JP2019184348A - Evaluation method of mixture liquid of dispersion liquid including rubber constituent and cellulose nanofiber dispersion liquid - Google Patents

Evaluation method of mixture liquid of dispersion liquid including rubber constituent and cellulose nanofiber dispersion liquid Download PDF

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芽衣 高木
康太郎 伊藤
Kotaro Ito
康太郎 伊藤
陽一 石野
Yoichi Ishino
陽一 石野
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Abstract

To provide an evaluation method capable of easily determining presence or absence of an aggregated cellulose nanofibers, which cannot be visually determined, in a mixture liquid comprising dispersion liquid of a rubber constituent and a cellulose nanofiber dispersion liquid.SOLUTION: Provided is an evaluation method, including steps (1) to (4), of a mixture liquid of a dispersion liquid including a rubber constituent and a cellulose nanofiber dispersion liquid. A step (1) prepares the mixture liquid of the dispersion liquid including the rubber constituent and the cellulose nanofiber dispersion liquid. A step (2) adds a colored pigment into the mixture liquid. A step (3) observes the mixture liquid, described in the step (1), added with the colored pigment using an optical microscope. A step (4) calculates area ratio of a cellulose nanofiber aggregate in the mixture liquid added with the colored pigment, described in the step (3), of the dispersion liquid including the rubber constituent and the cellulose nanofiber dispersion liquid.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明はゴム成分とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a mixed solution of a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion.

ゴム成分とセルロースナノファイバーを含むゴム組成物は、相溶性が低い。そのためラテックス等のゴム成分の分散液とセルロースナノファイバーを混合、撹拌した場合、セルロースナノファイバーが混合液中に均一に分散しづらく、セルロースナノファイバー同士が凝集した場合、ゴム組成物の物理的特性の向上効果が得られない課題があった。
そのため、上記ゴム組成物を製造する際、セルロースナノファイバーがゴム成分とセルロースナノファイバー分散液との混合液中で均一に分散している(凝集物を生じていない)ことを事前に確認するとともに、必要に応じて生じた凝集物を除去することがゴムの物性向上に有効である。しかしながら、セルロースナノファイバーは非常に細い繊維であり、且つ透明性が非常に高いため、セルロースナノファイバー同士の凝集物が存在していても、目視では確認できない。
A rubber composition containing a rubber component and cellulose nanofiber has low compatibility. Therefore, when mixing and stirring a dispersion of rubber components such as latex and cellulose nanofibers, cellulose nanofibers are difficult to uniformly disperse in the mixture, and when cellulose nanofibers aggregate together, physical properties of the rubber composition There has been a problem that the improvement effect cannot be obtained.
Therefore, when manufacturing the rubber composition, it is confirmed in advance that the cellulose nanofibers are uniformly dispersed in the mixed liquid of the rubber component and the cellulose nanofiber dispersion (no aggregate is formed). In order to improve the physical properties of the rubber, it is effective to remove the aggregates produced as necessary. However, since cellulose nanofibers are very thin fibers and have very high transparency, even if aggregates of cellulose nanofibers are present, they cannot be visually confirmed.

WO2016/133076WO2016 / 133076

本発明は、目視では判断できない、ゴム成分の分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液中のセルロースナノファイバー同士の凝集物の有無を容易に判断できる評価方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an evaluation method that can easily determine the presence / absence of aggregates of cellulose nanofibers in a mixture of a rubber component dispersion and a cellulose nanofiber dispersion, which cannot be visually determined. .

本発明は、下記〔1〕〜〔5〕を提供する。
〔1〕下記(1)〜(3)の工程を有する、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。
(1)ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液を準備する工程。
(2)(1)の混合液中に有色顔料を添加する工程。
(3)光学顕微鏡を用いて、(2)の有色顔料を添加した混合液中の、セルロースナノファイバー凝集物を観察する工程。
〔2〕前記有色顔料の平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする、〔1〕記載のゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。
〔3〕前記有色顔料の分散液を、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液に添加することを特徴とする、〔1〕又は〔2〕に記載のゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。
〔4〕下記1)〜4)の工程を有する、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。
1)ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液を準備する工程。
2)前記セルロースナノファイバーの固形分濃度が0.5%になるように、1)の混合液を希釈する工程。
3)2)の混合液中に有色顔料を添加する工程。
4)3)の有色顔料を添加した混合液を二枚のガラス板に挟み、0.15mmの膜厚を形成させ、光学顕微鏡を用いて倍率100倍で観察し、下記式により面積率を算出する工程。

式)輝度レンジ内の輝度分布の面積 ÷ 測定範囲の面積 × 100

〔5〕〔4〕に記載の方法で評価した、セルロースナノファイバー凝集物の面積率が10%以下である、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液。
The present invention provides the following [1] to [5].
[1] A method for evaluating a mixed liquid of a dispersion containing a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion, comprising the following steps (1) to (3).
(1) The process of preparing the liquid mixture of the dispersion liquid containing a rubber component, and a cellulose nanofiber dispersion liquid.
(2) A step of adding a colored pigment to the mixed liquid of (1).
(3) The process of observing the cellulose nanofiber aggregate in the liquid mixture which added the colored pigment of (2) using an optical microscope.
[2] The method for evaluating a mixed liquid of the dispersion containing the rubber component according to [1] and the cellulose nanofiber dispersion, wherein the colored pigment has an average particle size of 10 μm or less.
[3] The rubber component according to [1] or [2], wherein the colored pigment dispersion is added to a mixture of a dispersion containing a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion. The evaluation method of the liquid mixture of a dispersion liquid and a cellulose nanofiber dispersion liquid.
[4] A method for evaluating a mixed solution of a dispersion containing a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion, which comprises the following steps 1) to 4):
1) The process of preparing the liquid mixture of the dispersion liquid containing a rubber component, and a cellulose nanofiber dispersion liquid.
2) The process of diluting the liquid mixture of 1) so that the solid content density | concentration of the said cellulose nanofiber may be 0.5%.
3) A step of adding a colored pigment to the mixed liquid of 2).
4) The mixed liquid added with the colored pigment of 3) is sandwiched between two glass plates to form a film thickness of 0.15 mm, observed with an optical microscope at a magnification of 100 times, and the area ratio is calculated by the following formula. Process.

