JP2021025049A - Sulfonated pulp fibers, derivative pulp, sulfonated fine cellulose fibers, method for making sulfonated fine cellulose fibers, and method for making sulfonated pulp fibers - Google Patents

Sulfonated pulp fibers, derivative pulp, sulfonated fine cellulose fibers, method for making sulfonated fine cellulose fibers, and method for making sulfonated pulp fibers Download PDF

Info

Publication number
JP2021025049A
JP2021025049A JP2020129653A JP2020129653A JP2021025049A JP 2021025049 A JP2021025049 A JP 2021025049A JP 2020129653 A JP2020129653 A JP 2020129653A JP 2020129653 A JP2020129653 A JP 2020129653A JP 2021025049 A JP2021025049 A JP 2021025049A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
sulfonated
pulp
fibers
fine cellulose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020129653A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6966606B2 (en
Inventor
祥 日浅
Sho Hiasa
祥 日浅
浩美 内村
Hiromi Uchimura
浩美 内村
智規 薮谷
Tomoki Yabutani
智規 薮谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ehime University NUC
Marusumi Paper Co Ltd
Original Assignee
Ehime University NUC
Marusumi Paper Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ehime University NUC, Marusumi Paper Co Ltd filed Critical Ehime University NUC
Publication of JP2021025049A publication Critical patent/JP2021025049A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6966606B2 publication Critical patent/JP6966606B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

To provide a sulfonated pulp fiber, a derivative pulp, a sulfonated fine cellulose fiber, a method for producing a sulfonated fine cellulose fiber, and a method for producing a sulfonated pulp fiber.SOLUTION: The sulfonated pulp fiber of the present invention is a pulp fiber for a fine cellulose fiber used for increasing the viscosity of a dispersion, wherein the pulp fiber is a fiber whose part of hydroxy groups of the cellulose fiber are substituted with sulfo groups. The sulfonated pulp fiber has the amount of introduced sulfur due to the sulfo group of more than 0.42 mmol/g, and the water retention of the pulp fiber of 250% or more, while the sulfonated pulp fiber maintains the fiber shape. The hydroxy group at the C6 position of at least a part of the glucose unit constituting the cellulose fiber is substituted with a sulfo group. Since the sulfonated pulp fiber has a water retention ability of a predetermined value or more and predetermined hydroxy groups are substituted with sulfo groups while maintaining the fiber shape, the degree of freedom in handleability can be improved.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スルホン化パルプ繊維、誘導体パルプ、スルホン化微細セルロース繊維、スルホン化微細セルロース繊維の製造方法およびスルホン化パルプ繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a sulfonated pulp fiber, a derivative pulp, a sulfonated fine cellulose fiber, a sulfonated fine cellulose fiber, and a method for producing a sulfonated pulp fiber.

セルロースナノファイバー(CNF)とは、植物起因のセルロースをナノ化処理(機械的解繊やTEMPO触媒酸化など)した、繊維幅が数〜数十nm、繊維長が数百nmの微小繊維である。CNFが軽量、高弾性、高強度、低線熱膨張性を有していることから、CNFを含有する複合材料の利用が、工業分野のみならず食品分野や医療分野など様々な分野で期待されている。木材を例にさらに詳説すると、木材中のセルロースは、セルロース30〜40分子が束となった約3nmの超極細幅の高結晶性のミクロフィブリルを形成し植物体を構成している。このセルロース
の構造が維持されたセルロース繊維の集合体であるセルロースナノファイバーは上記特性を発現することができる。とくにセルロースミクロフィブリルレベルに繊維幅が細いセルロースナノファイバー材料は、膨大な比表面積や高アスペクト比、高透明性という特性を有するために様々な応用展開が期待されている。
Cellulose nanofibers (CNFs) are fine fibers having a fiber width of several to several tens of nm and a fiber length of several hundred nm obtained by nano-treating plant-derived cellulose (mechanical defibration, TEMPO-catalyzed oxidation, etc.). .. Since CNF has light weight, high elasticity, high strength, and low linear thermal expansion, the use of composite materials containing CNF is expected not only in the industrial field but also in various fields such as the food field and the medical field. ing. Taking wood as an example, cellulose in wood forms a plant body by forming ultra-fine and highly crystalline microfibrils of about 3 nm in which 30 to 40 molecules of cellulose are bundled. Cellulose nanofibers, which are aggregates of cellulose fibers in which the structure of cellulose is maintained, can exhibit the above-mentioned characteristics. In particular, cellulose nanofiber materials having a fiber width as narrow as that of cellulose microfibrils are expected to be applied in various applications because they have characteristics of enormous specific surface area, high aspect ratio, and high transparency.

CNFを機械的に解繊処理する場合、セルロース繊維間が水素結合で強固に結合しているため、CNFを得るまでに大きなエネルギーが必要であった。また、得られたCNFは、繊維長等にばらつきが生じるといった問題があった。さらに、高圧ホモジナイザーやディスクミルといった機械的な解繊処理だけでは、どれほど処理回数を重ねても得られるナノセルロースの繊維幅は最小で数十nmである。そのために、植物繊維を構成するミクロフィブリル(木材の場合は約3nm)に相当する細さの繊維は得られず、高透明性や、高アスペクト比等の特性を発現できないという問題もあった。 When the CNF is mechanically defibrated, a large amount of energy is required to obtain the CNF because the cellulose fibers are firmly bonded by hydrogen bonds. In addition, the obtained CNF has a problem that the fiber length and the like vary. Further, the fiber width of nanocellulose obtained by only mechanical defibration treatment such as a high-pressure homogenizer or a disc mill is several tens of nm at the minimum, no matter how many times the treatment is repeated. Therefore, there is also a problem that fibers having a fineness corresponding to microfibrils (about 3 nm in the case of wood) constituting plant fibers cannot be obtained, and characteristics such as high transparency and high aspect ratio cannot be exhibited.

そこで、機械的な解繊処理工程を行う前に、予めパルプを構成するセルロース繊維をある程度ほぐした状態にする化学処理工程を行う製法が開発されている(特許文献1〜4)。この製法を使用すれば、パルプを直接機械処理する製法と比べて少ないエネルギーでCNFを得ることができる。しかも、得られたCNFのサイズのばらつきを抑制できるという利点が得られる。 Therefore, a manufacturing method has been developed in which a chemical treatment step is performed in which the cellulose fibers constituting the pulp are loosened to some extent before the mechanical defibration treatment step is performed (Patent Documents 1 to 4). By using this manufacturing method, CNF can be obtained with less energy than the manufacturing method in which pulp is directly machined. Moreover, there is an advantage that the variation in the size of the obtained CNF can be suppressed.

例えば、特許文献1〜3には、パルプを硫酸や過硫酸、塩素系酸化剤などの強酸を用いて化学処理した後、得られたパルプスラリーを解繊機等に供給してCNFを得るという製法が開示されている。
しかしながら、特許文献1〜3のような製法では、化学処理工程において硫酸や過硫酸等を用いるので、取り扱い性の煩雑さに加え、反応後の排水処理の問題や、設備の配管等が腐食するなどの問題が発生している。
また、塩素系酸化剤を使用する場合には、反応時に発生する塩素による環境への影響が懸念されている。さらに、これらの前処理を行った後のパルプは、得られるナノセルロースが高い透明性を有するかは明らかになっていない。
For example, Patent Documents 1 to 3 describe a manufacturing method in which pulp is chemically treated with a strong acid such as sulfuric acid, persulfuric acid, or a chlorine-based oxidizing agent, and then the obtained pulp slurry is supplied to a defibrator or the like to obtain CNF. Is disclosed.
However, in the production methods such as Patent Documents 1 to 3, since sulfuric acid, persulfuric acid, etc. are used in the chemical treatment process, in addition to the complexity of handling, the problem of wastewater treatment after the reaction and the corrosion of equipment piping and the like. There is a problem such as.
In addition, when a chlorine-based oxidant is used, there is concern about the impact of chlorine generated during the reaction on the environment. Furthermore, it is not clear whether the resulting nanocellulose has high transparency in the pulp after these pretreatments.

一方、特許文献4には、パルプをリン酸塩と尿素を用いて化学処理した後、得られたパルプスラリーを解繊機等に供給してCNFを得るという製法が開示されている。かかる製法を使用すれば、化学処理工程において硫酸などの強酸を使用する場合に発生する問題を解消することができる。しかも、得られたCNFの表面の水酸基の一部にリン酸エステルを導入できるので、水溶媒中での分散性を向上させることができる旨が記載されている。
また、特許文献4には、固形分濃度0.2質量%に調製することにより透明性の高い(ヘイズ値が5〜15%)CNFを製造することができる旨が記載されている。
On the other hand, Patent Document 4 discloses a production method in which pulp is chemically treated with phosphate and urea, and then the obtained pulp slurry is supplied to a defibrator or the like to obtain CNF. By using such a production method, it is possible to solve the problem that occurs when a strong acid such as sulfuric acid is used in the chemical treatment step. Moreover, it is described that since the phosphoric acid ester can be introduced into a part of the hydroxyl groups on the surface of the obtained CNF, the dispersibility in an aqueous solvent can be improved.
Further, Patent Document 4 describes that a highly transparent CNF (with a haze value of 5 to 15%) can be produced by adjusting the solid content concentration to 0.2% by mass.

特開2017−43677号公報JP-A-2017-436777 特開2017−8472号公報JP-A-2017-8472 特開2017−25240号公報JP-A-2017-25240 特開2017−25468号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-25468

しかるに、特許文献4の技術では、透明性に関する記載はあるものの、固形分濃度が0.2質量%の際のものである。また、特許文献4には、得られるCNFの繊維長に関する具体的な記載はなく、化学処理後のパルプの解繊性についての具体的な記載もない。さらに、化学処理後のパルプ(セルロースやヘミセルロース)のどの部分に重点的に官能基が導入されているかも不明である。つまり、上記特性(繊維幅の細さ、高透明性)を有するナノセルロースを得るための効率的なセルロースの誘導体化には、セルロースミクロフィブリル表面への化学修飾、特にC6位の水酸基の化学修飾が必要とされているが、特許文献4には、これらに関する記載もなければ示唆もない。 However, in the technique of Patent Document 4, although there is a description regarding transparency, it is the case when the solid content concentration is 0.2% by mass. Further, Patent Document 4 does not have a specific description about the fiber length of the obtained CNF, and there is no specific description about the defibration property of the pulp after the chemical treatment. Furthermore, it is unclear in which part of the chemically treated pulp (cellulose or hemicellulose) the functional groups are mainly introduced. That is, for efficient derivatization of cellulose to obtain nanocellulose having the above characteristics (fine fiber width, high transparency), chemical modification to the surface of cellulose microfibrils, particularly chemical modification of the hydroxyl group at the C6 position However, Patent Document 4 has neither a description nor a suggestion regarding these.

本発明は上記事情に鑑み、透明性に優れたスルホン化微細セルロース繊維、このスルホン化微細セルロース繊維に適したスルホン化パルプ繊維、これら繊維の製造方法およびかかるスルホン化パルプ繊維を含有する誘導体パルプを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides sulfonated fine cellulose fibers having excellent transparency, sulfonated pulp fibers suitable for the sulfonated fine cellulose fibers, methods for producing these fibers, and derivative pulp containing such sulfonated pulp fibers. The purpose is to provide.

本発明のスルホン化パルプ繊維は、分散液の高粘度化に用いられる微細セルロース繊維用のパルプ繊維であり、該パルプ繊維は、セルロース繊維の水酸基の一部がスルホ基で置換したものであり、繊維形状を維持したまま、前記スルホ基に起因する硫黄導入量が0.42mmol/gよりも高く、該パルプ繊維の保水度が250%以上であり、前記セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したものであることを特徴とする。
本発明のスルホン化微細セルロース繊維は、セルロース繊維が微細化された微細セルロース繊維であって、該微細セルロース繊維が分散した分散液が高粘度化するためのものであり、該微細セルロース繊維は、水酸基の一部がスルホ基で置換したものであり、該スルホ基に起因する硫黄導入量が0.42mmol/gよりも高く、平均繊維幅が20nm以下であり、前記セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したものであり、水に固形分濃度0.5質量%に分散させた分散液での、B型粘度計を用いて、20℃、回転数6rpm、3分間回転させることで測定される粘度が10,000mPa・s以上であることを特徴とする。
本発明の誘導体パルプは、複数の繊維からなるパルプであって、複数の繊維が、本発明のスルホン化パルプ繊維を含んでいることを特徴とする。
本発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したスルホン化パルプ繊維の製造する方法であり、前記パルプを化学的に処理する化学処理工程を含んでおり、該化学処理工程が、前記パルプを構成するパルプ繊維に対してスルファミン酸と尿素を水に溶解させた反応液に接触させる接触工程と、該接触工程後の非絶乾状態のパルプを反応工程に供給し、該反応工程において、パルプ繊維を構成するセルロースの水酸基の一部にスルホ基を導入する工程と、を順に行い該反応工程では、前記接触工程後の前記反応液が接触した状態のパルプ繊維を反応温度100℃〜180℃、反応時間1分以上で加熱して反応を進行させる工程を含み、得られるスルホン化パルプ繊維の重合度が、反応前後の重合度比(反応後の重合度/反応前の重合度)において50%以上であることを特徴とする。
本発明のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法は、複数のパルプ繊維を含むパルプを微細化処理工程に供してセルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したスルホン化微細セルロース繊維を製造する方法であり、前記複数のパルプ繊維が、本発明の製造方法で製造されたスルホン化パルプ繊維を含んでおり、前記微細化処理工程では、前記スルホン化パルプ繊維を含んだパルプを水溶性溶媒に固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように分散させた状態で微細化する工程を含み、得られるスルホン化微細セルロース繊維の重合度が、微細化前後の重合度比(微細化処理後の重合度/微細化処理前の重合度)において85%以下であることを特徴とする。
The sulfonated pulp fiber of the present invention is a pulp fiber for fine cellulose fibers used for increasing the viscosity of the dispersion liquid, and the pulp fiber is obtained by substituting a part of the hydroxyl groups of the cellulose fibers with sulfo groups. While maintaining the fiber shape, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group is higher than 0.42 mmol / g, the water retention of the pulp fiber is 250% or more, and at least a part of the glucose constituting the cellulose fiber. The C6 position fiber of the unit is substituted with the sulfo group.
The sulfonated fine cellulose fiber of the present invention is a fine cellulose fiber in which the cellulose fiber is finely divided, and is for increasing the viscosity of the dispersion liquid in which the fine cellulose fiber is dispersed. A part of the hydroxyl group is substituted with a sulfo group, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group is higher than 0.42 mmol / g, the average fiber width is 20 nm or less, and at least one constituting the cellulose fiber. The hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit in the part was substituted with the above-mentioned sulfo group, and was dispersed in water at a solid content concentration of 0.5% by mass using a B-type viscometer at 20 ° C. The viscosity measured by rotating at 6 rpm for 3 minutes is 10,000 mPa · s or more.
The derivative pulp of the present invention is a pulp composed of a plurality of fibers, and the plurality of fibers are characterized by containing the sulfonated pulp fibers of the present invention.
The method for producing sulfonated pulp fiber of the present invention is a method for producing sulfonated pulp fiber in which the hydroxyl group at the C6 position of at least a part of the glucose units constituting the cellulose fiber is replaced with the sulfo group. A chemical treatment step of chemically treating is included, and the chemical treatment step includes a contact step of bringing the pulp fibers constituting the pulp into contact with a reaction solution prepared by dissolving sulfamic acid and urea in water, and the contact. The non-absolutely dry pulp after the step is supplied to the reaction step, and in the reaction step, a step of introducing a sulfo group into a part of the hydroxyl groups of the cellulose constituting the pulp fiber is carried out in order. The degree of polymerization of the obtained sulfonated pulp fiber includes a step of heating the pulp fiber in a state of contact with the reaction liquid after the contact step at a reaction temperature of 100 ° C. to 180 ° C. and a reaction time of 1 minute or more to proceed the reaction. The polymerization degree ratio before and after the reaction (polymerization degree after the reaction / polymerization degree before the reaction) is 50% or more.
In the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present invention, a hydroxyl group at the C6 position of at least a part of glucose units constituting the cellulose fibers by subjecting a pulp containing a plurality of pulp fibers to a micronization treatment step is the sulfo group. A method for producing a substituted sulfonated fine cellulose fiber, wherein the plurality of pulp fibers include the sulfonated pulp fiber produced by the production method of the present invention, and in the micronization treatment step, the sulfonated pulp The step of finely dispersing the fiber-containing pulp in a water-soluble solvent so that the solid content concentration is 0.1% by mass to 20% by mass is included, and the degree of polymerization of the obtained sulfonated fine cellulose fiber is high. It is characterized in that the polymerization degree ratio before and after the miniaturization (polymerization degree after the miniaturization treatment / polymerization degree before the miniaturization treatment) is 85% or less.

本発明のスルホン化パルプ繊維によれば、繊維形状を維持したまま所定の値以上の保水性を有しかつ所定の水酸基にスルホ基が置換されているので、取り扱い性の自由度を向上させることができる。
本発明の誘導体パルプによれば、平均繊維長が長く、所定の値以上の保水度を有するパルプ繊維を含んでいるので、取り扱い性の自由度を向上させることができる。
本発明のスルホン化微細セルロース繊維によれば、所定の水酸基にスルホ基が置換されているので、微細セルロース繊維を分散液に分散させた状態における分散性および透明性を向上させることができる。
本発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法によれば、パルプに対してスルホ基を有するスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体を接触させて反応させることによって、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維を製造することができる。また、短い反応時間でもセルロース繊維の水酸基に対してスルホ基を適切に導入させることができる。
本発明のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法によれば、パルプに対してスルホ基を有するスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体を接触させて反応させることによって、適切な繊維長と透明性とを有するスルホン化微細セルロース繊維を製造することができる。
According to the sulfonated pulp fiber of the present invention, the sulfo group has a water retention value of a predetermined value or more while maintaining the fiber shape, and the sulfo group is substituted with a predetermined hydroxyl group, so that the degree of freedom in handling is improved. Can be done.
According to the derivative pulp of the present invention, since the pulp fiber having a long average fiber length and a water retention degree of a predetermined value or more is contained, the degree of freedom in handleability can be improved.
According to the sulfonated fine cellulose fiber of the present invention, since the sulfo group is substituted with a predetermined hydroxyl group, the dispersibility and transparency in the state where the fine cellulose fiber is dispersed in the dispersion liquid can be improved.
According to the method for producing a sulfonated pulp fiber of the present invention, a sulfonated pulp fiber having excellent handleability is obtained by contacting a sulfonate having a sulfo group with a sulfone and / or a derivative thereof and reacting the pulp. Can be manufactured. Further, the sulfo group can be appropriately introduced into the hydroxyl group of the cellulose fiber even in a short reaction time.
According to the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present invention, by contacting and reacting pulp with a sulfonate having a sulfo group and urea and / or a derivative thereof, appropriate fiber length and transparency can be obtained. It is possible to produce a sulfonated fine cellulose fiber having.

本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維、スルホン化パルプ繊維および誘導体パルプの製造方法の概略フロー図である。It is a schematic flow chart of the manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber, the sulfonated pulp fiber and the derivative pulp of this embodiment. 実験結果を示したグラフであり、硫黄導入量と保水度を示したものである。It is a graph showing the experimental results, and shows the amount of sulfur introduced and the degree of water retention. 実験結果を示したグラフであり、保水度を示したものである。It is a graph which showed the experimental result and shows the degree of water retention. 実験結果を示したグラフであり、繊維長を示したものである。It is a graph which showed the experimental result, and shows the fiber length. 実験結果を示したグラフであり、反応条件(温度と時間)に関するものである。It is a graph showing the experimental results and is related to reaction conditions (temperature and time). 実験結果を示したグラフであり、反応条件(温度と時間)に関するものである。It is a graph showing the experimental results and is related to reaction conditions (temperature and time). 実験結果を示した図であり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維表面の拡大写真である。It is a figure which showed the experimental result, and is the enlarged photograph of the fiber surface of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber of this embodiment. 実験結果を示したグラフであり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の配向強度に関するものである。It is a graph which showed the experimental result, and is related to the orientation strength of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber of this embodiment. 実験結果を示した図であり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維表面の拡大写真である。It is a figure which showed the experimental result, and is the enlarged photograph of the fiber surface of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber of this embodiment. 実験結果を示した図であり、解繊状況を示した図である。It is a figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the defibration situation. 実験結果を示した図であり、白色度を示した図である。It is a figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the whiteness. 実験結果を示したグラフであり、透明性に関するものである。It is a graph showing the experimental results and is related to transparency. 実験結果を示したグラフであり、透明性に関するものである。It is a graph showing the experimental results and is related to transparency. 実験結果を示したグラフであり、重合度を示したものである。It is a graph which showed the experimental result, and shows the degree of polymerization. 実験結果を示したグラフであり、保水度と解繊の関係性を示したものである。It is a graph showing the experimental results, and shows the relationship between the degree of water retention and defibration. 実験結果を示したグラフであり、保水度と解繊の関係性を示したものである。It is a graph showing the experimental results, and shows the relationship between the degree of water retention and defibration. 実験結果を示したグラフであり、保水度と解繊の関係性を示したものである。It is a graph showing the experimental results, and shows the relationship between the degree of water retention and defibration. 実験結果を示したグラフであり、解繊時の固形分濃度と解繊の関係性を示したものである。It is a graph showing the experimental results, and shows the relationship between the solid content concentration at the time of defibration and defibration. 実験結果を示した図であり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のFT−IRの測定結果を示した図である。It is a figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the measurement result of the FT-IR of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber of this embodiment. 実験結果を示した図であり、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維に相当するナノセルロース繊維の電気伝導度測定の測定結果を示した図である。It is a figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the measurement result of the electric conductivity measurement of the nanocellulose fiber corresponding to the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment. 実験結果を示した図であり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のNMR測定の測定結果を示した図である。It is a figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the measurement result of the NMR measurement of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber of this embodiment. 実験結果を示した図であり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維とNBKPのX線回折結果を示した図である。It is a figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the X-ray diffraction result of sulfamic acid / urea-treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber of this embodiment, and NBKP. 実験結果を示した図であり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維と本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維に相当するナノセルロース繊維のX線回折結果を示した図である。It is a figure which showed the experimental result, and shows the X-ray diffraction result of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber of this embodiment, and the nanocellulose fiber corresponding to the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment. It is a figure. 実験結果を示した図であり、本実施形態の本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維に相当するナノセルロース繊維の表面の拡大写真である。It is a figure which showed the experimental result, and is the enlarged photograph of the surface of the nanocellulose fiber corresponding to the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment of this embodiment. 実験結果を示した図であり、スルホ基のC6位への導入方法についての概略説明図である。It is a figure which showed the experimental result, and is the schematic explanatory view about the method of introducing the sulfo group into the C6 position.

以下では、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本実施形態のスルホン化パルプ繊維および誘導体パルプ(以下、それぞれを単に、スルホン化パルプ繊維および誘導体パルプという)は、取り扱い性を向上させることができるようにしたことに特徴を有している。とくに、スルホン化パルプ繊維、誘導体パルプは、微細化処理することにより得られる本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維を液体に分散した分散液が高粘度化するようにしたことに特徴を有している。
本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維(以下、単にスルホン化微細セルロース繊維という)は、セルロース繊維が微細化された微細セルロース繊維であって、液体に分散した分散液が優れた粘性、透明性を有するようにしたことに特徴を有している。
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法(以下、スルホン化パルプ繊維製法という)は、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維を製造することができるようにしたことに特徴を有している。とくに、スルホン化パルプ繊維製法により得られたスルホン化パルプ繊維、誘導体パルプは、微細化処理することにより得られるスルホン化微細セルロース繊維を液体に分散した分散液が高粘度化するようにしたことに特徴を有している。
本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法(以下、スルホン化微細セルロース繊維製法という)は、液体に分散した分散液が、粘性、透明性に優れ、繊維同士のからみあいを向上させたスルホン化微細セルロース繊維を効率的に製造することができるようにしたことに特徴を有している。とくに、スルホン化微細セルロース繊維製法は、スルホン化パルプ繊維製法で製造されたスルホン化パルプ繊維を微細化することにより、簡単にしかも適切に所望の特性を有する微細セルロース繊維を製造することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The sulfonated pulp fiber and the derivative pulp of the present embodiment (hereinafter, each is simply referred to as a sulfonated pulp fiber and a derivative pulp) are characterized in that the handleability can be improved. In particular, the sulfonated pulp fiber and the derivative pulp are characterized in that the dispersion liquid obtained by dispersing the sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment in a liquid obtained by the micronization treatment has a high viscosity. There is.
The sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment (hereinafter, simply referred to as sulfonated fine cellulose fiber) is a fine cellulose fiber in which the cellulose fiber is finely divided, and the dispersion liquid dispersed in the liquid has excellent viscosity and transparency. It is characterized by having it.
The method for producing a sulfonated pulp fiber of the present embodiment (hereinafter referred to as a sulfonated pulp fiber manufacturing method) is characterized in that it enables the production of a sulfonated pulp fiber having excellent handleability. In particular, the sulfonated pulp fibers and derivative pulps obtained by the sulfonated pulp fiber manufacturing method are made so that the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers obtained by the micronization treatment is dispersed in a liquid has a high viscosity. It has characteristics.
In the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present embodiment (hereinafter referred to as sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method), the dispersion liquid dispersed in a liquid is excellent in viscosity and transparency, and sulfonated in which the entanglement between fibers is improved. It is characterized by making it possible to efficiently produce fine cellulose fibers. In particular, in the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method, fine cellulose fibers having desired properties can be easily and appropriately produced by refining the sulfonated pulp fibers produced by the sulfonated pulp fiber manufacturing method.

以下では、まず、スルホン化パルプ繊維、誘導体パルプおよびスルホン化微細セルロース繊維の実施形態について説明した後、スルホン化パルプ繊維製法およびスルホン化微細セルロース繊維製法の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the sulfonated pulp fiber, the derivative pulp and the sulfonated fine cellulose fiber will be described first, and then the sulfonated pulp fiber manufacturing method and the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method will be described.

<スルホン化パルプ繊維>
スルホン化パルプ繊維は、複数のセルロース繊維からなるパルプ繊維であって、含有するセルロース繊維を構成するセルロース(D−グルコースがβ(1→4)グリコシド結合した鎖状の高分子)の水酸基(−OH基)の少なくとも一部が下記式(1)で示されるスルホ基でスルホン化されたものである。つまり、スルホン化パルプ繊維は、セルロース繊維の水酸基の一部が、スルホ基で置換されたものである。
具体的には、スルホン化パルプ繊維は、スルホ基を導入することによって、かかる繊維の親水性が向上するようにしたものである。
<Sulfonized pulp fiber>
The sulfonated pulp fiber is a pulp fiber composed of a plurality of cellulose fibers, and is a hydroxyl group (-) of cellulose (a chain polymer in which D-glucose is β (1 → 4) glycosidic bonded) constituting the cellulose fibers contained therein. At least a part of the OH group) is sulfonated with a sulfo group represented by the following formula (1). That is, in the sulfonated pulp fiber, a part of the hydroxyl groups of the cellulose fiber is replaced with a sulfo group.
Specifically, the sulfonated pulp fiber is such that the hydrophilicity of the fiber is improved by introducing a sulfo group.

(−SO3−)r・Zr+ (1)
(ここで、rは、独立した1〜3の自然数であり、Zr+は、r=1のとき、水素イオン、アルカリ金属の陽イオン、アンモニウムイオン、脂肪族アンモニウムイオン、芳香族アンモニウムイオンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。また、r=2または3のとき、アルカリ土類金属の陽イオンまたは多価金属の陽イオンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。)
(-SO3-) r · Zr + (1)
(Here, r is an independent natural number of 1 to 3, and Zr + is a group consisting of hydrogen ion, alkali metal cation, ammonium ion, aliphatic ammonium ion, and aromatic ammonium ion when r = 1. At least one selected from the group consisting of ammonium earth metal cations or polyvalent metal cations when r = 2 or 3).

なお、スルホン化パルプ繊維の親水性は、繊維が保持することができる水分量に影響すると考えられることから、スルホン化パルプ繊維に導入するスルホ基の導入量とスルホン化パルプ繊維が保持することができる水分量(つまり保水度)の両者は何らかの関連性があるものと推察される。 Since the hydrophilicity of the sulfonated pulp fiber is considered to affect the amount of water that can be retained by the fiber, the amount of sulfo groups introduced into the sulfonated pulp fiber and the amount of sulfo group retained by the sulfonated pulp fiber may be retained. It is presumed that there is some relationship between the amount of water that can be produced (that is, the degree of water retention).

(スルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入量)
スルホン化パルプ繊維は、上述したようにセルロース繊維を構成するグルコースユニットの水酸基にスルホ基を導入することによって、かかる繊維の親水性が向上するようにしたものである。つまり、スルホン化パルプ繊維は、スルホ基を導入することによって、水系溶媒に分散させた際の分散性を向上させることができるようにしたものである。
(Introduction amount of sulfo group in sulfonated pulp fiber)
The sulfonated pulp fiber is such that the hydrophilicity of the fiber is improved by introducing a sulfo group into the hydroxyl group of the glucose unit constituting the cellulose fiber as described above. That is, the sulfonated pulp fiber is made so that the dispersibility when dispersed in an aqueous solvent can be improved by introducing a sulfo group.

このスルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入量は、スルホ基に起因する硫黄量で表すことができ、繊維が長い状態で分散性を付与することができれば、とくに限定されない。具体的には、スルホン化パルプ繊維は、パルプ繊維に分散性を付与でき、かつパルプ繊維をスルホ基で置換する前の平均繊維長の50%以上となるようにスルホ基の導入量が調整されていればよい。
例えば、スルホン化パルプ繊維1g(質量)あたりのスルホ基に起因する硫黄導入量は、0.1mmol/gよりも高くなるように調整するのが好ましく、より好ましくは、0.2mmol/g〜9.9mmol/gであり、さらに好ましくは0.42mmol/g〜9.9mmol/gである。
スルホン化パルプ繊維1g(質量)あたりのスルホ基に起因する硫黄導入量は、9.9mmol/gに近づくほど結晶性の低下が懸念され、硫黄を導入する際のコストも増加する傾向にある。
したがって、スルホン化パルプ繊維へのスルホ基の導入量、つまりスルホ基に起因する硫黄導入量は、上記範囲となるように調整するのが好ましい。
The amount of the sulfo group introduced into the sulfonated pulp fiber can be expressed by the amount of sulfur caused by the sulfo group, and is not particularly limited as long as the fiber can impart dispersibility in a long state. Specifically, in the sulfonated pulp fiber, the amount of the sulfo group introduced is adjusted so that the pulp fiber can be imparted with dispersibility and the average fiber length before replacing the pulp fiber with the sulfo group is 50% or more. You just have to.
For example, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group per 1 g (mass) of the sulfonated pulp fiber is preferably adjusted to be higher than 0.1 mmol / g, more preferably 0.2 mmol / g to 9. It is 9.9 mmol / g, more preferably 0.42 mmol / g to 9.9 mmol / g.
As the amount of sulfur introduced due to the sulfo group per 1 g (mass) of the sulfonated pulp fiber approaches 9.9 mmol / g, there is a concern that the crystallinity may decrease, and the cost for introducing sulfur tends to increase.
Therefore, it is preferable to adjust the amount of the sulfo group introduced into the sulfonated pulp fiber, that is, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group so as to be within the above range.

なお、スルホ基中の硫黄の原子数は1であるので、後述するスルホン化微細セルロース繊維の場合と同様に硫黄導入量:スルホ基導入量=1:1である。 Since the number of sulfur atoms in the sulfo group is 1, the amount of sulfur introduced: the amount of sulfo group introduced = 1: 1 as in the case of the sulfonated fine cellulose fiber described later.

とくに、スルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入量(スルホ基に起因する硫黄導入量)において、スルホン化パルプ繊維を水系溶媒に分散させた際のばらけ易くするというという観点では、0.42mmol/gよりも高くなるように調整するのが好ましく、より好ましくは、0.42mmol/g〜9.9mmol/gとなるように調整し、さらに好ましくは0.42mmol/gよりも高く3.0mmol/g以下となるように調整し、さらにより好ましくは0.42mmol/gよりも高く2.0mmol/g以下となるように調整し、さらに好ましくは0.42mmol/gよりも高く1.7mmol/g以下となるように調整し、より好ましくは0.42mmol/gよりも高く1.5mmol/g以下となるように調整する。
スルホン化パルプ繊維1g(質量)あたりのスルホ基に起因する硫黄導入量が0.42mmol/g以下の場合には、スルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士が強く結合した状態が維持されやすい。
したがって、スルホン化パルプ繊維をばらけ易くさせるという観点では、スルホン化パルプ繊維へのスルホ基の導入量、つまりスルホ基に起因する硫黄導入量は、上記範囲となるように調整するのが好ましい。
In particular, the amount of sulfo groups introduced into the sulfonated pulp fibers (the amount of sulfur introduced due to the sulfo groups) is 0.42 mmol / from the viewpoint of facilitating dispersal when the sulfonated pulp fibers are dispersed in an aqueous solvent. It is preferably adjusted to be higher than g, more preferably adjusted to 0.42 mmol / g to 9.9 mmol / g, and further preferably adjusted to be higher than 0.42 mmol / g and 3.0 mmol / g. Adjusted to be less than or equal to g, more preferably more than 0.42 mmol / g and less than 2.0 mmol / g, still more preferably higher than 0.42 mmol / g and 1.7 mmol / g. It is adjusted so as to be less than or equal to, more preferably higher than 0.42 mmol / g and not more than 1.5 mmol / g.
When the amount of sulfur introduced due to the sulfo group per 1 g (mass) of the sulfonated pulp fiber is 0.42 mmol / g or less, the state in which the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber are strongly bonded to each other is likely to be maintained.
Therefore, from the viewpoint of making the sulfonated pulp fiber easy to disperse, it is preferable to adjust the amount of the sulfo group introduced into the sulfonated pulp fiber, that is, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group within the above range.

なお、スルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入量の下限値を0.42mmol/gよりも高くなるように調整してもよい。例えば、0.5mmol/g以上に調整してもよいし、0.6mmol/g以上に調整してもよい。 The lower limit of the amount of sulfo groups introduced in the sulfonated pulp fiber may be adjusted to be higher than 0.42 mmol / g. For example, it may be adjusted to 0.5 mmol / g or more, or may be adjusted to 0.6 mmol / g or more.

明細書中の繊維がばらけるとは、スルホン化パルプ繊維を水系溶媒に入れた状態において、スルホン化パルプ繊維を構成する複数の微細繊維が自然にばらばらになるような状態をいい、例えば、少しの力でかき混ぜることでスルホン化パルプ繊維を複数の微細繊維にすることができるような状態をいう。 The term "fibers disintegrated" as used herein means a state in which a plurality of fine fibers constituting the sulfonated pulp fibers naturally disintegrate when the sulfonated pulp fibers are placed in an aqueous solvent. A state in which sulfonated pulp fibers can be made into a plurality of fine fibers by stirring with the force of.

(スルホ基の導入量の測定方法)
スルホン化パルプ繊維に対するスルホ基の導入量は、スルホ基に起因する硫黄導入量で評価することができる。具体的には、スルホン化微細セルロース繊維の場合と同様の測定方法を用いて測定することができる。つまり、スルホン化パルプ繊維の所定量を燃焼させて、燃焼イオンクロマトグラフを用いて燃焼物に含まれる硫黄分をIEC 62321に準拠した方法で測定することができる。
(Method of measuring the amount of sulfo group introduced)
The amount of sulfo groups introduced into the sulfonated pulp fiber can be evaluated by the amount of sulfur introduced due to the sulfo groups. Specifically, it can be measured by using the same measuring method as in the case of the sulfonated fine cellulose fiber. That is, a predetermined amount of sulfonated pulp fiber can be burned, and the sulfur content contained in the combustible product can be measured by a method according to IEC 62321 using a combustion ion chromatograph.

(スルホン化パルプ繊維の保水度)
スルホン化パルプ繊維は、上述したスルホ基に起因する硫黄導入量に加えて、所定の保水度を有する点においても特徴を有している。具体的には、スルホン化パルプ繊維の保水度、つまり遠心脱水後に含有する水分量が、所定の状態となるようにスルホン化パルプ繊維は、調製されている。
このスルホン化パルプ繊維の保水度は、後述する利用目的や用途に応じて適宜調整されていれば、その範囲はとくに限定されない。
例えば、スルホン化パルプ繊維の保水度は、150%以上となるように調整するのが好ましく、より好ましくは、200%よりも高く、さらに好ましくは220%以上であり、さらにより好ましくは250%であり、さらに好ましくは300%以上であり、さらにより好ましくは500%以上である。
(Water retention of sulfonated pulp fiber)
The sulfonated pulp fiber is also characterized in that it has a predetermined degree of water retention in addition to the amount of sulfur introduced due to the sulfo group described above. Specifically, the sulfonated pulp fiber is prepared so that the water retention degree of the sulfonated pulp fiber, that is, the amount of water contained after centrifugal dehydration is in a predetermined state.
The range of the water retention of the sulfonated pulp fiber is not particularly limited as long as it is appropriately adjusted according to the purpose of use and use described later.
For example, the water retention of the sulfonated pulp fiber is preferably adjusted to be 150% or more, more preferably higher than 200%, further preferably 220% or more, still more preferably 250%. Yes, more preferably 300% or more, and even more preferably 500% or more.

ここで、スルホン化パルプ繊維の保水度を高くすれば、繊維中に水分を多く含むような状態となる。かかる状態において、繊維中に含まれた水分がスルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士の結合力に影響を及ぼすものと推察される。
つまり、保水度が高くなるように調製したスルホン化パルプ繊維は、スルホン化パルプ繊維の表面を構成する微細繊維同士の結合が弱くなって隣接する微細繊維同士間に隙間が形成され、この形成された隙間に水分が浸入等することによって水分が保持されやすくなっているものと推察される。
このため、スルホン化パルプ繊維の保水度を上記のごとき範囲内となるように調整すれば、以下のような利用目的や用途に応じたスルホン化パルプ繊維を調製することができる。
Here, if the water retention degree of the sulfonated pulp fiber is increased, the fiber will be in a state of containing a large amount of water. In such a state, it is presumed that the water content contained in the fibers affects the binding force between the fine fibers constituting the sulfonated pulp fibers.
That is, in the sulfonated pulp fiber prepared so as to have a high degree of water retention, the bond between the fine fibers constituting the surface of the sulfonated pulp fiber is weakened and a gap is formed between the adjacent fine fibers, and this is formed. It is presumed that the moisture is easily retained by the infiltration of moisture into the gaps.
Therefore, if the water retention level of the sulfonated pulp fiber is adjusted to be within the above range, the sulfonated pulp fiber can be prepared according to the following purposes and uses.

(脱水性の観点)
例えば、スルホン化パルプ繊維における脱水性の観点では、繊維内に水分量が少ない状態、つまり保水度が低くなるように調製すればよい。
スルホン化パルプ繊維の保水度を低くすることによって、運搬時における輸送コストを抑制することができたり、スルホン化パルプ繊維を製造する際の製造効率や製造コストを抑制できる等の利点が得られる。
(From the viewpoint of dehydration)
For example, from the viewpoint of dehydration in the sulfonated pulp fiber, it may be prepared so that the amount of water in the fiber is small, that is, the degree of water retention is low.
By lowering the water retention level of the sulfonated pulp fiber, it is possible to suppress the transportation cost at the time of transportation, and the manufacturing efficiency and the manufacturing cost at the time of manufacturing the sulfonated pulp fiber can be suppressed.

(微細化の観点)
一方、スルホン化パルプ繊維を微細化(言い換えれば、ほぐれ易くする)するという観点では、繊維内に水分量が多くなるような状態、つまり保水度が高くなるように調製すればよい。例えば、スルホン化パルプ繊維をほぐれ易く(微細化)するという観点においては、解繊圧力を120〜140MPaとする場合、スルホン化パルプ繊維の保水度を150%よりも高くなるように調整すればよい。
かかる理由としては、スルホン化パルプ繊維の保水度を高くすることによって、スルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士の結合力を弱くすることができる。すると、スルホン化パルプ繊維の表面や表面に近い内方に位置する部分がフィブリル化しやすくなる。そして、かかる状態のスルホン化パルプ繊維を解繊機等に供すれば、パルプ繊維の微細化がより行い易くなる。つまり、後述するスルホン化パルプ繊維を微細化する際にほぐれ易くできるので、後述するスルホン化微細セルロース繊維を調製する際の作業性や効率性を向上させることができるようになると考えられる。
(Viewpoint of miniaturization)
On the other hand, from the viewpoint of making the sulfonated pulp fiber finer (in other words, making it easier to loosen), it may be prepared so that the amount of water in the fiber is large, that is, the degree of water retention is high. For example, from the viewpoint of making the sulfonated pulp fiber easy to loosen (miniaturize), when the defibration pressure is 120 to 140 MPa, the water retention degree of the sulfonated pulp fiber may be adjusted to be higher than 150%. ..
The reason for this is that by increasing the water retention of the sulfonated pulp fibers, it is possible to weaken the binding force between the fine fibers constituting the sulfonated pulp fibers. Then, the surface of the sulfonated pulp fiber and the portion located inward near the surface are likely to be fibrillated. Then, if the sulfonated pulp fiber in such a state is provided in a defibrator or the like, the pulp fiber can be further miniaturized. That is, since it can be easily loosened when the sulfonated pulp fiber described later is miniaturized, it is considered that the workability and efficiency when preparing the sulfonated fine cellulose fiber described later can be improved.

とくに、詳細については後述するが、原料のパルプをスルホン化して得られるスルホン化パルプ繊維を解繊して得られる微細セルロース繊維は、製造方法により微細セルロース繊維を分散した分散液の粘性に違いが生じるという知見に基づいて、分散液に対して優れた粘性を付与するために、スルホン化パルプの水酸基(C2位,C3位、C6位)のうちC6位の位置に優先的にスルホ基を導入することにより、繊維形状を維持しつつ優れた解繊性を有するスルホン化パルプ繊維を提供すること、このスルホン化パルプ繊維を解繊することにより分散液に対して優れた粘性を付与することができるスルホン化微細セルロース繊維を提供することを目的とするものである。
つまり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維は、硫黄導入量が上記範囲内であり、保水度が上記値以上であり、かつスルホ基の導入位置が優先的にC6である、という構成をとることにより、解繊性(微細化処理)を向上させるとともに、解繊後に得られるスルホン化微細セルロース繊維が分散した分散液に対して高い粘性を付与することができるパルプである。
In particular, as will be described in detail later, the fine cellulose fibers obtained by defibrating the sulfonated pulp fibers obtained by sulfonated the raw material pulp differ in the viscosity of the dispersion liquid in which the fine cellulose fibers are dispersed depending on the production method. Based on the finding that it occurs, in order to impart excellent viscosity to the dispersion, the sulfo group is preferentially introduced at the C6 position of the hydroxyl groups (C2, C3, C6) of the sulfonated pulp. By doing so, it is possible to provide a sulfonated pulp fiber having excellent defibration while maintaining the fiber shape, and to impart excellent viscosity to the dispersion liquid by defibrating the sulfonated pulp fiber. It is an object of the present invention to provide a sulfonated fine cellulose fiber capable.
That is, the sulfonated pulp fiber of the present embodiment has a configuration in which the amount of sulfur introduced is within the above range, the degree of water retention is equal to or higher than the above value, and the position where the sulfo group is introduced is preferentially C6. This is a pulp capable of improving defibration (fine treatment) and imparting high viscosity to a dispersion liquid in which sulfonated fine cellulose fibers obtained after defibration are dispersed.

なお、スルホン化パルプ繊維を微細化する際には、保水度をあまりに高くすると、微細化した繊維の濃度が低くなりすぎたり、収率が低くなるといった傾向が生じる。このため、スルホン化パルプ繊維を微細化した後の微細繊維の収率や濃度等の観点においては、保水度はあまり高くなりすぎないように調整するのが好ましく、例えば、保水度が10,000%以下となるように調整するのが好ましい。詳細は後述する。 When the sulfonated pulp fiber is refined, if the degree of water retention is too high, the concentration of the refined fiber tends to be too low or the yield tends to be low. Therefore, from the viewpoint of the yield and concentration of the fine fibers after the sulfonated pulp fibers are refined, it is preferable to adjust the water retention degree so as not to be too high. For example, the water retention degree is 10,000. It is preferable to adjust it so that it is less than%. Details will be described later.

