JP2021143243A - Hydrophobicized anion modified cellulose or dry solid matter of its defibrated matter, dispersoid of hydrophobicized anion modified cellulose nanofiber, and their manufacturing method - Google Patents

Hydrophobicized anion modified cellulose or dry solid matter of its defibrated matter, dispersoid of hydrophobicized anion modified cellulose nanofiber, and their manufacturing method Download PDF

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Abstract

To provide a dispersoid of anion-modified cellulose nanofiber having an organic solvent having high transparency and decreased viscosity as a dispersion medium and its manufacturing method as well as hydrophobicized anion-modified cellulose usable in its manufacture or a dry solid material of its defibrated matter and its manufacturing method.SOLUTION: A hydrophobicizing agent and a surfactant are added to the dispersoid of anion modified cellulose to remove the dispersion medium to obtain a dry solid material having the solid content concentration higher than 90 mass%, followed by mixing with an organic solvent to defibrate the hydrophobicized anion-modified cellulose in the organic solvent to manufacture a hydrophobicized anion-modified cellulose nanofiber having the organic solvent as the dispersion medium. Before obtaining the dry solid material, optionally, the hydrophobicized anion-modified cellulose may be defibrated.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、疎水化されたアニオン変性セルロースの乾燥固形物又は疎水化され解繊されたアニオン変性セルロースの乾燥固形物と、疎水化されたアニオン変性セルロースナノファイバーの分散体と、それらの製造方法に関する。 The present invention provides a dry solid of hydrophobicized anion-modified cellulose or a dry solid of hydrophobicized and defibrated anion-modified cellulose, a dispersion of hydrophobicized anion-modified cellulose nanofibers, and a method for producing them. Regarding.

セルロース分子鎖にカルボキシル基やカルボキシメチル基などのアニオン性基を導入し、機械的に処理(解繊)すると、ナノスケールの繊維径を有するセルロースナノファイバーへと変換することができることが知られている。セルロースナノファイバーは、軽くて強度が高く、生分解性であるため、様々な分野への応用が検討されている。 It is known that when anionic groups such as a carboxyl group and a carboxymethyl group are introduced into a cellulose molecular chain and mechanically treated (defibrated), they can be converted into cellulose nanofibers having a nanoscale fiber diameter. There is. Since cellulose nanofibers are light, have high strength, and are biodegradable, their application to various fields is being studied.

通常、アニオン変性セルロースナノファイバーは、導入されたアニオン性基がナトリウム塩などの塩を形成し、親水性が高い状態となっているため、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリ乳酸(PLA)などの疎水性の高分子とは相溶性が低い。また、低極性の有機溶媒中での分散性が低い。この問題を解決する方法としては、金属塩型のアニオン性基(例えば、−COONa)を酸性にすることで、酸型(例えば、−COOH)に変換し、アニオン変性セルロースナノファイバーの親水性を下げる手法が考えられる。 Normally, anionic modified cellulose nanofibers are highly hydrophilic because the introduced anionic group forms a salt such as a sodium salt, and thus is hydrophobic such as polyethylene terephthalate (PET) and polylactic acid (PLA). It has low compatibility with sexual polymers. Moreover, the dispersibility in a low-polarity organic solvent is low. One way to solve this problem is to acidify the anionic group of the metal salt type (for example, -COONa) to convert it to the acid type (for example, -COOH) and make the hydrophilicity of the anion-modified cellulose nanofiber. A method of lowering is conceivable.

特許文献1には、セルロースナノファイバーを有機溶媒を含む媒体に分散させるに際し、「第2の製造方法」として、セルロースナノファイバー水分散液に酸を加え、セルロースナノファイバーのカルボン酸塩型の基の一部をカルボン酸型の基に置換する工程、一部の基がカルボン酸型に置換されたセルロースナノファイバーのゲルに有機溶媒を添加する工程、及び有機溶媒が添加されたセルロースナノファイバー水分散液から水系溶媒を除去する工程を含む方法が記載されている。 In Patent Document 1, when dispersing cellulose nanofibers in a medium containing an organic solvent, as a "second production method", an acid is added to an aqueous dispersion of cellulose nanofibers to form a carboxylate-type group of cellulose nanofibers. Step of substituting a part of A method including a step of removing the aqueous solvent from the dispersion is described.

また、特許文献2には、「第1の製造方法」として、カルボン酸型に置換されたセルロースナノファイバー水分散液にアミン処理する工程、及びアミン処理したセルロースナノファイバーを回収し、分散媒中で再分散させてセルロースナノファイバー分散液を調製する工程を含む方法が記載されている。 Further, in Patent Document 2, as a "first production method", a step of treating an aqueous dispersion of cellulose nanofibers substituted with a carboxylic acid type with an amine, and recovering the amine-treated cellulose nanofibers in a dispersion medium. A method including a step of preparing a cellulose nanofiber dispersion liquid by redispersing with is described.

国際公開第2010/134357号International Publication No. 2010/134357 特開2012−21081号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-21081

特許文献1に記載の方法では、最終的な分散媒として用いることができる有機溶媒は、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、及びN,N−ジメチルアセトアミドの3種類に限られており、これらは水と混和可能な水溶性の有機溶媒である。特許文献1に記載の方法では、セルロースナノファイバー分散液の分散媒として、例えばトルエンのような極性が低く水にほとんど溶けないような有機溶媒を用いることは記載されていない。また、特許文献2にも、低極性で水に難溶な有機溶媒を分散媒に用いることが記載されていない。 In the method described in Patent Document 1, the organic solvent that can be used as the final dispersion medium is limited to three types, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, and N, N-dimethylacetamide. Is a water-soluble organic solvent that is miscible with water. The method described in Patent Document 1 does not describe the use of an organic solvent having low polarity and hardly being soluble in water, such as toluene, as the dispersion medium of the cellulose nanofiber dispersion liquid. Further, Patent Document 2 does not describe the use of a low-polarity, water-insoluble organic solvent as a dispersion medium.

特許文献1、2に記載の方法を用いて水溶性の有機溶媒を分散媒とするセルロースナノファイバー分散液を製造した後、水溶性有機溶媒を、低極性の水難溶性有機溶媒に置換することにより水に難溶な有機溶媒を分散媒とするセルロースナノファイバー分散液を製造することは考えられるが、溶媒置換の際には、溶媒の添加と吸引濾過等による除去とを何度も繰り返す必要があり、コストと時間がかかり、また、溶媒置換の操作を繰り返す間にセルロースナノファイバーが失われ、収率が低下するという問題がある。 After producing a cellulose nanofiber dispersion liquid using a water-soluble organic solvent as a dispersion medium by using the methods described in Patent Documents 1 and 2, the water-soluble organic solvent is replaced with a low-polarity poorly water-soluble organic solvent. It is conceivable to produce a cellulose nanofiber dispersion liquid using an organic solvent that is sparingly soluble in water as a dispersion medium, but when replacing the solvent, it is necessary to repeatedly add the solvent and remove it by suction filtration or the like. There is a problem that it is costly and time-consuming, and cellulose nanofibers are lost during repeated solvent replacement operations, resulting in a decrease in yield.

上述の問題に対し、本出願人は、アニオン変性セルロースの分散体に特定量以上の疎水化剤を添加して疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造し、次いで疎水化アニオン変性セルロースの分散体から分散媒を除去して疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造し、次いで疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を有機溶媒中で解繊することにより有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する方法を提案した(特願2019−003113)。この方法により、水に難溶な低極性有機溶媒を含む多様な有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を、高い収率で製造することができるようになった。 In response to the above problems, Applicants added a specific amount or more of a hydrophobizing agent to a dispersion of anion-modified cellulose to produce a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose, and then a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose. The dispersion medium is removed from the mixture to produce a dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose, and then the dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose is defibrated in an organic solvent to obtain a hydrophobic anion using an organic solvent as a dispersion medium. A method for producing a dispersion of modified cellulose nanofibers has been proposed (Japanese Patent Application No. 2019-003113). By this method, a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers using various organic solvents including a low-polarity organic solvent which is sparingly soluble in water as a dispersion medium can be produced in a high yield.

本発明は、上述の方法を応用し、より透明度が高く、また、低い粘度を有する、有機溶媒を分散媒とするアニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a dispersion of anion-modified cellulose nanofibers using an organic solvent as a dispersion medium, which has higher transparency and lower viscosity by applying the above-mentioned method. ..

本発明者らは鋭意検討を行った結果、アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤に加えて界面活性剤を添加して疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造し、任意に得られた疎水化アニオン変性セルロースの分散体を解繊して疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体を製造し、疎水化アニオン変性セルロースの分散体又は疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体から分散媒を除去して疎水化アニオン変性セルロース又は疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物とし、この乾燥固形物を有機溶媒中で解繊して疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を得ることにより、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体の透明度が向上し、また、粘度が低下することを見出した。本発明は、これらに限定されないが、以下を含む。
[1]アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加して、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造する工程1、及び
前記疎水化アニオン変性セルロースの分散体から分散媒を除去し、疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造する工程2、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造する方法。
[2]アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加して、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造する工程1、
前記疎水化アニオン変性セルロースを解繊して疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体を製造する工程3、
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体から分散媒を除去し、疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を製造する工程4、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を製造する方法。
[3][1]に記載の工程1及び2により疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造する工程5、及び
前記疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を有機溶媒と混合して、前記有機溶媒中で疎水化アニオン変性セルロースの解繊を行い、前記有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する工程6、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する方法。
[4][2]に記載の工程1、3、及び4により疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を製造する工程7、及び
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を有機溶媒と混合して、前記有機溶媒中で疎水化アニオン変性セルロースの解繊を行い、前記有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する工程8、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する方法。
[5]アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有するセルロースまたはカルボキシアルキル基を有するセルロースである、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の方法。
[6]界面活性剤がフッ素系界面活性剤である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の方法。
[7]疎水化剤が結合したアニオン変性セルロース又は疎水化剤が結合したアニオン変性セルロースの解繊物と、界面活性剤と、を含み、固形分濃度が90質量%より高い、疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物。
[8]疎水化剤が結合したアニオン変性セルロースナノファイバーと界面活性剤とを含み、有機溶媒を分散媒とする、疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体。
As a result of diligent studies, the present inventors prepared a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose by adding a surfactant in addition to a hydrophobic agent to the dispersion of anion-modified cellulose, and arbitrarily obtained hydrophobicity. Disperse of defibrated anion-modified cellulose is defibrated to produce a dispersion of defibrated product of hydrophobic anion-modified cellulose, and the dispersion of defibrated product of hydrophobic anion-modified cellulose or defibrated product of hydrophobic anion-modified cellulose is used. The dispersion medium is removed to obtain a dry solid of a defibrated product of hydrophobic anion-modified cellulose or hydrophobic anion-modified cellulose, and this dry solid is defibrated in an organic solvent to obtain a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers. It was found that the transparency of the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers using an organic solvent as a dispersion medium was improved and the viscosity was lowered. The present invention includes, but is not limited to, the following.
[1] Step 1 of adding a hydrophobizing agent and a surfactant to the dispersion of anion-modified cellulose to produce a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose, and a dispersion medium from the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose. Step 2 to remove and produce a dry solid of hydrophobized anion-modified cellulose,
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dry solid of hydrophobized anion-modified cellulose.
[2] Step 1 of adding a hydrophobizing agent and a surfactant to a dispersion of anion-modified cellulose to produce a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose.
Step 3 of defibrating the hydrophobized anion-modified cellulose to produce a dispersion of a defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose.
Step 4, in which the dispersion medium is removed from the dispersion of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose to produce a dry solid of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose.
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose defibrated product has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dry solid of a defibrated product of hydrophobized anion-modified cellulose.
[3] Step 5 for producing a dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose by steps 1 and 2 according to [1], and mixing the dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose with an organic solvent to obtain the organic Step 6, in which the hydrophobic anion-modified cellulose is defibrated in a solvent to produce a dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers using the organic solvent as a dispersion medium.
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dispersion of hydrophobized anion-modified cellulose nanofibers.
[4] The step 7 for producing a dry solid of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose by the steps 1, 3 and 4 according to [2], and the dry solid of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose. Step 8 of mixing the product with an organic solvent, defibrating the hydrophobic anion-modified cellulose in the organic solvent, and producing a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers using the organic solvent as a dispersion medium.
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose defibrated product has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dispersion of hydrophobized anion-modified cellulose nanofibers.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the anion-modified cellulose is cellulose having a carboxyl group or cellulose having a carboxylalkyl group.
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the surfactant is a fluorine-based surfactant.
[7] Hydrophobicized anion-modified product containing a defibrated product of anion-modified cellulose to which a hydrophobizing agent is bound or anion-modified cellulose to which a hydrophobizing agent is bound, and a surfactant, and having a solid content concentration of more than 90% by mass. Dry solids of cellulose.
[8] A dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers, which comprises an anion-modified cellulose nanofiber to which a hydrophobic agent is bound and a surfactant, and uses an organic solvent as a dispersion medium.

