いで、第2加圧工程として、140℃の温度及び10MPaの圧力で15分加圧した。第1加圧工程と第2加圧工程との間は、脱圧せずに連続して行った。これにより、実施例1のCNF成形体を得た。
(First and second pressurizing steps)
The CNF hydrate containing the preliminary dehydration step was set in a general-purpose hot press machine in a state where it was placed in a mold. As a 1st pressurization process, it pressurized for 30 minutes with the pressure of 10 MPa, without heating. Next, as a second pressurizing step, pressurization was performed for 15 minutes at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 10 MPa. Between the 1st pressurization process and the 2nd pressurization process, it carried out continuously, without releasing pressure. Thereby, the CNF molded object of Example 1 was obtained.
[比較例1]
第1加圧工程と第2加圧工程との間で、脱圧したこと以外は実施例1と同様にして、比較例1のCNF成形体を得た。
[Comparative Example 1]
A CNF molded body of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pressure was released between the first pressure step and the second pressure step.
得られたCNF成形体の引張弾性率(23℃及び90℃)及び引張強度(90℃)を表1に示す。 Table 1 shows the tensile modulus (23 ° C. and 90 ° C.) and tensile strength (90 ° C.) of the obtained CNF compact.
表1に示されるように、実施例の製造方法によれば、引張弾性率の高いCNF成形体が得られることがわかる。また、実施例の製造方法により得られたCNF成形体は、90℃における引張強度も高いことがわかる。 As shown in Table 1, it can be seen that according to the production method of the example, a CNF compact having a high tensile elastic modulus can be obtained. Moreover, it turns out that the CNF molded object obtained by the manufacturing method of the Example also has high tensile strength at 90 degreeC.
本発明のCNF成形体の製造方法は、CNF成形体の製造に好適に用いることができる。このCNF成形体は、弾性率が高く、金属成形体、樹脂成形体、木材等に替わる材料等として用いることができる。 The manufacturing method of the CNF molded object of this invention can be used suitably for manufacture of a CNF molded object. This CNF molded body has a high elastic modulus, and can be used as a material that replaces a metal molded body, a resin molded body, wood, or the like.
11 型枠
13 紙
14 メッシュ状シート
15 CNF含水体
16 蓋体
11
Claims (3)
上記セルロースナノファイバー含水体を加熱しながら加圧する第2加圧工程
をこの順に備え、
第1加圧工程と第2加圧工程との間で脱圧せずに、第1加圧工程と第2加圧工程とを連続して行うセルロースナノファイバー成形体の製造方法。 A first pressurizing step for pressurizing the cellulose nanofiber hydrate containing cellulose nanofiber and water without heating, and a second pressurizing step for pressurizing the hydrated cellulose nanofiber while heating the cellulose nanofiber hydrate.
The manufacturing method of the cellulose nanofiber molded object which performs a 1st pressurization process and a 2nd pressurization process continuously, without depressurizing between a 1st pressurization process and a 2nd pressurization process.
メッシュ状部材を介してセルロースナノファイバー含水体を脱水する予備脱水工程
をさらに備え、
上記予備脱水工程において、上記第1加圧工程における加圧よりも小さい加圧力で上記セルロースナノファイバー含水体を加圧する請求項1又は請求項2に記載のセルロースナノファイバー成形体の製造方法。 Before the first pressurizing step,
A preliminary dehydration step of dehydrating the cellulose nanofiber hydrated body through the mesh-like member;
The method for producing a cellulose nanofiber molded body according to claim 1 or 2, wherein, in the preliminary dehydration step, the cellulose nanofiber hydrated body is pressurized with a pressing force smaller than that in the first pressurizing step.
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