JP2020007457A - Cellulose nanofiber, and manufacturing method of rubber composition containing cellulose nanofiber - Google Patents

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JP2020007457A JP2018129712A JP2018129712A JP2020007457A JP 2020007457 A JP2020007457 A JP 2020007457A JP 2018129712 A JP2018129712 A JP 2018129712A JP 2018129712 A JP2018129712 A JP 2018129712A JP 2020007457 A JP2020007457 A JP 2020007457A
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康太郎 伊藤
Kotaro Ito
康太郎 伊藤
隼人 加藤
Hayato Kato
隼人 加藤
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Abstract

To provide a manufacturing method of a rubber composition, good in strength and manufactured by a master batch containing a rubber composition and a cellulosic fiber.SOLUTION: There is provided a manufacturing method of a master batch including following processes of <1> to <2>. <1> a process for fibrillating a dispersion prepared with chemically modified treated cellulose fiber of 2.0 wt.% concentration or more to obtain a cellulose nanofiber. <2> a process for conducting a drying treatment after mixing the cellulose nanofiber obtained in <1> and rubber latex to obtain the master batch. The cellulose nanofiber preferably contains a carboxyl group-containing cellulose nanofiber such as an oxidized cellulose nanofiber or carboxylated cellulose nanofiber.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、化学変性されたセルロース繊維を原料としたセルロースナノファイバーを含有するマスターバッチ、およびそれを用いて製造したゴム組成物の製造方法に関する。   The present invention relates to a masterbatch containing cellulose nanofibers using chemically modified cellulose fibers as a raw material, and a method for producing a rubber composition produced using the same.

ゴム成分とセルロース系繊維とを含むマスターバッチにより製造されたゴム組成物は、優れた機械強度を有することが知られている。例えば、特許文献1には、平均繊維径が0.5μm未満の短繊維を水中でフィブリル化させて得られる分散液とゴムラテックスとを混合し乾燥させることにより、短繊維をゴム中に均一に分散させたゴム/短繊維のマスターバッチが得られること、および、このマスターバッチからゴム補強性と耐疲労性のバランスに優れるゴム組成物を製造できることが記載されている。   It is known that a rubber composition produced by a master batch containing a rubber component and a cellulosic fiber has excellent mechanical strength. For example, Patent Document 1 discloses that a short fiber having an average fiber diameter of less than 0.5 μm is fibrillated in water, mixed with a rubber latex, and dried, so that the short fiber is uniformly dispersed in rubber. It describes that a dispersed rubber / short fiber masterbatch can be obtained, and that a rubber composition having an excellent balance between rubber reinforcement and fatigue resistance can be produced from the masterbatch.

特開2006−206864号公報JP 2006-206864 A

しかしながら、ゴム成分とセルロース系繊維を含む従来のゴム組成物が様々な分野に応用されるには、更なる強度の向上が必要とされている。   However, in order for a conventional rubber composition containing a rubber component and a cellulosic fiber to be applied to various fields, further improvement in strength is required.

そこで本発明は、強度が良好な、ゴム成分とセルロース系繊維とを含むマスターバッチにより製造されたゴム組成物の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a rubber composition produced by a master batch containing a rubber component and a cellulosic fiber and having good strength.

本発明は以下の〔1〕〜〔8〕を提供する。
〔1〕下記の<1>〜<2>の工程を含むマスターバッチの製造方法
<1>化学変性処理されたセルロース繊維を2.0重量%濃度以上の分散液に調整した後、当該分散液を解繊処理し、セルロースナノファイバーを得る工程
<2><1>で得られたセルロースナノファイバーとゴムラテックスを混合した後、乾燥処理を行ない、マスターバッチを得る工程
〔2〕化学変性処理が酸化処理であることを特徴とする、〔1〕記載のマスターバッチの製造方法
〔3〕化学変性処理がカルボキシメチル化処理であることを特徴とする、〔1〕記載のマスターバッチの製造方法
〔4〕化学変性処理がカチオン化処理であることを特徴とする、〔1〕記載のマスターバッチの製造方法
〔5〕化学変性処理がリン酸エステル化処理であることを特徴とする、〔1〕記載のマスターバッチの製造方法
〔6〕解繊処理が超高圧ホモジナイザー処理であることを特徴とする、〔1〕〜〔5〕記載のマスターバッチの製造方法
〔7〕解繊処理の圧力(MPa)と処理回数(回)の積が200MPa・回以上であることを特徴とする、〔6〕記載のマスターバッチの製造方法
〔8〕〔1〕〜〔7〕記載のマスターバッチを用いて作製したゴム組成物の製造方法
The present invention provides the following [1] to [8].
[1] A method of manufacturing a master batch including the following steps <1> and <2><1> After adjusting the chemically modified cellulose fiber to a dispersion having a concentration of 2.0% by weight or more, the dispersion is prepared. <2> Step of obtaining cellulose nanofibers by mixing the cellulose nanofibers obtained in <1> and rubber latex, followed by drying treatment to obtain a master batch [2] Chemical modification treatment The method for producing a masterbatch according to [1], wherein the method is a oxidation treatment, and the method for producing a masterbatch according to [1], wherein the chemical modification treatment is a carboxymethylation treatment. 4] The method for producing a masterbatch according to [1], wherein the chemical modification treatment is a cationization treatment. [5] A phosphate esterification treatment. [1] The method for producing a master batch described in [1] [6] The method for producing a master batch according to [1] to [5], wherein the fibrillation treatment is an ultra-high pressure homogenizer treatment. The method of [6], wherein the product of the pressure (MPa) and the number of treatments (times) is 200 MPa · times or more. For producing rubber composition prepared by using the method

本発明によれば、ゴム成分とセルロースナノファイバーを含み、強度が良好なゴム組成物の製造方法を提供することが出来る。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the rubber composition which contains a rubber component and cellulose nanofiber and has favorable intensity | strength can be provided.

[化学変性されたセルロース繊維]
化学変性セルロース繊維は、セルロース系原料に含まれるセルロースを変性して得られる。セルロース系原料は、セルロースを含んでいればよく、特に限定されないが、例えば、植物、動物(例えば、ホヤ類)、藻類、微生物(例えば、酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物に由来するものが挙げられる。植物由来のセルロース系原料としては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)が挙げられる。セルロース系原料は、これらのいずれかでもよく、2種類のセルロース系原料の組み合わせでもよく、好ましくは植物または微生物由来のセルロース系原料であり、より好ましくは植物由来のセルロース系原料であり、さらに好ましくはパルプである。
[Chemically modified cellulose fiber]
Chemically modified cellulose fibers are obtained by modifying cellulose contained in a cellulosic material. The cellulosic material is not particularly limited as long as it contains cellulose, and is derived from, for example, plants, animals (for example, ascidians), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (Acetobacter)), and microorganism products. Things. Examples of plant-based cellulosic materials include wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, pulp (softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft Pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulphite pulp (NUSP), softwood bleached sulphite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.). The cellulosic material may be any of these, or a combination of two types of cellulosic materials, preferably a cellulosic material derived from a plant or a microorganism, more preferably a cellulosic material derived from a plant, and still more preferably. Is pulp.

セルロース系原料は通常、繊維状のセルロース(セルロース系繊維)を含む。セルロース系繊維の平均繊維径は、特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹クラフトパルプに由来するセルロース系原料の平均繊維径は、通常30〜60μm程度であり、広葉樹クラフトパルプに由来するセルロース系原料の平均繊維径は、通常10〜30μm程度である。針葉樹クラフトパルプおよび広葉樹クラフトパルプ以外の、一般的な精製を経たパルプに由来するセルロース系原料の平均繊維径は、通常50μm程度である。   The cellulosic material usually contains fibrous cellulose (cellulose fiber). The average fiber diameter of the cellulosic fibers is not particularly limited, but the average fiber diameter of the cellulosic material derived from a common pulp, softwood kraft pulp, is usually about 30 to 60 μm, and the cellulose derived from hardwood kraft pulp The average fiber diameter of the system raw material is usually about 10 to 30 μm. The average fiber diameter of the cellulosic raw material derived from pulp after general purification other than softwood kraft pulp and hardwood kraft pulp is usually about 50 μm.

セルロースは、グルコース単位あたり3つのヒドロキシル基を有しており、各種の変性を行うことが可能である。変性(通常は、化学変性)としては、例えば、酸化、エーテル化、リン酸エステル化等のエステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化等が挙げられる。中でも、酸化(カルボキシル化)、エーテル化(カルボキシメチル化等)、カチオン化、エステル化が好ましく、酸化(カルボキシル化)、カルボキシメチル化がより好ましい。   Cellulose has three hydroxyl groups per glucose unit and can be variously modified. Examples of the modification (generally, chemical modification) include esterification such as oxidation, etherification, and phosphate esterification, silane coupling, fluorination, and cationization. Among them, oxidation (carboxylation), etherification (carboxymethylation and the like), cationization and esterification are preferred, and oxidation (carboxylation) and carboxymethylation are more preferred.

なお、本発明において、酸化やエーテル化によりセルロースのヒドロキシル基がカルボキシル基に変性した場合、実際には−COOHで表される基と、−COOで表される基が混在している。そこで−COOHで表される基を酸型カルボキシル基(酸型)、−COOで表される基を塩型カルボキシル基(塩型)と称する。また塩型カルボキシル基のカウンターカチオンは特に限定されず、例えば、ナトリウムイオンやカリウムイオン等のアルカリ金属イオンやその他の金属イオン等が挙げられる。 In the present invention, if the hydroxyl groups of the cellulose by oxidation and etherification is denatured carboxyl group, a group that actually represented by -COOH, -COO - group represented by are mixed. So based on the acid type carboxyl group represented by -COOH (acid form), - COO - group represented by the called salt type carboxyl group (salt form). The counter cation of the salt-type carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions, and other metal ions.