本発明により、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を効率よく製造する方法において、透明度が高く、粘度が低下した疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を得ることができる。得られたアニオン変性セルロースナノファイバーの分散体は、高い透明度を生かした様々な用途に使用できると考えられる。また、分散体の粘度が低いことにより取り扱いやすいという利点を有する。また、本発明は、透明度が高く粘度が低下した疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造するのに好適に用いることができる疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物及びその製造方法も提供する。本発明の疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物は、低極性の有機溶媒を含む多様な有機溶媒になじませやすく、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造するための材料として好適に用いることができる。また、乾燥固形物は、保存や運搬がしやすいという利点を有する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, in a method for efficiently producing a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers using an organic solvent as a dispersion medium, a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers having high transparency and reduced viscosity can be obtained. Can be done. It is considered that the obtained dispersion of anion-modified cellulose nanofibers can be used for various purposes utilizing high transparency. Further, it has an advantage that it is easy to handle because the viscosity of the dispersion is low. Further, the present invention is a dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose or a defibrated product thereof, which can be suitably used for producing a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers having high transparency and reduced viscosity. A manufacturing method is also provided. The dried solid of the hydrophobic anion-modified cellulose of the present invention or the defibrated product thereof is easily adapted to various organic solvents including a low-polarity organic solvent, and the hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers using the organic solvent as a dispersion medium. It can be suitably used as a material for producing a dispersion. In addition, the dry solid has the advantage of being easy to store and transport.

本発明により、有機溶媒を分散媒とした疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を得ることができる。以下、セルロースナノファイバーを「CNF」と記載することがある。本発明の疎水化アニオン変性CNFを製造する方法は、具体的には、アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加して、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造し(工程1)、疎水化アニオン変性セルロースの分散体から分散媒を除去して疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造し(工程2)、疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を有機溶媒と混合して、有機溶媒中で疎水化アニオン変性セルロースの解繊を行い、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの分散体を製造する(工程6)ことを含む。あるいは、アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加して、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造し(工程1)、疎水化アニオン変性セルロースを解繊して疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体を製造し(工程3)、疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体から分散媒を除去して疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を製造し(工程4)、疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を有機溶媒と混合して、有機溶媒中で疎水化アニオン変性セルロースの解繊を行い、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの分散体を製造する(工程8)ことを含む。この際、工程1において疎水化剤に加えて界面活性剤を添加する。また、工程2又は4において、乾燥固形物の固形分濃度が90質量%より高くなるまで乾燥(分散媒の除去)を行う。工程2又は4で製造される疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物は、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの分散体を製造するための材料として好適に用いることができる。 According to the present invention, a dispersion of hydrophobized anion-modified cellulose nanofibers using an organic solvent as a dispersion medium can be obtained. Hereinafter, cellulose nanofibers may be referred to as "CNF". Specifically, the method for producing a hydrophobic anion-modified CNF of the present invention comprises adding a hydrophobic agent and a surfactant to a dispersion of anion-modified cellulose to produce a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose (). Step 1), the dispersion medium is removed from the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose to produce a dry solid of the hydrophobic anion-modified cellulose (step 2), and the dry solid of the hydrophobic anion-modified cellulose is mixed with an organic solvent. Then, the hydrophobic anion-modified cellulose is defibrated in an organic solvent to produce a dispersion of the hydrophobic anion-modified CNF using the organic solvent as a dispersion medium (step 6). Alternatively, a hydrophobic agent and a surfactant are added to the dispersion of the anion-modified cellulose to produce a dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose (step 1), and the hydrophobic anion-modified cellulose is defibrated to deflate the hydrophobic anion. A dispersion of the denatured denatured cellulose is produced (step 3), and the dispersion medium is removed from the dispersion of the denaturated anion-modified cellulose to obtain a dry solid of the denaturated anion-modified cellulose defibrated product. Manufactured (step 4), a dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose is mixed with an organic solvent, the hydrophobic anion-modified cellulose is defibrated in the organic solvent, and the hydrophobic anion modification using the organic solvent as a dispersion medium. It involves producing a dispersion of CNF (step 8). At this time, in step 1, a surfactant is added in addition to the hydrophobic agent. Further, in step 2 or 4, drying (removal of the dispersion medium) is performed until the solid content concentration of the dried solid matter becomes higher than 90% by mass. The dried solid of the hydrophobic anion-modified cellulose or its defibrated product produced in step 2 or 4 is suitably used as a material for producing a dispersion of the hydrophobic anion-modified CNF using an organic solvent as a dispersion medium. Can be done.

(1)工程1
工程1では、アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加する。アニオン変性セルロースとは、以下でより詳細に説明する通り、セルロースの分子鎖にアニオン性基が導入されたものである。
(1) Step 1
In step 1, a hydrophobizing agent and a surfactant are added to the dispersion of anion-modified cellulose. Anionic-modified cellulose is one in which an anionic group is introduced into the molecular chain of cellulose, as will be described in more detail below.

(1−1)セルロース原料
アニオン変性セルロースの原料となるセルロースの種類は、特に限定されない。セルロースは、一般に起源、製法等から、天然セルロース、再生セルロース、微細セルロース、非結晶領域を除いた微結晶セルロース等に分類される。本発明では、これらのセルロースのいずれも、原料として用いることができる。
(1-1) Cellulose Raw Material The type of cellulose used as a raw material for anion-modified cellulose is not particularly limited. Cellulose is generally classified into natural cellulose, regenerated cellulose, fine cellulose, microcrystalline cellulose excluding amorphous regions, etc., based on the origin, manufacturing method, and the like. In the present invention, any of these celluloses can be used as a raw material.

天然セルロースとしては、晒パルプまたは未晒パルプ(晒木材パルプまたは未晒木材パルプ);リンター、精製リンター;酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等が例示される。晒パルプ又は未晒パルプの原料は特に限定されず、例えば、木材、木綿、わら、竹、麻、ジュート、ケナフ等が挙げられる。また、晒パルプ又は未晒パルプの製造方法も特に限定されず、機械的方法、化学的方法、あるいはその中間で二つを組み合せた方法でもよい。製造方法により分類される晒パルプ又は未晒パルプとしては例えば、メカニカルパルプ(サーモメカニカルパルプ(TMP)、砕木パルプ)、及びケミカルパルプ(針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)等の亜硫酸パルプ;針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)等のクラフトパルプ)等が挙げられる。さらに、製紙用パルプの他に溶解パルプを用いてもよい。溶解パルプとは、化学的に精製されたパルプであり、主として薬品に溶解して使用され、人造繊維、セロハンなどの主原料となる。 Examples of natural cellulose include bleached pulp or unbleached pulp (bleached wood pulp or unbleached wood pulp); linters, purified linters; cellulose produced by microorganisms such as acetic acid bacteria. The raw material of bleached pulp or unbleached pulp is not particularly limited, and examples thereof include wood, cotton, straw, bamboo, hemp, jute, and kenaf. Further, the method for producing bleached pulp or unbleached pulp is not particularly limited, and a mechanical method, a chemical method, or a method in which the two are combined may be used. The bleached pulp or unbleached pulp classified according to the production method includes, for example, mechanical pulp (thermomechanical pulp (TMP), crushed wood pulp), chemical pulp (conifer unbleached sulphite pulp (NUSP), conifer bleached sulphite pulp ( NBSPulp (NBSP) and the like; unbleached coniferous kraft pulp (NUKP), bleached coniferous kraft pulp (NBKP), unbleached broadleaf kraft pulp (LUKP), kraft pulp such as broadleaf bleached kraft pulp (LBKP)) and the like. Further, dissolved pulp may be used in addition to the pulp for papermaking. Dissolving pulp is chemically refined pulp, which is mainly dissolved in chemicals and used as a main raw material for artificial fibers, cellophane, and the like.

再生セルロースとしては、セルロースを銅アンモニア溶液、セルロースザンテート溶液、モルフォリン誘導体などの溶媒に溶解し、改めて紡糸されたものが例示される。微細セルロースとしては、上記天然セルロースや再生セルロースをはじめとする、セルロース系素材を、解重合処理(例えば、酸加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル処理等)して得られるものや、前記セルロース系素材を、機械的に処理して得られるものが例示される。 Examples of the regenerated cellulose include those obtained by dissolving cellulose in a solvent such as a cuprammonium rayon solution, a cellulose zantate solution, or a morpholine derivative and spinning it again. The fine cellulose is obtained by subjecting a cellulosic material such as the above-mentioned natural cellulose and regenerated cellulose to a depolymerization treatment (for example, acid hydrolysis, alkali hydrolysis, enzymatic decomposition, blasting treatment, vibration ball mill treatment, etc.). Examples thereof include those obtained by mechanically processing the cellulosic material.

(1−2)アニオン変性
「アニオン変性セルロース」におけるアニオン変性とは、セルロースにアニオン性基を導入することをいい、具体的には酸化または置換反応によってセルロースのピラノース環にアニオン性基を導入することをいう。本発明において前記酸化反応とはピラノース環の水酸基を直接カルボキシル基に酸化する反応をいう。また、本発明において置換反応とは、当該酸化以外の置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入する反応をいう。
(1-2) Anion denaturation Anion denaturation in "anion-modified cellulose" means introducing an anionic group into cellulose, specifically, introducing an anionic group into the pyranose ring of cellulose by an oxidation or substitution reaction. Say that. In the present invention, the oxidation reaction refers to a reaction in which the hydroxyl group of the pyranose ring is directly oxidized to a carboxyl group. Further, in the present invention, the substitution reaction means a reaction for introducing an anionic group into the pyranose ring by a substitution reaction other than the oxidation.

(1−2−1)カルボキシル化(酸化)
アニオン変性の一例として、カルボキシル化(カルボキシル基のセルロースへの導入、「酸化」とも呼ぶ。)を挙げることができる。セルロース原料のカルボキシル化により得られるアニオン変性セルロースを、カルボキシル化セルロース(または酸化セルロース)と呼ぶ。本明細書においてカルボキシル基とは、−COOH(酸型)および−COOM(金属塩型)をいう(式中、Mは金属イオンである)。セルロース原料のカルボキシル化(酸化)は、例えば、後述する方法により得ることができるがこれに限定されない。また、市販のカルボキシル化セルロースを工程1で用いてもよい。カルボキシル化セルロースにおけるカルボキシル基の量はカルボキシル化セルロースの絶乾質量に対して、0.6〜3.0mmol/gが好ましく、1.0〜2.0mmol/gがさらに好ましいが、これらに限定されない。
(1-2-1) Carboxylation (oxidation)
As an example of anion denaturation, carboxylation (introduction of a carboxyl group into cellulose, also referred to as "oxidation") can be mentioned. Anion-modified cellulose obtained by carboxylation of a cellulose raw material is called carboxylated cellulose (or oxidized cellulose). In the present specification, the carboxyl group means -COOH (acid type) and -COOM (metal salt type) (in the formula, M is a metal ion). Carboxylation (oxidation) of the cellulose raw material can be obtained, for example, by the method described later, but is not limited thereto. Further, commercially available carboxylated cellulose may be used in step 1. The amount of carboxyl groups in the carboxylated cellulose is preferably 0.6 to 3.0 mmol / g, more preferably 1.0 to 2.0 mmol / g, based on the absolute dry mass of the carboxylated cellulose, but is not limited thereto. ..

カルボキシル化セルロースのカルボキシル基量は、以下の方法で測定することができる:
カルボキシル化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出する:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。
The amount of carboxyl groups in carboxylated cellulose can be measured by the following methods:
60 ml of a 0.5 mass% slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose was prepared, and a 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution was added to adjust the pH to 2.5, and then a 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to adjust the pH to 11. The electrical conductivity is measured until
Amount of carboxyl group [mmol / g carboxylated cellulose] = a [ml] × 0.05 / mass of carboxylated cellulose [g].

カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N−オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(−COOH)またはカルボキシレート基(−COO)とを有するセルロース繊維(カルボキシル化セルロース)を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。 As an example of the carboxylation (oxidation) method, a cellulose raw material is oxidized in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide, and a mixture thereof. There are ways to do this. This oxidation reaction, C6-position primary hydroxyl groups of the glucopyranose ring of the cellulose surface is selectively oxidized, and an aldehyde group on the surface, a carboxyl group (-COOH) or carboxylate groups (-COO -) and cellulosic fibers having a (Carboxylated cellulose) can be obtained. The concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or less.

N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であればいずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4−ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01〜10mmolが好ましく、0.01〜1mmolがより好ましく、0.05〜0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1〜4mmol/L程度がよい。 The N-oxyl compound is a compound capable of generating a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it is a compound that promotes the desired oxidation reaction. For example, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivative (for example, 4-hydroxy TEMPO) can be mentioned. The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of oxidizing cellulose as a raw material. For example, 0.01 to 10 mmol is preferable, 0.01 to 1 mmol is more preferable, and 0.05 to 0.5 mmol is further preferable with respect to 1 g of cellulose that has been completely dried. Further, it is preferably about 0.1 to 4 mmol / L with respect to the reaction system.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1〜100mmolが好ましく、0.1〜10mmolがより好ましく、0.5〜5mmolがさらに好ましい。当該変性は酸化反応による変性である。 The bromide is a compound containing bromine, and examples thereof include alkali metals bromide that can be dissociated and ionized in water. Further, the iodide is a compound containing iodine, and an example thereof includes an alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used can be selected within the range in which the oxidation reaction can be promoted. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, still more preferably 0.5 to 5 mmol, relative to 1 g of dry cellulose. The modification is a modification due to an oxidation reaction.

酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムは好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5〜500mmolが好ましく、0.5〜50mmolがより好ましく、1〜25mmolがさらに好ましく、3〜10mmolが最も好ましい。また、例えば、N−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。 As the oxidizing agent, known ones can be used, and for example, halogen, hypohalogenic acid, subhalogenic acid, perhalogenic acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide and the like can be used. Of these, sodium hypochlorite, which is inexpensive and has a low environmental load, is preferable. The appropriate amount of the oxidizing agent to be used is, for example, preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, still more preferably 1 to 25 mmol, and most preferably 3 to 10 mmol with respect to 1 g of cellulose that has been completely dried. .. Further, for example, 1 to 40 mol is preferable with respect to 1 mol of the N-oxyl compound.

