JP2020109153A - Fibrous cellulose-containing material, fibrous cellulose-containing liquid composition and formed body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維状セルロース含有物、繊維状セルロース含有液状組成物及び成形体に関する。 The present invention relates to a fibrous cellulose-containing material, a fibrous cellulose-containing liquid composition and a molded article.
従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。例えば、微細繊維状セルロースを含むシートや樹脂複合体、増粘剤の開発が進められている。 Conventionally, cellulose fibers have been widely used in clothing, absorbent articles, paper products and the like. As cellulose fibers, in addition to fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is known. Fine fibrous cellulose has been attracting attention as a new material, and its uses are diverse. For example, the development of sheets, resin composites and thickeners containing fine fibrous cellulose is under way.
一般的に、微細繊維状セルロースは水系溶媒中に安定して分散するため、水分散液の状態で提供され、各種用途に使用されることが多い。一方で、微細繊維状セルロースを樹脂と混合して複合体等を製造する際には、微細繊維状セルロースを有機溶媒と混合して使用したいという要望もある。このような要望に応える技術として、有機溶媒を含む分散媒に微細繊維状セルロースを分散させた微細繊維状セルロース含有分散液を製造する技術が検討されている。 Generally, since fine fibrous cellulose is stably dispersed in an aqueous solvent, it is often provided as an aqueous dispersion and used for various purposes. On the other hand, when the fine fibrous cellulose is mixed with a resin to produce a composite or the like, there is also a desire to use the fine fibrous cellulose mixed with an organic solvent. As a technique to meet such a demand, a technique for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion liquid in which fine fibrous cellulose is dispersed in a dispersion medium containing an organic solvent has been studied.
例えば、特許文献1には、カルボキシ基を有する微細繊維状セルロースに界面活性剤を吸着させた微細繊維状セルロース複合体が開示されている。ここでは、水系溶媒中でセルロース繊維を微細化した後に、微細繊維状セルロースを凝集させ有機溶媒に分散させる方法や、有機溶媒中でセルロース繊維を微細化することで微細繊維状セルロースを得る方法が開示されている。また、特許文献2には、リン酸基を有する微細繊維状セルロースであって、リン酸基の対イオンとして有機オニウムイオンを含む微細繊維状セルロースが開示されている。
For example,
一般的に、有機溶媒の比誘電率は水と比較して低いため、微細繊維状セルロースを分散させる際に必要な静電的な反発力が得られにくいことが知られている。このため、有機溶媒中においては、微細繊維状セルロースの分散性が不十分となる傾向が見られていた。有機溶媒中において、微細繊維状セルロースの分散性が不十分となると、微細繊維状セルロースを分散させた再分散スラリーの粘度が低くなる場合がある。ここで、微細繊維状セルロースの分散性を高めるために有機オニウムイオン等の対イオンを導入することも検討されているが、この場合、微細繊維状セルロースの再分散スラリーからシートを形成した際にシートの引張弾性率が低下する場合があった。 Generally, the relative permittivity of an organic solvent is lower than that of water, and thus it is known that it is difficult to obtain the electrostatic repulsion force required when dispersing fine fibrous cellulose. Therefore, the dispersibility of the fine fibrous cellulose in the organic solvent tends to be insufficient. If the dispersibility of the fine fibrous cellulose is insufficient in the organic solvent, the viscosity of the redispersion slurry in which the fine fibrous cellulose is dispersed may be low. Here, in order to enhance the dispersibility of the fine fibrous cellulose is also considered to introduce a counter ion such as an organic onium ion, in this case, when forming a sheet from a redispersed slurry of fine fibrous cellulose The tensile elastic modulus of the sheet sometimes decreased.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、有機溶媒への再分散性に優れた繊維状セルロース含有物であって、微細繊維状セルロースの再分散スラリーからシートを形成した場合に、引張弾性率の高いシートを形成し得る繊維状セルロース含有物を提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, the present inventors, in order to solve the problems of such conventional technology, a fibrous cellulose-containing material excellent in redispersibility in an organic solvent, a sheet from a redispersion slurry of fine fibrous cellulose. The study was conducted for the purpose of providing a fibrous cellulose-containing material capable of forming a sheet having a high tensile elastic modulus when formed.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する微細繊維状セルロースと、有機オニウムイオンとを含有する繊維状セルロース含有物において、微細繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、微細繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合に、A1/A2の値を0.65以上とすることにより、有機溶媒への再分散性に優れた繊維状セルロース含有物が得られることを見出した。また、本発明者らは、このような繊維状セルロース含有物の再分散スラリーから形成したシートは高い引張弾性率を有していることを見出し、本発明を完成するに至った。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of extensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a fibrous cellulose containing a fine fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, and an organic onium ion. In the cellulose-containing material, when the first dissociated acid amount in the fine fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount in the fine fibrous cellulose is A2, the value of A1/A2 is 0.65 or more, It was found that a fibrous cellulose-containing material excellent in redispersibility in an organic solvent can be obtained. Further, the present inventors have found that a sheet formed from a redispersed slurry of such a fibrous cellulose-containing material has a high tensile elastic modulus, and completed the present invention.
Specifically, the present invention has the following configurations.
[1] 繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基の対イオンとして有機オニウムイオンとを含有する繊維状セルロース含有物であって、
繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.65以上である、繊維状セルロース含有物。
[2] 繊維幅が1000nm以下であり、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基の対イオンとして有機オニウムイオンとを含有する繊維状セルロース含有物。
[3] 有機オニウムイオンは、下記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たす、[1]又は[2]に記載の繊維状セルロース含有物;
(a)炭素数が5以上の炭化水素基を含む;
(b)総炭素数が17以上である。
[4] 有機オニウムイオンが有機アンモニウムである[1]〜[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物。
[5] 繊維状セルロース含有物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量が80質量%以上である[1]〜[4]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物と、有機溶媒とを混合してなる繊維状セルロース含有液状組成物。
[7] さらに樹脂成分を含む[6]に記載の繊維状セルロース含有液状組成物。
[8] [1]〜[5]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物、もしくは[6]又は[7]に記載の繊維状セルロース含有液状組成物から形成される成形体。
[1] A fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from the phosphorus oxo acid group, and an organic onium ion as a counter ion of the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group. A fibrous cellulose-containing material containing,
A fibrous cellulose-containing material having a value of A1/A2 of 0.65 or more, where A1 is the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose and A2 is the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose.
[2] As a counter ion of fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group, and a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group A fibrous cellulose-containing material containing an organic onium ion.
[3] The fibrous cellulose-containing material according to [1] or [2], wherein the organic onium ion satisfies at least one condition selected from the following (a) and (b):
(A) contains a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms;
(B) The total carbon number is 17 or more.
[4] The fibrous cellulose-containing material according to any of [1] to [3], wherein the organic onium ion is organic ammonium.
[5] The fibrous cellulose-containing material according to any one of [1] to [4], wherein the content of the fibrous cellulose is 80% by mass or more based on the total mass of the fibrous cellulose-containing material.
[6] A fibrous cellulose-containing liquid composition obtained by mixing the fibrous cellulose-containing material according to any one of [1] to [5] with an organic solvent.
[7] The fibrous cellulose-containing liquid composition according to [6], which further contains a resin component.
[8] A molded product formed from the fibrous cellulose-containing material according to any one of [1] to [5] or the fibrous cellulose-containing liquid composition according to [6] or [7].
本発明によれば、有機溶媒への再分散性に優れた繊維状セルロース含有物であって、微細繊維状セルロースの再分散スラリーからシートを形成した場合に、引張弾性率の高いシートを形成し得る繊維状セルロース含有物を得ることができる。 According to the present invention, a fibrous cellulose-containing material having excellent redispersibility in an organic solvent, and when a sheet is formed from a redispersion slurry of fine fibrous cellulose, a sheet having a high tensile elastic modulus is formed. The resulting fibrous cellulose-containing material can be obtained.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
(繊維状セルロース含有物)
本発明の第1の態様は、繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基の対イオンとして有機オニウムイオンとを含有する繊維状セルロース含有物に関する。ここで、繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値は0.65以上である。
(Containing fibrous cellulose)
A first aspect of the present invention is a pair of a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group, and a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group. A fibrous cellulose-containing material containing an organic onium ion as an ion. Here, when the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose is A2, the value of A1/A2 is 0.65 or more.
本発明の第2の態様は、繊維幅が1000nm以下であり、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基の対イオンとして有機オニウムイオンとを含有する繊維状セルロース含有物に関する。 The second aspect of the present invention has a fiber width of 1000 nm or less and is derived from a fibrous cellulose having a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group and a phosphite group or a phosphite group. The present invention relates to a fibrous cellulose-containing material containing an organic onium ion as a counter ion of a substituent.
本発明の繊維状セルロース含有物は、上記構成を有するものであるため、有機溶媒への再分散性に優れている。このため、繊維状セルロース含有物を有機溶媒に分散させて得られる再分散スラリーは高粘度となる。また、繊維状セルロース含有物は、有機溶媒への再分散性に優れているため、得られる再分散スラリーは透明性にも優れている。さらに本発明の繊維状セルロース含有物は、有機溶媒への分散性が良好であるため、繊維状セルロースを有機溶媒に分散させる際にかかるエネルギーを低減することができる。 Since the fibrous cellulose-containing material of the present invention has the above-mentioned constitution, it is excellent in redispersibility in an organic solvent. Therefore, the redispersion slurry obtained by dispersing the fibrous cellulose-containing material in the organic solvent has a high viscosity. Further, since the fibrous cellulose-containing material is excellent in redispersibility in an organic solvent, the obtained redispersion slurry is also excellent in transparency. Furthermore, since the fibrous cellulose-containing material of the present invention has good dispersibility in an organic solvent, it is possible to reduce energy required when the fibrous cellulose is dispersed in the organic solvent.
また、本発明の繊維状セルロース含有物は、上記構成を有するものであるため、再分散スラリーからシートを形成した場合に、引張弾性率の高いシートが得られる。従来、繊維状セルロース含有物の有機溶媒に対する分散性を高めるためには、アニオン性基等の対イオンとして有機オニウムイオンを含有させることが検討されていたが、このような場合、得られるシートの引張弾性率が低下する傾向があった。すなわち、従来技術においては、有機溶媒への分散性の向上と、得られるシートの引張弾性率の向上を両立することが困難であった。しかし、本発明においては、繊維状セルロースが有する置換基を所定条件を満たすものとすることにより、対イオンとして有機オニウムイオンを有する場合であっても、繊維状セルロース含有物の有機溶媒への分散性を高めると同時に、得られるシートの引張弾性率を高めることに成功した。 Further, since the fibrous cellulose-containing material of the present invention has the above-mentioned constitution, when a sheet is formed from the redispersed slurry, a sheet having a high tensile elastic modulus can be obtained. Conventionally, in order to enhance the dispersibility of the fibrous cellulose-containing material in an organic solvent, it has been considered to contain an organic onium ion as a counter ion such as an anionic group, but in such a case, The tensile modulus tended to decrease. That is, in the prior art, it was difficult to achieve both improvement in dispersibility in an organic solvent and improvement in tensile elastic modulus of the obtained sheet. However, in the present invention, by making the substituents of the fibrous cellulose satisfy the predetermined conditions, even if the fibrous cellulose has an organic onium ion as a counter ion, the fibrous cellulose-containing dispersion in the organic solvent is We succeeded in increasing the tensile elasticity modulus of the obtained sheet at the same time as improving the elasticity.
上述したように、本発明の繊維状セルロース含有物は有機溶媒への分散性に優れているため、繊維状セルロース含有物を有機溶媒に分散することで得られる再分散スラリーは高粘度である。ここで、再分散スラリーの粘度は、繊維状セルロース濃度が2.0質量%の再分散スラリーを23℃で、24時間静置した後、再分散スラリーの粘度をB型粘度計を用いて測定した値である。この際、測定は23℃の条件下で行い、3rpmで3分間回転させた際の粘度を測定する。なお、B型粘度計としては、例えば、BLOOKFIELD社製のアナログ粘度計T−LVTを用いることができる。 As described above, since the fibrous cellulose-containing material of the present invention has excellent dispersibility in an organic solvent, the redispersion slurry obtained by dispersing the fibrous cellulose-containing material in the organic solvent has a high viscosity. Here, the viscosity of the redispersion slurry is measured by using a B-type viscometer after allowing the redispersion slurry having a fibrous cellulose concentration of 2.0% by mass to stand at 23° C. for 24 hours. It is the value. At this time, the measurement is performed under the condition of 23° C., and the viscosity when rotated at 3 rpm for 3 minutes is measured. As the B-type viscometer, for example, an analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD can be used.
繊維状セルロース含有物を有機溶媒中に分散させて得られる再分散スラリーの粘度は、分散媒である有機溶媒の種類と分散液中の微細繊維状セルロースの濃度に依存する。例えば、再分散スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度が2.0質量%であって、有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン(NMP)である場合、再分散スラリーの粘度は、15000mPa・s以上であることが好ましく、30000mPa・s以上であることがより好ましく、40000mPa・s以上であることがさらに好ましく、50000mPa・s以上であることが一層好ましく、70000mPa・s以上であることが特に好ましい。また、有機溶媒スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度が4.0質量%であって、有機溶媒がトルエンの場合は、再分散スラリーの粘度は、6500mPa・s以上であることが好ましく、7000mPa・s以上であることがより好ましく、7500mPa・s以上であることがさらに好ましく、8000mPa・s以上であることが一層好ましく、8500mPa・s以上であることが特に好ましい。有機溶媒スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度が2.0質量%であって、有機溶媒がメタノールの場合は、再分散スラリーの粘度は、30000mPa・s以上であることが好ましく、40000mPa・s以上であることがより好ましく、50000mPa・s以上であることがさらに好ましく、60000mPa・s以上であることが一層好ましく、70000mPa・s以上であることが特に好ましい。有機溶媒スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度が2.0質量%であって、有機溶媒がジメチルスルホキシド(DMSO)の場合は、再分散スラリーの粘度は、84000mPa・s以上であることが好ましく、88000mPa・s以上であることがより好ましく、92000mPa・s以上であることがさらに好ましく、96000mPa・s以上であることが一層好ましく、100000mPa・s以上であることが特に好ましい。 The viscosity of the redispersion slurry obtained by dispersing the fibrous cellulose-containing material in an organic solvent depends on the type of the organic solvent as the dispersion medium and the concentration of the fine fibrous cellulose in the dispersion. For example, when the concentration of fine fibrous cellulose in the redispersion slurry is 2.0 mass% and the organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), the viscosity of the redispersion slurry is 15,000 mPa·s. It is preferably not less than 30,000 mPa·s, more preferably not less than 30,000 mPa·s, further preferably not less than 40,000 mPa·s, further preferably not less than 50,000 mPa·s, particularly preferably not less than 70,000 mPa·s. .. When the concentration of fine fibrous cellulose in the organic solvent slurry is 4.0% by mass and the organic solvent is toluene, the viscosity of the redispersion slurry is preferably 6500 mPa·s or more, and 7,000 mPa·s. s or more is more preferable, 7500 mPa·s or more is further preferable, 8000 mPa·s or more is further preferable, and 8500 mPa·s or more is particularly preferable. When the concentration of the fine fibrous cellulose in the organic solvent slurry is 2.0% by mass and the organic solvent is methanol, the viscosity of the redispersion slurry is preferably 30,000 mPa·s or more, and 40,000 mPa·s or more. Is more preferable, 50,000 mPa·s or more is more preferable, 60,000 mPa·s or more is further preferable, and 70,000 mPa·s or more is particularly preferable. When the concentration of the fine fibrous cellulose in the organic solvent slurry is 2.0 mass% and the organic solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), the viscosity of the redispersion slurry is preferably 84000 mPa·s or more, It is more preferably 88,000 mPa·s or more, further preferably 92,000 mPa·s or more, further preferably 96,000 mPa·s or more, and particularly preferably 100,000 mPa·s or more.
本発明の繊維状セルロース含有物は、有機溶媒中での分散性が良好であるため、分散液中で沈降物を生成しない。このため、微細繊維状セルロースを有機溶媒中に分散させて得られる有機溶媒スラリーは高透明である。 Since the fibrous cellulose-containing material of the present invention has good dispersibility in an organic solvent, it does not form a precipitate in the dispersion liquid. Therefore, the organic solvent slurry obtained by dispersing fine fibrous cellulose in an organic solvent is highly transparent.