Formula) Area of luminance distribution within luminance range ÷ Area of measurement range × 100

[5] A mixed liquid of a dispersion containing a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion, wherein the area ratio of the cellulose nanofiber aggregate is 10% or less, evaluated by the method according to [4].

本発明によれば、ゴム乾燥物を作製する前にラテックス中のセルロースナノファイバーの分散度合いを可視化することができ、混合液中のセルロースナノファイバー凝集物の面積を算出することで、セルロースナノファイバーの分散度合いを数値化できる。   According to the present invention, it is possible to visualize the degree of dispersion of cellulose nanofibers in latex before preparing a dry rubber product, and by calculating the area of cellulose nanofiber aggregates in the mixed solution, cellulose nanofibers are calculated. The degree of dispersion can be quantified.

実施例1におけるゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の光学顕微鏡による観察結果を示す。The observation result by the optical microscope of the liquid mixture of the dispersion liquid containing the rubber component in Example 1 and a cellulose nanofiber dispersion liquid is shown. 実施例2におけるゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の光学顕微鏡による観察結果を示す。The observation result by the optical microscope of the liquid mixture of the dispersion liquid containing the rubber component in Example 2, and a cellulose nanofiber dispersion liquid is shown. 実施例3におけるゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の光学顕微鏡による観察結果を示す。The observation result by the optical microscope of the liquid mixture of the dispersion liquid containing the rubber component in Example 3 and a cellulose nanofiber dispersion liquid is shown. 比較例1におけるゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の光学顕微鏡による観察結果を示す。The observation result by the optical microscope of the liquid mixture of the dispersion liquid containing the rubber component in the comparative example 1 and a cellulose nanofiber dispersion liquid is shown.

本発明のセルロースナノファイバー分散液の評価方法は、(1)ゴム成分の分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液を準備する工程、(2)上記混合液中に有色顔料を添加する工程、(3)有色顔料を添加した上記混合液を光学顕微鏡で観察する工程を有することを特徴としている。
発明において、セルロースナノファイバー同士の凝集物とは、ゴム成分との混合液中で生じるセルロースナノファイバーネットワーク構造体などを意味する。これらはいずれも凝集物内部には混合液の溶媒が充填されており、可視光域での透明性が高く目視では判別がつかない。
(セルロースナノファイバー)
本発明において、セルロースナノファイバーは、繊維幅が4〜500nm程度、アスペクト比が100以上の微細繊維であり、化学処理(カチオン化、アニオン化:カルボキシル化(酸化)、カルボキシメチル化等、エステル化等、機能性官能基導入)したセルロースを解繊することによって得ることができる。