セルロースの酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4〜40℃が好ましく、また15〜30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5〜6時間、例えば、0.5〜4時間程度である。 In the cellulose oxidation step, the reaction can proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40 ° C, and may be room temperature of about 15 to 30 ° C. As the reaction progresses, carboxyl groups are generated in the cellulose, so that the pH of the reaction solution is lowered. In order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution at 8 to 12, preferably about 10 to 11. Water is preferable as the reaction medium because it is easy to handle and side reactions are unlikely to occur. The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually about 0.5 to 6 hours, for example, about 0.5 to 4 hours.

また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。 Further, the oxidation reaction may be carried out in two steps. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency is not affected by the reaction inhibition by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. Can be oxidized well.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50〜250g/mであることが好ましく、50〜220g/mであることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100質量部とした際に、0.1〜30質量部であることが好ましく、5〜30質量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0〜50℃であることが好ましく、20〜50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1〜360分程度であり、30〜360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶剤中に溶解して酸化剤溶液を作製し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。 As another example of the carboxylation (oxidation) method, there is a method of oxidizing by contacting a gas containing ozone with a cellulose raw material. By this oxidation reaction, the hydroxyl groups at at least the 2nd and 6th positions of the glucopyranose ring are oxidized, and the cellulose chain is decomposed. Ozone concentration in the ozone containing gas is preferably 50 to 250 g / m 3, more preferably 50~220g / m 3. The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by mass. The ozone treatment temperature is preferably 0 to 50 ° C, more preferably 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 to 360 minutes, preferably about 30 to 360 minutes. When the ozone treatment conditions are within these ranges, it is possible to prevent the cellulose from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of the oxidized cellulose becomes good. After the ozone treatment, the additional oxidation treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used for the additional oxidation treatment is not particularly limited, and examples thereof include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfate, and peracetic acid. For example, the additional oxidation treatment can be performed by dissolving these oxidizing agents in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and immersing the cellulose raw material in the solution.

カルボキシル化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。カルボキシル化セルロースにおけるカルボキシル基量と同カルボキシル化セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシル基量は、通常、同じである。 The amount of the carboxyl group of the carboxylated cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the amount of the oxidizing agent added and the reaction time described above. The amount of carboxyl groups in carboxylated cellulose and the amount of carboxyl groups when the same carboxylated cellulose is used as nanofibers are usually the same.

(1−2−2)カルボキシアルキル化
アニオン変性の一例として、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基のセルロースへの導入を挙げることができる。セルロース原料のカルボキシアルキル化により得られるアニオン変性セルロースを、カルボキシアルキル化セルロースと呼ぶ。本明細書においてカルボキシアルキル基とは、−RCOOH(酸型)および−RCOOM(金属塩型)をいう。ここでRはメチレン基、エチレン基等のアルキレン基であり、Mは金属イオンである。
(1-2-2) Carboxyalkylation As an example of anion modification, introduction of a carboxyalkyl group such as a carboxymethyl group into cellulose can be mentioned. Anion-modified cellulose obtained by carboxyalkylation of a cellulose raw material is called carboxyalkylated cellulose. As used herein, the carboxyalkyl group refers to -RCOH (acid type) and -RCOOM (metal salt type). Here, R is an alkylene group such as a methylene group and an ethylene group, and M is a metal ion.

工程1で用いるカルボキシアルキル化セルロースは公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.40未満であることが好ましい。さらにカルボキシアルキル基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシメチル置換度は0.40未満であることが好ましい。当該置換度が0.40未満であるとCNFとしたときの分散性を一定程度保持することができるようになる。またカルボキシアルキル置換度の下限値は0.01以上が好ましい。操業性を考慮すると当該置換度は0.02〜0.35であることが特に好ましく、0.10〜0.30であることが更に好ましい。なお、無水グルコース単位とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)を意味し、カルボキシアルキル置換度とは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基(−OH)のうちカルボキシアルキルエーテル基(−ORCOOHまたは−ORCOOM)で置換されているものの割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシアルキルエーテル基の数)を示す。 The carboxyalkylated cellulose used in step 1 may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used. The degree of carboxyalkyl substitution of cellulose per anhydrous glucose unit is preferably less than 0.40. Further, when the carboxyalkyl group is a carboxymethyl group, the degree of carboxymethyl substitution is preferably less than 0.40. If the degree of substitution is less than 0.40, the dispersibility when CNF is used can be maintained to a certain extent. The lower limit of the carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 or more. Considering operability, the degree of substitution is particularly preferably 0.02 to 0.35, and even more preferably 0.10 to 0.30. The anhydrous glucose unit means individual anhydrous glucose (glucose residue) constituting cellulose, and the carboxyalkyl substitution degree is carboxyalkyl among the hydroxyl groups (-OH) in the glucose residue constituting cellulose. The percentage of those substituted with ether groups (-ORCOOH or -ORCOOM) (number of carboxyalkyl ether groups per glucose residue) is shown.

カルボキシアルキル化セルロースを製造する方法の一例として、以下の工程を含む方法が挙げられる。当該変性は置換反応による変性である。カルボキシメチル化セルロースを例にして説明する。 As an example of the method for producing carboxyalkylated cellulose, a method including the following steps can be mentioned. The modification is a modification by a substitution reaction. Carboxymethylated cellulose will be described as an example.

i)セルロース原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0〜70℃、好ましくは10〜60℃、かつ反応時間15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間、マーセル化処理する工程、
ii)次いで、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05〜10.0倍モル添加し、反応温度30〜90℃、好ましくは40〜80℃、かつ反応時間30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間、エーテル化反応を行う工程。
i) A step of mixing a cellulose raw material, a solvent and a mercerizing agent, and performing a mercerization treatment at a reaction temperature of 0 to 70 ° C., preferably 10 to 60 ° C., and a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. ,
ii) Next, a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times per glucose residue, and the reaction temperature is 30 to 90 ° C., preferably 40 to 80 ° C., and the reaction time is 30 minutes to 10 hours, preferably. A step of carrying out an etherification reaction for 1 to 4 hours.

原料としては前述のセルロース原料を使用できる。溶媒としては、3〜20質量倍の水または低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、または2種以上の混合媒体を使用できる。低級アルコールを混合する場合、その混合割合は60〜95質量%が好ましい。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5〜20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用することが好ましい。 As the raw material, the above-mentioned cellulose raw material can be used. As the solvent, 3 to 20 times by mass of water or lower alcohol, specifically water, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc. alone or 2 A mixed medium of more than one species can be used. When the lower alcohol is mixed, the mixing ratio is preferably 60 to 95% by mass. As the mercerizing agent, it is preferable to use 0.5 to 20 times mol of alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, per anhydrous glucose residue of the bottoming material.

前述のとおり、セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は0.40未満であり、0.01以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにカルボキシメチル置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カルボキシメチル置換基を導入したセルロースはナノ解繊することができるようになる。なお、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換基が0.01より小さいと、ナノ解繊が十分にできない場合がある。カルボキシアルキル化セルロースにおけるカルボキシアルキル置換度と、同カルボキシアルキル化セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシアルキル置換度とは通常、同じである。 As described above, the degree of carboxymethyl substitution of cellulose per glucose unit is less than 0.40, preferably 0.01 or more and less than 0.40. By introducing a carboxymethyl substituent into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, the cellulose into which the carboxymethyl substituent has been introduced can be nano-defibrated. If the carboxymethyl substituent per glucose unit is less than 0.01, nanodefibration may not be sufficient. The degree of carboxyalkyl substitution in carboxyalkylated cellulose and the degree of carboxyalkyl substitution when the same carboxyalkylated cellulose is used as a nanofiber are usually the same.

グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、以下の方法で測定することができる:
カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。メタノール900mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチル化セルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースに変換する。水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5g〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。80質量%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定する。カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’−(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのHSOのファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター。
The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit can be measured by the following method:
Weigh approximately 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dry) and place in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 100 mL of a solution prepared by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 900 mL of methanol is added, and the mixture is shaken for 3 hours to convert the carboxymethylated cellulose salt (CM-modified cellulose) into hydrogen-type CM-modified cellulose. Weigh 1.5 g to 2.0 g of hydrogen-type CM-formed cellulose (absolutely dry) and place it in an Erlenmeyer flask with a 300 mL stopper. Wet hydrogen-type CM-formed cellulose with 15 mL of 80 mass% methanol, add 100 mL of 0.1 N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. Excess NaOH is back titrated with 0.1 N H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator. The carboxymethyl degree of substitution (DS) is calculated by the following equation:
A = [(100 x F'-(0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) x F) x 0.1] / (absolute dry mass (g) of hydrogen-type CM-formed cellulose)
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required to neutralize 1 g of hydrogen-type CM-formed cellulose
F: 0.1N H 2 SO 4 factor F': 0.1N NaOH factor.

また、次式を用いて、カルボキシメチル置換度(DS)から、カルボキシメチル基(アニオン性基)の量(mmol/g)を算出することができる:
カルボキシメチル基の量(mmol/g)=(DS/(DS×58+162))×1000。
In addition, the amount of carboxymethyl group (anionic group) (mmol / g) can be calculated from the degree of carboxymethyl substitution (DS) using the following equation:
Amount of carboxymethyl group (mmol / g) = (DS / (DS × 58 + 162)) × 1000.

カルボキシメチル基以外のカルボキシアルキル基置換度も、上記と同様の方法で得ることができ、また、カルボキシアルキル基の量は、カルボキシアルキル置換度(DS)を用いて、次式から算出することができる:
カルボキシアルキル基の量(mmol/g)=[DS/{DS×(カルボキシアルキル基の分子量−1)+162}]×1000。
The degree of substitution of the carboxyalkyl group other than the carboxymethyl group can be obtained by the same method as described above, and the amount of the carboxyalkyl group can be calculated from the following formula using the degree of carboxyalkyl substitution (DS). can:
Amount of carboxyalkyl group (mmol / g) = [DS / {DS × (molecular weight of carboxyalkyl group-1) +162}] × 1000.

(1−2−3)エステル化
アニオン変性の一例としてエステル化を挙げることができる。セルロース原料のエステル化により得られるアニオン変性セルロースを、エステル化セルロースと呼び、特に後述するリン酸系化合物を用いて得たエステル化セルロースをリン酸エステル化セルロースと呼ぶ。工程1では、例えば後述する方法で製造されたエステル化セルロースを用いてもよいがこれに限定されない。また、市販のエステル化セルロースを工程1で用いてもよい。
(1-2-3) Esterification As an example of anion modification, esterification can be mentioned. Anion-modified cellulose obtained by esterification of a cellulose raw material is called esterified cellulose, and esterified cellulose obtained by using a phosphoric acid-based compound described later is particularly called phosphoric acid esterified cellulose. In step 1, for example, esterified cellulose produced by the method described later may be used, but the present invention is not limited to this. Further, commercially available esterified cellulose may be used in step 1.

セルロース原料のエステル化の方法としては、セルロース原料にリン酸系化合物の粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸系化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸系化合物はリン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、また解繊効率の向上が図れるなどの理由から、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が好ましい。これらは、1種またはは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩がさらに好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物は水溶液として用いることが望ましい。リン酸系化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3〜7が好ましい。 Examples of the method for esterifying the cellulose raw material include a method of mixing a powder or an aqueous solution of a phosphoric acid compound with the cellulose raw material, a method of adding an aqueous solution of the phosphoric acid compound to the slurry of the cellulose raw material, and the like. Examples of phosphoric acid-based compounds include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphite, hypophosphoric acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of salts. Among the above, phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium phosphite, etc., are low cost, easy to handle, and can improve defibration efficiency. Potassium phosphite, sodium hypophosphite, potassium hypophosphite, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, Ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like are preferable. These can be used alone or in combination of two or more. Of these, from the viewpoints of high efficiency of introducing phosphoric acid groups, easy defibration in the following defibration steps, and easy industrial application, phosphoric acid, sodium phosphate of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, and phosphoric acid Ammonium salt is more preferred. In particular, sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are preferable. In addition, it is desirable to use the phosphoric acid-based compound as an aqueous solution because the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introducing a phosphoric acid group is high. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid-based compound is preferably 7 or less because the efficiency of introducing the phosphoric acid group is high, but is preferably 3 to 7 from the viewpoint of suppressing the hydrolysis of pulp fibers.

リン酸エステル化セルロースの製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1〜10質量%のセルロース原料の懸濁液に、リン酸系化合物を撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物の添加量はリン元素量として、0.2〜500質量部であることが好ましく、1〜400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物の割合が前記下限値以上であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。前記上限値付近で収率向上の効果は頭打ちとなる。 The following methods can be mentioned as examples of the method for producing phosphoric acid esterified cellulose. A phosphoric acid-based compound is added to a suspension of a cellulosic raw material having a solid content concentration of 0.1 to 10% by mass with stirring to introduce a phosphoric acid group into the cellulose. When the cellulosic raw material is 100 parts by mass, the amount of the phosphoric acid compound added is preferably 0.2 to 500 parts by mass, more preferably 1 to 400 parts by mass as the amount of phosphorus element. When the ratio of the phosphoric acid-based compound is at least the above lower limit value, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. The effect of improving the yield reaches a plateau near the upper limit.