明細書中の繊維をほぐすとは、例えば、スルホン化パルプ繊維のスラリーを解繊する場合に、スルホン化パルプ繊維に対してエネルギーを加えることによりスルホン化パルプ繊維を構成する複数の微細繊維がばらばらにさせるようなことをいう。 Loosening the fibers in the specification means, for example, when defibrating a slurry of sulfonated pulp fibers, a plurality of fine fibers constituting the sulfonated pulp fibers are separated by applying energy to the sulfonated pulp fibers. It is something that makes you want to.

(保水度の測定方法)
スルホン化パルプ繊維の保水度は、一般的なパルプ繊維の保水度試験(例えば、JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.26:2000に準拠した方法)により求めることができる。
(Measurement method of water retention)
The water retention of the sulfonated pulp fiber can be determined by a general water retention test of the pulp fiber (for example, a method according to JAPAN TAPPI Pulp and Paper Test Method No. 26: 2000).

(スルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入位置)
上述したようにスルホン化パルプ繊維は、セルロース繊維を構成するグルコースユニットの水酸基の一部がスルホ基でスルホン化されたものである。スルホ基の置換位置は、とくに限定されないが、グルコースユニットのC6位の水酸基(図21参照)に優先的にスルホ基が置換された状態に調製されているのが好ましい。つまり、スルホン化パルプ繊維は、セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、スルホ基で置換されているのである。
(Position of introduction of sulfo group in sulfonated pulp fiber)
As described above, the sulfonated pulp fiber is one in which a part of the hydroxyl groups of the glucose unit constituting the cellulose fiber is sulfonated by a sulfo group. The substitution position of the sulfo group is not particularly limited, but it is preferably prepared in a state in which the sulfo group is preferentially substituted with the hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit (see FIG. 21). That is, in the sulfonated pulp fiber, the hydroxyl group at the C6 position of at least a part of the glucose units constituting the cellulose fiber is replaced with a sulfo group.

このグルコースユニットのC6位の水酸基は、立体的に飛び出すように配置されている(図21参照)。このため、スルホン化パルプ繊維において、グルコースユニットにおいて立体的に飛び出すように配置されたC6位の水酸基にスルホ基が優先的に導入されることにより、隣接する繊維同士(C6位の水酸基にスルホ基が導入されたグルコースユニットを有するに隣接する繊維同士)に電荷的な反発力を発生させることができる。
すると、スルホン化パルプ繊維を微細化する際には、機械的な解繊力に加えて、スルホン化パルプ繊維を構成するセルロース繊維同士の電荷的な反発力を発揮させることができるので、C6位以外にスルホ基が導入されているものと比べて、より低い解繊圧力等で微細化することができるようになる。つまり、このスルホン化パルプ繊維(セルロース繊維を構成するグルコースユニットのC6位の水酸基に優先的にスルホ基が置換されたスルホン化パルプ繊維)が、上述した高い保水度を有するように調製されていれば、解繊時において、より少ないエネルギーで解繊をより行い易い状態にすることができる。
The hydroxyl group at the C6 position of this glucose unit is arranged so as to protrude three-dimensionally (see FIG. 21). Therefore, in the sulfonated pulp fiber, the sulfo group is preferentially introduced into the hydroxyl group at the C6 position arranged so as to protrude three-dimensionally in the glucose unit, so that the adjacent fibers (the sulfo group at the hydroxyl group at the C6 position) are preferentially introduced. Can generate a chargeable repulsive force between adjacent fibers having a introduced glucose unit.
Then, when the sulfonated pulp fiber is refined, in addition to the mechanical defibrating force, the chargeable repulsive force between the cellulose fibers constituting the sulfonated pulp fiber can be exerted. Compared with the one in which the sulfo group is introduced, the fiber can be made finer with a lower defibration pressure or the like. That is, the sulfonated pulp fiber (the sulfonated pulp fiber in which the sulfo group is preferentially substituted with the hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit constituting the cellulose fiber) is prepared so as to have the above-mentioned high water retention. For example, at the time of defibration, it is possible to make defibration easier with less energy.

そして、スルホン化パルプ繊維は、C6位にスルホ基を有するので、C6位以外にスルホ基が導入されているもの(つまりC2位やC3位にスルホ基が導入されたスルホン化パルプ、以下C2位やC3位のことをC2―C3位で表すこともある)と比べて繊維形状が大きく異なる。
具体的には、スルホン化パルプ繊維は、C2―C3位のスルホン化パルプと比べて繊維の切断および破壊が少ない状態にできる。つまり、C2―C3位のスルホン化パルプと比べて重合度を高い状態に維持できる。
しかも、スルホン化パルプ繊維は、C6位にスルホ基を有するので、C2―C3位のスルホン化パルプと比べて繊維の結晶領域を高い状態で保持することができる。つまり、C2―C3位のスルホン化パルプと比べて結晶化度を高い状態に維持することができる。
さらに、スルホン化パルプ繊維が上記のごとくC6位に優先的にスルホ基が導入されることにより、高い重合度と高い結晶化度を有する繊維形状になっているので、解繊等により微細化処理して得られるスルホン化微細セルロース繊維においても、スルホ基がC2位、C3位に導入されたものと比べて、優れた特性を発揮させることができる。具体的には、かかるスルホン化微細セルロース繊維を溶液に分散した分散液に対して優れた粘性を発揮させることができる。
Since the sulfonated pulp fiber has a sulfo group at the C6 position, a sulfo group having a sulfo group introduced at the C6 position (that is, a sulfonated pulp having a sulfo group introduced at the C2 position or the C3 position, hereinafter the C2 position). And C3 position may be represented by C2-C3 position), and the fiber shape is significantly different.
Specifically, the sulfonated pulp fiber can be in a state where the fiber is less cut and broken as compared with the sulfonated pulp at the C2-C3 position. That is, the degree of polymerization can be maintained higher than that of the sulfonated pulp at the C2-C3 position.
Moreover, since the sulfonated pulp fiber has a sulfo group at the C6 position, the crystal region of the fiber can be maintained in a higher state than that of the sulfonated pulp at the C2-C3 position. That is, the crystallinity can be maintained higher than that of the sulfonated pulp at the C2-C3 position.
Further, since the sulfonated pulp fiber has a fiber shape having a high degree of polymerization and a high degree of crystallization by preferentially introducing a sulfo group at the C6 position as described above, it is refined by defibration or the like. The sulfonated fine cellulose fiber thus obtained can also exhibit excellent properties as compared with those in which the sulfo group is introduced at the C2 position and the C3 position. Specifically, it is possible to exhibit excellent viscosity with respect to the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in a solution.

上述したグルコースユニットの水酸基へスルホ基が導入されていることは、スルホン化パルプ繊維を微細化処理した後述するスルホン化微細セルロース繊維のFT−IR測定(図19参照)や、電気伝導度測定(図20参照)、NMR測定(図21参照)などを用いて確認することができる。
とくに、上述したグルコースユニットのどの位置の水酸基にスルホ基が導入されているかの確認は、NMR測定により確認することができる。
The fact that the sulfo group is introduced into the hydroxyl group of the glucose unit described above means that the FT-IR measurement (see FIG. 19) and the electrical conductivity measurement (see FIG. 19) of the sulfonated fine cellulose fiber described later in which the sulfonated pulp fiber is micronized are measured. It can be confirmed by using (see FIG. 20), NMR measurement (see FIG. 21), and the like.
In particular, confirmation of the position of the hydroxyl group of the glucose unit in which the sulfo group is introduced can be confirmed by NMR measurement.

さらに、スルホン化パルプ繊維の重合度や結晶化度の確認は、実施例に記載の方法により測定することができる(表21参照)。 Further, the degree of polymerization and the degree of crystallinity of the sulfonated pulp fiber can be confirmed by the method described in Examples (see Table 21).

(スルホン化パルプ繊維の重合度)
スルホン化パルプ繊維の重合度は、上述したように繊維形状が維持される程度、もしくは、このスルホン化パルプ繊維を解繊することにより分散液に対して優れた粘性を付与することができれば、とくに限定されない。例えば、スルホン化微細セルロース繊維を得る観点では350以上であればよい。好ましくは400以上であり、より好ましくは500以上であり、さらに好ましくは600以上である。一方で、取扱性の観点では、例えば、1000以下が好ましく、より好ましくは900以下、さらに好ましくは600以下である。
(Degree of polymerization of sulfonated pulp fiber)
The degree of polymerization of the sulfonated pulp fiber is particularly high if the fiber shape is maintained as described above, or if excellent viscosity can be imparted to the dispersion by defibrating the sulfonated pulp fiber. Not limited. For example, from the viewpoint of obtaining sulfonated fine cellulose fibers, it may be 350 or more. It is preferably 400 or more, more preferably 500 or more, and even more preferably 600 or more. On the other hand, from the viewpoint of handleability, for example, it is preferably 1000 or less, more preferably 900 or less, and further preferably 600 or less.

(スルホン化パルプ繊維の結晶化度)
スルホン化パルプ繊維の結晶化度は、上述したように繊維形状が維持される程度、もしくは、このスルホン化パルプ繊維を解繊することにより分散液に対して優れた粘性を付与することができれば、とくに限定されない。例えば、スルホン化微細セルロース繊維を得る観点では70%以上であり、好ましくは75%以上である。一方で、取扱性の観点では、例えば、90%以下が好ましく、より好ましくは80%以下である。
(Crystallinity of sulfonated pulp fiber)
The crystallinity of the sulfonated pulp fiber is such that the fiber shape is maintained as described above, or if excellent viscosity can be imparted to the dispersion liquid by defibrating the sulfonated pulp fiber. Not particularly limited. For example, from the viewpoint of obtaining sulfonated fine cellulose fibers, it is 70% or more, preferably 75% or more. On the other hand, from the viewpoint of handleability, for example, 90% or less is preferable, and 80% or less is more preferable.

(スルホン化パルプ繊維の平均繊維長)
スルホン化パルプ繊維は、上述したように繊維形状が維持される程度の平均繊維長であれば、とくにその長さは限定されない。
(Average fiber length of sulfonated pulp fiber)
The length of the sulfonated pulp fiber is not particularly limited as long as the average fiber length is such that the fiber shape is maintained as described above.

具体的には、スルホン化パルプ繊維をスルホン化する前後において、平均繊維長が所定の長さを維持していればよい。より具体的には、スルホン化パルプ繊維にスルホ基を導入する前のパルプ繊維における平均繊維長と、スルホ基を導入した後のスルホン化パルプ繊維の平均繊維長を比較した際、後者(つまりスルホン化パルプ繊維)が前者に比べて50%以上となるように調製するのが好ましく、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは80%以上となるように調製する。言い換えれば、スルホン化パルプ繊維は、原料となるパルプの素材に関わらず、スルホ基を導入する前と後において、平均繊維長が所定の値以上となるように調製されているのである。
例えば、原料として木材系のパルプ繊維を使用し、その平均繊維長が2.6mmとした場合、スルホン化パルプ繊維は、平均繊維長が、原料のパルプ繊維の平均繊維長の50%以上の長さつまり1.3mm以上となるように調製されている。また、パルプ繊維が後述するLBKPで、その平均繊維長が1mm前後のものであれば、スルホン化後の平均繊維幅が0.5mm前後以上となるように調製されている。
Specifically, it suffices that the average fiber length maintains a predetermined length before and after sulfonation of the sulfonated pulp fiber. More specifically, when comparing the average fiber length of the pulp fiber before the introduction of the sulfo group into the sulfonated pulp fiber and the average fiber length of the sulfonated pulp fiber after the introduction of the sulfo group, the latter (that is, sulfone) The pulp fiber) is preferably prepared so as to be 50% or more, more preferably 70% or more, and further preferably 80% or more as compared with the former. In other words, the sulfonated pulp fiber is prepared so that the average fiber length becomes a predetermined value or more before and after the introduction of the sulfo group, regardless of the material of the pulp as a raw material.
For example, when wood-based pulp fiber is used as a raw material and the average fiber length is 2.6 mm, the average fiber length of the sulfonated pulp fiber is 50% or more of the average fiber length of the raw material pulp fiber. That is, it is adjusted to be 1.3 mm or more. Further, if the pulp fiber is LBKP described later and the average fiber length is about 1 mm, the pulp fiber is adjusted so that the average fiber width after sulfonated is about 0.5 mm or more.

スルホン化パルプ繊維の平均繊維長を上記のごとき範囲となるように調製すれば、取り扱い性に優れた繊維とすることができる。
具体的には、繊維同士のからみあいを向上させることができ、ある程度の長さを維持しつつ所望の長さに均質化することができ、微細化する際には微細化後の微細繊維の平均繊維長を長くできる、等の利点が得らえる。
このため、利用目的や用途に応じた優れた自由度を有するスルホン化パルプ繊維を提供することができる。
一方、上記範囲よりも短くなる場合には、スルホン化パルプ繊維が加水分解された際の影響が無視できなくなるので、上記自由度が制限される傾向にある。
したがって、スルホン化パルプ繊維の平均繊維長は、上記範囲となるように調整するのが好ましい。
If the average fiber length of the sulfonated pulp fiber is adjusted to be within the above range, the fiber can be made into a fiber having excellent handleability.
Specifically, it is possible to improve the entanglement of the fibers, homogenize the fibers to a desired length while maintaining a certain length, and when miniaturizing, the average of the fine fibers after miniaturization. Advantages such as being able to increase the fiber length can be obtained.
Therefore, it is possible to provide a sulfonated pulp fiber having an excellent degree of freedom according to the purpose of use and use.
On the other hand, when it is shorter than the above range, the influence when the sulfonated pulp fiber is hydrolyzed cannot be ignored, so that the degree of freedom tends to be limited.
Therefore, it is preferable to adjust the average fiber length of the sulfonated pulp fiber so as to be within the above range.

(平均繊維長の測定方法)
スルホン化パルプ繊維の平均繊維長は、公知の繊維分析器を用いて測定することができる。公知の繊維分析器として、例えば、ファイバーテスター(ローレンツェン&ベットレー(株)社製)を挙げることができる。
(Measuring method of average fiber length)
The average fiber length of the sulfonated pulp fiber can be measured using a known fiber analyzer. As a known fiber analyzer, for example, a fiber tester (manufactured by Lorenzen & Betley Co., Ltd.) can be mentioned.

以上のごとく、本実施形態のスルホン化パルプ繊維のスルホ基の導入量を調整することによって、繊維長が長い状態を保持したまま分散性を向上させることができるので取り扱い性の自由度を向上させることができるようになる。
しかも、繊維のばらけ易さや後述する微細セルロース繊維の透明度を向上させることができるようになる。
さらに、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の保水度を調整することによって、上述したようにスルホン化パルプ繊維の利用目的や用途に応じて適宜調整することができるので、取り扱い性の自由度を向上させたスルホン化パルプ繊維を提供することができる。
As described above, by adjusting the introduction amount of the sulfo group of the sulfonated pulp fiber of the present embodiment, the dispersibility can be improved while maintaining the state where the fiber length is long, so that the degree of freedom in handleability is improved. You will be able to do it.
Moreover, it becomes possible to improve the ease of loosening of the fibers and the transparency of the fine cellulose fibers described later.
Further, by adjusting the water retention degree of the sulfonated pulp fiber of the present embodiment, it can be appropriately adjusted according to the purpose and use of the sulfonated pulp fiber as described above, so that the degree of freedom of handling is improved. Sulfonized pulp fibers can be provided.

(白色度)
なお、スルホン化パルプ繊維は、複数のスルホン化パルプ繊維を水溶液に分散させて洗浄した後、乾燥する。この乾燥した際の白色度が所定の範囲となるように調整するのが好ましい。
例えば、スルホン化パルプ繊維は、白色度が30%以上となるように調製してもよく、好ましくは40%以上となるように調製してもよい。白色度が30%以上であれば、着色が目立ちにくくなるので、取り扱い性を向上させることができる。
(Whiteness)
The sulfonated pulp fibers are washed by dispersing a plurality of sulfonated pulp fibers in an aqueous solution, and then dried. It is preferable to adjust the whiteness when dried so as to be within a predetermined range.
For example, the sulfonated pulp fiber may be prepared so that the whiteness is 30% or more, and preferably 40% or more. When the whiteness is 30% or more, the coloring becomes inconspicuous, so that the handleability can be improved.

スルホン化パルプ繊維の白色度は、公知の方法を使用すれば求めることができる。例えば、JIS P 8148:2001(紙、板紙及びパルプ−ISO白色度(拡散青色光反射率))に準拠して測定することができる。 The whiteness of the sulfonated pulp fiber can be determined by using a known method. For example, it can be measured according to JIS P 8148: 2001 (paper, paperboard and pulp-ISO whiteness (diffuse blue light reflectance)).

<誘導体パルプ>
誘導体パルプは、複数の繊維からなるパルプであって、上述したスルホン化パルプ繊維を複数含有するように調製されたパルプ繊維である。具体的には、スルホン化パルプ繊維製法を用いて製造した複数のスルホン化パルプ繊維を集合させれば、スルホ基が導入したパルプ繊維を含む誘導体パルプとすることができる。
この誘導体パルプは、スルホン化パルプ繊維製法を用いて製造した複数のスルホン化パルプ繊維のみを集合させたものであってもよいし、セルロース以外の材質からなる繊維(例えば、ポリビニルアルコール(PVA)や、ポリエステル等の合成繊維、羊毛等の天然繊維など)や、他のパルプ繊維等を含有してもよい。
なお、スルホン化パルプ繊維製法を用いて製造した複数のスルホン化パルプ繊維の含有率が高くなるよう調整すれば、上述したスルホン化パルプ繊維と同様の効果を発揮させやすくなるので好ましい。
<Derivative pulp>
The derivative pulp is a pulp composed of a plurality of fibers, and is a pulp fiber prepared so as to contain a plurality of the above-mentioned sulfonated pulp fibers. Specifically, by assembling a plurality of sulfonated pulp fibers produced by using the sulfonated pulp fiber manufacturing method, a derivative pulp containing pulp fibers having a sulfo group introduced can be obtained.
This derivative pulp may be an aggregate of only a plurality of sulfonated pulp fibers produced by the sulfonated pulp fiber manufacturing method, or fibers made of a material other than cellulose (for example, polyvinyl alcohol (PVA)) or , Synthetic fibers such as polyester, natural fibers such as wool, etc.), other pulp fibers, etc. may be contained.
It is preferable that the content of the plurality of sulfonated pulp fibers produced by the sulfonated pulp fiber manufacturing method is adjusted to be high because the same effect as that of the sulfonated pulp fiber described above can be easily exhibited.

<スルホン化微細セルロース繊維>
スルホン化微細セルロース繊維は、セルロース繊維が微細化された微細セルロース繊維であって、微細セルロース繊維を構成するセルロース(D−グルコースがβ(1→4)グリコシド結合した鎖状の高分子)の水酸基(−OH基)の少なくとも一部が上記式(1)で示されるスルホ基でスルホン化されたものである。つまり、スルホン化微細セルロース繊維は、微細セルロース繊維の水酸基の一部が、スルホ基で置換されたものである。
<Sulfonized fine cellulose fiber>
The sulfonated fine cellulose fiber is a fine cellulose fiber obtained by refining the cellulose fiber, and is a hydroxyl group of cellulose (a chain polymer in which D-glucose is β (1 → 4) glycosidic bonded) constituting the fine cellulose fiber. At least a part of (-OH group) is sulfonated by the sulfo group represented by the above formula (1). That is, in the sulfonated fine cellulose fiber, a part of the hydroxyl groups of the fine cellulose fiber is replaced with a sulfo group.

スルホン化微細セルロース繊維は、スルホ基を有することによって、かかる繊維の親水性を向上させることができるようになる。つまり、スルホ基をスルホン化微細セルロース繊維に導入することによって、スルホン化微細セルロース繊維を分散液に分散させた際の分散性を向上させることができるようになる。しかも、導入したスルホ基の電子的反発によって、分散液に分散させた状態を維持し易くなる。 By having a sulfo group, the sulfonated fine cellulose fiber can improve the hydrophilicity of the fiber. That is, by introducing the sulfo group into the sulfonated fine cellulose fiber, the dispersibility when the sulfonated fine cellulose fiber is dispersed in the dispersion liquid can be improved. Moreover, the electronic repulsion of the introduced sulfo group makes it easier to maintain the state of being dispersed in the dispersion liquid.

また、スルホ基由来の生理活性作用をスルホン化微細セルロース繊維に対して付与することが可能となる。例えば、ヘパリン類似物質として知られている硫酸化多糖の一種であるコンドロイチン硫酸は、ヒアルノニダーゼ阻害活性能や皮膚保湿作用を有することから、乾皮症、皮脂欠乏症などやアトピー性皮膚炎への適用が検討されている。スルホン化微細セルロース繊維も天然多糖類の一種であるため、スルホ基に基づく生理活性作用に基づく医療分野への利用が可能となる。 In addition, it becomes possible to impart a physiologically active action derived from a sulfo group to sulfonated fine cellulose fibers. For example, chondroitin sulfate, which is a type of sulfated polysaccharide known as a heparinoid, has hyalnonidase inhibitory activity and skin moisturizing effect, and is therefore applicable to xerosis, sebum deficiency, and atopic dermatitis. It is being considered. Since the sulfonated fine cellulose fiber is also a kind of natural polysaccharide, it can be used in the medical field based on the bioactive action based on the sulfo group.

なお、分散液の溶媒は、水系溶媒であればとくに限定されない。つまり、分散液に用いられる溶媒は、水溶性の溶媒(水溶性溶媒)であればよく、例えば、水のみの場合のほか、アルコール、ケトン、アミン、カルボン酸、エーテル、アミドなどやこれらの混合物などを採用することができる。 The solvent of the dispersion liquid is not particularly limited as long as it is an aqueous solvent. That is, the solvent used in the dispersion may be a water-soluble solvent (water-soluble solvent). For example, in addition to water alone, alcohols, ketones, amines, carboxylic acids, ethers, amides, etc., and mixtures thereof. Etc. can be adopted.

また、スルホン化微細セルロース繊維は、他の官能基が結合していてもよく、とくに、スルホ基以外に硫黄を含む官能基(置換基)を含んでいてもよい。
以下の説明では、スルホン化微細セルロース繊維を構成するセルロース繊維の水酸基にスルホ基だけを導入した場合を代表として説明する。
Further, the sulfonated fine cellulose fiber may have other functional groups bonded to it, and in particular, it may contain a functional group (substituent) containing sulfur in addition to the sulfo group.
In the following description, a case where only a sulfo group is introduced into the hydroxyl group of the cellulose fiber constituting the sulfonated fine cellulose fiber will be described as a representative.

(スルホン化微細セルロース繊維におけるスルホ基の導入量)
スルホン化微細セルロース繊維のスルホ基の導入量は、スルホ基に起因する硫黄量で表すことができ、透明性や分散性をある程度維持することができれば、その導入量はとくに限定されない。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維1g(質量)あたりのスルホ基に起因する硫黄導入量は、0.42mmol/gよりも高くなるように調整するのが好ましく、より好ましくは、0.42mmol/g〜9.9mmol/gであり、さらに好ましくは0.5mmol/g〜9.9mmol/gであり、さらにより好ましくは0.6mmol/g〜9.9mmol/gである。
(Introduction amount of sulfo group in sulfonated fine cellulose fiber)
The amount of sulfo group introduced in the sulfonated fine cellulose fiber can be expressed by the amount of sulfur caused by the sulfo group, and the amount introduced is not particularly limited as long as transparency and dispersibility can be maintained to some extent.
For example, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group per 1 g (mass) of the sulfonated fine cellulose fiber is preferably adjusted to be higher than 0.42 mmol / g, and more preferably 0.42 mmol / g to. It is 9.9 mmol / g, more preferably 0.5 mmol / g to 9.9 mmol / g, and even more preferably 0.6 mmol / g to 9.9 mmol / g.

なお、スルホ基中の硫黄の原子数は1であるので、硫黄導入量:スルホ基導入量=1:1である。例えば、スルホン化微細セルロース繊維1g(質量)あたりの硫黄導入が0.42mmol/gの場合には、スルホ基の導入量も当然に0.42mmol/gとなる。 Since the number of sulfur atoms in the sulfo group is 1, the amount of sulfur introduced: the amount of sulfo group introduced = 1: 1. For example, when the sulfur introduction per 1 g (mass) of the sulfonated fine cellulose fiber is 0.42 mmol / g, the amount of the sulfo group introduced is naturally 0.42 mmol / g.

スルホン化微細セルロース繊維1g(質量)あたりのスルホ基に起因する硫黄導入量が0.42mmol/g以下の場合には、繊維間の水素結合が強固なため分散性が低下する傾向にある。その逆に、かかる硫黄導入量が0.42mmol/gよりも高くすることによって分散性が向上させやすくなり、0.5mmol/g以上とすれば電子的反発性をより強くさせることができるので、分散した状態を安定して維持させやすくなる。一方、かかる硫黄導入量が9.9mmol/gに近づくほど結晶性の低下が懸念され、しかも硫黄を導入する際のコストも増加する傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維へのスルホ基の導入量、つまりスルホ基に起因する硫黄導入量は、上記範囲となるように調整するのが好ましい。
When the amount of sulfur introduced due to the sulfo group per 1 g (mass) of the sulfonated fine cellulose fiber is 0.42 mmol / g or less, the hydrogen bond between the fibers is strong and the dispersibility tends to decrease. On the contrary, when the amount of sulfur introduced is higher than 0.42 mmol / g, the dispersibility is easily improved, and when it is 0.5 mmol / g or more, the electronic resilience can be strengthened. It becomes easier to maintain a stable and dispersed state. On the other hand, as the amount of sulfur introduced approaches 9.9 mmol / g, there is a concern that the crystallinity will decrease, and the cost of introducing sulfur tends to increase.
Therefore, it is preferable to adjust the amount of the sulfo group introduced into the sulfonated fine cellulose fiber, that is, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group so as to be within the above range.

とくに、スルホン化微細セルロース繊維へのスルホ基の導入量(スルホ基に起因する硫黄導入量)において、スルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維の分散性の観点では、0.42mmol/gよりも高く3.0mmol/g以下となるように調整するのが好ましく、より好ましくは0.5mmol/g〜3.0mmol/gであり、さらに好ましくは0.5mmol/g〜2.0mmol/gであり、さらにより好ましくは0.5mmol/g〜1.7mmol/gであり、より好ましくは0.5mmol/g〜1.5mmol/gである。
また、スルホン化微細セルロース繊維の透明性の観点においても、上記範囲と同様の範囲となるように調整するのが好ましい。
In particular, the amount of sulfo groups introduced into the sulfonated fine cellulose fibers (the amount of sulfur introduced due to the sulfo groups) is higher than 0.42 mmol / g from the viewpoint of dispersibility of the fine fibers constituting the sulfonated pulp fibers. It is preferably adjusted to 3.0 mmol / g or less, more preferably 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g, still more preferably 0.5 mmol / g to 2.0 mmol / g. Even more preferably, it is 0.5 mmol / g to 1.7 mmol / g, and even more preferably 0.5 mmol / g to 1.5 mmol / g.
Further, from the viewpoint of transparency of the sulfonated fine cellulose fiber, it is preferable to adjust the range so as to be the same as the above range.

(スルホ基の導入量の測定方法)
スルホン化微細セルロース繊維に対するスルホ基の導入量は、スルホ基に起因する硫黄導入量で評価することができる。具体的には、スルホン化微細セルロース繊維の所定量を燃焼させて、燃焼イオンクロマトグラフを用いて燃焼物に含まれる硫黄分をIEC 62321に準拠した方法で測定することができる。
また、後述するスルホン化パルプ繊維からスルホン化微細セルロース繊維を調製する場合には、かかるスルホン化パルプ繊維における硫黄導入量から求めてもよい。
(Method of measuring the amount of sulfo group introduced)
The amount of sulfo group introduced into the sulfonated fine cellulose fiber can be evaluated by the amount of sulfur introduced due to the sulfo group. Specifically, a predetermined amount of sulfonated fine cellulose fibers can be burned, and the sulfur content contained in the combusted product can be measured by a method according to IEC 62321 using a combustion ion chromatograph.
Further, when the sulfonated fine cellulose fiber is prepared from the sulfonated pulp fiber described later, it may be obtained from the amount of sulfur introduced in the sulfonated pulp fiber.

スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長や平均繊維幅は、繊維同士がからみ易く、しかも水系溶媒に分散させた際に透明性を得やすくなるように調製されていれば、その長さや太さはとくに限定されない。例えば、以下に示す大きさに調製することができる。 If the average fiber length and average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers are adjusted so that the fibers are easily entangled with each other and transparent when dispersed in an aqueous solvent, the length and thickness thereof will be the same. Not particularly limited. For example, it can be prepared to the size shown below.

(スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長)
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長は、重合度で間接的に表すことができる。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維は、重合度で280以上となるように調整することができる。具体的には、スルホン化微細セルロース繊維は、重合度で300〜1,000となるように調製するのが好ましく、より好ましくは重合度で300〜600となるように調製する。スルホン化微細セルロース繊維の重合度が280よりも低いと、繊維長の低下により繊維のからまりが弱くなる傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維を重合度で表す場合には、重合度が上記範囲内となるように調整するのが好ましい。
(Average fiber length of sulfonated fine cellulose fibers)
The average fiber length of the sulfonated fine cellulose fibers can be indirectly expressed by the degree of polymerization.
For example, the sulfonated fine cellulose fiber can be adjusted so that the degree of polymerization is 280 or more. Specifically, the sulfonated fine cellulose fiber is preferably prepared so that the degree of polymerization is 300 to 1,000, and more preferably the degree of polymerization is 300 to 600. When the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fibers is lower than 280, the entanglement of the fibers tends to be weakened due to the decrease in the fiber length.
Therefore, when the sulfonated fine cellulose fiber is represented by the degree of polymerization, it is preferable to adjust the degree of polymerization so as to be within the above range.

なお、グルコース1分子の軸方向の長さを約5Å(約0.5nm)とした場合、スルホン化微細セルロース繊維の重合度が300の場合には、理論上、繊維長が約150nm(約0.15μm)のスルホン化微細セルロース繊維を調製することができる。 When the axial length of one glucose molecule is about 5 Å (about 0.5 nm) and the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber is 300, the fiber length is theoretically about 150 nm (about 0 nm). .15 μm) of sulfonated fine cellulose fibers can be prepared.

(重合度の測定方法)
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長を重合度で表す場合の重合度の測定方法は、とくに限定されない。
例えば、銅エチレンジアミン法で測定することができる。具体的には、スルホン化微細セルロース繊維を0.5Mの銅エチレンジアミン溶液に溶解させて、かかる溶液の粘度を粘度法によって測定すれば、スルホン化微細セルロース繊維の重合度を測定することができる。
(Method of measuring degree of polymerization)
The method for measuring the degree of polymerization when the average fiber length of the sulfonated fine cellulose fibers is expressed by the degree of polymerization is not particularly limited.
For example, it can be measured by the copper ethylenediamine method. Specifically, the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber can be measured by dissolving the sulfonated fine cellulose fiber in a 0.5 M copper ethylenediamine solution and measuring the viscosity of the solution by the viscosity method.

(スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅)
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、水系溶媒に分散させた際に透明性を得やすい太さであれば、とくに限定されない。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、電子顕微鏡で観察した際に、1nm〜1000nmとなるように調製するのが好ましく、より好ましくは2nm〜500nm、さらにより好ましくは2nm〜100nmであり、さらに好ましくは2nm〜30nmであり、よりさらに好ましくは2nm〜20nmである。
微細セルロース繊維の繊維幅が1nm未満であると、セルロース分子として水に溶解したような状態となっているため、微細セルロース繊維としての物性(強度や剛性、又は寸法安定性)が発現しにくくなる。一方、1000nmを超えると微細セルロース繊維とは言えず、通常のパルプに含まれる繊維にすぎないため、微細セルロース繊維としての物性(透明性や強度や剛性、又は寸法安定性)が得られにくい傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、上記範囲内となるように調製するのが好ましい。
(Average fiber width of sulfonated fine cellulose fibers)
The average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers is not particularly limited as long as it has a thickness that makes it easy to obtain transparency when dispersed in an aqueous solvent.
For example, the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers is preferably adjusted to be 1 nm to 1000 nm when observed with an electron microscope, more preferably 2 nm to 500 nm, and even more preferably 2 nm to 100 nm. , More preferably 2 nm to 30 nm, and even more preferably 2 nm to 20 nm.
When the fiber width of the fine cellulose fiber is less than 1 nm, it is in a state of being dissolved in water as a cellulose molecule, so that the physical properties (strength, rigidity, or dimensional stability) of the fine cellulose fiber are difficult to be exhibited. .. On the other hand, if it exceeds 1000 nm, it cannot be said to be a fine cellulose fiber and is merely a fiber contained in ordinary pulp, so that it tends to be difficult to obtain physical characteristics (transparency, strength, rigidity, or dimensional stability) as a fine cellulose fiber. It is in.
Therefore, the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers is preferably adjusted to be within the above range.

とくに、スルホン化微細セルロース繊維の取り扱い性や透明性が求められる用途などの観点においては、さらに以下の範囲内となるように調製するのがより好ましい。
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅が、30nmよりも大きくなるとアスペクト比が低下して、繊維同士のからみあいが減少する傾向にある。さらに、平均繊維幅が、30nmよりも大きくなると可視光の波長の1/10に近づき、マトリックス材料と複合した場合には界面で可視光の屈折及び散乱が生じ易く、可視光の散乱が生じてしまい、透明性が低下する傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、取り扱い性や透明性の観点においては、2nm〜30nmが好ましく、より好ましくは2nm〜20nmであり、さらに好ましくは2nm〜10nmである。
また、透明性の観点においては、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅が20nm以下となるように調製するのが好ましく、より好ましくは10nm以下となるように調製する。平均繊維幅が10nm以下となるように調製すれば、可視光の散乱をより少なくできるので、高い透明性を有するスルホン化微細セルロース繊維を得ることができる。
In particular, from the viewpoint of applications where the handleability and transparency of the sulfonated fine cellulose fiber are required, it is more preferable to prepare the sulfonated fine cellulose fiber so as to be within the following range.
When the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers is larger than 30 nm, the aspect ratio tends to decrease and the entanglement between the fibers tends to decrease. Further, when the average fiber width is larger than 30 nm, it approaches 1/10 of the wavelength of visible light, and when it is combined with a matrix material, visible light is likely to be refracted and scattered at the interface, and visible light is scattered. Therefore, the transparency tends to decrease.
Therefore, the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers is preferably 2 nm to 30 nm, more preferably 2 nm to 20 nm, and further preferably 2 nm to 10 nm from the viewpoint of handleability and transparency.
From the viewpoint of transparency, it is preferable to prepare the sulfonated fine cellulose fibers so that the average fiber width is 20 nm or less, and more preferably 10 nm or less. If the average fiber width is adjusted to 10 nm or less, the scattering of visible light can be further reduced, so that sulfonated fine cellulose fibers having high transparency can be obtained.

(平均繊維幅の測定方法)
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、公知の技術を用いて測定することができる。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維を純水等の溶媒に分散させて、所定の質量%となるように混合溶液を調整する。そしてこの混合溶液を、PEI(ポリエチレンイミン)をコーティングしたシリカ基盤上にスピンコートを行い、このシリカ基盤上のスルホン化微細セルロース繊維を観察する。
観察方法としては、例えば、走査型プローブ顕微鏡(例えば、島津製作所製;SPM−9700)を用いることができる。得られた観察画像中のスルホン化微細セルロース繊維をランダムに20本選び、各繊維幅を測定し平均化すればスルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅を求めることができる。
(Measuring method of average fiber width)
The average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers can be measured using a known technique.
For example, the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in a solvent such as pure water, and the mixed solution is adjusted so as to have a predetermined mass%. Then, this mixed solution is spin-coated on a silica substrate coated with PEI (polyethyleneimine), and sulfonated fine cellulose fibers on the silica substrate are observed.
As an observation method, for example, a scanning probe microscope (for example, manufactured by Shimadzu Corporation; SPM-9700) can be used. Twenty sulfonated fine cellulose fibers in the obtained observation image are randomly selected, and the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers can be obtained by measuring and averaging each fiber width.

(ヘイズ(Haze)値)
スルホン化微細セルロース繊維の透明性については、分散状態における透明度で評価することができる。具体的には、スルホン化微細セルロース繊維を分散液に分散させた際の固形分濃度が所定の濃度となるように調整した分散液を視認した際の透明性をヘイズ値で評価することができる。
(Haze value)
The transparency of the sulfonated fine cellulose fiber can be evaluated by the transparency in the dispersed state. Specifically, the transparency when the dispersion liquid adjusted so that the solid content concentration when the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in the dispersion liquid becomes a predetermined concentration can be evaluated by the haze value. ..

スルホン化微細セルロース繊維を分散させた分散液の固形分濃度は、とくに限定されない。例えば、スルホン化微細セルロース繊維を水溶性溶媒に、固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように分散させて調製することができる。
そして、かかる分散液のヘイズ値が、20%以下であれば、スルホン化微細セルロース繊維は透明性を有しているといえる。逆にいうと、固形物濃度が上記範囲内となるように調製した分散液のヘイズ値が20%よりも高い場合には、透明性が適切に発揮されにくい状態にあるといえる。より具体的には、スルホン化微細セルロース繊維を分散させた分散液の固形分濃度が0.2質量%〜0.5質量%となるように調製した場合、この分散液のヘイズ値が20%以下であれば透明性を適正に発揮させた状態となっており、より好ましくは15%以下であり、さらに好ましくは10%以下であればより透明性を有するスルホン化微細セルロース繊維となっている。
The solid content concentration of the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed is not particularly limited. For example, it can be prepared by dispersing sulfonated fine cellulose fibers in a water-soluble solvent so that the solid content concentration is 0.1% by mass to 20% by mass.
When the haze value of the dispersion is 20% or less, it can be said that the sulfonated fine cellulose fibers have transparency. Conversely, when the haze value of the dispersion prepared so that the solid matter concentration is within the above range is higher than 20%, it can be said that transparency is not properly exhibited. More specifically, when the solid content concentration of the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed is adjusted to 0.2% by mass to 0.5% by mass, the haze value of this dispersion liquid is 20%. If it is the following, it is in a state where the transparency is appropriately exhibited, more preferably 15% or less, and further preferably 10% or less, it is a sulfonated fine cellulose fiber having more transparency. ..

したがって、透明性の観点において、スルホン化微細セルロース繊維は、固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように調製した分散液のヘイズ値が20%以下となるように調製するのが好ましく、より好ましくは固形分濃度が0.2質量%〜0.5質量%となるように調整した際の分散液のヘイズ値が上記範囲となるように調製するのが好ましい。 Therefore, from the viewpoint of transparency, the sulfonated fine cellulose fiber is prepared so that the haze value of the dispersion prepared so that the solid content concentration is 0.1% by mass to 20% by mass is 20% or less. Is preferable, and more preferably, the haze value of the dispersion liquid when the solid content concentration is adjusted to 0.2% by mass to 0.5% by mass is adjusted to be within the above range.

なお、この分散液の溶媒は、上述した水系溶媒と同様、水溶性の溶媒(水溶性溶媒)であればとくに限定されない。例えば、水溶性溶媒として、水のみの場合のほか、アルコール、ケトン、アミン、カルボン酸、エーテル、アミドなどを単独または2種以上を混合して用いてもよい。 The solvent of this dispersion is not particularly limited as long as it is a water-soluble solvent (water-soluble solvent) as in the case of the above-mentioned aqueous solvent. For example, as the water-soluble solvent, not only water alone, but also alcohol, ketone, amine, carboxylic acid, ether, amide and the like may be used alone or in combination of two or more.

(ヘイズ値の測定方法)
ヘイズ値は、以下のようにして測定することができる。
上述した分散液にスルホン化微細セルロース繊維を所定の固形分濃度となるように分散させる。そして、この分散液をJIS K 7105に準拠して分光光度計を用いて測定すれば、スルホン化微細セルロース繊維の透明性であるヘイズ値を求めることができる。
(Measurement method of haze value)
The haze value can be measured as follows.
The sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in the above-mentioned dispersion liquid so as to have a predetermined solid content concentration. Then, if this dispersion is measured using a spectrophotometer in accordance with JIS K 7105, the haze value, which is the transparency of the sulfonated fine cellulose fibers, can be obtained.

(全光線透過率)
なお、スルホン化微細セルロース繊維は、上述した分散液のヘイズ値が上記範囲内において、透明性をより適切に評価できる全光線透過率を調整するのが好ましい。例えば、上述した分散液の全光線透過率(%)は、90%以上が好ましく、より好ましくは95%以上となるように調整することができる。
(Total light transmittance)
For the sulfonated fine cellulose fiber, it is preferable to adjust the total light transmittance so that the transparency can be more appropriately evaluated within the haze value of the above-mentioned dispersion liquid. For example, the total light transmittance (%) of the above-mentioned dispersion liquid is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more.

(全光線透過率の測定方法)
全光線透過率は、以下のようにして測定することができる。
上述した分散液にスルホン化微細セルロース繊維を所定の固形分濃度となるように分散させる。そして、この分散液を、JIS K 7105に準拠して分光光度計を用いて測定すれば、スルホン化微細セルロース繊維の全光線透過率を求めることができる。
(Measurement method of total light transmittance)
The total light transmittance can be measured as follows.
The sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in the above-mentioned dispersion liquid so as to have a predetermined solid content concentration. Then, if this dispersion is measured using a spectrophotometer in accordance with JIS K 7105, the total light transmittance of the sulfonated fine cellulose fibers can be determined.

なお、本明細中において透明性とは、液体の透明性と濁りの両方またはいずれか一方の性質を含んでいる。透明性の評価において、ヘイズ値は液体の濁りをより適切に評価するができ、全光線透過率は透明性をより適切に評価することができる。 In addition, in this specification, transparency includes the property of both transparency and turbidity of a liquid, or one of them. In the evaluation of transparency, the haze value can more appropriately evaluate the turbidity of the liquid, and the total light transmittance can more appropriately evaluate the transparency.

以上のごとく、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長および平均繊維幅を、上記のごとき範囲となるように調製することにより、スルホン化微細セルロース繊維に対して優れた透明性を発揮させることができ、しかもスルホン化微細セルロース繊維同士がからみやすい繊維にすることができる。このため、スルホン化微細セルロース繊維を利用した複合材料等においては、透明性に優れ、高い強度を発揮させることが可能となる。 As described above, by adjusting the average fiber length and the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers so as to be within the above ranges, excellent transparency can be exhibited for the sulfonated fine cellulose fibers. Moreover, the sulfonated fine cellulose fibers can be easily entangled with each other. Therefore, in a composite material or the like using sulfonated fine cellulose fibers, it is possible to exhibit excellent transparency and high strength.

(粘度)
なお、スルホン化微細セルロース繊維が上述した特性を有する場合、スルホン化微細セルロース繊維は、所定の粘度を有する。
具体的には、スルホン化微細セルロース繊維を所定の固形分濃度(例えば、0.2〜0.5質量%)となるように調製した場合、その液体の粘度が、10,000mPa・s以上にすることができる。つまり、スルホン化微細セルロース繊維は、上述した優れた透明性(低いヘイズ値、高い全光線透過率)を有するほか、分散した分散液が優れた粘性をも有するようになる。そして、この分散液の粘性向上に寄与するものとして、スルホン化微細セルロース繊維のC6位のスルホ基があげられる。
以上のごとく、スルホン化微細セルロース繊維は、天然由来のセルロースをベースに基づいて製造されたものであり、分散した分散液が優れた透明性と高い粘性(高粘度化)を有するようになるので、透明性を有するものは増粘剤等として工業はもちろん医薬、食品などの様々な分野で使用することが可能となる。
(viscosity)
When the sulfonated fine cellulose fiber has the above-mentioned characteristics, the sulfonated fine cellulose fiber has a predetermined viscosity.
Specifically, when the sulfonated fine cellulose fiber is prepared so as to have a predetermined solid content concentration (for example, 0.2 to 0.5% by mass), the viscosity of the liquid becomes 10,000 mPa · s or more. can do. That is, the sulfonated fine cellulose fiber has the above-mentioned excellent transparency (low haze value, high total light transmittance), and the dispersed dispersion also has excellent viscosity. As a factor that contributes to the improvement of the viscosity of this dispersion, the sulfo group at the C6 position of the sulfonated fine cellulose fiber can be mentioned.
As described above, the sulfonated fine cellulose fiber is produced based on naturally-derived cellulose, and the dispersed dispersion has excellent transparency and high viscosity (high viscosity). The transparent material can be used as a thickener in various fields such as medicine and food as well as industry.