繊維状セルロース含有物を有機溶媒に分散することで得られる再分散スラリーからシートを形成した場合、シートは高い引張弾性率を有する。このようなシートの引張弾性率は、4.5MPa以上であることが好ましく、5.0MPa以上であることがより好ましく、6.0MPa以上であることがさらに好ましい。なお、シートの引張弾性率は、特に限定されないが、20MPa以下であることが好ましい。ここで、シートの引張弾性率は、シートの長さを40mm、チャック間距離を20mmとした以外はJIS P 8113に準拠して測定した値である。引張弾性率を測定する際には、シートの坪量は同一条件に揃えて測定を行う。シートの坪量は特に限定されないが、例えば80g/m2で測定を行う。また、引張弾性率の測定に供試するシート全質量に対する繊維状セルロースと有機オニウムイオンの合計の含有率は、80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。ここで、繊維状セルロースと有機オニウムイオンの合計の含有率とは、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロースと、リンオキソ酸基の対イオンとして存在する有機オニウムイオンの合計の質量を、繊維状セルロース含有物の質量で除すことで算出した値である。なお、引張弾性率を測定する際には、シートを23℃、相対湿度50%で24時間調湿した後に測定を行う。測定に用いる引張試験機としては、例えば、エー・アンド・デイ社製の引張試験機テンシロン等を用いることができる。なお、引張弾性率は、応力−ひずみ曲線(SSカーブ)における正の最大の傾き値から計算した値である。 When a sheet is formed from a redispersed slurry obtained by dispersing a fibrous cellulose-containing material in an organic solvent, the sheet has a high tensile elastic modulus. The tensile modulus of elasticity of such a sheet is preferably 4.5 MPa or more, more preferably 5.0 MPa or more, and further preferably 6.0 MPa or more. The tensile modulus of elasticity of the sheet is not particularly limited, but is preferably 20 MPa or less. Here, the tensile elastic modulus of the sheet is a value measured according to JIS P 8113 except that the sheet length is 40 mm and the chuck distance is 20 mm. When measuring the tensile modulus, the basis weight of the sheet is measured under the same conditions. The basis weight of the sheet is not particularly limited, but the measurement is performed, for example, at 80 g/m 2 . Further, the total content of the fibrous cellulose and the organic onium ion relative to the total mass of the sheet to be subjected to the measurement of the tensile elastic modulus is preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, It is more preferably 90% by mass or more. Here, the total content of the fibrous cellulose and the organic onium ion, the fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group, and the total mass of the organic onium ion present as a counter ion of the phosphorus oxo acid group, the fibrous cellulose containing It is a value calculated by dividing by the mass of the product. When measuring the tensile elastic modulus, the sheet is conditioned at 23° C. and 50% relative humidity for 24 hours and then measured. As the tensile tester used for the measurement, for example, a tensile tester Tensilon manufactured by A&D Co. can be used. The tensile modulus is a value calculated from the maximum positive slope value in the stress-strain curve (SS curve).
繊維状セルロース含有物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量は10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることがさらに好ましく、25質量%以上であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロース含有物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量の上限値は99質量%であってもよい。なお、繊維状セルロース含有物における繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロースの質量を、繊維状セルロース含有物の質量で除すことで算出した値である。ただし、繊維状セルロースの質量は、繊維状セルロースが有するアニオン性基の対イオンが水素イオン(H+)であると仮定した際の質量とする。ここで、繊維状セルロースの質量は、繊維状セルロースを、適切な方法で抽出し、この操作を経た後に残る固形分が繊維状セルロースの質量となる。抽出方法としては、例えば、酸処理によって、微細繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基の対イオンとして存在する成分を塩として選択的に抽出する方法などが挙げられる。 The content of the fibrous cellulose with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, further preferably 20% by mass or more, and 25% by mass. % Or more is particularly preferable. The upper limit of the content of fibrous cellulose may be 99 mass% with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material. The content of fibrous cellulose in the fibrous cellulose-containing material is a value calculated by dividing the mass of fibrous cellulose by the mass of the fibrous cellulose-containing material. However, the mass of the fibrous cellulose is the mass when it is assumed that the counter ion of the anionic group of the fibrous cellulose is hydrogen ion (H + ). Here, regarding the mass of the fibrous cellulose, the solid content remaining after the fibrous cellulose is extracted by an appropriate method and subjected to this operation becomes the mass of the fibrous cellulose. Examples of the extraction method include a method of selectively extracting, as a salt, a component present as a counter ion of the phosphorus oxo acid group of the fine fibrous cellulose by acid treatment.
本発明の繊維状セルロース含有物においては、水の含有量は少ない方が好ましい。繊維状セルロース含有物における水の含有量は、繊維状セルロース含有物の全質量に対して、20質量%以下であることが好ましく、18質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることがさらに好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。また、繊維状セルロース含有物における水の含有量は0質量%であってもよい。このように、本発明の繊維状セルロース含有物は、水分の含有量が低いため、微細繊維状セルロースを有機溶媒に分散させて得られる有機溶媒スラリー中に持ち込まれる水分量が抑えられる。なお、繊維状セルロース含有物中の水分含有量は、繊維状セルロース含有物を水分計(エー・アンド・デイ社製、MS−70)に200mg載せ、140℃で加熱することで測定することができる。測定された水分量から繊維状セルロース含有物中の水分含有量を算出することができる。 In the fibrous cellulose-containing material of the present invention, it is preferable that the content of water is small. The content of water in the fibrous cellulose-containing material is preferably 20% by mass or less, more preferably 18% by mass or less, and 15% by mass or less with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material. It is more preferable that the amount is 10% by mass or less. The content of water in the fibrous cellulose-containing material may be 0% by mass. As described above, since the fibrous cellulose-containing material of the present invention has a low water content, the amount of water brought into an organic solvent slurry obtained by dispersing fine fibrous cellulose in an organic solvent is suppressed. The water content in the fibrous cellulose-containing material can be measured by placing 200 mg of the fibrous cellulose-containing material on a water content meter (MS-70 manufactured by A&D Company) and heating at 140°C. it can. The water content in the fibrous cellulose-containing material can be calculated from the measured water content.
本発明の繊維状セルロース含有物は、固形状やゲル状であってもよい。本発明の繊維状セルロース含有物は、シート等の成形体を形成するために用いられることが好ましい。すなわち、本発明の繊維状セルロース含有物は、成形体形成用組成物であることが好ましく、シート形成用組成物であることが好ましい。 The fibrous cellulose-containing material of the present invention may be in solid or gel form. The fibrous cellulose-containing material of the present invention is preferably used for forming a molded product such as a sheet. That is, the fibrous cellulose-containing material of the present invention is preferably a molded body forming composition, and more preferably a sheet forming composition.
本発明の繊維状セルロース含有物が固形状である場合、その形態は特に限定されるものではないが、例えば、シート状物や粉粒物であることが好ましく、粉粒物であることがより好ましい。ここで、粉粒物は、粉状及び/又は粒状の物質である。なお、粉状物質は、粒状物質よりも小さいものをいう。一般的には、粉状物質は粒子径が1nm以上0.1mm未満の微粒子をいい、粒状物質は、粒子径が0.1mm以上10mm以下の粒子をいうが、特に限定されない。なお、本明細書においては、粉粒物は粉体と呼ぶこともある。本明細書における粉粒物の粒子径はレーザー回折法を用いて測定・算出することができる。具体的には、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置(Microtrac3300EXII、日機装株式会社)を用いて測定した値とする。 When the fibrous cellulose-containing material of the present invention is in a solid state, its form is not particularly limited, but for example, it is preferably a sheet-like material or a granular material, and more preferably a granular material. preferable. Here, the granular material is a powdery and/or granular substance. Note that the powdery substance means a substance smaller than the granular substance. Generally, the powdery substance refers to fine particles having a particle diameter of 1 nm or more and less than 0.1 mm, and the granular substance refers to particles having a particle diameter of 0.1 mm to 10 mm, but is not particularly limited. In addition, in this specification, a granular material may be called powder. The particle size of the powder or granular material in the present specification can be measured and calculated using a laser diffraction method. Specifically, it is a value measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device (Microtrac 3300EXII, Nikkiso Co., Ltd.).
(繊維状セルロース)
本発明の繊維状セルロース含有物は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを含有する。ここで、繊維状セルロースの繊維幅は1000nm以下である。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることが好ましく、8nm以下であることがより好ましい。これにより、有機溶媒に対する分散性をより効果的に高めることができる。なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロースと呼ぶこともある。
(Fibrous cellulose)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention contains fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group. Here, the fiber width of the fibrous cellulose is 1000 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is preferably 100 nm or less, more preferably 8 nm or less. Thereby, the dispersibility in the organic solvent can be enhanced more effectively. In the present specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less may be referred to as fine fibrous cellulose.
繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば1000nm以下である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることが特に好ましい。繊維状セルロースの平均繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、繊維状セルロースによる強度や剛性、寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。 The fiber width of the fibrous cellulose can be measured by, for example, observation with an electron microscope. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, further preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more and 10 nm or less. Particularly preferred. By setting the average fiber width of the fibrous cellulose to 2 nm or more, it is possible to prevent the fibrous cellulose from being dissolved in water and more easily exhibit the effect of improving the strength, rigidity, and dimensional stability of the fibrous cellulose. it can. The fibrous cellulose is, for example, monofilament cellulose.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。
The average fiber width of the fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and the suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to obtain a TEM observation sample. And When a wide fiber is included, an SEM image of the surface cast on glass may be observed. Then, observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times or 50000 times according to the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions and magnification are adjusted so as to satisfy the following conditions.
(1) One straight line X is drawn at an arbitrary position in the observed image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y perpendicular to the straight line is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
The width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is visually read from the observed image satisfying the above conditions. In this way, at least three sets of observation images of surface portions that do not overlap each other are obtained. Then, for each image, the width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is read. Thereby, the fiber width of at least 20 fibers×2×3=120 fibers is read. Then, the average value of the read fiber width is set as the average fiber width of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、たとえば0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上800μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. preferable. By setting the fiber length within the above range, breakage of the crystalline region of the fibrous cellulose can be suppressed. It is also possible to set the slurry viscosity of the fibrous cellulose within an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be determined by image analysis using TEM, SEM, or AFM, for example.
繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 The fibrous cellulose preferably has a type I crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified in a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418Å) monochromated with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions near 2θ=14° or more and 17° or less and around 2θ=22° or more and 23° or less. The proportion of the I-type crystal structure in the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 50% or more. Thereby, further excellent performance can be expected in terms of heat resistance and low linear thermal expansion coefficient. The crystallinity is obtained by measuring an X-ray diffraction profile and using the pattern according to a conventional method (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, page 786, 1959).
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length/fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 10000 or less, and more preferably 50 or more and 1000 or less. By setting the axial ratio to the above lower limit or more, it is easy to form a sheet containing fine fibrous cellulose. By setting the axial ratio to be equal to or less than the above upper limit, for example, when handling fibrous cellulose as a dispersion liquid, handling such as dilution becomes easy, which is preferable.
本実施形態における繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。特に、結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が高い微細繊維状セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fibrous cellulose in this embodiment has both a crystalline region and an amorphous region, for example. In particular, fine fibrous cellulose having both a crystalline region and an amorphous region and a high axial ratio is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described below.
繊維状セルロースはリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)を有する。なお、リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基の塩、リンオキソ酸エステル基などの置換基が含まれる。リンオキソ酸基は、アニオン性基であるため、有機オニウムイオンを対イオンとして有し得る。これにより、微細繊維状セルロースの有機溶媒への分散性等を高めることができるものと考えられる。 Fibrous cellulose has a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group (sometimes referred to simply as a phosphorus oxo acid group). The substituent derived from the phosphorus oxo acid group includes a substituent such as a salt of the phosphorus oxo acid group and a phosphorus oxo acid ester group. Since the phosphorus oxo acid group is an anionic group, it can have an organic onium ion as a counter ion. It is considered that this can enhance the dispersibility of the fine fibrous cellulose in the organic solvent.
繊維状セルロースにおけるリンオキソ酸基の導入量(リンオキソ酸基量)は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースにおけるリンオキソ酸基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。ここで、単位mmol/gは、リンオキソ酸基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量を示す。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。さらに、リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースが含み得る有機オニウムイオンの含有量を適切な範囲とすることができ、これにより、繊維状セルロースの有機溶媒に対する分散性をより効果的に高めることができる。また、リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、再分散スラリーからシートを形成した場合に、シートは高い引張弾性率を発揮することができる。 The introduction amount of phosphorus oxo acid group (the amount of phosphorus oxo acid group) in the fibrous cellulose is, for example, preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of the fibrous cellulose, and more preferably 0.20 mmol/g or more. It is more preferably 0.50 mmol/g or more, still more preferably 1.00 mmol/g or more. Further, the introduction amount of the phosphorus oxo acid group in the fibrous cellulose is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of the fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol/g or less. More preferably, it is not more than 00 mmol/g. Here, the unit mmol/g indicates the amount of the substituent per 1 g of the mass of the fibrous cellulose when the counter ion of the phosphorus oxo acid group is a hydrogen ion (H + ). By setting the introduction amount of the phosphorus oxo acid group within the above range, it is possible to facilitate the miniaturization of the fiber raw material and increase the stability of the fibrous cellulose. Furthermore, by setting the introduction amount of the phosphorus oxo acid group in the above range, the content of the organic onium ion that can be contained in the fibrous cellulose can be set to an appropriate range, and thus the dispersion of the fibrous cellulose in the organic solvent can be performed. The sex can be enhanced more effectively. Further, when the amount of the phosphorus oxo acid group introduced is within the above range, the sheet can exhibit a high tensile elastic modulus when the sheet is formed from the redispersed slurry.
繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose can be measured, for example, by the neutralization titration method. In the measurement by the neutralization titration method, the introduced amount is measured by determining the pH change while adding an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution to the obtained slurry containing fibrous cellulose.
図1は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the dropping amount of NaOH and pH for a slurry containing fibrous cellulose having a phosphorous acid group. The amount of phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a slurry containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, a defibration process similar to the defibration process step described below may be performed on the measurement target before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Then, the pH change is observed while adding the aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 1 is obtained. In the titration curve shown in the upper part of FIG. 1, the measured pH is plotted against the amount of alkali added, and in the titration curve shown in the lower part of FIG. 1, the pH is plotted against the amount of alkali added. The increment (differential value) (1/mmol) is plotted. In this neutralization titration, two points at which the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized are confirmed in the curve plotting the pH measured with respect to the amount of alkali added. Among these, the maximum point of the increment obtained first after adding alkali is referred to as a first end point, and the maximum point of the increment obtained next is referred to as a second end point. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point becomes equal to the amount of the first dissociated acid of fibrous cellulose contained in the slurry used for the titration, and the alkali amount required from the first end point to the second end point. The amount becomes equal to the amount of the second dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for the titration, and the amount of alkali required from the start of the titration to the second end point becomes the total amount of the dissociated acid in the slurry used for the titration. Will be equal. The value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the phosphorus oxo acid group introduction amount (mmol/g). In addition, when simply saying the phosphorus oxo acid group introduction amount (or phosphorus oxo acid group amount), it means the first dissociation acid amount.
In FIG. 1, the region from the start of titration to the first end point is called the first region, and the region from the first end point to the second end point is called the second region. For example, when the phosphorous acid group is a phosphoric acid group and the phosphoric acid group causes condensation, the amount of the weakly acidic group in the phosphorous acid group (also referred to as the amount of the second dissociated acid in the present specification) is apparent. As a result, the amount of alkali required for the second region decreases compared to the amount of alkali required for the first region. On the other hand, the amount of the strongly acidic group in the phosphorus oxo acid group (also referred to as the amount of the first dissociated acid in the present specification) matches the amount of the phosphorus atom regardless of the presence or absence of condensation. Further, when the phosphorous acid group is a phosphorous acid group, since the weakly acidic group does not exist in the phosphorous acid group, the alkali amount required for the second region is reduced or the alkali amount required for the second region is reduced. May be zero. In this case, there is only one point in the titration curve where the pH increment becomes maximum.
なお、滴定法によるリンオキソ酸基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液の滴定量が多すぎる場合、本来より低いリンオキソ酸基量となることがあるため、適切な滴定量、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5〜30秒に10〜50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら滴定するなどが望ましい。 In the measurement of the amount of phosphorus oxo acid group by the titration method, if the amount of sodium hydroxide aqueous solution is too large, the amount of phosphorus oxo acid group may be lower than it should be. It is desirable to titrate 10 to 50 μL of the aqueous sodium hydroxide solution every 5 to 30 seconds. In order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing slurry, for example, it is desirable to perform titration while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry 15 minutes before the start of titration.