リン酸系化合物に加えて、他の化合物の粉末や水溶液を混合してもよい。リン酸系化合物に加えて混合し得る他の化合物としては、特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃色から赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。他の化合物の添加量はセルロース原料の固形分100質量部に対して、2〜1000質量部が好ましく、100〜700質量部がより好ましい。反応温度は0〜95℃が好ましく、30〜90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1〜600分程度であり、30〜480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100〜170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100〜170℃で加熱処理することが好ましい。 In addition to the phosphoric acid-based compound, powders or aqueous solutions of other compounds may be mixed. The other compound that can be mixed in addition to the phosphoric acid-based compound is not particularly limited, but a nitrogen-containing compound exhibiting basicity is preferable. "Basic" here is defined as the aqueous solution exhibiting a pink to red color in the presence of a phenolphthalein indicator, or the pH of the aqueous solution being greater than 7. The basic nitrogen-containing compound used in the present invention is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but a compound having an amino group is preferable. For example, urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like can be mentioned. Of these, urea, which is low in cost and easy to handle, is preferable. The amount of the other compound added is preferably 2 to 1000 parts by mass, more preferably 100 to 700 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material. The reaction temperature is preferably 0 to 95 ° C, more preferably 30 to 90 ° C. The reaction time is not particularly limited, but is about 1 to 600 minutes, more preferably 30 to 480 minutes. When the conditions of the esterification reaction are within these ranges, it is possible to prevent the cellulose from being excessively esterified and easily dissolved, and the yield of the phosphate esterified cellulose becomes good. After dehydrating the obtained phosphoric acid esterified cellulose suspension, it is preferable to heat-treat it at 100 to 170 ° C. from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose. Further, it is preferable to heat at 130 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or lower while water is contained in the heat treatment, remove water, and then heat-treat at 100 to 170 ° C.

リン酸エステル化セルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記の方法によりリン酸エステル化セルロースを得た後、煮沸し、冷水を用いて洗浄することが好ましい。これらのエステル化による変性は置換反応による変性である。エステル化セルロースにおける置換度と、同エステル化セルロースをナノファイバーとしたときの置換度は、通常、同じである。尚、次式を用いて、リン酸基置換度(DS)から、リン酸基(アニオン性基)の量(mmol/g)を算出することができる:
リン酸基の量(mmol/g)=(DS/(DS×64+162))×1000。
The degree of phosphate group substitution per glucose unit of phosphoric acid esterified cellulose is preferably 0.001 or more and less than 0.40. By introducing a phosphate group substituent into cellulose, the celluloses are electrically repelled from each other. Therefore, the cellulose into which a phosphate group has been introduced can be easily nano-defibrated. If the degree of phosphate substitution per glucose unit is less than 0.001, nano-defibration cannot be sufficiently performed. On the other hand, if the degree of phosphate substitution per glucose unit is greater than 0.40, it swells or dissolves and may not be obtained as nanofibers. In order to efficiently perform defibration, it is preferable to obtain phosphoric acid esterified cellulose by the above method, boil it, and wash it with cold water. These esterification modifications are substitution reaction modifications. The degree of substitution in the esterified cellulose and the degree of substitution when the esterified cellulose is used as nanofibers are usually the same. The amount (mmol / g) of the phosphate group (anionic group) can be calculated from the degree of substitution of the phosphate group (DS) by using the following formula:
Amount of phosphate group (mmol / g) = (DS / (DS × 64 + 162)) × 1000.

(1−2−4)ザンテート化
アニオン変性の一例としてザンテート化を挙げることができる。ザンテート化とは、セルロース原料を水酸化アルカリ金属水溶液で処理してアルカリセルロースとし、次いでアルカリセルロースに二硫化炭素(CS)を反応させて、アルカリセルロースの金属アルコキシド(−O)(Mはアルカリ金属)をキサントゲン酸塩(−OCSS)に変換してセルロースザンテートとするものである。本明細書において、セルロース原料のザンテート化により得られるアニオン変性セルロースを、ザンテート化セルロースと呼ぶ。
(1-2-4) Zantateization As an example of anion denaturation, zantateization can be mentioned. The xanthate reduction, the alkali cellulose is treated cellulose material with an alkali metal hydroxide aqueous solution, followed by reacting carbon disulfide (CS 2) in the alkali cellulose, alkali cellulose of the metal alkoxide (-O - M +) ( M is an alkali metal) converted to xanthogenate (-OCSS- M + ) to form cellulose zantate. In the present specification, anion-modified cellulose obtained by zantating a cellulose raw material is referred to as zantated cellulose.

工程1で用いるザンテート化セルロースは、公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。ザンテート化セルロースの無水グルコース単位当たりのザンテート置換度は、0.33以上1.20以下であることが好ましい。0.33以上であると後の工程3における解繊の促進につながり、また、1.20以下であるとザンテート化セルロースの収率の低下を抑えることができる。ザンテート置換度は、二硫化炭素の供給量や二硫化炭素とアルカリセルロースとの接触時間を調整することにより、調整することができる。 The zantated cellulose used in step 1 may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used. The degree of substitution of zantate per anhydrous glucose unit of the zantated cellulose is preferably 0.33 or more and 1.20 or less. If it is 0.33 or more, it leads to promotion of defibration in the subsequent step 3, and if it is 1.20 or less, a decrease in the yield of zantated cellulose can be suppressed. The degree of substitution of zantate can be adjusted by adjusting the supply amount of carbon disulfide and the contact time between carbon disulfide and alkali cellulose.

ザンテート化セルロースを製造する方法の一例として、以下の方法を挙げることができる。当該変性は置換反応による変性である。
まず、セルロース原料を、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属水溶液で処理してアルカリセルロースを得る。この際、水酸化アルカリ金属水溶液の濃度4〜9質量%とすることが好ましい。4質量%以上であるとセルロースのマーセル化を進行させることができ、また、9質量%以下であると得られるアルカリセルロースにおけるセルロースI型の結晶構造を一定程度維持することができる。上記の処理時間は、30分以上6時間以下が好ましく、1時間以上5時間以下がさらに好ましい。処理温度は、常温前後が好ましい。なお、処理温度が冷蔵条件下のように低温であると水酸化アルカリ金属水溶液がセルロースの結晶領域に浸透しやすくなるので、処理温度が凍結温度以上10℃未満の場合は、水酸化アルカリ金属水溶液濃度は4質量%以上7質量%以下が好ましく、10℃以上である場合には、水酸化アルカリ金属水溶液濃度は4質量%以上9質量%以下が好ましい。
The following methods can be mentioned as an example of the method for producing zantated cellulose. The modification is a modification by a substitution reaction.
First, the cellulose raw material is treated with an aqueous alkali metal hydroxide solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide to obtain alkali cellulose. At this time, the concentration of the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably 4 to 9% by mass. When it is 4% by mass or more, mercerization of cellulose can be promoted, and when it is 9% by mass or less, the crystal structure of cellulose type I in the obtained alkaline cellulose can be maintained to a certain extent. The above treatment time is preferably 30 minutes or more and 6 hours or less, and more preferably 1 hour or more and 5 hours or less. The treatment temperature is preferably around room temperature. If the treatment temperature is low as in refrigeration conditions, the alkali metal hydroxide aqueous solution easily permeates the crystal region of cellulose. Therefore, when the treatment temperature is equal to or higher than the freezing temperature and less than 10 ° C., the alkali metal hydroxide aqueous solution is used. The concentration is preferably 4% by mass or more and 7% by mass or less, and when the temperature is 10 ° C. or higher, the concentration of the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 4% by mass or more and 9% by mass or less.

上記の処理で得られたアルカリセルロースを固液分離し、水分をできるだけ除去することが好ましい。これにより、次のザンテート化処理における反応を促進することができる。固液分離の方法としては、例えば、遠心分離や濾別などの一般的な脱水方法を用いることができる。固液分離後のアルカリセルロースに含まれる水酸化アルカリ金属の濃度は、、3〜8質量%程度とすることが好ましい。 It is preferable to solid-liquid separate the alkaline cellulose obtained by the above treatment to remove as much water as possible. Thereby, the reaction in the next zantate treatment can be promoted. As a solid-liquid separation method, for example, a general dehydration method such as centrifugation or filtration can be used. The concentration of the alkali metal hydroxide contained in the alkali cellulose after solid-liquid separation is preferably about 3 to 8% by mass.

次いで、上記のアルカリセルロースに二硫化炭素を反応させて、アルカリセルロースにおけるアルカリ金属アルコキシドを、キサントゲン酸のアルカリ金属塩に変換するザンテート化処理を行う。二硫化炭素は、セルロースの質量に対して10質量%以上の量で供給することが好ましい。また、二硫化炭素とアルカリセルロースとの接触時間は30分以上とすることが好ましく、1時間以上がさらに好ましい。接触時間の上限は特に限定されないが、6時間程度で反応は十分に完了すると思われるため、6時間以下が好ましい。 Next, carbon disulfide is reacted with the above-mentioned alkali cellulose to perform a zantate treatment for converting the alkali metal alkoxide in the alkali cellulose into an alkali metal salt of xanthate. The carbon disulfide is preferably supplied in an amount of 10% by mass or more with respect to the mass of cellulose. The contact time between carbon disulfide and alkaline cellulose is preferably 30 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer. The upper limit of the contact time is not particularly limited, but it is considered that the reaction is sufficiently completed in about 6 hours, so 6 hours or less is preferable.

このザンテート化処理にあたっては、46℃以下の温度で、脱水したアルカリセルロースに気体状の二硫化炭素を接触させることが好ましい。46℃以下であるとアルカリセルロースの分解による重合度の低下を抑えることができる。 In this zantate treatment, it is preferable to bring gaseous carbon disulfide into contact with the dehydrated alkaline cellulose at a temperature of 46 ° C. or lower. When the temperature is 46 ° C. or lower, a decrease in the degree of polymerization due to decomposition of alkaline cellulose can be suppressed.

得られたザンテート化セルロースを洗浄して不純物、アルカリ、二硫化炭素等を除去すると、後の工程3における解繊時の負荷を軽減することができるため好ましい。洗浄には水を用いると、アルカリによるpHを低減させることができる一方で、繊維を傷めるおそれがほとんどないため、好ましい。洗浄後のザンテート化セルロースのスラリーのpHは、10.5以下であることが好ましく、9.5以下であることがさらに好ましい。 It is preferable to wash the obtained zantated cellulose to remove impurities, alkalis, carbon disulfide, etc., because the load during defibration in the subsequent step 3 can be reduced. It is preferable to use water for washing because the pH due to alkali can be reduced, but there is almost no risk of damaging the fibers. The pH of the zantated cellulose slurry after washing is preferably 10.5 or less, more preferably 9.5 or less.

(1−3)アニオン変性セルロース
原料であるセルロースに対し、上記で例示したようなアニオン変性を行うことにより、工程1で用いるアニオン変性セルロースを得ることができる。また、市販のアニオン変性セルロースを工程1で用いてもよい。アニオン変性セルロースの種類としては、カルボキシル基を有するセルロースまたはカルボキシアルキル基を有するセルロースが好ましい。特に、N−オキシル化合物と酸化剤とを用いてセルロースを酸化することにより得られたカルボキシル化セルロースは、アニオン性基が均一に導入されており、均一に解繊しやすい点で好ましい。
(1-3) Anion-modified cellulose By performing anion modification as illustrated above on cellulose as a raw material, anion-modified cellulose used in step 1 can be obtained. Further, commercially available anion-modified cellulose may be used in step 1. As the type of anion-modified cellulose, cellulose having a carboxyl group or cellulose having a carboxylalkyl group is preferable. In particular, carboxylated cellulose obtained by oxidizing cellulose with an N-oxyl compound and an oxidizing agent is preferable in that anionic groups are uniformly introduced and it is easy to uniformly defibrate.

アニオン変性セルロースとしては、水や水溶性有機溶媒に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものを用いる。繊維状の形状が維持されないもの(すなわち、溶解するもの)を用いると、ナノファイバーを得ることができない。分散した際に繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるとは、アニオン変性セルロースの分散体を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができるものである。また、X線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるアニオン変性セルロースは好ましい。 As the anion-modified cellulose, those in which at least a part of the fibrous shape is maintained even when dispersed in water or a water-soluble organic solvent are used. If a fiber-like shape is not maintained (that is, a substance that dissolves) is used, nanofibers cannot be obtained. The fact that at least a part of the fibrous shape is maintained when dispersed means that a fibrous substance can be observed by observing the dispersion of anion-modified cellulose with an electron microscope. Further, anion-modified cellulose capable of observing the peak of cellulose type I crystal when measured by X-ray diffraction is preferable.

アニオン変性セルロースにおけるセルロースの結晶化度は、結晶I型が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。結晶性を上記範囲に調整することにより、解繊により繊維を微細化した後も溶解することのない結晶性セルロース繊維を充分に得ることができる。セルロースの結晶性は、原料であるセルロースの結晶化度、及びアニオン変性の度合によって制御できる。アニオン変性セルロースの結晶化度の測定方法は、以下の通りである:
試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(LabX XRD−6000、株式会社島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行い、X線回折図の2θ=10゜〜30゜の回折強度をベースラインとして、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算出する。
Xc=(I002c−Ia)/I002c×100
Xc:セルロースのI型の結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6゜、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5゜、アモルファス部分の回折強度。
The crystallinity of cellulose in the anion-modified cellulose is preferably 50% or more, and more preferably 60% or more for crystal type I. By adjusting the crystallinity to the above range, it is possible to sufficiently obtain crystalline cellulose fibers that do not dissolve even after the fibers have been refined by defibration. The crystallinity of cellulose can be controlled by the degree of crystallinity of the raw material cellulose and the degree of anion denaturation. The method for measuring the crystallinity of anion-modified cellulose is as follows:
The sample is placed on a glass cell and measured using an X-ray diffraction measuring device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The crystallinity is calculated using a method such as Segal, and the diffraction intensity of the 002 surface of 2θ = 22.6 ° and 2θ = are based on the diffraction intensity of 2θ = 10 ° to 30 ° in the X-ray diffraction diagram. It is calculated by the following formula from the diffraction intensity of the amorphous portion of 18.5 °.
Xc = (I002c-Ia) / I002c × 100
Xc: Cellulose type I crystallinity (%)
I002c: 2θ = 22.6 °, diffraction intensity of 002 surface Ia: 2θ = 18.5 °, diffraction intensity of amorphous part.