(セルロース原料)
化学変性セルロースを製造するためのセルロース原料としては、例えば、植物性材料(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)、動物性材料(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等を起源とするものを挙げることができ、それらのいずれも使用できる。好ましくは植物又は微生物由来のセルロース繊維であり、より好ましくは植物由来のセルロース繊維である。
(カルボキシメチル化)
本発明において、化学変性セルロースとして、カルボキシメチル化したセルロースを用いる場合、カルボキシメチル化したセルロースは、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシメチル化することにより得てもよいし、市販品を用いてもよい。いずれの場合も、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基置換度が0.01〜0.50となるものが好ましい。そのようなカルボキシメチル化したセルロースを製造する方法の一例として次のような方法を挙げることができる。セルロースを発底原料にし、溶媒として3〜20質量倍の水及び/又は低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、又は2種以上の混合媒体を使用する。なお、低級アルコールを混合する場合の低級アルコールの混合割合は、60〜95質量%である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5〜20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用する。発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0〜70℃、好ましくは10〜60℃、かつ反応時間15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間、マーセル化処理を行う。その後、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05〜10.0倍モル添加し、反応温度30〜90℃、好ましくは40〜80℃、かつ反応時間30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間、エーテル化反応を行う。
(カルボキシル化)
本発明において、化学変性セルロースとしてカルボキシル化(酸化)したセルロースを用いる場合、カルボキシル化セルロース(酸化セルロースとも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。特に限定されるものではないが、カルボキシル化の際には、アニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、カルボキシル基の量が0.6〜2.0mmol/gとなるように調整することが好ましく、1.0mmol/g〜2.0mmol/gになるように調整することがさらに好ましい。
カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N−オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(−COOH)またはカルボキシレート基(−COO−)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。
N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。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。例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシラジカル(TEMPO)及びその誘導体(例えば4−ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。 N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよ
く、特に制限されない。例えば、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、0.05〜0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1〜4mmol/L程度がよい。
臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、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。
酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムは好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、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が最も好ましい。また、例えば、N−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。
セルロースの酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4〜40℃が好ましく、また15〜30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。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8〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。
酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5〜6時間、例えば、0.5〜4時間程度である。
また、酸化反応は、2段階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を、再度、同一また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、効率よく酸化させることができる。
カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位及び6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50〜250g/m3であることが好ましく、50〜220g/m3であることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100質量部とした際に、0.1〜30質量部であることが好ましく、5〜30質量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0〜50℃であることが好ましく、20〜50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、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これらの範囲内であると、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る。 オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、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、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水また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作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることに
より追酸化処理を行うことができる。
酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。
(カチオン化)
本発明において、化学変性セルロースとして、カルボキシル化(酸化)したセルロースを用いる場合、上記のセルロース原料にグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハイドライト又はそのハロヒドリン型などのカチオン化剤と触媒である水酸化アルカリ金属(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)を水及び/又は炭素数1〜4のアルコールの存在下で反応させることによって、カチオン変性されたセルロースを得ることができる。なお、この方法において、得られるカチオン変性されたセルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、反応させるカチオン化剤の添加量、水及び/又は炭素数1〜4のアルコールの組成比率をコントロールすることによって、調整することができる。
カチオン変性されたセルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は0.02〜0.50であることが好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.02より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.50より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得た酸化されたセルロース系原料は洗浄されることが好ましい。
(エステル化)
本発明において、化学変性セルロースとして、リン酸基を導入したセルロースを用いる場合、セルロース原料に、リン酸基を有する化合物としては、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。これらは1種、あるいは2種以上を併用してリン酸基を導入することができる。セルロース原料に対するリン酸基を有する化合物の割合は、セルロース原料の固形分100質量部に対して、リン元素に換算した添加量が0.1〜500質量部であることが好ましく、1〜400質量部であることがより好ましく、2〜200質量部であることがさらに好ましい。
(解繊)