本発明の第1の態様において、繊維状セルロースにおける第1解離酸量(mmol/g)をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量(mmol/g)をA2とした場合、A1/A2の値は0.65以上であればよく、0.68以上であることが好ましく、0.70以上であることがより好ましく、0.80以上であることがさらに好ましい。また、A1/A2の値の上限値は1.0であることが好ましい。ここで、繊維状セルロースにおける第1解離酸量(A1)は、上述した滴定曲線において、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。すなわち、第1解離酸量(A1)は第1段階で電離し、中和される酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。また、繊維状セルロースにおける総解離酸量(A2)は滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。すなわち、総解離酸量(A2)は全段階電離し、中和される全ての酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。このため、A1/A2の値が1に近いほど弱酸量(リンオキソ酸基における弱酸性基量など)が少ないことを意味する。本発明の第1の態様では、A1/A2の値を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロース含有物の有機溶媒への分散性を高めると同時に、対イオンとして有機オニウムイオンを有する場合であっても、得られるシートの引張弾性率を高めることができる。 In the first aspect of the present invention, when the first dissociated acid amount (mmol/g) in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociated acid amount (mmol/g) in the fibrous cellulose is A2, A1/A2 The value may be 0.65 or more, preferably 0.68 or more, more preferably 0.70 or more, and further preferably 0.80 or more. Further, the upper limit value of A1/A2 is preferably 1.0. Here, the first dissociated acid amount (A1) in the fibrous cellulose is the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point in the titration curve described above, and the solid content (g ) Divided by. That is, the first dissociated acid amount (A1) is a value obtained by dividing the substance amount (mmol) of the acid ionized and neutralized in the first step by the solid content (g) in the titration target slurry. The total amount of dissociated acid (A2) in the fibrous cellulose is a value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the titration target slurry. That is, the total dissociated acid amount (A2) is a value obtained by dividing the substance amount (mmol) of all the acids that are ionized in all stages and neutralized by the solid content (g) in the titration target slurry. Therefore, as the value of A1/A2 is closer to 1, it means that the amount of weak acid (such as the amount of weakly acidic group in phosphorous acid group) is smaller. In the first aspect of the present invention, by setting the value of A1/A2 within the above range, the dispersibility of the fibrous cellulose-containing material in an organic solvent is increased, and at the same time, an organic onium ion is used as a counter ion. Even if it exists, the tensile elastic modulus of the obtained sheet can be increased.
なお、A1/A2の値は、リン酸基が縮合した場合、亜リン酸基が存在する場合、どちらの場合でも1に近づく。A1/A2が1に近づく要因が、リン酸基の縮合か、亜リン酸基の存在か、どちらに因るものか判断する方法としては、例えば、酸加水分解などのリン酸の縮合構造を切断する処理を行ってから上記の滴定操作を行う方法、酸化処理などの亜リン酸基をリン酸基へ変換する処理を行ってから前記の滴定操作を行う方法などが挙げられる。 The value of A1/A2 approaches 1 in both cases where the phosphoric acid group is condensed and when the phosphorous acid group is present. As a method for determining whether the factor that A1/A2 approaches 1 is due to the condensation of a phosphoric acid group or the presence of a phosphorous acid group, for example, a condensed structure of phosphoric acid such as acid hydrolysis is used. Examples include a method of performing the above-mentioned titration operation after the treatment of cutting, a method of performing the above-mentioned titration operation after performing a treatment of converting a phosphite group into a phosphate group such as an oxidation treatment.
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基である。なお、リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基の塩、リンオキソ酸エステル基などの置換基が含まれる。また、リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)として繊維状セルロースに含まれていてもよい。 The phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). The substituent derived from the phosphorus oxo acid group includes a substituent such as a salt of the phosphorus oxo acid group and a phosphorus oxo acid ester group. Further, the substituent derived from the phosphorus oxo acid group may be contained in the fibrous cellulose as a group condensed with the phosphorus oxo acid group (for example, a pyrophosphate group).
式(1)中、a、b及びnは自然数であり、mは整数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αn及びα’のうちa個がO-であり、残りはR、ORのいずれかである。ここで、Rは、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。Rはセルロース分子鎖に由来する基であってもよい。中でも、αn又はα’のいずれかはRであることが好ましく、Rは水素原子であることが特に好ましい。また、nは1であることが好ましい。すなわち、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基であることが好ましい。 In the formula (1), a, b and n are natural numbers, and m is an integer (however, a=b×m). Of α 1 , α 2 ,..., α n and α′, a is O − , and the rest is either R or OR. Here, R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated-linear hydrocarbon group, an unsaturated-branched hydrocarbon group. It is a hydrocarbon group, an unsaturated-cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a derivative group thereof. R may be a group derived from a cellulose molecular chain. Of these, either α n or α′ is preferably R, and R is particularly preferably a hydrogen atom. Further, n is preferably 1. That is, the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group is preferably a phosphorous acid group or a substituent derived from the phosphorous acid group.
本発明の第2の態様においては、繊維状セルロースは、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する。すなわち、式(1)中、αn及びα’のうちa個がO-であり、αn又はα’のいずれかはRである。中でもRは水素原子であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the fibrous cellulose has a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group. That is, in the formula (1), a of α n and α′ is O − , and either α n or α′ is R. Above all, R is preferably a hydrogen atom.
なお、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基の一部は、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基であってもよく、また、リンオキソ酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)であってもよい。このように、繊維状セルロースが、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基(以下、単に亜リン酸基ともいう)と、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基(以下、単にリン酸基ともいう)の両方を置換基として有する場合は、式(1)で表される置換基のうち亜リン酸基の割合は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましい。 Note that a part of the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group may be a phosphoric acid group or a substituent derived from the phosphoric acid group, or a group in which the phosphorus oxo acid group is condensed (for example, pyrophosphoric acid Group). Thus, the fibrous cellulose is a phosphorous acid group or a substituent group derived from a phosphorous acid group (hereinafter, also simply referred to as a phosphorous acid group), and a substituent group derived from a phosphoric acid group or a phosphoric acid group (hereinafter , Also referred to simply as a phosphoric acid group) as a substituent, the proportion of the phosphorous acid group in the substituent represented by the formula (1) is preferably 30% by mass or more, and 40% by mass. % Or more, and more preferably 50% by mass or more.
式(1)のRで表される飽和−直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、又はn−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロピル基、又はt−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロペニル基、又は3−ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of the saturated-linear hydrocarbon group represented by R in the formula (1) include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an n-butyl group, but are not particularly limited. Examples of the saturated-branched hydrocarbon group include i-propyl group and t-butyl group, but are not particularly limited. Examples of the saturated-cyclic hydrocarbon group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated-straight chain hydrocarbon group include a vinyl group and an allyl group, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated-branched hydrocarbon group include, but are not limited to, i-propenyl group and 3-butenyl group. Examples of the unsaturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not limited to, a cyclopentenyl group and a cyclohexenyl group. Examples of the aromatic group include a phenyl group and a naphthyl group, but are not particularly limited.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又はアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。 Further, the derivative group in R is a functional group in which at least one of functional groups such as a carboxy group, a hydroxy group, or an amino group is added or substituted to the main chain or side chain of the above-mentioned various hydrocarbon groups. Examples thereof include groups, but are not particularly limited. Further, the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R in the above range, the molecular weight of the phosphorus oxo acid group can be set in an appropriate range, the permeation into the fiber raw material is facilitated, and the yield of fine cellulose fibers is increased. You can also
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、βb+の少なくとも一部は後述する有機オニウムイオンである。また、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance. Examples of monovalent or higher cations composed of organic substances include aliphatic ammonium and aromatic ammonium, and at least a part of β b+ is an organic onium ion described later. Examples of the monovalent or more cations made of an inorganic material include alkali metal ions such as sodium, potassium, or lithium, divalent metal cations such as calcium or magnesium, or hydrogen ions. It is not particularly limited. These may be applied alone or in combination of two or more. As the cation having a valence of 1 or more consisting of an organic substance or an inorganic substance, sodium or potassium ions, which are less likely to yellow when the β-containing fiber raw material is heated and are industrially usable, are preferred, but are not particularly limited.
繊維状セルロースが亜リン酸基を置換基として有することは、繊維状セルロースを含有する分散液について赤外線吸収スペクトルの測定を行い、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収を観察することで確認できる。また、繊維状セルロースが亜リン酸基を置換基として有することは、NMRを用いて化学シフトを確認する方法や、元素分析に各種の滴定法を組み合わせる方法が挙げられる。 The fact that the fibrous cellulose has a phosphite group as a substituent means that the infrared absorption spectrum of the dispersion containing the fibrous cellulose was measured, and phosphon, which is a tautomer of the phosphite group, was found around 1210 cm -1. This can be confirmed by observing absorption based on P=O of the acid group. Further, the fibrous cellulose having a phosphite group as a substituent includes a method of confirming a chemical shift using NMR, and a method of combining various titration methods with elemental analysis.
なお、繊維状セルロースはリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基に加えて、他のアニオン性基を有していてもよい。このようなアニオン性基としては、例えば、パルプが元来含むカルボキシ基等を挙げることができる。 The fibrous cellulose may have another anionic group in addition to the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group. Examples of such an anionic group include a carboxy group originally contained in pulp.
<微細繊維状セルロースの製造工程>
<繊維原料>
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
<Production process of fine fibrous cellulose>
<Fiber raw material>
Fine fibrous cellulose is manufactured from a fiber raw material containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but pulp is preferably used because it is easily available and inexpensive. Pulps include, for example, wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. The wood pulp is not particularly limited, and examples thereof include hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP). ) And chemical pulp such as oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemiground wood pulp (CGP), groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP) etc. Examples include mechanical pulp. The non-wood pulp is not particularly limited, but examples thereof include cotton-based pulp such as cotton linter and cotton lint, and non-wood-based pulp such as hemp, straw and bagasse. The deinked pulp is not particularly limited, and examples thereof include deinked pulp made from waste paper. The pulp of this embodiment may be used alone or as a mixture of two or more kinds. Among the above pulps, for example, wood pulp and deinked pulp are preferable from the viewpoint of easy availability. Further, among wood pulp, a viewpoint of a high yield of fine fibrous cellulose at the time of defibration treatment with a large cellulose ratio and a long fiber fine fibrous cellulose with a small decomposition of cellulose in the pulp and a large axial ratio can be obtained. From the viewpoint, for example, chemical pulp is more preferable, and kraft pulp and sulfite pulp are further preferable. The viscosity tends to increase when fine fibrous cellulose of long fibers having a large axial ratio is used.
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As the fiber raw material containing cellulose, for example, cellulose contained in ascidians or bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used. Further, instead of the fiber raw material containing cellulose, a fiber formed by a linear nitrogen-containing polysaccharide polymer such as chitin or chitosan may be used.
<リンオキソ酸基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、リンオキソ酸基導入工程を含む。リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
<Phosphorus oxo acid group introduction step>
The manufacturing process of fine fibrous cellulose includes a phosphoroxo acid group introduction process. In the phosphorus oxo acid group introducing step, at least one compound selected from compounds capable of introducing a phosphorus oxo acid group by reacting with a hydroxyl group of a fiber raw material containing cellulose (hereinafter, also referred to as “compound A”) Is a step of acting on a fiber raw material containing. By this step, a phosphorous acid group-introduced fiber can be obtained.
本実施形態に係るリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。 In the phosphorus oxo acid group introduction step according to the present embodiment, the reaction of the cellulose-containing fiber raw material and the compound A is performed in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter, also referred to as “compound B”). May be. On the other hand, the reaction of the fiber raw material containing cellulose with the compound A may be carried out in the state where the compound B does not exist.
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 As an example of a method of allowing the compound A to act on the fiber raw material in the coexistence with the compound B, a method of mixing the compound A and the compound B with the fiber raw material in a dry state, a wet state or a slurry state can be mentioned. Among these, it is preferable to use a fiber raw material in a dry state or a wet state, and particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state, since the reaction is highly uniform. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but is preferably cotton-like or thin sheet-like, for example. Compound A and compound B may be added to the fiber raw material in the form of powder or solution dissolved in a solvent, or heated to a melting point or higher and melted. Among these, since the reaction is highly uniform, it is preferable to add them in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly in the state of an aqueous solution. Further, the compound A and the compound B may be added to the fiber raw material at the same time, may be added separately, or may be added as a mixture. The method of adding the compound A and the compound B is not particularly limited, but when the compound A and the compound B are in the form of a solution, the fiber raw material may be dipped in the solution to absorb the liquid, and then taken out. The solution may be added dropwise. Further, the required amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or excess amounts of compound A and compound B may be respectively added to the fiber raw material, and then excess compound A and compound B may be squeezed or filtered. May be removed.
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物が挙げられるが、化合物Aは、少なくとも亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩を含む。亜リン酸基を有する化合物としては亜リン酸を挙げることができ、亜リン酸としては、たとえば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。亜リン酸の塩としては、亜リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リンオキソ酸基の導入の効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、亜リン酸、亜リン酸のナトリウム塩、亜リン酸のカリウム塩、または亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく、亜リン酸がより好ましい。なお、化合物Aは、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩に加えて、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩、脱水縮合リン酸及び/又はその塩、無水リン酸(五酸化二リン)等を含んでもよい。この場合、リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。 Examples of the compound A used in this embodiment include compounds having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose. The compound A contains at least a compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof. .. Examples of the compound having a phosphorous acid group include phosphorous acid, and examples of the phosphorous acid include 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Examples of the salt of phosphorous acid include lithium salt, sodium salt, potassium salt, and ammonium salt of phosphorous acid, which can have various degrees of neutralization. Among these, from the viewpoint of high efficiency of introduction of phosphorus oxo acid group, easier improvement of defibration efficiency in the defibration step described later, low cost, and easy industrial application, phosphorous acid, phosphorus phosphite The sodium salt of an acid, the potassium salt of phosphorous acid, or the ammonium salt of phosphorous acid is preferable, and phosphorous acid is more preferable. In addition to the compound having a phosphorous acid group and/or a salt thereof, the compound A is a compound having a phosphoric acid group and/or a salt thereof, dehydrated condensed phosphoric acid and/or a salt thereof, and phosphoric anhydride (pentoxide). Diphosphorus) and the like. In this case, phosphoric acid having various purities can be used, and for example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid can be used. The dehydrated condensed phosphoric acid is one in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed by a dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid.
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The addition amount of the compound A to the fiber raw material is not particularly limited, but when the addition amount of the compound A is converted into the phosphorus atomic weight, the addition amount of the phosphorus atom to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. It is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, still more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by controlling the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to be not more than the above upper limit, the effect of improving the yield and the cost can be balanced.
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1−フェニル尿素、1−ベンジル尿素、1−メチル尿素、および1−エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
The compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives as described above. Examples of the compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, 1-ethylurea and the like.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, the compound B is preferably used as an aqueous solution. From the viewpoint of further improving the homogeneity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。 The amount of the compound B added to the fiber raw material (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less, More preferably, it is 100% by mass or more and 350% by mass or less.
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、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。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction between the fiber raw material containing cellulose and the compound A, in addition to the compound B, for example, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of the amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Of these, triethylamine is known to work particularly as a good reaction catalyst.
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxo acid group-introducing step, it is preferable to heat or heat the fiber raw material after adding or mixing the compound A or the like to the fiber raw material. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which the phosphorus oxo acid group can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reaction of the fiber. The heat treatment temperature is, for example, preferably 50° C. or higher and 300° C. or lower, more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower, and further preferably 130° C. or higher and 200° C. or lower. Further, for the heat treatment, equipment having various heat mediums can be used, for example, a stirring dryer, a rotary dryer, a disc dryer, a roll heater, a plate heater, a fluidized bed dryer, and an air flow. A drying device, a reduced pressure drying device, an infrared heating device, a far infrared heating device, a microwave heating device, and a high frequency drying device can be used.
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to the present embodiment, for example, a method of adding compound A to a thin sheet-shaped fiber raw material by a method such as impregnation and then heating, or heating while kneading or stirring the fiber raw material and compound A with a kneader or the like. Can be adopted. This makes it possible to suppress unevenness in the concentration of the compound A in the fiber raw material and more uniformly introduce the phosphorus oxo acid group to the surface of the cellulose fiber contained in the fiber raw material. This is because when water molecules move to the surface of the fiber raw material due to drying, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by the surface tension and similarly moves to the surface of the fiber raw material (that is, uneven concentration of compound A It is thought to be due to the fact that it can be suppressed.
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 In addition, the heating device used for the heat treatment always keeps, for example, the water retained by the slurry and the water generated by the dehydration condensation (phosphoric acid esterification) reaction between the compound A and the hydroxyl groups contained in the cellulose or the like in the fiber raw material. It is preferable that the device can be discharged to the outside of the device system. An example of such a heating device is a blower type oven. By constantly discharging the water in the device system, in addition to suppressing the hydrolysis reaction of the phosphoric acid ester bond, which is the reverse reaction of phosphoric acid esterification, it is also possible to suppress the acid hydrolysis of sugar chains in the fiber. it can. Therefore, it becomes possible to obtain fine fibrous cellulose having a high axial ratio.
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。 The heat treatment time is, for example, preferably 1 second or more and 300 minutes or less, more preferably 1 second or more and 1000 seconds or less, and more preferably 10 seconds or more and 800 seconds or less after water is substantially removed from the fiber raw material. Is more preferable. In the present embodiment, the introduction amount of the phosphorus oxo acid group can be set within the preferable range by setting the heating temperature and the heating time within appropriate ranges.
リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。本実施形態においては、好ましい態様の一例として、リンオキソ酸基導入工程を2回行う場合が挙げられる。 The phosphorus oxo acid group introduction step may be performed at least once, but may be repeated twice or more. By performing the phosphorus oxo acid group introduction step twice or more, many phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material. In the present embodiment, as an example of a preferable mode, a case where the phosphorus oxo acid group introduction step is performed twice is mentioned.
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてリンオキソ酸基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりリンオキソ酸基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<Washing process>
In the method for producing fine fibrous cellulose according to the present embodiment, a washing step can be performed on the phosphorus oxo acid group-introduced fiber, if necessary. The washing step is performed, for example, by washing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber with water or an organic solvent. The cleaning step may be performed after each step described below, and the number of times of cleaning performed in each cleaning step is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、リンオキソ酸基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、リンオキソ酸基導入繊維に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、リンオキソ酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkali treatment process>
In the case of producing fine fibrous cellulose, alkali treatment may be performed on the phosphorus oxo acid group-introduced fiber between the phosphorus oxo acid group introduction step and the defibration treatment step described later. The method of alkali treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the phosphorous acid group-introduced fiber in an alkali solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide is preferably used as the alkali compound because of its high versatility. Further, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent containing water or a polar organic solvent exemplified by alcohol, and more preferably an aqueous solvent containing at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or an aqueous solution of potassium hydroxide is preferable because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるリンオキソ酸基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably 5° C. or higher and 80° C. or lower, and more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower. The time for immersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but for example, it is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10000% by mass or less based on the absolutely dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. Is more preferable.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、リンオキソ酸基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、リンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったリンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of the alkaline solution used in the alkali treatment step, the phosphorus oxo acid group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the phosphorus oxo acid group introduction step and before the alkali treatment step. After the alkali treatment step and before the defibration treatment step, it is preferable to wash the alkali-treated phosphorus oxo acid group-introduced fiber with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、リンオキソ酸基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、リンオキソ酸基導入繊維に対して酸処理を行ってもよい。例えば、リンオキソ酸基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment step>
In the case of producing fine fibrous cellulose, an acid treatment may be performed on the phosphorus oxo acid group-introduced fiber between the step of introducing the phosphorus oxo acid group and the defibration treatment step described later. For example, the phosphorus oxo acid group introduction step, the acid treatment, the alkali treatment and the defibration treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。 The method of acid treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the fiber raw material in an acid solution containing an acid. The concentration of the acidic liquid used is not particularly limited, but is, for example, preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic liquid used is not particularly limited, but is, for example, preferably 0 or more and 4 or less, and more preferably 1 or more and 3 or less. As the acid contained in the acidic liquid, for example, an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid or the like can be used. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid and the like. Examples of the sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid and the like. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5°C or higher and 100°C or lower, more preferably 20°C or higher and 90°C or lower. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10000% by mass or less, with respect to the absolutely dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. Is more preferable.
<解繊処理>
リンオキソ酸基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、微細繊維状セルロースが得られる。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Disentanglement treatment>
Finely fibrous cellulose can be obtained by defibrating the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in the defibrating step. In the defibration processing step, for example, a defibration processing device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, but includes, for example, a high-speed defibration device, a grinder (stone mill type crusher), a high pressure homogenizer or an ultrahigh pressure homogenizer, a high pressure collision type crusher, a ball mill, a bead mill, a disc type refiner, a conical refiner, a twin screw A kneader, a vibration mill, a homomixer under high speed rotation, an ultrasonic disperser, a beater, or the like can be used. Among the above defibration treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibration machine, a high-pressure homogenizer, and an ultrahigh-pressure homogenizer that are less affected by the grinding media and less likely to cause contamination.
解繊処理工程においては、たとえばリンオキソ酸基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the defibration treatment step, for example, it is preferable that the phosphorus oxo acid group-introduced fiber is diluted with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, water and one or more selected from organic solvents such as polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin and the like. Examples of the ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK). Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate and the like. Examples of the aprotic polar solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、リンオキソ酸基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのリンオキソ酸基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration treatment can be set appropriately. Further, the slurry obtained by dispersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in the dispersion medium may contain solid components other than the phosphorus oxo acid group introduced fiber such as urea having hydrogen bonding property.
(有機オニウムイオン)
本発明の繊維状セルロース含有物は、繊維状セルロースが有するリンオキソ酸又はリンオキソ酸に由来する置換基の対イオンとして、有機オニウムイオンを含有する。本発明においては、少なくとも一部の有機オニウムイオンは、繊維状セルロースの対イオンとして存在しているが、繊維状セルロース含有物中には、遊離した有機オニウムイオンが存在していてもよい。なお、有機オニウムイオンは、繊維状セルロースと共有結合を形成するものではない。
(Organic onium ion)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention contains an organic onium ion as a counter ion of the phosphorus oxo acid or the substituent derived from the phosphorus oxo acid contained in the fibrous cellulose. In the present invention, at least a part of the organic onium ion is present as a counter ion of the fibrous cellulose, but a free organic onium ion may be present in the fibrous cellulose-containing material. The organic onium ion does not form a covalent bond with fibrous cellulose.
有機オニウムイオンは、下記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たすものであることが好ましい。
(a)炭素数が5以上の炭化水素基を含む。
(b)総炭素数が17以上である。
すなわち、繊維状セルロースは、炭素数が5以上の炭化水素基を含む有機オニウムイオン、及び総炭素数が17以上の有機オニウムイオンから選択される少なくとも一方を、リンオキソ酸基の対イオンとして含むことが好ましい。有機オニウムイオンを、上記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たすものとすることにより、有機溶媒に対する繊維状セルロースの分散性をより効果的に高めることができる。
The organic onium ion preferably satisfies at least one condition selected from the following (a) and (b).
(A) It contains a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms.
(B) The total carbon number is 17 or more.
That is, the fibrous cellulose contains at least one selected from an organic onium ion containing a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms and an organic onium ion having 17 or more carbon atoms as a counter ion of a phosphorus oxo acid group. Is preferred. When the organic onium ion satisfies at least one condition selected from the above (a) and (b), the dispersibility of the fibrous cellulose in the organic solvent can be more effectively enhanced.
炭素数が5以上の炭化水素基は、炭素数が5以上のアルキル基又は炭素数が5以上のアルキレン基であることが好ましく、炭素数が6以上のアルキル基又は炭素数が6以上のアルキレン基であることがより好ましく、炭素数が7以上のアルキル基又は炭素数が7以上のアルキレン基であることがさらに好ましく、炭素数が10以上のアルキル基又は炭素数が10以上のアルキレン基であることが特に好ましい。中でも、有機オニウムイオンは炭素数が5以上のアルキル基を有するものであることが好ましく、炭素数が5以上のアルキル基を含み、かつ総炭素数が17以上の有機オニウムイオンであることがより好ましい。 The hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms is preferably an alkyl group having 5 or more carbon atoms or an alkylene group having 5 or more carbon atoms, and an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an alkylene having 6 or more carbon atoms. More preferably, it is an alkyl group having a carbon number of 7 or more, or an alkylene group having a carbon number of 7 or more, and an alkyl group having a carbon number of 10 or more or an alkylene group having a carbon number of 10 or more. It is particularly preferable that Among them, the organic onium ion is preferably one having an alkyl group having 5 or more carbon atoms, more preferably an organic onium ion containing an alkyl group having 5 or more carbon atoms and having a total carbon number of 17 or more. preferable.
有機オニウムイオンは、下記一般式(A)で表される有機オニウムイオンであることが好ましい。 The organic onium ion is preferably an organic onium ion represented by the following general formula (A).
上記一般式(A)中、Mは窒素原子又はリン原子であり、R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子又は有機基を表す。但し、R1〜R4の少なくとも1つは、炭素数が5以上の有機基であるか、R1〜R4の炭素数の合計が17以上であることが好ましい。
中でも、Mは、窒素原子であることが好ましい。すなわち、有機オニウムイオンは有機アンモニウムイオンであることが好ましい。また、R1〜R4の少なくとも1つは、炭素数が5以上のアルキル基であり、かつR1〜R4の炭素数の合計が17以上であることが好ましい。
In the above general formula (A), M is a nitrogen atom or a phosphorus atom, and R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or an organic group. However, at least one of R 1 to R 4 is preferably an organic group having 5 or more carbon atoms, or the total number of carbon atoms of R 1 to R 4 is preferably 17 or more.
Among them, M is preferably a nitrogen atom. That is, the organic onium ion is preferably an organic ammonium ion. At least one of R 1 to R 4 is preferably an alkyl group having 5 or more carbon atoms, and the total number of carbon atoms of R 1 to R 4 is 17 or more.
このような有機オニウムイオンとしては、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウム、セチルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクチルジメチルエチルアンモニウム、ラウリルジメチルエチルアンモニウム、ジデシルジメチルアンモニウム、ラウリルジメチルベンジルアンモニウム、トリブチルベンジルアンモニウム、メチルトリ−n−オクチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、n−オクチルアンモニウム、ドデシルアンモニウム、テトラデシルアンモニウム、ヘキサデシルアンモニウム、ステアリルアンモニウム、N,N−ジメチルドデシルアンモニウム、N,N−ジメチルテトラデシルアンモニウム、N,N−ジメチルヘキサデシルアンモニウム、N,N−ジメチル−n−オクタデシルアンモニウム、ジヘキシルアンモニウム、ジ(2−エチルヘキシル)アンモニウム、ジーn−オクチルアンモニウム、ジデシルアンモニウム、ジドデシルアンモニウム、ジデシルメチルアンモニウム、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム、ポリオキシエチレンドデシルアンモニウム、アルキルジメチルベンジルアンモニウム、ジ−n−アルキルジメチルアンモニウム、ベヘニルトリメチルアンモニウム、テトラフェニルホスホニウム、テトラオクチルホスホニウム、アセトニルトリフェニルホスホニウム、アリルトリフェニルホスホニウム、アミルトリフェニルホスホニウム、ベンジルトリフェニルホスホニウム、エチルトリフェニルホスホニウム、ジフェニルプロピルホスホニウム、トリフェニルホスホニウム、トリシクロヘキシルホスホニウム、トリ−n−オクチルホスホニウム等を挙げることができる。なお、アルキルジメチルベンジルアンモニウム、ジ−n−アルキルジメチルアンモニウムにおけるアルキル基として、炭素数が8以上18以下の直鎖アルキル基が挙げられる。 Examples of such organic onium ions include lauryl trimethyl ammonium, cetyl trimethyl ammonium, stearyl trimethyl ammonium, octyl dimethyl ethyl ammonium, lauryl dimethyl ethyl ammonium, didecyl dimethyl ammonium, lauryl dimethyl benzyl ammonium, tributyl benzyl ammonium, and methyl tri-n. -Octyl ammonium, hexyl ammonium, n-octyl ammonium, dodecyl ammonium, tetradecyl ammonium, hexadecyl ammonium, stearyl ammonium, N,N-dimethyl dodecyl ammonium, N,N-dimethyl tetradecyl ammonium, N,N-dimethyl hexadecyl Ammonium, N,N-dimethyl-n-octadecyl ammonium, dihexyl ammonium, di(2-ethylhexyl) ammonium, di-n-octyl ammonium, didecyl ammonium, didodecyl ammonium, didecyl methyl ammonium, N,N-didodecyl methyl Ammonium, polyoxyethylene dodecyl ammonium, alkyldimethylbenzylammonium, di-n-alkyldimethylammonium, behenyltrimethylammonium, tetraphenylphosphonium, tetraoctylphosphonium, acetonyltriphenylphosphonium, allyltriphenylphosphonium, amyltriphenylphosphonium, benzyl Examples thereof include triphenylphosphonium, ethyltriphenylphosphonium, diphenylpropylphosphonium, triphenylphosphonium, tricyclohexylphosphonium and tri-n-octylphosphonium. The alkyl group in alkyldimethylbenzylammonium and di-n-alkyldimethylammonium includes a linear alkyl group having 8 to 18 carbon atoms.
なお、一般式(A)に示した通り、有機オニウムイオンの中心元素は合計4つの基または水素と結合している。上述した有機オニウムイオンの名称で、結合している基が4つ未満である場合、残りは水素原子が結合して有機オニウムイオンを形成している。例えば、N,N−ジドデシルメチルアンモニウムであれば、名称からドデシル基が2つ、メチル基が1つ結合していると判断できる。この場合、残りの1つには水素が結合し、有機オニウムイオンを形成している。 As shown in the general formula (A), the central element of the organic onium ion is bonded to a total of four groups or hydrogen. In the above-mentioned name of organic onium ion, when the number of bonded groups is less than 4, hydrogen atoms are bonded to the rest to form an organic onium ion. For example, in the case of N,N-didodecylmethylammonium, it can be judged from the name that two dodecyl groups and one methyl group are bonded. In this case, hydrogen is bonded to the remaining one to form an organic onium ion.
有機オニウムがO原子を含む場合、O原子に対するC原子の質量比率(C/O比)は大きいほど好ましく、例えば、C/O>5であることが好ましい。C/O比を5よりも大きくすることにより、繊維状セルロース含有スラリーに、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加した際に、繊維状セルロース濃縮物が得られやすくなる。 When the organic onium contains O atoms, the larger the mass ratio of C atoms to O atoms (C/O ratio), the more preferable. For example, C/O>5 is preferable. By increasing the C/O ratio to more than 5, a fibrous cellulose concentrate can be easily obtained when an organic onium ion or a compound that forms an organic onium ion by neutralization is added to a fibrous cellulose-containing slurry. Become.
有機オニウムイオンの分子量は、2000以下であることが好ましく、1800以下であることがより好ましい。有機オニウムイオンの分子量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースのハンドリング性を高めることができる。また、有機オニウムイオンの分子量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロース含有物における繊維状セルロースの含有率が低下してしまうことを抑制できる。 The molecular weight of the organic onium ion is preferably 2000 or less, more preferably 1800 or less. By setting the molecular weight of the organic onium ion within the above range, the handling property of the fibrous cellulose can be improved. Further, by setting the molecular weight of the organic onium ion within the above range, it is possible to prevent the content rate of the fibrous cellulose in the fibrous cellulose-containing material from decreasing.
有機オニウムイオンの含有量は、繊維状セルロース含有物の全質量に対して1.0質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましく、2.0質量%以上であることがさらに好ましい。また、有機オニウムイオンの含有量は繊維状セルロース含有物の全質量に対して90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましい。 The content of the organic onium ion is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and 2.0% by mass or more based on the total mass of the fibrous cellulose-containing material. Is more preferable. The content of the organic onium ion is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, based on the total mass of the fibrous cellulose-containing material.
また、繊維状セルロース含有物における有機オニウムイオンの含有量は、繊維状セルロース中に含まれるリンオキソ酸基量に対して、等モル量から2倍モル量であることが好ましいが、特に限定されない。なお、有機オニウムイオンの含有量は、有機オニウムイオンに典型的に含まれる原子を追跡することで測定することができる。具体的には、有機オニウムイオンがアンモニウムイオンの場合は窒素原子を、有機オニウムイオンがホスホニウムイオンの場合はリン原子の量を測定する。なお、繊維状セルロースが有機オニウムイオン以外に、窒素原子やリン原子を含む場合は、有機オニウムイオンのみを抽出する方法、例えば、酸による抽出操作などを行ってから、目的の原子の量を測定すればよい。 The content of the organic onium ion in the fibrous cellulose-containing material is preferably an equimolar amount to 2 times the molar amount of the phosphorus oxo acid group amount contained in the fibrous cellulose, but is not particularly limited. The content of the organic onium ion can be measured by tracing the atoms typically contained in the organic onium ion. Specifically, the amount of nitrogen atom is measured when the organic onium ion is an ammonium ion, and the amount of phosphorus atom is measured when the organic onium ion is a phosphonium ion. When the fibrous cellulose contains a nitrogen atom or a phosphorus atom in addition to the organic onium ion, a method of extracting only the organic onium ion, for example, after performing an extraction operation with an acid, the amount of the target atom is measured. do it.
繊維状セルロース含有物における有機オニウムイオン含有率は、1.0質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましく、2.0質量%以上であることがさらに好ましい。また、有機オニウムイオン含有率は90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましい。
有機オニウム含有率とは、繊維状セルロース含有物中に含まれる有機オニウムイオン質量を繊維状セルロース含有物の絶乾質量で割ったものである。すなわち、下記計算式を用いて有機オニウム含有率を算出する。
有機オニウム含有率(質量%)=100×A×M/(B×M+A×(M−m))
A:製造時に供試した有機オニウムから生じる有機オニウムイオンの質量(g)
B:製造時に供試した繊維状セルロース分散液中に含まれる繊維状セルロースの絶乾質量(g)
M:有機オニウムイオンの分子量
m:製造時に供試した繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基の対イオンの分子量(式量)の平均
The content of the organic onium ion in the fibrous cellulose-containing material is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and further preferably 2.0% by mass or more. .. The organic onium ion content is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less.