[酸化(カルボキシル化)]
酸化を経て得られる変性セルロース(酸化セルロース)および変性セルロースナノファイバー(酸化セルロースナノファイバー)は、セルロースの水酸基の少なくとも1つが選択的に酸化された構造を有することが好ましい。
[Oxidation (carboxylation)]
The modified cellulose (oxidized cellulose) and the modified cellulose nanofiber (oxidized cellulose nanofiber) obtained through oxidation preferably have a structure in which at least one of the hydroxyl groups of cellulose is selectively oxidized.

酸化セルロースナノファイバーは、セルロースを構成するグルコピラノース環の水酸基の少なくとも1つがカルボキシル基を有することが好ましく、セルロースを構成する少なくとも1つのグルコピラノース環の6位の水酸基がカルボキシル基を有することがより好ましい。   In the oxidized cellulose nanofiber, it is preferable that at least one of the hydroxyl groups of the glucopyranose ring constituting the cellulose has a carboxyl group, and the hydroxyl group at the 6-position of at least one glucopyranose ring constituting the cellulose has a carboxyl group. preferable.

酸化セルロースおよび酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、絶乾質量に対して、好ましくは0.5mmol/g以上、より好ましくは0.6mol/g以上または0.8mmolまたは/g以上、さらにより好ましくは1.0mmol/g以上である。当該量の上限は、好ましくは3.0mmol/g以下、より好ましくは2.5mmol/g以下、さらに好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、当該量は0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gまたは0.8〜2.5mmol/gがより好ましく、1.0〜2.0mmol/gがさらに好ましい。酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、解繊前の酸化セルロースのそれと通常は同値である。   The carboxyl group content of the oxidized cellulose and the oxidized cellulose nanofiber is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 0.6 mol / g or more, or 0.8 mmol or / g or more, even more preferably, based on the absolute dry mass. Is 1.0 mmol / g or more. The upper limit of the amount is preferably 3.0 mmol / g or less, more preferably 2.5 mmol / g or less, and even more preferably 2.0 mmol / g or less. Therefore, the amount is preferably 0.5 to 3.0 mmol / g, more preferably 0.6 to 2.0 mmol / g or 0.8 to 2.5 mmol / g, and 1.0 to 2.0 mmol / g. More preferred. The carboxyl group content of the oxidized cellulose nanofiber is usually the same as that of the oxidized cellulose before fibrillation.

酸化方法は特に限定されないが、例えば、N−オキシル化合物と、臭化物、およびヨウ化物の少なくともいずれかとの存在下で、酸化剤を用いて水中でセルロース系原料を酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の1級水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、およびカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース系原料の濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。   The oxidation method is not particularly limited, and includes, for example, a method of oxidizing a cellulosic material in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and at least one of bromide and iodide. According to this method, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized to generate a group selected from the group consisting of an aldehyde group, a carboxyl group, and a carboxylate group. The concentration of the cellulosic material during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or less.

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

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

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

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

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

酸化における反応時間は、酸化の進行程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間以上であり、その上限は通常は6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5〜6時間、好ましくは0.5〜4時間程度である。酸化は、2段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、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。   The reaction time in the oxidation can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually 0.5 hours or more, and the upper limit is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time in the oxidation is usually 0.5 to 6 hours, preferably about 0.5 to 4 hours. The oxidation may be performed in two or more stages of the reaction. 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 of the oxidized cellulose can be reduced without being inhibited by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. Can be well oxidized.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾン酸化が挙げられる。この酸化反応により、セルロースを構成するグルコピラノース環の少なくとも2位および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。オゾン処理は通常、オゾンを含む気体とセルロース系原料とを接触させることにより行われる。   Another example of the carboxylation (oxidation) method is ozone oxidation. By this oxidation reaction, at least the hydroxyl groups at the 2- and 6-positions of the glucopyranose ring constituting cellulose are oxidized, and the cellulose chain is decomposed. The ozone treatment is usually performed by bringing a gas containing ozone into contact with a cellulosic material.

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

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

[酸型酸化セルロース]
酸化後の酸化セルロースは、脱塩により酸型酸化セルロース、または酸型酸化セルロースナノファイバーに変換することが好ましい。脱塩は、後述の解繊前(酸化セルロース)および解繊後(酸化セルロースナノファイバー)の何れかの時点で行えばよい。脱塩とは、酸化セルロース(塩型)、または酸化セルロースナノファイバー(塩型)に含まれる塩(例えば、ナトリウム塩)をプロトンに置換し酸型とすることを意味する。酸化後の脱塩方法としては例えば、系内を酸性に調整すること、および、酸化セルロースまたは酸化セルロースナノファイバーを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。系内を酸性に調整する場合、系内のpHは、好ましくは2〜6、より好ましくは2〜5、更に好ましくは2.3〜5に調整される。酸性に調整するには、通常は酸(例えば、硫酸、塩酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸、リン酸等の無機酸;酢酸、乳酸、蓚酸、クエン酸、蟻酸等の有機酸)が用いられる。酸の添加後には、適宜洗浄処理が行ってもよい。前記の陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂および弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。酸化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。
[Acid-type oxidized cellulose]
It is preferable that the oxidized cellulose after oxidation is converted to acid-type oxidized cellulose or acid-type oxidized cellulose nanofiber by desalting. The desalting may be performed at any point before (after oxidized cellulose) and after (after oxidized cellulose nanofibers) defibration. Desalting means that a salt (for example, a sodium salt) contained in oxidized cellulose (salt type) or oxidized cellulose nanofiber (salt type) is replaced with a proton to obtain an acid type. Examples of the desalting method after the oxidation include a method of adjusting the inside of the system to be acidic and a method of bringing oxidized cellulose or oxidized cellulose nanofiber into contact with a cation exchange resin. When the inside of the system is adjusted to be acidic, the pH in the system is preferably adjusted to 2 to 6, more preferably 2 to 5, and still more preferably 2.3 to 5. To adjust the acidity, an acid (eg, an inorganic acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfurous acid, nitrous acid, or phosphoric acid; or an organic acid such as acetic acid, lactic acid, oxalic acid, citric acid, or formic acid) is generally used. After the addition of the acid, a washing treatment may be appropriately performed. As the cation exchange resin, any of a strongly acidic ion exchange resin and a weakly acidic ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . When the oxidized cellulose is brought into contact with the cation exchange resin, the ratio between the two is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set the ratio from the viewpoint of efficiently performing proton substitution. The cation exchange resin after the contact may be collected by a conventional method such as suction filtration.

本発明の酸型酸化セルロース及び酸型酸化セルロースナノファイバーは、酸型カルボキシル基の割合が40%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましい。   In the acid-type oxidized cellulose and the acid-type oxidized cellulose nanofiber of the present invention, the ratio of the acid-type carboxyl group is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, and further preferably 85% or more. preferable.

なお、酸型カルボキシル基の割合は以下の方法で算出することができる。先ず、脱塩処理前の酸化セルロースナノファイバー(塩型)の0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電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(2)を用いて、酸型カルボキシル基量及び塩型カルボキシル基量、つまりトータルのカルボキシル基量を算出する。 The ratio of the acid-type carboxyl group can be calculated by the following method. First, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of oxidized cellulose nanofiber (salt type) before desalting treatment is prepared. To the prepared slurry, a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution is added to adjust the pH to 2.5, and then a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is added to measure the electric conductivity until the pH becomes 11. From the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of the weak acid having a gradual change in electric conductivity, the amount of acid-type carboxyl groups and the amount of salt-type carboxyl groups, that is, Calculate the amount of carboxyl groups.

(2):トータルのカルボキシル基量(mmol/g酸化セルロースナノファイバー(塩型))=a(ml)×0.1/酸化セルロースナノファイバー(塩型)の質量(g) (2): Total amount of carboxyl groups (mmol / g oxidized cellulose nanofiber (salt type)) = a (ml) × 0.1 / mass (g) of oxidized cellulose nanofiber (salt type)

次に、脱塩処理した酸型酸化セルロースナノファイバーの0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電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(b)から、下式(3)を用いて、酸型カルボキシル基量を算出する。 Next, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of the desalted acid-type oxidized cellulose nanofiber is prepared. A 0.1N aqueous sodium hydroxide solution is added to the prepared slurry, and the electric conductivity is measured until the pH becomes 11. The amount of acid-type carboxyl group is calculated from the amount of sodium hydroxide (b) consumed in the neutralization step of a weak acid having a gradual change in electric conductivity using the following formula (3).

(3):酸型カルボキシル基量(mmol/g酸型酸化セルロースナノファイバー)=b(ml)×0.1/酸型酸化セルロースナノファイバーの質量(g) (3): Amount of acid-type carboxyl group (mmol / g acid-type oxidized cellulose nanofiber) = b (ml) × 0.1 / mass of acid-type oxidized cellulose nanofiber (g)

算出したトータルのカルボキシル基量と酸型カルボキシル基量から、下式(4)を用いて酸型カルボキシル基の割合を算出することができる。 From the calculated total amount of the carboxyl groups and the amount of the acid type carboxyl groups, the ratio of the acid type carboxyl groups can be calculated using the following formula (4).

(4):酸型カルボキシル基の割合(%)=(酸型カルボキシル基量/トータルのカルボキシル基量)×100 (4): Ratio of acid type carboxyl group (%) = (acid type carboxyl group amount / total carboxyl group amount) × 100

[エーテル化]
エーテル化としては、例えば、カルボキシメチル化によるエーテル化、メチル化によるエーテル化、エチル化によるエーテル化、シアノエチル化によるエーテル化、ヒドロキシエチル化によるエーテル化、ヒドロキシプロピル化によるエーテル化、エチルヒドロキシエチル化によるエーテル化、ヒドロキシプロピルメチル化によるエーテル化などが挙げられる。一例としてカルボキシメチル化の方法を以下に説明する。
[Etherification]
Examples of the etherification include etherification by carboxymethylation, etherification by methylation, etherification by ethylation, etherification by cyanoethylation, etherification by hydroxyethylation, etherification by hydroxypropylation, and ethylhydroxyethylation. And etherification by hydroxypropylmethylation. The carboxymethylation method is described below as an example.