アニオン変性セルロースのセルロースI型結晶の割合と、同アニオン変性セルロースをナノファイバーとしたときのセルロースI型結晶の割合は、通常同じである。
上記の方法で得られたアニオン変性セルロースは、通常、導入されたアニオン性基が、金属塩型(例えば、−COO、または−RCOO(Mはナトリウム、カリウム等の金属であり、Rはメチレン基、エチレン基等のアルキレン基である))の形態となっている。後の疎水化剤との反応を促進するために、アニオン変性セルロースにおける金属塩型のアニオン性基を、酸型(例えば、−COOH、−RCOOHなど)に変換することは好ましい。
The ratio of cellulose type I crystals of anion-modified cellulose and the ratio of cellulose type I crystals when the same anion-modified cellulose is used as nanofibers are usually the same.
In the anion-modified cellulose obtained by the above method, the introduced anionic group is usually a metal salt type (for example, −COO M + or −RCOO M + (M is a metal such as sodium or potassium). Yes, R is an alkylene group such as a methylene group or an ethylene group))). It is preferable to convert the metal salt type anionic group in the anion-modified cellulose to the acid type (for example, -COOH, -RCOOH, etc.) in order to promote the reaction with the subsequent hydrophobizing agent.

酸型に変換する方法は特に限定されず、例えば、アニオン変性セルロースに酸を添加する方法、アニオン変性セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる方法などを挙げることができる。酸を添加する場合、用いる酸の種類は特に限定されず、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸、リン酸などの無機酸や、酢酸、乳酸、蓚酸、クエン酸、蟻酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、フマル酸、グルコン酸などの有機酸を挙げることができる。汎用的で入手しやすい塩酸または硫酸は好ましい。酸を添加する際のpHは、1〜6の範囲が好ましく、2〜5がより好ましい。酸の添加量は、金属塩型のアニオン変性セルロースを酸型に変換できる量であればよく、特に限定されないが、例えば、強酸であれば、アニオン性基に対して1当量以上が好ましく、弱酸であれば10当量以上が好ましい。酸性イオン交換樹脂と接触させる場合、酸性イオン交換樹脂としては、強酸性陽イオン交換樹脂や弱酸性陽イオン交換樹脂を挙げることができる。 The method of converting to the acid type is not particularly limited, and examples thereof include a method of adding an acid to the anion-modified cellulose and a method of contacting the anion-modified cellulose with a cation exchange resin. When an acid is added, the type of acid used is not particularly limited, and for example, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitrate, sulfite, nitrite, and phosphoric acid, acetic acid, lactic acid, oxalic acid, citric acid, formic acid, and adipic acid. , Sebacic acid, stearic acid, maleic acid, succinic acid, tartrate acid, fumaric acid, gluconic acid and other organic acids. General-purpose and readily available hydrochloric acid or sulfuric acid is preferred. The pH at the time of adding the acid is preferably in the range of 1 to 6, and more preferably 2 to 5. The amount of the acid added may be any amount as long as it can convert the metal salt type anionic modified cellulose into the acid type, and is not particularly limited. For example, in the case of a strong acid, 1 equivalent or more with respect to the anionic group is preferable, and a weak acid. If so, 10 equivalents or more is preferable. When contacting with an acidic ion exchange resin, examples of the acidic ion exchange resin include a strongly acidic cation exchange resin and a weakly acidic cation exchange resin.

(1−4)アニオン変性セルロースの分散体
工程1で用いるアニオン変性セルロースの分散体は、上述したアニオン変性セルロースを分散媒に分散または懸濁させたものである。分散体における分散媒は、水または有機溶媒、あるいはこれらの混合物を適宜選択できる。有機溶媒の種類は問わないが、例えばセルロース中の水酸基との親和性が高い極性溶媒、また、水と一定の割合で混合可能な水溶性有機溶媒が好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。上記分散媒は単独で用いても良いし、2種類以上を混合して用いてもよい。例えば、有機溶媒を2種類以上混合する形態、水と有機溶媒を含む形態、水のみの形態などを適宜選択することができる。水のみを分散媒として用いること(すなわち、水100%)は、取扱いの容易性から好ましい。水と有機溶媒とを混合する場合の混合割合は特に限定されず、使用する有機溶媒の種類に応じて適宜混合割合を調整すればよい。
(1-4) Dispersion of Anion-Modified Cellulose The dispersion of anion-modified cellulose used in Step 1 is obtained by dispersing or suspending the above-mentioned anion-modified cellulose in a dispersion medium. As the dispersion medium in the dispersion, water, an organic solvent, or a mixture thereof can be appropriately selected. The type of organic solvent is not limited, but for example, a polar solvent having a high affinity for hydroxyl groups in cellulose and a water-soluble organic solvent that can be mixed with water at a constant ratio are preferable, and methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, etc. sec-butanol, tert-butanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, glycerin, ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, N, N-dimethylformamide, N, N- Examples thereof include dimethylacetamide and dimethylsulfoxide. The dispersion medium may be used alone or in combination of two or more. For example, a form in which two or more kinds of organic solvents are mixed, a form containing water and an organic solvent, a form containing only water, and the like can be appropriately selected. It is preferable to use only water as the dispersion medium (that is, 100% water) from the viewpoint of ease of handling. The mixing ratio when water and the organic solvent are mixed is not particularly limited, and the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the type of the organic solvent used.

分散体におけるアニオン変性セルロース濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、後の疎水化剤と混合する際の効率を考慮すると、1〜45質量%が好ましく、2〜40質量%がさらに好ましい。 The concentration of the anion-modified cellulose in the dispersion is preferably 0.01 to 50% by mass, preferably 1 to 45% by mass, and 2 to 40% by mass in consideration of the efficiency when mixed with the subsequent hydrophobizing agent. Is even more preferable.

(1−5)疎水化剤
工程1では、アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加して、アニオン変性セルロースを疎水化し、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造する。疎水化とは、アニオン変性セルロースに疎水化剤を結合させてアニオン変性セルロースの疎水性を向上させる処理をいう。
(1-5) Hydrophobicizing Agent In Step 1, a hydrophobizing agent and a surfactant are added to the dispersion of the anion-modified cellulose to make the anion-modified cellulose hydrophobic to produce a dispersion of the hydrophobized anion-modified cellulose. Hydrophobization refers to a process of binding an anion-modified cellulose to a hydrophobizing agent to improve the hydrophobicity of the anion-modified cellulose.

疎水化剤としては、アニオン変性セルロースのアニオン性基と結合してオニウム塩を形成できるアミンやホスフィンを有する化合物が好ましく、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、第四級アンモニウム、芳香族アミン、ジアミン、ポリエーテルアミン、ホスフィン、ホスホニウムのいずれでもよい。 As the hydrophobizing agent, a compound having an amine or phosphine capable of forming an onium salt by binding to an anionic group of anion-modified cellulose is preferable, and a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine, or a quaternary ammonium is preferable. , Aromatic amines, diamines, polyether amines, phosphines, phosphoniums.

疎水化剤としては、例えば、これらに限定されないが、HUNTSMAN社製のJEFFAMINE(登録商標) M−600、JEFFAMINE(登録商標) M−1000、JEFFAMINE(登録商標) M−2005、JEFFAMINE(登録商標) M−2070等のポリエーテルアミン、メチルアミン、エチルアミン、オレイルアミン、プロピルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン、テトラデシルアミン、1−ヘキセニルアミン、1−ドデセニルアミン、9,12−オクタデカジエニルアミン(リノールアミン)、9,12,15−オクタデカトリエニルアミン、リノレイルアミン等の1級アミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン等の2級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン等の3級アミン、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化メチルベンゼトニウム、塩化セチルピリジニウム、セトリモニウム、塩化ドファニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム等の4級アンモニウム、アニリン、ピリジン、ベンジルアミン等の芳香族アミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン、トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン等のホスフィン等が挙げられる。 Examples of the hydrophobizing agent include, but are not limited to, JEFFAMINE (registered trademark) M-600, JEFFAMINE (registered trademark) M-1000, JEFFAMINE (registered trademark) M-2005, and JEFFAMIN (registered trademark) manufactured by HUNTSMAN. Polyetheramines such as M-2070, methylamines, ethylamines, oleylamines, propylamines, dodecylamines, stearylamines, tetradecylamines, 1-hexenylamines, 1-dodecenylamines, 9,12-octadecadienylamines (linolamines). ), 9,12,15-Octadecatrienylamine, primary amines such as linoleylamine, secondary amines such as dimethylamine and diethylamine, tertiary amines such as trimethylamine and triethylamine, benzalconium chloride, benzethonium chloride, Tertiary ammonium such as methylbenzethonium chloride, cetylpyridinium chloride, cetrimonium, dofanium chloride, tetraethylammonium bromide, didecyldimethylammonium chloride, aromatic amines such as aniline, pyridine and benzylamine, diamines such as ethylenediamine and hexamethylenediamine. , Triphenylphosphine, phosphine such as trimethylphosphine and the like.

疎水化剤は、アニオン変性セルロースに1gに対する疎水化剤の結合量が0.40g以上となるように添加することが好ましい。より好ましくは、疎水化剤の結合量が0.50g以上であり、さらに好ましくは1.00g以上である。疎水化剤の結合量の計算方法は、後述する。疎水化剤はアニオン変性セルロースのアニオン性基に結合する。アニオン変性セルロースのアニオン性基の量に応じて十分な量の疎水化剤が添加されると、後の乾燥固形物を製造する工程2における乾燥時のセルロース繊維同士の水素結合による凝集が阻害され、後の工程3における解繊及びナノファイバー化が促進される。アニオン変性セルロースに1gに対する疎水化剤の結合量の上限は特に限定されないが、疎水化剤の結合量が過度に高すぎると、疎水化アニオン変性セルロースにおけるアニオン変性セルロースの割合が少なくなるから、アニオン変性セルロースに1gに対する疎水化剤の結合量は10.00g以下が好ましく、5.00g以下さらに好ましい。 The hydrophobizing agent is preferably added to the anion-modified cellulose so that the amount of the hydrophobizing agent bound to 1 g is 0.40 g or more. More preferably, the amount of the hydrophobizing agent bound is 0.50 g or more, and even more preferably 1.00 g or more. The method of calculating the binding amount of the hydrophobizing agent will be described later. The hydrophobizing agent binds to the anionic group of the anionic modified cellulose. When a sufficient amount of hydrophobizing agent is added according to the amount of anionic groups of the anion-modified cellulose, aggregation due to hydrogen bonds between the cellulose fibers during drying in the subsequent step 2 of producing a dry solid is inhibited. , The defibration and nanofiber formation in the subsequent step 3 are promoted. The upper limit of the amount of the hydrophobizing agent bound to 1 g of the anion-modified cellulose is not particularly limited. The amount of the hydrophobic agent bonded to 1 g of the modified cellulose is preferably 10.00 g or less, more preferably 5.00 g or less.

疎水化剤は、アニオン変性セルロースのアニオン性基に結合する。反応の様式から、添加した疎水化剤は、アニオン性基とすべて反応する。本発明者らは、1モル当量以上の疎水化剤を添加した際に、酸型(−COOH)であったアニオン変性セルロースが、すべて−COOに変化したことを赤外分光法を用いて確認している。これは、疎水化剤のアミンがアニオン変性セルロースのアニオン性基のすべてにイオン結合したことを示している。したがって、アニオン変性セルロース1gに対する疎水化剤の結合量は、疎水化剤の添加量に応じて、以下の式により算出することができる:
i)疎水化剤がアニオン性基の量(モル数)に対して等量(モル数)以上添加された場合
アニオン変性セルロース1gに対する疎水化剤の結合量〔g〕=アニオン変性セルロースのアニオン性基の量〔mmol/g〕×疎水化剤の分子量×0.001×アニオン性基の価数
ii)疎水化剤の添加量(モル数)がアニオン性基の量(モル数)未満である場合
アニオン変性セルロース1gに対する疎水化剤の結合量〔g〕=アニオン変性セルロースのアニオン性基の量〔mmol/g〕×疎水化剤の分子量×0.001×添加した疎水化剤のモル数[mmol]/アニオン性基のモル数[mmol]
i)において、アニオン性基の価数は、アニオン性基がカルボキシル基またはカルボキシアルキル基である場合は1であり、アニオン性基がリン酸基(例えば、HPO−)である場合は2である。ii)において、アニオン性基のモル数(mmol)は、アニオン性基の量(mmol/g)とアニオン変性セルロースの絶乾質量(g)とから求めることができる。
The hydrophobizing agent binds to the anionic group of the anionic modified cellulose. Due to the mode of reaction, the added hydrophobizing agent reacts with all anionic groups. The present inventors have found that 1 upon the addition of molar equivalent or more hydrophobic agents, anionic modified cellulose and an acid form (-COOH) are all -COO - that it has changed with infrared spectroscopy I'm checking. This indicates that the amine of the hydrophobizing agent was ionically bonded to all the anionic groups of the anionic modified cellulose. Therefore, the amount of the hydrophobizing agent bound to 1 g of the anion-modified cellulose can be calculated by the following formula according to the amount of the hydrophobizing agent added:
i) When the hydrophobic agent is added in an amount (number of moles) or more equal to the amount (number of moles) of the anionic group. Amount of group [mmol / g] x molecular weight of hydrophobicizing agent x 0.001 x valence of anionic group ii) The amount of substance added (number of moles) of the hydrophobicizing agent is less than the amount of anionic group (number of moles). Case: Amount of binding of hydrophobizing agent to 1 g of anion-modified cellulose [g] = amount of anionic group of anion-modified cellulose [mmol / g] x molecular weight of hydrophobizing agent x 0.001 x number of moles of hydrophobizing agent added [ mmol] / number of moles of anionic group [mmol]
In i), the valence of the anionic groups, when the anionic group is a carboxyl group or carboxyalkyl group is 1, anionic groups phosphate groups (e.g., H 2 PO 4 - if it is) is It is 2. In ii), the number of moles (mmol) of the anionic group can be determined from the amount of the anionic group (mmol / g) and the absolute dry mass (g) of the anionic modified cellulose.