The organic onium content is the mass of the organic onium ion contained in the fibrous cellulose-containing material divided by the absolute dry mass of the fibrous cellulose-containing material. That is, the organic onium content rate is calculated using the following calculation formula.
Organic onium content (mass %)=100×A×M/(B×M+A×(M−m))
A: Mass (g) of organic onium ions generated from the organic onium tested at the time of production
B: Absolute dry mass (g) of fibrous cellulose contained in the fibrous cellulose dispersion liquid tested at the time of production
M: molecular weight of organic onium ion m: average of molecular weight (formula weight) of counterion of phosphorus oxo acid group in fibrous cellulose tested at the time of production
有機オニウムイオンは、上述したとおり、疎水性を発揮するイオンであることが好ましい。すなわち、本発明における繊維状セルロースは、有機オニウムイオンを有することにより疎水性を発揮する。これにより、繊維状セルロース含有物の有機溶媒への再分散性をより効果的に高めることができ、得られる再分散スラリーは高粘度となる。 As described above, the organic onium ion is preferably an ion that exhibits hydrophobicity. That is, the fibrous cellulose in the present invention exhibits hydrophobicity by having an organic onium ion. Thereby, the redispersibility of the fibrous cellulose-containing material in the organic solvent can be more effectively enhanced, and the obtained redispersion slurry has a high viscosity.
(任意成分)
本発明の繊維状セルロース含有物は、さらに任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、防腐剤等を挙げることができる。また、繊維状セルロース含有物は、任意成分として、親水性高分子、親水性低分子、有機イオン等を含有していてもよい。
(Arbitrary component)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention may further contain optional components. Examples of the optional component include a defoaming agent, a lubricant, an ultraviolet absorber, a dye, a pigment, a stabilizer, a surfactant, and a preservative. Further, the fibrous cellulose-containing material may contain a hydrophilic polymer, a hydrophilic low molecule, an organic ion, or the like as an optional component.
親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましく、含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等が挙げられる。 The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fiber). Examples of the oxygen-containing organic compound include polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, and modified Starch, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (acetoacetylated polyvinyl alcohol, etc.), polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates, alkyl acrylate copolymers, urethane copolymers, cellulose derivatives (hydroxyethyl cellulose, carboxy) Ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc.) and the like.
親水性低分子は、親水性の含酸素有機化合物であることが好ましく、多価アルコールであることがさらに好ましい。多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等が挙げられる。 The hydrophilic low-molecular weight compound is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound, more preferably a polyhydric alcohol. Examples of the polyhydric alcohol include glycerin, sorbitol, ethylene glycol and the like.
有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn−プロピルオニウムイオン、テトラn−ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。 Examples of organic ions include tetraalkylammonium ions and tetraalkylphosphonium ions. Examples of the tetraalkylammonium ion include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion, and lauryltrimethyl. Examples thereof include ammonium ion, cetyl trimethyl ammonium ion, stearyl trimethyl ammonium ion, octyl dimethyl ethyl ammonium ion, lauryl dimethyl ethyl ammonium ion, didecyl dimethyl ammonium ion, lauryl dimethyl benzyl ammonium ion, and tributyl benzyl ammonium ion. Examples of the tetraalkylphosphonium ion include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Moreover, as tetrapropyl onium ion and tetrabutyl onium ion, tetra n-propyl onium ion, tetra n-butyl onium ion, etc. can be mentioned, respectively.
また、任意成分としては、吸湿剤を挙げることもできる。吸湿剤としては、例えば、シリカゲル、ゼオライト、アルミナ、セピオライト、酸化カルシウム、ケイソウ土、活性炭、活性白土、ホワイトカーボン、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、酢酸カリウム、第二リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム等が挙げられる。 Moreover, a hygroscopic agent can also be mentioned as an arbitrary component. Examples of the hygroscopic agent include silica gel, zeolite, alumina, sepiolite, calcium oxide, diatomaceous earth, activated carbon, activated clay, white carbon, calcium chloride, magnesium chloride, potassium acetate, dibasic sodium phosphate, sodium citrate and the like. To be
(繊維状セルロース含有物の製造方法)
繊維状セルロース含有物の製造工程は、微細繊維状セルロース含有スラリーに、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する工程を含む。具体的には、上述した解繊処理工程で得られた微細繊維状セルロース含有スラリーに、上述したような有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する。この際、有機オニウムイオンは、有機オニウムイオンを含有した溶液として添加することが好ましく、有機オニウムイオンを含有した水溶液として添加することがより好ましい。
(Method for producing fibrous cellulose-containing material)
The step of producing a fibrous cellulose-containing product includes a step of adding an organic onium ion or a compound that forms an organic onium ion by neutralization to a fine fibrous cellulose-containing slurry. Specifically, the above-mentioned organic onium ion or a compound that forms an organic onium ion by neutralization is added to the fine fibrous cellulose-containing slurry obtained in the above defibration treatment step. At this time, the organic onium ion is preferably added as a solution containing the organic onium ion, and more preferably as an aqueous solution containing the organic onium ion.
有機オニウムイオンを含有した水溶液は、通常、有機オニウムイオンと、対イオン(アニオン)を含んでいる。有機オニウムイオンの水溶液を調製する際、有機オニウムイオンと、対応する対イオンが既に塩を形成している場合は、そのまま水に溶解させればよい。有機オニウムイオンの水溶液を調製する際、有機オニウムイオンと、対応する対イオンが既に塩を形成している場合は、水又は熱水に溶解することが好ましい。 The aqueous solution containing an organic onium ion usually contains an organic onium ion and a counter ion (anion). When an aqueous solution of an organic onium ion is prepared, if the organic onium ion and the corresponding counter ion have already formed a salt, they may be dissolved in water as they are. When preparing an aqueous solution of an organic onium ion, when the organic onium ion and the corresponding counter ion have already formed a salt, it is preferably dissolved in water or hot water.
また、有機オニウムイオンは、例えば、ドデシルアミンなどのように、酸によって中和されて始めて生成する場合もある。この場合、有機オニウムイオンは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物と酸との反応により得られる。この場合、中和に使用する酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸や乳酸、酢酸、ギ酸、シュウ酸等の有機酸が挙げられる。 In addition, the organic onium ion may be produced only after being neutralized with an acid, such as dodecylamine. In this case, the organic onium ion is obtained by reacting a compound that forms an organic onium ion by neutralization with an acid. In this case, examples of the acid used for neutralization include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as lactic acid, acetic acid, formic acid and oxalic acid.
微細繊維状セルロース含有スラリーに、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する工程は、さらに撹拌工程を含むことが好ましい。これにより微細繊維状セルロースにおける対イオン交換を十分に進行させることができる。 The step of adding an organic onium ion or a compound that forms an organic onium ion by neutralization to the fine fibrous cellulose-containing slurry preferably further includes a stirring step. This allows the counterion exchange in the fine fibrous cellulose to proceed sufficiently.
有機オニウムイオンの添加量は、微細繊維状セルロースの全質量に対し、2質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、100質量%以上であることが特に好ましい。なお、有機オニウムイオンの添加量は、微細繊維状セルロースの全質量に対し、1000質量%以下であることが好ましい。
また、添加する有機オニウムイオンのモル数は、微細繊維状セルロースが含むリンオキソ酸基の量(モル数)に価数を乗じた値の0.2倍以上であることが好ましく、0.5倍以上であることがより好ましく、1.0倍以上であることがさらに好ましい。なお、添加する有機オニウムイオンのモル数は、微細繊維状セルロースが含むリンオキソ酸基の量(モル数)に価数を乗じた値の10倍以下であることが好ましい。
The addition amount of the organic onium ion is preferably 2% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and further preferably 50% by mass or more, based on the total mass of the fine fibrous cellulose. It is particularly preferably 100% by mass or more. The addition amount of the organic onium ion is preferably 1000% by mass or less based on the total mass of the fine fibrous cellulose.
Further, the number of moles of the organic onium ion to be added is preferably 0.2 times or more the value obtained by multiplying the amount (the number of moles) of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose by the valence, and is 0.5 times. More preferably, it is more preferably 1.0 times or more. The number of moles of the organic onium ion to be added is preferably 10 times or less the value obtained by multiplying the valence by the amount (number of moles) of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose.
有機オニウムイオンを添加し、撹拌を行うと、微細繊維状セルロース含有スラリー中に凝集物が生じる。この凝集物は、対イオンとして有機オニウムイオンを有する微細繊維状セルロースが凝集したものである。凝集物が生じた微細繊維状セルロース含有スラリーを減圧濾過することで、微細繊維状セルロース凝集物を回収することができる。 When organic onium ions are added and stirred, aggregates are generated in the slurry containing fine fibrous cellulose. This aggregate is an aggregate of fine fibrous cellulose having an organic onium ion as a counter ion. The fine fibrous cellulose agglomerates can be collected by filtering the slurry containing fine fibrous cellulose containing the agglomerates under reduced pressure.
得られた微細繊維状セルロース凝集物は、イオン交換水で洗浄されてもよい。微細繊維状セルロース凝集物をイオン交換水で繰り返し洗うことで、微細繊維状セルロース凝集物に含まれる余剰な有機オニウムイオン等を除去することができる。 The obtained fine fibrous cellulose aggregate may be washed with ion-exchanged water. By repeatedly washing the fine fibrous cellulose aggregate with ion-exchanged water, it is possible to remove excess organic onium ions and the like contained in the fine fibrous cellulose aggregate.
得られた微細繊維状セルロース凝集物中のP原子の含有量に対するN原子の含有量の比(N/Pの値)は0.6よりも大きいことが好ましく、1.0よりも大きいことがより好ましい。また、得られた微細繊維状セルロース凝集物中のP原子の含有量に対するN原子の含有量の比(N/Pの値)は5.0以下であることが好ましい。なお、微細繊維状セルロース凝集物中のP原子の含有量とN原子の含有量は適宜元素分析により算出することができる。元素分析としては、例えば、適当な前処理の後に微量窒素分析やモリブデンブルー法などを行うことができる。なお、微細繊維状セルロース凝集物以外の組成物が、P原子、N原子を含む場合は、当該組成物と微細繊維状セルロース凝集物を適当な方法で分離した後に元素分析を行ってもよい。 The ratio of the content of N atoms to the content of P atoms in the obtained fine fibrous cellulose aggregate (N/P value) is preferably larger than 0.6, and larger than 1.0. More preferable. The ratio of the N atom content to the P atom content (N/P value) in the obtained fine fibrous cellulose aggregate is preferably 5.0 or less. The content of P atoms and the content of N atoms in the fine fibrous cellulose aggregate can be appropriately calculated by elemental analysis. As the elemental analysis, for example, trace nitrogen analysis or molybdenum blue method can be performed after appropriate pretreatment. When the composition other than the fine fibrous cellulose aggregate contains P atoms and N atoms, elemental analysis may be performed after separating the composition and the fine fibrous cellulose aggregate by an appropriate method.
得られた微細繊維状セルロース凝集物の固形分濃度は、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。なお、微細繊維状セルロース凝集物の固形分濃度の上限値は特に限定されるものではなく、100質量%であってもよい。 The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose aggregate is preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, and further preferably 40% by mass or more. The upper limit of the solid content concentration of the fine fibrous cellulose aggregate is not particularly limited, and may be 100% by mass.
微細繊維状セルロース凝集物を、恒温恒湿条件下で乾燥させることで、微細繊維状セルロース濃縮物が得られる。この微細繊維状セルロース濃縮物が本発明の繊維状セルロース含有物であることが好ましいが、乾燥前の微細繊維状セルロース凝集物が繊維状セルロース含有物であってもよい。繊維状セルロース凝集物を恒温恒湿条件下で乾燥する際の温度は、10℃以上であることが好ましく、20℃以上であることがより好ましい。恒温恒湿条件における温度は、100℃以下であることが好ましく、80℃以下であることがより好ましく、60℃以下であることがさらに好ましい。また、恒温恒湿条件における相対湿度は、20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。恒温恒湿条件における相対湿度は、70%以下であることが好ましい。なお、恒温恒湿条件下で乾燥する際の乾燥時間は、10分以上であることが好ましく、20分以上であることがより好ましく、30分以上であることがさらに好ましい。恒温恒湿条件下で乾燥する際の乾燥時間は、100時間以下であることが好ましく、80時間以下であることがより好ましい。 The fine fibrous cellulose aggregate is obtained by drying the fine fibrous cellulose aggregate under constant temperature and humidity conditions. The fine fibrous cellulose concentrate is preferably the fibrous cellulose-containing material of the present invention, but the fine fibrous cellulose aggregate before drying may be the fibrous cellulose-containing material. The temperature for drying the fibrous cellulose aggregate under constant temperature and humidity conditions is preferably 10° C. or higher, and more preferably 20° C. or higher. The temperature under constant temperature and humidity conditions is preferably 100° C. or lower, more preferably 80° C. or lower, and further preferably 60° C. or lower. Further, the relative humidity under constant temperature and constant humidity conditions is preferably 20% or more, and more preferably 30% or more. The relative humidity under constant temperature and humidity conditions is preferably 70% or less. The drying time for drying under constant temperature and humidity conditions is preferably 10 minutes or more, more preferably 20 minutes or more, and further preferably 30 minutes or more. The drying time when drying under constant temperature and constant humidity conditions is preferably 100 hours or less, and more preferably 80 hours or less.
(繊維状セルロース含有液状組成物)
本発明は、上述した繊維状セルロース含有物と、有機溶媒と、を混合してなる繊維状セルロース含有液状組成物(以下、単に液状組成物ともいう)に関するものでもある。液状組成物は、上述した微細繊維状セルロース含有物が、有機溶媒を含む分散媒中に分散した繊維状セルロース含有分散液(再分散液)である。
(Fibrous cellulose-containing liquid composition)
The present invention also relates to a fibrous cellulose-containing liquid composition (hereinafter, also simply referred to as a liquid composition) obtained by mixing the above-mentioned fibrous cellulose-containing material and an organic solvent. The liquid composition is a fibrous cellulose-containing dispersion liquid (redispersion liquid) in which the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing material is dispersed in a dispersion medium containing an organic solvent.
有機溶媒は、特に限定されるものではないが、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(IPA)、1−ブタノール、m−クレゾール、グリセリン、酢酸、ピリジン、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、酢酸エチル、アニリン、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、p−キシレン、ジエチルエーテルクロロホルム等を挙げることができる。中でも、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン、メタノールは好ましく用いられる。 The organic solvent is not particularly limited, but for example, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol (IPA), 1-butanol, m-cresol, glycerin, acetic acid, pyridine, tetrahydrofuran (THF), acetone. , Methyl ethyl ketone (MEK), ethyl acetate, aniline, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), hexane, cyclohexane, benzene, toluene, p-xylene, Examples thereof include diethyl ether chloroform. Among them, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), methyl ethyl ketone (MEK), toluene and methanol are preferably used.
有機溶媒の25℃における比誘電率は、60以下であることが好ましく、50以下であることがより好ましい。本発明で用いられる繊維状セルロースは、比誘電率の低い有機溶媒中においても優れた分散性を発揮することができるため、有機溶媒の25℃における比誘電率は、40以下であってもよく、30以下であってもよく、20以下であってもよい。 The relative dielectric constant of the organic solvent at 25° C. is preferably 60 or less, and more preferably 50 or less. Since the fibrous cellulose used in the present invention can exhibit excellent dispersibility even in an organic solvent having a low relative dielectric constant, the relative dielectric constant at 25° C. of the organic solvent may be 40 or less. , 30 or less, or 20 or less.
有機溶媒のハンセン溶解度パラメーター(Hansen solubility parameter,HSP値)のδpは、5MPa1/2以上20MPa1/2以下であることが好ましく、10MPa1/2以上19MPa1/2以下であることがより好ましく、12MPa1/2以上18MPa1/2以下であることがさらに好ましい。また、HSP値の水素結合項であるδhは、20MPa1/2以下であることが好ましく、15MPa1/2以下であることがより好ましく、7.5MPa1/2以下であることがさらに好ましい。また、δhは、1.0MPa1/2以上であることが好ましい。 The organic solvent of Hansen Solubility Parameter (Hansen solubility parameter, HSP value) .delta.p of, is preferably 5 MPa 1/2 or more 20 MPa 1/2 or less, more preferably 10 MPa 1/2 or more 19 MPa 1/2 or less , further preferably 12 MPa 1/2 or more 18 MPa 1/2 or less. Further, .delta.h a hydrogen bond of the HSP value is preferably 20 MPa 1/2 or less, more preferably 15 MPa 1/2 or less, more preferably 7.5 MPa 1/2 or less. Further, δh is preferably 1.0 MPa 1/2 or more.