アニオン変性セルロースを解繊する際に用いる装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いることができる。解繊の際にはアニオン変性セルロースの水分散体に強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、前記水分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、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。また、高圧ホモジナイザーでの解繊及び分散処理に先立って、必要に応じて、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、攪拌、乳化、分散装置を用いて、前記水分散体に予備処理を施してもよい。
(ゴム成分)
本発明におけるゴム成分とは、有機高分子を主成分とする、弾性限界が高く弾性率の低い成分である。ゴム成分は、天然ゴムおよび合成ゴムに大別されるが、本発明においてはいずれを用いてもよく、両者を組合せてもよい。天然ゴムとしては、化学修飾を施さない、狭義の天然ゴムでもよく、また塩素化天然ゴム、クロロスルホン化天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、水素化天然ゴム、脱タンパク天然ゴムのように、天然ゴムを化学修飾したものが挙げられる。合成ゴムとしては例えば、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)、ブチルゴム(IIR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、スチレンーイソプレンー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、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)が挙げられる。
(ゴム成分の分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液)
本発明におけるゴム成分の分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液は、上記ゴム成分の分散液に、上記セルロースナノファイバーを混合、撹拌する事によって得られる。当該混合液は、主にゴム組成物を製造するためのマスターバッチの原料として使用される。ゴム組成物の強度の向上には、当該混合液中にセルロースナノファイバーが均一に分散している事が重要である。
(有色顔料)
本発明において、有色顔料とは白、黒、青、赤、黄、緑などの色を有する顔料であり、形状も板状、球状、鱗片状など特に限定されず使用できる。例えば、カーボンブラック、鉄黒、複合金属酸化物ブラック、クロム酸亜鉛、クロム酸鉛、鉛丹、リン酸亜鉛、リン酸バナジウム、リン酸カルシウム、リンモリブデン酸アルミニウム、モリブデン酸カルシウム、トリポリリン酸アルミニウム、酸化ビスマス、水酸化ビスマス、塩基性炭酸ビスマス、硝酸ビスマス、ケイ酸ビスマス、ハイドロタルサイト、亜鉛末、雲母状酸化鉄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナホワイト、シリカ、ケイソウ土、カオリン、タルク、クレー、マイカ、バリタ、有機ベントナイト、ホワイトカーボン、酸化チタン、亜鉛華、酸化アンチモン、リトポン、鉛白、ペリレンブラック、モリブデン赤、カドミウムレッド、ベンガラ、硫化セリウム、黄鉛、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、ビスマスイエロー、シェナ、アンバー、緑土、マルスバイオレット、群青、紺青、塩基性硫酸鉛、塩基性ケイ酸鉛、硫化亜鉛、三酸化アンチモン、カルシウム複合物、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、オーカ、アルミニウム粉、銅粉、真鍮粉、ステンレス粉、酸化チタン被覆雲母、酸化鉄被覆雲母、亜鉛酸化銅、銀粒子、アナターゼ型酸化チタン、酸化鉄系焼成顔料、導電性金属粉、電磁波吸収フェライトなどの無機顔料;キナクリドンレッド、ポリアゾイエロー、アンスラキノンレッド、アンスラキノンイエロー、ポリアゾレッド、アゾレーキイエロー、ベリレン、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、イソインドリノンイエロー、ウォッチングレッド、パーマネントレッド、パラレッド、トルイジンマルーン、ベンジジンイエロー、ファーストスカイブルー、ブリリアントカーミン6B等の有機顔料の単独又は2種類以上の混合物が挙げられる。
有色顔料の平均粒子径は10μm以下、好ましくは、0.01以上10μm以下、より好ましくは0.01以上1μm以下である。10μm以下、好ましくは1μm以下の顔料を用いることで、セルロースナノファイバー分散液中において、有色顔料の分散性が安定するため、評価が容易になる。一方、下限値に制限はないが平均粒子径が0.01μmより小さいと、凝集物中に有色顔料が入り込む可能性があるため、光学顕微鏡による凝集物の観察ができないと考えられる。
本発明において、有色顔料を水系溶媒に分散剤などを用いて安定的に分散させた有色顔料分散液をゴム成分の分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液に添加することが好ましい。有色顔料分散液を用いることで、光学顕微鏡での観察が容易になる。
上記水系溶媒としては水、メタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール、線状もしくは分岐ペンタンジオール、脂肪族ケトン(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコールなど)、ポリオール(例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなど)、200〜2000g/モルのモル質量を有するポリグリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセロール、チオジグリコール、2−ピロリドン、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルアセトアミド、およびジメチルホルムアミド等の単独、又は2種以上の混合媒体が挙げられる。
上記分散剤としては分散剤としては、高級脂肪酸、高級脂肪酸アミド、金属石鹸、グリセリンエステル、ハイドロタルサイト、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、にかわ、ゼラチンなどの単独、又は2種類以上の混合物が挙げられる。
また、有色顔料分散液中の有色顔料の含有量は、限定されるものではないが、5〜20重量%程度であることが好ましい。有色顔料の含有量が少ないと光学顕微鏡の観察写真が淡くなり、一方、有色顔料の含有量が多いと有色顔料の凝集物が発生する可能性がある。 本発明において、有色顔料は光学顕微鏡での観察の際に明暗がはっきりしており、光を透過しにくい(光を吸収しやすい)色が良く、黒色が好ましい。また、観察中に二次凝集あるいはセルロースナノファイバーとの相互作用で凝集が生じないものが好ましい。例えば、有色顔料分散液として、墨汁、インクジェットプリンター用の顔料インクなどを使用することができる。
墨は、水系樹脂で表面が被覆された表面処理カーボンブラックであり、バインダー樹脂と混合された際に優れた分散性を発揮して、二次凝集し難いため、比較的低濃度のセルロースナノファイバー分散液であっても十分に高い黒色度を発揮することができる。墨滴は、表面処理カーボンブラックを含む水系分散液であり、例えば、石油系や石炭系の油を高温ガス中で不完全燃焼させるファーネス法等で製造された不定形のファーネスブラックの表面を水系樹脂で被覆し、必要に応じてグリコール系の凍結防止剤および防腐剤を添加し、混合・スラリー化することにより製造される。墨滴としては、例えば市販の墨汁(例えば、株式会社呉竹製「墨滴」等)を用いることができる。なお、表面処理カーボンブラックもしくはその水系分散液は、既知の方法(例えば、特開平7−188597号公報や特開平6−234946号公報)に基づき調製することもできる。墨汁、インクジェットプリンター用の顔料インクなどは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(光学顕微鏡による観察)
本発明において、セルロースナノファイバー分散液の濃度は特に限定されるものではないが、0.01〜10質量%程度、好ましくは0.1〜2質量%程度である。濃度が低いと凝集物の量が減少するため、一方、濃度が高いと粘度が高くて有色顔料の分散が困難となるため観察の精度が低下する。
本発明において、有色顔料を添加したゴム成分の分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液を観察に使用する光学顕微鏡は特に限定されるものではなく、一般的な光学顕微鏡(マイクロスコープを含む)を使用することができる。また、セルロースナノファイバー分散液を光学顕微鏡で観察する際の倍率は、特に限定されるものではないが、50〜1000倍であることが好ましい。
(面積率の測定)
本発明の光学顕微鏡による観察において、セルロースナノファイバー凝集物の分散性を定量的に評価する手法として、凝集物の面積率を算出する方法が挙げられる。
ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液中の、セルロースナノファイバーの固形分濃度が0.5%となるように純水で希釈し、墨滴(株式会社呉竹製、固形分10%)を2滴垂らし、ボルテックスミキサー(IUCHI社製、機器名:Automatic Lab−mixer HM−10H)の回転数の目盛りを最大に設定して30秒間撹拌する。次に、墨滴を含有する天然ゴムラテックスとセルロースナノファイバー分散液の混合液を二枚のガラス板に挟み、膜厚が0.15mmになるようにし、光学顕微鏡(マイクロスコープを含む)を用いて倍率100倍で観察する。
セルロースナノファイバー凝集物の面積率は、KEYENCE社製のデジタルマイクロスコープVHX−2000の、輝度抽出領域の面積計測のモードを用いて測定する。詳しくはセルロースナノファイバー凝集物の輝度レンジを設定し、その輝度レンジ内の領域を抽出し、輝度分布の面積を算出する方法である。詳細はKEYENCE社製のデジタルマイクロスコープVHX−2000の、ユーザーズマニュアルの9−26頁に記載されている。セルロースナノファイバー凝集物の輝度レンジは、180〜260であることが好ましい。
面積率は以下の式で表わされる。