(粘度の測定方法)
粘度の測定方法は、B型粘度計を用いて測定することができる。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維の固形分濃度が0.5質量%となるように調製した液体を、B型粘度計を用いて、回転数6rpm、25℃、3分で測定すれば、スルホン化微細セルロース繊維の粘度を測定することができる。
(Viscosity measurement method)
The viscosity can be measured using a B-type viscometer.
For example, if a liquid prepared so that the solid content concentration of the sulfonated fine cellulose fibers is 0.5% by mass is measured using a B-type viscometer at a rotation speed of 6 rpm, 25 ° C., and 3 minutes, sulfonated The viscosity of the fine cellulose fibers can be measured.

(スルホン化微細セルロース繊維におけるスルホ基の導入位置)
また、スルホン化微細セルロース繊維は、上述したようにセルロース繊維を構成する一部のグルコースユニットの水酸基がスルホ基でスルホン化されたものである。
スルホ基の置換位置は、とくに限定されないが、グルコースユニットのC6位の水酸基(図21参照)に優先的にスルホ基が置換された状態に調製されているのが好ましい。つまり、スルホン化微細セルロース繊維は、セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、スルホ基で置換されるように調製されているのである。
(Position of introduction of sulfo group in sulfonated fine cellulose fiber)
Further, the sulfonated fine cellulose fiber is one in which the hydroxyl groups of some glucose units constituting the cellulose fibers are sulfonated with sulfo groups as described above.
The substitution position of the sulfo group is not particularly limited, but it is preferably prepared in a state in which the sulfo group is preferentially substituted with the hydroxyl group at the C6 position of the glucose unit (see FIG. 21). That is, the sulfonated fine cellulose fiber is prepared so that the hydroxyl group at the C6 position of at least a part of the glucose units constituting the cellulose fiber is replaced with a sulfo group.

このグルコースユニットのC6位の水酸基は、立体的に飛び出すように配置されている(図21参照)。つまり、スルホン化微細セルロース繊維において、繊維表面の露出している部分のグルコースユニットから飛びだすように配置されたC6位の水酸基にスルホ基が優先的に導入された状態となっている。
このため、このスルホン化微細セルロース繊維を水などの水溶性溶媒に分散させれば、スルホン化微細セルロース繊維の繊維表面には、優先的にスルホ基が配置された状態になる。すると、表面に配置されたスルホ基同士の電荷的な反発によって、隣接するスルホン化微細セルロース繊維同士をより適切に分散させた状態にすることができるので、より優れた分散性を発揮させることができる。
The hydroxyl group at the C6 position of this glucose unit is arranged so as to protrude three-dimensionally (see FIG. 21). That is, in the sulfonated fine cellulose fiber, the sulfo group is preferentially introduced into the hydroxyl group at the C6 position arranged so as to protrude from the glucose unit in the exposed portion of the fiber surface.
Therefore, if the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in a water-soluble solvent such as water, the sulfo groups are preferentially arranged on the fiber surface of the sulfonated fine cellulose fibers. Then, due to the charge repulsion between the sulfo groups arranged on the surface, the adjacent sulfonated fine cellulose fibers can be more appropriately dispersed, so that more excellent dispersibility can be exhibited. it can.

したがって、このスルホン化微細セルロース繊維を上述した優れた透明性(低いヘイズ値、高い全光線透過率)を有するように調製した状態で、水などの水溶性溶媒に分散させれば、分散液に分散したスルホン化微細セルロース繊維は、表面に電荷的な反発性を有するスルホ基が多数配置した状態で分散せることができる。このため、水溶性溶媒などの分散液中に均質に分散させることができるから、優れた透明性を適切に維持させることがきるようになる。 Therefore, if the sulfonated fine cellulose fibers are prepared so as to have the above-mentioned excellent transparency (low haze value, high total light transmittance) and dispersed in a water-soluble solvent such as water, the dispersion liquid can be obtained. The dispersed sulfonated fine cellulose fibers can be dispersed in a state where a large number of sulfo groups having charge repulsion are arranged on the surface. Therefore, since it can be uniformly dispersed in a dispersion liquid such as a water-soluble solvent, excellent transparency can be appropriately maintained.

また、スルホン化微細セルロース繊維は、C6位にスルホ基を有するので、C6位以外にスルホ基が導入されているもの(つまりC2―C3位のスルホン化微細繊維)と比べて繊維形状が明確に相違する。
具体的には、スルホン化微細セルロース繊維は、上述したようにスルホン化パルプを解繊処理して得られる。ここで、機械的な解繊前のスルホン化パルプは、上述したようにC6位にスルホ基を有しているので、C2―C3位のスルホン化パルプと比べて高い重合度および高い結晶化度を有している。つまり、スルホン化微細セルロース繊維とC2―C3位のスルホン化パルプ(C2―C3位のスルホン化微細繊維の解繊前のパルプ)では、繊維形状において、重合度および結晶化度が大きく異なる。前者(スルホン化微細セルロース繊維)は、後者に比べて高い重合度および結晶化度を有している。言い換えれば、スルホン化微細セルロース繊維とC2―C3位のスルホン化微細繊維では、出発物質の繊維形状が上記のごとく大きく異なる。
Further, since the sulfonated fine cellulose fiber has a sulfo group at the C6 position, the fiber shape is clearer than that in which a sulfo group is introduced in addition to the C6 position (that is, the sulfonated fine fiber at the C2-C3 position). It's different.
Specifically, the sulfonated fine cellulose fiber is obtained by defibrating the sulfonated pulp as described above. Here, since the sulfonated pulp before mechanical defibration has a sulfo group at the C6 position as described above, it has a higher degree of polymerization and a higher degree of crystallization than the sulfonated pulp at the C2-C3 position. have. That is, the degree of polymerization and the degree of crystallization of the sulfonated fine cellulose fiber and the sulfonated pulp at the C2-C3 position (the pulp before the defibration of the sulfonated fine fiber at the C2-C3 position) are significantly different in the fiber shape. The former (sulfonated fine cellulose fiber) has a higher degree of polymerization and crystallinity than the latter. In other words, the fiber shape of the starting material is significantly different between the sulfonated fine cellulose fiber and the sulfonated fine fiber at the C2-C3 position as described above.

このため、得られた微細繊維の重合度および結晶化度の値が近似した状態であっても、出発物質の繊維形状が異なるパルプを解繊処理して得られるスルホン化微細セルロース繊維とC2―C3位のスルホン化微細繊維においても、異なる繊維形状を有している。つまり、スルホン化微細セルロース繊維が機械的な力により繊維が解繊されたものであるのに対して、C2―C3位のスルホン化微細繊維では化学的な力により繊維が解繊されたものである。
このように繊維形状が異なることから、C6位にスルホ基を有するスルホン化微細セルロース繊維は、スルホン化微細セルロース繊維を溶液に分散させた状態において、C2―C3位にスルホ基を有するスルホン化微細繊維と比べて、高い粘性を発揮させることができるのである。
したがって、水などの溶液に分散させれば、当該分散液に対して、上述した透明性を付与することに加え、上述した高い粘性を付与することができるスルホン化微細セルロース繊維を提供することができる。つまり、C6位の位置に優先的にスルホ基が導入したスルホン化パルプ繊維を微細化することで得らえるスルホン化微細セルロース繊維は、液体に混合した際の分散性に優れ、得られた分散液が優れた透明性を有しつつ、高い粘性を有する。
なお、スルホン化微細セルロース繊維は、溶液に分散した状態において、透明性の有無にかかわらず、分散液に対して上記のごとき粘性を付与することができることはいうまでもない。
Therefore, even if the values of the degree of polymerization and the degree of crystallinity of the obtained fine fibers are close to each other, the sulfonated fine cellulose fibers obtained by defibrating pulp having different fiber shapes as starting materials and C2- The sulfonated fine fibers at the C3 position also have different fiber shapes. That is, while the sulfonated fine cellulose fiber is a fiber defibrated by a mechanical force, the sulfonated fine fiber at the C2-C3 position is a fiber defibrated by a chemical force. is there.
Since the fiber shapes are different in this way, the sulfonated fine cellulose fiber having a sulfo group at the C6 position has a sulfo group at the C2-C3 position in a state where the sulfonated fine cellulose fiber is dispersed in the solution. Compared to fibers, it can exhibit high viscosity.
Therefore, it is possible to provide sulfonated fine cellulose fibers capable of imparting the above-mentioned high viscosity in addition to imparting the above-mentioned transparency to the dispersion liquid when dispersed in a solution such as water. it can. That is, the sulfonated fine cellulose fiber obtained by refining the sulfonated pulp fiber in which the sulfo group is preferentially introduced at the C6 position has excellent dispersibility when mixed with a liquid, and the obtained dispersion is obtained. The liquid has excellent transparency and high viscosity.
Needless to say, the sulfonated fine cellulose fibers can impart the above-mentioned viscosity to the dispersion liquid in a state of being dispersed in the solution regardless of the presence or absence of transparency.

<スルホン化微細セルロース繊維およびスルホン化パルプ繊維の製造方法>
スルホン化パルプ繊維、誘導体パルプおよびスルホン化微細セルロース繊維は、以下に示すスルホン化パルプ繊維製法およびスルホン化微細セルロース繊維製法により製造することができる。
<Manufacturing method of sulfonated fine cellulose fiber and sulfonated pulp fiber>
The sulfonated pulp fiber, derivative pulp and sulfonated fine cellulose fiber can be produced by the sulfonated pulp fiber manufacturing method and the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method shown below.

スルホン化パルプ繊維製法の概略は、後述する繊維原料であるパルプを化学処理工程に供することによってスルホン化パルプ繊維を製造する方法であり、この化学処理工程において、供給されたパルプを接触工程で処理した後、反応工程で処理するという方法である。 The outline of the sulfonated pulp fiber manufacturing method is a method for producing sulfonated pulp fiber by subjecting pulp, which is a fiber raw material to be described later, to a chemical treatment step, and in this chemical treatment step, the supplied pulp is treated in a contact step. After that, it is treated in the reaction process.

なお、本明細書において、繊維原料とは、セルロース分子を含むパルプなどの繊維状の原料をいい、パルプとは、複数のパルプ繊維が集合したものをいう。また、このパルプ繊維とは、複数のセルロース繊維が集合したものであり、このセルロース繊維は、複数の微細繊維(例えば、ミクロフィブリル等)が集合したものである。そして、この微細繊維とは、D−グルコースがβ(1→4)グリコシド結合した鎖状の高分子であるセルロース分子(以下、単にセルロースということもある)が複数集合したものである。繊維原料については詳細を後述する。 In the present specification, the fiber raw material refers to a fibrous raw material such as pulp containing a cellulose molecule, and the pulp refers to an aggregate of a plurality of pulp fibers. Further, the pulp fiber is a collection of a plurality of cellulose fibers, and the cellulose fiber is a collection of a plurality of fine fibers (for example, microfibrils). The fine fibers are a collection of a plurality of cellulose molecules (hereinafter, also simply referred to as cellulose) which are chain polymers in which D-glucose is β (1 → 4) glycosidic bonded. The details of the fiber raw material will be described later.

スルホン化微細セルロース繊維製法の概略は、繊維原料であるパルプを化学処理工程に供した後、化学処理工程後のパルプを微細化する微細化処理工程と、を順に行う方法である。
スルホン化微細セルロース繊維は、スルホン化処理をしていない状態の繊維原料を直接に上記微細化処理工程に供給して微細セルロース繊維を得た後、この微細セルロース繊維を構成するセルロースの水酸基の少なくとも一部をスルホ基で置換して調製してもよいし、以下で説明する製法、つまりスルホン化パルプ繊維製法で得られたスルホン化パルプ繊維を上記微細化処理工程に供給し微細化して調製してもよい。後者の方法を採用すれば、すでにセルロース繊維の水酸基の一部がスルホ基で置換されたスルホン化パルプ繊維を微細化処理工程に供給するので、所望のスルホン化微細セルロース繊維を調製し易くなるという利点が得られる。
そこで、以下の説明では、スルホン化微細セルロース繊維製法において、スルホン化パルプ繊維製法を用いて製造されたスルホン化パルプ繊維を使用する場合を代表として説明する。
The outline of the sulfonated fine cellulose fiber production method is a method in which pulp as a fiber raw material is subjected to a chemical treatment step, and then a fine treatment step of refining the pulp after the chemical treatment step is performed in order.
In the sulfonated fine cellulose fiber, at least the hydroxyl groups of the cellulose constituting the fine cellulose fiber are obtained by directly supplying the fiber raw material in a non-sulfonated state to the above-mentioned micronization treatment step to obtain the fine cellulose fiber. It may be prepared by substituting a part with a sulfo group, or the sulfonated pulp fiber obtained by the production method described below, that is, the sulfonated pulp fiber production method, is supplied to the above-mentioned micronization treatment step to be finely prepared. You may. If the latter method is adopted, sulfonated pulp fibers in which some of the hydroxyl groups of the cellulose fibers are already substituted with sulfo groups are supplied to the micronization treatment step, so that it becomes easier to prepare desired sulfonated fine cellulose fibers. Benefits are obtained.
Therefore, in the following description, a case where a sulfonated pulp fiber produced by using the sulfonated pulp fiber manufacturing method is used in the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method will be described as a representative.

誘導体パルプは、上述したように、スルホン化パルプ繊維製法を用いて製造された複数のスルホン化パルプ繊維の集合体とすれば調製することができるので、その製法については割愛する。 As described above, the derivative pulp can be prepared by using an aggregate of a plurality of sulfonated pulp fibers produced by the sulfonated pulp fiber production method, and therefore the production method will be omitted.

なお、以下に示す製造方法は一例にすぎず、上述した特性を有するスルホン化パルプ繊維およびスルホン化微細セルロース繊維を製造することができる方法であれば、以下の方法に限定されない。 The production method shown below is only an example, and is not limited to the following method as long as it can produce sulfonated pulp fibers and sulfonated fine cellulose fibers having the above-mentioned characteristics.

まず、スルホン化パルプ繊維製法を説明し、ついでスルホン化微細セルロース繊維製法を説明する。 First, the sulfonated pulp fiber manufacturing method will be described, and then the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method will be described.

<スルホン化パルプ繊維の製造方法>
図1に示すように、スルホン化パルプ繊維製法は、セルロースを含む繊維原料を以下に示す方法で化学的に処理する化学処理工程を含んでいる。
<Manufacturing method of sulfonated pulp fiber>
As shown in FIG. 1, the sulfonated pulp fiber production method includes a chemical treatment step of chemically treating a fiber raw material containing cellulose by the method shown below.

(化学処理工程)
スルホン化パルプ繊維製法における化学処理工程は、セルロースを含む繊維原料に対してスルホ基を有するスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体を接触させる接触工程と、この接触工程後の繊維原料に含まれるセルロース繊維の水酸基の少なくとも一部にスルホ基を導入する反応工程とを含んでいる。
つまり、スルホン化パルプ繊維製法は、繊維原料に含まれるセルロース繊維にスルホ基を導入させる方法において、尿素および/またはその誘導体を用いる点に特徴を有している。このため、以下に示すような従来の製法では得られなかった優れた効果を奏する。
(Chemical treatment process)
The chemical treatment step in the sulfonated pulp fiber production method includes a contact step of bringing a sulfonate having a sulfo group to a fiber raw material containing cellulose and urea and / or a derivative thereof, and a fiber raw material after this contact step. It includes a reaction step of introducing a sulfo group into at least a part of the hydroxyl group of the cellulose fiber.
That is, the sulfonated pulp fiber production method is characterized in that urea and / or a derivative thereof is used in the method of introducing a sulfo group into the cellulose fiber contained in the fiber raw material. Therefore, an excellent effect that cannot be obtained by the conventional manufacturing method as shown below is obtained.

一般的に、繊維原料に含まれるセルロース繊維にスルホ基を導入する方法としては、繊維原料にスルホン化剤のみを接触させた状態で加熱処理を行う方法が考えられる。
しかし、スルホン化剤のみで反応させた場合には、1)スルホ基の導入に要する時間が長くなったり、2)スルホン化剤の酸の影響により繊維の短繊維化が起こりやすくなったり、3)スルホン化剤の酸の影響により反応後の繊維に着色が生じてしまいこの着色を処理するために様々な化学処理を行う必要があり着色除去に労力とコストがかかる、などの問題が発生する。
Generally, as a method of introducing a sulfo group into the cellulose fiber contained in the fiber raw material, a method of performing heat treatment in a state where only the sulfonate agent is in contact with the fiber raw material can be considered.
However, when the reaction is carried out using only the sulfonate agent, 1) the time required for introducing the sulfo group becomes longer, 2) the acid of the sulfonic acid agent tends to shorten the fiber, and 3) ) Due to the influence of the acid of the sulfonic acid agent, the fibers after the reaction are colored, and various chemical treatments are required to process this coloring, which causes problems such as labor and cost for removing the coloring. ..

一方、スルホン化パルプ繊維製法では、上述したように、繊維原料に対してスルホン化剤のほかに尿素および/またはその誘導体を接触させる方法を採用している。このため、従来技術のようにスルホン化剤のみで反応させた際に生じる上記1)〜3)などの問題を解決することができる。 On the other hand, in the sulfonated pulp fiber manufacturing method, as described above, a method of contacting a fiber raw material with urea and / or a derivative thereof in addition to a sulfonate agent is adopted. Therefore, it is possible to solve the problems 1) to 3) described above when the reaction is carried out only with the sulfonate as in the prior art.

具体的には、スルホン化剤と尿素および/またはその誘導体を所定の割合で接触させた後、反応させることによって、
A)スルホ基の導入量を促進させることができる。つまり、尿素を触媒として機能させることによって、反応時間を短くすることができ、
B)一方で、酸による短繊維化という作用を尿素によって抑制することができる。つまり、酸による繊維の短繊維化を防止することができ(図4、表21参照)、
C)酸による繊維の着色を尿素によって抑制することができる。つまり、酸で処理したにも関わらず繊維への着色を抑制した繊維を調製できる(表4参照)、という従来では得られなかった効果を奏するようにしたことに特徴を有している。
D)しかも、得られるスルホン化パルプ繊維は、上述したような保水度を有するように調整することができる、という効果も奏する。
E)さらに、スルホン化パルプ繊維製法では、尿素および/またはその誘導体をスルホン化剤とともに反応液として用いるので、反応液の溶媒として水を使用することができる、という効果も奏する。
Specifically, the sulfonate and urea and / or its derivative are brought into contact with each other at a predetermined ratio and then reacted.
A) The amount of sulfo group introduced can be promoted. In other words, by using urea as a catalyst, the reaction time can be shortened.
B) On the other hand, urea can suppress the action of shortening fibers by acid. That is, it is possible to prevent the fibers from being shortened by acid (see FIGS. 4 and 21).
C) Coloring of fibers by acid can be suppressed by urea. That is, it is characterized in that it is possible to prepare fibers in which coloring of the fibers is suppressed even though the fibers are treated with an acid (see Table 4), which is an effect that has not been obtained in the past.
D) Moreover, the obtained sulfonated pulp fiber also has the effect that it can be adjusted to have the water retention degree as described above.
E) Further, in the sulfonated pulp fiber production method, since urea and / or a derivative thereof is used as a reaction solution together with a sulfonate agent, water can be used as a solvent for the reaction solution.

ここで、通常、繊維原料にスルホン化剤を反応させてエステル化を行おうとする場合には、反応溶液の溶媒としては、DMFなどの有機溶媒が使用される。
水は、取り扱い性やコスト面等から優れた溶媒である一方、スルホン化剤を用いたエステル化反応には不向きな溶媒である。なぜなら、媒繊維原料とスルホン化剤を水溶媒中で反応させた場合、水の水酸基がリッチな状態となるので、スルホン化剤による繊維原料表面に存在する水酸基への反応性は低くなり、繊維原料中の水酸基との反応性が低下するからである。つまり、水溶媒中で繊維原料とスルホン化剤を反応させた場合、エステル化の反応効率が低下するといった問題が生じる。
しかも、水溶媒中では、スルホン化剤がプロトンを生じやすい状態となる。生じたプロトンは、繊維原料(例えばパルプ繊維)中のグリコシド結合の開裂反応を引き起こすので、繊維原料の短繊維化が生じることにもなる。
さらに、スルホン化剤自体が水と反応し、分解してしまいさらに反応性が低下するという懸念も生じる。
Here, usually, when the fiber raw material is reacted with a sulfonate agent for esterification, an organic solvent such as DMF is used as the solvent of the reaction solution.
Water is an excellent solvent in terms of handleability and cost, but is not suitable for an esterification reaction using a sulfonate agent. This is because when the medium fiber raw material and the sulfonater are reacted in an aqueous solvent, the hydroxyl groups of water become rich, so that the sulfonater's reactivity to the hydroxyl groups existing on the surface of the fiber raw material becomes low, and the fiber This is because the reactivity with the hydroxyl group in the raw material is reduced. That is, when the fiber raw material and the sulfonate agent are reacted in an aqueous solvent, there arises a problem that the reaction efficiency of esterification is lowered.
Moreover, in an aqueous solvent, the sulfonate is likely to generate protons. The generated protons cause a cleavage reaction of glycosidic bonds in the fiber raw material (for example, pulp fiber), so that the fiber raw material is also shortened.
Furthermore, there is a concern that the sulfonate agent itself reacts with water and decomposes, further reducing the reactivity.

そこで、一般的には、スルホン化剤を用いたエステル化反応では、有機溶媒が用いられている。有機溶媒中では、スルホン化剤のプロトンを解離させにくい状態で反応させることができる。このため、有機溶媒中でスルホン化剤と繊維原料を反応させれば、水溶媒を用いた場合に比べて、両者のエステル化反応を優先的に進行させることができる。
しかも、水溶媒に比べて、スルホン化剤がプロトンを生じにくくなるので、繊維原料(例えばパルプ繊維)中のグリコシド結合の開裂反応も起こりにくくできるので、有機溶媒で反応させたほうが、繊維原料の短繊維化を抑制できるものと考えられている。
Therefore, in general, an organic solvent is used in the esterification reaction using a sulfonate agent. In an organic solvent, the proton of the sulfonate agent can be reacted in a state where it is difficult to dissociate. Therefore, if the sulfonate agent and the fiber raw material are reacted in an organic solvent, the esterification reaction of both can proceed preferentially as compared with the case where an aqueous solvent is used.
Moreover, since the sulfonate is less likely to generate protons than the aqueous solvent, the cleavage reaction of the glycosidic bond in the fiber raw material (for example, pulp fiber) can be less likely to occur. Therefore, it is better to react with an organic solvent for the fiber raw material. It is believed that shortening of fibers can be suppressed.

しかしながら、スルホン化パルプ繊維製法では、水溶媒の反応液に、スルホン化剤のほかに尿素および/またはその誘導体を用いることによって、繊維原料中の水酸基をスルホン化剤で適切にエステル化することができるようになる。これは、水溶媒中で以下のような反応が進行しているものと推察される。 However, in the sulfonated pulp fiber production method, the hydroxyl groups in the fiber raw material can be appropriately esterified with the sulfonate agent by using urea and / or a derivative thereof in addition to the sulfonate agent in the reaction solution of the aqueous solvent. become able to. It is presumed that the following reactions are proceeding in an aqueous solvent.

水溶媒中でスルホン化剤中にプロトンが生じた場合、このプロトンを尿素が受容し、ある種のスルホン化剤の塩となっていると考えられる。このため、水溶媒中においてスルホン化剤によるグリコシド結合の開裂反応を抑制させることができる。
しかも、尿素によって繊維原料の繊維を膨潤させることができるので、尿素とスルホン化剤の塩を繊維原料の繊維内部まで浸潤させることができる。そして、後述するスルホン化パルプ繊維製法の反応工程において繊維を加熱する際に、浸潤先の繊維内部においてもエステル化を進行させることができる。具体的には、繊維原料の表面における繊維中の水酸基のみならず、繊維内部に存在する水酸基ともエステル化反応を進行させることができる。より具体的には、繊維原料の内部、ミクロフィブリルの表面にまでスルホン化剤とのエステル化を形成することができるので、解繊処理後には、繊維幅が非常に細い繊維を形成することができるようになる。そして、スルホン化剤中に生じるプロトンは上述したように尿素によって抑制されるので、繊維原料の短繊維化を抑制できる。
このため、解繊処理後には、繊維長が長く、かつ非常に細い繊維幅を有する繊維を形成することができるようになる。
When a proton is generated in the sulfonate in an aqueous solvent, it is considered that the urea accepts this proton and becomes a salt of a certain sulfonate. Therefore, it is possible to suppress the cleavage reaction of the glycosidic bond by the sulfonate agent in the aqueous solvent.
Moreover, since the fiber of the fiber raw material can be swelled by urea, the salt of urea and the sulfonate can be infiltrated into the fiber of the fiber raw material. Then, when the fiber is heated in the reaction step of the sulfonated pulp fiber production method described later, esterification can proceed even inside the infiltration destination fiber. Specifically, the esterification reaction can proceed not only with the hydroxyl groups in the fiber on the surface of the fiber raw material but also with the hydroxyl groups existing inside the fiber. More specifically, since esterification with a sulfonate can be formed inside the fiber raw material and even on the surface of microfibrils, it is possible to form fibers having a very narrow fiber width after the defibration treatment. become able to. Then, since the protons generated in the sulfonate are suppressed by urea as described above, the shortening of the fiber raw material can be suppressed.
Therefore, after the defibration treatment, fibers having a long fiber length and a very narrow fiber width can be formed.

なお、この解繊処理後の繊維幅が非常に細い繊維が、スルホン化微細セルロースに相当する。また、繊維への着色については、繊維の白色度で表すことができる。 The fibers having a very fine fiber width after the defibration treatment correspond to sulfonated fine cellulose. Further, the coloring of the fiber can be expressed by the whiteness of the fiber.

スルホン化パルプ繊維製法では、スルホン化パルプ繊維の保水度を制御することによって、上述したスルホン化パルプ繊維における保水度で説明した利点に加えて製法におけるさらなる利点を得ることができる。以下、具体的に説明する。 In the sulfonated pulp fiber production method, by controlling the water retention degree of the sulfonated pulp fiber, it is possible to obtain further advantages in the production method in addition to the advantages described in the water retention degree in the sulfonated pulp fiber described above. Hereinafter, a specific description will be given.

ここで、パルプなどの繊維を解繊機等を用いて微細化してナノファイバー等の微細繊維を製造する際には、経済的にも環境的にも微細化効率が重要となる。
通常、このような微細化処理工程で行われる効率化向上の方法としては、微細化前の繊維の重合度を低下させて(つまり解繊機等に供給する繊維の繊維長を短くして)解繊機等に供給した際の解繊等への負荷を低下させるという方法が採用されている。
しかし、このような従来の方法では、微細化効率を向上させることができるものの、得られる微細繊維の平均繊維長が短くなるといった問題が生じている。
Here, when fine fibers such as pulp are refined using a defibrator or the like to produce fine fibers such as nanofibers, the efficiency of miniaturization is important both economically and environmentally.
Usually, as a method of improving efficiency performed in such a miniaturization treatment step, the degree of polymerization of the fiber before miniaturization is lowered (that is, the fiber length of the fiber supplied to the defibrator or the like is shortened) to solve the problem. A method of reducing the load on defibration, etc. when supplied to a fiber machine or the like is adopted.
However, although such a conventional method can improve the miniaturization efficiency, there is a problem that the average fiber length of the obtained fine fibers becomes short.

一方、得られる微細繊維の平均繊維長を長くするには、微細化前の繊維の重合度を高く維持した状態(つまり解繊機等に供給する繊維の繊維長を長くした状態)で解繊機等に供給する必要がある。
しかし、このような従来の方法では、微細繊維の繊維長をある程度は長くできるものの、繊維が非常に硬い状態(例えば、繊維を構成する微細繊維同士が強固に結合しているような状態)となっているので、解繊機等では容易に微細化することができない。
このため、解繊する際に多大なエネルギー(例えば、高圧ホモジナイザーを用いた場合にはその圧力を200MPa以上にする)と時間(例えば、高速カッターを有する剪断装置(エムテクニック社製、クレアミックス)を用いた場合には30分程度)を要することになり、作業効率の悪化はもちろん、微細化効率も非常に悪くなるといった問題が生じる。しかも、均質な繊維長を有する微細繊維を得にくいといった問題も発生している。
On the other hand, in order to increase the average fiber length of the obtained fine fibers, a defibrator or the like is used in a state where the degree of polymerization of the fibers before miniaturization is maintained high (that is, the fiber length of the fibers supplied to the defibrator or the like is increased). Need to be supplied to.
However, in such a conventional method, although the fiber length of the fine fibers can be increased to some extent, the fibers are in a very hard state (for example, a state in which the fine fibers constituting the fibers are firmly bonded to each other). Therefore, it cannot be easily miniaturized with a defibrator or the like.
Therefore, a large amount of energy (for example, when a high-pressure homogenizer is used, the pressure is increased to 200 MPa or more) and time (for example, a shearing device having a high-speed cutter (M-Technique, Clairemix)) for defibrating. It takes about 30 minutes when the above is used, which causes a problem that not only the work efficiency is deteriorated but also the miniaturization efficiency is extremely deteriorated. Moreover, there is a problem that it is difficult to obtain fine fibers having a uniform fiber length.

これに対して、スルホン化パルプ繊維製法では、上述したようにスルホン化パルプ繊維が所定の保水度を有するように制御しながら調製することによって、上記のような従来の問題を解決することができるようになる。 On the other hand, in the sulfonated pulp fiber manufacturing method, the above-mentioned conventional problems can be solved by preparing the sulfonated pulp fiber while controlling it so as to have a predetermined water retention degree as described above. Will be.

(保水度を高くした際の利点)
例えば、スルホン化パルプ繊維製法で製造したスルホン化パルプ繊維の保水度を高くすることによって(例えば、保水度を180%よりも高くする。より好ましくは200%以上とし、さらに好ましくは250%以上とする。)、上述したようにスルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士の結合力を弱めて、スルホン化パルプ繊維の表面や表面に近い内方に位置する部分をフィブリル化させやすくなる。
すると、スルホン化パルプ繊維を構成する繊維同士をほぐれ易くすることができるので、微細化処理する際に要するエネルギーを小さくすることができる。例えば、高圧ホモジナイザーを用いて微細化処理する場合にはその圧力を低くしたり、処理回数(パス数)を少なくしたりすることができる。したがって、エネルギー量の削減による環境への負荷を低減することができる。
しかも、微細化処理をスムースに行うことができるので、微細化処理に要する時間を短くできるので、生産性を向上させることができる。言い換えれば、生産性を向上させることができるので、製造コスト(生産コスト)を従来の技術で製造する場合と比べて安価にできるようになる。
さらに、微細化処理することにより、分散液に対して優れた透明性、優れた粘性を付与するスルホン化微細セルロース繊維を供給できるようになる。
(Advantages of increasing water retention)
For example, by increasing the water retention of the sulfonated pulp fiber produced by the sulfonated pulp fiber production method (for example, the water retention is made higher than 180%, more preferably 200% or more, still more preferably 250% or more. As described above, the binding force between the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber is weakened, and the surface of the sulfonated pulp fiber and the portion located inward near the surface can be easily fibrillated.
Then, since the fibers constituting the sulfonated pulp fibers can be easily loosened, the energy required for the miniaturization treatment can be reduced. For example, in the case of miniaturization processing using a high-pressure homogenizer, the pressure can be lowered or the number of treatments (number of passes) can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the burden on the environment by reducing the amount of energy.
Moreover, since the miniaturization process can be performed smoothly, the time required for the miniaturization process can be shortened, so that the productivity can be improved. In other words, since the productivity can be improved, the manufacturing cost (production cost) can be reduced as compared with the case of manufacturing by the conventional technique.
Further, the micronization treatment makes it possible to supply sulfonated fine cellulose fibers that impart excellent transparency and excellent viscosity to the dispersion liquid.

(保水度を低くした際の利点)
逆に、スルホン化パルプ繊維製法で製造したスルホン化パルプ繊維の保水度を低くすれば、以下のような利点が得られる。
スルホン化パルプ繊維の保水度が低くなるように製造すれば、かかる繊維中の水分量を少なくできるので、脱水性を向上させることができる。この場合、脱水がし易くなるので、固形分濃度が高いスルホン化パルプ繊維を製造することができる。すると、製造したスルホン化パルプ繊維を運搬する際における輸送コストを抑制することができるようになる。
しかも、製造工程において、スルホン化パルプ繊維を洗浄する工程を含む場合には、洗浄工程後の脱水がし易くなるので、操作性および作業性を向上させることができる。このため、上記目的でスルホン化パルプ繊維を製造する場合には、生産性を向上させることができる。言い換えれば、生産性を向上させることができるので、製造コスト(生産コスト)を従来の技術で製造する場合と比べて安価にできるようになる。
(Advantages when the water retention level is low)
On the contrary, if the water retention rate of the sulfonated pulp fiber produced by the sulfonated pulp fiber manufacturing method is lowered, the following advantages can be obtained.
If the sulfonated pulp fiber is manufactured so as to have a low water retention degree, the amount of water in the fiber can be reduced, so that the dehydration property can be improved. In this case, since dehydration is facilitated, sulfonated pulp fibers having a high solid content concentration can be produced. Then, it becomes possible to suppress the transportation cost when transporting the produced sulfonated pulp fiber.
Moreover, when the manufacturing step includes a step of washing the sulfonated pulp fiber, dehydration after the washing step becomes easy, so that operability and workability can be improved. Therefore, when the sulfonated pulp fiber is produced for the above purpose, the productivity can be improved. In other words, since the productivity can be improved, the manufacturing cost (production cost) can be reduced as compared with the case of manufacturing by the conventional technique.

したがって、スルホン化パルプ繊維製法では、製造したスルホン化パルプ繊維の保水度を調製することによって、供給先の求めに応じてスルホン化パルプ繊維の状態を適宜調整したスルホン化パルプ繊維を製造することができる。 Therefore, in the sulfonated pulp fiber manufacturing method, by adjusting the water retention degree of the produced sulfonated pulp fiber, it is possible to produce the sulfonated pulp fiber in which the state of the sulfonated pulp fiber is appropriately adjusted according to the request of the supplier. it can.

まとめると、スルホン化パルプ繊維製法を用いれば、上記のごときA)〜D)の効果を奏するスルホン化パルプ繊維を製造することができるので、品質安定性に優れ、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維を高い回収率(例えば、70%以上の回収率)で製造することができる。
しかも、高品質なスルホン化パルプ繊維を安定して製造することができるので、所望の利用目的や用途に応じたスルホン化パルプ繊維を効率よく生産することができる。さらに、その製造コストも抑制することができる。
In summary, by using the sulfonated pulp fiber manufacturing method, it is possible to produce sulfonated pulp fibers that exhibit the effects of A) to D) as described above, so that the sulfonated pulp has excellent quality stability and excellent handleability. The fiber can be produced with a high recovery rate (for example, a recovery rate of 70% or more).
Moreover, since high-quality sulfonated pulp fibers can be stably produced, sulfonated pulp fibers can be efficiently produced according to a desired purpose of use and application. Further, the manufacturing cost can be suppressed.

以下、化学処理工程の各工程をより詳細に説明する。 Hereinafter, each step of the chemical treatment step will be described in more detail.

(接触工程)
スルホン化パルプ繊維製法の化学処理工程における接触工程は、セルロースを含む繊維原料に対してスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体を接触させる工程である。この接触工程は、上記接触を起こさせることができる方法であれば、とくに限定されない。
例えば、スルホン化剤と尿素および/またはその誘導体を共存させた反応液に繊維原料を浸漬等させて反応液を含浸させてもよいし、繊維原料に対してかかる反応液を塗布してもよいし、繊維原料に対してスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体をそれぞれ別々に塗布したり、含浸させたりしてもよい。
これらの方法のうち、上記反応液に繊維原料を浸漬させて繊維原料に反応液を含浸させる方法を採用すれば、均質にスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体を繊維原料に対して接触させることができるので好ましい。
(Contact process)
The contact step in the chemical treatment step of the sulfonated pulp fiber production method is a step of contacting the sulfonate with the urea and / or its derivative with the fiber raw material containing cellulose. This contact step is not particularly limited as long as it is a method capable of causing the contact.
For example, the fiber raw material may be immersed in a reaction solution in which a sulfonate agent and urea and / or a derivative thereof coexist to impregnate the reaction solution, or the reaction solution may be applied to the fiber raw material. Then, the sulfonate and urea and / or a derivative thereof may be separately applied or impregnated with the fiber raw material.
Among these methods, if the method of immersing the fiber raw material in the reaction solution and impregnating the fiber raw material with the reaction solution is adopted, the sulfonate and urea and / or its derivative are uniformly brought into contact with the fiber raw material. It is preferable because it can be used.

(反応液の混合比)
上記反応液に繊維原料を浸漬させて繊維原料に反応液を含浸させる方法を採用する場合には、反応液に含まれるスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体の混合比は、とくに限定されない。
例えば、スルホン化剤と尿素および/またはその誘導体は、濃度比(g/L)において、4:1(1:0.25)、2:1(1:0.5)、1:1、1:2.5となるように調整するこができる。
(Mixing ratio of reaction solution)
When the method of immersing the fiber raw material in the reaction solution and impregnating the fiber raw material with the reaction solution is adopted, the mixing ratio of the sulfonate and urea and / or its derivative contained in the reaction solution is not particularly limited.
For example, the sulfonate and urea and / or its derivatives are in a concentration ratio (g / L) of 4: 1 (1: 0.25), 2: 1 (1: 0.5), 1: 1, 1 : Can be adjusted to 2.5.

スルホン化剤と尿素を水に溶解してそれぞれの濃度が、200g/Lと100g/Lになるように調整した場合には、濃度比(g/L)において、スルホン化剤:尿素が2:1の反応液を調製することができる。言い換えれば、尿素は、スルファミン酸100重量部に対して50重量部となるように調製すれば、スルホン化剤:尿素が2:1の反応液を調製することができる。
また、スルホン化剤と尿素を水に溶解してそれぞれの濃度が、200g/Lと500g/Lになるように調整すれば、濃度比(g/L)において、スルホン化剤:尿素が1:2.5の反応液を調製することができる。
When the sulfonate and urea were dissolved in water and the concentrations were adjusted to 200 g / L and 100 g / L, respectively, the concentration ratio (g / L) was 2: sulfonate: urea. The reaction solution of 1 can be prepared. In other words, if urea is prepared so as to be 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of sulfamic acid, a reaction solution having a sulfonate: urea of 2: 1 can be prepared.
Further, if the sulfonate and urea are dissolved in water and the respective concentrations are adjusted to 200 g / L and 500 g / L, the sulfonate: urea is 1: in the concentration ratio (g / L). A reaction solution of 2.5 can be prepared.

(反応液の接触量)
繊維原料に接触させる反応液の量もとくに限定されない。
例えば、反応液と繊維原料を接触させた状態において、反応液に含まれるスルホン化剤が、繊維原料の乾燥重量100重量部に対して、1重量部〜20,000重量部であり、反応液に含まれる尿素および/またはその誘導体が、繊維原料の乾燥重量100重量部に対して、1重量部〜100,000重量部となるように調製することができる。
(Contact amount of reaction solution)
The amount of the reaction solution to be brought into contact with the fiber raw material is also not particularly limited.
For example, in a state where the reaction solution and the fiber raw material are in contact with each other, the sulfonate contained in the reaction solution is 1 part by weight to 20,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the dry weight of the fiber raw material. The urea and / or its derivative contained in the above can be prepared so as to be 1 part by weight to 100,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the dry weight of the fiber raw material.

なお、保水度は、上述したような一般的な試験方法(例えば、JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.26:2000に準拠した方法)で求めることができる。 The degree of water retention can be determined by a general test method as described above (for example, a method based on the Japan TAPPI pulp and paper test method No. 26: 2000).

(反応工程)
接触工程でスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体と水分を含んだ繊維原料は、次工程の反応工程に供給される。このスルホン化パルプ繊維製法の化学処理工程における反応工程は、上述したように繊維原料に含まれるセルロース繊維の水酸基に接触させたスルホン化剤のスルホ基を置換して、繊維原料に含まれるセルロース繊維にスルホ基を導入する工程である。
この反応工程は、セルロース繊維の水酸基にスルホ基を置換するスルホン化反応が可能な方法であれば、とくに限定されない。
(Reaction process)
The fiber raw material containing the sulfonate, urea and / or its derivative and water in the contact step is supplied to the reaction step of the next step. In the reaction step in the chemical treatment step of this sulfonated pulp fiber manufacturing method, as described above, the sulfo group of the sulfonate agent brought into contact with the hydroxyl group of the cellulose fiber contained in the fiber raw material is replaced with the cellulose fiber contained in the fiber raw material. This is a step of introducing a sulfo group into the fiber.
This reaction step is not particularly limited as long as it is a method capable of a sulfonation reaction in which the hydroxyl group of the cellulose fiber is substituted with a sulfo group.

例えば、上記反応液を含浸させた繊維原料を所定の温度で加熱すれば、繊維原料に含まれるセルロース繊維にスルホ基を適切に導入することができる。
具体的には、スルホン化パルプ繊維製法の化学処理工程における反応工程において、加熱すれば、供給した繊維原料に対して熱を供給しながらスルホン化反応を進行させることができる。つまり、反応工程において加熱を行えば、上記反応液が含浸および/または付着した状態の繊維原料を乾燥しながら繊維原料に含まれるセルロース繊維の水酸基に対してスルホ基を導入するスルホン化反応を行わせることができる。
この場合、反応工程のおける加熱処理により、スルホン化反応を行わせる際の繊維原料の周囲の水分量(繊維原料に付着等した反応液中の水分量、つまり繊維原料中の含水率)を低減できるので、かかる水分による影響(例えば、反応障害や加水分解など)を抑制した状態で、スルホン化反応を行わせることができるようになる。
したがって、反応工程において、所定の温度で加熱しながら反応を行うことにより、供給した繊維原料に含まれるセルロース繊維へのダメージを抑制しつつ、セルロース繊維の水酸基に対するスルホ基の導入効率を向上させることができる。しかも、後述するように、短時間でセルロース繊維の所定の水酸基に対してスルホ基を適切に導入させることができる。
For example, if the fiber raw material impregnated with the reaction solution is heated at a predetermined temperature, the sulfo group can be appropriately introduced into the cellulose fiber contained in the fiber raw material.
Specifically, in the reaction step in the chemical treatment step of the sulfonated pulp fiber production method, if heated, the sulfonation reaction can proceed while supplying heat to the supplied fiber raw material. That is, if heating is performed in the reaction step, a sulfonation reaction is carried out in which a sulfo group is introduced into the hydroxyl groups of the cellulose fibers contained in the fiber raw material while drying the fiber raw material in which the reaction solution is impregnated and / or adhered. Can be made.
In this case, the heat treatment in the reaction step reduces the amount of water around the fiber raw material (the amount of water in the reaction solution adhering to the fiber raw material, that is, the water content in the fiber raw material) when the sulfonation reaction is carried out. Therefore, it becomes possible to carry out the sulfonation reaction in a state where the influence of such water content (for example, reaction failure, hydrolysis, etc.) is suppressed.
Therefore, in the reaction step, by carrying out the reaction while heating at a predetermined temperature, it is possible to improve the efficiency of introducing the sulfo group into the hydroxyl group of the cellulose fiber while suppressing damage to the cellulose fiber contained in the supplied fiber raw material. Can be done. Moreover, as will be described later, the sulfo group can be appropriately introduced into a predetermined hydroxyl group of the cellulose fiber in a short time.

なお、反応工程に供給する際の繊維原料は、上述したように水分を含んでいれば、とくに限定されない。例えば、反応工程に供給する際の繊維原料は、接触工程後の含水率が高い状態のものであってもよいし、反応工程に供給する前に脱水処理等して含水率を低くしてもよいし、乾燥処理等をしてさらに含水率を低くした状態にしてもよい。言い換えれば、反応工程に供給する際の繊維原料が、水分を含んでいない以外の状態つまり含水率が1%以上の非絶乾状態であれば、とくに限定されない。 The fiber raw material to be supplied to the reaction step is not particularly limited as long as it contains water as described above. For example, the fiber raw material to be supplied to the reaction step may have a high water content after the contact step, or may be dehydrated or the like to lower the water content before being supplied to the reaction step. Alternatively, the water content may be further lowered by a drying treatment or the like. In other words, the fiber raw material to be supplied to the reaction step is not particularly limited as long as it is in a state other than that containing no water, that is, in a non-absolute state having a water content of 1% or more.