カルボキシメチル化を経て得られる変性セルロース(カルボキシメチル化セルロース)およびセルロースナノファイバー(カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)は、セルロースの水酸基の少なくとも1つがカルボキシメチル化された構造を有することが好ましい。   The modified cellulose (carboxymethylated cellulose) and cellulose nanofiber (carboxymethylated cellulose nanofiber) obtained through carboxymethylation preferably have a structure in which at least one of the hydroxyl groups of cellulose is carboxymethylated.

カルボキシメチル化セルロースおよびカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上がさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル置換度は、0.01〜0.50が好ましく、0.05〜0.40がより好ましく、0.10〜0.35がさらに好ましい。カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのカルボキシメチル置換度は、解繊前のカルボキシメチル化セルロースのそれと通常は同値である。   The degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit of carboxymethylated cellulose and carboxymethylated cellulose nanofibers is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and even more preferably 0.10 or more. The upper limit of the substitution degree is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and even more preferably 0.35 or less. Therefore, the degree of carboxymethyl substitution is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, and even more preferably 0.10 to 0.35. The degree of carboxymethyl substitution of carboxymethylated cellulose nanofibers is usually the same as that of carboxymethylated cellulose before fibrillation.

グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定は、例えば、次の方法による。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)硝酸メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(カルボキシメチル化セルロース)をカルボキシル基を有するカルボキシメチル化セルロース(以下、「H型カルボキシメチル化セルロース」ともいう)にする。3)H型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLでH型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬としてフェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、下式(5)によって算出する。 The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit is measured, for example, by the following method. That is, 1) About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dried) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 2) 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special-grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol nitrate, and shaken for 3 hours to convert a carboxymethylcellulose salt (carboxymethylated cellulose) into a carboxymethylated cellulose having a carboxyl group (hereinafter, “H-type carboxy”). Methylated cellulose "). 3) 1.5-2.0 g of H-type carboxymethylated cellulose (absolutely dry) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet H-type carboxymethylated cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1 N NaOH, and shake for 3 hours at room temperature. 5) Back titrate excess NaOH with 0.1 N H 2 SO 4 using phenolphthalein as indicator. 6) The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the following equation (5).

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

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

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

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

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

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

[酸型カルボキシメチル化セルロース]
エーテル化後のカルボキシメチル化セルロースは、脱塩により酸型カルボキシメチル化セルロースまたは酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーに変換することが好ましい。脱塩は、後述の解繊前(カルボキシメチル化セルロース)および解繊後(カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)のいずれの時点で行ってもよい。脱塩は、カルボキシメチル化セルロース(塩型)、およびカルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型)に含まれる塩(例えば、ナトリウム塩)をプロトンに置換し酸型とすることを意味する。エーテル化(例えば、カルボキシルメチル化)後の脱塩方法としては例えば、カルボキシメチル化セルロースまたはカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂および弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。カルボキシメチル化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。一例を挙げると、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー水分散液に対し、陽イオン交換樹脂添加後の水分散液のpHが好ましくは2〜6、より好ましくは2〜5となるように、比率を調整することができる。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。
[Acid carboxymethylated cellulose]
The carboxymethylated cellulose after etherification is preferably converted to acid-type carboxymethylated cellulose or acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber by desalting. The desalting may be performed at any point before (after carboxymethylated cellulose) and after (after carboxymethylated cellulose nanofiber) defibration. Desalting means that a salt (for example, a sodium salt) contained in carboxymethylated cellulose (salt type) and carboxymethylated cellulose nanofiber (salt type) is replaced with a proton to form an acid type. Examples of the desalting method after the etherification (for example, carboxymethylation) include a method of bringing carboxymethylated cellulose or carboxymethylated cellulose nanofibers into contact with a cation exchange resin. As the cation exchange resin, any of a strongly acidic ion exchange resin and a weakly acidic ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . The ratio of the carboxymethylated cellulose to the cation exchange resin when the carboxymethylated cellulose is brought into contact with the cation exchange resin is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set the ratio from the viewpoint of performing efficient proton substitution. For example, the ratio is adjusted so that the pH of the aqueous dispersion after the addition of the cation exchange resin is preferably 2 to 6, more preferably 2 to 5, with respect to the aqueous dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers. can do. The collection of the cation exchange resin after the contact may be performed by a conventional method such as suction filtration.

本発明の酸型カルボキシメチル化セルロース及び酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、酸型カルボキシル基の割合が40%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましい。   In the acid-type carboxymethylated cellulose and the acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber of the present invention, the ratio of the acid-type carboxyl group is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, and more preferably 85% or more. It is more preferred that there be.

なお、酸型カルボキシル基の割合は以下の方法で算出することができる。先ず、脱塩処理前のカルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型)の0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電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(6)を用いて、酸型カルボキシル基量及び塩型カルボキシル基量、つまりトータルのカルボキシル基量を算出する。 The ratio of the acid-type carboxyl group can be calculated by the following method. First, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of carboxymethylated cellulose nanofibers (salt type) before desalting treatment is prepared. To the prepared slurry, a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution is added to adjust the pH to 2.5, and then a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is added to measure the electric conductivity until the pH becomes 11. From the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid having a gradual change in electric conductivity, the amount of acid-type carboxyl groups and the amount of salt-type carboxyl groups, that is, Calculate the amount of carboxyl groups.

(6):トータルのカルボキシル基量(mmol/gカルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型))=a(ml)×0.1/カルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型)の質量(g) (6): Total amount of carboxyl groups (mmol / g carboxymethylated cellulose nanofiber (salt type)) = a (ml) x 0.1 / mass (g) of carboxymethylated cellulose nanofiber (salt type)

次に、脱塩処理した酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電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(b)から、下式(7)を用いて、酸型カルボキシル基量を算出する。 Next, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of the desalted acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber is prepared. A 0.1N aqueous sodium hydroxide solution is added to the prepared slurry, and the electric conductivity is measured until the pH becomes 11. The amount of acid-type carboxyl group is calculated from the amount (b) of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of a weak acid having a gradual change in electric conductivity using the following formula (7).

(7):酸型カルボキシル基量(mmol/g酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)=b(ml)×0.1/酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの質量(g) (7): Amount of acid-type carboxyl group (mmol / g acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber) = b (ml) × 0.1 / mass of acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber (g)

算出したトータルのカルボキシル基量と酸型カルボキシル基量から、下式(8)を用いて酸型カルボキシル基の割合を算出することができる。 From the calculated total amount of carboxyl groups and the amount of acid type carboxyl groups, the ratio of acid type carboxyl groups can be calculated using the following formula (8).

(8):酸型カルボキシル基の割合(%)=(酸型カルボキシル基量/トータルのカルボキシル基量)×100 (8): Ratio (%) of acid type carboxyl groups = (acid type carboxyl group amount / total carboxyl group amount) × 100

[カチオン化]
カチオン化を経て得られる変性セルロース(カチオン化セルロース)およびセルロースナノファイバー(カチオン化セルロースナノファイバー)は、分子中に、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム等のカチオン、または該カチオンを有する基を少なくとも1つ含んでいればよく、アンモニウムを有する基を少なくとも1つ含むことが好ましく、四級アンモニウムを有する基を少なくとも1つ含むことがより好ましい。
[Cationization]
Modified cellulose (cationized cellulose) and cellulose nanofiber (cationized cellulose nanofiber) obtained through cationization contain at least one cation such as ammonium, phosphonium, sulfonium, or a group having the cation in the molecule. It is preferable to include at least one group having ammonium, and it is more preferable to include at least one group having quaternary ammonium.

カチオン化セルロースおよびカチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、0.01以上が好ましく、0.02以上がより好ましく、0.03以上がさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.40以下が好ましく、0.30以下がより好ましく、0.20以下がさらに好ましい。従って、カチオン置換度は0.01〜0.40が好ましく、0.02〜0.30がより好ましく、0.03〜0.20がさらに好ましい。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、カチオン置換基が導入されている変性セルロース(カチオン化セルロース)は、容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.01以上であることにより、十分にナノ解繊することができる。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.40以下であることにより、膨潤または溶解を抑制でき、これにより繊維形態を維持でき、ナノファイバーとして得られない事態を防止できる。カチオン化セルロースナノファイバーのカチオン置換度は、解繊前のカチオン化セルロースのそれと通常は同値である。   The degree of cation substitution per glucose unit of the cationized cellulose and the cationized cellulose nanofiber is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and still more preferably 0.03 or more. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, and even more preferably 0.20 or less. Therefore, the degree of cation substitution is preferably 0.01 to 0.40, more preferably 0.02 to 0.30, and still more preferably 0.03 to 0.20. By introducing a cation substituent into cellulose, the celluloses repel each other electrically. For this reason, the modified cellulose into which the cation substituent is introduced (cationized cellulose) can be easily nanofibrillated. When the degree of cation substitution per glucose unit is 0.01 or more, nanofibrillation can be sufficiently performed. On the other hand, when the degree of cation substitution per glucose unit is 0.40 or less, swelling or dissolution can be suppressed, whereby the fiber morphology can be maintained, and the situation where nanofibers cannot be obtained can be prevented. The cation substitution degree of the cationized cellulose nanofiber is usually the same as that of the cationized cellulose before fibrillation.