式)輝度レンジ内の輝度分布の面積 ÷ 測定範囲の面積 × 100

セルロースナノファイバー凝集物の面積率は、10.0%以下が好ましい。5.0%以下がより好ましく、1.0%以下がさらに好ましい。
The method for evaluating a cellulose nanofiber dispersion of the present invention includes (1) a step of preparing a mixture of a rubber component dispersion and a cellulose nanofiber dispersion, and (2) a step of adding a colored pigment to the mixture. (3) It has the process of observing the said liquid mixture which added the colored pigment with an optical microscope.
In the invention, the aggregate of cellulose nanofibers means a cellulose nanofiber network structure produced in a mixed solution with a rubber component. In any of these, the aggregate is filled with the solvent of the mixed solution, and is highly transparent in the visible light region and cannot be visually discriminated.
(Cellulose nanofiber)
In the present invention, the cellulose nanofiber is a fine fiber having a fiber width of about 4 to 500 nm and an aspect ratio of 100 or more, and chemical treatment (cationization, anionization: carboxylation (oxidation), carboxymethylation, etc.) It can be obtained by defibrating cellulose having a functional functional group introduced therein.

(Cellulose raw material)
Examples of cellulose raw materials for producing chemically modified cellulose include plant materials (for example, 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), regenerated pulp , Waste paper, etc.), animal materials (for example, ascidians), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (Acetobacter)), microbial products, etc., any of which can be used. Is a cellulose fiber derived from plants or microorganisms, more preferably derived from plants It is a cellulose fiber.
(Carboxymethylation)
In the present invention, when carboxymethylated cellulose is used as the chemically modified cellulose, the carboxymethylated cellulose may be obtained by carboxymethylating the above cellulose raw material by a known method, or a commercially available product is used. May be. In any case, it is preferable that the degree of carboxymethyl group substitution per anhydroglucose unit of cellulose is 0.01 to 0.50. The following method can be mentioned as an example of the method of manufacturing such carboxymethylated cellulose. Cellulose is used as a starting material, and water and / or lower alcohol 3 to 20 times as a solvent, specifically water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary A single solvent such as butanol or a mixed medium of two or more is used. In addition, the mixing ratio of the lower alcohol when mixing the lower alcohol is 60 to 95% by mass. As the mercerizing agent, 0.5 to 20 times moles of alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide is used per anhydroglucose residue of the bottoming material. A bottoming raw material, a solvent, and a mercerizing agent are mixed, and a mercerization treatment is performed at a reaction temperature of 0 to 70 ° C., preferably 10 to 60 ° C., and a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. Thereafter, a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times mol per glucose residue, a reaction temperature of 30 to 90 ° C., preferably 40 to 80 ° C., and a reaction time of 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour. Perform etherification reaction for ~ 4 hours.
(Carboxylation)
In the present invention, when carboxylated (oxidized) cellulose is used as chemically modified cellulose, carboxylated cellulose (also referred to as oxidized cellulose) can be obtained by carboxylating (oxidizing) the above cellulose raw material by a known method. it can. Although not particularly limited, at the time of carboxylation, the amount of carboxyl groups should be adjusted to 0.6 to 2.0 mmol / g with respect to the absolute dry mass of anion-modified cellulose nanofibers. Is preferable, and it is more preferable to adjust so that it may become 1.0 mmol / g-2.0 mmol / g.
As an example of a carboxylation (oxidation) method, a cellulose raw material is oxidized in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide, or a mixture thereof. A method can be mentioned. By this oxidation reaction, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized, and the cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (—COOH) or a carboxylate group (—COO—) on the surface. Can be obtained. The concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or less.
The N-oxyl compound refers to a compound that can generate a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the target oxidation reaction. For example, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivative (for example, 4-hydroxy TEMPO) are mentioned. The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of oxidizing cellulose as a raw material. For example, 0.01 to 10 mmol is preferable, 0.01 to 1 mmol is more preferable, and 0.05 to 0.5 mmol is more preferable with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. Moreover, about 0.1-4 mmol / L with respect to a reaction system is good.
Bromide is a compound containing bromine, examples of which include alkali metal bromides that can dissociate and ionize in water. Further, an iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used can be selected as long as the oxidation reaction can be promoted. The total amount of bromide and iodide is, for example, 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.
As the oxidizing agent, known ones can be used, and for example, halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide and the like can be used. Of these, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has a low environmental impact. The appropriate amount of the oxidizing agent used is, for example, preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, further preferably 1 to 25 mmol, and most preferably 3 to 10 mmol with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. . For example, 1-40 mol is preferable with respect to 1 mol of N-oxyl compounds.
The cellulose oxidation process allows the reaction to proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40 ° C, and may be room temperature of about 15 to 30 ° C. As the reaction proceeds, a carboxyl group is generated in the cellulose, so that the pH of the reaction solution is reduced. In order to advance the oxidation reaction efficiently, an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution is added to maintain the pH of the reaction solution at about 8 to 12, preferably about 10 to 11. The reaction medium is preferably water because it is easy to handle and hardly causes side reactions.
The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually 0.5 to 6 hours, for example, about 0.5 to 4 hours.
The oxidation reaction may be performed in two stages. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency is not affected by the reaction inhibition by the salt generated as a by-product in the first-stage reaction. Can be oxidized well.
Another example of the carboxylation (oxidation) method is a method of oxidizing by contacting a gas containing ozone and a cellulose raw material. By this oxidation reaction, at least the hydroxyl groups at the 2nd and 6th positions of the glucopyranose ring are oxidized and the cellulose chain is decomposed. The ozone concentration in the gas containing ozone is preferably 50 to 250 g / m 3, and more preferably 50 to 220 g / m 3. The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by mass, and more preferably 5 to 30 parts by mass when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by mass. The ozone treatment temperature is preferably 0 to 50 ° C, and more preferably 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 to 360 minutes, and preferably about 30 to 360 minutes. When the conditions for the ozone treatment are within these ranges, the cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose is improved. After the ozone treatment, an additional oxidation treatment may be performed 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. For example, these oxidizing agents can be dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and a cellulose raw material can be immersed in the solution for additional oxidation treatment.
The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the added amount of the oxidizing agent and the reaction time.
(Cationization)
In the present invention, when carboxylated (oxidized) cellulose is used as the chemically modified cellulose, cationization such as glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2hydroxypropyltrialkylammonium hydride or its halohydrin type is used as the cellulose raw material. A cation-modified cellulose can be obtained by reacting an agent and an alkali metal hydroxide (such as sodium hydroxide or potassium hydroxide) in the presence of water and / or an alcohol having 1 to 4 carbon atoms. . In this method, the cation substitution degree per glucose unit of the cation-modified cellulose obtained is controlled by the amount of the cationizing agent to be reacted, the composition ratio of water and / or alcohol having 1 to 4 carbon atoms. Can be adjusted.
The degree of cation substitution per glucose unit in the cation-modified cellulose is preferably 0.02 to 0.50. By introducing a cationic substituent into cellulose, the celluloses repel each other electrically. For this reason, the cellulose which introduce | transduced the cation substituent can be nano-defibrated easily. In addition, when the cation substitution degree per glucose unit is smaller than 0.02, nano-fibrosis cannot be sufficiently performed. On the other hand, if the degree of cation substitution per glucose unit is more than 0.50, it may swell or dissolve, and may not be obtained as a nanofiber. In order to efficiently perform defibration, it is preferable that the oxidized cellulose-based material obtained above is washed.
(Esterification)
In this invention, when using the cellulose which introduce | transduced the phosphoric acid group as a chemically modified cellulose, as a compound which has a phosphoric acid group in a cellulose raw material, phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, phosphoric acid Trisodium, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, phosphoric acid Examples include triammonium, ammonium pyrophosphate, and ammonium metaphosphate. These may be used alone or in combination of two or more to introduce a phosphate group. The ratio of the compound having a phosphate group to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 500 parts by mass, and 1 to 400 parts by mass in terms of the amount of phosphorus converted to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material. More preferably, it is 2 to 200 parts by mass.
(Defibration)