有機溶媒の含有量は、液状組成物の全質量に対して、10質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。また、有機溶媒の含有量は、液状組成物の全質量に対して、99.9質量%以下であることが好ましく、99質量%以下であることがより好ましく、95質量%以下であることがさらに好ましい。 The content of the organic solvent is preferably 10% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more, based on the total mass of the liquid composition. The content of the organic solvent is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99% by mass or less, and even more preferably 95% by mass or less with respect to the total mass of the liquid composition. More preferable.
なお、液状組成物の分散媒は有機溶媒であることが好ましいが、有機溶媒の他に水をさらに含有していてもよい。液状組成物における水分含有量は、液状組成物の全質量に対して、0.005質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることがさらに好ましい。また、液状組成物における水分含有量は、液状組成物の全質量に対して、50質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。 The dispersion medium of the liquid composition is preferably an organic solvent, but it may further contain water in addition to the organic solvent. The water content of the liquid composition is preferably 0.005% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and 3% by mass or more based on the total mass of the liquid composition. Is more preferable. The water content in the liquid composition is preferably 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less, based on the total mass of the liquid composition. More preferable.
液状組成物における固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましい。また、液状組成物における固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、90質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。 The solid content concentration in the liquid composition is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more, based on the total mass of the liquid composition. More preferable. The solid content concentration in the liquid composition is preferably 90% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less, based on the total mass of the liquid composition.
液状組成物は、さらに樹脂成分を含んでもよい。樹脂成分が親水性樹脂である場合には、液状組成物の溶媒は水系溶媒であってもよく、樹脂成分が疎水性樹脂である場合には、液状組成物の溶媒は有機溶媒であることが好ましい。 The liquid composition may further contain a resin component. When the resin component is a hydrophilic resin, the solvent of the liquid composition may be an aqueous solvent, and when the resin component is a hydrophobic resin, the solvent of the liquid composition may be an organic solvent. preferable.
樹脂の種類は特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、塩素系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、アルコール系樹脂、これらの樹脂の前駆体等を挙げることができる。中でも、樹脂は、フッ素系樹脂、塩素系樹脂、及びアクリル系樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましい。樹脂の前駆体の種類は特に限定されるものではないが、たとえば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の前駆体を挙げることができる。熱可塑性樹脂の前駆体とは、熱可塑性樹脂を製造するために使用されるモノマーや分子量が比較的低いオリゴマーを意味する。また、熱硬化性樹脂の前駆体とは、光、熱、硬化剤の作用によって重合反応または架橋反応を起こして熱硬化性樹脂を形成しうるモノマーや分子量が比較的低いオリゴマーを意味する。 The type of resin is not particularly limited, but examples thereof include thermoplastic resins and thermosetting resins. Examples of the resin include acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyamide resin, silicone resin, fluorine resin, chlorine resin, epoxy resin, melamine resin, phenol resin, polyurethane resin, Examples thereof include diallyl phthalate resins, alcohol resins, precursors of these resins, and the like. Among them, the resin is preferably at least one selected from a fluorine resin, a chlorine resin, and an acrylic resin. The type of resin precursor is not particularly limited, but examples thereof include a precursor of a thermoplastic resin or a thermosetting resin. The thermoplastic resin precursor means a monomer or an oligomer having a relatively low molecular weight, which is used for producing the thermoplastic resin. Further, the precursor of the thermosetting resin means a monomer or an oligomer having a relatively low molecular weight, which is capable of forming a thermosetting resin by causing a polymerization reaction or a crosslinking reaction by the action of light, heat and a curing agent.
液状組成物は、樹脂成分として、上述した樹脂種とは別にさらに水溶性高分子や水溶性低分子を含んでいてもよい。水溶性高分子としては、たとえば、キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、プルラン、カラギーナン、ペクチンなどに例示される増粘多糖類、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース等のデンプン類、ポリグリセリン、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩等を挙げることができる。水溶性低分子としては、たとえば、グリセリンやジグリセリン等が挙げられる。 The liquid composition may further contain, as a resin component, a water-soluble polymer or a water-soluble low molecule in addition to the resin species described above. As the water-soluble polymer, for example, xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, quince seed, alginic acid, pullulan, carrageenan, pectin and the like thickening polysaccharides, cationized starch, raw starch, oxidized Starch, etherified starch, esterified starch, starch such as amylose, polyglycerin, hyaluronic acid, metal salts of hyaluronic acid and the like can be mentioned. Examples of the water-soluble low molecule include glycerin and diglycerin.
液状組成物は、さらに他の添加剤を含有していてもよい。他の添加剤としては、例えば、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、防腐剤、吸湿剤等を挙げることができる。また、繊維状セルロース分散液は、任意成分としては、上述したような親水性高分子や有機イオン等を含有していてもよい。 The liquid composition may further contain other additives. Examples of other additives include antifoaming agents, lubricants, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, stabilizers, surfactants, preservatives, and hygroscopic agents. Further, the fibrous cellulose dispersion may contain the hydrophilic polymer, the organic ion or the like as described above as an optional component.
(成形体)
本発明は、上述した繊維状セルロース含有物、もしくは上述した液状組成物から形成される成形体に関するものでもある。本明細書において成形体とは、所望の形状となるように成形された固形状体や、シート状に抄紙された固形状体をいう。成形体としては、例えば、シート、ビーズ、フィラメント等を挙げることができる。中でも、成形体は、シート、ビーズ又はフィラメントであることが好ましい。成形体がビーズ状である場合、ビーズの粒子径は、0.1mm以上10mm以下であることが好ましい。また、成形体がフィラメント状である場合、フィラメントの幅は0.1mm以上10mm以下であることが好ましく、フィラメントの長さは1mm以上10000mm以下であることが好ましい。
(Molded body)
The present invention also relates to a molded product formed from the above-mentioned fibrous cellulose-containing material or the above-mentioned liquid composition. In the present specification, the term “molded product” refers to a solid product molded into a desired shape or a solid product formed into a sheet. Examples of the molded body include sheets, beads, filaments and the like. Above all, the molded body is preferably a sheet, beads or filament. When the molded product is in the form of beads, the particle diameter of the beads is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less. When the molded product is in the form of a filament, the width of the filament is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less, and the length of the filament is preferably 1 mm or more and 10000 mm or less.
中でも、成形体はシートであることが好ましい。成形体がシートである場合、シートの引張弾性率は、4.5MPa以上であることが好ましく、5.0MPa以上であることがより好ましく、6.0MPa以上であることがさらに好ましい。なお、シートの引張弾性率は、特に限定されないが、20MPa以下であることが好ましい。ここで、シートの引張弾性率は、シートの長さを40mm、チャック間距離を20mmとした以外はJIS P 8113に準拠して測定した値である。引張弾性率を測定する際には、シートを23℃、相対湿度50%で24時間調湿した後に測定を行う。測定に用いる引張試験機としては、例えば、エー・アンド・デイ社製の引張試験機テンシロン等を用いることができる。なお、引張弾性率は、応力−ひずみ曲線(SSカーブ)における正の最大の傾き値から計算した値である。 Above all, the molded body is preferably a sheet. When the molded product is a sheet, the tensile modulus of elasticity of the sheet is preferably 4.5 MPa or more, more preferably 5.0 MPa or more, and further preferably 6.0 MPa or more. The tensile modulus of elasticity of the sheet is not particularly limited, but is preferably 20 MPa or less. Here, the tensile elastic modulus of the sheet is a value measured according to JIS P 8113 except that the sheet length is 40 mm and the chuck distance is 20 mm. When measuring the tensile modulus, the sheet is conditioned at 23° C. and a relative humidity of 50% for 24 hours and then measured. As the tensile tester used for the measurement, for example, a tensile tester Tensilon manufactured by A&D Co. can be used. The tensile modulus is a value calculated from the maximum positive slope value in the stress-strain curve (SS curve).
シートの厚みは、特に限定されないが、たとえば5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましい。またシートの厚みの上限値は、特に限定されないが、たとえば1000μmとすることができる。シートの厚みは、たとえば触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定することができる。 The thickness of the sheet is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 20 μm or more. The upper limit of the thickness of the sheet is not particularly limited, but may be, for example, 1000 μm. The thickness of the sheet can be measured by, for example, a stylus thickness meter (Millitron 1202D manufactured by Marl).
シートのヘーズは、たとえば2%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。一方で、シートのヘーズの下限値は、特に限定されず、たとえば0%であってもよい。ここで、シートのヘーズは、たとえばJIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて測定される値である。 The haze of the sheet is, for example, preferably 2% or less, more preferably 1.5% or less, and further preferably 1% or less. On the other hand, the lower limit value of the haze of the sheet is not particularly limited and may be 0%, for example. Here, the haze of the sheet is a value measured by using a haze meter (HM-150 manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) according to JIS K 7136, for example.
シートの全光線透過率は、たとえば85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、91%以上であることがさらに好ましい。一方で、シートの全光線透過率の上限値は、特に限定されず、たとえば100%であってもよい。ここで、シートの全光線透過率は、たとえばJIS K 7361に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて測定される値である。 The total light transmittance of the sheet is, for example, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 91% or more. On the other hand, the upper limit of the total light transmittance of the sheet is not particularly limited and may be 100%, for example. Here, the total light transmittance of the sheet is a value measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) in accordance with JIS K7361.
シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば10g/m2以上であることが好ましく、20g/m2以上であることがより好ましく、30g/m2以上であることがさらに好ましい。また、シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば200g/m2以下であることが好ましく、180g/m2以下であることがより好ましい。ここで、シートの坪量は、たとえばJIS P 8124に準拠し、算出することができる。 The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 10 g/m 2 or more, more preferably 20 g/m 2 or more, and further preferably 30 g/m 2 or more. The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 200 g/m 2 or less, and more preferably 180 g/m 2 or less. Here, the basis weight of the sheet can be calculated in accordance with JIS P 8124, for example.
シートの密度は、特に限定されないが、たとえば0.1g/cm3以上であることが好ましく、0.5g/cm3以上であることがより好ましく、1.0g/cm3以上であることがさらに好ましい。また、シートの密度は、特に限定されないが、たとえば5.0g/cm3以下であることが好ましく、3.0g/cm3以下であることがより好ましい。ここで、シートの密度は、50mm角のシートを23℃、相対湿度50%条件下で24時間調湿した後、シートの厚みおよび質量を測定することにより算出することができる。 The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 0.1 g/cm 3 or more, more preferably 0.5 g/cm 3 or more, and further preferably 1.0 g/cm 3 or more. preferable. The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 5.0 g/cm 3 or less, and more preferably 3.0 g/cm 3 or less. Here, the density of the sheet can be calculated by measuring the thickness and mass of the sheet after conditioning the 50 mm square sheet at 23° C. and 50% relative humidity for 24 hours.
シート中における繊維状セルロースの含有量は、たとえばシートの全質量に対して、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。一方で、シート中における繊維状セルロースの含有量の上限値は、特に限定されず、シートの全質量に対して100質量%であってもよく、95質量%であってもよい。 The content of fibrous cellulose in the sheet is, for example, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more, based on the total mass of the sheet. Is more preferable and 10% by mass or more is particularly preferable. On the other hand, the upper limit of the content of fibrous cellulose in the sheet is not particularly limited, and may be 100% by mass or 95% by mass with respect to the total mass of the sheet.
シートは、液状組成物に含まれ得る樹脂成分や他の添加剤を含んでいてもよい。また、シートには、水や有機溶媒が含まれていてもよい。 The sheet may contain a resin component or other additives that may be contained in the liquid composition. Further, the sheet may contain water or an organic solvent.
(成形体の製造方法)
成形体がシートである場合、成形体の製造方法は、後述するように、繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物を基材上に塗工する塗工工程、または当該スラリーを抄紙する抄紙工程を含むことが好ましく、中でも、成形体の製造方法は、繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物を基材上に塗工する塗工工程を含むことが好ましい。
(Method of manufacturing molded body)
When the molded body is a sheet, the method for manufacturing the molded body includes, as described below, a coating step of coating a fibrous cellulose-containing or liquid composition on a substrate, or a papermaking step of papermaking the slurry. It is preferable to include the above, and above all, it is preferable that the method for producing the molded body includes a coating step of coating the fibrous cellulose-containing material or the liquid composition on the substrate.
<塗工工程>
塗工工程では、たとえば繊維状セルロースを含む繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物(以下、単にスラリーともいう)を基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離することによりシートを得ることができる。また、塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。
<Coating process>
In the coating step, for example, a fibrous cellulose-containing material containing fibrous cellulose or a liquid composition (hereinafter, also simply referred to as a slurry) is coated on a substrate, and a sheet formed by drying this is formed from the substrate. A sheet can be obtained by peeling. Further, the sheet can be continuously produced by using the coating device and the long base material.
塗工工程で用いる基材の材質は、特に限定されないが、繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物(スラリー)に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂製のフィルムや板または金属製のフィルムや板が好ましいが、特に限定されない。たとえばポリプロピレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミ、亜鉛、銅、鉄板の金属のフィルムや板、および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真ちゅうのフィルムや板等を用いることができる。 The material of the base material used in the coating step is not particularly limited, but a material having higher wettability to the fibrous cellulose-containing material or the liquid composition (slurry) can suppress the shrinkage of the sheet during drying and the like. It is good, but it is preferable to select a sheet from which the sheet formed after drying can be easily peeled off. Of these, a resin film or plate or a metal film or plate is preferable, but not particularly limited. For example, resin films and plates of polypropylene, acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polystyrene, polycarbonate, polyvinylidene chloride, etc., metal films and plates of aluminum, zinc, copper, iron plates, and those whose surfaces are oxidized. A stainless film or plate, a brass film or plate, or the like can be used.
塗工工程において、スラリーの粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚みおよび坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠としては、特に限定されないが、たとえば乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。このような観点から、樹脂板または金属板を成形したものがより好ましい。本実施形態においては、たとえばポリプロピレン板、アクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリカーボネート板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛板、銅板、鉄板等の金属板、およびこれらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したものを用いることができる。スラリーを基材に塗工する塗工機としては、特に限定されないが、たとえばロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。シートの厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが特に好ましい。 In the coating process, when the viscosity of the slurry is low and spreads on the base material, a damming frame should be fixed on the base material in order to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight. May be. The damming frame is not particularly limited, but it is preferable to select, for example, a frame in which the edge of the sheet attached after drying can be easily peeled off. From this point of view, a molded resin plate or metal plate is more preferable. In this embodiment, for example, a polypropylene plate, an acrylic plate, a polyethylene terephthalate plate, a vinyl chloride plate, a polystyrene plate, a polycarbonate plate, a polyvinylidene chloride plate, or another resin plate, or an aluminum plate, a zinc plate, a copper plate, an iron plate, or another metal plate. It is also possible to use those whose surfaces are oxidized and which are molded stainless steel plates, brass plates and the like. The coating machine for coating the slurry on the base material is not particularly limited, but a roll coater, a gravure coater, a die coater, a curtain coater, an air doctor coater or the like can be used. A die coater, a curtain coater, and a spray coater are particularly preferable because the thickness of the sheet can be made more uniform.
スラリーを基材へ塗工する際のスラリー温度および雰囲気温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましく、15℃以上50℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上40℃以下であることが特に好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、スラリーをより容易に塗工できる。塗工温度が上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The slurry temperature and the ambient temperature when applying the slurry to the substrate are not particularly limited, but are preferably 5° C. or higher and 80° C. or lower, more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower, and 15° C. The temperature is more preferably 50° C. or lower and more preferably 20° C. or higher and 40° C. or lower. When the coating temperature is at least the above lower limit, the slurry can be coated more easily. If the coating temperature is at most the above upper limit, volatilization of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が好ましくは10g/m2以上200g/m2以下となるように、より好ましくは20g/m2以上180g/m2以下となるように、スラリーを基材に塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れたシートが得られる。 In the coating step, the slurry is used so that the finished basis weight of the sheet is preferably 10 g/m 2 or more and 200 g/m 2 or less, more preferably 20 g/m 2 or more and 180 g/m 2 or less. It is preferable to coat the material. By coating so that the basis weight is within the above range, a sheet having excellent strength can be obtained.
塗工工程は、上述のとおり、基材上に塗工したスラリーを乾燥させる工程を含む。スラリーを乾燥させる工程は、特に限定されないが、たとえば非接触の乾燥方法、もしくはシートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせにより行われる。 As described above, the coating step includes a step of drying the slurry coated on the base material. The step of drying the slurry is not particularly limited, but is performed by, for example, a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof.
非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば熱風、赤外線、遠赤外線もしくは近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、または真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、特に限定されないが、たとえば赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。 The non-contact drying method is not particularly limited, but for example, a method of heating and drying with hot air, infrared rays, far infrared rays or near infrared rays (heating drying method) or a method of drying in vacuum (vacuum drying method) is applied. can do. The heat drying method and the vacuum drying method may be combined, but the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays is not particularly limited, but can be performed using, for example, an infrared device, a far infrared device, or a near infrared device.