本明細書中では、このような含水率が1%以上の非絶乾状態の繊維原料を水分を含んだ状態(つまり湿潤状態)といい、反応液を含浸等させたままの状態のものやある程度脱水処理した状態のものはもちろん、ある程度乾燥処理した状態のものも本願明細書では湿潤状態という。
本明細書中では、絶乾とは、含水率が1%よりも低い状態のものをいう。そして、絶乾にする乾燥処理工程とは、例えば、塩化カルシウムや五酸化二リンなどの乾燥剤を入れたデシケータ等で減圧して乾燥処理する工程をいう。つまり、本願明細書中における反応工程に供給する前の繊維原料を乾燥処理する工程は、絶乾にする乾燥処理工程ではない。
In the present specification, such a non-dehydrated fiber raw material having a water content of 1% or more is referred to as a state containing water (that is, a wet state), and is a state in which the reaction solution is impregnated or the like. Not only those that have been dehydrated to some extent, but also those that have been dried to some extent are referred to as wet states in the present specification.
In the present specification, the term "absolutely dry" means a state in which the moisture content is lower than 1%. The drying treatment step of making the product absolutely dry means, for example, a step of reducing the pressure with a desiccator containing a desiccant such as calcium chloride or diphosphorus pentoxide. That is, the step of drying the fiber raw material before supplying it to the reaction step in the specification of the present application is not a drying treatment step of making it absolutely dry.

反応工程に供給する際の繊維原料が反応液を含浸等させたままの状態とは、例えば、反応液を接触させて水分がしたたり落ちるような状態、つまり、含水率が100%に近い状態であってもよい。
また、反応工程に供給する際の繊維原料が上記接触工程後の繊維原料から水分をある程度除去したような状態とは、反応工程に供給する際に絶乾状態(反応工程へ供給する際の繊維原料の含水率が1%よりも低い状態)でない状態のことをいい、含水率が1%以上であればとくに限定されない。このような接触工程後の繊維原料から水分をある程度除去する方法は、上述したような、接触工程後の繊維原料を脱水等の処理してもよいし、脱水等の処理をした後に乾燥処理をしてもよいし、接触工程後の繊維原料を直接乾燥処理してもよい。この場合、水分がある程度除去されているので、取り扱い性や操作性が向上するという利点が得られる。脱水処理としては、例えば、吸引脱水や遠心脱水等の一般的な処理方法を採用することができ、反応工程へ供給する際の繊維原料の含水率が20%〜80%程度となるように調整することができる。また、乾燥処理としては、例えば、乾燥機などの一般的な装置を用いた乾燥処理を採用することができ、乾燥処理後の繊維原料の含水率が1%以上20%よりも小さくなるように調整することができる。
The state in which the fiber raw material is impregnated with the reaction solution when supplied to the reaction step is, for example, a state in which the reaction solution is brought into contact with the fiber material so that water drips, that is, a state in which the water content is close to 100%. It may be.
Further, a state in which the fiber raw material supplied to the reaction step has water removed from the fiber raw material after the contact step to some extent means that the fiber is in an absolutely dry state when supplied to the reaction step (fibers when supplied to the reaction step). It refers to a state in which the water content of the raw material is not lower than 1%), and is not particularly limited as long as the water content is 1% or more. In such a method of removing water from the fiber raw material after the contact step to some extent, the fiber raw material after the contact step may be subjected to a treatment such as dehydration as described above, or a drying treatment may be performed after the treatment such as dehydration. Alternatively, the fiber raw material after the contact step may be directly dried. In this case, since the water is removed to some extent, there is an advantage that the handleability and operability are improved. As the dehydration treatment, for example, a general treatment method such as suction dehydration or centrifugal dehydration can be adopted, and the water content of the fiber raw material when supplied to the reaction step is adjusted to be about 20% to 80%. can do. Further, as the drying treatment, for example, a drying treatment using a general device such as a dryer can be adopted, so that the water content of the fiber raw material after the drying treatment is 1% or more and less than 20%. Can be adjusted.

なお、本明細書中の含水率は、下記式で算出することができる。

含水率(%)=100−(繊維原料の固形分重量(g)/接触工程後の含水率測定時における繊維原料の重量(g))×100

繊維原料の固形分重量(g)は、測定に供する繊維原料自体の乾燥重量である。例えば、反応工程に供給される繊維原料の乾燥重量2gに対して、50%程度の水分量を含む繊維原料を事前に乾燥機を用いて105℃で2時間乾燥させたものを測定して得られた値を用いることができる。
接触工程後の含水率測定時における繊維原料の重量(g)は、接触工程後の測定時における繊維原料の重量である。例えば、上述した反応工程に供給する際の繊維原料の重量や、接触工程後の脱水処理をした後の繊維原料の重量、乾燥処理をした後の繊維原料の重量などが挙げることができる。
The water content in the present specification can be calculated by the following formula.

Moisture content (%) = 100- (solid content weight (g) of fiber raw material / weight of fiber raw material (g) at the time of water content measurement after contact step) × 100

The solid content weight (g) of the fiber raw material is the dry weight of the fiber raw material itself to be measured. For example, a fiber raw material containing about 50% of water content is previously dried at 105 ° C. for 2 hours using a dryer with respect to 2 g of the dry weight of the fiber raw material supplied to the reaction step. The given value can be used.
The weight (g) of the fiber raw material at the time of measuring the water content after the contact step is the weight of the fiber raw material at the time of measuring after the contact step. For example, the weight of the fiber raw material when supplied to the above-mentioned reaction step, the weight of the fiber raw material after the dehydration treatment after the contact step, the weight of the fiber raw material after the drying treatment, and the like can be mentioned.

(反応工程における反応温度)
反応工程における反応温度は、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、上記繊維原料を構成するセルロース繊維にスルホ基を導入できる温度であれば、とくに限定されない。
具体的には、接触工程後の繊維原料を直接的または間接的に上記要件を満たしながら加熱することができるものであればよい。このようなものとしては、公知の乾燥機や、減圧乾燥機、マイクロ波加熱装置、オートクレーブ、赤外線加熱装置、熱プレス機(例えば、アズワン(株)製、AH−2003C)を用いたホットプレス法等を採用することができる。とくに、反応工程において、ガスが発生する可能性があるので、循環送風式の乾燥機を使用するのが好ましい。
(Reaction temperature in the reaction process)
The reaction temperature in the reaction step is not particularly limited as long as it is a temperature at which a sulfo group can be introduced into the cellulose fibers constituting the fiber raw material while suppressing the thermal decomposition and hydrolysis reactions of the fibers.
Specifically, the fiber raw material after the contact step may be directly or indirectly heated while satisfying the above requirements. Examples of such a method include a hot press method using a known dryer, a vacuum dryer, a microwave heating device, an autoclave, an infrared heating device, and a heat press machine (for example, AH-2003C manufactured by AS ONE Corporation). Etc. can be adopted. In particular, since gas may be generated in the reaction step, it is preferable to use a circulation blower type dryer.

なお、接触工程後の繊維原料の形状はとくに限定されないが、例えば、シート状にしたものや、ある程度ほぐした状態で上記機器等を用いて加熱すれば、反応を均一に進行させやすくなるので好ましい。 The shape of the fiber raw material after the contact step is not particularly limited, but it is preferable to heat the fiber raw material in the form of a sheet or in a loosened state to some extent using the above equipment or the like because the reaction can be promoted uniformly. ..

反応工程における反応温度は、上記要件を満たせば、とくに限定されない。
例えば、雰囲気温度は、250℃以下が好ましく、より好ましくは雰囲気温度が200℃以下であり、さらに好ましくは雰囲気温度が180℃以下である。
加熱時における雰囲気温度が250℃よりも高くなると、上述したように熱分解が起こったり、繊維の変色の進行が早くなったりする。一方、反応温度が100℃よりも低くなると、反応時間が長くなる傾向にある。
したがって、作業性の観点から、加熱時における反応温度(具体的には雰囲気温度)が100℃以上250℃以下、より好ましくは100℃以上200℃以下、さらに好ましくは100℃以上180℃以下となるように調整する。
The reaction temperature in the reaction step is not particularly limited as long as the above requirements are satisfied.
For example, the ambient temperature is preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, and even more preferably 180 ° C. or lower.
When the atmospheric temperature at the time of heating becomes higher than 250 ° C., thermal decomposition occurs as described above, and the progress of discoloration of the fibers becomes faster. On the other hand, when the reaction temperature is lower than 100 ° C., the reaction time tends to be long.
Therefore, from the viewpoint of workability, the reaction temperature (specifically, the ambient temperature) during heating is 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and further preferably 100 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. Adjust so that.

(反応工程における反応時間)
反応工程として上記加熱方法を採用した場合の加熱時間(つまり反応時間)は、上述したようにセルロース繊維にスルホ基を適切に導入することができれば、とくに限定されない。
(Reaction time in reaction process)
The heating time (that is, reaction time) when the above heating method is adopted as the reaction step is not particularly limited as long as the sulfo group can be appropriately introduced into the cellulose fiber as described above.

例えば、反応工程における反応時間は、反応温度を上記範囲となるように調整した場合、1分以上となるように調整する。より具体的には、5分以上が好ましく、より好ましくは10分以上であり、さらに好ましくは20分以上とする。
反応時間が1分よりも短い場合は、セルロース繊維の水酸基に対するスルホ基の置換反応がほとんど進行していないと推察される。一方、加熱時間をあまり長くしてもスルホ基の導入量の向上が期待できない傾向にある。
つまり、反応工程における反応時間は、繊維原料に反応液を接触させて繊維原料中のセルロース繊維の水酸基の一部をスルホ基に置換することができればよい。この反応工程を経て調製されたスルホン化パルプ繊維は、上記反応液と反応させることによって、反応前後における繊維長保持率(%)を高く維持することができるようになる(図4、図6参照)。
したがって、反応工程として上記加熱方法を採用した場合の反応時間は、とくに限定されないが、反応時間や操作性の観点から、5分以上300分以内が好ましく、より好ましくは5分以上120分以内とするのがよい。
For example, the reaction time in the reaction step is adjusted to be 1 minute or more when the reaction temperature is adjusted to be within the above range. More specifically, it is preferably 5 minutes or more, more preferably 10 minutes or more, and further preferably 20 minutes or more.
When the reaction time is shorter than 1 minute, it is presumed that the substitution reaction of the sulfo group with respect to the hydroxyl group of the cellulose fiber has hardly proceeded. On the other hand, even if the heating time is too long, the amount of sulfo groups introduced tends not to be improved.
That is, the reaction time in the reaction step may be such that a part of the hydroxyl groups of the cellulose fibers in the fiber raw material can be replaced with a sulfo group by bringing the reaction solution into contact with the fiber raw material. By reacting the sulfonated pulp fiber prepared through this reaction step with the above reaction solution, the fiber length retention rate (%) before and after the reaction can be maintained high (see FIGS. 4 and 6). ).
Therefore, the reaction time when the above heating method is adopted as the reaction step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 300 minutes or less, and more preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less from the viewpoint of reaction time and operability. It is better to do it.

とくに、後述する微細化処理後に得らえるスルホン化微細セルロース繊維を分散した分散液が、優れた粘性を発揮するようにするためには、反応工程において、反応後のスルホン化パルプ繊維が所定の状態に調製するのが好ましい。具体的には、反応工程において、加熱反応後に得らえるスルホン化パルプ繊維は、加熱反応に供するパルプ(繊維原料)と比べて、重合度の変化率が小さくなるように調製する。つまり、スルホン化パルプ繊維は、加熱反応に供するパルプ(繊維原料)に対して、重合度、結晶化度が高い状態に維持されるように調製する。言い換えれば、反応後の重合度と結晶化度の維持率が高くなるように調製する。
例えば、スルホン化パルプ繊維は、加熱反応に供するパルプ(繊維原料)に対して、重合度比(反応前後の重合度比(反応後の重合度/反応前の重合度))において、50%以上である。好ましくは、この反応前後の重合度比(反応後の重合度/反応前の重合度)が55%以上であり、より好ましくは60%以上であり、さらに好ましくは80%以上である。つまり、スルホン化パルプ繊維の繊維状態が、反応前後の重合度において、変化率が小さくなっている。逆にいうと、反応後の重合度の維持率が高くなっている。このため、後述する微細化処理工程で得られる解繊後のスルホン化微細セルロース繊維が分散した分散液において、優れた粘性を発揮させることができるようになる。
また、結晶化度においては、例えば、スルホン化パルプ繊維は、加熱反応に供するパルプ(繊維原料)に対して、結晶化度(つまり反応前後の結晶化度比(反応後の結晶化度/反応前の結晶化度))において80%以上である。好ましくは、この反応前後の結晶化度比(反応後の結晶化度/反応前の結晶化度)が85%以上であり、より好ましくは90%である。つまり、スルホン化パルプ繊維は、反応前後の結晶化度の変化率が小さくなっている。逆にいうと、反応後の結晶化度の維持率が高くなっている。このため、後述する微細化処理工程で得られる解繊後のスルホン化微細セルロース繊維が分散した分散液において、優れた粘性を発揮させることができるようになる。
より具体的には、反応工程において重合度と結晶化度が高い状態に維持されるように、接触工程において、反応液に含まれるスルホン化剤と尿素および/またはその誘導体の混合比を調整する。例えば、濃度比において8:1〜1:5の範囲内となるように調整するのが好ましく、より好ましくは4:1〜1:2.5である。また、スルホン化剤は、重合度比と結晶化度比を調整する観点から、スルファミン酸が好ましい。(表14、表15参照)
In particular, in order to ensure that the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers obtained after the micronization treatment described later exhibits excellent viscosity, the sulfonated pulp fibers after the reaction are predetermined in the reaction step. It is preferable to prepare it in a state. Specifically, in the reaction step, the sulfonated pulp fiber obtained after the heating reaction is prepared so that the rate of change in the degree of polymerization is smaller than that of the pulp (fiber raw material) subjected to the heating reaction. That is, the sulfonated pulp fiber is prepared so as to maintain a high degree of polymerization and crystallinity with respect to the pulp (fiber raw material) to be subjected to the heating reaction. In other words, it is prepared so that the maintenance rate of the degree of polymerization and the degree of crystallinity after the reaction is high.
For example, the sulfonated pulp fiber has a degree of polymerization ratio (polymerization degree ratio before and after the reaction (polymerization degree after the reaction / polymerization degree before the reaction)) of 50% or more with respect to the pulp (fiber raw material) to be subjected to the heating reaction. Is. The degree of polymerization ratio before and after this reaction (degree of polymerization after reaction / degree of polymerization before reaction) is preferably 55% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 80% or more. That is, the rate of change in the fiber state of the sulfonated pulp fiber is small in the degree of polymerization before and after the reaction. Conversely, the maintenance rate of the degree of polymerization after the reaction is high. Therefore, excellent viscosity can be exhibited in the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers after defibration obtained in the micronization treatment step described later are dispersed.
Regarding the crystallinity, for example, the sulfonated pulp fiber has a crystallinity (that is, a crystallinity ratio before and after the reaction (crystallinity after the reaction / reaction) with respect to the pulp (fiber raw material) to be subjected to the heating reaction. It is 80% or more in the previous crystallinity)). The crystallinity ratio (crystallinity after the reaction / crystallinity before the reaction) before and after this reaction is preferably 85% or more, more preferably 90%. That is, the sulfonated pulp fiber has a small rate of change in crystallinity before and after the reaction. Conversely, the maintenance rate of the crystallinity after the reaction is high. Therefore, excellent viscosity can be exhibited in the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers after defibration obtained in the micronization treatment step described later are dispersed.
More specifically, the mixing ratio of the sulfonate contained in the reaction solution and urea and / or its derivative is adjusted in the contact step so that the degree of polymerization and crystallinity are maintained in a high state in the reaction step. .. For example, the concentration ratio is preferably adjusted to be within the range of 8: 1 to 1: 5, and more preferably 4: 1 to 1: 2.5. Further, the sulfonate agent is preferably sulfamic acid from the viewpoint of adjusting the degree of polymerization ratio and the degree of crystallinity. (See Tables 14 and 15)

(スルホン化剤)
反応工程におけるスルホン化剤は、スルホ基を有する化合物であればとくに限定されない。
例えば、スルファミン酸、スルファミン酸塩、硫黄と共有結合する2つの酸素を持つスルホニル基を有するスルフリル化合物などを挙げることができる。なお、スルホン化剤として、これらの化合物を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
スルホン化剤は、上記のような化合物であればとくに限定されないが、硫酸等と比べて酸性度が低く、スルホ基の導入効率が高く、低コストで、安全性が高いので取り扱い性の観点から、スルファミン酸を採用するのが好ましい。
(Sulfonizing agent)
The sulfonate agent in the reaction step is not particularly limited as long as it is a compound having a sulfo group.
For example, sulfamic acid, sulfamate, sulfyl compounds having a sulfonyl group having two oxygen covalently bonded to sulfur, and the like can be mentioned. As the sulfonate agent, these compounds may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
The sulfonate agent is not particularly limited as long as it is a compound as described above, but it has a lower acidity than sulfuric acid or the like, a high efficiency of introducing a sulfo group, a low cost, and a high safety, so from the viewpoint of handleability , Sulfamic acid is preferably used.

(尿素とその誘導体)
反応工程における尿素とその誘導体のうち、尿素の誘導体は、尿素を含有する化合物であればとくに限定されない。
例えば、カルボン酸アミド、イソシアネートとアミンの複合化合物、チアミドなどを挙げることができる。なお、尿素とその誘導体は、それぞれ単独で用いてもよいし、両者を混合して用いてもよい。また、尿素の誘導体は、上記化合物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。
尿素とその誘導体は、上記のような化合物であればとくに限定されないが、低コストで、環境負荷の影響が少なく、安全性が高いので取り扱い性の観点から、尿素を採用するのが好ましい。
(Urea and its derivatives)
Of the urea and its derivatives in the reaction step, the urea derivative is not particularly limited as long as it is a compound containing urea.
For example, carboxylic acid amide, complex compound of isocyanate and amine, thiamide and the like can be mentioned. Urea and its derivative may be used alone or in combination of both. Further, as the urea derivative, the above compound may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.
Urea and its derivatives are not particularly limited as long as they are the above-mentioned compounds, but it is preferable to use urea from the viewpoint of handleability because it is low in cost, has little influence on the environmental load, and is highly safe.

(繊維原料)
スルホン化パルプ繊維の製造方法に用いられる繊維原料は、上述したようにセルロースを含むものであればとくに限定されない。
例えば、一般的にパルプといわれるものを用いてもよいし、ホヤや海藻などから単離されるセルロースなどを含むものを繊維原料として採用することができるが、セルロース分子で構成されたものであれば、どのようなものであってもよい。
上記パルプとしては、例えば、木材系のパルプ(以下単に木材パルプという)や、溶解パルプ、コットンリンタなどの綿系のパルプ、麦わらや、バガス、楮、三椏、麻、ケナフのほか、果物等などの非木材系のパルプ、新聞古紙、雑誌古紙やダンボール古紙などから製造された古紙系のパルプなどを挙げることができるが、これらに限定されない。なお、入手のし易さの観点から、木材パルプが繊維原料として採用しやすい。
(Fiber raw material)
The fiber raw material used in the method for producing a sulfonated pulp fiber is not particularly limited as long as it contains cellulose as described above.
For example, what is generally called pulp may be used, or one containing cellulose isolated from sea squirts, seaweed, etc. can be used as a fiber raw material, but if it is composed of cellulose molecules, it can be used. , Anything can be used.
Examples of the above-mentioned pulp include wood-based pulp (hereinafter simply referred to as wood pulp), melted pulp, cotton-based pulp such as cotton linter, straw, bagus, 楮, sansho, hemp, kenaf, and fruits. Non-wood pulp, used newspaper pulp, used paper pulp produced from used magazine paper, used cardboard, etc., but are not limited to these. From the viewpoint of easy availability, wood pulp is easy to use as a fiber raw material.

この木材パルプには、様々な種類が存在するが、使用に際してとくに限定されない。例えば、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)などの製紙用パルプなどを挙げることができる。
なお、繊維原料として、上記パルプを使用する場合に上述した種類のパルプ1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
There are various types of this wood pulp, but the use is not particularly limited. For example, papermaking pulp such as softwood kraft pulp (NBKP), hardwood kraft pulp (LBKP), and thermomechanical pulp (TMP) can be mentioned.
When the above-mentioned pulp is used as the fiber raw material, one of the above-mentioned types of pulp may be used alone, or two or more of them may be mixed and used.

(乾燥工程)
反応工程に供給する際の繊維原料の状態は、上述したように、反応工程に供給する際に水分を含んだ状態であればよく、かかる状態を維持した状態であれば、接触工程と反応工程の間に乾燥工程を含んでいてもよい。
この乾燥工程は、反応工程の前処理工程として機能する工程であり、接触工程後の繊維原料の含水率を少なくする工程である。
(Drying process)
As described above, the state of the fiber raw material when it is supplied to the reaction step may be a state in which water is contained when it is supplied to the reaction step, and if such a state is maintained, the contact step and the reaction step A drying step may be included between the two.
This drying step is a step that functions as a pretreatment step of the reaction step, and is a step of reducing the water content of the fiber raw material after the contact step.

ここで、乾燥工程後の繊維原料は、含水率が1%以上になるように調整するのが望ましい。乾燥工程後の繊維原料の含水率が1%よりも低い状態つまり絶乾状態になるまで乾燥した状態の繊維原料を反応工程に供給した場合、絶乾状態により繊維原料における繊維間の水素結合が強固に作用して反応工程におけるスルホン化反応が適切に進行しにくくなる可能性がある。このため、乾燥工程においては、乾燥工程後の繊維原料の含水率が1%以上となるように調整するのが望ましい。 Here, it is desirable that the fiber raw material after the drying step is adjusted so that the water content is 1% or more. When the fiber raw material in a state where the water content of the fiber raw material after the drying step is lower than 1%, that is, in a state of being dried until it becomes an absolutely dry state is supplied to the reaction step, the hydrogen bond between the fibers in the fiber raw material is formed due to the absolute dry state. It acts strongly and may make it difficult for the sulfonated reaction in the reaction step to proceed properly. Therefore, in the drying step, it is desirable to adjust the water content of the fiber raw material after the drying step to be 1% or more.

また、乾燥工程を設ければ、つぎのような利点が得られる。
反応工程へ供給する際の繊維原料の含水率が多い場合には、反応工程における加熱反応でスルファミン酸や尿素等の一部が加水分解を受けて反応効率が低下する可能性があったり、条件によっては微細化用の繊維原料として望ましくない反応が起きてしまう可能性がある。そこで、上記加熱反応時における障害等の可能性を抑制する観点で、反応工程前に繊維原料の含水率を低くする乾燥工程を設けてもよい。
乾燥工程を設けることにより、次工程の反応工程において、上記障害等の可能性を抑制できるほか、エステル化反応の反応時間を短縮でき、しかも操作性を向上させることができるようになる。つまり、乾燥工程を設けることにより、接触工程後の繊維原料に付着している反応液中の水分を反応工程に供給する際に適切に除去した状態にできるので、反応工程に供給する際の繊維原料中のスルファミン酸の濃度を上昇させることができる。このため、反応工程において、繊維原料中の水酸基とスルファミン酸とのエステル化反応をより促進させやすくなるという利点が得られる。
Further, if the drying step is provided, the following advantages can be obtained.
If the water content of the fiber raw material when it is supplied to the reaction step is high, there is a possibility that a part of sulfamic acid, urea, etc. may be hydrolyzed by the heating reaction in the reaction step, and the reaction efficiency may decrease. In some cases, an undesired reaction may occur as a fiber raw material for micronization. Therefore, from the viewpoint of suppressing the possibility of damage during the heating reaction, a drying step of lowering the water content of the fiber raw material may be provided before the reaction step.
By providing the drying step, in the reaction step of the next step, the possibility of the above-mentioned obstacles can be suppressed, the reaction time of the esterification reaction can be shortened, and the operability can be improved. That is, by providing the drying step, the water in the reaction liquid adhering to the fiber raw material after the contact step can be appropriately removed when it is supplied to the reaction step, so that the fiber when it is supplied to the reaction step can be obtained. The concentration of sulfamic acid in the raw material can be increased. Therefore, in the reaction step, there is an advantage that the esterification reaction between the hydroxyl group in the fiber raw material and sulfamic acid can be more easily promoted.

なお、乾燥工程において、乾燥工程後の繊維原料の含水率が上述したように1%以上となるように調整されていれば、その方法はとくに限定されない。例えば、乾燥機を用いて、乾燥工程後の繊維原料の含水率が雰囲気中の水分量とほぼ平衡状態となるように調整してもよいし、含水率が15%以下、10%以下、さらには5%程度にまでなるように調整してもよい。 In the drying step, the method is not particularly limited as long as the water content of the fiber raw material after the drying step is adjusted to be 1% or more as described above. For example, a dryer may be used to adjust the water content of the fiber raw material after the drying step so that it is in an equilibrium state with the water content in the atmosphere, or the water content is 15% or less, 10% or less, and further. May be adjusted to be up to about 5%.

ここで、本明細書における平衡状態とは、処理施設内における雰囲気中の水分と原料中の水分が見かけ上出入りしなくなる状態のことを意味する。具体的には、一定時間乾燥させたのち、連続して測定した2回の重量の変化量が乾燥開始時の重量に対して1%以内となった状態を意味する(ただし、2回目の重量の測定は1回目に要した乾燥時間の半分以上とする)。 Here, the equilibrium state in the present specification means a state in which the water content in the atmosphere and the water content in the raw material in the treatment facility apparently do not enter and exit. Specifically, it means a state in which the amount of change in weight measured twice in succession after drying for a certain period of time is within 1% of the weight at the start of drying (however, the weight of the second time). The measurement should be at least half of the drying time required for the first time).

乾燥工程における乾燥温度は、とくに限定されないが、反応工程における加熱反応の加熱温度よりも低い温度で乾燥するのが望ましい。加熱時における雰囲気温度が100℃よりも高くなると、スルホン化剤等の分解が起こる可能性がある。一方、加熱時における雰囲気温度が20℃よりも低いと、乾燥に時間がかかる。したがって、乾燥工程における乾燥温度は、例えば、乾燥時における雰囲気温度が100℃以下が好ましく、より好ましくは20℃以上100℃以下であり、さらに好ましくは、50℃以上100℃以下である。つまり、乾燥工程における乾燥時の雰囲気温度は、100℃以下が好ましく、操作性の観点では20℃以上となるように調整するのが好ましい。 The drying temperature in the drying step is not particularly limited, but it is desirable to dry at a temperature lower than the heating temperature of the heating reaction in the reaction step. If the ambient temperature during heating is higher than 100 ° C., decomposition of the sulfonate and the like may occur. On the other hand, if the ambient temperature during heating is lower than 20 ° C., it takes time to dry. Therefore, the drying temperature in the drying step is, for example, preferably an atmospheric temperature of 100 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. That is, the atmospheric temperature during drying in the drying step is preferably 100 ° C. or lower, and is preferably adjusted to 20 ° C. or higher from the viewpoint of operability.

(洗浄工程)
スルホン化パルプ繊維製法の化学処理工程における反応工程の後に、スルホ基を導入した後の繊維原料を洗浄する洗浄工程を含んでもよい。
スルホ基を導入した後の繊維原料は、スルホン化剤の影響により表面が酸性になっている。また、未反応の反応液も存在した状態となっている。このため、反応を確実に終了させ、余分な反応液を除去して中性状態にする洗浄工程を設ければ、取り扱い性を向上させることができるようなる。
(Washing process)
After the reaction step in the chemical treatment step of the sulfonated pulp fiber production method, a washing step of washing the fiber raw material after introducing the sulfo group may be included.
The surface of the fiber raw material after the introduction of the sulfo group is acidic due to the influence of the sulfonate agent. In addition, an unreacted reaction solution is also present. Therefore, the handleability can be improved by providing a washing step of surely terminating the reaction and removing excess reaction solution to make it in a neutral state.

この洗浄工程は、スルホ基を導入した後の繊維原料がほぼ中性になるようにできれば、とくに限定されない。
例えば、スルホ基を導入した後の繊維原料が中性になるまで純水等で洗浄するという方法を採用することができる。
また、アルカリ等を用いた中和洗浄を行ってもよい。かかる中和洗浄を行う場合、アルカリ溶液に含まれアルカリ化合物としては、無機アルカリ化合物、有機アルカリ化合物などを挙げることができる。そして、無機アルカリ化合物としては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等を挙げることができる。有機アルカリ化合物としては、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物、複素環式化合物の水酸化物などを挙げることができる。
This washing step is not particularly limited as long as the fiber raw material after introducing the sulfo group can be made substantially neutral.
For example, a method of washing with pure water or the like until the fiber raw material after introducing the sulfo group becomes neutral can be adopted.
Further, neutralization cleaning using alkali or the like may be performed. When such neutralization cleaning is performed, examples of the alkaline compound contained in the alkaline solution include an inorganic alkaline compound and an organic alkaline compound. Examples of the inorganic alkali compound include alkali metal hydroxides, carbonates and phosphates. Examples of the organic alkali compound include ammonia, an aliphatic amine, an aromatic amine, an aliphatic ammonium, an aromatic ammonium, a heterocyclic compound, and a hydroxide of a heterocyclic compound.

<スルホン化微細セルロース繊維の製造方法>
スルホン化微細セルロース繊維は、図1に示すように、上記のごとくスルホン化パルプ繊維製法を用いて調製されたスルホン化パルプ繊維をスルホン化微細セルロース繊維製法における微細化処理工程に供給し、微細化することによって得られる。
<Manufacturing method of sulfonated fine cellulose fiber>
As shown in FIG. 1, the sulfonated fine cellulose fiber is made by supplying the sulfonated pulp fiber prepared by using the sulfonated pulp fiber manufacturing method as described above to the micronization treatment step in the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method. Obtained by doing.

そして、スルホン化微細セルロース繊維製法では、微細化処理工程に供給されるスルホン化パルプ繊維が上記のごとく所定の繊維状態となるように調製されていれば、微細化処理後に、分散液に対して優れた粘性を付与することができるスルホン化微細セルロース繊維を調製することができる。そして、このような分散液の増粘性効果は、C6位にスルホ基を有することに起因して生じる現象である。このため、分散させた際に分散液に対して優れた粘性を付与するためには、スルホ基をC6位に優先的に導入したスルホン化微細セルロース繊維を調製することが重要となる。 Then, in the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method, if the sulfonated pulp fiber supplied to the micronization treatment step is prepared so as to be in a predetermined fiber state as described above, the dispersion liquid is subjected to the micronization treatment. It is possible to prepare sulfonated fine cellulose fibers that can impart excellent viscosity. The thickening effect of such a dispersion is a phenomenon caused by having a sulfo group at the C6 position. Therefore, in order to impart excellent viscosity to the dispersion liquid when dispersed, it is important to prepare sulfonated fine cellulose fibers in which a sulfo group is preferentially introduced at the C6 position.

(微細化処理工程)
スルホン化微細セルロース繊維製法における微細化処理工程は、スルホン化パルプ繊維を微細化して所定の大きさの(例えば、ナノレベル)微細繊維にする工程である。
この微細化処理工程に用いられる処理装置は、上記機能を有するものであれば、とくに限定されない。
例えば、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー(石臼型粉砕機)、ボールミル、カッターミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用のミキサーなどを使用することができるが、処理装置は、これらの装置に限定されるものはない。
これらのうち、材料に均等に力を加えることができ、均質化に優れているという点で、高圧ホモジナイザーを用いるのが望ましいが、かかる装置に限定されない。
(Miniaturization process)
The micronization treatment step in the sulfonated fine cellulose fiber production method is a step of micronizing the sulfonated pulp fiber into fine fibers having a predetermined size (for example, nano level).
The processing apparatus used in this miniaturization processing step is not particularly limited as long as it has the above functions.
For example, a low pressure homogenizer, a high pressure homogenizer, a grinder (stone mill type crusher), a ball mill, a cutter mill, a jet mill, a short shaft extruder, a twin shaft extruder, an ultrasonic stirrer, a household mixer, etc. can be used. , The processing device is not limited to these devices.
Of these, it is desirable to use a high-pressure homogenizer in that the force can be applied evenly to the material and the homogenization is excellent, but the device is not limited to this.

微細化処理工程において、高圧ホモジナイザーを用いる場合、上述した製法で得られたスルホン化パルプ繊維を水などの水溶性溶媒に分散させた状態で供給する。なお、以下では、スルホン化パルプ繊維を分散させた状態の溶液をスラリーという。 When a high-pressure homogenizer is used in the miniaturization treatment step, the sulfonated pulp fibers obtained by the above-mentioned production method are supplied in a state of being dispersed in a water-soluble solvent such as water. In the following, a solution in which sulfonated pulp fibers are dispersed is referred to as a slurry.

このスラリーのスルホン化パルプ繊維の固形分濃度は、とくに限定されない。例えば、このスラリーのスルホン化パルプ繊維の固形分濃度が、0.1質量%〜20質量%となるように調整した溶液を高圧ホモジナイザー等の処理装置に供給すればよい。
例えば、スルホン化パルプ繊維の固形分濃度が0.5質量%となるように調整したスラリーを高圧ホモジナイザー等の処理装置に供給した場合、同じ固形分濃度のスルホン化微細セルロース繊維が水溶性溶媒に分散した状態の分散液を得ることができる。つまり、この場合であればスルホン化微細セルロース繊維の固形分濃度が0.5質量%となるように調整された分散液を得ることができる。
The solid content concentration of the sulfonated pulp fiber of this slurry is not particularly limited. For example, a solution adjusted so that the solid content concentration of the sulfonated pulp fiber of this slurry is 0.1% by mass to 20% by mass may be supplied to a processing apparatus such as a high-pressure homogenizer.
For example, when a slurry adjusted so that the solid content concentration of the sulfonated pulp fiber is 0.5% by mass is supplied to a processing device such as a high-pressure homogenizer, the sulfonated fine cellulose fiber having the same solid content concentration becomes a water-soluble solvent. A dispersion liquid in a dispersed state can be obtained. That is, in this case, it is possible to obtain a dispersion liquid adjusted so that the solid content concentration of the sulfonated fine cellulose fibers is 0.5% by mass.

(微細化処理と保水度の関係)
また、微細化処理工程において供給されるスルホン化パルプ繊維の保水度は、上記装置等で微細化し易いように調整されていれば、とくに限定されない。
(Relationship between miniaturization treatment and water retention)
Further, the water retention degree of the sulfonated pulp fiber supplied in the miniaturization treatment step is not particularly limited as long as it is adjusted so as to be easily miniaturized by the above apparatus or the like.

例えば、微細化の処理効率や使用エネルギーの削減といった観点では、保水度を高くなるように調製したスルホン化パルプ繊維を使用するのが望ましい。そして、これらの観点では、スルホン化パルプ繊維の保水度としては、150%以上となるように調整するのが好ましい。とくに、200%よりも高くなるように調製されたものを用いるのが好ましく、より好ましくは220%以上であり、さらに好ましくは250%であり、よりさらに好ましくは300%以上であり、さらにより好ましくは500%となるように調製されたものを用いるのがよい。一方、保水度が10,000%よりも高くなるとスルホン化処理後のスルホン化パルプ繊維の回収率が低下する傾向にある。 For example, from the viewpoint of miniaturization processing efficiency and reduction of energy consumption, it is desirable to use sulfonated pulp fibers prepared to have a high degree of water retention. From these viewpoints, the water retention rate of the sulfonated pulp fiber is preferably adjusted to 150% or more. In particular, it is preferable to use one prepared so as to be higher than 200%, more preferably 220% or more, still more preferably 250%, even more preferably 300% or more, still more preferably. It is preferable to use the one prepared so as to be 500%. On the other hand, when the water retention rate is higher than 10,000%, the recovery rate of the sulfonated pulp fiber after the sulfonate treatment tends to decrease.

したがって、微細化効率の観点および回収率の観点においては、微細化処理工程に供給する際のスルホン化パルプ繊維の保水度は、150%〜10,000%が好ましく、より好ましくは200%〜10,000%であり、さらに好ましくは220%〜10,000%であり、さらにより好ましくは250%〜5,000%であり、よりさらに好ましくは250%〜2,000%である。 Therefore, from the viewpoint of miniaturization efficiency and recovery rate, the water retention of the sulfonated pulp fiber when supplied to the miniaturization treatment step is preferably 150% to 10,000%, more preferably 200% to 10%. It is 000%, more preferably 220% to 10,000%, even more preferably 250% to 5,000%, and even more preferably 250% to 2,000%.

なお、微細化処理工程に供するスルホン化パルプ繊維の保水度が高い場合には、以下の利点も得らえる。 When the sulfonated pulp fiber used in the miniaturization treatment step has a high degree of water retention, the following advantages can also be obtained.

微細化処理工程に供するスルホン化パルプ繊維の保水度が高いほど繊維は膨潤しているので繊維はほぐれ易くなっている。
このため、上述したように微細化処理工程で用いる解繊機等の微細化効率を向上させることはもちろん、用いる解繊機等内で繊維が詰まるなどの不具合の発生を抑制できるという利点が得られる。このため、スムースな微細化(解繊)を行うことができるので、より高濃度のパルプ繊維を解繊機等で処理することができる。
The higher the water retention level of the sulfonated pulp fiber used in the miniaturization treatment step, the more the fiber swells, so that the fiber is easily loosened.
Therefore, as described above, it is possible not only to improve the miniaturization efficiency of the defibrator or the like used in the pulverization processing step, but also to suppress the occurrence of problems such as fiber clogging in the defibrator or the like used. Therefore, smooth miniaturization (defibration) can be performed, so that a higher concentration pulp fiber can be processed by a defibrator or the like.

しかも、スムースな微細化(解繊)を行うことができるようになるので、微細化処理工程に要する時間をより短縮することができる。例えば、解繊機を使用する場合には少ない回数のパスで微細化することができる。 Moreover, since smooth miniaturization (defibration) can be performed, the time required for the miniaturization processing step can be further shortened. For example, when a defibrator is used, miniaturization can be performed with a small number of passes.

ここで、従来、解繊処理の解繊機として高圧ホモジナイザーを用いる場合、高圧ホモジナイザーの解繊圧力が高圧になればなるほど処理能力が大きく落ちてしまうといった問題が生じている。例えば、所望の大きさの繊維を製造するために、解繊圧力が100MPa以上で解繊処理を行う一般的な汎用機を用いた場合には、一時間当たりの処理量が数百Lと非常に製造効率が悪い。一方で、この解繊圧力を数十MPaで行えば、一時間当たりの処理量を数千Lと、桁違いに高い量を処理することができる。しかし、解繊圧力を低く設定しているので、繊維を所望の大きさまで解繊することができないとった問題が生じている。つまり、従来、パルプの解繊処理においては、より低い解繊圧力で、より少ない処理回数での解繊処理が求められている。
本実施形態のスルホン化パルプ繊維では、保水度を調整することによって解繊性を向上させることができ、また本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法では、保水度を調整することによって優れた解繊性を有するスルホン化パルプ繊維を製造することができるので、上述したような解繊処理における問題も適切に解決することができる。
Here, conventionally, when a high-pressure homogenizer is used as a defibrator for defibration treatment, there is a problem that the higher the defibration pressure of the high-pressure homogenizer, the larger the processing capacity drops. For example, when a general-purpose machine that performs defibration processing at a defibration pressure of 100 MPa or more is used in order to produce fibers of a desired size, the processing amount per hour is extremely high at several hundred liters. The manufacturing efficiency is poor. On the other hand, if this defibration pressure is applied at several tens of MPa, the amount of processing per hour can be several thousand L, which is an order of magnitude higher. However, since the defibration pressure is set low, there is a problem that the fibers cannot be defibrated to a desired size. That is, conventionally, in the defibration treatment of pulp, the defibration treatment with a lower defibration pressure and a smaller number of treatments has been required.
In the sulfonated pulp fiber of the present embodiment, the defibration property can be improved by adjusting the water retention degree, and in the method for producing the sulfonated pulp fiber of the present embodiment, the water retention degree is adjusted to be excellent. Since the sulfonated pulp fiber having defibration property can be produced, the above-mentioned problems in the defibration treatment can be appropriately solved.

とくに、スルホン化微細セルロース繊維を分散した分散液が優れた粘性を発揮するためには、スルホン化微細セルロース繊維のC6位へ優先的にスルホ基が導入されていることが重要である旨は上記のとおりである。そして、このような機能を発揮するスルホン化微細セルロース繊維を適切に調製するには、解繊前後の繊維状態を把握することが重要となる。
具体的には、スルホン化微細セルロース繊維製法では、解繊処理工程後に得られるスルホン化微細セルロース繊維は、解繊処理に供するスルホン化パルプ繊維と比べて、重合度の変化率が大きくなるように調製されている。つまり、スルホン化微細セルロース繊維は、解繊処理に供するスルホン化パルプ繊維に対して、重合度が低くなるように調製する。言い換えれば、解繊処理(微細化処理)後の重合度の維持率が低くなるように調製する。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維は、解繊処理に供するスルホン化パルプ繊維に対して、重合度比(微細化処理後の重合度/微細化処理前の重合度)において、85%以下である。好ましくは、この解繊処理前後の重合度比(微細化処理後の重合度/微細化処理前の重合度)が80%以下であり、より好ましくは70%以下である。
以上のごとく、スルホン化微細セルロース繊維は、解繊前後の重合度の変化率が大きくなることにより(逆にいうと、解繊前後の重合後の維持率が小さくなることにより)、スルホン化微細セルロース繊維を分散した際の分散液の粘性が高くできる傾向にある。
In particular, in order for the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed to exhibit excellent viscosity, it is important that the sulfo group is preferentially introduced into the C6 position of the sulfonated fine cellulose fibers. It is as follows. Then, in order to appropriately prepare the sulfonated fine cellulose fiber exhibiting such a function, it is important to grasp the fiber state before and after defibration.
Specifically, in the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method, the sulfonated fine cellulose fiber obtained after the defibration treatment step has a larger rate of change in the degree of polymerization than the sulfonated pulp fiber subjected to the defibration treatment. Have been prepared. That is, the sulfonated fine cellulose fiber is prepared so that the degree of polymerization is lower than that of the sulfonated pulp fiber to be subjected to the defibration treatment. In other words, it is prepared so that the maintenance rate of the degree of polymerization after the defibration treatment (miniaturization treatment) is low.
For example, the sulfonated fine cellulose fiber has a degree of polymerization ratio (degree of polymerization after the fine treatment / degree of polymerization before the fine treatment) of 85% or less with respect to the sulfonated pulp fiber to be subjected to the defibration treatment. Preferably, the degree of polymerization ratio (degree of polymerization after the pulverization treatment / degree of polymerization before the pulverization treatment) before and after the defibration treatment is 80% or less, and more preferably 70% or less.
As described above, the sulfonated fine cellulose fiber has a large rate of change in the degree of polymerization before and after defibration (conversely, a small retention rate after polymerization before and after defibration), so that the sulfonated fine cellulose fiber is finely sulfonated. There is a tendency that the viscosity of the dispersion liquid when the cellulose fibers are dispersed can be increased.

また、スルホン化微細セルロース繊維製法では、解繊処理工程後に得られるスルホン化微細セルロース繊維は、解繊処理に供するスルホン化パルプ繊維と比べて、結晶化度の変化率が大きくなるように調製されている。つまり、スルホン化微細セルロース繊維は、解繊処理に供するスルホン化パルプ繊維に対して、結晶化度が低くなるように調製する。言い換えれば、解繊処理(微細化処理)後の結晶化度の維持率が低くなるように調製する。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維は、解繊処理に供するスルホン化パルプ繊維に対して、結晶化度比(微細化処理後の結晶化度/微細化処理前の結晶化度)において、75%以下である。好ましくは、この解繊処理前後の結晶化度比(微細化処理後の結晶化度/微細化処理前の結晶化度)が70%以下であり、より好ましくは60%以下である。
以上のごとく、スルホン化微細セルロース繊維は、解繊前後の結晶化度の変化率が大きくなることにより(逆にいうと、解繊前後の結晶化度の維持率が小さくなることにより)、スルホン化微細セルロース繊維を分散した際の分散液の粘性が高くできる傾向にある。
Further, in the sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method, the sulfonated fine cellulose fiber obtained after the defibration treatment step is prepared so that the rate of change in the degree of crystallization is larger than that of the sulfonated pulp fiber subjected to the defibration treatment. ing. That is, the sulfonated fine cellulose fiber is prepared so that the crystallinity is lower than that of the sulfonated pulp fiber to be subjected to the defibration treatment. In other words, it is prepared so that the maintenance rate of the crystallinity after the defibration treatment (miniaturization treatment) is low.
For example, the sulfonated fine cellulose fiber has a crystallinity ratio (crystallinity after the finening treatment / crystallinity before the finening treatment) of 75% or less with respect to the sulfonated pulp fiber to be subjected to the defibration treatment. Is. The crystallinity ratio (crystallinity after the pulverization treatment / crystallinity before the pulverization treatment) before and after the defibration treatment is preferably 70% or less, and more preferably 60% or less.
As described above, the sulfonated fine cellulose fiber has a large rate of change in crystallinity before and after defibration (conversely, a decrease in the maintenance rate of crystallinity before and after defibration). There is a tendency that the viscosity of the dispersion liquid when the fine cellulose fibers are dispersed can be increased.