There are no particular limitations on the apparatus used to fibrillate the anion-modified cellulose, but apparatuses such as a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high-pressure type, a roll mill type, and an ultrasonic type can be used. In defibration, it is preferable to apply a strong shearing force to the aqueous dispersion of anion-modified cellulose. In particular, for efficient defibration, it is preferable to use a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer that can apply a pressure of 50 MPa or more to the aqueous dispersion and can apply a strong shearing force. The pressure is more preferably 100 MPa or more, and further preferably 140 MPa or more. In addition, prior to defibration and dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, if necessary, the aqueous dispersion may be pretreated using a known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer. Good.
(Rubber component)
The rubber component in the present invention is a component having an organic polymer as a main component and having a high elastic limit and a low elastic modulus. The rubber component is roughly classified into natural rubber and synthetic rubber, and any of them may be used in the present invention, or both may be combined. Natural rubber may be natural rubber in a narrow sense without chemical modification, and natural rubber such as chlorinated natural rubber, chlorosulfonated natural rubber, epoxidized natural rubber, hydrogenated natural rubber, and deproteinized natural rubber. Are chemically modified. Examples of the synthetic rubber include butadiene rubber (BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), isoprene rubber (IR), butyl rubber (IIR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), styrene- Diene rubber such as isoprene copolymer rubber, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber, isoprene-butadiene copolymer rubber, ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydrin rubber ( CO, ECO), fluorine rubber (FKM), silicone rubber (Q), urethane rubber (U), and chlorosulfonated polyethylene (CSM).
(Mixture of rubber component dispersion and cellulose nanofiber dispersion)
The mixture of the rubber component dispersion and the cellulose nanofiber dispersion in the present invention is obtained by mixing and stirring the cellulose nanofibers in the rubber component dispersion. The liquid mixture is mainly used as a raw material for a masterbatch for producing a rubber composition. In order to improve the strength of the rubber composition, it is important that the cellulose nanofibers are uniformly dispersed in the mixed solution.
(Colored pigment)
In the present invention, the colored pigment is a pigment having a color such as white, black, blue, red, yellow, green, etc., and the shape is not particularly limited and can be used without any particular limitation such as a plate shape, a spherical shape, or a scale shape. For example, carbon black, iron black, composite metal oxide black, zinc chromate, lead chromate, red lead, zinc phosphate, vanadium phosphate, calcium phosphate, aluminum phosphomolybdate, calcium molybdate, aluminum tripolyphosphate, bismuth oxide , Bismuth hydroxide, basic bismuth carbonate, bismuth nitrate, bismuth silicate, hydrotalcite, zinc dust, mica-like iron oxide, calcium carbonate, barium sulfate, alumina white, silica, diatomaceous earth, kaolin, talc, clay, mica , Barita, organic bentonite, white carbon, titanium oxide, zinc oxide, antimony oxide, lithopone, lead white, perylene black, molybdenum red, cadmium red, bengara, cerium sulfide, yellow lead, cadmium yellow, yellow iron oxide, ocher, bismuth Rho, Shena, Amber, Green clay, Mars violet, Ultramarine, Bitumen, Basic lead sulfate, Basic lead silicate, Zinc sulfide, Antimony trioxide, Calcium composite, Phthalocyanine blue, Phthalocyanine green, Ocher, Aluminum powder, Copper Powder, brass powder, stainless steel powder, titanium oxide coated mica, iron oxide coated mica, zinc copper oxide, silver particles, anatase type titanium oxide, iron oxide-based fired pigment, conductive metal powder, electromagnetic wave absorbing ferrite and other inorganic pigments; quinacridone Red, polyazo yellow, anthraquinone red, anthraquinone yellow, polyazo red, azo lake yellow, berylene, phthalocyanine blue, phthalocyanine green, isoindolinone yellow, watching red, permanent red, para red, toluidine maroon, benzy Emissions yellow, fast sky blue, singly or two or more mixtures of the organic pigments, such as Brilliant Carmine 6B and the like.
The average particle diameter of the colored pigment is 10 μm or less, preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. By using a pigment of 10 μm or less, preferably 1 μm or less, the dispersibility of the colored pigment is stabilized in the cellulose nanofiber dispersion, so that the evaluation becomes easy. On the other hand, although there is no restriction on the lower limit value, if the average particle size is smaller than 0.01 μm, it is considered that the aggregate cannot be observed with an optical microscope because a colored pigment may enter the aggregate.
In the present invention, it is preferable to add a colored pigment dispersion obtained by stably dispersing a colored pigment in an aqueous solvent using a dispersant or the like to a mixture of a rubber component dispersion and a cellulose nanofiber dispersion. By using a colored pigment dispersion, observation with an optical microscope becomes easy.
Examples of the aqueous solvent include water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol, linear or branched pentanediol, aliphatic ketones (for example, acetone, methyl ethyl ketone, diacetone). Alcohols), polyols (eg, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, etc.), polyglycols having a molar mass of 200-2000 g / mol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, trimethylolpropane, glycerol, thio Diglycol, 2-pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, dimethylacetamide, and dimethyl Alone such as formamide, or a mixture of two or more medium.
Examples of the dispersant include higher fatty acid, higher fatty acid amide, metal soap, glycerin ester, hydrotalcite, polyethylene wax, polypropylene wax, glue, gelatin and the like, or a mixture of two or more kinds.
Moreover, although content of the colored pigment in a colored pigment dispersion liquid is not limited, It is preferable that it is about 5 to 20 weight%. When the content of the colored pigment is small, the observation photograph of the optical microscope becomes light. On the other hand, when the content of the colored pigment is large, aggregates of the colored pigment may be generated. In the present invention, the colored pigment has clear brightness and darkness when observed with an optical microscope, has a good color that hardly transmits light (is easy to absorb light), and is preferably black. Moreover, what does not produce aggregation by secondary aggregation or interaction with a cellulose nanofiber during observation is preferable. For example, black ink, pigment ink for an ink jet printer, or the like can be used as the colored pigment dispersion.
Black ink is a surface-treated carbon black whose surface is coated with a water-based resin, exhibits excellent dispersibility when mixed with a binder resin, and is difficult to secondary agglomerate. Even a dispersion can exhibit sufficiently high blackness. Ink drops are an aqueous dispersion containing surface-treated carbon black. For example, the surface of an irregular furnace black produced by the furnace method in which petroleum or coal-based oil is incompletely burned in a high-temperature gas is used as an aqueous dispersion. It is manufactured by coating with resin, adding a glycol-based antifreezing agent and preservative as necessary, and mixing and slurrying. As the ink drops, for example, commercially available ink (for example, “ink drops” manufactured by Kuretake Co., Ltd.) can be used. The surface-treated carbon black or an aqueous dispersion thereof can be prepared based on a known method (for example, JP-A-7-188597 and JP-A-6-234946). Ink juice, pigment inks for ink jet printers and the like may be used alone or in combination of two or more.
(Observation with an optical microscope)
In the present invention, the concentration of the cellulose nanofiber dispersion is not particularly limited, but is about 0.01 to 10% by mass, preferably about 0.1 to 2% by mass. When the concentration is low, the amount of agglomerates is reduced. On the other hand, when the concentration is high, the viscosity is high and it is difficult to disperse the colored pigment, so that the observation accuracy decreases.
In the present invention, an optical microscope that uses a mixed liquid of a dispersion of a rubber component to which a colored pigment is added and a cellulose nanofiber dispersion is not particularly limited, and a general optical microscope (including a microscope) is used. ) Can be used. Moreover, the magnification at the time of observing a cellulose nanofiber dispersion liquid with an optical microscope is not specifically limited, However, It is preferable that it is 50 to 1000 times.
(Measurement of area ratio)
In the observation with the optical microscope of the present invention, a method for quantitatively evaluating the dispersibility of the cellulose nanofiber aggregate includes a method of calculating the area ratio of the aggregate.
Dilute with pure water so that the solids concentration of cellulose nanofibers in the mixture of the dispersion containing the rubber component and the cellulose nanofiber dispersion is 0.5%. 2 drops of 10%), vortex mixer (manufactured by IUCHI, instrument name: Automatic Lab-mixer HM-10H) is set to the maximum rotation speed scale, and stirred for 30 seconds. Next, a mixture of natural rubber latex containing black ink droplets and cellulose nanofiber dispersion is sandwiched between two glass plates so that the film thickness becomes 0.15 mm, and an optical microscope (including a microscope) is used. Observe at a magnification of 100 times.
The area ratio of the cellulose nanofiber aggregate is measured by using the area measurement mode of the luminance extraction region of the digital microscope VHX-2000 manufactured by KEYENCE. Specifically, this is a method of setting the luminance range of the cellulose nanofiber aggregate, extracting a region within the luminance range, and calculating the area of the luminance distribution. Details are described on pages 9-26 of the user's manual of the digital microscope VHX-2000 manufactured by KEYENCE. The luminance range of the cellulose nanofiber aggregate is preferably 180 to 260.
The area ratio is expressed by the following formula.