疎水化剤は、アニオン変性セルロースのアニオン性基の量(モル数)に対して、50〜150%の量で添加してもよく、好ましくは70〜130%、より好ましくは80〜120%、さらに好ましくは100〜120%の量で添加してもよい。 The hydrophobizing agent may be added in an amount of 50 to 150% with respect to the amount (number of moles) of the anionic group of the anionic modified cellulose, preferably 70 to 130%, more preferably 80 to 120%. More preferably, it may be added in an amount of 100 to 120%.

疎水化剤は、そのまま、あるいは水または水溶性有機溶媒と混合するなどして、アニオン変性セルロースの分散体に添加すればよい。疎水化剤を添加する際のアニオン変性セルロース分散体のアニオン変性セルロースの濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、1〜45質量%が好ましく、2〜40質量%がさらに好ましい。疎水化剤とアニオン変性セルロースとを一定時間、撹拌しながら混合することにより、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造することができる。 The hydrophobizing agent may be added to the dispersion of anion-modified cellulose as it is or by mixing with water or a water-soluble organic solvent. The concentration of anion-modified cellulose in the anion-modified cellulose dispersion when the hydrophobizing agent is added is preferably 0.01 to 50% by mass, preferably 1 to 45% by mass, and even more preferably 2 to 40% by mass. .. By mixing the hydrophobizing agent and the anion-modified cellulose for a certain period of time with stirring, a dispersion of the hydrophobized anion-modified cellulose can be produced.

(1−6)界面活性剤
界面活性剤の種類は特に限定されず、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、炭化水素系界面活性剤等のいずれも用いることができる。また、ノニオン型、アニオン型、カチオン型、両性型、アミンオキシド型などのいずれも用いることができる。中でもフッ素系界面活性剤は低濃度で低い表面張力を付与することができる点で好ましい。フッ素系界面活性剤は、パーフルオロアルキル基を有する界面活性剤であり、市販のものを用いることができる。市販のフッ素系界面活性剤としては、例えば、これらに限定されないが、AGCセイミケミカル社製のノニオン型のフッ素系界面活性剤であるサーフロン(登録商標)S−242、サーフロン(登録商標)S−243、アニオン型のフッ素系界面活性剤であるサーフロン(登録商標)S−211、カチオン型のフッ素系界面活性剤であるサーフロン(登録商標)S−221、両性型のフッ素系界面活性剤であるサーフロン(登録商標)S−231、アミンオキシド型のフッ素系界面活性剤であるサーフロン(登録商標)S−241などが挙げられる。シリコーン系界面活性剤は、シロキサン結合を主骨格に持つシリコーンの一部に置換基を導入した構造を持つ界面活性剤であり、市販のものを用いることができる。市販のシリコーン系界面活性剤としては、例えば、これらに限定されないが、信越シリコーン社製のノニオン型(ポリエーテル型)のシリコーン系界面活性剤であるKF−640、KF−642、KF−643などが挙げられる。炭化水素系界面活性剤は、疎水基として炭化水素基を有する界面活性剤であり、市販のものを用いることができる。市販の炭化水素系界面活性剤としては、例えば、これらに限定されないが、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製のアミンオキシド型の炭化水素系界面活性剤であるカデナックス(登録商標)DM10D−W、カデナックス(登録商標)DM12D−W(C)、カデナックス(登録商標)DM14D−N、カデナックス(登録商標)DMC−W、カデナックス(登録商標)APA−12Wなどが挙げられる。
(1-6) Surfactant The type of surfactant is not particularly limited, and any of fluorine-based surfactant, silicone-based surfactant, hydrocarbon-based surfactant and the like can be used. Further, any of nonionic type, anion type, cationic type, amphoteric type, amine oxide type and the like can be used. Above all, the fluorine-based surfactant is preferable in that it can impart a low surface tension at a low concentration. The fluorine-based surfactant is a surfactant having a perfluoroalkyl group, and commercially available ones can be used. Commercially available fluorine-based surfactants include, but are not limited to, Surflon (registered trademark) S-242 and Surflon (registered trademark) S-, which are nonionic type fluorine-based surfactants manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd. 243, Surflon (registered trademark) S-211, which is an anionic type fluorine-based surfactant, Surflon (registered trademark) S-221, which is a cationic type fluorine-based surfactant, and amphoteric type fluorine-based surfactant. Examples thereof include Surflon (registered trademark) S-231 and Surflon (registered trademark) S-241 which is an amine oxide type fluorine-based surfactant. The silicone-based surfactant is a surfactant having a structure in which a substituent is introduced into a part of silicone having a siloxane bond as a main skeleton, and a commercially available one can be used. Examples of commercially available silicone-based surfactants include, but are not limited to, KF-640, KF-642, and KF-643, which are nonionic (polyether type) silicone-based surfactants manufactured by Shinetsu Silicone Co., Ltd. Can be mentioned. The hydrocarbon-based surfactant is a surfactant having a hydrocarbon group as a hydrophobic group, and commercially available ones can be used. Commercially available hydrocarbon-based surfactants include, for example, but not limited to these, an amine oxide-type hydrocarbon-based surfactant manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd., Cadenax (registered trademark) DM10D-W, Cadenax (registered trademark). Examples include DM12D-W (C), Cadenax (registered trademark) DM14D-N, Cadenax (registered trademark) DMC-W, and Cadenax (registered trademark) APA-12W.

界面活性剤としては、工程1で用いられるアニオン変性セルロースの分散体の分散媒と、後述する工程6又は8で得られる疎水化アニオン変性CNFの分散体の分散媒(有機溶媒)との両方に対する溶解性が高いものを用いることが好ましい。具体的には、各分散媒(25℃)に対し、1質量%以上溶解するものが好ましく、5質量%以上溶解するものがさらに好ましく、10質量%以上溶解するものがさらに好ましい。 As the surfactant, for both the dispersion medium of the dispersion of the anion-modified cellulose used in step 1 and the dispersion medium (organic solvent) of the dispersion of the hydrophobic anion-modified CNF obtained in step 6 or 8 described later. It is preferable to use one having high solubility. Specifically, those that dissolve in 1% by mass or more are preferable, those that dissolve in 5% by mass or more are more preferable, and those that dissolve in 10% by mass or more are further preferable with respect to each dispersion medium (25 ° C.).

界面活性剤は、透明度向上の効果を考慮すると、アニオン変性セルロースの質量に対して、0.1〜30質量%の量で添加することが好ましく、0.5〜20質量%の量で添加することがさらに好ましい。 Considering the effect of improving the transparency, the surfactant is preferably added in an amount of 0.1 to 30% by mass, and in an amount of 0.5 to 20% by mass, based on the mass of the anion-modified cellulose. Is even more preferable.

界面活性剤と疎水化剤の添加の順序は特に制限されず、疎水化剤を添加してから界面活性剤を添加してもよいし、界面活性剤を添加してから疎水化剤を添加してもよい。
(1−7)疎水化アニオン変性セルロースの分散体
上述したアニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加することにより、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造することができる。工程1で得られる疎水化アニオン変性セルロースの分散体における分散媒は、上述したアニオン変性セルロースの分散体の分散媒と同じものであってよい。工程1で得られる疎水化アニオン変性セルロースの分散体におけるアニオン変性セルロースの濃度(疎水化剤の質量を含まない)は、0.01〜50質量%であることが好ましく、1〜45質量%が好ましく、2〜40質量%がさらに好ましい。
The order of addition of the surfactant and the hydrophobic agent is not particularly limited, and the surfactant may be added after the hydrophobic agent is added, or the surfactant is added and then the hydrophobic agent is added. You may.
(1-7) Dispersion of Hydrophobicized Anion-Modified Cellulose By adding a hydrophobic agent and a surfactant to the above-mentioned dispersion of anion-modified cellulose, a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose can be produced. The dispersion medium in the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose obtained in step 1 may be the same as the dispersion medium of the dispersion of the anion-modified cellulose described above. The concentration of the anion-modified cellulose (excluding the mass of the hydrophobizing agent) in the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose obtained in step 1 is preferably 0.01 to 50% by mass, preferably 1 to 45% by mass. It is preferable, and more preferably 2 to 40% by mass.

(2)工程3
工程1の後に、任意に、工程1で得られた疎水化アニオン変性セルロースを解繊して疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体を得る工程3を行ってもよい。
(2) Step 3
After step 1, optionally, step 3 may be performed in which the hydrophobic anion-modified cellulose obtained in step 1 is defibrated to obtain a dispersion of a defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose.

解繊に用いる装置は特に限定されず、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いることができる。
解繊の程度も特に限定されず、後述する疎水化アニオン変性CNFが得られるまで解繊を進めてもよいし、その手前の段階で解繊を止めてもよい。例えば、CNFが得られるまで解繊を進める場合は、平均繊維径が2〜500nm程度、好ましくは2〜150nm程度、更に好ましくは2〜20nm程度の繊維となるまで解繊を進めてもよい。また、その手前で解繊を止める場合には、例えば、解繊物の平均繊維径が、好ましくは500nm〜20μm程度、更に好ましくは550nm〜15μm程度となるまで解繊を行ってもよい。
The device used for defibration is not particularly limited, and devices such as a high-speed rotary type, a colloid mill type, a high pressure type, a roll mill type, and an ultrasonic type can be used.
The degree of defibration is not particularly limited, and defibration may proceed until a hydrophobic anion-modified CNF, which will be described later, is obtained, or defibration may be stopped before that. For example, when defibration is carried out until CNF is obtained, defibration may be carried out until the average fiber diameter is about 2 to 500 nm, preferably about 2 to 150 nm, and more preferably about 2 to 20 nm. When the defibration is stopped before that, for example, the defibration may be performed until the average fiber diameter of the defibrated product is preferably about 500 nm to 20 μm, more preferably about 550 nm to 15 μm.

工程3において解繊の程度を高めると、後の工程8において得られる有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの透明度がさらに向上し、また、粘度がさらに低下する傾向がある。しかし、工程3を行うこと、また、工程3において解繊の程度を高めることは、解繊のためのエネルギーを多く要することとなるから、工程3を行うか否か、また、工程3を行う場合の解繊の程度は、所望のCNF分散体の特性とコストとを考慮して決定すればよい。なお、ここで「解繊の程度を高める」とは、解繊により得られる疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の平均繊維径をより減少させることを意味する。 When the degree of defibration is increased in step 3, the transparency of the hydrophobic anion-modified CNF using the organic solvent obtained in step 8 as a dispersion medium tends to be further improved, and the viscosity tends to be further lowered. However, since performing step 3 and increasing the degree of defibration in step 3 requires a large amount of energy for defibration, whether or not to perform step 3 and whether to perform step 3 are performed. The degree of defibration in the case may be determined in consideration of the characteristics and cost of the desired CNF dispersion. Here, "increasing the degree of defibration" means further reducing the average fiber diameter of the defibrated product of the hydrophobized anion-modified cellulose obtained by defibration.

工程3を行う際の分散体の分散媒は、特に限定されず、工程1における疎水化アニオン変性セルロースの分散体の分散媒をそのまま用いればよい。
工程3を行う際の分散体における疎水化アニオン変性セルロースの濃度は、0.01〜50質量%であることが好ましく、後の乾燥の際の効率を考慮すると、1〜45質量%が好ましく、2〜40質量%がさらに好ましい。
The dispersion medium of the dispersion in performing the step 3 is not particularly limited, and the dispersion medium of the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose in the step 1 may be used as it is.
The concentration of the hydrophobic anion-modified cellulose in the dispersion when the step 3 is carried out is preferably 0.01 to 50% by mass, and is preferably 1 to 45% by mass in consideration of the efficiency at the time of subsequent drying. 2 to 40% by mass is more preferable.