したがって、本製法を用いることにより、硫黄導入量が所定の範囲内に入るように調整され、スルホン化の導入位置がC6位に優先的に行われるように調整され、重合度および/または結晶化度が所定の範囲内となるように調整されたスルホン化微細セルロース繊維が得られる。そして、かかるスルホン化微細セルロース繊維は、水などの溶液に分散した際、かかる分散液に対して所定の値以上の粘性を付与することができるになっている。 Therefore, by using this production method, the amount of sulfur introduced is adjusted to be within a predetermined range, the introduction position of sulfonation is adjusted to be preferentially performed at the C6 position, and the degree of polymerization and / or crystallinity is adjusted. A sulfonated fine cellulose fiber adjusted so that the degree is within a predetermined range is obtained. Then, when the sulfonated fine cellulose fiber is dispersed in a solution such as water, it is possible to impart a viscosity of a predetermined value or more to the dispersion liquid.

なお、上記したスルホン化微細セルロース繊維の繊維形状は、C6位にスルホ基を有することに起因して生じる現象であり、この理由については後述する実施例にて詳細に説明する。 The fiber shape of the sulfonated fine cellulose fiber described above is a phenomenon caused by having a sulfo group at the C6 position, and the reason for this will be described in detail in Examples described later.

本発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いることによって本発明のスルホン化パルプ繊維および本発明の誘導体パルプを製造することができ、本発明のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法を用いることによって本発明のスルホン化微細セルロース繊維を製造できることを確認した。また、調製された本発明のスルホン化パルプ繊維および本発明のスルホン化微細セルロース繊維が所定の特性を有していることを確認した。 The sulfonated pulp fiber of the present invention and the derivative pulp of the present invention can be produced by using the method for producing a sulfonated pulp fiber of the present invention, and the present invention can be produced by using the method for producing a sulfonated fine cellulose fiber of the present invention. It was confirmed that the sulfonated fine cellulose fiber of the present invention could be produced. Further, it was confirmed that the prepared sulfonated pulp fiber of the present invention and the sulfonated fine cellulose fiber of the present invention have predetermined characteristics.

<実験1>
実験1では、繊維原料として、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)(平均繊維長が2.6mm)を使用した。以下では、実験に供したNBKPを単にパルプとして説明する。
パルプは、大量の純水で洗浄後、200メッシュのふるいで水を切り、固形分濃度を測定後、乾燥させることなく実験に供した。
<Experiment 1>
In Experiment 1, softwood kraft pulp (NBKP) (average fiber length 2.6 mm) was used as the fiber raw material. In the following, NBKP used in the experiment will be simply described as pulp.
The pulp was washed with a large amount of pure water, drained with a 200-mesh sieve, the solid content concentration was measured, and the pulp was subjected to an experiment without drying.

(化学処理工程)
パルプを以下のように調製した反応液に加え撹拌してスラリー状にした。
このパルプを反応液に加えてスラリー状にする工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における接触工程に相当する。
(Chemical treatment process)
Pulp was added to the reaction solution prepared as follows and stirred to form a slurry.
The step of adding this pulp to the reaction solution to form a slurry corresponds to the contact step in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fiber of the present embodiment.

(反応液の調製)
スルホン化剤と尿素および/またはその誘導体が以下の濃度となるように調製した。
実験1では、スルホン化剤として、スルファミン酸(純度98.5%、扶桑化学工業製)を使用し、尿素またはその誘導体として、尿素溶液(純度99%、和光純薬工業製、型番;特級試薬)を使用した。
両者の混合比は、濃度比(g/L)において、4:1(1:0.25)、2:1(1:0.5)、1:1、1:2.5となるように混合し水溶液を調整した。具体的には、スルファミン酸と尿素は、以下のように混合した。
スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/50、200/100、200/200、200/500、50/25、100/50、200/100
(Preparation of reaction solution)
The sulfonate and urea and / or its derivatives were prepared to have the following concentrations.
In Experiment 1, sulfamic acid (purity 98.5%, manufactured by Fuso Chemical Industries) was used as the sulfonate, and urea solution (purity 99%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., model number; special grade reagent) was used as urea or a derivative thereof. )It was used.
The mixing ratio of the two is 4: 1 (1: 0.25), 2: 1 (1: 0.5), 1: 1, 1: 2.5 in the concentration ratio (g / L). The mixture was mixed to prepare an aqueous solution. Specifically, sulfamic acid and urea were mixed as follows.
Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/50, 200/100, 200/200, 200/500, 50/25, 100/50, 200/100

反応液の調製の一例を以下に示す。
容器に水100mlを加えた。ついで、この容器にスルファミン酸20g、尿素10gを加えて、スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/100(1:0.5)の反応液を調製した。つまり、尿素は、スルファミン酸100重量部に対して50重量部となるように加えた。
An example of preparation of the reaction solution is shown below.
100 ml of water was added to the container. Then, 20 g of sulfamic acid and 10 g of urea were added to this container to prepare a reaction solution having a sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of 200/100 (1: 0.5). .. That is, urea was added so as to be 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of sulfamic acid.

(接触工程)
この調製した反応液に対してパルプ2g(乾燥重量)を加えた。
例えば、上記スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/100(1:0.5)の反応液の場合、スルファミン酸は、パルプ100重量部に対して、1000重量部となるように調製した。また、尿素は、500重量部となるように調製した。
(Contact process)
2 g (dry weight) of pulp was added to the prepared reaction solution.
For example, in the case of a reaction solution having a sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of 200/100 (1: 0.5), sulfamic acid is added to 100 parts by weight of pulp. It was prepared to be 1000 parts by weight. Urea was adjusted to be 500 parts by weight.

比較例1(「乾燥工程有条件」)、比較例2(「乾燥工程無条件」)として、反応液をスルファミン酸濃度200g/Lとして尿素を添加しない比較サンプル(スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/0)を調製した。比較例1、比較例2は、尿素を添加しない以外は、他の実験例と同様の操作を行った。
ブランクパルプとして、反応液に接触させていないNBKP(BL)を使用した。
As Comparative Example 1 (“drying step conditional”) and Comparative Example 2 (“drying step unconditional”), a comparative sample (sulfamic acid / urea ratio ((g)) in which urea was not added to the reaction solution at a sulfamic acid concentration of 200 g / L. / L) / (g / L)) = 200/0) was prepared. Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to the same operations as those of the other experimental examples except that urea was not added.
As the blank pulp, NBKP (BL) which was not in contact with the reaction solution was used.

反応液にパルプを添加して調製したスラリーを10分間撹拌子を用いて撹拌した。撹拌後、スラリーをろ紙(No.2)を用いて吸引ろ過した。吸引ろ過は溶液が滴下しなくなるまで行った。吸引ろ過後、ろ紙からパルプを剥がし、ろ過したパルプを恒温槽の温度を50℃に設定した乾燥機(いすゞ製作所製、型番;VTR−115)に入れて含水率が平衡状態になるまで乾燥した。つまり、加熱反応の前に乾燥を行った状態のものを次工程の加熱反応の工程に供給した。以下では、この乾燥を行った条件のものを単に「乾燥工程有条件」という。 The slurry prepared by adding pulp to the reaction solution was stirred for 10 minutes using a stirrer. After stirring, the slurry was suction filtered using a filter paper (No. 2). Suction filtration was performed until the solution stopped dripping. After suction filtration, the pulp was peeled off from the filter paper, and the filtered pulp was placed in a dryer (manufactured by Isuzu Seisakusho, model number; VTR-115) in which the temperature of the constant temperature bath was set to 50 ° C. and dried until the water content became equilibrium. .. That is, the dried product before the heating reaction was supplied to the next heating reaction step. In the following, the conditions under which this drying is performed are simply referred to as "conditions for the drying process".

反応液にパルプを接触させる工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における接触工程に相当する。スラリーを吸引濾過する工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における脱水処理工程に相当する。そして、ろ過後のパルプを乾燥させる工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における乾燥工程に相当する。 The step of bringing the pulp into contact with the reaction solution corresponds to the contact step in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fiber of the present embodiment. The step of suction-filtering the slurry corresponds to the dehydration treatment step in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fibers of the present embodiment. Then, the step of drying the pulp after filtration corresponds to the drying step in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fiber of the present embodiment.

なお、加熱反応の前に上記条件の乾燥を行った「乾燥工程有条件」のパルプおよび加熱反応の前に上記条件の乾燥を行わなかった「乾燥工程無条件」のパルプは、いずれも本実施形態の非絶乾状態のパルプに相当する。また、「乾燥工程有条件」および「乾燥工程無条件」のいずれの条件で調製されたパルプもその含水率は、全て1%以上であった。 It should be noted that both the "drying step conditional" pulp that was dried under the above conditions before the heating reaction and the "drying step unconditional" pulp that was not dried under the above conditions before the heating reaction were carried out in this manner. Corresponds to the form of non-dry pulp. In addition, the water content of the pulp prepared under any of the conditions of "conditional drying step" and "unconditional drying step" was 1% or more.

含水率は、下記式を用いて算出した。また、平衡状態の評価方法は、恒温槽の温度を50℃に設定した上記乾燥機にて1時間乾燥後、連続して測定した2回の重量の変化量が乾燥開始時の重量に対して1%以内となった状態を平衡状態にあるとした(ただし、2回目の重量の測定は1回目に要した乾燥時間の半分以上とした)。

含水率(%)=100−(パルプの固形分重量(g)/反応液に接触させた後の含水率測定時におけるパルプ重量(g))×100

パルプの固形分重量(g)とは、測定対象のパルプ自体の乾燥重量をいい、本実験では実験に供した乾燥パルプ2gが相当する。なお、乾燥パルプの重量は、上記乾燥機を用いて温度105℃、2時間乾燥したものを測定した。
本実験では、吸引脱水した後のパルプ重量や、乾燥後のパルプ重量が、反応液に接触させた後の含水率測定時におけるパルプ重量(g)に相当する。
実験では、吸引ろ過後のパルプの含水率は、50%〜80%であり、全て80%以下であった。また、「乾燥工程有条件」の乾燥後のパルプの含水率は、数%〜10%程度(乾燥温度50℃)であった。
The water content was calculated using the following formula. Further, in the evaluation method of the equilibrium state, after drying for 1 hour in the above-mentioned dryer in which the temperature of the constant temperature bath is set to 50 ° C., the amount of change in the weight twice measured continuously is the weight at the start of drying. The state of being within 1% was regarded as the equilibrium state (however, the second weight measurement was set to more than half of the drying time required for the first time).

Moisture content (%) = 100- (Pulp solid content weight (g) / Pulp weight (g) when measuring water content after contact with reaction solution) x 100

The solid content weight (g) of the pulp refers to the dry weight of the pulp itself to be measured, and in this experiment, 2 g of the dry pulp used in the experiment corresponds to it. The weight of the dried pulp was measured by using the above-mentioned dryer to dry the pulp at a temperature of 105 ° C. for 2 hours.
In this experiment, the pulp weight after suction dehydration and the pulp weight after drying correspond to the pulp weight (g) at the time of measuring the water content after contacting with the reaction solution.
In the experiment, the water content of the pulp after suction filtration was 50% to 80%, all of which were 80% or less. The water content of the pulp after drying under the “conditional drying process” was about several% to 10% (drying temperature 50 ° C.).

(反応工程)
ついで、この乾燥したパルプを次工程の加熱反応の工程に供して加熱反応を行わせた。
加熱反応には、乾燥機(いすゞ製作所製、型番;VTR−115)を用いた。
加熱反応の反応条件は以下の通りとした。
恒温槽の温度:100℃、120℃、140℃、加熱時間:5分、25分、60分、120分
(Reaction process)
Then, this dried pulp was subjected to the heating reaction step of the next step to carry out the heating reaction.
A dryer (manufactured by Isuzu Seisakusho, model number; VTR-115) was used for the heating reaction.
The reaction conditions of the heating reaction were as follows.
Constant temperature bath temperature: 100 ° C, 120 ° C, 140 ° C, heating time: 5 minutes, 25 minutes, 60 minutes, 120 minutes

この加熱反応が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における反応工程に相当する。また、加熱反応における反応条件の温度が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における反応工程の反応温度に相当し、加熱反応における反応条件の加熱時間が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における反応工程の反応時間に相当する。 This heating reaction corresponds to the reaction step in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fiber of the present embodiment. Further, the temperature of the reaction condition in the heating reaction corresponds to the reaction temperature of the reaction step in the chemical treatment step of the method for producing the sulfonated pulp fiber of the present embodiment, and the heating time of the reaction condition in the heating reaction is the heating time of the present embodiment. It corresponds to the reaction time of the reaction step in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fiber.

加熱反応後、反応させたパルプを中性になるまで純水で洗浄して、スルファミン酸/尿素処理パルプを調製した(実施例1〜16)。 After the heating reaction, the reacted pulp was washed with pure water until it became neutral to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp (Examples 1 to 16).

この反応させたパルプを中性になるまで純水で洗浄する工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における洗浄工程に相当する。
また、調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプが、本実施形態の誘導体パルプに相当し、スルファミン酸/尿素処理パルプを構成する反応パルプ繊維が本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当する。つまり、本実施形態の誘導体パルプに相当するスルファミン酸/尿素処理パルプは、本実施形態のスルホン化パルプ繊維に相当する反応パルプ繊維であるスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のみを集合させたものである。
The step of washing the reacted pulp with pure water until it becomes neutral corresponds to the washing step in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fiber of the present embodiment.
Further, the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp corresponds to the derivative pulp of the present embodiment, and the reactive pulp fiber constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp corresponds to the sulfonated pulp fiber of the present embodiment. That is, the sulfamic acid / urea-treated pulp corresponding to the derivative pulp of the present embodiment is an aggregate of only the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers which are the reactive pulp fibers corresponding to the sulfonated pulp fibers of the present embodiment. ..

なお、乾燥工程を省略する場合は、吸引ろ過後、ろ紙からパルプを剥がしたものをそのまま加熱反応に供した。つまり、加熱反応の前に上述したような乾燥を行わず、直接次工程の加熱反応に供給した。次工程の加熱反応の反応条件は、上述と同様の条件下で行った。なお、以下では、この乾燥を行わなかった条件のものを単に「乾燥工程無条件」という(実施例17〜22)。 When the drying step was omitted, the pulp was peeled off from the filter paper after suction filtration and subjected to the heating reaction as it was. That is, it was directly supplied to the heating reaction in the next step without drying as described above before the heating reaction. The reaction conditions for the heating reaction in the next step were the same as described above. In the following, the condition in which the drying is not performed is simply referred to as “drying step unconditional” (Examples 17 to 22).

(微細化処理工程)
ついで、調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプを高圧ホモジナイザー(GEAニロソアビ社製、型番;Panda Plus 200)を用いてナノ化(微細化)を行ってナノセルロースを調製した。
高圧ホモジナイザーの処理条件は、以下の通りとした。
高圧ホモジナイザーに供給するスラリー中のスルファミン酸/尿素処理パルプの固形分濃度は、0.5質量%となるように調製した。高圧ホモジナイザーの解繊圧力は、120〜140MPaとした。
なお、各スルファミン酸/尿素処理パルプは、高圧ホモジナイザーで解繊回数3回(3パス)処理することによりナノセルロース繊維を調製した。
(Miniaturization process)
Then, the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp was nano-sized (miniaturized) using a high-pressure homogenizer (manufactured by GEA Nirosoabi Co., Ltd., model number; Panda Plus 200) to prepare nanocellulose.
The treatment conditions for the high-pressure homogenizer were as follows.
The solid content concentration of the sulfamic acid / urea-treated pulp in the slurry supplied to the high-pressure homogenizer was adjusted to be 0.5% by mass. The defibration pressure of the high-pressure homogenizer was 120 to 140 MPa.
Each sulfamic acid / urea-treated pulp was treated with a high-pressure homogenizer three times (3 passes) to prepare nanocellulose fibers.

この高圧ホモジナイザーを用いた解繊操作が、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法における微細化処理工程に相当する。そして、調製されたナノセルロース繊維が、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維に相当する。 The defibration operation using this high-pressure homogenizer corresponds to the miniaturization treatment step in the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present embodiment. Then, the prepared nanocellulose fiber corresponds to the sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment.

(パルプ収率(%))
化学処理前後でのパルプの収率を下記式から求めた。
化学処理後のパルプの回収は300meshワイヤーを用いて行った。

収率(%)=(化学処理工程後に回収したパルプの固形分重量(g)/化学処理工程前に仕込んだパルプの固形分重量(g))×100

本実験では実験に供した乾燥パルプ2gが、「化学処理工程前に仕込んだパルプの固形分重量(g)」に相当する。
(Pulp yield (%))
The yield of pulp before and after the chemical treatment was calculated from the following formula.
The pulp after the chemical treatment was recovered using a 300 mesh wire.

Yield (%) = (solid content weight (g) of pulp recovered after the chemical treatment step / solid content weight (g) of pulp charged before the chemical treatment step) × 100

In this experiment, 2 g of the dried pulp used in the experiment corresponds to "the solid content weight (g) of the pulp prepared before the chemical treatment step".

(元素分析(硫黄))
化学処理後のパルプに含まれる硫黄分を燃焼イオンクロマトグラフにより求めた。測定方法はIEC 62321の測定条件に準拠して測定した。
燃焼装置:三菱ケミカルアナリテック社製、型番;AQF−2100 H
イオンクロマト:サーモフィッシャーサイエンス社製、型番;ICS−1600
(Elemental analysis (sulfur))
The sulfur content in the pulp after the chemical treatment was determined by combustion ion chromatography. The measuring method was measured according to the measuring conditions of IEC 62321.
Combustion device: Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., model number: AQF-2100 H
Ion chromatograph: Thermo Fisher Scientific, model number; ICS-1600

(保水度の測定)
化学処理後の繊維の保水度の測定は、以下に示すようにTAPPI No.26に準拠して行った。
保水度とは、測定の対象とするパルプスラリーを遠心カップと呼ぼれる容器中で脱水後、容器ごと遠心沈澱管中に入れ、3000Gの遠心力で、15分間遠心分離した後、パルプ中に残存する水の量を乾燥後の試料重量に対する割合で表示した値である。
本実験では、遠心カップには、300メッシュワイヤを貼った塩ビ管(外径3.4cm、内径2.6cm、長さ7.5cm、底部より1.8cmの内部にメッシュを貼り付け)のカップを用いた。遠心処理には、(株)久保田製作所製KUBOTA KR/702型の遠心分離機を用いた。
(Measurement of water retention)
The water retention of the fiber after the chemical treatment was measured by TAPPI No. as shown below. It was carried out in accordance with 26.
The degree of water retention means that the pulp slurry to be measured is dehydrated in a container called a centrifuge cup, placed in a centrifugal sedimentation tube together with the container, centrifuged at a centrifugal force of 3000 G for 15 minutes, and then remains in the pulp. It is a value expressed as a ratio to the weight of the sample after drying.
In this experiment, the centrifugal cup was a cup of PVC pipe with 300 mesh wire (outer diameter 3.4 cm, inner diameter 2.6 cm, length 7.5 cm, mesh attached inside 1.8 cm from the bottom). Was used. A KUBOTA KR / 702 type centrifuge manufactured by Kubota Seisakusho Co., Ltd. was used for the centrifugation.

まず、スルホン化処理後の洗浄パルプ(スルファミン酸/尿素処理パルプ)を、300メッシュの金網ザルで、パルプの固形分量が1〜10%の範囲になるように脱水し、固形分量で0.5gのパルプを図り取る。図り取ったパルプを遠心カップに入れ、吸引ろ過を行い、水分がパルプ表面から引いたところで吸引を止める。その後、遠心脱水(3000G、15分間)し、遠心カップ内のメッシュ上の湿潤パルプ重量と、乾燥後のパルプ重量の比から下記式を用いて保水度を算出した。遠心処理中の内部温度は、20℃±5℃の条件で行った。

保水度(%)=100×(遠心処理後の湿潤パルプ重量(g)−乾燥パルプ重量(g))/乾燥パルプ重量(g)
First, the washed pulp (sulfamic acid / urea-treated pulp) after the sulfonate treatment is dehydrated with a 300-mesh wire mesh colander so that the solid content of the pulp is in the range of 1 to 10%, and the solid content is 0.5 g. Pulp. Place the pulp in a centrifugal cup, perform suction filtration, and stop suction when water is drawn from the pulp surface. Then, centrifugal dehydration (3000 G, 15 minutes) was performed, and the water retention was calculated from the ratio of the weight of wet pulp on the mesh in the centrifugal cup to the weight of pulp after drying using the following formula. The internal temperature during the centrifugation was 20 ° C. ± 5 ° C.

Water retention (%) = 100 x (wet pulp weight (g) after centrifugation-dry pulp weight (g)) / dry pulp weight (g)

(FE−SEMを用いた繊維形態の観察)
化学処理後のパルプの表面観察は、FE−SEM(日本電子(株)社製、型番;JSM−7610)を用いて行った。試料は、微細繊維分散液の溶媒をt−ブチルアルコールに置換し、凍結乾燥したものをオスミウムによりコーティングして観察に供した。
(Observation of fiber morphology using FE-SEM)
The surface observation of the pulp after the chemical treatment was carried out using FE-SEM (manufactured by JEOL Ltd., model number; JSM-7610). For the sample, the solvent of the fine fiber dispersion was replaced with t-butyl alcohol, and the sample was freeze-dried and coated with osmium for observation.

(繊維の配向性の測定)
パルプのFE−SEM画像を画像解析し、繊維の配向性を評価した。
画像解析ソフトにはFiberOri8s03を用いた。このソフトは紙表面の繊維配向を学術的に評価することにも用いられている。
(Measurement of fiber orientation)
The FE-SEM image of the pulp was image-analyzed to evaluate the fiber orientation.
FiberOri8s03 was used as the image analysis software. This software is also used to academically evaluate the fiber orientation on the paper surface.

(白色度の測定)
白色度の測定は、JIS P 8148:2001 紙、板紙及びパルプ−ISO白色度(拡散青色光反射率)に準拠して測定した。
測定に用いるサンプルは、化学処理後のパルプを水で洗浄し、凍結乾燥後のものを用いた。
白色度の測定は、調製したサンプルのパルプをISO白色度計(日本電色工業(株)製:PF−10)にセットし、白色度を測定した。
(Measurement of whiteness)
The whiteness was measured according to JIS P 8148: 2001 paper, paperboard and pulp-ISO whiteness (diffuse blue light reflectance).
As the sample used for the measurement, the pulp after the chemical treatment was washed with water and freeze-dried.
For the measurement of whiteness, the pulp of the prepared sample was set in an ISO whiteness meter (manufactured by Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd .: PF-10), and the whiteness was measured.

(SPMを用いた繊維形態の観察および繊維幅の測定)
高圧ホモジナイザー処理後のナノセルロース繊維を純水で固形分濃度0.001〜0.005質量%に調製し、PEI(ポリエチレンイミン)をコーティングしたシリカ基盤上にスピンコートを行った。
このシリカ基盤上のナノセルロース繊維の観察を、走査型プローブ顕微鏡(島津製作所製、型番;SPM−9700)を用いて行った。
繊維幅の測定は、観察画像中の繊維をランダムに20本選び測定した。
(Observation of fiber morphology and measurement of fiber width using SPM)
The nanocellulose fibers treated with the high-pressure homogenizer were prepared with pure water to a solid content concentration of 0.001 to 0.005% by mass, and spin-coated on a silica substrate coated with PEI (polyethyleneimine).
Observation of the nanocellulose fibers on the silica substrate was performed using a scanning probe microscope (manufactured by Shimadzu Corporation, model number; SPM-9700).
The fiber width was measured by randomly selecting 20 fibers in the observation image.

(ヘイズ値の測定および全光線透過率の測定)
ヘイズ値の測定および全光線透過率の測定には、ナノセルロース繊維を純水で、固形分濃度が0.5質量%となるように調製した測定溶液を用いた。
なお、微細化処理工程において、高圧ホモジナイザーに供給したスラリー中のスルファミン酸/尿素処理パルプの固形分濃度(処理パルプ固形分濃度)が0.5質量%となるように調製したものは、微細処理後に得られた分散液中のナノセルロース繊維の固形分濃度も同じ0.5質量%となる。このため、この分散液は、調整することなく、そのままナノセルロース繊維の固形分濃度が0.5質量%として測定に供した。
(Measurement of haze value and measurement of total light transmittance)
For the measurement of the haze value and the measurement of the total light transmittance, a measurement solution prepared by using pure water for nanocellulose fibers and having a solid content concentration of 0.5% by mass was used.
In the micronization treatment step, those prepared so that the solid content concentration (processed pulp solid content concentration) of the sulfamic acid / urea-treated pulp in the slurry supplied to the high-pressure homogenizer is 0.5% by mass are micro-treated. The solid content concentration of the nanocellulose fibers in the dispersion obtained later is also 0.5% by mass, which is the same. Therefore, this dispersion was directly used for measurement with the solid content concentration of the nanocellulose fibers set to 0.5% by mass without any adjustment.

調製した測定溶液から所定量を分取して分光光度計(日本分光(株)社製、型番;V−570)に積分球形(日本分光(株)製 ISN−470)を取り付け、ヘイズ値の測定および全光線透過率を以下のとおり測定した。なお、測定方法は、JIS K 7105の方法に準拠して行った。
純水を入れた石英セルをブランク測定値とし、0.5質量%のナノセルロース分散液の光透過度を測定した。測定波長の範囲は、380〜780nmとした。
全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)の算出は、分光光度計により得られた数値から付属の計算ソフトを用いて計算した。
A predetermined amount is separated from the prepared measurement solution, and an integrating spherical shape (ISN-470 manufactured by JASCO Corporation) is attached to a spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, model number; V-570) to obtain the haze value. The measurement and total light transmittance were measured as follows. The measurement method was based on the method of JIS K 7105.
A quartz cell containing pure water was used as a blank measurement value, and the light transmittance of 0.5% by mass of the nanocellulose dispersion was measured. The measurement wavelength range was 380 to 780 nm.
The total light transmittance (%) and the haze value (%) were calculated from the numerical values obtained by the spectrophotometer using the attached calculation software.

上記分光光度計に供した測定溶液が、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法における分散液に相当する。 The measurement solution used in the spectrophotometer corresponds to the dispersion in the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present embodiment.

(重合度の測定)
JIS P 8215(1998)に従い、ナノセルロース繊維の極限粘度(固有粘度)A法を参考に、ナノセルロース繊維の極限粘度(固有粘度)を測定した。測定時の変更点として、原料としてパルプおよびナノセルロース繊維を固形分量で0.1g計り取り実験に用い、3回の測定の平均値を測定値とした。そして、各固有粘度(η)から、下記式により、ナノセルロース繊維の重合度(DP)を算出した。なお、この重合度は、粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。

DP=1.75×[η]
(Measurement of degree of polymerization)
According to JIS P 8215 (1998), the intrinsic viscosity (intrinsic viscosity) of the nanocellulose fiber was measured with reference to the method A of the intrinsic viscosity of the nanocellulose fiber. As a change at the time of measurement, pulp and nanocellulose fiber were used as raw materials in a solid content measurement experiment of 0.1 g, and the average value of three measurements was taken as the measured value. Then, from each intrinsic viscosity (η), the degree of polymerization (DP) of the nanocellulose fiber was calculated by the following formula. Since this degree of polymerization is the average degree of polymerization measured by the viscosity method, it is sometimes referred to as "viscosity average degree of polymerization".

DP = 1.75 × [η]

(実験1の結果)
(スルファミン酸/尿素処理パルプの実験結果)
表1、表2は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性表である。表1には、実施例1〜16、BLおよび比較例1について示す。表2には、実施例17〜22、BLおよび比較例2について示す。
(Result of Experiment 1)
(Experimental results of sulfamic acid / urea-treated pulp)
Tables 1 and 2 are characteristic tables of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers. Table 1 shows Examples 1 to 16, BL and Comparative Example 1. Table 2 shows Examples 17 to 22, BL and Comparative Example 2.

表1は、加熱反応前に乾燥を行った条件下(乾燥工程有条件)でのスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性表である(実施例1〜16)。
表2は、加熱反応前に乾燥を行わなかった条件下(乾燥工程無条件)でのスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性表である(実施例17〜22)。
Table 1 is a characteristic table of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers under the condition of drying before the heating reaction (conditions in the drying step) (Examples 1 to 16).
Table 2 is a characteristic table of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers under the condition that the pulp fibers were not dried before the heating reaction (unconditional drying step) (Examples 17 to 22).

図2〜図6は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性を具体的に示したものである。
図2は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量(mmol/g)および保水度(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示したグラフである(実施例13〜16、比較例1)。
図3は、乾燥工程無条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示したグラフである(実施例17〜22、比較例2)。
図4(A)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のパルプ繊維長(mm)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示したグラフであり、図4(B)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の化学処理前後の繊維長維持率(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示したグラフである(実施例13〜16、比較例1)。
図5は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量(mmol/g)と反応温度との関係を示したグラフである(実施例1〜12)。
図6(A)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維長(mm)と反応温度と処理時間の関係を示したグラフであり、図6(B)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の化学処理前後の繊維長維持率(%)と反応温度と処理時間の関係を示したグラフである(実施例1〜12)。
FIGS. 2 to 6 specifically show the characteristics of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber.
FIG. 2 shows the amount of sulfur introduced (mmol / g) and the degree of water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under the condition of the drying step, and the sulfamic acid / urea ratio of the reaction solution ((g / L)). It is a graph which showed the relationship with / (g / L)) (Examples 13 to 16, Comparative Example 1).
FIG. 3 shows the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under no conditions in the drying step and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of the reaction solution. It is a graph which showed the relationship (Example 17-22, comparative example 2).
FIG. 4 (A) shows the pulp fiber length (mm) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under the condition of the drying step and the sulfamic acid / urea ratio of the reaction solution ((g / L) / (g / L). )), And FIG. 4 (B) shows the fiber length retention rate (%) before and after the chemical treatment of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers obtained under the condition of the drying step and the reaction solution. It is a graph which showed the relationship with the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of (Examples 13 to 16, Comparative Example 1).
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of sulfur introduced (mmol / g) and the reaction temperature of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers obtained under the condition of the drying step (Examples 1 to 12).
FIG. 6A is a graph showing the relationship between the fiber length (mm) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under the condition of the drying step, the reaction temperature, and the treatment time, and FIG. 6B is a graph. It is a graph which showed the relationship between the fiber length maintenance rate (%), the reaction temperature, and the treatment time before and after the chemical treatment of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under the condition of the drying step (Examples 1 to 12). ..

実験結果から、スルファミン酸と尿素の濃度比において、尿素の混合割合を調整することによって、「乾燥工程有条件」、「乾燥工程無条件」に関わらず、硫黄導入量(mmol/g)が0.56mmol/g〜0.97mmol/gで調整されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(例えば図2参照)を調製できることが確認できた。 From the experimental results, by adjusting the mixing ratio of urea in the concentration ratio of sulfamic acid and urea, the amount of sulfur introduced (mmol / g) is 0 regardless of "conditional drying process" or "unconditional drying process". It was confirmed that sulfamic acid / urea-treated pulp fibers (for example, see FIG. 2) adjusted to .56 mmol / g to 0.97 mmol / g could be prepared.

図2または図3に示すように、「乾燥工程有条件」、「乾燥工程無条件」に関わらず、スルファミン酸と尿素の濃度比において、尿素の混合割合を調整することによって、保水度が250%〜4600%の範囲で制御されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。つまり、スルファミン酸と尿素の濃度比を調整することによって、硫黄導入量および保水度が制御されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。
なお、図2および図3から、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量と保水度は、似たような傾向となったことから、両者間には何らかの関係性があるものと推察された。
As shown in FIG. 2 or 3, the water retention rate is 250 by adjusting the mixing ratio of urea in the concentration ratio of sulfamic acid and urea regardless of “drying process conditional” or “drying process unconditional”. It was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber controlled in the range of% to 4600% could be prepared. That is, it was confirmed that by adjusting the concentration ratio of sulfamic acid and urea, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers in which the amount of sulfur introduced and the degree of water retention were controlled could be prepared.
From FIGS. 2 and 3, the amount of sulfur introduced and the degree of water retention of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber tended to be similar, and it was inferred that there was some relationship between the two. ..

図4に示すように、尿素を混合しなかった比較例1と比べて繊維長が長いスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。つまり、製造工程において、尿素を混合することによって、スルファミン酸による短繊維化を防止したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。
しかも、反応後の繊維の長さが反応前と比較してほぼ同じ長さに維持されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。
As shown in FIG. 4, it was confirmed that a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber having a longer fiber length than that of Comparative Example 1 in which urea was not mixed could be prepared. That is, it was confirmed that by mixing urea in the manufacturing process, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers in which shortening of fibers by sulfamic acid was prevented could be prepared.
Moreover, it was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers in which the fiber length after the reaction was maintained to be substantially the same as that before the reaction could be prepared.

図5、図6に示すように、反応温度や加熱時間を調整することによって、硫黄導入量および繊維長が制御されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。
図5に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量を0.5mmol/g以上とするには、120℃または140℃の条件下において、15分以上とすればよく、両者よりも温度が低い100℃の条件下においては、35分以上とすればよいことが確認できた。
また、図6に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維長を長くするには、温度が低い条件のものが好ましいことが確認できた。
As shown in FIGS. 5 and 6, it was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber in which the amount of sulfur introduced and the fiber length were controlled could be prepared by adjusting the reaction temperature and the heating time.
As shown in FIG. 5, in order to increase the amount of sulfur introduced into the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber to 0.5 mmol / g or more, it may be 15 minutes or more under the condition of 120 ° C. or 140 ° C. However, it was confirmed that under the condition of low temperature of 100 ° C., it should be 35 minutes or more.
Further, as shown in FIG. 6, it was confirmed that in order to increase the fiber length of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber, those under a low temperature condition are preferable.

図7は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(乾燥工程有、反応条件:温度120℃、時間25分)の表面拡大写真(5万倍)である。
図7(A)〜(D)は、それぞれスルファミン酸/尿素比が200/50(1:0.25)、200/100(1:0.5)、200/200(1:1)、200/500(1:2.5)の表面拡大写真である(実施例13〜16)。
図7(E)は、比較例として示したNBKP(BL)の表面拡大写真である。
FIG. 7 is a surface enlarged photograph (50,000 times) of a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (with a drying process, reaction conditions: temperature 120 ° C., time 25 minutes).
7 (A) to 7 (D) show sulfamic acid / urea ratios of 200/50 (1: 0.25), 200/100 (1: 0.5), 200/200 (1: 1), and 200, respectively. It is a surface enlarged photograph of / 500 (1: 2.5) (Examples 13 to 16).
FIG. 7 (E) is a surface enlarged photograph of NBKP (BL) shown as a comparative example.

図7(A)〜(D)のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量は、それぞれ(A)0.56mmol/g、(B)0.84mmol/g、(C)0.97mmol/g、(D)0.65mmol/gであった。
図7(A)〜(D)のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度は、それぞれ(A)980%、(B)1920%、(C)1120%、(D)250%であった。
The amounts of sulfur introduced into the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers shown in FIGS. 7 (A) to 7 (D) are (A) 0.56 mmol / g, (B) 0.84 mmol / g, and (C) 0.97 mmol / g, respectively. , (D) was 0.65 mmol / g.
The water retention levels of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers shown in FIGS. 7A to 7D were (A) 980%, (B) 1920%, (C) 1120%, and (D) 250%, respectively.

表3、図8、図9はスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維と表面繊維の配向度との関係を示したものである(実施例13〜16、BL)。
表3は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維と表面繊維の配向度の関係を示したものであり、図8は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の表面繊維の配向度とスルファミン酸/尿素の関係を示したグラフである。
Tables 3, 8 and 9 show the relationship between the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers and the degree of orientation of the surface fibers (Examples 13 to 16, BL).
Table 3 shows the relationship between the orientation of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber and the surface fiber, and FIG. 8 shows the relationship between the orientation of the surface fiber of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber and the sulfamic acid / urea. It is a graph showing.

図9はスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(乾燥工程有、反応条件:温度120℃、時間25分)の表面拡大写真(10万倍)である(実施例13〜16)。
図9(A)〜(D)は、それぞれスルファミン酸/尿素比が200/50(1:0.25)、200/100(1:0.5)、200/200(1:1)、200/500(1:2.5)の表面拡大写真である。
図9(E)は、比較例として示したNBKP(BL)の表面拡大写真である。
図9(A)〜(D)のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の配向度は、それぞれ(A)1.18、(B)1.04、(C)1.10、(D)1.30であった。
FIG. 9 is a surface enlarged photograph (100,000 times) of a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (with a drying step, reaction conditions: temperature 120 ° C., time 25 minutes) (Examples 13 to 16).
9 (A) to 9 (D) show sulfamic acid / urea ratios of 200/50 (1: 0.25), 200/100 (1: 0.5), 200/200 (1: 1), and 200, respectively. It is a surface enlarged photograph of / 500 (1: 2.5).
FIG. 9 (E) is a surface enlarged photograph of NBKP (BL) shown as a comparative example.
The orientations of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers shown in FIGS. 9A to 9D are (A) 1.18, (B) 1.04, (C) 1.10, and (D) 1.30, respectively. Met.

本測定方法では、配向度(配向強度)が1.1以下は無配向であり、1.1〜1.2はやや配向しており、1.2以上は強い配向となっていると判断した。 In this measurement method, it was judged that the degree of orientation (orientation strength) of 1.1 or less is non-oriented, 1.1 to 1.2 is slightly oriented, and 1.2 or more is strongly oriented. ..

この実験結果から、スルファミン酸と尿素の濃度比において、反応液の尿素の混合割合を低くすることによって、表面の繊維の配向性をランダムな状態にさせたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。そして、その逆に、尿素の混合割合を大きくすると、表面の繊維の配向性が整った状態のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。つまり、スルファミン酸と尿素の濃度比を調整することによって、表面の繊維配向性を制御できるスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。 From this experimental result, it is possible to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber in which the orientation of the fiber on the surface is randomized by lowering the mixing ratio of urea in the reaction solution in the concentration ratio of sulfamic acid and urea. Was confirmed. On the contrary, it was confirmed that by increasing the mixing ratio of urea, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers in a state in which the orientation of the fibers on the surface were arranged could be prepared. That is, it was confirmed that by adjusting the concentration ratio of sulfamic acid and urea, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers capable of controlling the fiber orientation on the surface can be prepared.

また、この実験結果から、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の表面繊維の配向度は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のフィブリル化の程度を示す指標にできることが確認できた。そして、配向度と保水度は、スルファミン酸/尿素比が200/100付近を境に特定の傾向を示すことが確認されたことから(例えば、図2と図8を参照)、保水度を調整することによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のフィブリル化を制御できることが確認できた。 In addition, from the results of this experiment, it was confirmed that the degree of orientation of the surface fibers of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers can be used as an index indicating the degree of fibrillation of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers. Since it was confirmed that the degree of orientation and the degree of water retention show a specific tendency when the sulfamic acid / urea ratio is around 200/100 (see, for example, FIGS. 2 and 8), the degree of water retention is adjusted. By doing so, it was confirmed that the fibrillation of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber could be controlled.

図10は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の解繊処理のし易さを確認した図であり、代表として、「乾燥工程有条件」のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を用いた結果を示したものである。
図10(A)に示すように、解繊回数3回(3パス)で平均繊維幅を20nm以下のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維が得られることが確認できた。一方、化学処理を行っていない微細繊維(つまりブランクパルプのNBKP)は、解繊回数20回(20パス)しても平均繊維幅が30nm〜50nmであり、平均繊維幅20nm以下のものは得ることができなかった。
図10の写真は、解繊後の微細繊維をFE−SEMで観察し、観察画像中の繊維幅の測定状況を示したものである。繊維の幅の測定には10万倍の拡大写真を用いた。画像内の繊維幅(例えば、図10の白抜き矢印で示した繊維の幅)の測定方法として、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に二本引き、これらの直線と交錯する繊維の幅を目視で計測した。平均繊維幅は、50本の繊維の平均値から求めた。
FIG. 10 is a diagram confirming the ease of defibration treatment of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber, and shows the result of using the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber under the “conditional drying process” as a representative. It is a thing.
As shown in FIG. 10 (A), it was confirmed that sulfamic acid / urea-treated pulp fibers having an average fiber width of 20 nm or less can be obtained by defibrating 3 times (3 passes). On the other hand, fine fibers that have not been chemically treated (that is, NBKP of blank pulp) have an average fiber width of 30 nm to 50 nm even after 20 times of defibration (20 passes), and those having an average fiber width of 20 nm or less can be obtained. I couldn't.
The photograph of FIG. 10 shows the measurement status of the fiber width in the observed image by observing the fine fibers after defibration with an FE-SEM. A 100,000-fold magnified photograph was used to measure the fiber width. As a method of measuring the fiber width in the image (for example, the width of the fiber indicated by the white arrow in FIG. 10), two diagonal lines are drawn on the observation image, and two straight lines passing through the intersections of the diagonal lines are arbitrarily drawn. The width of the fibers intersecting these straight lines was visually measured. The average fiber width was determined from the average value of 50 fibers.

表4は、「乾燥工程有条件」のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維と白色度の関係を示したものであり、図11は、スルファミン酸/尿素比と白色度の関係を示したグラフである(実施例13〜16、比較例1、BL)。 Table 4 shows the relationship between the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber and the whiteness under the “conditional drying process”, and FIG. 11 is a graph showing the relationship between the sulfamic acid / urea ratio and the whiteness. (Examples 13 to 16, Comparative Example 1, BL).

表4および図11から、反応液に尿素を混合することによって、スルファミン酸による繊維への着色を抑制したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。
また、スルファミン酸と尿素の濃度比において、尿素の混合割合を調整することによって、白色度を制御したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。
From Table 4 and FIG. 11, it was confirmed that by mixing urea with the reaction solution, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers in which the coloring of the fibers by sulfamic acid was suppressed could be prepared.
In addition, it was confirmed that sulfamic acid / urea-treated pulp fibers having controlled whiteness can be prepared by adjusting the mixing ratio of urea in the concentration ratio of sulfamic acid and urea.

(ナノセルロース繊維の実験結果)
表5は、「乾燥工程有条件」のナノセルロース繊維の特性表である(実施例23〜39)。
表6は、「乾燥工程無条件」のナノセルロース繊維の特性表である(実施例40〜55)。
(Experimental results of nanocellulose fiber)
Table 5 is a characteristic table of nanocellulose fibers under “conditional drying process” (Examples 23 to 39).
Table 6 is a characteristic table of nanocellulose fibers in the “drying step unconditional” (Examples 40 to 55).

表5は、乾燥を行った条件下(乾燥工程有条件)で得られたナノセルロース繊維の特性表である。表5において、実施例39は、他の実施例(例えば実施例36)と同様に「乾燥工程有条件」下でスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した後、微細化処理したものである。また、表5において、実施例39と実施例36は、スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))がいずれも2:1であるので、関係性を確認する隣接して表示した。
表6は、乾燥を行わなかった条件下(乾燥工程無条件)で得られたナノセルロース繊維の特性表である。表6において、下の表は表2の実施例17〜20を微細化処理したものであり、上の表の実施例40〜51は、他の他の実施例(例えば実施例17)と同様に「乾燥工程無条件」下でスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した後、微細化処理したものである。
Table 5 is a characteristic table of the nanocellulose fibers obtained under the conditions of drying (conditions under the drying process). In Table 5, Example 39 is obtained by preparing sulfamic acid / urea-treated pulp fibers under “drying step conditions” as in other examples (for example, Example 36), and then refining the pulp fibers. Further, in Table 5, since the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of Example 39 and Example 36 are both 2: 1, they are adjacent to each other to confirm the relationship. Was displayed.
Table 6 is a characteristic table of the nanocellulose fibers obtained under the condition of no drying (unconditional drying step). In Table 6, the table below is a miniaturized version of Examples 17 to 20 in Table 2, and Examples 40 to 51 in the above table are the same as other Examples (for example, Example 17). Sulfamic acid / urea-treated pulp fibers are prepared under "unconditional drying process" and then refined.