Formula) Area of luminance distribution within luminance range ÷ Area of measurement range × 100

The area ratio of the cellulose nanofiber aggregate is preferably 10.0% or less. 5.0% or less is more preferable, and 1.0% or less is more preferable.

<セルロースナノファイバー分散液の製造>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)500g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)780mgと臭化ナトリウム75.5g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。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を6.0mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。
<Manufacture of cellulose nanofiber dispersion>
Add 500 g of bleached unbeaten kraft pulp derived from conifers (whiteness 85%) (absolutely dry) to 500 ml of an aqueous solution in which 780 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 75.5 g of sodium bromide are dissolved, until the pulp is uniformly dispersed Stir. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system to 6.0 mmol / g to initiate the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but 3M aqueous sodium hydroxide solution was successively added to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system no longer changed. The reaction mixture was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). The pulp yield at this time was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g.

上記の工程で得られた酸化パルプを水で1.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で3回処理して、カルボキシル化セルロースナノファイバー(TEMPO酸化セルロースナノファイバー)分散液を得た。得られた繊維は、平均繊維径が4nm、アスペクト比が150であった。   The oxidized pulp obtained in the above process was adjusted to 1.0% (w / v) with water, treated with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 150 Mpa) three times, and carboxylated cellulose nanofiber (TEMPO oxidized cellulose). Nanofiber) dispersion was obtained. The obtained fiber had an average fiber diameter of 4 nm and an aspect ratio of 150.

(カルボキシル基量の測定方法)
カルボキシル化セルロースの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し、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、下式を用いて算出した:カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。
(Method for measuring the amount of carboxyl groups)
Prepare 60 ml of 0.5% by weight slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose, add 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, then add 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution dropwise to adjust the pH to 11 The electrical conductivity was measured until the amount of sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid with a slow change in electrical conductivity (a) was calculated using the following formula: g carboxylated cellulose] = a [ml] × 0.05 / carboxylated cellulose mass [g].