カチオン化セルロースおよびカチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、カチオン化剤の添加量、水またはアルコールの組成比率によって調整できる。カチオン置換度とは、セルロースを構成する単位構造(グルコピラノース環)あたりの導入された置換基の個数を示す。すなわちカチオン置換度は、「導入された置換基のモル数をグルコピラノース環の水酸基の総モル数で割った値」として定義される。純粋セルロースは単位構造(グルコピラノース環)あたり3個の置換可能な水酸基を有しているため、カチオン置換度の理論最大値は3(最小値は0)である。   The degree of cation substitution per glucose unit of the cationized cellulose and the cationized cellulose nanofiber can be adjusted by the addition amount of the cationizing agent and the composition ratio of water or alcohol. The degree of cation substitution indicates the number of introduced substituents per unit structure (glucopyranose ring) constituting cellulose. That is, the degree of cation substitution is defined as “the value obtained by dividing the number of moles of the introduced substituent by the total number of moles of the hydroxyl group of the glucopyranose ring”. Since pure cellulose has three replaceable hydroxyl groups per unit structure (glucopyranose ring), the theoretical maximum value of the degree of cation substitution is 3 (the minimum value is 0).

グルコース単位当たりのカチオン置換度の測定方法の一例を以下に説明する。試料(カチオン化セルロース)を乾燥させた後に、全窒素分析計TN−10(三菱化学株式会社製)で窒素含有量を測定する。例えば、カチオン化剤として3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドを用いた場合、次式によりカチオン化度が算出される。カチオン置換度は、下式(9)を用いて無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値として求められ得る。   An example of a method for measuring the degree of cation substitution per glucose unit will be described below. After drying the sample (cationized cellulose), the nitrogen content is measured with a total nitrogen analyzer TN-10 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). For example, when 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride is used as the cationizing agent, the degree of cationization is calculated by the following equation. The degree of cation substitution can be determined as the average value of the number of moles of the substituent per 1 mol of anhydroglucose unit using the following formula (9).

(9):カチオン置換度=(162×N)/(1−116×N)
N:カチオン化セルロース1gあたりの窒素含有量(mol)
(9): Degree of cation substitution = (162 × N) / (1-116 × N)
N: Nitrogen content (mol) per 1 g of cationized cellulose

カチオン化の方法は、特に限定されないが、例えば、セルロース系原料にカチオン化剤と触媒を水またはアルコールの存在下で反応させる方法が挙げられる。カチオン化剤としては、例えば、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハイドライト(例:3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムハイドライト)またはこれらのハロヒドリン型などが挙げられ、これらのいずれかを用いることで、四級アンモニウムを含む基を有するカチオン化セルロースを得ることができる。触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属が挙げられる。アルコールとしては、例えば、炭素原子数1〜4のアルコールが挙げられる。カチオン化剤の量は、セルロース系原料100質量部に対して好ましくは5質量部以上であり、より好ましくは10質量部以上である。当該量の上限は通常800質量部以下であり、好ましくは500質量部以下である。触媒の量は、好ましくはセルロース系原料100質量部に対して0.5質量部以上であり、より好ましくは1質量部以上である。当該量の上限は、通常20質量部以下であり、好ましくは15質量部以下である。アルコールの量は、好ましくはセルロース系原料100質量部に対して50質量部以上であり、より好ましくは100質量部以上である。当該量の上限は、通常50000質量部以下であり、好ましくは500質量部以下である。   The method of cationization is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a cationizing agent and a catalyst are reacted with a cellulose-based material in the presence of water or an alcohol. Examples of the cationizing agent include glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyltrialkylammonium hydride (eg, 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium hydride), and halohydrin types thereof. By using any of these, cationized cellulose having a group containing a quaternary ammonium can be obtained. Examples of the catalyst include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. Examples of the alcohol include an alcohol having 1 to 4 carbon atoms. The amount of the cationizing agent is preferably at least 5 parts by mass, more preferably at least 10 parts by mass, based on 100 parts by mass of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount is usually 800 parts by mass or less, preferably 500 parts by mass or less. The amount of the catalyst is preferably 0.5 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more based on 100 parts by mass of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount is usually 20 parts by mass or less, preferably 15 parts by mass or less. The amount of the alcohol is preferably at least 50 parts by mass, more preferably at least 100 parts by mass, per 100 parts by mass of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount is usually 50,000 parts by mass or less, preferably 500 parts by mass or less.

カチオン化の際の反応温度は、通常10℃以上、好ましくは30℃以上であり、上限は、通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。反応時間は、通常10分以上であり、好ましくは30分以上であり、上限は、通常は10時間以下、好ましくは5時間以下である。カチオン化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。   The reaction temperature at the time of cationization is usually 10 ° C. or higher, preferably 30 ° C. or higher, and the upper limit is usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. The reaction time is usually at least 10 minutes, preferably at least 30 minutes, and the upper limit is usually at most 10 hours, preferably at most 5 hours. The reaction solution may be agitated as needed during the cationization reaction.

[塩基型カチオン化セルロース]
カチオン化後のカチオン化セルロースは、脱塩により塩基型カチオン化セルロースまたは塩基型カチオン化セルロースナノファイバーに変換することが好ましい。脱塩は、後述の解繊前(カチオン化セルロース)および解繊後(カチオン化セルロースナノファイバー)のいずれの時点で行ってもよい。脱塩は、カチオン化セルロース(塩型)、およびカチオン化セルロースナノファイバー(塩型)に含まれる塩(Cl-など)を塩基に置換し塩基型とすることを意味する。カチオン化後の脱塩方法としては例えば、カチオン化セルロースまたはカチオン化セルロースナノファイバーを陰イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、対イオンがOHである限り、強塩基性イオン交換樹脂および弱塩基性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。変性セルロースを陰イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。一例を挙げると、カチオン化セルロースナノファイバー水分散液に対し、陰イオン交換樹脂添加後の水分散液のpHが好ましくは8〜13、より好ましくは9〜13となるように、比率を調整することができる。接触後の陰イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。
[Basic cationized cellulose]
It is preferable that the cationized cellulose after cationization is converted into basic cationized cellulose or basic cationized cellulose nanofiber by desalting. The desalting may be performed at any point before (after cationized cellulose) or after (after cationized cellulose nanofiber) defibration. Desalting, cationized cellulose (salt type), and salts contained in the cationized cellulose nanofibers (salt form) - chlorine (Cl, etc.) means that the substituted basic base form. As a desalting method after cationization, for example, a method of bringing cationized cellulose or cationized cellulose nanofibers into contact with an anion exchange resin may be mentioned. As the anion exchange resin, any of a strongly basic ion exchange resin and a weakly basic ion exchange resin can be used as long as the counter ion is OH . When the modified cellulose is brought into contact with the anion exchange resin, the ratio between the two is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set the ratio from the viewpoint of efficiently performing proton substitution. For example, the ratio is adjusted such that the pH of the aqueous dispersion after the addition of the anion exchange resin is preferably 8 to 13, more preferably 9 to 13, relative to the aqueous dispersion of the cationized cellulose nanofiber. be able to. The collection of the anion exchange resin after the contact may be performed by a conventional method such as suction filtration.

[エステル化]
エステル化方法は、特に限定されないが、例えば、セルロース系原料に対しリン酸基を有する化合物を反応させる方法(リン酸エステル化方法)が挙げられる。リン酸エステル化方法としては、例えば、セルロース系原料にリン酸基を有する化合物の粉末又は水溶液を混合する方法、セルロース系原料のスラリーにリン酸基を有する化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられ、後者が好ましい。これにより、反応の均一性を高め、且つエステル化効率を高めることができる。
[Esterification]
The esterification method is not particularly limited, and includes, for example, a method of reacting a compound having a phosphate group with a cellulose-based material (phosphate esterification method). Examples of the phosphoric esterification method include a method of mixing a powder or an aqueous solution of a compound having a phosphate group with a cellulose-based material, a method of adding an aqueous solution of a compound having a phosphate group to a slurry of a cellulose-based material, and the like. The latter is preferred. Thereby, the uniformity of the reaction can be improved, and the esterification efficiency can be increased.

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

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

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

塩基性化合物は特に限定されないが、塩基性を示すことが好ましく、塩基性を示す窒素含有化合物がより好ましい。「塩基性を示す」とは通常、フェノールフタレイン指示薬の存在下で塩基性化合物の水溶液が桃〜赤色を呈すること、および/または、塩基性化合物の水溶液のpHが7より大きいことを意味する。塩基性化合物は、好ましくは、塩基性を示す窒素原子を有する化合物であり、より好ましくは、塩基性を示すアミノ基を有する化合物である。塩基性を示すアミノ基を有する化合物としては、例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。この中でも低コストで扱いやすい点で、尿素が好ましい。塩基性化合物の添加量は、2〜1000質量部が好ましく、100〜700質量部がより好ましい。反応温度は0〜95℃が好ましく、30〜90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、通常1〜600分程度であり、30〜480分が好ましい。エステル化反応の条件がこれらのいずれかの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを抑制ことができ、リン酸エステル化セルロースの収率を向上させることができる。   The basic compound is not particularly limited, but preferably shows basicity, and more preferably a nitrogen-containing compound showing basicity. "Showing basicity" generally means that the aqueous solution of the basic compound exhibits a pink to red color in the presence of the phenolphthalein indicator, and / or that the pH of the aqueous solution of the basic compound is greater than 7. . The basic compound is preferably a compound having a basic nitrogen atom, and more preferably a compound having a basic amino group. Examples of the compound having a basic amino group include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine, and the like. Of these, urea is preferred because it is low in cost and easy to handle. The addition amount of the basic compound is preferably from 2 to 1,000 parts by mass, more preferably from 100 to 700 parts by mass. The reaction temperature is preferably from 0 to 95 ° C, more preferably from 30 to 90 ° C. The reaction time is not particularly limited, but is usually about 1 to 600 minutes, preferably 30 to 480 minutes. When the conditions of the esterification reaction are within any of these ranges, it is possible to suppress the cellulose from being excessively esterified and being easily dissolved, and to improve the yield of the phosphorylated cellulose. .