図12〜図14は、ナノセルロースの特性を具体的に示したものである。
図12は、乾燥工程有条件下で得られたナノセルロース繊維の全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示したグラフである(実施例35〜38、比較例3)。
図13は、乾燥工程無条件下で得られたナノセルロース繊維の全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示したグラフである(実施例52〜55、比較例4)。
図14は、乾燥工程有条件下で得られたナノセルロース繊維の重合度(つまりナノセルロース繊維の平均繊維長に相当するもの)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図である(実施例35〜38、BL、比較例3)。
12 to 14 show concrete characteristics of nanocellulose.
FIG. 12 shows the total light transmittance (%) and haze value (%) of the nanocellulose fibers obtained under the condition of the drying step and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L) of the reaction solution. )) Is a graph showing the relationship with (Examples 35 to 38, Comparative Example 3).
FIG. 13 shows the total light transmittance (%) and haze value (%) of the nanocellulose fibers obtained under no conditions in the drying step and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L) of the reaction solution. )) Is a graph showing the relationship with (Examples 52 to 55, Comparative Example 4).
FIG. 14 shows the degree of polymerization of the nanocellulose fibers obtained under the condition of the drying step (that is, the one corresponding to the average fiber length of the nanocellulose fibers) and the sulfamic acid / urea ratio of the reaction solution ((g / L) / (. It is a figure which showed the relationship with g / L)) (Example 35-38, BL, Comparative Example 3).

比較例3、比較例4として、反応液をスルファミン酸濃度200g/Lとして尿素を添加しない比較サンプル(スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/0)を調製した。尿素を添加しない以外は、他の実験例と同様の操作を行った。 As Comparative Example 3 and Comparative Example 4, a comparative sample (sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/0) in which the reaction solution had a sulfamic acid concentration of 200 g / L and urea was not added was prepared. Prepared. The same operation as in the other experimental examples was performed except that urea was not added.

この実験結果から、表5、表6に示すように、ナノセルロース繊維の平均繊維幅は、すべて20nm以下に調製できることが確認できた。
表5、表6、図12、図13に示すように、測定溶液(つまり分散液)のナノセルロース繊維の固形分濃度が0.5質量%となるように調製した場合、全てにおいて全光線透過率(%)が90%以上となっており、しかもヘイズ値(%)が、42.7%、23.9%のものが一部存在するものの、それ以外は全て20%以下であり、その大半において15%以下のナノセルロース繊維を調製することができることが確認できた。つまり、「乾燥工程有条件」、「乾燥工程無条件」に関わらず、得られたナノセルロース繊維は、分散液における分散性を向上させ、しかも非常に高い透明性を有するナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。なお、分散液の透明性とは、分散液の透明性を全光線透過率で評価し、分散液の濁りをヘイズ値で評価したものである。言い換えれば、反応工程に供給する際のパルプが、水分を含まない絶乾(つまり含水率が1%よりも低いもの)以外であれば、透明性の高いナノセルロース繊維および保水度の高いスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製することができることが確認できた。
From the results of this experiment, as shown in Tables 5 and 6, it was confirmed that the average fiber width of the nanocellulose fibers could all be adjusted to 20 nm or less.
As shown in Tables 5, 6, 12, and 13, when the solid content concentration of the nanocellulose fibers in the measurement solution (that is, the dispersion) is adjusted to 0.5% by mass, all light transmission is transmitted. The rate (%) is 90% or more, and the haze value (%) is 42.7% and 23.9% in some cases, but all others are 20% or less. It was confirmed that 15% or less of nanocellulose fibers could be prepared in most cases. That is, regardless of "conditional drying process" or "unconditional drying process", the obtained nanocellulose fibers can improve the dispersibility in the dispersion and can prepare nanocellulose fibers having extremely high transparency. Was confirmed. The transparency of the dispersion is obtained by evaluating the transparency of the dispersion by the total light transmittance and the turbidity of the dispersion by the haze value. In other words, highly transparent nanocellulose fibers and highly water-retaining sulfamic acid, except when the pulp supplied to the reaction process is dry without moisture (that is, with a moisture content of less than 1%). / It was confirmed that urea-treated pulp fibers could be prepared.

なお、透明性が求められている市販の樹脂フィルムにおいて、高い透明性を有するメタクリル製のフィルムの全光線透過率(%)は90%程度であり、汎用樹脂であるポリエチレン製のフィルムのヘイズ値(%)は20%程度であることから、実験で得られたナノセルロース繊維は、従来の市販品と同程度またはそれ以上の品質を有していることが確認できた。 In a commercially available resin film for which transparency is required, the total light transmittance (%) of the methacrylic film having high transparency is about 90%, and the haze value of the polyethylene film which is a general-purpose resin. Since (%) was about 20%, it was confirmed that the nanocellulose fibers obtained in the experiment had the same or higher quality as the conventional commercially available products.

図14に示すように、ナノセルロース繊維は、重合度386〜478となるように調製できることが確認できた。この値は、スルファミン酸のみの条件下で得られナノセルロース繊維(比較例B)と比べて高くできることが確認できた。つまり、反応液において尿素を混合することによって、重合度(つまり繊維長)を向上させたナノセルロース繊維が得らえることが確認できた。言い換えれば、繊維間のからみあいがし易くなったナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
なお、重合度を400、グルコース1分子の軸方向の長さを約5Å(約0.5nm)とした場合、繊維長が約200nmのナノセルロース繊維を得ることができることが確認できた。
As shown in FIG. 14, it was confirmed that the nanocellulose fibers could be prepared so as to have a degree of polymerization of 386 to 478. It was confirmed that this value was obtained under the condition of only sulfamic acid and could be higher than that of the nanocellulose fiber (Comparative Example B). That is, it was confirmed that nanocellulose fibers having an improved degree of polymerization (that is, fiber length) can be obtained by mixing urea in the reaction solution. In other words, it was confirmed that nanocellulose fibers that are easily entangled between the fibers can be prepared.
When the degree of polymerization was 400 and the axial length of one glucose molecule was about 5 Å (about 0.5 nm), it was confirmed that nanocellulose fibers having a fiber length of about 200 nm could be obtained.

表7は、スルファミン酸に類似した化合物を反応液として使用した場合の実験結果を示したものである(実施例53、比較例5、BL)。 Table 7 shows the experimental results when a compound similar to sulfamic acid was used as the reaction solution (Example 53, Comparative Example 5, BL).

この実験では、スルファミン酸に類似した化合物として、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)を使用した。実験方法としては、スルファミン酸の代わりに硫酸水素アンモニウムを用いた以外は同様の方法で行った。
表7に示すように、比較例5において、解繊回数3回(3パス)では、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)/尿素系パルプ繊維を解繊することができなかった。
なお、表7には、比較のために表6の実施例53を示した。
In this experiment, sulfate (ammonium hydrogensulfate) was used as a compound similar to sulfamic acid. The experimental method was the same except that ammonium hydrogensulfate was used instead of sulfamic acid.
As shown in Table 7, in Comparative Example 5, the sulfate (ammonium hydrogensulfate) / urea-based pulp fiber could not be defibrated when the number of defibration was 3 times (3 passes).
In addition, Table 7 shows Example 53 of Table 6 for comparison.

この実験結果から、尿素は、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)を用いたスルホン化において、スルファミン酸/尿素の系と同様の機能(例えば、触媒として機能など)を発揮しないか、または発揮しても十分に機能していないことが確認できた。
したがって、スルファミン酸/尿素の系では、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)を用いてスルホン化する場合と比べて、微細化効率を向上させることができ、しかも、スルホン化の程度を向上させることができることが確認できた。
From the results of this experiment, urea does not or does not perform the same function as the sulfamic acid / urea system (for example, function as a catalyst) in sulfonation using sulfate (ammonium hydrogensulfate). It was confirmed that it was not functioning sufficiently.
Therefore, in the sulfamic acid / urea system, the miniaturization efficiency can be improved and the degree of sulfonation can be improved as compared with the case of sulfonation using a sulfate (ammonium hydrogensulfate). Was confirmed.

<実験2>
実験2では、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度を調整することによって、解繊がし易いスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることを確認した。
<Experiment 2>
In Experiment 2, it was confirmed that by adjusting the water retention of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber, the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber that can be easily defibrated can be prepared.

解繊のし易さの評価は、(実験1)で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ(実施例13〜16、比較例1)を固形分濃度が0.2質量%となるように調製したスラリーを高圧ホモジナイザーに供給し、調製されたナノセルロース繊維が分散した分散液に含まれる繊維残存率に基づいて評価した(実施例56〜59、比較例6)。
また、かかる固形分濃度における全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)もそれぞれ確認した。
To evaluate the ease of defibration, the sulfamic acid / urea-treated pulp (Examples 13 to 16, Comparative Example 1) obtained in (Experiment 1) was prepared so that the solid content concentration was 0.2% by mass. The slurry was supplied to a high-pressure homogenizer and evaluated based on the fiber residual ratio contained in the dispersion liquid in which the prepared nanocellulose fibers were dispersed (Examples 56 to 59, Comparative Example 6).
In addition, the total light transmittance (%) and the haze value (%) at such solid content concentration were also confirmed.

高圧ホモジナイザーの条件は以下の通りとした。
まず、高圧ホモジナイザー(株式会社コスにじゅういち社製、型番;N2000−2C−045型)を用いて予備解繊を行った。予備解繊は、解繊圧力10MPaで解繊回数2回、50MPaで解繊回数1回で処理した。そして、この予備解繊を行ったスラリーを高圧ホモジナイザーに供してナノセルロース繊維を調製した。このときの解繊圧力は、(実験1)の約半分の60MPaとした。
なお、高圧ホモジナイザー以外の装置は、(実験1)で使用した装置を使用した。
また、実験2の測定方法において、(実験1)と重複する説明については割愛する。
The conditions for the high-pressure homogenizer were as follows.
First, preliminary defibration was performed using a high-pressure homogenizer (manufactured by Kos Nijuichi Co., Ltd., model number; N2000-2C-045 type). The preliminary defibration was performed at a defibration pressure of 10 MPa with two defibration cycles and at 50 MPa with one defibration frequency. Then, the slurry obtained by performing this preliminary defibration was subjected to a high-pressure homogenizer to prepare nanocellulose fibers. The defibration pressure at this time was set to 60 MPa, which is about half that of (Experiment 1).
As the device other than the high-pressure homogenizer, the device used in (Experiment 1) was used.
Further, in the measurement method of Experiment 2, the explanation overlapping with (Experiment 1) will be omitted.

(繊維残存率(%))
調製されたナノセルロース繊維を含む分散液に含まれる未解繊の繊維の繊維残存率(%)は、解繊処理前と後における固形分0.05g中の測定繊維に基づいて算出した。
(Fiber residual rate (%))
The fiber residual ratio (%) of the undefibrated fibers contained in the prepared dispersion containing the nanocellulose fibers was calculated based on the measured fibers in the solid content of 0.05 g before and after the defibration treatment.

使用した装置は、ファイバーテスター(ローレンツェン&ベットレー(株)社製)である。
まず、上記装置を使用して、解繊処理前のスルファミン酸/尿素処理パルプを固形分濃度が0.2質量%となるように調製したスラリーから、固形分0.05g中に測定可能な繊維が何本存在しているかを測定した。
ついで、上記装置を使用して、解繊処理後のナノセルロース繊維の分散液から、固形分0.05g中に測定可能な繊維が何本存在しているかを測定した。
そして、以下の式から繊維残存率(%)を算出した。

繊維残存率(%)=(解繊処理後の測定値/解繊処理前の測定値)×100
The device used was a fiber tester (manufactured by Lorenzen & Betley Co., Ltd.).
First, a fiber that can be measured in 0.05 g of solid content from a slurry prepared by using the above apparatus to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp before defibration treatment so that the solid content concentration is 0.2% by mass. We measured how many of them existed.
Then, using the above-mentioned apparatus, it was measured how many measurable fibers were present in the solid content of 0.05 g from the dispersion liquid of the nanocellulose fibers after the defibration treatment.
Then, the fiber residual ratio (%) was calculated from the following formula.

Fiber residual rate (%) = (measured value after defibration treatment / measured value before defibration treatment) x 100

(実験2の結果)
表8、図15は、「乾燥工程有条件」で調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)と繊維残存率(%)および高圧ホモジナイザーのパス数との関係を示したものである(実施例56〜59)。
繊維残存率(%)が1%以下の場合には、分散液中に含まれる繊維を目視観察で確認することはできなかった。
(Result of Experiment 2)
Tables 8 and 15 show the relationship between the water retention rate (%), the fiber residual rate (%), and the number of high-pressure homogenizer passes of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers prepared under the “drying process condition”. (Examples 56 to 59).
When the fiber residual ratio (%) was 1% or less, the fibers contained in the dispersion could not be visually confirmed.

表8および図15に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)が高いほど繊維残存率(%)が低くなることが確認できた(実施例56〜59)。
そして、保水度(%)が980%、1120%および1920%のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維が集合したスルファミン酸/尿素処理パルプでは、解繊圧力が60MPa以下、解繊回数1回(1パス)処理で透明度が高いナノセルロース繊維が得られることが確認できた。
しかも、保水度(%)が250%のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維が集合したスルファミン酸/尿素処理パルプであっても、解繊回数2回(2パス)処理によって高い透明度を有するナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
As shown in Table 8 and FIG. 15, it was confirmed that the higher the water retention rate (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers, the lower the fiber residual rate (%) (Examples 56 to 59).
In the sulfamic acid / urea-treated pulp in which the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers having a water retention rate (%) of 980%, 1120% and 1920% are aggregated, the defibration pressure is 60 MPa or less and the number of defibration is once (1 pass). It was confirmed that nanocellulose fibers with high transparency can be obtained by the treatment.
Moreover, even in the case of sulfamic acid / urea-treated pulp in which sulfamic acid / urea-treated pulp fibers having a water retention rate (%) of 250% are aggregated, nanocellulose fibers having high transparency after being defibrated twice (2 passes). It was confirmed that

また、表9、図16に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)が比較例D(保水度180%)よりも高ければ、解繊回数1回(1パス)処理で、高い全光線透過率(%)を有するナノセルロース繊維を調製できることが確認できた(実施例56〜59、比較例6)。 Further, as shown in Tables 9 and 16, if the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers is higher than that of Comparative Example D (water retention 180%), the fiber is defibrated once (1 pass). It was confirmed that nanocellulose fibers having a high total light transmittance (%) could be prepared (Examples 56 to 59, Comparative Example 6).

図17に示すように、解繊回数2回(2パス)処理によってヘイズ値(%)が15%以下のナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。とくに、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)が1000%以上の場合には、解繊回数1回(1パス)処理でヘイズ値(%)が5%以下のナノセルロース繊維を調製できることが確認できた(実施例56〜59、比較例6)。 As shown in FIG. 17, it was confirmed that nanocellulose fibers having a haze value (%) of 15% or less can be prepared by the treatment with two defibration times (2 passes). In particular, when the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber is 1000% or more, nanocellulose fibers having a haze value (%) of 5% or less are prepared by one-time defibration (1 pass) treatment. It was confirmed that this was possible (Examples 56 to 59, Comparative Example 6).

比較例6では、解繊処理後に得られた分散液は、沈殿物が多量に含まれ濁った状態であった。そして、図16、図17に示すように、比較例6のヘイズ値(%)がほぼ100%であり、全光線透過率(%)が40%以下であったことから、本条件下での解繊では比較例Dを適切に解繊することができないことが確認できた。
また、解繊回数(パス数)を増加させて解繊を行った場合にも比較例6では十分な解繊結果が得られなかった。
In Comparative Example 6, the dispersion obtained after the defibration treatment was in a turbid state containing a large amount of precipitate. Then, as shown in FIGS. 16 and 17, the haze value (%) of Comparative Example 6 was almost 100%, and the total light transmittance (%) was 40% or less. Therefore, under this condition. It was confirmed that Comparative Example D could not be properly defibrated by defibration.
Further, even when defibration was performed by increasing the number of defibration (number of passes), sufficient defibration results could not be obtained in Comparative Example 6.

実験2の実験結果より、反応液に尿素を混合する製法を採用することによって、従来の技術では想定されなかった低い解繊圧力であっても解繊を容易に行うことができるスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製できることが確認できた。
しかも、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)を比較例6(保水度180%)よりも高くし、かつスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量を比較例の0.42mmol/gよりも高くなるように調製すれば、透明性の高いナノセルロース繊維を容易に調製できることが確認できた。
とくに、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)が1000%以上となるように調製すれば、解繊圧力60MPa以下、解繊回数1回(1パス)で容易にヘイズ値(%)が5%以下の非常に透明性の優れたナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
From the experimental results of Experiment 2, by adopting a manufacturing method in which urea is mixed with the reaction solution, sulfamic acid / urea can be easily defibrated even at a low defibration pressure not expected by the conventional technique. It was confirmed that treated pulp fibers could be prepared.
Moreover, the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber is higher than that of Comparative Example 6 (water retention 180%), and the sulfur introduction amount of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber is 0.42 mmol / of the comparative example. It was confirmed that highly transparent nanocellulose fibers could be easily prepared if the amount was adjusted to be higher than g.
In particular, if the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber is adjusted to 1000% or more, the haze value (%) can be easily obtained with a defibration pressure of 60 MPa or less and one defibration frequency (1 pass). It was confirmed that nanocellulose fibers having a value of 5% or less and having excellent transparency could be prepared.

<実験3>
実験3では、調製されたナノセルロース繊維への解繊処理におけるスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の固形分濃度の影響について確認した。
<Experiment 3>
In Experiment 3, the effect of the solid content concentration of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber on the defibration treatment of the prepared nanocellulose fiber was confirmed.

この実験では、上述したスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/100(1:0.5)の反応液を用いて上記のごとき製法(乾燥工程有、反応条件:温度120℃、時間25分、保水度1920%)で調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(実施例14)を固形分濃度が、それぞれ0.5質量%と0.2質量%となるように調製したスラリーを高圧ホモジナイザーに供給した。そして、得られたナノセルロース繊維の品質を全光線透過率(%)、ヘイズ値(%)および解繊後の未解繊繊維数で評価した(実施例60〜61)。 In this experiment, a reaction solution having a sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of 200/100 (1: 0.5) was used and the above-mentioned production method (with drying step). Reaction conditions: Sulfamic acid / urea-treated pulp fibers (Example 14) prepared at a temperature of 120 ° C., a time of 25 minutes, and a water retention rate of 1920%) had solid content concentrations of 0.5% by mass and 0.2% by mass, respectively. The slurry prepared so as to be supplied to a high-pressure homogenizer. Then, the quality of the obtained nanocellulose fibers was evaluated by the total light transmittance (%), the haze value (%), and the number of undefibrated fibers after defibration (Examples 60 to 61).

全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)を(実験1)と同様の方法で測定した。
未解繊繊維数は、解繊処理後における固形分0.05g中の未解繊の繊維をファイバーテスター(ローレンツェン&ベットレー(株)社製)で測定して固形分0.05g中に測定可能な繊維が何本存在しているかを計測した。
The total light transmittance (%) and the haze value (%) were measured by the same method as in (Experiment 1).
The number of undefibrated fibers is measured in 0.05 g of solid content by measuring the undefibrated fibers in 0.05 g of solid content after the defibration treatment with a fiber tester (manufactured by Lorenzen & Bettley Co., Ltd.). The number of possible fibers was measured.

(実験3の結果)
実験3の実験結果を表10および図18に示す(実施例60〜61)。
表10および図18は、高圧ホモジナイザーに供給するスラリー中のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の固形分濃度と得られるナノセルロース繊維への影響について確認したものである。
(Result of Experiment 3)
The experimental results of Experiment 3 are shown in Table 10 and FIG. 18 (Examples 60 to 61).
Table 10 and FIG. 18 confirm the solid content concentration of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber in the slurry supplied to the high-pressure homogenizer and the effect on the obtained nanocellulose fiber.

表10および図18に示すように、いずれも全光線透過率(%)が約100%であり、ヘイズ値(%)が5%以下であった。また、未解繊繊維数においては、解繊回数1回(1パス)処理ではいずれも30本以下であり、固形分濃度(0.5質量%と0.2質量%)の違いに大きな差は確認されなかった。
したがって、高圧ホモジナイザーに供給するスラリー中のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の固形分濃度は、0.2質量%〜0.5質量%の範囲内においては、解繊のし易さに影響を与えないことが確認できた。しかも、これらの固形分濃度で調製されたナノセルロース繊維の品質においても、この固形分濃度範囲内であれば、影響を与えないことが確認できた。
As shown in Table 10 and FIG. 18, the total light transmittance (%) was about 100% and the haze value (%) was 5% or less. In addition, the number of undefibrated fibers was 30 or less in each of the treatments with one defibration (1 pass), and there was a large difference in the solid content concentration (0.5% by mass and 0.2% by mass). Was not confirmed.
Therefore, the solid content concentration of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers in the slurry supplied to the high-pressure homogenizer affects the ease of defibration in the range of 0.2% by mass to 0.5% by mass. I was able to confirm that there was no such thing. Moreover, it was confirmed that the quality of the nanocellulose fibers prepared at these solid content concentrations does not affect the quality within this solid content concentration range.

<実験4>
実験4では、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維およびナノセルロース繊維中の硫黄が、スルホ基に起因するものであることを確認した。
<Experiment 4>
In Experiment 4, it was confirmed that the sulfur in the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers and the nanocellulose fibers was caused by the sulfo group.

実験4では、以下のように(実験1)と同様の方法で調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維中の硫黄の状態を、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR、日本分光株式会社社製、型番:FT/IR―4200)および上述した燃焼イオンクロマトグラフを用いて確認した。
また、調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を(実験1)の方法で微細化処理してナノセルロース繊維を調製して、調製したナノセルロース繊維の硫黄の状態を、電気電導率計(DKK CORPORATION社、CONDUCTIVITY METER、型番AOL−10)を用いて確認した。
In Experiment 4, the state of sulfur in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber prepared by the same method as in (Experiment 1) was measured by a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR, JASCO Corporation). Manufactured by, model number: FT / IR-4200) and confirmed using the above-mentioned combustion ion chromatograph.
Further, the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp fiber was micronized by the method of (Experiment 1) to prepare nanocellulose fiber, and the state of sulfur of the prepared nanocellulose fiber was measured by an electric conductivity meter (DKK CORPORATION). Confirmed using the company, CONDUCTIVITY METER, model number AOL-10).

実験4では、(実験1)と同様に、スルファミン酸/尿素処理パルプを以下の条件で調製した。
反応液:スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/200
パルプと反応液を接触させたものを50℃で乾燥した(「乾燥工程有条件」)。その後、120℃、25分の条件下で加熱反応を行った。加熱反応後、反応させたパルプを中性になるまでよく洗浄して、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した。
実験4では、加熱反応後のパルプ繊維に物理的に吸着した反応液が存在しなくなるように以下の方法により、加熱反応後のパルプを洗浄した。
まず、加熱反応後のパルプが中性になるまで飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に投入して10分間撹拌し、中和させた。その後、中和後のパルプを大量の純水で洗浄し乾燥してスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した(実施例62)。なお、このスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維が集合したものがスルファミン酸/尿素処理パルプである。
In Experiment 4, a sulfamic acid / urea-treated pulp was prepared under the following conditions in the same manner as in (Experiment 1).
Reaction solution: Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/200
The pulp and the reaction solution were brought into contact with each other and dried at 50 ° C. (“drying step conditional”). Then, the heating reaction was carried out under the conditions of 120 ° C. and 25 minutes. After the heating reaction, the reacted pulp was thoroughly washed until it became neutral to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber.
In Experiment 4, the pulp after the heating reaction was washed by the following method so that the reaction solution physically adsorbed on the pulp fibers after the heating reaction did not exist.
First, the pulp was added to a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution until the pulp after the heating reaction became neutral, and the mixture was stirred for 10 minutes to neutralize the pulp. Then, the neutralized pulp was washed with a large amount of pure water and dried to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (Example 62). The aggregate of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers is the sulfamic acid / urea-treated pulp.

一方、比較例7は、加熱反応の工程を行わない以外は、洗浄方法を含め実験4の実験例と同様の方法により調製した。 On the other hand, Comparative Example 7 was prepared by the same method as in Experimental Example 4 including the washing method, except that the heating reaction step was not performed.

(FT−IR測定)
FT−IR測定は、ATR法により測定を行った。
測定条件は、測定波数範囲600〜4000cm−1、積算回数100回とした。試料はスルホン化処理後、洗浄したサンプルを105℃で乾燥したものを用いた。
(FT-IR measurement)
The FT-IR measurement was performed by the ATR method.
The measurement conditions were a measurement wave number range of 600 to 4000 cm -1 , and the number of integrations was 100. As the sample, a sample washed after sulfonate treatment and dried at 105 ° C. was used.

(電気伝導度測定)
イオン交換樹脂による処理では、0.2質量%のナノセルロース繊維含有スラリーに体積比で1/10の強酸性イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製、アンバージェット1024;コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った。その後、目開き200μmのメッシュ上に注ぎ、樹脂とスラリーを分離した。
アルカリを用いた滴定では、イオン交換後のナノセルロース繊維含有スラリーに、0.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、ナノセルロース繊維含有スラリーと水酸化ナトリウム水溶液の混合液が示す電気伝導度の値の変化を計測した。
(Measurement of electrical conductivity)
In the treatment with an ion exchange resin, a strongly acidic ion exchange resin (manufactured by Organo Corporation, Amber Jet 1024; conditioned) with a volume ratio of 1/10 is added to a slurry containing 0.2% by mass of nanocellulose fibers and shaken for 1 hour. Finally processed. Then, it was poured onto a mesh having a mesh size of 200 μm to separate the resin and the slurry.
In titration using alkali, the value of electrical conductivity indicated by the mixed solution of the nanocellulose fiber-containing slurry and the sodium hydroxide aqueous solution while adding 0.5 N sodium hydroxide aqueous solution to the nanocellulose fiber-containing slurry after ion exchange. The change in was measured.

(核磁気共鳴装置(NMR)測定)
スルファミン酸/尿素処理パルプのNMRを測定を行った。
測定には、(実験1)で調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ(スルファミン酸/尿素比((200g/L)/(200g/L))、硫黄導入量0.97mmol/g)、「乾燥工程有条件」、実施例15)を用いた。
(Nuclear magnetic resonance (NMR) measurement)
The NMR of the sulfamic acid / urea-treated pulp was measured.
For the measurement, the sulfamic acid / urea-treated pulp prepared in (Experiment 1) (sulfamic acid / urea ratio ((200 g / L) / (200 g / L)), sulfur introduction amount 0.97 mmol / g), "drying step" Conditional ”, Example 15) was used.

NMRの測定条件は以下のとおりである。
NMR(Agilent Technology(株)社製、型番Agilent 400 DD2、共鳴周波数400MHz)を用いて、断熱パルプを用いたHSQC法により、積算回数480回で測定した。また、内部標準として重水素化したDMSOを用い、中心ピークをF1軸(13C):39.5ppm、F2軸(1H):2.49ppmに合わせた。データの解析にはAgilent Technology(株)製の解析ソフト(Vnmrj 4.2)を用いた。
スルホン化処理後、洗浄し、乾燥したスルファミン酸/尿素処理パルプを、ボールミルで粉砕して粉砕パルプを調製した。ボールミル粉砕条件は、小型遊星ボールミル(Fritsch製のP−7)を用いて、20分間、600rpmで粉砕処理を3回行った。
粉砕パルプ(30g)を重水素化したDMSO溶媒(0.7ml)に分散させ、30分間超音波処理を行いNMR測定用試料を調製した。
内部標準として、重水素化したDMSO(和光純薬工業社製、型番:ジメチルスルホキシド‐d6)を用いた。
ブランクにはコットンセルロースとしてろ紙(ADVANTEC社製、円形定性ろ紙 型番:No.2)を使用し、上述したスルファミン酸/尿素処理パルプと同様の処理を行いNMR測定に供した。
The NMR measurement conditions are as follows.
The measurement was performed by the HSQC method using adiabatic pulp using NMR (Agilent Technologies, Inc., model number Agent 400 DD2, resonance frequency 400 MHz) at a total number of times of 480 times. In addition, deuterated DMSO was used as an internal standard, and the central peak was adjusted to F1 axis (13C): 39.5 ppm and F2 axis (1H): 2.49 ppm. Analysis software (Vnmrj 4.2) manufactured by Agilent Technologies Co., Ltd. was used for data analysis.
After the sulfonate treatment, the washed and dried sulfamic acid / urea-treated pulp was pulverized with a ball mill to prepare pulverized pulp. As for the ball mill crushing conditions, a small planetary ball mill (P-7 manufactured by Frisch) was used, and the crushing treatment was performed three times at 600 rpm for 20 minutes.
The crushed pulp (30 g) was dispersed in a deuterated DMSO solvent (0.7 ml) and subjected to ultrasonic treatment for 30 minutes to prepare a sample for NMR measurement.
As an internal standard, deuterated DMSO (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., model number: dimethyl sulfoxide-d6) was used.
For the blank, filter paper (manufactured by ADVANTEC, circular qualitative filter paper model number: No. 2) was used as cotton cellulose, and the same treatment as the above-mentioned sulfamic acid / urea-treated pulp was performed and subjected to NMR measurement.

(実験4の結果)
表11に、燃焼イオンクロマトグラフで測定したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維中の硫黄導入量の測定結果を示す(実施例62、比較例7)。
(Result of Experiment 4)
Table 11 shows the measurement results of the amount of sulfur introduced into the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber measured by the combustion ion chromatograph (Example 62, Comparative Example 7).

表11に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量は0.97mmol/gであり、比較例7の硫黄導入量は0.01mmol/gであった。 As shown in Table 11, the amount of sulfur introduced in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber was 0.97 mmol / g, and the amount of sulfur introduced in Comparative Example 7 was 0.01 mmol / g.

この実験結果から、比較例7に示すように、洗浄によってパルプ繊維に物理的に吸着したスルファミン酸をほぼ完全に洗い流すことができることが確認できた。つまり、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維には、反応液の吸着、洗い残し等による物理的に吸着した硫黄がほぼ存在しないということが確認できた。 From the results of this experiment, as shown in Comparative Example 7, it was confirmed that the sulfamic acid physically adsorbed on the pulp fibers could be washed away almost completely by washing. That is, it was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers had almost no sulfur physically adsorbed due to adsorption of the reaction solution, unwashed residue, or the like.

また、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、洗浄後も硫黄導入量が0.97mmol/gであったことから、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維に含まれる硫黄は、物理的な吸着ではなく、反応液中のスルファミン酸がスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を構成するセルロース繊維の水酸基と化学的に反応し、洗浄、除去され得ない硫黄分として存在しているものと推察された。 Further, since the sulfur introduction amount of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber was 0.97 mmol / g even after washing, the sulfur contained in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber was not physically adsorbed but reacted. It was speculated that sulfamic acid in the liquid chemically reacted with the hydroxyl groups of the cellulose fibers constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers and existed as sulfur that could not be washed or removed.

図19に、FT−IRの測定結果を示す。
図19から、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(実施例62)では、スルホ基由来と考えられるS=OとS−O由来のピークが1200cm−1および、800cm−1付近に見られる一方で、比較例7では、これらのピークは確認できなかった。
この実験結果から、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維には、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を構成するセルロース繊維の水酸基にスルホ基が導入されており、そのためにFT−IRや、燃焼イオンクロマトグラフ測定により、硫黄の含有が確認できたものと推察された。
FIG. 19 shows the measurement result of FT-IR.
From FIG. 19, in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (Example 62), peaks derived from S = O and SO, which are considered to be derived from the sulfo group, are observed at around 1200 cm-1 and 800 cm-1, while they are observed. In Comparative Example 7, these peaks could not be confirmed.
From this experimental result, in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber, a sulfo group is introduced into the hydroxyl group of the cellulose fiber constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber, and therefore, FT-IR and combustion ion chromatograph measurement are performed. It was inferred that the sulfur content could be confirmed.

図20に、電気伝導度測定の測定結果を示す。
図20から、イオン交換後のナノセルロース繊維含有スラリーは、水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定可能なことが確認できた。また、滴定曲線も、強酸を強塩基で中和した場合のものと同様であった。
この実験結果から、ナノセルロース繊維には強酸基の結合が導入されていることが示唆された。そして、電気伝導度の測定結果からナノセルロース繊維に導入されたスルホ基の導入量は1mmol/gであり(図20の変曲点のNaOH滴下量は、実験に供した微細セルロース繊維の固形分量で除することで算出した)、燃焼イオンクロマト法で得られた測定結果(0.97mmol/g)とほぼ一致することが確認された。
FIG. 20 shows the measurement result of the electric conductivity measurement.
From FIG. 20, it was confirmed that the nanocellulose fiber-containing slurry after ion exchange can be neutralized and titrated with an aqueous sodium hydroxide solution. The titration curve was also the same as that when the strong acid was neutralized with a strong base.
From this experimental result, it was suggested that a strong acid group bond was introduced into the nanocellulose fiber. Based on the measurement results of electrical conductivity, the amount of sulfo group introduced into the nanocellulose fiber was 1 mmol / g (the amount of NaOH dropped at the inflection point in FIG. 20 is the amount of solid content of the fine cellulose fiber used in the experiment. It was confirmed that it was almost the same as the measurement result (0.97 mmol / g) obtained by the combustion ion chromatography method (calculated by dividing by).

図21に、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のNMR測定の結果を示す。
図21に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を構成するセルロース繊維におけるセルロースのC6位の炭素、水素のピークが低磁場側にシフトしていることから、C6位の水酸基がスルホン化されていることが示唆された。
FIG. 21 shows the results of NMR measurement of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers.
As shown in FIG. 21, since the peaks of carbon and hydrogen at the C6 position of cellulose in the cellulose fibers constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber are shifted to the low magnetic field side, the hydroxyl group at the C6 position is sulfonated. It was suggested that

スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のピーク(図21の上のスペクトル図)と未修飾のセルロース(コットンセルロース)(図21の下のスペクトル図)のピークを比べると、どちらの測定結果においても、セルロースを構成するグルコースユニットの6位の炭素、水素由来のピーク(C:60ppm付近、H:3.5〜3.8ppm付近に検出されたピーク)が検出された。一方で、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維には、上記6位の炭素、水素由来のピークよりも低磁場側の位置に、未修飾のセルロースには存在しないピークが検出された。このピークは、グルコースユニットの6位の水酸基がスルホン化されることによって、上記6位の炭素に結合した水酸基が、化学処理によりC:64〜65ppm付近、H:3.8〜4.1付近へケミカルシフトしたためだと考えられる。
これらの結果から、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、セルロースを構成するグルコースユニットの6位の水酸基がスルホン化されていることが示唆された。
Comparing the peaks of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers (spectral diagram above FIG. 21) with the peaks of unmodified cellulose (cotton cellulose) (spectrum diagram below FIG. 21), cellulose was obtained in both measurement results. Peaks derived from carbon and hydrogen at the 6th position of the glucose unit constituting the above (C: around 60 ppm, H: peaks detected around 3.5 to 3.8 ppm) were detected. On the other hand, in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber, a peak not present in the unmodified cellulose was detected at a position on the lower magnetic field side than the peak derived from carbon and hydrogen at the 6-position. In this peak, the hydroxyl group at the 6-position of the glucose unit is sulfonated, so that the hydroxyl group bonded to the carbon at the 6-position is about C: 64 to 65 ppm and H: about 3.8 to 4.1 by chemical treatment. It is thought that this is due to the chemical shift to.
From these results, it was suggested that the hydroxyl group at the 6-position of the glucose unit constituting cellulose was sulfonated in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber.

なお、Andoらは、針葉樹木材中のセルロースをエステル化した場合、エステル化されたC6位の炭素、水素由来のピークは、グルコースユニットの未修飾のC6位の水酸基由来のピークに対して低磁場側に現れることを報告している(ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 1755−1762)ことから、本製法により調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維も同様に、グルコースユニットの6位の水酸基がスルホン化されることにより、上述したように低磁場側にシフトしていると考えらえる。 When Ando et al. Esterified cellulose in coniferous wood, the esterified peaks derived from carbon and hydrogen at the C6 position had a lower magnetic field than the peaks derived from the unmodified C6 hydroxyl group of the glucose unit. Since it has been reported that it appears on the side (ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 1755-1762), the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber prepared by this production method also has a hydroxyl group at the 6-position of the glucose unit. Is sulfonated, which is considered to shift to the low magnetic field side as described above.

また、(実験1)で示したように、本製法を用いて調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を微細処理化したナノセルロース繊維は、「乾燥工程有条件」、「乾燥工程無条件」に関わらず、高い透明性を有しており、いずれの条件でも繊維幅が20nm以下であった。
このことは、本製法で調製されるスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、ミクロフィブリルに露出しているC6位の水酸基が重点的にスルホン化したため、高密度の荷電反発効果が発現しているものと推測された。このため、本製法を用いて調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を簡易な解繊処理を行った場合でも、高い透明性を発揮し、かつ高い分散性を有するナノセルロース繊維が製造できたものと考える。
Further, as shown in (Experiment 1), the nanocellulose fibers prepared by finely treating the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers prepared by this production method are "conditional in the drying process" and "unconditional in the drying process". Regardless, it had high transparency, and the fiber width was 20 nm or less under all conditions.
This is because the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers prepared by this method have a high-density charge repulsion effect because the hydroxyl group at the C6 position exposed on the microfibrils is intensively sulfonated. Was speculated. Therefore, even when the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers prepared by this production method are subjected to a simple defibration treatment, nanocellulose fibers exhibiting high transparency and high dispersibility could be produced. Think of it.

実験4の実験結果から、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維中には、反応液中の硫黄が化学的に結合した硫黄のみが存在していることができることが確認できた。そして、この硫黄は、S=OとS−O由来の強酸性基であることが確認できた。言い換えれば、測定された硫黄は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を構成するセルロース繊維の水酸基に化学結合したスルホ基に起因するものであることが確認できた。
したがって、本製法によって調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維には、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を構成するセルロース繊維の水酸基にスルホ基が化学的に結合した状態で導入されていることが確認できた。
また、本製法によって調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を構成するセルロース繊維の水酸基のうち、C6位の水酸基がスルホン化されていることが確認できた。つまり、本製法を用いれば、セルロース繊維におけるC2位やC3位の水酸基よりもC6位の水酸基に優先的にスルホ基が導入することができる。このため、本製法を用いれば、セルロース繊維におけるC2位やC3位の水酸基にスルホ基が導入されたパルプ繊維と比べて、セルロース繊維の溶解や開裂の発生が抑制されたパルプ繊維を調製できることが確認でき、しかも、解繊処理を行えば、高い透明性を有するナノセルロース繊維を製造可能なパルプ繊維を調製できることが確認できた。
From the experimental results of Experiment 4, it was confirmed that only sulfur in which sulfur in the reaction solution was chemically bonded can be present in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber. Then, it was confirmed that this sulfur is a strongly acidic group derived from S = O and SO. In other words, it was confirmed that the measured sulfur was due to the sulfo group chemically bonded to the hydroxyl group of the cellulose fiber constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber.
Therefore, it was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber prepared by this production method was introduced in a state where the sulfo group was chemically bonded to the hydroxyl group of the cellulose fiber constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber. did it.
Further, it was confirmed that in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber prepared by this production method, the hydroxyl group at the C6 position among the hydroxyl groups of the cellulose fibers constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber was sulfonated. That is, by using this production method, the sulfo group can be preferentially introduced into the hydroxyl group at the C6 position rather than the hydroxyl group at the C2 position or the C3 position in the cellulose fiber. Therefore, by using this production method, it is possible to prepare a pulp fiber in which dissolution and cleavage of the cellulose fiber are suppressed as compared with a pulp fiber in which a sulfo group is introduced into the hydroxyl groups at the C2 and C3 positions in the cellulose fiber. It was confirmed that it was possible to prepare pulp fibers capable of producing nano-cellulose fibers having high transparency by performing defibration treatment.

<実験5>
実験5では、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維には、反応液中の尿素に基づくウレタン結合が生じていないことを確認した。
<Experiment 5>
In Experiment 5, it was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber did not have a urethane bond based on urea in the reaction solution.

実験5では、(実験4)と同様の方法により、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した(実施例63)。
調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維中の窒素含有量を、元素分析装置((株)パーキンエルマージャパン、2400II CHNS/O)用いて測定した。
なお、比較例として、未処理のNBKP(BL)中の窒素含有量を上記元素分析装置を用いて測定した。
In Experiment 5, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers were prepared by the same method as in (Experiment 4) (Example 63).
The nitrogen content in the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp fibers was measured using an elemental analyzer (PerkinElmer Japan Co., Ltd., 2400II CHNS / O).
As a comparative example, the nitrogen content in untreated NBKP (BL) was measured using the above elemental analyzer.

(実験5の結果)
表12に、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維およびNBKP中の窒素含有量の測定結果を示す(実施例63、BL)。
(Result of Experiment 5)
Table 12 shows the measurement results of the nitrogen content in the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber and NBKP (Example 63, BL).

表12に示すように、調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(実施例63)は、NBKP(BL)と比べても窒素含量の増加は確認されなかった。 As shown in Table 12, the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (Example 63) did not show an increase in nitrogen content as compared with NBKP (BL).

実験5の実験結果から、本製法で調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維には、化学処理工程における反応液中に尿素を用いた場合であってもウレタン結合が導入されていないことが確認できた。 From the experimental results of Experiment 5, it can be confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers prepared by this production method do not have urethane bonds introduced even when urea is used in the reaction solution in the chemical treatment step. It was.

ここで、従来の技術には、パルプの化学修飾時に尿素を用いた場合、化学修飾後のパルプ中にカルバメート等のウレタン結合が形成される旨が報告されている。そして、このウレタン結合が形成されることによって、セルロース繊維の分散性が改善され、解繊後に得られるナノセルロース分散液の透明性を向上させることができる旨が報告されている。
しかし、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維中には、ウレタン結合の導入が確認されなかったことから、本製法における反応液中の尿素は、従来の技術とは異なる機序でスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維に作用しているものと推察された。
つまり、本製法において化学処理工程の反応液中に用いられた尿素は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維におけるセルロース解繊性や、ナノセルロース繊維における透明性の向上における寄与はないものと推察された。
Here, in the prior art, it has been reported that when urea is used during the chemical modification of pulp, urethane bonds such as carbamate are formed in the chemically modified pulp. It has been reported that the formation of this urethane bond improves the dispersibility of the cellulose fibers and improves the transparency of the nanocellulose dispersion obtained after defibration.
However, since the introduction of urethane bonds was not confirmed in the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers, the urea in the reaction solution in this production method is a sulfamic acid / urea-treated pulp by a mechanism different from that of the conventional technique. It was presumed that it was acting on the fibers.
In other words, it was presumed that the urea used in the reaction solution of the chemical treatment step in this production method did not contribute to the improvement of cellulose defibration in sulfamic acid / urea-treated pulp fibers and the transparency in nanocellulose fibers. ..

<実験6>
実験6では、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、化学処理による繊維への損傷が抑制されていることを、結晶形態の観点から確認した。
なお、(実験1)では、繊維長の維持という観点から、化学処理による繊維への損傷が抑制されていることを確認した。
<Experiment 6>
In Experiment 6, it was confirmed from the viewpoint of crystal morphology that the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers suppressed damage to the fibers due to chemical treatment.
In (Experiment 1), it was confirmed that damage to the fiber due to chemical treatment was suppressed from the viewpoint of maintaining the fiber length.

実験6では、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、(実験1)と同様に以下の条件で調製した。
反応液:スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/50
反応液:スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/100
反応液:スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/200
反応液:スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/500
In Experiment 6, the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber was prepared under the following conditions in the same manner as in (Experiment 1).
Reaction solution: Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/50
Reaction solution: Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/100
Reaction solution: Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/200
Reaction solution: Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/500

パルプと反応液を接触させたものを50℃で乾燥した(「乾燥工程有条件」)。その後、120℃、25分の条件下で加熱反応を行った。加熱反応後のパルプが中性になるまで飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に投入して10分間撹拌し、中和させた後、中和後のパルプを大量の純水で洗浄した。その後、凍結乾燥機(EYELA社製、型番:FDU−1200)を用いて乾燥してスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した(実施例64〜67)。
なお、実験6では、熱により結晶部にダメージが生じ、本来の結晶化度を示さなくなる可能性があるため、凍結乾燥機を用いた。
The pulp and the reaction solution were brought into contact with each other and dried at 50 ° C. (“drying step conditional”). Then, the heating reaction was carried out under the conditions of 120 ° C. and 25 minutes. The pulp after the heating reaction was added to a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution until it became neutral, and the mixture was stirred for 10 minutes to neutralize the pulp, and then the neutralized pulp was washed with a large amount of pure water. Then, it was dried using a freeze-dryer (manufactured by EYELA, model number: FDU-1200) to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (Examples 64-67).
In Experiment 6, a freeze-dryer was used because the crystal part may be damaged by heat and the original crystallinity may not be exhibited.