(3)工程2、工程4
工程2又は工程4では、工程1で得られた疎水化アニオン変性セルロースの分散体又は工程3で得られた疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体から分散媒を除去して疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物を製造する。この際、乾燥固形物における固形分濃度が、90質量%より高くなるように、分散媒を十分に除去することが必要である。乾燥固形物における固形分濃度は、好ましくは95質量%より高く、より好ましくは97質量%以上であり、さらに好ましくは98質量%以上である。セルロースは、水または水溶性有機溶媒を吸収して膨潤しやすいが、工程2又は4においては、セルロースに吸収された水または水溶性有機溶媒も、上述の固形分濃度を満たすように、十分に除去することが必要である。工程2又は4において、水または水溶性有機溶媒である分散媒を十分に除去することにより、溶媒置換工程を省略して、後の工程6又は8で低極性の有機溶媒中で分散させることができるようになる。一方、乾燥後の固形物が10質量%以上の分散媒(水及び/または水溶性有機溶媒)を含んでいる場合、工程6又は8においてトルエン等の低極性の有機溶媒中で解繊、分散させようとした場合に、低極性の溶媒と十分に混合させることができなくなり、沈殿が生じるなどの問題が生じ得る。
(3) Step 2, step 4
In step 2 or step 4, the dispersion medium is removed from the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose obtained in step 1 or the dispersion of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose obtained in step 3 to remove the hydrophobic anion. Produce a dry solid of modified cellulose or its defibrated product. At this time, it is necessary to sufficiently remove the dispersion medium so that the solid content concentration in the dry solid matter is higher than 90% by mass. The solid content concentration in the dry solid is preferably higher than 95% by mass, more preferably 97% by mass or more, and further preferably 98% by mass or more. Cellulose easily swells by absorbing water or a water-soluble organic solvent, but in step 2 or 4, the water or water-soluble organic solvent absorbed by the cellulose is sufficiently sufficient to satisfy the above-mentioned solid content concentration. It needs to be removed. By sufficiently removing the dispersion medium which is water or a water-soluble organic solvent in step 2 or 4, the solvent replacement step can be omitted and the solvent can be dispersed in a low-polarity organic solvent in the subsequent step 6 or 8. become able to. On the other hand, when the dried solid contains 10% by mass or more of a dispersion medium (water and / or a water-soluble organic solvent), it is defibrated and dispersed in a low-polarity organic solvent such as toluene in step 6 or 8. If it is attempted to be allowed to do so, it cannot be sufficiently mixed with a low-polarity solvent, which may cause problems such as precipitation.

乾燥固形物における固形分濃度は、以下の手順により計測できる:
乾燥固形物を105℃のオーブンで12時間乾燥させ、乾燥前後の質量から乾燥固形物の固形分濃度を算出する。
乾燥固形物の固形分濃度(質量%)=乾燥後の質量/乾燥前の質量×100。
The solid content concentration in the dry solid can be measured by the following procedure:
The dry solid is dried in an oven at 105 ° C. for 12 hours, and the solid content concentration of the dry solid is calculated from the mass before and after drying.
Solid content concentration (mass%) of dried solids = mass after drying / mass before drying × 100.

分散媒を除去する手段は特に限定されず、例えば、60〜130℃の温度下に1〜24時間置くことにより、分散媒を除去すればよい。
得られた疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物は、後述する工程6又は8のように有機溶媒中で解繊することにより、疎水化アニオン変性CNFへと容易に変換することができる。疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物は、疎水化アニオン変性CNFを製造するための原料として好適に用いることができる。以下、工程2で得られる「疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物」と工程4で得られる「疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物」とをまとめて「乾燥固形物」と呼ぶことがある。
The means for removing the dispersion medium is not particularly limited, and the dispersion medium may be removed by, for example, placing the dispersion medium at a temperature of 60 to 130 ° C. for 1 to 24 hours.
The obtained dried solid of hydrophobic anion-modified cellulose or its defibrated product can be easily converted into hydrophobic anion-modified CNF by defibrating in an organic solvent as in step 6 or 8 described later. Can be done. The dried solid of the hydrophobized anion-modified cellulose or the defibrated product thereof can be suitably used as a raw material for producing the hydrophobicized anion-modified CNF. Hereinafter, the "dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose" obtained in step 2 and the "dry solid of defibrated product of hydrophobic anion-modified cellulose" obtained in step 4 are collectively referred to as "dry solid". Sometimes.

(4)工程6、工程8
工程6又は工程8では、上述の乾燥固形物を有機溶媒と混合し、有機溶媒中で疎水化アニオン変性セルロースの解繊を行い、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの分散体を製造する。
(4) Step 6 and step 8
In step 6 or step 8, the above-mentioned dry solid is mixed with an organic solvent, the hydrophobic anion-modified cellulose is defibrated in the organic solvent, and a dispersion of the hydrophobic anion-modified CNF using the organic solvent as a dispersion medium is prepared. To manufacture.

用いる有機溶媒の種類は特に限定されず、上述したような水溶性有機溶媒であってもよいが、本発明では水溶性有機溶媒よりも低極性である(水と混合した際に分離するような)有機溶媒もCNF分散体の分散媒として用いることができる。CNF分散体の用途に応じて、有機溶媒の種類を選択すればよい。 The type of the organic solvent used is not particularly limited and may be a water-soluble organic solvent as described above, but in the present invention, it has a lower polarity than the water-soluble organic solvent (such as separating when mixed with water). ) An organic solvent can also be used as a dispersion medium for the CNF dispersion. The type of organic solvent may be selected according to the use of the CNF dispersion.

低極性の有機溶媒としては、これに限定されないが、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、n−ヘキサン、n−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、フルオロトリクロロメタン、トリクロロトリフルオロメタン、ヘキサフルオロベンゼン、エチルベンゼン、キシレン、シクロペンチルメチルエーテル、メチルターシャリーブチルエーテルなどが挙げられる。これらの1種または2種以上を、最終的なアニオン変性CNFの用途に応じて、適宜選択して使用することができる。 Low-polarity organic solvents include, but are not limited to, benzene, toluene, xylene, n-hexane, n-octane, cyclohexane, methylcyclohexane, dichloromethane, dichloroethane, chloroform, methylene chloride, carbon tetrachloride, fluorotrichloro. Examples thereof include methane, trichlorotrifluoromethane, hexafluorobenzene, ethylbenzene, xylene, cyclopentyl methyl ether and methyl tertiary butyl ether. One or more of these can be appropriately selected and used depending on the final use of the anion-modified CNF.

乾燥固形物に対する有機溶媒の混合の割合は、特に限定されないが、解繊の効率を考えると、アニオン変性セルロースの固形分濃度(疎水化剤部分を含まない)が0.01〜5質量%となるように有機溶媒を添加することが好ましく、0.5〜3.0質量%がさらに好ましい。 The ratio of the organic solvent mixed with the dry solid is not particularly limited, but considering the efficiency of defibration, the solid content concentration of the anion-modified cellulose (not including the hydrophobizing agent portion) is 0.01 to 5% by mass. It is preferable to add an organic solvent so as to be, more preferably 0.5 to 3.0% by mass.

乾燥固形物に有機溶媒を混合した後、有機溶媒中でセルロースを解繊することにより、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの分散体を形成する。
解繊に用いる装置は限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの分散体に強力なせん断力を印加できる装置を用いることが好ましい。効率よく解繊するには、分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。高圧または超高圧ホモジナイザーとは、ポンプにより流体を加圧して高圧にし、流路に設けた非常に繊細な間隙より噴出させることにより、粒子間の衝突、圧力差による剪断力等の総合エネルギーによって乳化、分散、解細、粉砕、及び超微細化を行う装置である。高圧ホモジナイザーでの解繊および分散処理の前に、必要に応じて高速せん断ミキサーなどの公知の混合、攪拌、乳化、分散装置を用いて予備処理を施すこともできる。
After mixing the dry solid with an organic solvent, cellulose is defibrated in the organic solvent to form a dispersion of hydrophobized anion-modified CNF using the organic solvent as a dispersion medium.
The apparatus used for defibration is not limited, but it is preferable to use an apparatus capable of applying a strong shearing force to a dispersion such as a high-speed rotary type, a colloid mill type, a high pressure type, a roll mill type, and an ultrasonic type. In order to efficiently defibrate, it is preferable to use a wet high-pressure or ultra-high pressure homogenizer capable of applying a pressure of 50 MPa or more to the dispersion and applying a strong shearing force. The pressure is more preferably 100 MPa or more, still more preferably 140 MPa or more. A high-pressure or ultra-high pressure homogenizer is an emulsification by the total energy such as collision between particles and shearing force due to pressure difference by pressurizing the fluid with a pump to make it high pressure and ejecting it from a very delicate gap provided in the flow path. , Dispersion, pulverization, crushing, and ultrafine. Prior to the defibration and dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, pretreatment can be performed, if necessary, using a known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer.

上記の解繊により、疎水化アニオン変性セルロースのナノファイバーを得ることができる。CNF(セルロースナノファイバー)は、平均繊維径が2〜500nm程度、好ましくは2〜150nm程度、更に好ましくは2〜20nm程度の繊維である。アスペクト比は30以上、好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上である。アスペクト比の上限は限定されないが、500以下程度となる。 By the above defibration, nanofibers of hydrophobic anion-modified cellulose can be obtained. CNF (cellulose nanofiber) is a fiber having an average fiber diameter of about 2 to 500 nm, preferably about 2 to 150 nm, and more preferably about 2 to 20 nm. The aspect ratio is 30 or more, preferably 50 or more, and more preferably 100 or more. The upper limit of the aspect ratio is not limited, but is about 500 or less.

疎水化アニオン変性CNFの平均繊維径および平均繊維長は、径が20nm未満の場合は原子間力顕微鏡(AFM)、20nm以上の場合は電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析し、平均を算出することにより、測定することができる。また、アスペクト比は下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径。
The average fiber diameter and average fiber length of the hydrophobic anion-modified CNF are determined by using an atomic force microscope (AFM) when the diameter is less than 20 nm and a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) when the diameter is 20 nm or more. It can be measured by analyzing 200 randomly selected fibers and calculating the average. The aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter.

(5)疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体
本発明により、例えばトルエンのような低極性の有機溶媒を分散媒とする、分散性のよい分散体を得ることができる。本発明の有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの分散体は、上述した疎水化アニオン変性CNFと、界面活性剤と、有機溶媒である分散媒とを含む。疎水化アニオン変性CNFの分散体におけるアニオン変性CNFの濃度(疎水化剤の質量を含まない)は、用途に応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、0.01〜5質量%程度が好ましく、0.5〜3.0質量%程度がさらに好ましい。分散体中の疎水化剤の量は、上述したアニオン変性セルロース1gに対する疎水化剤の結合量が0.40g以上となるような量であることが好ましい。また、界面活性剤の量は、アニオン変性セルロースの質量(疎水化剤の質量を含まない)に対して0.1〜30質量%の量が好ましい。
(5) Dispersion of Hydrophobized Anion-Modified Cellulose Nanofibers According to the present invention, it is possible to obtain a dispersion having good dispersibility using a low-polarity organic solvent such as toluene as a dispersion medium. The dispersion of the hydrophobic anion-modified CNF using the organic solvent of the present invention as a dispersion medium includes the above-mentioned hydrophobic anion-modified CNF, a surfactant, and a dispersion medium which is an organic solvent. The concentration of the anion-modified CNF (excluding the mass of the hydrophobizing agent) in the dispersion of the hydrophobized anion-modified CNF may be appropriately set according to the intended use and is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 5% by mass. , 0.5 to 3.0% by mass is more preferable. The amount of the hydrophobizing agent in the dispersion is preferably such that the amount of the hydrophobizing agent bound to 1 g of the above-mentioned anion-modified cellulose is 0.40 g or more. The amount of the surfactant is preferably 0.1 to 30% by mass with respect to the mass of the anion-modified cellulose (excluding the mass of the hydrophobizing agent).

疎水化アニオン変性CNFの分散性は、分散体の透明度を測定することにより評価することができる。透明度は、例えば、以下の方法で測定される:
所定の濃度のCNF分散体を調製し、UV−VIS分光光度計 UV−1800(株式会社島津製作所製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて、660nm 光の透過率を測定し、透明度とする。
The dispersibility of the hydrophobized anion-modified CNF can be evaluated by measuring the transparency of the dispersion. Transparency is measured, for example, by the following methods:
A CNF dispersion having a predetermined concentration was prepared, and the transmittance of 660 nm light was measured using a UV-VIS spectrophotometer UV-1800 (manufactured by Shimadzu Corporation) and a square cell having an optical path length of 10 mm. Transparency.

本発明では、例えば、分散媒をトルエンとし、固形分濃度(CNF換算(疎水化剤を含まない))を1.0質量%とした疎水化アニオン変性CNF分散体について、上記の方法で測定した透明度が90%以上、より好ましくは92%以上、更に好ましくは94%以上となる分散体を製造することができる。 In the present invention, for example, a hydrophobized anion-modified CNF dispersion having toluene as the dispersion medium and a solid content concentration (CNF conversion (without hydrophobizing agent)) of 1.0% by mass was measured by the above method. A dispersion having a transparency of 90% or more, more preferably 92% or more, still more preferably 94% or more can be produced.

本発明によって透明度が高い疎水化アニオン変性CNFの分散体が得られる理由は明らかではないが、乾燥固形物を製造する前の疎水化アニオン変性セルロースの分散体に界面活性剤を添加したことにより、乾燥に供した分散体の表面張力が低下し、乾燥時の疎水化アニオン変性セルロース同士の過度な凝集が抑制され、乾燥固形物の分散性が向上したと推測される。 It is not clear why the present invention provides a highly transparent dispersion of hydrophobic anion-modified CNF, but by adding a surfactant to the dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose before producing a dry solid, It is presumed that the surface tension of the dispersion subjected to drying was reduced, excessive aggregation of the hydrophobic anion-modified cellulose during drying was suppressed, and the dispersibility of the dried solid was improved.

また、本発明により、比較的低い粘度を有する有機溶媒を分散媒とするCNF分散体を製造することができる。CNF分散体の粘度は、例えば、以下の方法で測定される:
所定の濃度のCNF分散体を調製し、JIS−Z−8803の方法に準じて、B型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃で、回転数60rpmまたは6rpmで、3分後の値を測定する。
Further, according to the present invention, a CNF dispersion using an organic solvent having a relatively low viscosity as a dispersion medium can be produced. The viscosity of the CNF dispersion is measured, for example, by the following method:
A CNF dispersion having a predetermined concentration is prepared, and according to the method of JIS-Z-8803, using a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), the rotation speed is 60 rpm or 6 rpm for 3 minutes at 25 ° C. Measure the later value.