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

リン酸エステル化反応により、セルロースにリン酸基置換基が導入され、セルロース同士が電気的に反発する。そのため、リン酸エステル化セルロースは、容易にセルロースナノファイバーまで解繊することができる。リン酸エステル化セルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上が好ましい。これにより、十分な解繊(例えばナノ解繊)が実施できる。上限は、0.40以下が好ましい。これにより、リン酸エステル化セルロースの膨潤または溶解が抑制され、セルロースナノファイバーが得られない事態の発生を抑制することができる。従って、リン酸基置換度は、0.001〜0.40でが好ましい。リン酸エステル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は、0.001〜0.40がより好ましい。   By the phosphoric esterification reaction, a phosphate group substituent is introduced into the cellulose, and the celluloses are electrically repelled. Therefore, phosphate esterified cellulose can be easily defibrated into cellulose nanofibers. The phosphoric acid-substituted cellulose preferably has a degree of substitution of phosphate groups per glucose unit of 0.001 or more. Thereby, sufficient fibrillation (for example, nano-fibrillation) can be performed. The upper limit is preferably 0.40 or less. Thereby, the swelling or dissolution of the phosphated cellulose is suppressed, and the occurrence of a situation where cellulose nanofibers cannot be obtained can be suppressed. Therefore, the phosphate group substitution degree is preferably 0.001 to 0.40. The phosphate group substitution degree per glucose unit of the phosphate esterified cellulose nanofiber is more preferably 0.001 to 0.40.

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

[解繊処理(ナノ解繊)]
解繊処理は、変性前のセルロース系原料に行ってもよく、変性セルロースに行ってもよいが、変性により解繊に必要なエネルギーが低減されるため、後者が好ましい。解繊処理は1回行ってもよく、複数回行ってもよいが、好ましくは2〜5回である。変性セルロースまたは変性セルロースナノファイバーの製造において脱塩処理を行う場合には、脱塩の前後のそれぞれにおいて解繊処理を行ってもよい。
[Fibrillation processing (nano-fibrillation)]
The fibrillation treatment may be performed on the cellulosic raw material before denaturation or on the denatured cellulose, but the latter is preferable because the energy required for fibrillation is reduced by denaturation. The defibration treatment may be performed once or plural times, but preferably 2 to 5 times. When desalting is performed in the production of modified cellulose or modified cellulose nanofibers, defibration may be performed before and after desalting.

解繊処理に用いる装置は、特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの方式の装置が挙げられ、高圧または超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の、高圧または超高圧ホモジナイザーがより好ましい。これらの装置は、変性セルロースに強力なせん断力を印加することができるので好ましい。せん断速度は1000sec-1以上が好ましい。これにより、凝集構造が少なく、均一にナノファイバー化することができる。変性セルロースに印加する圧力は、好ましくは100MPa以上であり、より好ましくは125MPa以上であり、さらに好ましくは150MPa以上である。 The apparatus used for the defibrating treatment is not particularly limited, and examples thereof include a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high pressure type, a roll mill type, and an apparatus of an ultrasonic type, and a high pressure or ultra high pressure homogenizer is preferable, and a wet type is used. Of these, a high pressure or ultra high pressure homogenizer is more preferred. These devices are preferable because a strong shearing force can be applied to the modified cellulose. The shear rate is preferably 1000 sec -1 or more. This makes it possible to uniformly form nanofibers with a small aggregate structure. The pressure applied to the modified cellulose is preferably 100 MPa or more, more preferably 125 MPa or more, and even more preferably 150 MPa or more.

解繊処理は、通常、分散体中で行う。分散体は、通常、水分散液等の水系分散体である。分散に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理としては、例えば、混合、撹拌、乳化が挙げられ、公知の装置(例えば、高速せん断ミキサー)を用いて行えばよい。   The defibration treatment is usually performed in a dispersion. The dispersion is usually an aqueous dispersion such as an aqueous dispersion. Prior to dispersion, preliminary processing may be performed as necessary. The pretreatment includes, for example, mixing, stirring, and emulsification, and may be performed using a known device (for example, a high-speed shear mixer).

解繊処理をセルロース系原料の分散体または変性セルロースの分散体に対して行う場合、分散体中のセルロース繊維分散液の重量%濃度の下限は、通常は2.0質量%以上であることを特徴とする。 好ましいセルロース繊維分散液の重量%濃度は2.0〜5.0重量%濃度、より好ましくは2.5〜4.0重量%濃度、さらにより好ましくは3.0〜3.5重量%濃度である。この濃度で解繊処理を行なうことで、強度の良好なゴム組成物が得られる。   When the defibration treatment is performed on a dispersion of a cellulosic raw material or a dispersion of a modified cellulose, the lower limit of the concentration by weight of the cellulose fiber dispersion in the dispersion is usually 2.0% by mass or more. Features. The preferred concentration of the cellulose fiber dispersion is 2.0 to 5.0% by weight, more preferably 2.5 to 4.0% by weight, and even more preferably 3.0 to 3.5% by weight. is there. By performing the defibration treatment at this concentration, a rubber composition having good strength can be obtained.

[解繊処理の印加圧力と解繊回数の積]
超高圧ホモジナイザー処理の圧力(MPa)と処理回数(回)を掛け合わせた積が200MPa・回以上であることで、強度の良好なゴム組成物となるセルロースナノファイバーが得られる。得られるゴム組成物の物性値とセルロースナノファイバーの製造コストの面から、好ましくは200〜800MPa・回、より好ましくは250〜650MPa・回、さらにより好ましくは300〜500MPa・回である。
[Product of applied pressure and the number of times of defibration]
When the product obtained by multiplying the pressure (MPa) of the ultrahigh-pressure homogenizer treatment by the number of treatments (times) is 200 MPa · times or more, cellulose nanofibers having a rubber composition having good strength can be obtained. From the viewpoint of the physical property value of the obtained rubber composition and the production cost of the cellulose nanofiber, it is preferably 200 to 800 MPa · times, more preferably 250 to 650 MPa · times, and still more preferably 300 to 500 MPa · times.

セルロースナノファイバーは1種でもよく、2種以上のセルロースナノファイバーの組み合わせでもよい。   The cellulose nanofiber may be one kind or a combination of two or more kinds of cellulose nanofibers.

またセルロースナノファイバーの分散液は水溶性高分子の混合物でもよい。水溶性高分子としては、例えば、セルロース誘導体(例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ジェランガム、ゲランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、グァーガム、およびコロイダルシリカ、並びにこれらの混合物が挙げられる。中でも溶解性の点から、カルボキシメチルセルロースまたはその塩を用いることが好ましい。   Further, the dispersion liquid of the cellulose nanofibers may be a mixture of water-soluble polymers. Examples of the water-soluble polymer include cellulose derivatives (eg, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, Hardened flour, kudzu flour, positive starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, gellan gum, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein solubles, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide , Sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, Gin sizing agent, petroleum resin sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide / polyamine resin, polyethylene imine, polyamine, vegetable gum, polyethylene oxide, hydrophilic cross-linked polymer, polyacrylate, starch Examples include polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, guar gum, and colloidal silica, and mixtures thereof. Among them, carboxymethylcellulose or a salt thereof is preferably used from the viewpoint of solubility.

[ゴム成分]
ゴム成分とはゴムの原料であり、架橋してゴムとなるものをいう。ゴム成分としては、天然ゴム用のゴム成分と合成ゴム用のゴム成分が存在する。天然ゴム用のゴム成分としては、例えば、化学修飾を施さない狭義の天然ゴム(NR);塩素化天然ゴム、クロロスルホン化天然ゴム、エポキシ化天然ゴム等の化学修飾した天然ゴム;水素化天然ゴム;脱タンパク天然ゴムが挙げられる。合成ゴム用のゴム成分としては、例えば、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム等のジエン系ゴム;ブチルゴム(IIR)、エチレン−プロピレンゴム(EPM、EPDM)、アクリルゴム(ACM)、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(Q)、ウレタンゴム(U)、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)等の非ジエン系ゴムが挙げられる。これらの中で、ジエン系のゴムが好ましく、ジエン系の天然ゴムがより好ましい。
[Rubber component]
The rubber component is a raw material of rubber and refers to a material which is crosslinked to form rubber. The rubber component includes a rubber component for natural rubber and a rubber component for synthetic rubber. Examples of the rubber component for natural rubber include natural rubber (NR) in a narrow sense without chemical modification; chemically modified natural rubber such as chlorinated natural rubber, chlorosulfonated natural rubber, and epoxidized natural rubber; hydrogenated natural rubber Rubber; deproteinized natural rubber. Examples of rubber components for synthetic rubber include butadiene rubber (BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber, and styrene-isoprene copolymer. Diene rubbers such as coalesced rubber, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber, isoprene-butadiene copolymer rubber; butyl rubber (IIR), ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydrid Non-diene rubbers such as rubber (CO, ECO), fluoro rubber (FKM), silicone rubber (Q), urethane rubber (U), and chlorosulfonated polyethylene (CSM). Of these, diene rubbers are preferred, and diene natural rubbers are more preferred.

ゴム成分は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。   The rubber component may be used alone or in combination of two or more.

[マスターバッチの製造方法]
<混合工程>
混合工程において、ゴム成分の固形物を混合に供してもよいが、ゴム成分を分散媒に分散させた分散液(ラテックス)または溶媒に溶解した溶液にして混合に供してもよい。分散媒および溶媒(以下、まとめて「液体」ともいう)としては、例えば、水、有機溶媒が挙げられる。液体の量は、ゴム成分(2以上のゴム成分を使用する場合、その合計量)100質量部に対して、10〜1000質量部が好ましい。
[Manufacturing method of master batch]
<Mixing process>
In the mixing step, the solid component of the rubber component may be used for mixing, or may be used as a dispersion liquid (latex) in which the rubber component is dispersed in a dispersion medium or a solution in which the rubber component is dissolved in a solvent. Examples of the dispersion medium and the solvent (hereinafter, also collectively referred to as “liquid”) include, for example, water and an organic solvent. The amount of the liquid is preferably from 10 to 1000 parts by mass based on 100 parts by mass of the rubber component (when two or more rubber components are used, the total amount).