調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の結晶構造は、X線回折装置(株式会社リガク社製、型式:UltimaIV)を用いて測定した。結晶化度は、Segal法により求めた。
比較例として、未処理のNBKP(BL)を凍結乾燥して調製したNBKP繊維の結晶構造を、上記方法と同様の方法で測定した。

X線回折装置の条件
X線源:銅
管電圧:40kV
管電流:40mA
測定範囲:回折角2θ=10°〜30°
X線のスキャンスピード:2°/min

結晶化度の算出
X線回折結果の2θ=10゜〜30゜の回折強度をベースラインとし、2θ=22.6゜の002面の回折強度と、2θ=18.5゜のアモルファス部分の回折強度から次式により結晶化度(%)を算出した。
結晶化度(%)=((I22.6−I18.5)/I22.6)×100
I22.6:2θ=22.6°、002面の回折強度
I18.5:2θ=18.5゜、アモルファス部分の回折強度
The crystal structure of the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp fiber was measured using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Co., Ltd., model: Ultima IV). The crystallinity was determined by the Segal method.
As a comparative example, the crystal structure of the NBKP fiber prepared by freeze-drying the untreated NBKP (BL) was measured by the same method as the above method.

Conditions for X-ray diffractometer X-ray source: Copper tube voltage: 40 kV
Tube current: 40mA
Measurement range: Diffraction angle 2θ = 10 ° to 30 °
X-ray scan speed: 2 ° / min

Calculation of crystallinity With the diffraction intensity of 2θ = 10 ° to 30 ° as the baseline of the X-ray diffraction result, the diffraction intensity of the 002 surface of 2θ = 22.6 ° and the diffraction of the amorphous part of 2θ = 18.5 ° The crystallinity (%) was calculated from the strength by the following formula.
Crystallinity (%) = ((I22.6-I18.5) /I22.6) x 100
I22.6: 2θ = 22.6 °, diffraction intensity of 002 surface I18.5: 2θ = 18.5 °, diffraction intensity of amorphous part

(実験6の結果)
表13に、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の結晶化度および結晶構造を示す(実施例64〜67、BL)。
図22に、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のX線回折結果の代表例(反応液:スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/100で処理したもの、実施例65)を示す。
(Result of Experiment 6)
Table 13 shows the crystallinity and crystal structure of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers (Examples 64-67, BL).
FIG. 22 shows a representative example of the X-ray diffraction result of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (reaction solution: sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/100 treated. Example 65) is shown.

表13に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプをいずれの反応液を用いて調製しても結晶化度はいずれも60%以上と高い値を示すことが確認できた。
また、図22のX線回折結果から、スルファミン酸/尿素処理パルプの結晶構造は、未処理のNBKPと同様のI型を保持していることが確認できた。
As shown in Table 13, it was confirmed that the crystallinity was as high as 60% or more regardless of which reaction solution was used to prepare the sulfamic acid / urea-treated pulp.
Further, from the X-ray diffraction result of FIG. 22, it was confirmed that the crystal structure of the sulfamic acid / urea-treated pulp retains the same type I as that of the untreated NBKP.

実験6の実験結果から、本製法を用いて調製したスルファミン酸/尿素処理パルプは、化学処理が行われた場合でも、結晶構造および結晶化度への影響が抑制されていることが確認できた。つまり、化学処理を行った場合であっても、繊維長の観点と、結晶形態の観点のいずれの観点からも繊維への損傷の抑制が確認されたスルファミン酸/尿素処理パルプが調製されていることが確認できた。
したがって、本製法により調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、化学処理によりスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を構成するセルロース繊維の水酸基にスルホ基を導入することができ、かつ化学処理による繊維へのダメージが適切に抑制されていることが確認できた。
From the experimental results of Experiment 6, it was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp prepared by this production method had an suppressed effect on the crystal structure and crystallinity even when chemically treated. .. That is, a sulfamic acid / urea-treated pulp has been prepared in which damage to fibers has been confirmed to be suppressed from both the viewpoint of fiber length and the viewpoint of crystal morphology even when chemically treated. I was able to confirm that.
Therefore, the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber prepared by this production method can introduce a sulfo group into the hydroxyl group of the cellulose fiber constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber by chemical treatment, and can be added to the fiber by chemical treatment. It was confirmed that the damage was properly suppressed.

<実験7>
実験7では、本製法により調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維とナノセルロース繊維の解繊前後における重合度と結晶化度の関係性を確認した。
<Experiment 7>
In Experiment 7, the relationship between the degree of polymerization and the degree of crystallinity before and after defibration of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber and the nanocellulose fiber prepared by this production method was confirmed.

スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維およびナノセルロース繊維は、(実験1)と同様の製法(「乾燥工程有条件」)で調製した(実施例68〜71)。
ナノセルロース繊維は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を高圧ホモジナイザー(株式会社コスにじゅういち社製、型番;N2000−2C−045型)を用いて、繊維が目視できなくなるまで行って調製した。
重合度は、(実験1)に示した方法と同様の方法により測定した。また、結晶化度は、(実験6)に示した方法と同様の方法により測定した。なお、ナノセルロース繊維は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を高圧ホモジナイザー(株式会社コスにじゅういち社製、型番;N2000−2C−045型)を用いて、繊維が目視できなくなるまで行った。
Sulfamic acid / urea-treated pulp fibers and nanocellulose fibers were prepared by the same production method as (Experiment 1) (“drying step conditional”) (Examples 68 to 71).
The nanocellulose fiber was prepared by using a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber using a high-pressure homogenizer (manufactured by Kos Nijuichi Co., Ltd., model number; N2000-2C-045 type) until the fiber became invisible.
The degree of polymerization was measured by the same method as that shown in (Experiment 1). The crystallinity was measured by the same method as that shown in (Experiment 6). The nanocellulose fiber was prepared by using a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber with a high-pressure homogenizer (manufactured by Kos Nijuichi Co., Ltd., model number; N2000-2C-045 type) until the fiber became invisible.

スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のX線回折測定には、表15の解繊前の結晶化度が77.4%(実施例69)のものを供した。また、ナノセルロース繊維のX線回折測定には、表15の解繊後の結晶化度が52.0%(実施例70)のものを供した。 For the X-ray diffraction measurement of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers, those having a crystallinity of 77.4% (Example 69) before defibration in Table 15 were provided. Further, for the X-ray diffraction measurement of the nanocellulose fibers, those having a crystallinity of 52.0% (Example 70) after defibration in Table 15 were provided.

(実験7の結果)
解繊前後の重合度の測定結果は、表14に示す(実施例68〜71)。
解繊前後の結晶化度および結晶構造は、表15(実施例68〜71、BL)に示す。
X線回折結果は、図23(実施例69、実施例70)に示す。
(Result of Experiment 7)
The measurement results of the degree of polymerization before and after defibration are shown in Table 14 (Examples 68 to 71).
The crystallinity and crystal structure before and after defibration are shown in Table 15 (Examples 68 to 71, BL).
The X-ray diffraction results are shown in FIG. 23 (Example 69, Example 70).

表14の実験結果から、解繊処理により繊維の重合度が低下することが確認されたが、本製法を用いれば、解繊後のナノセルロース繊維の重合度が54%〜82%と高い割合で保持されており、それに起因してナノセルロース繊維の繊維長が一般的な水準よりも長くなっていることが予想される。
また、図23の実験結果から、解繊処理の前後において、結晶構造がI型のまま変化がないことが確認できた。また、表15の実験結果から、結晶化度は、解繊前に70%以上であったものが解繊後には42.1〜52.0%程度に減少することが確認できた。
したがって、本製法の解繊処理を用いれば、解繊の前後において結晶構造は維持されたまま、繊維の結晶化度が変化することが確認できた。
From the experimental results in Table 14, it was confirmed that the degree of polymerization of the fibers was reduced by the defibration treatment, but when this production method was used, the degree of polymerization of the nanocellulose fibers after defibration was as high as 54% to 82%. It is expected that the fiber length of the nanocellulose fibers will be longer than the general level due to this.
Further, from the experimental results of FIG. 23, it was confirmed that the crystal structure remained unchanged as type I before and after the defibration treatment. Further, from the experimental results in Table 15, it was confirmed that the crystallinity, which was 70% or more before defibration, decreased to about 42.1 to 52.0% after defibration.
Therefore, it was confirmed that when the defibration treatment of this production method was used, the crystallinity of the fibers changed before and after the defibration while maintaining the crystal structure.

<実験8>
実験8では、本製法により調製したナノセルロース繊維の全光線透過率(%)、ヘイズ値(%)と粘度およびTI値の関係性を確認した。
<Experiment 8>
In Experiment 8, the relationship between the total light transmittance (%) and haze value (%) of the nanocellulose fibers prepared by this production method and the viscosity and TI value was confirmed.

実験8では、(実験1)と同様の製法で調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ(スルファミン酸/尿素比((200g/L)/(500g/L))、硫黄導入量0.65mmol/g、保水度250%、「乾燥工程有条件」、実施例16)を固形分濃度が0.5質量%となるように調製したスラリーを(実験2)で用いた高圧ホモジナイザーに供給して得られたナノセルロース繊維の分散液の粘度をB型粘度計(英弘精機(株)製、LVDV−I Prime)を用いて測定した(実施例72〜77)。 In Experiment 8, sulfamic acid / urea-treated pulp (sulfamic acid / urea ratio ((200 g / L) / (500 g / L)) prepared by the same production method as in (Experiment 1), sulfur introduction amount 0.65 mmol / g, It was obtained by supplying a slurry prepared with a water retention degree of 250%, "conditional drying step", and Example 16) so that the solid content concentration was 0.5% by mass to the high-pressure homogenizer used in (Experiment 2). The viscosity of the dispersion of nanocellulose fibers was measured using a B-type viscometer (LVDV-I Prime, manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.) (Examples 72 to 77).

粘度測定の測定条件は、以下の通りとした。
回転数6rpm、測定温度25℃、測定時間3分、スピンドルはNo.64
The measurement conditions for viscosity measurement were as follows.
The rotation speed is 6 rpm, the measurement temperature is 25 ° C., the measurement time is 3 minutes, and the spindle is No. 64

解繊条件は以下の通りとした。
高圧ホモジナイザーによる解繊圧力は30MPa、解繊処理におけるパスの回数は、解繊回数5回(5パス)、解繊回数7回(7パス)、解繊回数9回(9パス)、解繊回数11回(11パス)、解繊回数15回(15パス)、解繊回数20回(20パス)とした。
The defibration conditions were as follows.
The defibration pressure by the high-pressure homogenizer is 30 MPa, and the number of passes in the defibration process is 5 defibration times (5 passes), 7 defibration times (7 passes), 9 defibration times (9 passes), and defibration. The number of times was 11 (11 passes), the number of defibration was 15 (15 passes), and the number of defibration was 20 (20 passes).

各パス数毎に得られたナノセルロース繊維の全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)は、(実験1)と同様の方法で測定した。
また、各パス数毎に得られたナノセルロース繊維のチキソトロピー性指数(TI値)を測定した。
TI値の算出は、上述のB型粘度計を用いて、回転数6rpmと60rpmで測定を行い、各々の粘度を下記式より算出した。

TI値=(回転数6rpmでの粘度)/(回転数60rpmでの粘度)
The total light transmittance (%) and haze value (%) of the nanocellulose fibers obtained for each number of passes were measured by the same method as in (Experiment 1).
In addition, the thixotropy index (TI value) of the obtained nanocellulose fibers was measured for each number of passes.
The TI value was calculated using the above-mentioned B-type viscometer at rotation speeds of 6 rpm and 60 rpm, and the respective viscosities were calculated by the following formulas.

TI value = (viscosity at 6 rpm) / (viscosity at 60 rpm)

また、SPMを用いて解繊後のナノセルロース繊維の繊維形態を観察した。
SPM測定は、(実験1)に示した方法と同様の方法により、各解繊回数のナノセルロース繊維の繊維形態を走査型プローブ顕微鏡を用いて測定した。
In addition, the fiber morphology of the nanocellulose fibers after defibration was observed using SPM.
In the SPM measurement, the fiber morphology of the nanocellulose fibers at each number of defibration was measured using a scanning probe microscope by the same method as the method shown in (Experiment 1).

(実験8の実験結果)
実験8の実験結果を表16に示す。
図24には、実施例37の観察写真を代表として示す。
(Experimental result of Experiment 8)
The experimental results of Experiment 8 are shown in Table 16.
FIG. 24 shows, as a representative, an observation photograph of Example 37.

表16に示すように、粘度測定の範囲は、11748〜17846mPa・sであった。また、TI値は、6〜8であった。
また、図24に示すように、解繊後のナノセルロース繊維は、繊維幅が小さくかつ繊維長がある程度の長さに維持されていることが確認できた。
この実験結果から、調製されたナノセルロース繊維は、繊維幅が細く、繊維の重合度および繊維長もある程度維持されていることが確認できた。つまり、調製されたナノセルロース繊維は、高いアスペクト比を有していることが確認できた。
また、表16に示すように、高圧ホモジナイザーによる解繊圧力を30MPaと低圧で解繊処理を行った場合であっても、ヘイズ値が22.7%以下と非常に高い透明性を有するナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
したがって、実験8の実験結果より、本製法を用いれば、繊維幅が細く、繊維長が長いナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。しかも、このような非常に高い透明性を有するナノセルロース繊維を30MPaと非常に低い解繊圧力で調製できることが確認できた。
As shown in Table 16, the range of viscosity measurement was 11748 to 17846 mPa · s. The TI value was 6 to 8.
Further, as shown in FIG. 24, it was confirmed that the nanocellulose fibers after defibration had a small fiber width and the fiber length was maintained to a certain length.
From this experimental result, it was confirmed that the prepared nanocellulose fiber had a narrow fiber width, and the degree of polymerization and the fiber length of the fiber were maintained to some extent. That is, it was confirmed that the prepared nanocellulose fiber had a high aspect ratio.
Further, as shown in Table 16, nanocellulose having a very high transparency with a haze value of 22.7% or less even when the defibration treatment is performed at a low defibration pressure of 30 MPa by a high-pressure homogenizer. It was confirmed that the fiber could be prepared.
Therefore, from the experimental results of Experiment 8, it was confirmed that nanocellulose fibers having a narrow fiber width and a long fiber length can be prepared by using this production method. Moreover, it was confirmed that such nanocellulose fibers having extremely high transparency can be prepared at a very low defibration pressure of 30 MPa.

<実験9>
実験9では、本製法により調製したナノセルロース繊維の繊維幅と透明性の関係性を確認した。
<Experiment 9>
In Experiment 9, the relationship between the fiber width and the transparency of the nanocellulose fibers prepared by this production method was confirmed.

実験9では、ナノセルロース繊維の繊維幅を20nmよりも大きくなるように調製した場合と、20nm以下となるように調製した場合における透明性への影響をヘイズ値および全光線透過率を測定することによって確認した。 In Experiment 9, the haze value and total light transmittance are measured for the effect on transparency when the fiber width of the nanocellulose fiber is adjusted to be larger than 20 nm and when it is adjusted to be 20 nm or less. Confirmed by.

ナノセルロース繊維は、繊維幅が20nm以下のものは(実験1)と同様の製法で調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(スルファミン酸/尿素比((200g/L)/(200g/L))、硫黄導入量0.97mmol/g、保水度1120%、実施例15)、「乾燥工程有条件」)を固形分濃度が0.5質量%となるように調製したスラリーを(実験2)で用いた高圧ホモジナイザー(解繊圧力60MPa)に供給して調製した(実施例78)。
ナノセルロース繊維の繊維幅が、30nm〜50nmのものはNBKPを固形分濃度が0.5質量%となるように調製したスラリーを(実験1)で用いた高圧ホモジナイザー(解繊圧力130MPaで20パス)に供給して調製した(比較例8)。
ナノセルロース繊維の繊維幅は、(実験1)と同様にSPMを用いて測定した。その際の測定は、ダイナミックモードで行った。
ヘイズ値(%)および全光線透過率(%)は、(実験1)に示した方法と同様の方法により測定した。
Nanocellulose fibers having a fiber width of 20 nm or less are sulfamic acid / urea-treated pulp fibers prepared by the same manufacturing method as in (Experiment 1) (sulfamic acid / urea ratio ((200 g / L) / (200 g / L))). , Sulfur introduction amount 0.97 mmol / g, water retention degree 1120%, Example 15), "drying step conditional") was prepared so that the solid content concentration was 0.5% by mass in (Experiment 2). It was prepared by supplying it to the high-pressure homogenizer used (defibration pressure 60 MPa) (Example 78).
For nanocellulose fibers with a fiber width of 30 nm to 50 nm, a high-pressure homogenizer (20 passes at a defibration pressure of 130 MPa) using a slurry prepared by adjusting NBKP to a solid content concentration of 0.5% by mass in (Experiment 1). ) To prepare (Comparative Example 8).
The fiber width of the nanocellulose fiber was measured using SPM in the same manner as in (Experiment 1). The measurement at that time was performed in the dynamic mode.
The haze value (%) and the total light transmittance (%) were measured by the same method as shown in (Experiment 1).

(実験9の結果)
実験9の実験結果を表17に示す(実施例78、比較例8)。
(Result of Experiment 9)
The experimental results of Experiment 9 are shown in Table 17 (Example 78, Comparative Example 8).

表17に示すように、ナノセルロース繊維の繊維幅が20nm以下(図24参照)となるように調製したもの(実施例78)はヘイズ値が1.1%と20%を大きく下回ったが、繊維幅が30nmよりも大きくなるように調製したもの(比較例8)はヘイズ値が50%以上であった。つまり、ナノセルロース繊維の透明性には、繊維幅が大きく寄与しており、繊維幅が約30nmを境にヘイズ値(つまり透明性)が大きく変動することが確認できた。
ここで、木材パルプは一般的に約3nmのセルロースミクロフィブリルが束となり組織を形成している。このセルロースミクロフィブリル同士は水素結合で強固に結びついているために、機械処理だけでは、セルロースミクロフィブリル単位にまで解繊することはできない。そこで、木材パルプのミクロフィブリル単位での解繊には、セルロースミクロフィブリル表面にまで官能基を導入し、電荷的な反発力を用いる必要がある。とくにセルロースミクロフィブリルのC6位の水酸基は、立体的に飛び出すように配置されている(図21参照)。
したがって、本製法を用いれば、この立体的に飛び出すように配置されたC6位の水酸基に対してスルホ基を選択的に導入することができるので、解繊しやすいパルプ繊維を製造することができたものと考える。そして、本製法を用いて、このパルプ繊維を解繊することにより、電荷的な反発により高い分散性と高い透明性を有するナノセルロース繊維を調製することができたものと考える。
As shown in Table 17, the haze value of the nanocellulose fibers prepared so as to be 20 nm or less (see FIG. 24) (Example 78) was 1.1%, which was significantly lower than 20%. The haze value of the one prepared so that the fiber width was larger than 30 nm (Comparative Example 8) was 50% or more. That is, it was confirmed that the fiber width greatly contributes to the transparency of the nanocellulose fiber, and the haze value (that is, transparency) fluctuates greatly when the fiber width is about 30 nm.
Here, in wood pulp, cellulose microfibrils having a diameter of about 3 nm are generally bundled to form a structure. Since the cellulose microfibrils are firmly bonded to each other by hydrogen bonds, it is not possible to defibrate the cellulose microfibrils by mechanical treatment alone. Therefore, in order to defibrate wood pulp in microfibril units, it is necessary to introduce a functional group even on the surface of cellulose microfibrils and use a chargeable repulsive force. In particular, the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose microfibrils is arranged so as to protrude three-dimensionally (see FIG. 21).
Therefore, by using this production method, a sulfo group can be selectively introduced into the hydroxyl group at the C6 position arranged so as to protrude three-dimensionally, so that a pulp fiber that is easily defibrated can be produced. I think it was. Then, it is considered that by defibrating the pulp fibers using this production method, nanocellulose fibers having high dispersibility and high transparency could be prepared by charge repulsion.

<実験10>
実験10では、加熱反応における加熱方法の影響について確認した。
<Experiment 10>
In Experiment 10, the influence of the heating method on the heating reaction was confirmed.

実験10では、加熱反応としてアズワン(株)製 熱プレス機(型番:AH−2003C)を用いたホットプレス法を用いた以外は、(実験1)と同様の方法によりスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した(実施例79)。
ナノセルロース繊維は、(実験1)と同様の方法により調製した(比較例9)。
調製されたナノセルロース繊維のヘイズ値(%)および全光線透過率(%)は、(実験1)に示した方法と同様の方法により測定した。
In Experiment 10, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers were prepared by the same method as in (Experiment 1) except that the hot press method using a heat press machine (model number: AH-2003C) manufactured by AS ONE Corporation was used as the heating reaction. Was prepared (Example 79).
The nanocellulose fiber was prepared by the same method as in (Experiment 1) (Comparative Example 9).
The haze value (%) and total light transmittance (%) of the prepared nanocellulose fibers were measured by the same method as shown in (Experiment 1).

ホットプレス法の条件は以下のとおりとした。
坪量15g/mのNBKPシート20gに(実験1)と同様の方法で調製した反応液(スルファミン酸/尿素比((200g/L)/(200g/L)))を100ml均一に噴霧し、50℃で乾燥させる(「乾燥工程有条件」)。その後、120℃に熱したホットプレス機で挟み込み、5分間加熱反応を進行させる。加熱反応後は(実験1)と同様に中和、洗浄後、解繊処理を行った。
解繊処理は、まず、高圧ホモジナイザー(株式会社コスにじゅういち社製、型番;N2000−2C−045型)を用いて予備解繊を行った。予備解繊は、解繊圧力10MPaで解繊回数2回、50MPaで解繊回数1回で処理した。そして、この予備解繊を行ったスラリーを高圧ホモジナイザーに供してナノセルロース繊維を調製した。このときの解繊圧力は、(実験1)の約半分の60MPaとした。
The conditions of the hot press method are as follows.
100 ml of the reaction solution (sulfamic acid / urea ratio ((200 g / L) / (200 g / L))) prepared in the same manner as in (Experiment 1) was uniformly sprayed onto 20 g of an NBKP sheet having a basis weight of 15 g / m 2. , 50 ° C. (“drying step conditional”). Then, it is sandwiched between hot presses heated to 120 ° C. and the heating reaction is allowed to proceed for 5 minutes. After the heating reaction, neutralization, washing, and defibration treatment were performed in the same manner as in (Experiment 1).
In the defibration treatment, first, preliminary defibration was performed using a high-pressure homogenizer (manufactured by Kos Nijuichi Co., Ltd., model number; N2000-2C-045 type). The preliminary defibration was performed at a defibration pressure of 10 MPa with two defibration cycles and at 50 MPa with one defibration frequency. Then, the slurry obtained by performing this preliminary defibration was subjected to a high-pressure homogenizer to prepare nanocellulose fibers. The defibration pressure at this time was set to 60 MPa, which is about half that of (Experiment 1).

(実験10の結果)
実験10の実験結果を表18に示す(実施例79、比較例9)。
(Result of Experiment 10)
The experimental results of Experiment 10 are shown in Table 18 (Example 79, Comparative Example 9).

表18に示すように、本製法の加熱反応においてホットプレス法を用いれば、加熱時間が5分であっても適切に解繊することができることが確認できた。しかも、調製したナノセルロース繊維は、優れた透明性を有することが確認できた。 As shown in Table 18, it was confirmed that if the hot press method is used in the heating reaction of this production method, defibration can be appropriately performed even if the heating time is 5 minutes. Moreover, it was confirmed that the prepared nanocellulose fiber had excellent transparency.

<実験11>
実験11では、本製法における化学処理工程を一回のみ行なった場合によるスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維およびナノセルロース繊維への最大硫黄導入量について確認した。
<Experiment 11>
In Experiment 11, the maximum amount of sulfur introduced into the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber and the nanocellulose fiber when the chemical treatment step in this production method was performed only once was confirmed.

(実験1)と同様の方法で調製した反応液(スルファミン酸/尿素比((200g/L)/(200g/L)))700gに対してパルプ20g(乾燥重量)を加えた。つまり、パルプ1g(乾燥重量)に対して反応液が固形分として10g担持するように調製した。この調製したパルプ(パルプ1g(乾燥重量)に対して反応溶液10g(固形分として))を恒温槽の温度を50℃に設定した(実験1)と同様の乾燥機を用いて乾燥させた(「乾燥工程有条件」)。
その後、乾燥させたパルプを、(実験1)と同様に恒温槽の温度を160℃に設定した乾燥機に入れて、60分間加熱反応を行った。
加熱反応後、乾燥機から取り出したパルプを、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に投入し10分間撹拌した後、中性になるまで純水で洗浄して、スルファミン酸/尿素処理パルプを調製した。
ついで、このスルファミン酸/尿素処理パルプを、固形分濃度が0.5質量%となるように調整したスラリーを(実験2)と同様の高圧ホモジナイザーを用いて解繊処理を行いナノセルロース繊維を調製した(実施例80)。
20 g (dry weight) of pulp was added to 700 g of the reaction solution (sulfamic acid / urea ratio ((200 g / L) / (200 g / L))) prepared in the same manner as in (Experiment 1). That is, it was prepared so that 10 g of the reaction solution was supported as a solid content with respect to 1 g (dry weight) of pulp. The prepared pulp (10 g of the reaction solution (as a solid content) with respect to 1 g of pulp (dry weight)) was dried using the same dryer as in (Experiment 1) in which the temperature of the constant temperature bath was set to 50 ° C. "Drying process conditional").
Then, the dried pulp was placed in a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 160 ° C. in the same manner as in (Experiment 1), and a heating reaction was carried out for 60 minutes.
After the heating reaction, the pulp taken out from the dryer was put into a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, stirred for 10 minutes, and then washed with pure water until it became neutral to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp.
Next, the sulfamic acid / urea-treated pulp was defibrated using the same high-pressure homogenizer as in (Experiment 2) with a slurry prepared so that the solid content concentration was 0.5% by mass to prepare nanocellulose fibers. (Example 80).

化学処理後のパルプに含まれる硫黄分は、(実験1)と同様の方法で測定した。
ヘイズ値の測定および全光線透過率の測定は、(実験1)と同様の方法で測定した。
The sulfur content in the pulp after the chemical treatment was measured by the same method as in (Experiment 1).
The haze value and the total light transmittance were measured by the same method as in (Experiment 1).

(実験11の結果)
実験11の実験結果を表19に示す(実施例80)。
(Result of Experiment 11)
The experimental results of Experiment 11 are shown in Table 19 (Example 80).

表19に示すように、本製法を用いれば、パルプ1gに対して反応液(固形分)を10倍量担持させた場合には、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維に対して1.7mmol/gの硫黄を導入できることが確認できた。
実験11の結果から、本製法を用いれば、反応液(固形分)の担持量、反応温度および反応時間を制御することにより、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量を制御できることが可能であることが確認できた。
また、表19に示すように、調製されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を解繊して得られたナノセルロース繊維は、高い透明性を有することが確認できた。
As shown in Table 19, when this production method is used, when a reaction solution (solid content) is supported in an amount of 10 times that of 1 g of pulp, 1.7 mmol / g is applied to the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber. It was confirmed that sulfur can be introduced.
From the results of Experiment 11, it is possible to control the amount of sulfur introduced into the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber by controlling the amount of the reaction solution (solid content) supported, the reaction temperature, and the reaction time by using this production method. I was able to confirm that there was.
Further, as shown in Table 19, it was confirmed that the nanocellulose fibers obtained by defibrating the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp fibers had high transparency.

<実験12>
実験12では、反応液にパルプを加えた状態で加熱を行った場合について確認した(比較例10)。
<Experiment 12>
In Experiment 12, it was confirmed that heating was performed with pulp added to the reaction solution (Comparative Example 10).

実験12では、(実験1)と同様の方法で調製した反応液(スルファミン酸/尿素比((200g/L)/(200g/L)))100mlに対してパルプ2g(乾燥重量)を加えて、パルプの固形分濃度が2質量%となるスラリー100mLを調製した。
このスラリーをオートクレーブ((株)トミー精工製、型番BS−235)を用いて120℃で2時間加熱した。
In Experiment 12, 2 g (dry weight) of pulp was added to 100 ml of the reaction solution (sulfamic acid / urea ratio ((200 g / L) / (200 g / L))) prepared in the same manner as in (Experiment 1). , 100 mL of a slurry having a solid content concentration of 2% by mass of pulp was prepared.
This slurry was heated at 120 ° C. for 2 hours using an autoclave (manufactured by Tomy Seiko Co., Ltd., model number BS-235).

(実験12の結果)
オートクレーブから取り出したスラリー中のパルプは、目視において灰色化していたことから、白色度および保水度も非常に低いものであると推定された。
(Result of Experiment 12)
Since the pulp in the slurry taken out from the autoclave was visually grayed, it was presumed that the whiteness and water retention were very low.

<実験13>
実験13では、スルホン化パルプを構成するセルロース繊維の水酸基のうち、スルホ基の導入場所が解繊性に与える影響について確認した。
<Experiment 13>
In Experiment 13, among the hydroxyl groups of the cellulose fibers constituting the sulfonated pulp, the effect of the introduction site of the sulfo group on the fibrillation property was confirmed.

ナノセルロース繊維の透明度および粘度は、それぞれ(実験1)および(実験8)と同様の方法により測定した。 The transparency and viscosity of the nanocellulose fibers were measured by the same methods as in (Experiment 1) and (Experiment 8), respectively.

実験13では、比較例11〜13として、セルロース繊維のC2―C3位へスルホ基を導入したナノセルロース繊維を従来の方法に基づいて調製した。 In Experiment 13, as Comparative Examples 11 to 13, nanocellulose fibers in which a sulfo group was introduced into the C2-C3 position of the cellulose fibers were prepared based on a conventional method.

比較例11は、濃度が既知である過ヨウ素酸ナトリウム水溶液に固形分濃度20%の丸住製紙製NBKP(パルプ)を固形分質量5g入れ、終濃度として38mMの過ヨウ素酸、パルプ固形分濃度2%となるように調製したものを55℃に設定したウォーターバスにて3時間加温した。その後、大量の純水で洗浄し、濾過脱水を行った。次いで、濃度が既知である二亜硫酸ナトリウム水溶液に、過ヨウ素酸ナトリウム処理パルプを固形分濃度が2%となるように添加し(このときの二亜硫酸ナトリウムは28mMとなるようにした)、室温にて72時間放置した。反応後大量の純水にて洗浄し、実験に供した。解繊処理は高圧ホモジナイザー(吉田機械工業社製、型番NV30−FA)を用いて行った。解繊条件は、パルプの固形分濃度を0.5%にし、60MPaで4回処理した。 In Comparative Example 11, a solid content of 5 g of NBKP (pulp) manufactured by Marusumi Paper Co., Ltd. having a solid content concentration of 20% was added to an aqueous sodium periodate solution having a known concentration, and the final concentration was 38 mM of periodic acid and pulp solid content. The product prepared to have a concentration of 2% was heated in a water bath set at 55 ° C. for 3 hours. Then, it was washed with a large amount of pure water and filtered and dehydrated. Next, sodium periodate-treated pulp was added to an aqueous solution of sodium disulfite having a known concentration so that the solid content concentration was 2% (sodium disulfite at this time was adjusted to 28 mM), and the temperature was brought to room temperature. And left for 72 hours. After the reaction, it was washed with a large amount of pure water and used for the experiment. The defibration treatment was performed using a high-pressure homogenizer (manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., model number NV30-FA). As for the defibration conditions, the solid content concentration of the pulp was set to 0.5%, and the pulp was treated 4 times at 60 MPa.

比較例12は、過ヨウ素酸および二亜硫酸ナトリウム水溶液の濃度を1.5倍の57mMにし、二亜硫酸ナトリウム水溶液での反応時間を50時間にした以外、比較例11と同様に行った。 Comparative Example 12 was carried out in the same manner as in Comparative Example 11 except that the concentrations of the periodic acid and the sodium disulfite aqueous solution were increased 1.5 times to 57 mM, and the reaction time in the sodium disulfite aqueous solution was set to 50 hours.

比較例13は、過ヨウ素酸および二亜硫酸ナトリウム水溶液の濃度を3.0倍にした以外、比較例11と同様に行った。 Comparative Example 13 was carried out in the same manner as in Comparative Example 11 except that the concentrations of the periodic acid and the aqueous sodium sulfite solution were increased 3.0 times.

実施例81では、(実験1)と同様に、スルファミン酸/尿素処理パルプを以下の条件で調製した。
反応液:スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/200
パルプと反応液を接触させたものを50℃で乾燥した(「乾燥工程有条件」)。その後、120℃、25分の条件下で加熱反応を行った。加熱反応後、反応させたパルプを中性になるまでよく洗浄して、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した。調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を固形分濃度0.5%に調整し、高圧ホモジナイザー(吉田機械工業社製、型番NV30−FA)を用いて解繊処理を行いナノセルロース繊維を調製した。
解繊圧力およびパス数は表20に示すとおり、最初の2パスを10MPa、次の1パスを50MPa、最後の1パスを60MPa、の合計で4パスで調製した。
In Example 81, sulfamic acid / urea-treated pulp was prepared under the following conditions in the same manner as in (Experiment 1).
Reaction solution: Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/200
The pulp and the reaction solution were brought into contact with each other and dried at 50 ° C. (“drying step conditional”). Then, the heating reaction was carried out under the conditions of 120 ° C. and 25 minutes. After the heating reaction, the reacted pulp was thoroughly washed until it became neutral to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber. The prepared sulfamic acid / urea-treated pulp fibers were adjusted to a solid content concentration of 0.5%, and defibrated using a high-pressure homogenizer (manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., model number NV30-FA) to prepare nanocellulose fibers.
As shown in Table 20, the defibration pressure and the number of passes were prepared as 4 passes in total, that is, the first 2 passes were 10 MPa, the next 1 pass was 50 MPa, and the last 1 pass was 60 MPa.

(実験13の結果)
表20に、スルホ基の導入位置による解繊性への影響を示す(実施例81、比較例11〜13)。
(Result of Experiment 13)
Table 20 shows the effect of the introduction position of the sulfo group on the defibration property (Example 81, Comparative Examples 11 to 13).

表20は、C6位にスルホ基が導入されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(実施例81)とC2-C3位にスルホ基が導入されたパルプ(比較例11〜13)の解繊性への影響を示す。
C2-C3位にスルホ基が導入されたパルプでは、スルホ基導入量が多くなるにつれ(0.3→1.0→1.7mmol/g)、得られるナノセルロース繊維の透明性も高くなる傾向が見られた。一方、C6位にスルホ基が導入されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(実施例81)は、1.0mmol/gで、透明なナノセルロース繊維が得られた。
スルホ基の導入量が同量の実施例81と比較例12を比較すると、実施例81では、スルホ基がC6位に導入されたものでは全光線透過率96%以上、ヘイズ20%以下のナノセルロース繊維が得られたのに対して、スルホ基がC2―C3位に導入された比較例12では解繊後のヘイズ値が20%以上であり透明性は低かった。
これらの結果から、スルホン化パルプを構成するセルロース繊維の水酸基のうちC6位がスルホン化されたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維では、C2―C3位がスルホン化されたものと比べて、透明性が高く、解繊性が優れているといえる。
Table 20 shows the defibability of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers having a sulfo group introduced at the C6 position (Example 81) and pulp having a sulfo group introduced at the C2-C3 position (Comparative Examples 11 to 13). Shows the effect of.
In pulp in which a sulfo group is introduced at the C2-C3 position, the transparency of the obtained nanocellulose fiber tends to increase as the amount of the sulfo group introduced increases (0.3 → 1.0 → 1.7 mmol / g). It was observed. On the other hand, the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (Example 81) in which the sulfo group was introduced at the C6 position was 1.0 mmol / g, and a transparent nanocellulose fiber was obtained.
Comparing Example 81 with the same amount of sulfo group introduced and Comparative Example 12, in Example 81, the nano having a total light transmittance of 96% or more and a haze of 20% or less when the sulfo group was introduced at the C6 position. While cellulose fibers were obtained, in Comparative Example 12 in which the sulfo group was introduced at the C2-C3 position, the haze value after defibration was 20% or more, and the transparency was low.
From these results, the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber in which the C6 position of the hydroxyl groups of the cellulose fibers constituting the sulfonated pulp was sulfonated was more transparent than the one in which the C2-C3 position was sulfonated. It can be said that it is high and has excellent defibrillation properties.

<実験14>
実験14では、種々の製法により得られたナノセルロース繊維の特徴から、スルホン化工程および解繊処理工程が、ナノセルロース繊維の繊維形状および粘度に与える影響について確認した。
<Experiment 14>
In Experiment 14, the effects of the sulfonation step and the defibration treatment step on the fiber shape and viscosity of the nanocellulose fibers were confirmed from the characteristics of the nanocellulose fibers obtained by various production methods.

ナノセルロース繊維の重合度および結晶化度の測定は、それぞれ(実験1)および(実験6)と同様により行った。 The degree of polymerization and the degree of crystallinity of the nanocellulose fibers were measured in the same manner as in (Experiment 1) and (Experiment 6), respectively.

実験では、(実験1)と同様に以下の条件でスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した。
反応液(実施例82用):スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/50、反応液(実施例83用):スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/100、反応液(実施例84用):スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/200、反応液(実施例85用):スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/500
パルプと反応液を接触させたものを(実験13)と同様の条件下(「乾燥工程有条件」)で加熱反応を行った後、洗浄して、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を調製した。調製したスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維を(実験13)と同様に高圧ホモジナイザーを用いてナノセルロース繊維を調製した。
重合度の測定サンプルは高圧ホモジナイザー(GEAニロソアビ社製、型番;Panda Plus 200)を使用し、120〜140MPaで3パス解繊した。
結晶化度の測定サンプルは高圧ホモジナイザー(株式会社コスにじゅういち社製、型番;N2000−2C−045型)を使用し、10MPaで2回、50MPaで1回解繊後、60MPaで繊維が見えなくなるまで解繊した。
In the experiment, sulfamic acid / urea-treated pulp fibers were prepared under the following conditions in the same manner as in (Experiment 1).
Reaction solution (for Example 82): Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/50, Reaction solution (for Example 83): Sulfamic acid / urea ratio ((g / g /) L) / (g / L)) = 200/100, reaction solution (for Example 84): sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/200, reaction solution (implementation) For Example 85): Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/500
The pulp and the reaction solution were brought into contact with each other and subjected to a heating reaction under the same conditions as in (Experiment 13) (“drying step condition”) and then washed to prepare a sulfamic acid / urea-treated pulp fiber. Nanocellulose fibers were prepared from the prepared sulfamic acid / urea-treated pulp fibers using a high-pressure homogenizer in the same manner as in (Experiment 13).
A high-pressure homogenizer (manufactured by GEA Nirosoabi Co., Ltd., model number; Panda Plus 200) was used as a sample for measuring the degree of polymerization, and defibration was performed at 120 to 140 MPa for 3 passes.
A high-pressure homogenizer (manufactured by Kos Nijuichi Co., Ltd., model number; N2000-2C-045 type) was used as a sample for measuring the degree of crystallinity, and after defibrating twice at 10 MPa and once at 50 MPa, until the fibers disappeared at 60 MPa. Defibered.

比較例として、(実験13)の比較例11、13と同様の製法で比較例14、15を調製した。比較例16は、以下の製法で調製した。
比較例14〜16のナノセルロース繊維の重合度および結晶化度は、実施例と同様に測定した。
As a comparative example, Comparative Examples 14 and 15 were prepared by the same manufacturing method as in Comparative Examples 11 and 13 of (Experiment 13). Comparative Example 16 was prepared by the following production method.
The degree of polymerization and crystallinity of the nanocellulose fibers of Comparative Examples 14 to 16 were measured in the same manner as in Examples.

比較例16は、導入場所不明なサンプルとして、以下の手法でスルホン化パルプおよびナノセルロース繊維を調製した。この手法は国際公開第2018/202955号を参考に行った。
硫酸9g(96%)、尿素11g(99%)を純水5gに溶かし、スルホン化溶液を調製した。この溶液23gを、含水率10%のNBKP10gに含浸させた。NBKPは丸住製紙製のNBKPシート(含水率50%)を105℃に熱した乾燥機にて乾燥後、大気中に静置させたものを用いた。スルホン化溶液を含浸させたパルプを室温にて一晩静置させ、150℃の乾燥機にて15分加熱し、スルホン化を行った。スルホン化処理後、炭酸水素ナトリウムで中和し、大量の純水で洗浄し実験に供した。解繊処理は高圧ホモジナイザー(吉田機械工業社製、型番NV30−FA)を用いて行った。解繊条件は、パルプの固形分濃度を0.5%にし、50MPaで3回処理した。
重合度および結晶化度の測定は実施例と同様の方法により行った。
In Comparative Example 16, sulfonated pulp and nanocellulose fibers were prepared as a sample whose introduction location was unknown by the following method. This method was carried out with reference to International Publication No. 2018/20295.
9 g (96%) of sulfuric acid and 11 g (99%) of urea were dissolved in 5 g of pure water to prepare a sulfonated solution. 23 g of this solution was impregnated with 10 g of NBKP having a water content of 10%. As NBKP, an NBKP sheet (moisture content of 50%) manufactured by Marusumi Paper Co., Ltd. was dried in a dryer heated to 105 ° C. and then allowed to stand in the air. The pulp impregnated with the sulfonated solution was allowed to stand overnight at room temperature and heated in a dryer at 150 ° C. for 15 minutes for sulfonation. After the sulfonate treatment, it was neutralized with sodium hydrogen carbonate, washed with a large amount of pure water, and used for the experiment. The defibration treatment was performed using a high-pressure homogenizer (manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., model number NV30-FA). Under the defibration conditions, the solid content concentration of the pulp was set to 0.5%, and the pulp was treated three times at 50 MPa.
The degree of polymerization and the degree of crystallinity were measured by the same method as in the examples.

(実験14の結果)
表21には、スルホン化の前後および解繊処理の前後における、パルプ(スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維)とナノセルロース繊維の重合度および結晶化度を示す。
(Result of Experiment 14)
Table 21 shows the degree of polymerization and crystallinity of pulp (sulfamic acid / urea-treated pulp fiber) and nanocellulose fiber before and after sulfonated and before and after defibration treatment.

一般的にナノセルロース繊維の粘度は、繊維長や結晶化度等の繊維形状に影響されると言われている。そこで、繊維形状におけるパラメーターを適正な値とすることにより、所望の粘度を発現させることが可能という知見に基づいて、ナノセルロース繊維の繊維長と剛直性と分散液の高粘度化との関係性を確認した。つまり、分散液の高粘度化を発揮させるナノセルロース繊維に関して、繊維長を重合度の観点から、繊維の剛直性を結晶化度の観点から求めた。 It is generally said that the viscosity of nanocellulose fibers is affected by the fiber shape such as fiber length and crystallinity. Therefore, based on the finding that it is possible to develop the desired viscosity by setting the parameters in the fiber shape to appropriate values, the relationship between the fiber length and rigidity of the nanocellulose fiber and the increase in the viscosity of the dispersion liquid. It was confirmed. That is, with respect to the nanocellulose fibers that exhibit high viscosity of the dispersion, the fiber length was determined from the viewpoint of the degree of polymerization, and the rigidity of the fibers was determined from the viewpoint of the degree of crystallinity.