加熱乾燥法における加熱温度は、特に限定されないが、たとえば20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができる。また、加熱温度を上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制および繊維状セルロースの熱による変色の抑制を実現できる。 The heating temperature in the heating and drying method is not particularly limited, but is preferably 20° C. or higher and 150° C. or lower, and more preferably 25° C. or higher and 105° C. or lower. When the heating temperature is at least the above lower limit, the dispersion medium can be volatilized quickly. When the heating temperature is at most the above upper limit, it is possible to suppress the cost required for heating and suppress the discoloration of fibrous cellulose due to heat.
<抄紙工程>
抄紙工程は、抄紙機によりスラリーを抄紙することにより行われる。抄紙工程で用いられる抄紙機としては、特に限定されないが、たとえば長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、またはこれらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等の公知の抄紙方法を採用してもよい。
<Papermaking process>
The papermaking process is performed by making the slurry into paper using a paper machine. The paper machine used in the paper making process is not particularly limited, and examples thereof include a fourdrinier type, cylinder type, inclined type and the like continuous paper machine, and a multi-layered paper machine combining them. In the paper making process, a known paper making method such as hand making may be adopted.
抄紙工程は、スラリーをワイヤーにより濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、このシートをプレス、乾燥することにより行われる。スラリーを濾過、脱水する際に用いられる濾布としては、特に限定されないが、たとえば繊維状セルロースは通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないものであることがより好ましい。このような濾布としては、特に限定されないが、たとえば有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、たとえばポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。本実施形態においては、たとえば孔径0.1μm以上20μm以下であるポリテトラフルオロエチレンの多孔膜や、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。 The papermaking step is performed by filtering the slurry with a wire and dehydrating it to obtain a wet paper sheet, and then pressing and drying this sheet. The filter cloth used for filtering and dehydrating the slurry is not particularly limited, but it is more preferable that, for example, fibrous cellulose does not pass through and the filtration rate does not become too slow. The filter cloth is not particularly limited, but a sheet, a woven fabric, and a porous membrane made of an organic polymer are preferable. The organic polymer is not particularly limited, but non-cellulosic organic polymers such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. In the present embodiment, for example, a polytetrafluoroethylene porous film having a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, a polyethylene terephthalate or polyethylene woven fabric having a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, and the like can be mentioned.
シート化工程において、スラリーからシートを製造する方法は、たとえば繊維状セルロースを含むスラリーを無端ベルトの上面に吐出し、吐出されたスラリーから分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備える製造装置を用いて行うことができる。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 In the sheet-forming step, a method for producing a sheet from the slurry includes, for example, discharging a slurry containing fibrous cellulose onto the upper surface of an endless belt, and squeezing a dispersion medium from the discharged slurry to form a web. , A drying section for drying the web to produce a sheet. An endless belt is arranged from the water squeezing section to the drying section, and the web produced in the water squeezing section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.
抄紙工程において用いられる脱水方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられる。これらの中でも、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、さらにロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、抄紙工程において用いられる乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で用いられている方法が挙げられる。これらの中でも、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどを用いた乾燥方法がより好ましい。 The dehydration method used in the papermaking step is not particularly limited, and examples thereof include a dehydration method commonly used in paper production. Among these, a method of dehydrating with a Fourdrinier, a cylinder, an inclined wire or the like, and then further dehydrating with a roll press is preferable. The drying method used in the papermaking step is not particularly limited, and examples thereof include the method used in paper production. Among these, a drying method using a cylinder dryer, a Yankee dryer, hot air drying, a near infrared heater, an infrared heater or the like is more preferable.
(用途)
本発明の繊維状セルロース含有物は、有機溶媒混合用として好ましく用いられる。すなわち、有機溶媒を含む系の増粘剤や粒子分散安定剤として使用することができる。本発明の微細繊維状セルロースと有機溶媒を混合することで、微細繊維状セルロースが均一に分散したシートを形成することができる。また、本発明の繊維状セルロース含有物は、樹脂成分を含む有機溶媒との混合に好ましく用いることができる。本発明の微細繊維状セルロースと、樹脂成分を含む有機溶媒を混合することで、微細繊維状セルロースが均一に分散した樹脂複合体を形成することができる。同様に微細繊維状セルロース再分散スラリーを用いて製膜し、各種フィルムとして使用することができる。
(Use)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention is preferably used for mixing an organic solvent. That is, it can be used as a thickener or a particle dispersion stabilizer for a system containing an organic solvent. By mixing the fine fibrous cellulose of the present invention with an organic solvent, a sheet in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed can be formed. Further, the fibrous cellulose-containing material of the present invention can be preferably used for mixing with an organic solvent containing a resin component. By mixing the fine fibrous cellulose of the present invention and an organic solvent containing a resin component, it is possible to form a resin composite in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed. Similarly, a fine fibrous cellulose redispersion slurry is used to form a film, which can be used as various films.
また、本発明の繊維状セルロース含有物は、例えば、補強剤や添加剤として、セメント、塗料、インク、潤滑剤などに使用することができる。また、繊維状セルロース含有物を基材上に塗工することで得られる成形体は、補強材、内装材、外装材、包装用資材、電子材料、光学材料、音響材料、プロセス材料、輸送機器の部材、電子機器の部材、電気化学素子の部材等の用途にも適している。 Further, the fibrous cellulose-containing material of the present invention can be used as a reinforcing agent or an additive in cement, paint, ink, lubricant, etc. Further, a molded product obtained by applying a fibrous cellulose-containing material onto a substrate is a reinforcing material, an interior material, an exterior material, a packaging material, an electronic material, an optical material, an acoustic material, a process material, a transportation device. It is also suitable for use as a member, a member of electronic equipment, a member of an electrochemical element, and the like.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention will be described more specifically below with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, usage amounts, ratios, processing contents, processing procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limitedly interpreted by the following specific examples.
<製造例1>
〔微細繊維状セルロース分散液Aの製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example 1>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion A]
As a raw material pulp, a softwood kraft pulp made by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/m 2 sheet, disaggregated and measured according to JIS P 8121, Canadian Standard Freeness (CSF) is 700 ml) It was used.
この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、亜リン酸(ホスホン酸)と尿素の混合水溶液を添加して、亜リン酸(ホスホン酸)33質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調製し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリンオキソ酸基を導入し、リンオキソ酸化パルプ1を得た。
This raw material pulp was subjected to phosphorus oxo oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of phosphorous acid (phosphonic acid) and urea is added to 100 parts by mass of the raw material pulp (absolute dry mass) to form 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid), 120 parts by mass of urea, and 150 parts of water. The pulp was prepared so as to be part by mass to obtain a chemical solution-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-solution-impregnated pulp was heated with a hot air dryer at 165° C. for 250 seconds to introduce a phosphorus oxo acid group into cellulose in the pulp to obtain phosphorus oxo oxidized
次いで、得られたリンオキソ酸化パルプ1に対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、100g(絶乾質量)のリンオキソ酸化パルプ1に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
Then, the
次いで、洗浄後のリンオキソ酸化パルプ1に対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリンオキソ酸化パルプ1を10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリンオキソ酸化パルプスラリー1を得た。次いで、当該リンオキソ酸化パルプスラリー1を脱水して、中和処理が施されたリンオキソ酸化パルプ1を得た。次いで、中和処理後のリンオキソ酸化パルプ1に対して、上記洗浄処理を行った。
Then, the washed phosphorous
これにより得られたリンオキソ酸化パルプ1に対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。
Infrared absorption spectrum of the thus-obtained
また、得られたリンオキソ酸化パルプ1を供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
Moreover, when the obtained phosphorus oxo-oxidized
得られたリンオキソ酸化パルプ1にイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液Aを得た。
Ion-exchanged water was added to the obtained
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3〜5nmであった。なお、得られた微細繊維状セルロースについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.51mmol/gだった。また、総解離酸量は、1.55mmol/gであった。 It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured with a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The obtained fine fibrous cellulose was measured for the amount of first dissociated acid by the measuring method described in [Measurement of amount of first dissociated acid and total amount of dissociated acid (phosphorus oxo acid group)] described below. The amount of dissociated acid was 1.51 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.55 mmol/g.
<製造例2>
〔微細繊維状セルロース分散液Bの製造〕
リンオキソ酸化処理における加熱時間を400秒とした以外は製造例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプ2及び微細繊維状セルロース分散液Bを得た。リンオキソ酸化パルプ2に対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。なお、得られた微細繊維状セルロースについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.86mmol/gだった。また、総解離酸量は、1.91mmol/gであった。
<Production Example 2>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion B]
Phosphorus oxooxidized
<製造例3>
〔微細繊維状セルロース分散液Cの製造〕
亜リン酸(ホスホン酸)33質量部の代わりにリン酸28質量部、亜リン酸(ホスホン酸)8質量部を用いた以外は製造例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプ3及び微細繊維状セルロース分散液Cを得た。リンオキソ酸化パルプ3に対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)およびリン酸基が付加されていることが確認された。なお、得られた微細繊維状セルロースについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.60mmol/gだった。また、総解離酸量は、2.25mmol/gであった。
<Production Example 3>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion C]
Phosphorous acid oxidation pulp 3 and fine fibrous form were produced in the same manner as in Production Example 1 except that 28 parts by mass of phosphoric acid and 8 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) were used instead of 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid). A cellulose dispersion C was obtained. Infrared absorption spectrum of Phosphorus Oxidized Pulp 3 was measured by FT-IR. As a result, absorption based on P = O phosphonic acid group is a tautomer of phosphorous acid in the vicinity of 1210cm -1, absorption based on P = O of phosphate groups was observed around 1230 cm -1, pulp It was confirmed that a phosphorous acid group (phosphonic acid group) and a phosphoric acid group were added to. The obtained fine fibrous cellulose was measured for the amount of first dissociated acid by the measuring method described in [Measurement of amount of first dissociated acid and total amount of dissociated acid (phosphorus oxo acid group)] described below. The amount of dissociated acid was 1.60 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.25 mmol/g.
<製造例4>
〔微細繊維状セルロース分散液Dの製造〕
亜リン酸(ホスホン酸)33質量部の代わりにリン酸二水素アンモニウム44質量部を用い、リンオキソ酸化処理における加熱時間を200秒とし、リンオキソ酸化処理及び洗浄処理をこの順にさらに1回ずつ追加で行った以外は、製造例1と同様に操作を行い、リンオキソ酸化パルプ4及び微細繊維状セルロース分散液Dを得た。リンオキソ酸化パルプ4に対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。なお、得られた微細繊維状セルロースについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は2.00mmol/gだった。また、総解離酸量は、3.30mmol/gであった。
<Production Example 4>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion D]
Instead of 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid), 44 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate was used, the heating time in the phosphoro-oxidation treatment was set to 200 seconds, and the phosphorous-oxidation treatment and the cleaning treatment were added once in this order. The same operation as in Production Example 1 was carried out except that it was carried out to obtain
<製造例5>
〔微細繊維状セルロース分散液Eの製造〕
リンオキソ酸化処理及び洗浄処理を、さらに1回ずつ追加で行わなかった以外は製造例4と同様にして、リンオキソ酸化パルプ5及び微細繊維状セルロース分散液Eを得た。リンオキソ酸化パルプ5に対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。なお、得られた微細繊維状セルロースについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<Production Example 5>
[Production of Fine Fibrous Cellulose Dispersion E]
Phosphorus oxoxidized pulp 5 and fine fibrous cellulose dispersion E were obtained in the same manner as in Production Example 4 except that the phosphorus oxo oxidation treatment and the washing treatment were not additionally performed once each. The infrared absorption spectrum of the phosphorous oxide pulp 5 was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphate group was added to the pulp. The obtained fine fibrous cellulose was measured for the amount of first dissociated acid by the measuring method described in [Measurement of amount of first dissociated acid and total amount of dissociated acid (phosphorus oxo acid group)] described below. The amount of dissociated acid was 1.45 mmol/g. The total dissociated acid amount was 2.45 mmol/g.
<製造例6>
〔微細繊維状セルロース分散液Fの製造〕
リンオキソ酸化処理における加熱時間を150秒とした以外は製造例5と同様にして、リンオキソ酸化パルプ6及び微細繊維状セルロース分散液Fを得た。リンオキソ酸化パルプ6に対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。なお、得られた微細繊維状セルロースについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.10mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.85mmol/gであった。
<Production Example 6>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion F]
Phosphorus oxooxidized
<製造例7>
〔微細繊維状セルロース分散液Gの製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。この原料パルプに対してTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
<Production Example 7>
[Production of Fine Fibrous Cellulose Dispersion G]
As a raw material pulp, a softwood kraft pulp made by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93 mass %, basis weight 208 g/m 2 sheet shape, Canadian standard freeness (CSF) 700 ml which is disaggregated and measured according to JIS P 8121) It was used. This raw pulp was subjected to TEMPO oxidation treatment as follows.
まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して10mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。 First, the raw material pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), 10 parts by mass of sodium bromide, and 10000 parts by mass of water. Dispersed in parts. Then, 13 mass% sodium hypochlorite aqueous solution was added to 10 g of 1.0 g of pulp to start the reaction. During the reaction, a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered to be complete when no change in pH was observed.
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Next, the obtained TEMPO oxidized pulp was washed. The washing treatment is performed by dewatering the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dewatering sheet, and then pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring and uniformly dispersing, and then repeating the operation of filtering and dewatering. It was When the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less, the washing end point was set.
また、得られたTEMPO酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 Moreover, when the obtained TEMPO oxidized pulp was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, it was found to be at two positions of 2θ=14° or more and 17° or less and 2θ=22° or more and 23° or less. A typical peak was confirmed and it was confirmed to have a cellulose type I crystal.
得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液Gを得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained TEMPO oxidized pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated with a wet atomizer (Starburst manufactured by Sugino Machine Ltd.) at a pressure of 200 MPa six times to obtain a fine fibrous cellulose dispersion G containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3〜5nmであった。なお、得られた微細繊維状セルロースについて、後述する〔総解離酸量の測定(カルボキシ基)〕に記載の測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.80mmol/gだった。 It was confirmed by X-ray diffraction that the fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured with a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. Regarding the obtained fine fibrous cellulose, the amount of carboxy groups measured by the measuring method described in [Measurement of total dissociated acid amount (carboxy groups)] described later was 1.80 mmol/g.
<実施例1>
〔微細繊維状セルロース濃縮物の製造〕
1.12質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.28gの乳酸を添加して事前に中和した後、製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液A 100gに添加し、5分間撹拌処理を行ったところ、微細繊維状セルロース分散液中に凝集物が生じた。凝集物が生じた微細繊維状セルロース分散液を減圧濾過することにより、微細繊維状セルロース凝集物を得た。得られた微細繊維状セルロース凝集物をイオン交換水で繰り返し洗うことで、微細繊維状セルロース凝集物に含まれる余剰なN,N−ジドデシルメチルアミン、乳酸及び溶出したイオン等を除去した。得られた微細繊維状セルロース凝集物を30℃、相対湿度40%の条件下で乾燥し、微細繊維状セルロース濃縮物(繊維状セルロース含有物)を得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は91質量%であった。
<Example 1>
[Production of fine fibrous cellulose concentrate]
0.28 g of lactic acid was added to 100 g of an N,N-didodecylmethylamine aqueous solution of 1.12% by mass to neutralize it in advance, and then added to 100 g of the fine fibrous cellulose dispersion A obtained in Production Example 1. Then, when the mixture was stirred for 5 minutes, aggregates were generated in the fine fibrous cellulose dispersion liquid. A fine fibrous cellulose aggregate was obtained by filtering the fine fibrous cellulose dispersion liquid in which the aggregate was generated under reduced pressure. By repeatedly washing the obtained fine fibrous cellulose aggregate with ion-exchanged water, excess N,N-didodecylmethylamine, lactic acid, eluted ions and the like contained in the fine fibrous cellulose aggregate were removed. The obtained fine fibrous cellulose aggregate was dried under the conditions of 30° C. and a relative humidity of 40% to obtain a fine fibrous cellulose concentrate (fibrous cellulose-containing material). The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 91% by mass.
〔微細繊維状セルロース濃縮物の再分散〕
微細繊維状セルロース濃縮物に、微細繊維状セルロースの含有量が2.0質量%となるようN−メチルー2ーピロリドン(NMP)を添加した。その後、超音波処理装置(ヒールシャー製、UP400S)を用いて超音波処理を10分間行い、微細繊維状セルロース再分散スラリーを得た。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーについて、後述の方法により粘度を測定した。
[Redispersion of fine fibrous cellulose concentrate]
N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to the fine fibrous cellulose concentrate so that the fine fibrous cellulose content was 2.0% by mass. Thereafter, ultrasonic treatment was performed for 10 minutes using an ultrasonic treatment device (UP400S manufactured by Hielscher) to obtain a fine fibrous cellulose redispersion slurry. The viscosity of the obtained fine fibrous cellulose redispersion slurry was measured by the method described below.