(平均繊維径、アスペクト比の測定方法)
カルボキシル化セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、原子間力電子顕微鏡(AFM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析した。なおアスペクト比は下記の式により算出した:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
[実施例1]
セルロースナノファイバーとして、TEMPO酸化セルロースナノファイバー(カルボキシル基量:1.6mmol/g、平均繊維径:4nm、アスペクト比:150)を用いた。
ゴム成分として天然ゴムラテックス(商品名:HAラテックス、レヂテックス社、固形分濃度65%)154gとTEMPO酸化セルロースナノファイバーの固形分濃度1%水分散液500gとをハイフレックスホモジナイザー(SMT社製)にて回転数6000rpm、1分間撹拌し、ゴム成分の分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液(セルロースナノファイバーの固形分濃度0.8%)を得た。
得られた混合液10gをTEMPO酸化セルロースナノファイバーの固形分濃度が0.5%となるように純水で希釈し、墨滴(株式会社呉竹製、固形分10%)を2滴垂らし、ボルテックスミキサー(IUCHI社製、機器名:Automatic Lab−mixer HM−10H)の回転数の目盛りを最大に設定して30秒間撹拌した。次に、墨滴を含有する天然ゴムラテックスとセルロースナノファイバー分散液の混合液を二枚のガラス板に挟み、膜厚が0.15mmになるように光学顕微鏡を用いて倍率100倍で観察した。
光学顕微鏡による観察には、KEYENCE社製のデジタルマイクロスコープVHX−2000を用いた。観察により、縦2500μm×横3400μmの画像を得た。輝度抽出領域の面積計測のモードを用い、輝度レンジの範囲を180〜260に設定し、その輝度レンジ内の領域を抽出し、画像1枚あたりのセルロースナノファイバー輝度分布の面積を算出し、画像1枚あたりのセルロースナノファイバー凝集物の面積率を計測した。結果を図1に示す。観察範囲のセルロースナノファイバー凝集物の面積率は4.6%であった。
[実施例2]
天然ゴムラテックスとセルロースナノファイバー分散液との混合液を攪拌する際、攪拌時間を10分間に変更した。
得られた混合液を実施例1と同様の方法用いて観察した。結果を図2に示す。観察範囲のゲル粒面積率は0.6%であった。
[実施例3]
天然ゴムラテックスとセルロースナノファイバー分散液との混合液を攪拌する際、回転数を1000rpmに変更し、1分間攪拌した。
得られた混合液を実施例1と同様の方法を用いて観察した。結果を図3に示す。観察範囲のゲル粒面積率は21.5%であった。
[比較例1]
実施例1で用いた混合液に墨滴を滴下せずに光学顕微鏡で観察した。結果を図4に示す。
<結果>
凝集物を含む混合液の観察結果(図1、図4)では、墨滴の有無による違いが見られた。この結果から、墨滴を添加した混合液を光学顕微鏡で観察することにより、従来は困難であった混合液中の凝集物の有無を容易に判断できることが明らかとなった。
(Measuring method of average fiber diameter and aspect ratio)
The average fiber diameter and average fiber length of the carboxylated cellulose nanofibers were analyzed for 200 fibers selected at random using an atomic force electron microscope (AFM). The aspect ratio was calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter
[Example 1]
As the cellulose nanofiber, TEMPO oxidized cellulose nanofiber (carboxyl group amount: 1.6 mmol / g, average fiber diameter: 4 nm, aspect ratio: 150) was used.
As a rubber component, 154 g of natural rubber latex (trade name: HA Latex, Restex, solid concentration 65%) and 500 g of TEMPO oxidized cellulose nanofiber solid concentration 1% aqueous dispersion are added to the Hi-Flex Homogenizer (manufactured by SMT). The mixture was stirred for 1 minute at a rotational speed of 6000 rpm to obtain a mixed solution of the rubber component dispersion and the cellulose nanofiber dispersion (solid concentration of cellulose nanofibers 0.8%).
10 g of the obtained mixed solution was diluted with pure water so that the solid content concentration of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers was 0.5%, and 2 drops of ink drops (made by Kuretake Co., Ltd., 10% solid content) were dripped, and vortexed. The rotation speed scale of the mixer (IUCHI, device name: Automatic Lab-mixer HM-10H) was set to the maximum and stirred for 30 seconds. Next, a mixture of a natural rubber latex containing black ink droplets and a cellulose nanofiber dispersion was sandwiched between two glass plates, and observed at 100 times magnification using an optical microscope so that the film thickness was 0.15 mm. .
For observation with an optical microscope, a digital microscope VHX-2000 manufactured by KEYENCE was used. By observation, an image of 2500 μm in length × 3400 μm in width was obtained. Using the area measurement mode of the luminance extraction area, set the luminance range to 180-260, extract the area within the luminance range, calculate the area of the cellulose nanofiber luminance distribution per image, The area ratio of the cellulose nanofiber aggregate per sheet was measured. The results are shown in FIG. The area ratio of the cellulose nanofiber aggregates in the observation range was 4.6%.
[Example 2]
When stirring the liquid mixture of the natural rubber latex and the cellulose nanofiber dispersion, the stirring time was changed to 10 minutes.
The obtained mixture was observed using the same method as in Example 1. The results are shown in FIG. The gel particle area ratio in the observation range was 0.6%.
[Example 3]
When stirring the liquid mixture of the natural rubber latex and the cellulose nanofiber dispersion, the number of rotations was changed to 1000 rpm, and the mixture was stirred for 1 minute.
The obtained mixture was observed using the same method as in Example 1. The results are shown in FIG. The gel particle area ratio in the observation range was 21.5%.
[Comparative Example 1]
The ink mixture was observed with an optical microscope without dropping ink drops on the mixed solution used in Example 1. The results are shown in FIG.
<Result>
In the observation results of the mixed liquid containing aggregates (FIGS. 1 and 4), a difference depending on the presence or absence of ink drops was observed. From this result, it was clarified that the presence or absence of aggregates in the mixed liquid, which was difficult in the past, can be easily determined by observing the mixed liquid to which the ink drop is added with an optical microscope.

Claims (5)

下記(1)〜(3)の工程を有する、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。
(1)ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液を準備する工程。
(2)(1)の混合液中に有色顔料を添加する工程。
(3)光学顕微鏡を用いて、(2)の有色顔料を添加した混合液中の、セルロースナノファイバー凝集物を観察する工程。
The evaluation method of the liquid mixture of the dispersion liquid containing a rubber component, and a cellulose nanofiber dispersion liquid which has the process of following (1)-(3).
(1) The process of preparing the liquid mixture of the dispersion liquid containing a rubber component, and a cellulose nanofiber dispersion liquid.
(2) A step of adding a colored pigment to the mixed liquid of (1).
(3) The process of observing the cellulose nanofiber aggregate in the liquid mixture which added the colored pigment of (2) using an optical microscope.
前記有色顔料の平均粒子径が10μm以下であることを特徴とする、請求項1記載のゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。   2. The method for evaluating a mixed liquid of a dispersion containing a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion according to claim 1, wherein an average particle diameter of the colored pigment is 10 [mu] m or less. 前記有色顔料の分散液を、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液に添加することを特徴とする、請求項1又は2に記載のゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。   The dispersion containing a rubber component according to claim 1 or 2, wherein the colored pigment dispersion is added to a mixture of a dispersion containing a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion. Evaluation method of mixed liquid with fiber dispersion. 下記1)〜4)の工程を有する、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液の評価方法。
1)ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液を準備する工程。
2)前記セルロースナノファイバーの固形分濃度が0.5%になるように、1)の混合液を希釈する工程。
3)2)の混合液中に有色顔料を添加する工程。
4)3)の有色顔料を添加した混合液を二枚のガラス板に挟み、0.15mmの膜厚を形成させ、光学顕微鏡を用いて倍率100倍で観察し、下記式により面積率を算出する工程。

式)輝度レンジ内の輝度分布の面積 ÷ 測定範囲の面積 × 100
The evaluation method of the liquid mixture of the dispersion liquid containing a rubber component, and a cellulose nanofiber dispersion liquid which has the process of following 1) -4).
1) The process of preparing the liquid mixture of the dispersion liquid containing a rubber component, and a cellulose nanofiber dispersion liquid.
2) The process of diluting the liquid mixture of 1) so that the solid content density | concentration of the said cellulose nanofiber may be 0.5%.
3) A step of adding a colored pigment to the mixed liquid of 2).
4) The mixed liquid added with the colored pigment of 3) is sandwiched between two glass plates to form a film thickness of 0.15 mm, observed with an optical microscope at a magnification of 100 times, and the area ratio is calculated by the following formula. Process.

Formula) Area of luminance distribution within luminance range ÷ Area of measurement range × 100
請求項4に記載の方法で評価した、セルロースナノファイバー凝集物の面積率が10%以下である、ゴム成分を含む分散液とセルロースナノファイバー分散液との混合液。   A mixed liquid of a dispersion containing a rubber component and a cellulose nanofiber dispersion, wherein the area ratio of the cellulose nanofiber aggregate is 10% or less, evaluated by the method according to claim 4.
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