上記関係を表21の結果を図25に基づいて説明する。
まず、スルホン化パルプについて説明する。
比較例では、同一製法である比較例14および15において、スルホン化前後で重合度、結晶化度が共に大きく減少した。また、別の手法により調製した比較例16でも同様に大きく減少した。
一方で、本発明による製法で得られた実施例82〜85では、スルホン化前後における重合度および結晶化度において大きな減少は確認されなかった。実施例82〜85では、スルホン化の前後の重合度において、反応後の重合度の維持率(重合度維持率)がいずれも50%以上であった。つまり実施例82〜85では、スルホン化の前後において、反応前後の重合度の比である重合度比(反応後の重合度/反応前の重合度)が50%以上であった。このスルホン化パルプの重合度比は、スルホン化パルプにおける反応後の重合度の維持率である重合度維持率と同義であり、実施形態におけるスルホン化パルプ繊維の重合度比に相当する。
また、実施例82〜85では、スルホン化の前後の結晶化度において、反応後の結晶化度の維持率(結晶化度維持率)がいずれも80%以上であった。つまり実施例82〜85では、スルホン化の前後において、反応前後の結晶化度の比である結晶化度比(反応後の結晶化度/反応前の結晶化度)が80%以上であった。このスルホン化パルプの結晶化度比は、スルホン化パルプにおける反応後の結晶化度の維持率である結晶化度維持率と同義であり、実施形態におけるスルホン化パルプ繊維の結晶化度比に相当する。
The above relationship will be described with reference to the results in Table 21.
First, the sulfonated pulp will be described.
In Comparative Examples, in Comparative Examples 14 and 15 which are the same production method, both the degree of polymerization and the degree of crystallinity were significantly reduced before and after sulfonation. Further, in Comparative Example 16 prepared by another method, the decrease was also large.
On the other hand, in Examples 82 to 85 obtained by the production method according to the present invention, no significant decrease was confirmed in the degree of polymerization and the degree of crystallinity before and after sulfonation. In Examples 82 to 85, the degree of polymerization maintenance rate after the reaction (degree of polymerization maintenance rate) was 50% or more in the degree of polymerization before and after sulfonation. That is, in Examples 82 to 85, the degree of polymerization ratio (degree of polymerization after reaction / degree of polymerization before reaction), which is the ratio of the degree of polymerization before and after the reaction, was 50% or more before and after sulfonation. The degree of polymerization ratio of this sulfonated pulp is synonymous with the degree of polymerization maintenance rate, which is the maintenance rate of the degree of polymerization after the reaction in the sulfonated pulp, and corresponds to the degree of polymerization ratio of the sulfonated pulp fibers in the embodiment.
Further, in Examples 82 to 85, the crystallinity maintenance rate after the reaction (crystallinity maintenance rate) was 80% or more in the crystallinity before and after the sulfonate. That is, in Examples 82 to 85, the crystallinity ratio (crystallinity after reaction / crystallinity before reaction), which is the ratio of crystallinity before and after the reaction, was 80% or more before and after sulfonation. .. The crystallinity ratio of this sulfonated pulp is synonymous with the crystallinity maintenance rate, which is the maintenance rate of the crystallinity after the reaction in the sulfonated pulp, and corresponds to the crystallinity ratio of the sulfonated pulp fibers in the embodiment. To do.

つぎに、ナノセルロース繊維について説明する。
比較例では、同一製法である比較例14および15において、解繊前後で重合度、結晶化度の大きな減少は確認されなかった。また、別の手法により調製した比較例16でも同様に大きな減少は確認されなかった。
一方、本発明による製法で得られた実施例82〜85では、スルホン化パルプの解繊前後における重合度、結晶化度が共に大きく減少した。なお、実験における解繊とは、解繊処理または微細化処理と同義であり、いずれの表記も同じことを意味する。また、解繊を解繊処理、微細化処理と表記する場合がある。
実施例82〜85では、解繊の前後の重合において、解繊後のナノセルロース繊維の重合度の維持率(重合度維持率)が、解繊前のスルホン化パルプの重合度に対していずれも85%以下であった。つまり実施例82〜85では、解繊処理(微細化処理)の前後において、解繊の前後の重合度の比である重合度比(微細化処理後の重合度/微細化処理前の重合度)が85%以下であった。このナノセルロース繊維の重合度比は、ナノセルロース繊維における解繊後の重合度の維持率である重合度維持率と同義であり、実施形態におけるスルホン化微細セルロース繊維の重合度比に相当する。
また、実施例82〜85では、解繊の前後の結晶化度において、解繊後のナノセルロース繊維の結晶化度の維持率(結晶化度維持率)が、解繊前のスルホン化パルプの結晶化度に対していずれも75%以下であった。つまり実施例82〜85では、解繊処理(微細化処理)の前後において、解繊の前後の結晶化度の比である結晶化度比(微細化処理後の結晶化度/微細化処理前の結晶化度)が75%以下であった。このナノセルロース繊維の結晶化度比は、ナノセルロース繊維における解繊後の結晶化度の維持率である結晶化度維持率と同義であり、実施形態におけるスルホン化微細セルロース繊維の結晶化度比に相当する。
Next, the nanocellulose fiber will be described.
In Comparative Examples, in Comparative Examples 14 and 15 which are the same production method, no significant decrease in the degree of polymerization and crystallinity was confirmed before and after defibration. In addition, no significant decrease was confirmed in Comparative Example 16 prepared by another method.
On the other hand, in Examples 82 to 85 obtained by the production method according to the present invention, both the degree of polymerization and the degree of crystallinity of the sulfonated pulp before and after defibration were significantly reduced. In addition, defibration in the experiment is synonymous with defibration treatment or miniaturization treatment, and both notations mean the same. In addition, defibration may be referred to as defibration treatment or miniaturization treatment.
In Examples 82 to 85, in the polymerization before and after defibration, the degree of polymerization maintenance rate (polymerization degree maintenance rate) of the nanocellulose fibers after defibration is eventually higher than the degree of polymerization of the sulfonated pulp before defibration. Was less than 85%. That is, in Examples 82 to 85, the degree of polymerization ratio (the degree of polymerization after the pulverization treatment / the degree of polymerization before the pulverization treatment), which is the ratio of the degree of polymerization before and after the defibration treatment before and after the defibration treatment (miniaturization treatment). ) Was 85% or less. The degree of polymerization ratio of the nanocellulose fibers is synonymous with the degree of polymerization maintenance rate, which is the maintenance rate of the degree of polymerization of the nanocellulose fibers after defibration, and corresponds to the degree of polymerization ratio of the sulfonated fine cellulose fibers in the embodiment.
Further, in Examples 82 to 85, in the crystallinity before and after defibration, the maintenance rate of the crystallinity of the nanocellulose fibers after defibration (crystallinity maintenance rate) is the same as that of the sulfonated pulp before defibration. All were 75% or less with respect to the crystallinity. That is, in Examples 82 to 85, the crystallinity ratio (crystallinity after the defibration treatment / before the pulverization treatment), which is the ratio of the crystallinity before and after the defibration treatment (miniaturization treatment) before and after the defibration treatment (miniaturization treatment). Crystallinity) was 75% or less. The crystallinity ratio of the nanocellulose fibers is synonymous with the crystallinity maintenance rate, which is the maintenance rate of the crystallinity of the nanocellulose fibers after defibration, and the crystallinity ratio of the sulfonated fine cellulose fibers in the embodiment. Corresponds to.

また、(実験13)の表20に示すように、比較例12、13のナノセルロース繊維はある程度の透明性を有するものの、粘度は1000mPa・s以下であり、高粘度とは言えなかった。一方、本発明の製法で得られた実施例81では、分散液が、高い透明性を発揮し、粘度においても10,000mPa・s〜20,000mPa・sと高粘度化することが確認できた。 Further, as shown in Table 20 of (Experiment 13), although the nanocellulose fibers of Comparative Examples 12 and 13 had some transparency, the viscosity was 1000 mPa · s or less, and it could not be said that the viscosity was high. On the other hand, in Example 81 obtained by the production method of the present invention, it was confirmed that the dispersion liquid exhibited high transparency and had a high viscosity of 10,000 mPa · s to 20,000 mPa · s. ..

また、本実験(実験14)および先の実験(実験13)の結果から、各工程(スルホン化工程と解繊処理工程)における反応前後および解繊前後の重合度と結晶化度の減少率が、得られるナノセルロース繊維の粘度に影響を与えることが確認できた。かかる現象は、スルホ基の導入場所とも良い相関が得られた。
表21に示すように、C6位が重点的にスルホン化された実施例82〜85と、C2―C3位がスルホン化された比較例14〜16を比較すると、どちらも最終的に得られるナノセルロース繊維の重合度および結晶化度は原料パルプ(スルホン化前のパルプ)と比べて大きく低下していた。
しかしながら、各工程での変化を見ると、実施例82〜85のC6位へのスルホン化反応前後では、反応後のスルホン化パルプの重合度および結晶化度が、スルホン化前の原料パルプの重合度および結晶化度と比べてあまり変化していなかった。これに対して、比較例14〜16のC2-C3位へのスルホン化反応前後では、反応後のスルホン化パルプの重合度および結晶化度が、スルホン化前の原料パルプの重合度および結晶化度と比べて共に大きく減少していた。
また、解繊処理の前後で見ると、C6位にスルホ基が導入された実施例82〜85の解繊前後では、解繊後のナノセルロース繊維の重合度および結晶化度が、解繊前のスルホン化パルプの重合度および結晶化度と比べて共に大きく減少してた。これに対して、C2-C3位にスルホ基が導入された比較例14〜16の解繊前後では、解繊後のナノセルロース繊維の重合度および結晶化度が、解繊前のスルホン化パルプの重合度および結晶化度と比べてあまり変化していなかった。
In addition, from the results of this experiment (Experiment 14) and the previous experiment (Experiment 13), the reduction rates of the degree of polymerization and crystallinity before and after the reaction and before and after the defibration in each step (cellulose step and defibration treatment step) It was confirmed that it affects the viscosity of the obtained nanocellulose fiber. Such a phenomenon was well correlated with the place where the sulfo group was introduced.
As shown in Table 21, when Examples 82 to 85 in which the C6 position is intensively sulfonated and Comparative Examples 14 to 16 in which the C2-C3 position is sulfonated are compared, both of them are finally obtained nanos. The degree of polymerization and crystallinity of the cellulose fibers were significantly lower than those of the raw material pulp (pulp before sulfonation).
However, looking at the changes in each step, before and after the sulfonation reaction to the C6 position in Examples 82 to 85, the degree of polymerization and crystallinity of the sulfonated pulp after the reaction were higher than that of the raw material pulp before sulfonation. It did not change much compared to the degree and crystallinity. On the other hand, before and after the sulfonation reaction to the C2-C3 position of Comparative Examples 14 to 16, the degree of polymerization and crystallinity of the sulfonated pulp after the reaction were the degree of polymerization and crystallinity of the raw material pulp before sulfonation. Both were significantly reduced compared to the degree.
Further, when viewed before and after the defibration treatment, before and after the defibration of Examples 82 to 85 in which the sulfo group was introduced at the C6 position, the degree of polymerization and crystallinity of the nanocellulose fibers after defibration were before defibration. Both the degree of polymerization and the degree of crystallinity of the sulfonated pulp were significantly reduced. On the other hand, before and after defibration of Comparative Examples 14 to 16 in which the sulfo group was introduced at the C2-C3 position, the degree of polymerization and crystallinity of the nanocellulose fibers after defibration were different from those of the sulfonated pulp before defibration. There was not much change compared to the degree of polymerization and crystallinity of.

これらのことは、スルホン化されたナノセルロース繊維における重合度と結晶化度は、最終的に得られる数値が同じであったとしても、スルホ基の導入場所(C6位、C2−C3位)により、各工程(原料パルプ→スルホン化パルプ(スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維)→ナノセルロース繊維)における前後の値の変化の大きさが異なることがわかる。つまり、各工程(スルホン化、解繊処理)における繊維形状に対する影響が、スルホ基の導入場所により異なることが原因であると推察される。そして、これらの結果、得られたナノセルロース繊維が分散した分散液においても、粘度に違いが生じたものと推察された。
まとめると、(実験13)および(実験14)の結果から、スルホ基のC2―C3位への反応はナノセルロース繊維の低粘度化という効果を示すのに対して、スルホ基のC6位への反応はナノセルロース繊維の高粘度化という効果を示す結果に至ることがわかる。
These facts are that the degree of polymerization and the degree of crystallization of the sulfonated nanocellulose fiber depend on the place where the sulfo group is introduced (C6 position, C2-C3 position) even if the final obtained values are the same. , It can be seen that the magnitude of the change in the value before and after each step (raw pulp → sulfonated pulp (sulfamic acid / urea-treated pulp fiber) → nanocellulose fiber) is different. That is, it is presumed that the influence on the fiber shape in each step (sulfonation, defibration treatment) differs depending on the place where the sulfo group is introduced. As a result, it was presumed that there was a difference in viscosity even in the dispersion liquid in which the obtained nanocellulose fibers were dispersed.
In summary, from the results of (Experiment 13) and (Experiment 14), the reaction of the sulfo group to the C2-C3 position shows the effect of lowering the viscosity of the nanocellulose fiber, whereas the reaction of the sulfo group to the C6 position is shown. It can be seen that the reaction leads to the result showing the effect of increasing the viscosity of the nanocellulose fiber.

以上の結果を繊維形状の観点から考察すると、一般的に、重合度は繊維長の切断および崩壊により減少し、結晶化度は繊維が破壊および解繊により減少する、と言われている。
<スルホン化反応>
重合後の変化を見ると、スルホ基がC6位に導入した本発明のスルホン化パルプ及びスルホ基がC2―C3位に導入した比較例では、スルホン化前後では重合度の減少はどちらも生じていた。しかし、スルホ基がC2―C3位に導入した比較例のほうがスルホ基がC6位に導入した本発明のスルホン化パルプと比べて、減少率が大きいことから、比較例のほうが本発明のスルホン化パルプよりも繊維の切断及び破壊が生じていると推察される。
結晶化度の変化を見ると、こちらも重合度と同様に減少している。しかし、スルホ基がC2―C3位に導入した比較例のほうがスルホ基がC6位に導入した本発明のスルホン化パルプと比べて、大きく減少していることから、比較例ではC2―C3位へのスルホン化という化学的な反応により繊維が損傷を受け、結晶領域が壊れたことが原因になっているものと推察された。
<微細化処理>
解繊工程前後では、スルホ基がC6位に導入した本発明のナノセルロース繊維(スルホン化ナノセルロース繊維)は、スルホ基がC2―C3位に導入した比較例と比べ、重合度、結晶化度共に大きく減少していた。この現象は解繊処理という機械的な力により繊維の解繊が進み、解繊後のナノセルロース繊維の重合度、結晶化度が減少したのだと考えられる。つまり、スルホ基がC6位に導入した本発明のナノセルロース繊維では、スルホン化工程における重合度および結晶化度ともにあまり変化せず、解繊工程において減少することから、解繊前後の重合度および結晶化度の低下は主に解繊による影響が大きく寄与しているものと考えられる。一方、スルホ基がC2―C3位に導入した比較例では、スルホン化工程における重合度および結晶化度はどちらも大きく減少していることから、このときすでに繊維が崩壊し、結果として解繊処理の前後における重合度および結晶化度の減少が小さかったものと考えられる。
Considering the above results from the viewpoint of fiber shape, it is generally said that the degree of polymerization is reduced by cutting and disintegrating the fiber length, and the degree of crystallinity is reduced by breaking and defibrating the fiber.
<Sulfonation reaction>
Looking at the changes after polymerization, in the sulfonated pulp of the present invention in which the sulfo group was introduced at the C6 position and the comparative example in which the sulfo group was introduced at the C2-C3 position, both the degree of polymerization decreased before and after sulfonation. It was. However, since the reduction rate of the comparative example in which the sulfo group was introduced at the C2-C3 position is larger than that of the sulfonated pulp of the present invention in which the sulfo group is introduced at the C6 position, the comparative example is the sulfonate of the present invention. It is presumed that the fibers are cut and broken more than the pulp.
Looking at the change in crystallinity, this also decreases as in the degree of polymerization. However, since the comparative example in which the sulfo group was introduced at the C2-C3 position was significantly reduced as compared with the sulfonated pulp of the present invention in which the sulfo group was introduced at the C6 position, the comparative example moved to the C2-C3 position. It was speculated that the cause was that the fibers were damaged by the chemical reaction of sulfonated and the crystalline region was broken.
<Miniaturization processing>
Before and after the defibration step, the nanocellulose fiber (sulfonated nanocellulose fiber) of the present invention in which the sulfo group was introduced at the C6 position has a degree of polymerization and a crystallinity as compared with the comparative example in which the sulfo group is introduced at the C2-C3 position. Both were greatly reduced. It is considered that this phenomenon is caused by the mechanical force of the defibration treatment, which promotes the defibration of the fibers and reduces the degree of polymerization and crystallinity of the nanocellulose fibers after defibration. That is, in the nanocellulose fiber of the present invention in which the sulfo group is introduced at the C6 position, the degree of polymerization and the degree of crystallinity in the sulfonated step do not change so much and decrease in the defibration step. It is considered that the decrease in crystallinity is mainly due to the influence of defibration. On the other hand, in the comparative example in which the sulfo group was introduced at the C2-C3 position, both the degree of polymerization and the degree of crystallinity in the sulfonate step were significantly reduced, so that the fibers had already collapsed at this time, and as a result, the defibration treatment was performed. It is probable that the decrease in the degree of polymerization and the degree of crystallinity before and after was small.

表21の比較例16の結果においても、スルホ基がC2―C3位へ導入された比較例14および15と同様にスルホン化の反応前後において、重合度および結晶化度が大きく減少しており、解繊前後の維持率がいずれも高い値を示していた。このことから、比較例16の製法においてもスルホ基は、C6位よりもC2―C3位に優先的に導入されたものと推察される。そして、その結果、比較例16の製法においても、他の比較例と同様、(実験13)の表20に示すように、分散液が低い粘性を有するナノセルロース繊維しか得ることができなかったものと推察される。 In the results of Comparative Example 16 in Table 21, the degree of polymerization and the degree of crystallinity were significantly reduced before and after the sulfonation reaction as in Comparative Examples 14 and 15 in which the sulfo group was introduced into the C2-C3 position. The maintenance rates before and after defibration showed high values. From this, it is presumed that the sulfo group was preferentially introduced at the C2-C3 position rather than the C6 position in the production method of Comparative Example 16. As a result, in the production method of Comparative Example 16, as in the other Comparative Examples, as shown in Table 20 of (Experiment 13), only nanocellulose fibers having a low viscosity could be obtained as the dispersion liquid. It is inferred that.

すなわち、スルホン化パルプにおいて、スルホ基の導入場所(C6位かC2−C3位)は、スルホン化の反応前後における重合度と結晶化度の変化量に基づいて把握することができることが確認できた。そして、スルホン化ナノセルロース繊維において、スルホ基の導入場所(C6位かC2−C3位)は、解繊処理の前後における重合度と結晶化度の変化量に基づいて把握できることが確認できた。
具体的には、以下のいずれかの条件を満たせば、C6位の位置にスルホ基が導入したスルホン化パルプまたはスルホン化のナノセルロース繊維であると判定することができる。
(a)スルホン化の反応工程における反応後のスルホン化パルプの重合度が、反応前のパルプに対して、重合度比(反応後の重合度/反応前の重合度)において、50%以上である。
(b)スルホン化の反応工程における反応後のスルホン化パルプの結晶化度が、反応前のパルプに対して、結晶化度比(反応後の結晶化度/反応前の結晶化度)において、80%以上である。
(c)スルホン化パルプを解繊処理(微細化処理)した後のナノセルロース繊維の重合度が、解繊処理前のスルホン化パルプに対して、重合度比(微細化処理後の重合度/微細化処理前の重合度)において、85%以下である。
(d)スルホン化パルプを解繊処理(微細化処理)した後のナノセルロース繊維の結晶化度が、解繊処理前のスルホン化パルプに対して、結晶化度比(微細化処理後の結晶化度/微細化処理前の結晶化度)において、75%以下である。
そして、本製法を用いれば、C2―C3位へのスルホン化反応が抑制され、C6位が重点的に反応したスルホン化パルプおよびスルホン化のナノセルロース繊維を得ることができる。とくに、本製法により得られるナノセルロース繊維は、溶液に分散した状態において、分散液が高い透明性および/または高い粘性を有する。
That is, it was confirmed that in the sulfonated pulp, the introduction location of the sulfo group (C6 position or C2-C3 position) can be grasped based on the amount of change in the degree of polymerization and the degree of crystallinity before and after the sulfonate reaction. .. Then, it was confirmed that the introduction location of the sulfo group (C6 position or C2-C3 position) in the sulfonated nanocellulose fiber can be grasped based on the amount of change in the degree of polymerization and the degree of crystallinity before and after the defibration treatment.
Specifically, if any of the following conditions is satisfied, it can be determined that the pulp is a sulfonated pulp or a sulfonated nanocellulose fiber in which a sulfo group is introduced at the C6 position.
(A) The degree of polymerization of the sulfonated pulp after the reaction in the reaction step of sulfonate is 50% or more in the degree of polymerization ratio (degree of polymerization after reaction / degree of polymerization before reaction) with respect to the pulp before reaction. is there.
(B) The crystallinity of the sulfonated pulp after the reaction in the reaction step of sulfonation is the crystallinity ratio (crystallinity after reaction / crystallinity before reaction) with respect to the pulp before reaction. It is 80% or more.
(C) The degree of polymerization of the nanocellulose fibers after the defibration treatment (fine treatment) of the sulfonated pulp is the degree of polymerization ratio (the degree of polymerization after the fine treatment / the degree of polymerization after the fine treatment) with respect to the sulfonated pulp before the defibration treatment. The degree of polymerization before the micronization treatment) is 85% or less.
(D) The crystallinity of the nanocellulose fibers after the defibration treatment (fine treatment) of the sulfonated pulp is the crystallinity ratio (crystals after the fine treatment) with respect to the sulfonated pulp before the defibration treatment. The degree of conversion / crystallinity before the finening treatment) is 75% or less.
Then, by using this production method, the sulfonation reaction to the C2-C3 position is suppressed, and the sulfonated pulp and the sulfonated nanocellulose fiber in which the C6 position is mainly reacted can be obtained. In particular, the nanocellulose fibers obtained by this production method have high transparency and / or high viscosity in the dispersion liquid when dispersed in a solution.

以上のごとく、本製法を用いれば、分散液が高い粘性を発揮するのに使用するためのナノセルロース繊維を提供することができる。
とくに、スルホン化反応における反応前後の重合度比および/または結晶化度比、ナノセルロース繊維を調製する際における解繊前後(微細化処理前後)の重合度比および/または結晶化度比、を上記のごとき範囲となるように調製すれば、溶液に分散した状態において、かかる分散液が高い粘性を発揮することができるナノセルロース繊維を提供することができる。
さらに、分散対象となる溶液自体が透明性を有している場合には、分散液の透明性を維持しつつ、かかる分散液が高い粘性を発揮することができるナノセルロース繊維を提供することができる。
そして、本製法により得られるスルホン化パルプは、所定の硫黄導入量、所定の値以上の保水度、そしてスルホ基のC6位への導入が解繊性と解繊後に得られるナノセルロース繊維(スルホン化微細セルロース繊維)において重要であることが確認できた。そして、得られたナノセルロース繊維(スルホン化微細セルロース繊維)は、所定の硫黄導入量、スルホ基のC6位への導入が、分散液の粘性を高くする上で重要であることが確認できた。
As described above, by using this production method, it is possible to provide nanocellulose fibers for use in which the dispersion liquid exhibits high viscosity.
In particular, the degree of polymerization ratio and / or crystallinity ratio before and after the reaction in the sulfonate reaction, and the degree of polymerization ratio and / or crystallinity ratio before and after defibration (before and after the pulverization treatment) when preparing the nanocellulose fiber. If it is prepared so as to be within the above range, it is possible to provide nanocellulose fibers in which the dispersion liquid can exhibit high viscosity in a state of being dispersed in the solution.
Further, when the solution to be dispersed itself has transparency, it is possible to provide nanocellulose fibers capable of exhibiting high viscosity of the dispersion while maintaining the transparency of the dispersion. it can.
The sulfonated pulp obtained by this production method has a predetermined amount of sulfur introduced, a water retention level equal to or higher than a predetermined value, and nanocellulose fibers (sulfone) obtained by introducing a sulfo group into the C6 position after defibration. It was confirmed that it is important in chemical fine cellulose fiber). Then, it was confirmed that the obtained nanocellulose fiber (sulfonated fine cellulose fiber) has a predetermined amount of sulfur introduced and the introduction of the sulfo group into the C6 position is important for increasing the viscosity of the dispersion liquid. ..

本発明のスルホン化パルプ繊維、誘導体パルプ、スルホン化微細セルロース繊維、スルホン化微細セルロース繊維の製造方法およびスルホン化パルプ繊維の製造方法は、工業分野や、食品分野、医療分野、化粧品分野など様々な分野で多くの用途に好適に用いることができ、これらの分野に用いられる複合化材料の原料などとしても好適に用いることができる。 The sulfonated pulp fiber, derivative pulp, sulfonated fine cellulose fiber, sulfonated fine cellulose fiber manufacturing method and sulfonated pulp fiber manufacturing method of the present invention are various in the industrial field, the food field, the medical field, the cosmetic field and the like. It can be suitably used for many purposes in the field, and can also be suitably used as a raw material for composite materials used in these fields.

Claims (26)

分散液の高粘度化に用いられる微細セルロース繊維用のパルプ繊維であり、
該パルプ繊維は、
セルロース繊維の水酸基の一部がスルホ基で置換したものであり、
繊維形状を維持したまま、前記スルホ基に起因する硫黄導入量が0.42mmol/gよりも高く、該パルプ繊維の保水度が250%以上であり、
前記セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したものである
ことを特徴とするスルホン化パルプ繊維。
Pulp fiber for fine cellulose fiber used to increase the viscosity of dispersion liquid.
The pulp fiber is
A part of the hydroxyl group of the cellulose fiber is replaced with a sulfo group.
While maintaining the fiber shape, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group is higher than 0.42 mmol / g, and the water retention of the pulp fiber is 250% or more.
A sulfonated pulp fiber, wherein the hydroxyl group at the C6 position of at least a part of the glucose units constituting the cellulose fiber is substituted with the sulfo group.
前記パルプ繊維は、
結晶構造としてセルロースI型結晶構造を有し、その結晶化度が70%以上であり、重合度が400以上である
ことを特徴とする請求項1記載のスルホン化パルプ繊維。
The pulp fiber is
The sulfonated pulp fiber according to claim 1, which has a cellulose type I crystal structure as a crystal structure, has a crystallinity of 70% or more, and has a degree of polymerization of 400 or more.
複数の繊維からなるパルプであって、
前記複数の繊維が、
請求項1または2のいずれかに記載のスルホン化パルプ繊維を含んでいる
ことを特徴とする誘導体パルプ。
Pulp consisting of multiple fibers
The plurality of fibers
A derivative pulp comprising the sulfonated pulp fiber according to claim 1 or 2.
セルロース繊維が微細化された微細セルロース繊維であって、
該微細セルロース繊維が分散した分散液が高粘度化するためのものであり、
該微細セルロース繊維は、
水酸基の一部がスルホ基で置換したものであり、該スルホ基に起因する硫黄導入量が0.42mmol/gよりも高く、平均繊維幅が20nm以下であり、
前記セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したものであり、
水に固形分濃度0.5質量%に分散させた分散液での、B型粘度計を用いて、20℃、回転数6rpm、3分間回転させることで測定される粘度が10,000mPa・s以上である
ことを特徴とするスルホン化微細セルロース繊維。
Cellulose fiber is a finely divided fine cellulose fiber,
This is for increasing the viscosity of the dispersion liquid in which the fine cellulose fibers are dispersed.
The fine cellulose fiber is
A part of the hydroxyl group is replaced with a sulfo group, the amount of sulfur introduced due to the sulfo group is higher than 0.42 mmol / g, and the average fiber width is 20 nm or less.
The hydroxyl group at the C6 position of at least a part of the glucose units constituting the cellulose fiber is substituted with the sulfo group.
The viscosity measured by rotating the dispersion liquid dispersed in water at a solid content concentration of 0.5% by mass at 20 ° C., rotation speed 6 rpm, and 3 minutes using a B-type viscometer is 10,000 mPa · s. The sulfonated fine cellulose fiber characterized by the above.
微細セルロース繊維は、
水に固形分濃度0.5質量%に分散させた分散液でのヘイズ値が20%以下である
ことを特徴とする請求項4記載のスルホン化微細セルロース繊維。
Fine cellulose fibers
The sulfonated fine cellulose fiber according to claim 4, wherein the haze value in the dispersion liquid dispersed in water at a solid content concentration of 0.5% by mass is 20% or less.
水に固形分濃度0.5質量%に分散させた分散液での全光線透過率が90%以上である
ことを特徴とする請求項4または5記載のスルホン化微細セルロース繊維。
The sulfonated fine cellulose fiber according to claim 4 or 5, wherein the total light transmittance of the dispersion liquid dispersed in water at a solid content concentration of 0.5% by mass is 90% or more.
前記微細セルロース繊維は、
結晶構造としてセルロースI型結晶構造を有し、その結晶化度が55%以下であり、重合度が500以下である
ことを特徴とする請求項4、5または6記載のスルホン化微細セルロース繊維。
The fine cellulose fiber is
The sulfonated fine cellulose fiber according to claim 4, 5 or 6, which has a cellulose type I crystal structure as a crystal structure, has a crystallinity of 55% or less, and has a degree of polymerization of 500 or less.
前記微細セルロース繊維は、
請求項1または2のいずれかに記載のスルホン化パルプ繊維が微細化されたものである
ことを特徴とする請求項4、5、6または7記載のスルホン化微細セルロース繊維。
The fine cellulose fiber is
The sulfonated fine cellulose fiber according to claim 4, 5, 6 or 7, wherein the sulfonated pulp fiber according to any one of claims 1 or 2 is made finer.
セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したスルホン化パルプ繊維の製造する方法であり、
前記パルプを化学的に処理する化学処理工程を含んでおり、
該化学処理工程が、
前記パルプを構成するパルプ繊維に対してスルファミン酸と尿素を水に溶解させた反応液に接触させる接触工程と、
該接触工程後の非絶乾状態のパルプを反応工程に供給し、該反応工程において、パルプ繊維を構成するセルロースの水酸基の一部にスルホ基を導入する工程と、を順に行い
該反応工程では、
前記接触工程後の前記反応液が接触した状態のパルプ繊維を反応温度100℃〜180℃、反応時間1分以上で加熱して反応を進行させる工程を含み、
得られるスルホン化パルプ繊維の重合度が、
反応前後の重合度比(反応後の重合度/反応前の重合度)において50%以上である
ことを特徴とするスルホン化パルプ繊維の製造方法。
A method for producing a sulfonated pulp fiber in which the hydroxyl group at the C6 position of at least a part of glucose units constituting the cellulose fiber is replaced with the sulfo group.
It includes a chemical treatment step of chemically treating the pulp.
The chemical treatment process
A contact step of contacting the pulp fibers constituting the pulp with a reaction solution prepared by dissolving sulfamic acid and urea in water.
The non-absolutely dry pulp after the contact step is supplied to the reaction step, and in the reaction step, a step of introducing a sulfo group into a part of the hydroxyl groups of cellulose constituting the pulp fiber is performed in order, and in the reaction step. ,
A step of heating the pulp fibers in contact with the reaction solution after the contact step at a reaction temperature of 100 ° C. to 180 ° C. and a reaction time of 1 minute or more to proceed the reaction is included.
The degree of polymerization of the obtained sulfonated pulp fiber
A method for producing a sulfonated pulp fiber, wherein the degree of polymerization ratio before and after the reaction (degree of polymerization after the reaction / degree of polymerization before the reaction) is 50% or more.
前記反応後に得られるスルホン化パルプ繊維の重合度が、400以上である
ことを特徴とする請求項9記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claim 9, wherein the degree of polymerization of the sulfonated pulp fiber obtained after the reaction is 400 or more.
前記反応後に得られるスルホン化パルプ繊維の結晶化度が、
反応前後の結晶化度比(反応後の結晶化度/反応前の結晶化度)において80%以上である
ことを特徴とする請求項9または10記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The crystallinity of the sulfonated pulp fiber obtained after the reaction is
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claim 9 or 10, wherein the crystallinity ratio before and after the reaction (crystallinity after the reaction / crystallinity before the reaction) is 80% or more.
前記反応後に得られるスルホン化パルプ繊維の結晶化度が、70%以上である
ことを特徴とする請求項9、10または11記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claim 9, 10 or 11, wherein the crystallinity of the sulfonated pulp fiber obtained after the reaction is 70% or more.
前記反応液は、
スルファミン酸と尿素を、濃度(g/L)比において、4:1〜1:2.5となるように含有する
ことを特徴とする請求項9、10、11または12記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The reaction solution is
The sulfonated pulp fiber according to claim 9, 10, 11 or 12, wherein sulfamic acid and urea are contained in a concentration (g / L) ratio of 4: 1 to 1: 2.5. Manufacturing method.
前記反応工程に供給する非絶乾状態のパルプは、水分を含んだ状態である
ことを特徴とする請求項9乃至13記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claim 9 to 13, wherein the non-absolutely dry pulp supplied to the reaction step is in a water-containing state.
前記反応工程に供給する非絶乾状態のパルプは、含水率が1%以上である
ことを特徴とする請求項9乃至14記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claims 9 to 14, wherein the non-absolutely dry pulp supplied to the reaction step has a water content of 1% or more.
前記反応工程後に、前記反応工程後のパルプを洗浄する洗浄工程を含む
ことを特徴とする請求項9乃至15記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claims 9 to 15, further comprising a washing step of washing the pulp after the reaction step.
セルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したスルホン化微細セルロース繊維を製造する方法であり、
前記パルプを化学的に処理する化学処理工程と、該化学処理工程後のパルプを微細化する微細化処理工程と、を順に行う方法であり、
前記化学処理工程後のパルプが請求項8〜14のいずれかに記載の製造方法で製造されたスルホン化パルプ繊維を含んでおり、
前記微細化処理工程では、
前記スルホン化パルプ繊維を含んだパルプを水溶性溶媒に固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように分散させた状態で微細化する工程を含み、
得られるスルホン化微細セルロース繊維の重合度が、微細化前後の重合度比(微細化処理後の重合度/微細化処理前の重合度)において85%以下である
ことを特徴とするスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
This is a method for producing a sulfonated fine cellulose fiber in which the hydroxyl group at the C6 position of at least a part of the glucose units constituting the cellulose fiber is substituted with the sulfo group.
It is a method of sequentially performing a chemical treatment step of chemically treating the pulp and a miniaturization treatment step of refining the pulp after the chemical treatment step.
The pulp after the chemical treatment step contains sulfonated pulp fibers produced by the production method according to any one of claims 8 to 14.
In the miniaturization processing step,
The step of finely dividing the pulp containing the sulfonated pulp fiber in a state of being dispersed in a water-soluble solvent so that the solid content concentration becomes 0.1% by mass to 20% by mass is included.
The degree of polymerization of the obtained sulfonated fine cellulose fiber is 85% or less in the degree of polymerization ratio (degree of polymerization after micronization treatment / degree of polymerization before micronization treatment) before and after micronization. Method for producing cellulose fiber.
前記微細処理後に得られるスルホン化微細セルロース繊維の重合度が、500以下である
ことを特徴とする請求項17記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber according to claim 17, wherein the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber obtained after the fine treatment is 500 or less.
前記微細化処理後のスルホン化微細セルロース繊維の結晶化度が、
微細化前後の結晶化度比(微細化処理後の結晶化度/微細化処理前の結晶化度)において75%以下である
ことを特徴とする請求項17または18記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
The crystallinity of the sulfonated fine cellulose fibers after the micronization treatment is
The sulfonated fine cellulose fiber according to claim 17 or 18, wherein the crystallinity ratio before and after the refinement (crystallinity after the refinement treatment / crystallinity before the refinement treatment) is 75% or less. Manufacturing method.
前記微細処理後に得られるスルホン化微細セルロース繊維の結晶化度が、55%以下である
ことを特徴とする請求項17、18または19記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber according to claim 17, 18 or 19, wherein the crystallinity of the sulfonated fine cellulose fiber obtained after the fine treatment is 55% or less.
複数のパルプ繊維を含むパルプを微細化処理工程に供してセルロース繊維を構成する少なくとも一部のグルコースユニットのC6位の水酸基が、前記スルホ基で置換したスルホン化微細セルロース繊維を製造する方法であり、
前記複数のパルプ繊維が、
請求項9〜16のいずれかに記載の製造方法で製造されたスルホン化パルプ繊維を含んでおり、
前記微細化処理工程では、
前記スルホン化パルプ繊維を含んだパルプを水溶性溶媒に固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように分散させた状態で微細化する工程を含み、
得られるスルホン化微細セルロース繊維の重合度が、微細化前後の重合度比(微細化処理後の重合度/微細化処理前の重合度)において85%以下である
ことを特徴とするスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
This is a method for producing sulfonated fine cellulose fibers in which pulp containing a plurality of pulp fibers is subjected to a micronization treatment step and the hydroxyl group at the C6 position of at least a part of glucose units constituting the cellulose fibers is replaced with the sulfo group. ,
The plurality of pulp fibers
The sulfonated pulp fiber produced by the production method according to any one of claims 9 to 16 is contained.
In the miniaturization processing step,
The step of finely dividing the pulp containing the sulfonated pulp fiber in a state of being dispersed in a water-soluble solvent so that the solid content concentration becomes 0.1% by mass to 20% by mass is included.
The degree of polymerization of the obtained sulfonated fine cellulose fiber is 85% or less in the degree of polymerization ratio (degree of polymerization after micronization treatment / degree of polymerization before micronization treatment) before and after micronization. Method for producing cellulose fiber.
前記微細処理後に得られるスルホン化微細セルロース繊維の重合度が、500以下である
ことを特徴とする請求項21記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber according to claim 21, wherein the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber obtained after the fine treatment is 500 or less.
前記微細化処理後のスルホン化微細セルロース繊維の結晶化度が、
微細化前後の結晶化度比(微細化処理後の結晶化度/微細化処理前の結晶化度)において75%以下である
ことを特徴とする請求項21または22記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
The crystallinity of the sulfonated fine cellulose fibers after the micronization treatment is
The sulfonated fine cellulose fiber according to claim 21 or 22, wherein the crystallinity ratio before and after the refinement (crystallinity after the refinement treatment / crystallinity before the refinement treatment) is 75% or less. Manufacturing method.
前記微細処理後に得られるスルホン化微細セルロース繊維の結晶化度が、55%以下である
ことを特徴とする請求項21、22または23記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber according to claim 21, 22 or 23, wherein the crystallinity of the sulfonated fine cellulose fiber obtained after the fine treatment is 55% or less.
前記微細化処理工程において、
前記スルホン化パルプ繊維は、保水度が250%以上のものである
ことを特徴とする請求項21、22、23または24記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
In the miniaturization processing step
The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber according to claim 21, 22, 23 or 24, wherein the sulfonated pulp fiber has a water retention rate of 250% or more.
前記微細化処理後に得られるスルホン化微細セルロース繊維は、
該スルホン化微細セルロース繊維が水に固形分濃度0.5質量%に分散させた分散液での、B型粘度計を用いて、20℃、回転数6rpm、3分間回転させることで測定される粘度が10,000mPa・s以上である
ことを特徴とする請求項21乃至25記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
The sulfonated fine cellulose fiber obtained after the micronization treatment is
The sulfonated fine cellulose fiber is measured by rotating the sulfonated fine cellulose fiber in a dispersion liquid in which the solid content concentration is 0.5% by mass by rotating at 20 ° C., a rotation speed of 6 rpm, and 3 minutes using a B-type viscometer. The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber according to claims 21 to 25, which has a viscosity of 10,000 mPa · s or more.
JP2020129653A 2019-07-31 2020-07-30 A method for producing a sulfonated fine cellulose fiber having a sulfo group introduced at the C6 position and a sulfonated fine cellulose fiber having a sulfo group introduced at the C6 position. Active JP6966606B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019141051 2019-07-31
JP2019141051 2019-07-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021025049A true JP2021025049A (en) 2021-02-22
JP6966606B2 JP6966606B2 (en) 2021-11-17

Family

ID=74663654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020129653A Active JP6966606B2 (en) 2019-07-31 2020-07-30 A method for producing a sulfonated fine cellulose fiber having a sulfo group introduced at the C6 position and a sulfonated fine cellulose fiber having a sulfo group introduced at the C6 position.

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6966606B2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2511229A (en) * 1948-04-22 1950-06-13 Du Pont Process for the preparation of cellulose sulfate
JP2008533231A (en) * 2005-03-11 2008-08-21 オーストリアノバ バイオテクノロジー ゲーエムベーハー Process for producing cellulose sulfate with improved properties
WO2017078084A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-11 日本製紙株式会社 Filtration method for cellulose nanofiber dispersion, and production process therefor
WO2018131721A1 (en) * 2017-01-16 2018-07-19 株式会社Kri Sulfuric acid esterification modified cellulose nanofibers and method for producing cellulose nanofibers
WO2018202955A1 (en) * 2017-05-05 2018-11-08 Betulium Oy Cellulose derivatives
JP2019011411A (en) * 2017-06-29 2019-01-24 第一工業製薬株式会社 Chemically modified cellulose fiber and method for producing the same
JP6582111B1 (en) * 2018-04-25 2019-09-25 丸住製紙株式会社 Method for producing sulfonated fine cellulose fiber and method for producing sulfonated pulp fiber

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2511229A (en) * 1948-04-22 1950-06-13 Du Pont Process for the preparation of cellulose sulfate
JP2008533231A (en) * 2005-03-11 2008-08-21 オーストリアノバ バイオテクノロジー ゲーエムベーハー Process for producing cellulose sulfate with improved properties
WO2017078084A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-11 日本製紙株式会社 Filtration method for cellulose nanofiber dispersion, and production process therefor
WO2018131721A1 (en) * 2017-01-16 2018-07-19 株式会社Kri Sulfuric acid esterification modified cellulose nanofibers and method for producing cellulose nanofibers
WO2018202955A1 (en) * 2017-05-05 2018-11-08 Betulium Oy Cellulose derivatives
JP2019011411A (en) * 2017-06-29 2019-01-24 第一工業製薬株式会社 Chemically modified cellulose fiber and method for producing the same
JP6582111B1 (en) * 2018-04-25 2019-09-25 丸住製紙株式会社 Method for producing sulfonated fine cellulose fiber and method for producing sulfonated pulp fiber

Also Published As

Publication number Publication date
JP6966606B2 (en) 2021-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019208656A1 (en) Sulfonated pulp fibers, derivative pulp, sulfonated fine cellulose fibers, method for producing sulfonated fine cellulose fibers, and method for producing sulfonated pulp fibers
US11739165B2 (en) Phosphoric acid-esterified fine cellulose fiber and method for producing the same
JP6582111B1 (en) Method for producing sulfonated fine cellulose fiber and method for producing sulfonated pulp fiber
JP7355973B2 (en) Sulfonated fine cellulose fibers, sulfonated pulp fibers and derivative pulps
JP6698644B2 (en) Anion-modified cellulose nanofiber dispersion and composition
CA2888331C (en) Cellulose nanofibers
JP6713590B1 (en) Method for producing dry solid containing fine cellulose fibers
CN108350090B (en) Cellulose xanthate nanofibers
Pan et al. Enhancement of nanofibrillation of softwood cellulosic fibers by oxidation and sulfonation
JP2020097733A (en) Fine cellulose fiber-containing dry solid, and fine cellulose fiber re-dispersion liquid
JP6966606B2 (en) A method for producing a sulfonated fine cellulose fiber having a sulfo group introduced at the C6 position and a sulfonated fine cellulose fiber having a sulfo group introduced at the C6 position.
JP5966677B2 (en) Method for producing cellulose nanofiber
US20220074141A1 (en) Production method for dry solid containing fine cellulose fibers, dry solid containing fine cellulose fibers, redispersion of fine cellulose fibers
Plackett et al. Preparation of nanofibrillated cellulose and cellulose whiskers
WO2021049571A1 (en) Sulfonated cellulose microfibers and method for producing same
Asmarani Regenerated amorphous cellulose from pineapple leaf fibers via sulfuric acid treatment
EP3901195A1 (en) Production method for dry solid containing fine cellulose fibers, dry solid containing fine cellulose fibers, redispersion of fine cellulose fibers
Phuckpetch Preparation of cellulose micro-and nano fibers from bagasse through deep eutectic solvent system
JP2021046541A (en) Sulfonated fine cellulose fiber and method for producing the same
Mazlita Catalytic synthesis of nanocellulose from oil palm empty fruit bunch fibres/Mazlita Yahya
Yahya Catalytic Synthesis of Nanocellulose from Oil Palm Empty Fruit Bunch Fibres

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200907

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200907

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200916

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201126

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210323

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210531

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210727

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210928

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211012

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6966606

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150