混合は、ホモミキサー、ホモジナイザー、プロペラ攪拌機等の公知の装置を用いて実施できる。混合する温度は限定されないが、室温(20〜30℃)が好ましい。混合時間も適宜調整してよい。   The mixing can be performed using a known device such as a homomixer, a homogenizer, a propeller stirrer, and the like. The mixing temperature is not limited, but is preferably room temperature (20 to 30 ° C.). The mixing time may be appropriately adjusted.

セルロースナノファイバーは、分散媒に分散した分散液、当該分散液の乾燥固形物、当該分散液の湿潤固形物の形態で混合に供することができる。分散液における変性セルロースナノファイバーの濃度は、分散媒が水である場合、0.1〜5%(w/v)であってもよく、分散媒が水とアルコール等の有機溶媒とを含む場合、0.1〜20%(w/v)であってもよい。湿潤固形物とは、前記分散液と乾燥固形物との中間の態様の固形物である。前記分散液を通常の方法で脱水して得た湿潤固形物中の分散媒の量はセルロースに対して5〜15質量%が好ましいが、液体の追加またはさらなる乾燥により分散媒の量は適宜調整し得る。   The cellulose nanofiber can be provided for mixing in the form of a dispersion dispersed in a dispersion medium, a dry solid of the dispersion, and a wet solid of the dispersion. The concentration of the modified cellulose nanofibers in the dispersion may be 0.1 to 5% (w / v) when the dispersion medium is water, and when the dispersion medium contains water and an organic solvent such as alcohol. , 0.1 to 20% (w / v). A wet solid is a solid that is intermediate between the dispersion and the dry solid. The amount of the dispersion medium in the wet solid obtained by dehydrating the dispersion in a usual manner is preferably 5 to 15% by mass based on the cellulose, but the amount of the dispersion medium is appropriately adjusted by adding a liquid or further drying. I can do it.

セルロースナノファイバーは、2以上のセルロースナノファイバーの組み合わせでもよい。また、変性セルロースナノファイバーと水溶性高分子溶液との混合物である場合、混合液、混合液の乾燥固形物、混合液の湿潤固形物等を混合に供することができる。混合液およびその乾燥固形物における液体の量は、上記の範囲であってよい。   The cellulose nanofiber may be a combination of two or more cellulose nanofibers. When the mixture is a mixture of modified cellulose nanofibers and a water-soluble polymer solution, a mixture, a dry solid of the mixture, a wet solid of the mixture, and the like can be used for mixing. The amount of liquid in the mixture and its dry solids may be in the above ranges.

<乾燥工程>
混合工程で得られた混合物は、乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法は特に限定されず、乾燥前に凝固処理を行っても良い。
<Drying process>
The mixture obtained in the mixing step is preferably dried. The method of drying is not particularly limited, and a coagulation treatment may be performed before drying.

<混練工程>
本発明の混錬工程における上記混合物の混練は、公知の通りに行ってよく、例えば、2本ロール、3本ロールなどの開放式混練機、噛合式バンバリーミキサー、接線式バンバリーミキサー、加圧ニーダーなどの密閉式混練機が使用可能である。また、多段階の混練工程を経る工程も可能で、例えば、第一段階で密閉式混練機による混練を行い、その後開放式混練機で再混練することができる。
<Kneading process>
The kneading of the mixture in the kneading step of the present invention may be performed in a known manner, for example, an open kneader such as a two-roll or three-roll mixer, a meshing Banbury mixer, a tangential Banbury mixer, a pressure kneader. Such a closed kneader can be used. In addition, a process through a multi-stage kneading process is also possible. For example, in the first stage, kneading is performed by a closed kneader, and then re-kneading can be performed by an open kneader.

本発明では上記混錬工程で、界面活性剤を添加してもよい。当該界面活性剤の添加は、混合工程で得られた混合物または乾燥工程を経て得られた混合物に対して上記混練機を用いて混練する際に行う。添加方法としては、混練開始時、混練中のいずれか、または両方で行う。   In the present invention, a surfactant may be added in the kneading step. The addition of the surfactant is performed when the mixture obtained in the mixing step or the mixture obtained through the drying step is kneaded using the above kneader. The addition is performed at the start of kneading, during kneading, or both.

また添加方法としては、所定量の一括添加、あるいは逐次添加の方法があるが、混合物に対して界面活性剤が均一に混練されれば、いずれの方法を用いても構わない。   Further, as a method of addition, there is a method of adding a predetermined amount at a time or a method of adding sequentially, but any method may be used as long as the surfactant is uniformly kneaded with the mixture.

また、界面活性剤以外に、充填剤、加硫剤、その他配合剤など任意の添加剤を添加することもできる。混合物、界面活性剤、その他任意の添加剤の添加順は問わない。混合物を先に混練機に投入した後、添加剤を投入して混練することもでき、反対に、添加剤を先に投入した後、混合物を投入して混練することもできる。また、界面活性剤やその他の添加剤を予め配合して混練機に添加することもできる。ただし、加硫剤を添加する場合は、加硫剤の添加は混練の最終段に行うことが望ましい。混練時間は界面活性剤が混合物に対して均一に混練されればいずれでも良いが、通常3〜20分程度である。   In addition to the surfactant, an optional additive such as a filler, a vulcanizing agent, and other compounding agents can be added. The order of addition of the mixture, the surfactant, and other optional additives is not limited. After the mixture has been charged into the kneader first, the additives can be charged and kneaded. Alternatively, after the additives have been charged first, the mixture can be charged and kneaded. Further, a surfactant and other additives may be previously blended and added to the kneader. However, when a vulcanizing agent is added, it is desirable to add the vulcanizing agent at the final stage of kneading. The kneading time may be any as long as the surfactant is uniformly kneaded with the mixture, but is usually about 3 to 20 minutes.

混練温度は、常温程度(15〜30℃程度)でよいが、ある程度高温に加熱してもよい。例えば。温度の上限は150℃以下であり、好ましくは140℃以下であり、さらに好ましくは130℃以下である。温度の下限は15℃以上であり、好ましくは20℃以上であり、さらに好ましくは30℃以上である。混練温度は、15〜150℃が好ましく、20〜140℃がより好ましく、30〜130℃がさらに好ましい。   The kneading temperature may be about room temperature (about 15 to 30 ° C.), but may be heated to some high temperature. For example. The upper limit of the temperature is 150 ° C. or lower, preferably 140 ° C. or lower, and more preferably 130 ° C. or lower. The lower limit of the temperature is 15 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, and more preferably 30 ° C. or higher. The kneading temperature is preferably from 15 to 150C, more preferably from 20 to 140C, even more preferably from 30 to 130C.

得られた混練物は、マスターバッチとして利用されることが好ましい。最終製品として利用される場合、混練物に対し、ゴム成分、加硫剤、任意成分等が追加添加され、再度混練されることが好ましい。   The obtained kneaded material is preferably used as a master batch. When used as a final product, it is preferable that a rubber component, a vulcanizing agent, an optional component, and the like are additionally added to the kneaded material and the kneaded material is kneaded again.

[界面活性剤]
セルロースナノファイバーとゴム成分を混合した後、乾燥処理を行ない得られるマスターバッチには、界面活性剤が含まれていても良い。
[Surfactant]
After mixing the cellulose nanofiber and the rubber component, the master batch obtained by performing a drying treatment may contain a surfactant.

界面活性剤は、分子の中に少なくとも1つの親水性基と少なくとも1つの疎水性基とを有する物質である。界面活性剤としては、例えば、陽イオン性界面活性剤、陰イオン型界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤が挙げられる。   Surfactants are substances that have at least one hydrophilic group and at least one hydrophobic group in the molecule. Examples of the surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant.

陽イオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン(例えば、オレイルアミン、ステアリルアミン、テトラデシルアミン、1−ヘキセニルアミン、1−ドデセニルアミン、9,12−オクタデカジエニルアミン(リノールアミン)、9,12,15−オクタデカトリエニルアミン、リノレイルアミン等の、アルキルアミン)、テトラメチルアンモニウム塩(例えば、塩化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム)、テトラブチルアンモニウム塩(例えば、塩化テトラブチルアンモニウム)、アルキルトリメチルアンモニウム塩(例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩(例えば、塩化アルキルトリメチルアンモニウム、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、塩化デシルトリメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、臭化アルキルトリメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム)、ベンジルトリアルキルアンモニウム塩(例えば、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウム(塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム)、臭化ベンザルコニウム)、ジベンジルジアルキルアンモニウム塩(例えば、塩化ベンゼトニウム)、ジアルキルジメチルアンモニウム塩(例えば、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム)、アルキルピリジニウム塩(例えば、塩化ブチルピリジニウム、塩化ドデシルピリジニウム、塩化セチルピリジニウム)、脂肪族アミン塩(例えば、モノメチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、トリメチルアミン塩酸塩)が挙げられる。   Examples of the cationic surfactant include aliphatic amines (eg, oleylamine, stearylamine, tetradecylamine, 1-hexenylamine, 1-dodecenylamine, 9,12-octadecadienylamine (linolamine), 9 , 12,15-octadecatrienylamine, alkylamines such as linoleylamine), tetramethylammonium salts (eg, tetramethylammonium chloride, tetramethylammonium hydroxide), tetrabutylammonium salts (eg, tetrabutyl chloride) Ammonium), alkyltrimethylammonium salts (eg, alkyltrimethylammonium salts (eg, alkyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium chloride, dodecyl chloride) Limethylammonium, tetradecyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, alkyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium bromide), benzyltrialkylammonium salt (for example, benzyltrimethylammonium chloride, benzyltriethyl chloride) Ammonium, benzalkonium chloride (dodecyldimethylbenzylammonium chloride), benzalkonium bromide), dibenzyldialkylammonium salt (eg, benzethonium chloride), dialkyldimethylammonium salt (eg, didecyldimethylammonium chloride, distearyldimethyl chloride) Ammonium), alkylpyridinium salts (eg, butylpyridinium chloride, dodechloride) Rupirijiniumu, cetylpyridinium chloride), aliphatic amine salts (e.g., monomethylamine hydrochloride, dimethylamine hydrochloride, trimethylamine hydrochloride) and the like.