〔微細繊維状セルロース含有シートの製造〕
得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーを坪量80g/m2となるようガラスシャーレに流涎し、ホットプレート上で120℃、6時間キャスト乾燥し、微細繊維状セルロース含有シートを得た。得られた微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
[Production of sheet containing fine fibrous cellulose]
The obtained fine fibrous cellulose redispersion slurry was drowned in a glass petri dish so that the basis weight was 80 g/m 2, and was cast and dried on a hot plate at 120° C. for 6 hours to obtain a fine fibrous cellulose-containing sheet. The elastic modulus of the obtained sheet containing fine fibrous cellulose was measured by the method described below.
<実施例2>
1.78質量%のジ−n−アルキルジメチルアンモニウムクロリド水溶液(アルキル鎖の炭素原子数は16個又は18個)100gを、乳酸で中和したN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液の代わりに用い、また、濃縮物の再分散の際に、微細繊維状セルロースの含有量が4.0質量%となるようトルエンに添加することとし、さらに、キャスト乾燥の温度を40℃とした以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、ジ−n−アルキルジメチルアンモニウム(DADMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は90質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Example 2>
100 g of 1.78 mass% di-n-alkyldimethylammonium chloride aqueous solution (the number of carbon atoms in the alkyl chain is 16 or 18) was used in place of the N,N-didodecylmethylamine aqueous solution neutralized with lactic acid. In addition, when re-dispersing the concentrate, it was added to toluene so that the content of fine fibrous cellulose was 4.0% by mass, and the temperature of the cast drying was 40° C. In the same manner as in Example 1, a fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was di-n-alkyldimethylammonium (DADMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 90% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<実施例3>
0.84質量%のポリオキシエチレンドデシルアミン(オキシエチレン残基の個数は2)水溶液100gをN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液の代わりに用い、N−メチルー2ーピロリドン(NMP)の代わりにジメチルスルホキシド(DMSO)を用いた以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、ポリオキシエチレンドデシルアンモニウムイオン(POEDA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は92質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Example 3>
100 g of 0.84 mass% polyoxyethylene dodecylamine (the number of oxyethylene residues is 2) aqueous solution was used instead of the N,N-didodecylmethylamine aqueous solution, and dimethyl was used instead of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained in the same manner as in Example 1 except that sulfoxide (DMSO) was used. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was polyoxyethylene dodecyl ammonium ion (POEDA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 92% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<実施例4>
1.08質量%のアルキルジメチルベンジルアンモニウムクロリド水溶液(アルキル鎖の炭素原子数は8〜18個)100gを、乳酸で中和したN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液の代わりに用い、N−メチルー2ーピロリドン(NMP)の代わりにメタノールを用い、キャスト乾燥の温度を50℃とした以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、アルキルジメチルベンジルアンモニウム(ADMBA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は82質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Example 4>
100 g of a 1.08% by mass aqueous solution of alkyldimethylbenzylammonium chloride (the number of carbon atoms in the alkyl chain is 8 to 18) was used instead of the aqueous solution of N,N-didodecylmethylamine neutralized with lactic acid. Fine fibrous cellulose concentrate, fine fibrous cellulose redispersion slurry, and fine fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that methanol was used instead of 2-pyrrolidone (NMP), and the temperature of cast drying was 50°C. A sheet containing cellulose was obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was alkyldimethylbenzylammonium (ADMBA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 82% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<実施例5>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液Bを微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。1.38質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.34gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Bに添加した以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は92質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Example 5>
The fine fibrous cellulose dispersion B obtained in Production Example 2 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion A. In the same manner as in Example 1 except that 0.34 g of lactic acid was added to 100 g of an N,N-didodecylmethylamine aqueous solution of 1.38% by mass to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion liquid B. , A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 92% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<実施例6>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液Cを微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。1.59質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.39gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Cに添加した以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は93質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Example 6>
The fine fibrous cellulose dispersion liquid C obtained in Production Example 3 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion liquid A. In the same manner as in Example 1 except that 0.39 g of lactic acid was added to 100 g of a 1.59 mass% N,N-didodecylmethylamine aqueous solution to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion C. , A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 93% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<比較例1>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液Dを、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。2.26質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.55gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Dに添加した以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は95質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Comparative Example 1>
The fine fibrous cellulose dispersion liquid D obtained in Production Example 4 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion liquid A. In the same manner as in Example 1 except that 0.55 g of lactic acid was added to 100 g of a 2.26 mass% N,N-didodecylmethylamine aqueous solution to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion D. , A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 95% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<比較例2>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液Dを、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。3.60質量%のジ−n−アルキルジメチルアンモニウムクロリド水溶液(アルキル鎖の炭素原子数は16個又は18個)100gを微細繊維状セルロース分散液Dに添加した以外は、実施例2と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、ジ−n−アルキルジメチルアンモニウム(DADMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は91質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Comparative example 2>
The fine fibrous cellulose dispersion liquid D obtained in Production Example 4 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion liquid A. In the same manner as in Example 2 except that 100 g of a 3.60 mass% di-n-alkyldimethylammonium chloride aqueous solution (having 16 or 18 carbon atoms in the alkyl chain) was added to the fine fibrous cellulose dispersion D. Thus, a fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was di-n-alkyldimethylammonium (DADMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 91% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<比較例3>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液Dを、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。1.71質量%のポリオキシエチレンドデシルアミン(オキシエチレン残基の個数は2)水溶液100gに0.55gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Dに添加した以外は、実施例3と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、ポリオキシエチレンドデシルアンモニウムイオン(POEDA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は91質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Comparative example 3>
The fine fibrous cellulose dispersion liquid D obtained in Production Example 4 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion liquid A. Except that 0.55 g of lactic acid was added to 100 g of an aqueous solution of 1.71% by mass of polyoxyethylene dodecylamine (the number of oxyethylene residues is 2) to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion D. In the same manner as in Example 3, a fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was polyoxyethylene dodecyl ammonium ion (POEDA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 91% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<比較例4>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液Dを、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。2.18質量%のアルキルジメチルベンジルアンモニウムクロリド水溶液(アルキル鎖の炭素原子数は8〜18個)100gを微細繊維状セルロース分散液Dに添加した以外は、実施例4と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、アルキルジメチルベンジルアンモニウム(ADMBA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は84質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Comparative example 4>
The fine fibrous cellulose dispersion liquid D obtained in Production Example 4 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion liquid A. Fine fibers in the same manner as in Example 4 except that 100 g of a 2.18 mass% aqueous solution of alkyldimethylbenzylammonium chloride (having 8 to 18 carbon atoms in the alkyl chain) was added to the fine fibrous cellulose dispersion D. A cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was alkyldimethylbenzylammonium (ADMBA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 84% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<比較例5>
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液Eを、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。1.71質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.42gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Eに添加した以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は94質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Comparative Example 5>
The fine fibrous cellulose dispersion E obtained in Production Example 5 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion A. In the same manner as in Example 1 except that 0.42 g of lactic acid was added to 100 g of a 1.71% by mass N,N-didodecylmethylamine aqueous solution to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion E. , A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 94% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<比較例6>
1.37質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.33gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Dに添加した以外は、比較例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は93質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Comparative example 6>
Comparative Example 1 was repeated except that 0.33 g of lactic acid was added to 100 g of a 1.37% by mass N,N-didodecylmethylamine aqueous solution to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion D. , A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 93% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<比較例7>
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液Fを、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。1.24質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.34gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Fに添加した以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリンオキソ酸基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は93質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Comparative Example 7>
The fine fibrous cellulose dispersion liquid F obtained in Production Example 6 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion liquid A. In the same manner as in Example 1 except that 0.34 g of lactic acid was added to 100 g of a 1.24% by mass N,N-didodecylmethylamine aqueous solution to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion F. , A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the phosphorus oxo acid group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 93% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<参考例>
製造例7で得られた微細繊維状セルロース分散液Gを、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。1.32質量%のN,N−ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.32gの乳酸を添加して中和した後に微細繊維状セルロース分散液Gに添加した以外は、実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、および微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるカルボキシ基の対イオンは、N,N−ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は91質量%であった。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度、および微細繊維状セルロース含有シートの弾性率を後述の方法により測定した。
<Reference example>
The fine fibrous cellulose dispersion G obtained in Production Example 7 was used in place of the fine fibrous cellulose dispersion A. In the same manner as in Example 1 except that 0.32 g of lactic acid was added to 100 g of a 1.32% by mass N,N-didodecylmethylamine aqueous solution to neutralize and then added to the fine fibrous cellulose dispersion G. , A fine fibrous cellulose concentrate, a fine fibrous cellulose redispersion slurry, and a fine fibrous cellulose-containing sheet were obtained. The counter ion of the carboxy group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The solid content concentration of the obtained fine fibrous cellulose concentrate was 91% by mass. The viscosity of the re-dispersed slurry of fine fibrous cellulose and the elastic modulus of the sheet containing fine fibrous cellulose were measured by the methods described below.
<評価方法>
〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕
微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を第1解離酸量(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。
<Evaluation method>
[Measurement of first dissociated acid amount and total dissociated acid amount (phosphorus acid group)]
The amount of phosphorus oxo acid group of the fine fibrous cellulose is a fibrous substance prepared by diluting a fine fibrous cellulose dispersion liquid containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water to a content of 0.2% by mass. The cellulose-containing slurry was treated with an ion exchange resin and then titrated with an alkali for measurement.
The treatment with the ion-exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion-exchange resin (Amber Jet 1024; Organo Co., Ltd., already conditioned) to the above-mentioned fibrous cellulose-containing slurry and performing a shaking treatment for 1 hour. , And the resin and the slurry were separated by pouring onto a mesh having an opening of 90 μm.
In addition, titration using an alkali measures the change in the pH value of the slurry while adding 10 μL of 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with the ion exchange resin in 5 seconds. It was done by doing. The titration was performed 15 minutes before the start of titration while blowing nitrogen gas into the slurry. In this neutralization titration, two points at which the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized are observed in the curve in which the pH measured with respect to the amount of alkali added is plotted. Of these, the maximum point of the increment obtained first after adding alkali is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point (FIG. 1). The amount of alkali required from the start of titration to the first end point becomes equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used for titration. Further, the amount of alkali required from the start of titration to the second end point becomes equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used for titration. A value obtained by dividing the alkali amount (mmol) required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the first dissociated acid amount (mmol/g). A value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was taken as the total dissociated acid amount (mmol/g).
〔カルボキシ基量の測定〕
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察すると、図2に示されるような滴定曲線が得られる。図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の微細繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
[Measurement of the amount of carboxy group]
The amount of carboxy groups in the fine fibrous cellulose is produced by diluting the fine fibrous cellulose dispersion liquid containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water to a content of 0.2% by mass. The contained slurry was treated with an ion exchange resin and then titrated with an alkali to measure.
The treatment with the ion-exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion-exchange resin (Amber Jet 1024; Organo Co., Ltd., already conditioned) to the above-mentioned fibrous cellulose-containing slurry and performing a shaking treatment for 1 hour. , And the resin and the slurry were separated by pouring onto a mesh having an opening of 90 μm.
The titration with alkali was performed by adding 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with the ion exchange resin and measuring the change in the pH value of the slurry. .. When the change in pH is observed while adding the aqueous sodium hydroxide solution, a titration curve as shown in FIG. 2 is obtained. As shown in FIG. 2, in this neutralization titration, there is one point where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) becomes maximum in the curve plotting pH measured against the amount of alkali added. To be observed. The maximum point of this increment is called the first end point. Here, the area from the start of titration to the first end point in FIG. 2 is referred to as a first area. The amount of alkali required in the first region becomes equal to the amount of carboxy groups in the slurry used for titration. Then, by dividing the alkali amount (mmol) required in the first region of the titration curve by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated, the introduction amount of the carboxy group (mmol/g) ) Was calculated.
The amount of introduced carboxy groups (mmol/g) is the amount of substituents per 1 g of the mass of fibrous cellulose when the counter ion of the carboxy group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter, the amount of carboxy groups (acid Type)).
〔液状組成物の粘度の測定〕
微細繊維状セルロースを含有する液状組成物の粘度は、再分散工程後に得られる2.0質量%(実施例2及び比較例2以外)または4.0質量%(実施例2及び比較例2)の微細繊維状セルロース再分散スラリーを23℃で、24時間静置した後、微細繊維状セルロース再分散スラリーの粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T−LVT)を用いて測定した値である。測定条件は、23℃の条件とし、3rpmで3分間回転させた際の粘度を測定した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
[Measurement of viscosity of liquid composition]
The viscosity of the liquid composition containing fine fibrous cellulose is 2.0% by mass (other than Example 2 and Comparative Example 2) or 4.0% by mass (Example 2 and Comparative Example 2) obtained after the redispersion step. After leaving the fine fibrous cellulose redispersion slurry at 23° C. for 24 hours, the viscosity of the fine fibrous cellulose redispersion slurry is measured using a B-type viscometer (BLOOKFIELD analog viscometer T-LVT). It is the value. The measurement condition was set to 23° C., and the viscosity when rotated at 3 rpm for 3 minutes was measured. The liquid temperature of the dispersion liquid at the time of measurement was 23°C.
〔シートの引張弾性率〕
試験片の長さを40mm、チャック間距離を20mmとした以外はJIS P 8113に準拠し、引張試験機テンシロン(エー・アンド・デイ社製)を用いて、微細繊維状セルロース含有シートの引張弾性率を測定した。なお、引張弾性率は、SSカーブにおける正の最大の傾き値から計算した値である。引張弾性率を測定する際には、23℃、相対湿度50%で24時間調湿した、同一の坪量を有する微細繊維状セルロース含有シートを試験片として用いた。
[Tensile elastic modulus of sheet]
Tensile elasticity of a fine fibrous cellulose-containing sheet was measured using a tensile tester Tensilon (manufactured by A&D Company) in accordance with JIS P 8113 except that the length of the test piece was 40 mm and the distance between chucks was 20 mm. The rate was measured. The tensile modulus is a value calculated from the maximum positive slope value in the SS curve. When measuring the tensile modulus, a fine fibrous cellulose-containing sheet having the same basis weight, which was conditioned at 23° C. and a relative humidity of 50% for 24 hours, was used as a test piece.
〔有機オニウム含有率の算出〕
有機オニウム含有率とは、微細繊維状セルロース濃縮物中に含まれる有機オニウムイオン質量を微細繊維状セルロース濃縮物の絶乾質量で割ったものである。すなわち、下記計算式を用いて有機オニウム含有率を算出した。
有機オニウム含有率(質量%)=100×A×M/(B×M+A×(M−23))
A:製造時に供試した有機オニウムから生じる有機オニウムイオンの質量(g)、
B:製造時に供試した微細繊維状セルロース分散液中に含まれる微細繊維状セルロースの絶乾質量(g)、
M:有機オニウムイオンの分子量
なお、計算式中の23はナトリウムイオンの式量である。
(Calculation of organic onium content)
The organic onium content is the mass of the organic onium ion contained in the fine fibrous cellulose concentrate divided by the absolute dry mass of the fine fibrous cellulose concentrate. That is, the organic onium content was calculated using the following formula.
Organic onium content (mass %)=100×A×M/(B×M+A×(M-23))
A: Mass (g) of organic onium ions generated from the organic onium tested at the time of production,
B: absolute dry mass (g) of fine fibrous cellulose contained in the fine fibrous cellulose dispersion liquid tested at the time of production,
M: Molecular weight of organic onium ion 23 in the calculation formula is the formula weight of sodium ion.
実施例で得られた繊維状セルロース含有物を再分散させた液状組成物の粘度は高く、繊維状セルロース含有物は、分散性に優れていることがわかった。また、実施例で得られた繊維状セルロース含有物を用いてシートを形成した場合、高弾性率のシートが得られた。 It was found that the liquid composition obtained by redispersing the fibrous cellulose-containing material obtained in the example had a high viscosity, and the fibrous cellulose-containing material had excellent dispersibility. When a sheet was formed using the fibrous cellulose-containing material obtained in the example, a sheet having a high elastic modulus was obtained.
Claims (8)
前記繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、前記繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.65以上である、繊維状セルロース含有物。 Contains a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from the phosphorus oxo acid group, and an organic onium ion as a counter ion of the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group. A fibrous cellulose-containing material that
A fibrous cellulose-containing material having a value of A1/A2 of 0.65 or more, where A1 is the first dissociated acid amount in the fibrous cellulose and A2 is the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose.
(a)炭素数が5以上の炭化水素基を含む;
(b)総炭素数が17以上である。 The fibrous cellulose-containing material according to claim 1 or 2, wherein the organic onium ion satisfies at least one of the following conditions (a) and (b):
(A) contains a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms;
(B) The total carbon number is 17 or more.
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