陰イオン型界面活性剤としては、例えば、カルボン酸(例えば、オクタン酸ナトリウム、デカン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ペルフルオロノナン酸、N-ラウロイルサルコシンナトリウム、ココイルグルタミン酸ナトリウム、アルファスルホ脂肪酸メチルエステル塩)、スルホン酸(例えば、1-ヘキサンスルホン酸ナトリウム、1-オクタンスルホン酸ナトリウム、1-デカンスルホン酸ナトリウム、1-ドデカンスルホン酸ナトリウム、ペルフルオロブタンスルホン酸、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、トルエンスルホン酸ナトリウム、クメンスルホン酸ナトリウム、オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンジスルホン酸二ナトリウム、ナフタレントリスルホン酸三ナトリウム、ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム)、硫酸エステル(例えばラウリル硫酸ナトリウム、ミリスチル硫酸ナトリウム、ラウレス硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェノールスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム)、リン酸エステル(例えばラウリルリン酸、ラウリルリン酸ナトリウム、ラウリルリン酸カリウム)が挙げられる。   Examples of the anionic surfactant include carboxylic acids (for example, sodium octoate, sodium decanoate, sodium laurate, sodium myristate, sodium palmitate, sodium stearate, perfluorononanoic acid, N-lauroyl sarcosine sodium, Sodium cocoyl glutamate, alpha sulfo fatty acid methyl ester salt), sulfonic acids (eg, sodium 1-hexanesulfonate, sodium 1-octanesulfonate, sodium 1-decanesulfonate, sodium 1-dodecanesulfonate, perfluorobutanesulfonic acid, Sodium linear alkyl benzene sulfonate, sodium toluene sulfonate, sodium cumene sulfonate, sodium octyl benzene sulfonate, sodium naphthalene sulfonate, na Disodium phthalene sulfonate, trisodium naphthalene trisulfonate, sodium butyl naphthalene sulfonate), sulfates (eg, sodium lauryl sulfate, sodium myristyl sulfate, sodium laureth sulfate, sodium polyoxyethylene alkylphenol sulfonate, ammonium lauryl sulfate), phosphorus Acid esters (eg, lauryl phosphoric acid, sodium lauryl phosphate, potassium lauryl phosphate).

非イオン性界面活性剤としては、例えば、グリセリン脂肪酸エステル(例えば、ラウリン酸グリセリン、モノステアリン酸グリセリン)、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(例えば、ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル)、アルキルフェノールアルキレート(例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、オクチルフェノールエトキシレート、ノニルフェノールエトキシレート)、ポリオキシアルキレングリコール(例えば、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール)、ポリオキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル(例えば、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヘキシタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルポリエチレングリコール)、アルカノールアミド(例えば、ラウリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、コカミドDEA)、アルキルグルコシド(例えば、オクチルグルコシド、デシルグルコシド、ラウリルグルコシド)が挙げられる。   Examples of the nonionic surfactant include glycerin fatty acid esters (eg, glycerin laurate, glyceryl monostearate), sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene alkyl ethers (eg, pentaethylene glycol monododecyl ether, octaethylene glycol monoester) Dodecyl ether), alkylphenol alkylate (eg, polyoxyethylene alkylphenyl ether, octylphenol ethoxylate, nonylphenol ethoxylate), polyoxyalkylene glycol (eg, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol), polyoxyalkylene sorbitan fatty acid ester (eg, , Polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene hexitan fatty acid ester Terol, sorbitan fatty acid ester polyethylene glycol), alkanolamides (eg, lauric acid diethanolamide, oleic acid diethanolamide, stearic acid diethanolamide, cocamide DEA), and alkyl glucosides (eg, octyl glucoside, decyl glucoside, lauryl glucoside). .

両性界面活性剤としては、例えば、高級アルコール(例えば、セタノール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール)、ベタイン系化合物(例えば、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ドデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、オクタデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシルベタイン、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、アルキルアミノ酸塩(例えば、ラウロイルグルタミン酸ナトリウム、ラウロイルグルタミン酸カリウム、ラウロイルメチル−β−アラニン)、アルキルアミンオキシド(例えば、ラウリルジメチルアミンN−オキシド、オレイルジメチルアミンN−オキシド)が挙げられる。   Examples of the amphoteric surfactant include higher alcohols (eg, cetanol, stearyl alcohol, oleyl alcohol), betaine compounds (eg, lauryl dimethylamino acetate betaine, stearyl dimethylamino acetate betaine, dodecylaminomethyldimethylsulfopropyl betaine, octadecyl) Aminomethyldimethylsulfopropyl betaine, cocamidopropyl betaine, cocamidopropyl hydroxyl betaine, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine, alkyl amino acid salt (for example, sodium lauroylglutamate, potassium lauroylglutamate, Lauroylmethyl-β-alanine), alkylamine oxides (eg, lauryldimethylamine N-oxide, Le dimethylamine N- oxide) and the like.

界面活性剤は、両性界面活性剤および陽イオン性界面活性剤が好ましく、陽イオン性界面活性剤がより好ましく、脂肪族アミンがさらに好ましい。脂肪族アミンは、炭素原子数が15〜20であること、その構造中に不飽和結合を少なくとも1つ(好ましくは1つ)含むこと、および1級アミンであること、からなる群より選ばれる1以上を満たすことが好ましく、すべてを満たすことがより好ましく、オレイルアミンがさらに好ましい。   The surfactant is preferably an amphoteric surfactant or a cationic surfactant, more preferably a cationic surfactant, and still more preferably an aliphatic amine. The aliphatic amine is selected from the group consisting of having 15 to 20 carbon atoms, having at least one (preferably one) unsaturated bond in its structure, and being a primary amine. It is preferable to satisfy at least one, more preferably all, and even more preferably oleylamine.

界面活性剤は、1種類でもよく、2種以上の界面活性剤の組み合わせでもよい。   The surfactant may be one kind or a combination of two or more kinds of surfactants.

<組成>
ゴム組成物における各成分の含有量は特に限定されないが、好ましい含有量は以下のとおりである。
<Composition>
The content of each component in the rubber composition is not particularly limited, but the preferred content is as follows.

セルロースナノファイバーの含有量は、ゴム成分100質量部に対して1質量部以上が好ましく、2質量部以上がより好ましく、3質量部以上がさらに好ましい。これにより引張強度の向上効果が十分に発現し得る。上限は、50質量部以下が好ましく、40質量部以下が好ましく、30質量部以下がさらに好ましい。これにより、製造工程における加工性を保持することができる。従って、1〜50質量部が好ましく、2〜40質量部がより好ましく、3〜30質量部がさらに好ましい。   The content of the cellulose nanofiber is preferably at least 1 part by mass, more preferably at least 2 parts by mass, even more preferably at least 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component. Thereby, the effect of improving the tensile strength can be sufficiently exhibited. The upper limit is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 40 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or less. Thereby, workability in the manufacturing process can be maintained. Therefore, 1 to 50 parts by mass is preferable, 2 to 40 parts by mass is more preferable, and 3 to 30 parts by mass is further preferable.

界面活性剤の含有量は、セルロースナノファイバー100質量部に対して5質量部以上が好ましく、20質量部以上がより好ましく、40質量部以上がさらに好ましい。これにより引張強度の向上効果が十分に発現し得る。上限は、100質量部以下が好ましく、80質量部以下が好ましく、70質量部以下がさらに好ましい。これにより、製造工程における加工性を保持することができる。従って、5〜100質量部が好ましく、20〜80質量部がより好ましく、40〜70質量部がさらに好ましい。   The content of the surfactant is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more, and even more preferably 40 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the cellulose nanofiber. Thereby, the effect of improving the tensile strength can be sufficiently exhibited. The upper limit is preferably 100 parts by mass or less, more preferably 80 parts by mass or less, and even more preferably 70 parts by mass or less. Thereby, workability in the manufacturing process can be maintained. Therefore, 5 to 100 parts by mass is preferable, 20 to 80 parts by mass is more preferable, and 40 to 70 parts by mass is further preferable.

<任意成分>
ゴム組成物は、後段で説明するゴム組成物の用途等に応じて1種または2種以上の任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば、補強剤(例えば、カーボンブラック、シリカ等)、シランカップリング剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫促進助剤(例えば、酸化亜鉛、ステアリン酸)、オイル、硬化レジン、ワックス、老化防止剤、着色剤など、ゴム工業で使用され得る配合剤が挙げられる。このうち加硫促進剤、加硫促進助剤が好ましい。任意成分の含有量は、任意成分の種類等に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。
<Optional components>
The rubber composition may include one or more optional components depending on the use of the rubber composition described later. Optional components include, for example, reinforcing agents (eg, carbon black, silica, etc.), silane coupling agents, cross-linking agents, vulcanization accelerators, vulcanization accelerators (eg, zinc oxide, stearic acid), oils, and curing. Examples include compounding agents that can be used in the rubber industry, such as resins, waxes, antioxidants, and coloring agents. Among these, a vulcanization accelerator and a vulcanization accelerator are preferable. The content of the optional component may be appropriately determined according to the type of the optional component, and is not particularly limited.

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

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

ゴム組成物中、ゴム成分、セルロースナノファイバーおよび任意成分は、それぞれ独立して存在してもよく、また、少なくとも2成分の反応物など複合体として存在してもよい。ゴム組成物中の各成分の含有量は、通常、原料としての使用量に準じる。   In the rubber composition, the rubber component, the cellulose nanofiber, and the optional component may exist independently of each other, or may exist as a complex such as a reactant of at least two components. The content of each component in the rubber composition generally conforms to the amount used as a raw material.

<用途>
本発明のゴム組成物の用途は、特に制限されず、最終製品としてゴムを得るための組成物であればよい。すなわち、ゴム製造用の中間体(マスターバッチ)でもよいし、加硫剤を含む未加硫のゴム組成物でもよいし、最終製品としてのゴムでもよい。最終製品の用途は特に限定されず、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器等;パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等;携帯電話等の移動通信機器等;携帯音楽再生機器、映像再生機器、印刷機器、複写機器、スポーツ用品等;建築材;文具等の事務機器等、容器、コンテナー等が挙げられる。これら以外であっても、ゴムや柔軟なプラスチックが用いられている部材への適用が可能であり、タイヤへの適用が好適である。タイヤとしては例えば、乗用車用、トラック用、バス用、重車両用などの空気入りタイヤが挙げられる。
<Application>
The use of the rubber composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a composition for obtaining rubber as a final product. That is, it may be an intermediate (master batch) for rubber production, an unvulcanized rubber composition containing a vulcanizing agent, or rubber as a final product. The use of the final product is not particularly limited. For example, transportation equipment such as automobiles, trains, ships, and airplanes; electric appliances such as personal computers, televisions, telephones, and watches; mobile communication equipment such as mobile phones; Equipment, video playback equipment, printing equipment, copying equipment, sports equipment, etc .; building materials; office equipment such as stationery, containers, containers and the like. Other than these, application to members using rubber or flexible plastic is possible, and application to tires is preferable. Examples of the tire include pneumatic tires for passenger cars, trucks, buses, heavy vehicles, and the like.

[製造例1:酸化セルロースナノファイバーの製造]
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)を、TEMPO(Sigma Aldrich社製)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)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次亜塩素酸ナトリウムが5.5mmol/gになるように添加し、室温にて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が消費され系内の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。反応混合物に水を加えて濃度を3.0重量%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で2回処理して、酸化セルロースナノファイバー分散液を得た。平均繊維径は3.9nm、平均繊維長は620nmであった。
[Production Example 1: Production of oxidized cellulose nanofiber]
5.00 g of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from softwood (absolutely dry) was mixed with 39 mg of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) (0.05 mmol per 1 g of absolutely dry cellulose) and 514 mg of sodium bromide ( The solution was added to 500 mL of an aqueous solution in which 1.0 mmol of absolutely dried cellulose was dissolved in 1 g of cellulose, and stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous solution of sodium hypochlorite was added to the reaction system so that sodium hypochlorite became 5.5 mmol / g, and an oxidation reaction was started at room temperature. During the reaction, the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). At this time, the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 3.0% by weight (w / v), and the mixture was treated twice with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) to obtain an oxidized cellulose nanofiber dispersion. The average fiber diameter was 3.9 nm, and the average fiber length was 620 nm.

[製造例2:酸化セルロースナノファイバーの製造]
製造例1で製造した酸化パルプに水を加えて濃度を1.0重量%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で2回処理して、酸化セルロースナノファイバー分散液を得た。平均繊維径は2.4nm、平均繊維長は570nmであった。
[Production Example 2: Production of oxidized cellulose nanofiber]
Water was added to the oxidized pulp produced in Production Example 1 to adjust the concentration to 1.0% by weight (w / v), and treated twice with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 150 Mpa) to disperse oxidized cellulose nanofibers. A liquid was obtained. The average fiber diameter was 2.4 nm, and the average fiber length was 570 nm.

<実施例1>
上記の製造例1のセルロースナノファイバーの1重量%水分散液に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61.5重量%)100gの絶乾固形分に対して、前記ナノファイバーを絶乾相当で5重量%混合し、TKホモミキサー(8000rpm)で30分間撹拌して混合物を得た。この混合物を、70℃の加熱オーブン中で15時間乾燥させることにより、マスターバッチを得た。
<Example 1>
A 100% natural rubber latex (trade name: HA latex, Redtex Co., solid content concentration: 61.5% by weight) was added to a 1% by weight aqueous dispersion of the cellulose nanofiber of Production Example 1 above, based on the absolute dry solid content. The nanofibers were mixed at 5% by weight on a dry basis and stirred with a TK homomixer (8000 rpm) for 30 minutes to obtain a mixture. The mixture was dried in a heating oven at 70 ° C. for 15 hours to obtain a master batch.

上記の方法により得たマスターバッチに対し、酸化亜鉛、ステアリン酸をマスターバッチ中のゴム成分に対しそれぞれ6重量%、0.5重量%混合し、オープンロール(関西ロール株式会社製)にて、30℃で10分間混練することによって混練物を得た。この混練物に対し、硫黄および加硫促進剤(BBS、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド)を、混練物中のゴム成分に対しそれぞれ3.5重量%、0.7重量%加え、オープンロール(関西ロール株式会社製)を用い、30℃で10分間混練して、未加硫ゴム組成物のシートを得た。得られた未加硫ゴム組成物のシートを金型にはさみ、150℃で15分間プレス加硫することにより、厚さ2mmの加硫ゴムシートを得た。得られた加硫ゴムシートを、所定の形状の試験片に裁断し、JIS K6251「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に従い、引張強度を示すものとして、50%ひずみ時(M50)、および100%ひずみ時(M100)における応力、破断強度、破断伸びをそれぞれ測定した。測定値は比較例2の値を100として、他の実施例、比較例の値をそのインデックス表示とした。各々の数値が大きい程、加硫ゴム組成物が良好に補強されており、機械強度に優れることを示す。   Zinc oxide and stearic acid were mixed at 6% by weight and 0.5% by weight with respect to the rubber component in the masterbatch, respectively, with respect to the masterbatch obtained by the above method. A kneaded material was obtained by kneading at 30 ° C. for 10 minutes. To this kneaded material, sulfur and a vulcanization accelerator (BBS, Nt-butyl-2-benzothiazolesulfenamide) were added at 3.5% by weight and 0.7% by weight, respectively, to the rubber component in the kneaded material. %, And kneaded at 30 ° C. for 10 minutes using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.) to obtain a sheet of an unvulcanized rubber composition. The obtained unvulcanized rubber composition sheet was sandwiched between molds and press-vulcanized at 150 ° C. for 15 minutes to obtain a vulcanized rubber sheet having a thickness of 2 mm. The obtained vulcanized rubber sheet is cut into a test piece having a predetermined shape, and according to JIS K6251 “Vulcanized rubber and thermoplastic rubber—How to determine tensile properties”, a sheet having a tensile strength of 50% strain ( M50) and at 100% strain (M100), stress, breaking strength, and breaking elongation were measured. As for the measured value, the value of Comparative Example 2 was set to 100, and the values of the other Examples and Comparative Examples were used as index display. A larger value indicates that the vulcanized rubber composition is satisfactorily reinforced and has excellent mechanical strength.

<比較例1>
製造例2のセルロースナノファイバーを用いたこと以外は実施例1と同様に行った。
<Comparative Example 1>
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofiber of Production Example 2 was used.

<比較例2>
セルロースナノファイバーを用いなかったこと以外は実施例1と同様に行った。
<Comparative Example 2>
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofiber was not used.


Figure 2020007457
実施例のゴム組成物は、良好に補強されており、機械強度に優れる。 table
Figure 2020007457
The rubber compositions of Examples are satisfactorily reinforced and have excellent mechanical strength.

Claims (8)

下記の<1>〜<2>の工程を含むマスターバッチの製造方法
<1>化学変性処理されたセルロース繊維を2.0重量%濃度以上の分散液に調整した後、当該分散液を解繊処理し、セルロースナノファイバーを得る工程
<2><1>で得られたセルロースナノファイバーとゴムラテックスを混合した後、乾燥処理を行ない、マスターバッチを得る工程
<1> A method for manufacturing a master batch including the following steps <1> and <2>: <1> After adjusting the chemically modified cellulose fiber to a dispersion having a concentration of 2.0% by weight or more, the dispersion is defibrated. Step of processing to obtain cellulose nanofiber <2> Step of mixing cellulose nanofiber obtained in <1> and rubber latex, and then performing drying treatment to obtain a master batch
化学変性処理が酸化処理であることを特徴とする、請求項1記載のマスターバッチの製造方法 The method for producing a master batch according to claim 1, wherein the chemical modification treatment is an oxidation treatment. 化学変性処理がカルボキシメチル化処理であることを特徴とする、請求項1記載のマスターバッチの製造方法 The method for producing a master batch according to claim 1, wherein the chemical modification treatment is a carboxymethylation treatment. 化学変性処理がカチオン化処理であることを特徴とする、請求項1記載のマスターバッチの製造方法 The method for producing a master batch according to claim 1, wherein the chemical modification treatment is a cationization treatment. 化学変性処理がリン酸エステル化処理であることを特徴とする、請求項1記載のマスターバッチの製造方法 2. The method for producing a master batch according to claim 1, wherein the chemical modification treatment is a phosphorylation treatment. 解繊処理が超高圧ホモジナイザー処理であることを特徴とする、請求項1〜5記載のマスターバッチの製造方法 The method for producing a master batch according to any one of claims 1 to 5, wherein the defibrating treatment is an ultra-high pressure homogenizer treatment. 解繊処理の圧力(MPa)と処理回数(回)の積が200MPa・回以上であることを特徴とする、請求項1〜6記載のマスターバッチの製造方法 The method for producing a master batch according to any one of claims 1 to 6, wherein the product of the pressure (MPa) and the number of treatments (times) of the defibration treatment is 200 MPa · times or more. 請求項1〜7記載のマスターバッチを用いて作製したゴム組成物の製造方法 A method for producing a rubber composition produced using the master batch according to claim 1.
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