本発明では、例えば、分散媒をトルエンとし、固形分濃度(CNF換算(疎水化剤を含まない))を1.0質量%とした疎水化アニオン変性CNF分散体について、上記の方法で測定した60rpmにおけるB型粘度が、1000mPa・s以下、好ましくは900mPa・s以下、更に好ましくは800mPa・s以下となる分散体を形成することができる。 In the present invention, for example, a hydrophobized anion-modified CNF dispersion having toluene as the dispersion medium and a solid content concentration (CNF conversion (not including a hydrophobic agent)) of 1.0% by mass was measured by the above method. It is possible to form a dispersion having a B-type viscosity at 60 rpm of 1000 mPa · s or less, preferably 900 mPa · s or less, and more preferably 800 mPa · s or less.

(6)疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物
工程2又4で得られる乾燥固形物は、疎水化処理によりアニオン変性セルロースの親水性が下げられており、また、水や水溶性有機溶媒のような水系の分散媒をほとんど含まないため、種々の有機溶媒や疎水性の高分子に良好に混合して用いることができる。上記の乾燥固形物は、疎水化剤が結合したアニオン変性セルロースと界面活性剤とを含んでいる。疎水化剤は、上述した通りのものであり、上述したアニオン変性セルロース1gに対する疎水化剤の結合量が0.40g以上であることが好ましい。界面活性剤も上述した通りのものであり、上述したアニオン変性セルロースの質量に対して0.1〜30質量%の量で含有されていることが好ましい。乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高くなるように、分散媒が十分に除去されており、より好ましくは固形分濃度が95質量%より高く、より好ましくは97質量%以上であり、さらに好ましくは98質量%以上である。
(6) Dry solids of hydrophobized anion-modified cellulose or its defibrated product The hydrophilicity of the anion-modified cellulose has been reduced by the hydrophobization treatment of the dry solids obtained in Steps 2 and 4, and also in water or water. Since it contains almost no aqueous dispersion medium such as an aqueous organic solvent, it can be used by being satisfactorily mixed with various organic solvents and hydrophobic polymers. The above-mentioned dry solid contains an anion-modified cellulose to which a hydrophobizing agent is bound and a surfactant. The hydrophobizing agent is as described above, and the amount of the hydrophobizing agent bound to 1 g of the above-mentioned anion-modified cellulose is preferably 0.40 g or more. The surfactant is also as described above, and is preferably contained in an amount of 0.1 to 30% by mass with respect to the mass of the above-mentioned anion-modified cellulose. In the dry solid, the dispersion medium is sufficiently removed so that the solid content concentration is higher than 90% by mass, and the solid content concentration is more preferably higher than 95% by mass, more preferably 97% by mass or more. , More preferably 98% by mass or more.

本発明では、疎水化アニオン変性セルロース分散体又は疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体の乾燥時のセルロース繊維同士の凝集が抑制され、かさの高い乾燥固形物が得られる。したがって、本発明の乾燥固形物は、有機溶媒に分散させやすくハンドリング性能の良いセルロース繊維材料となる。 In the present invention, aggregation of cellulose fibers during drying of the hydrophobic anion-modified cellulose dispersion or the dispersion of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose is suppressed, and a highly bulky dry solid can be obtained. Therefore, the dry solid of the present invention is a cellulose fiber material that is easily dispersed in an organic solvent and has good handling performance.

本発明の乾燥固形物は、主として疎水化アニオン変性セルロースと界面活性剤とからなるが、疎水化アニオン変性セルロースの分散体から分散媒を除去する前などに用途に応じて任意に公知の添加物(抗菌剤、着色剤、樹脂母材、樹脂帯電防止剤、防曇剤、光安定剤、紫外線吸収剤、顔料、無機充填剤、防カビ剤、防腐剤、発泡剤、難燃剤など)を混合してから乾燥させることにより、上記の添加物を含んでいてもよい。乾燥固形物が、疎水化アニオン変性セルロース及び界面活性剤以外の添加物を含む場合、乾燥固形物における疎水化アニオン変性セルロースの割合は、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。乾燥固形物は、界面活性剤以外の添加物を含まず、疎水化アニオン変性セルロース及び界面活性剤のみ(少量の残存する分散媒を含む)からなっていてもよい。 The dry solid of the present invention is mainly composed of a hydrophobic anion-modified cellulose and a surfactant, and is an additive arbitrarily known depending on the application, such as before removing the dispersion medium from the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose. (Antibacterial agent, colorant, resin base material, resin antistatic agent, antifogging agent, light stabilizer, ultraviolet absorber, pigment, inorganic filler, fungicide, preservative, foaming agent, flame retardant, etc.) Then, it may contain the above-mentioned additives by drying. When the dry solid contains additives other than the hydrophobic anion-modified cellulose and the surfactant, the proportion of the hydrophobic anion-modified cellulose in the dry solid is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more. 90% by mass or more is more preferable. The dry solid may contain no additives other than the surfactant and may consist only of the hydrophobized anion-modified cellulose and the surfactant (including a small amount of residual dispersion medium).

本発明の乾燥固形物の形態は特に限定されず、分散媒を除去した後のバルク(塊)の形態であってもよいし、適宜粉砕して粉末状としてもよく、用途に応じて選択すればよい。 The form of the dry solid of the present invention is not particularly limited, and it may be in the form of a bulk (lump) after removing the dispersion medium, or it may be appropriately pulverized into a powder, and it may be selected according to the intended use. Just do it.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例1>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)500g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)780mgと臭化ナトリウム75.5gを溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を6.0mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプを分離し、パルプを十分に水洗することでカルボキシル基を導入したパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。このカルボキシル化セルロースのカルボキシル基量は、1.42mmol/gであった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
<Example 1>
Add 500 g (absolutely dry) of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from softwood to 500 ml of an aqueous solution of 780 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 75.5 g of sodium bromide until the pulp is uniformly dispersed. Stirred. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so as to have a concentration of 6.0 mmol / g, and the oxidation reaction was started. Although the pH in the system decreased during the reaction, a 3M aqueous sodium hydroxide solution was sequentially added to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system did not change. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was thoroughly washed with water to obtain pulp having a carboxyl group introduced (carboxylated cellulose). The amount of carboxyl groups of this carboxylated cellulose was 1.42 mmol / g.

カルボキシル化セルロースの固形分濃度を水で5質量%に調整し、濃度10%の塩酸を添加し、カルボキシル化セルロースにおけるナトリウム塩型のカルボキシル基(−COONa)を、酸型に変換した(−COOH)。その後、ガラスフィルターを用いて、吸引濾過を行い脱水した。再度、カルボキシル化セルロースの固形分濃度を水で5質量%に調整してから脱水した。この工程を3回繰り返し、固形分濃度25質量%の酸型のカルボキシル化セルロースを得た。 The solid content concentration of the carboxylated cellulose was adjusted to 5% by mass with water, and hydrochloric acid having a concentration of 10% was added to convert the sodium salt type carboxyl group (-COONa) in the carboxylated cellulose into an acid type (-COOH). ). Then, suction filtration was performed using a glass filter to dehydrate the product. Again, the solid content concentration of the carboxylated cellulose was adjusted to 5% by mass with water, and then dehydrated. This step was repeated 3 times to obtain an acid-type carboxylated cellulose having a solid content concentration of 25% by mass.

得られた酸型のカルボキシル化セルロースの分散体を、固形分濃度4質量%となるように水で希釈し、疎水化剤としてJEFFAMINE(登録商標)M−1000(HUNTSMAN社製、分子量1000)をカルボキシル基量に対して1当量添加した。疎水化剤の結合量を上述の式にしたがって計算すると、1.42gとなる。ホモミキサー(3000rpm、5分)で混合し、疎水化剤を結合させたカルボキシル化セルロース(疎水化カルボキシル化セルロース)の分散体を製造した。次にフッ素系界面活性剤(サーフロン(登録商標)S−242、AGCセイミケミカル社製)をカルボキシル化セルロースの質量(疎水化剤の質量を含まない)に対して10質量%となるように添加し、ホモミキサー(3000rpm、5分)で混合した。得られた疎水化カルボキシル化セルロースの分散体を、70℃の温度下に15時間静置して、疎水化カルボキシル化セルロースの乾燥固形物(固形分濃度98質量%)を製造した。 The obtained acid-type carboxylated cellulose dispersion was diluted with water so as to have a solid content concentration of 4% by mass, and JEFFAMINE (registered trademark) M-1000 (manufactured by Huntsman Corporation, molecular weight 1000) was used as a hydrophobizing agent. 1 equivalent was added with respect to the amount of carboxyl groups. When the binding amount of the hydrophobizing agent is calculated according to the above formula, it is 1.42 g. The mixture was mixed with a homomixer (3000 rpm, 5 minutes) to produce a dispersion of carboxylated cellulose (hydrophobicized carboxylated cellulose) to which a hydrophobizing agent was bound. Next, a fluorine-based surfactant (Surflon (registered trademark) S-242, manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.) was added so as to be 10% by mass with respect to the mass of carboxylated cellulose (excluding the mass of the hydrophobizing agent). Then, the mixture was mixed with a homomixer (3000 rpm, 5 minutes). The obtained dispersion of hydrophobically carboxylated cellulose was allowed to stand at a temperature of 70 ° C. for 15 hours to produce a dry solid of hydrophobically carboxylated cellulose (solid content concentration: 98% by mass).

得られた乾燥固形物に対し、固形分量がカルボキシル化セルロース換算(疎水化剤を含まない)で1質量%となるようにトルエンを添加し、3000rpmで10分間撹拌した。続いて、超高圧ホモジナイザーを用いて20℃で80MPaで1回、さらに150MPaで2回処理(解繊)することにより、トルエンを分散媒とする疎水化カルボキシル化CNFの分散体を得た。収率(すなわち、用いたカルボキシル化セルロースの質量に対する最終的に得られた疎水化カルボキシル化CNFにおけるカルボキシル化CNFの質量の割合)は100%であった。 Toluene was added to the obtained dry solid so that the solid content was 1% by mass in terms of carboxylated cellulose (without the hydrophobizing agent), and the mixture was stirred at 3000 rpm for 10 minutes. Subsequently, the treatment (defibration) was performed once at 80 MPa at 20 ° C. and twice at 150 MPa using an ultra-high pressure homogenizer to obtain a dispersion of hydrophobized carboxylated CNF using toluene as a dispersion medium. The yield (ie, the ratio of the mass of the carboxylated CNF to the finally obtained hydrophobic carboxylated CNF to the mass of the carboxylated cellulose used) was 100%.

得られた疎水化カルボキシル化CNFの分散体(分散媒:トルエン、固形分濃度(カルボキシル化CNF換算):1.0質量%)の透明度及び粘度を上述の方法で測定した。結果を表1に示す。 The transparency and viscosity of the obtained dispersion of the hydrophobically carboxylated CNF (dispersion medium: toluene, solid content concentration (converted to carboxylated CNF): 1.0% by mass) were measured by the above method. The results are shown in Table 1.

<実施例2>
フッ素系界面活性剤をサーフロン(登録商標)S−243(AGCセイミケミカル社製)に変更した以外は実施例1と同様にして疎水化カルボキシル化CNFの分散体(分散媒:トルエン、固形分量(カルボキシル化CNF換算):1.0質量%)を得て、その透明度及び粘度を上述の方法で測定した。結果を表1に示す。
<Example 2>
Dispersion of hydrophobized carboxylated CNF (dispersion medium: toluene, solid content) in the same manner as in Example 1 except that the fluorine-based surfactant was changed to Surflon (registered trademark) S-243 (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.). (Carboxylated CNF conversion): 1.0% by mass) was obtained, and its transparency and viscosity were measured by the above-mentioned method. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
フッ素系界面活性剤を添加しない以外は実施例1と同様にして疎水化カルボキシル化CNFの分散体(分散媒:トルエン、固形分量(カルボキシル化CNF換算):1.0質量%)を得て、その透明度及び粘度を上述の方法で測定した。結果を表1に示す。
<Comparative example 1>
A dispersion of hydrophobized carboxylated CNF (dispersion medium: toluene, solid content (converted to carboxylated CNF): 1.0% by mass) was obtained in the same manner as in Example 1 except that a fluorine-based surfactant was not added. Its transparency and viscosity were measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

<実施例3>
実施例1で得られた酸型のカルボキシル化セルロースの分散体を、固形分濃度4質量%となるように水で希釈し、疎水化剤としてJEFFAMINE(登録商標)M−1000(HUNTSMAN社製、分子量1000)をカルボキシル基量に対して1当量添加した。疎水化剤の結合量を上述の式にしたがって計算すると、1.42gとなる。ホモミキサー(3000rpm、5分)で混合し、疎水化剤を結合させたカルボキシル化セルロース(疎水化カルボキシル化セルロース)の分散体を製造した。次にフッ素系界面活性剤(サーフロン(登録商標)S−243、AGCセイミケミカル社製)をカルボキシル化セルロースの質量(疎水化剤の質量を含まない)に対して10質量%となるように添加し、ホモミキサー(3000rpm、5分)で混合した。続いて、分散体を超高圧ホモジナイザーを用いて20℃で150MPaで1回処理し、疎水化カルボキシル化セルロースの解繊物を得た。この疎水化カルボキシル化セルロースの解繊物を、70℃の温度下に15時間静置して、疎水化カルボキシル化セルロースの解繊物の乾燥固形物(固形分濃度98質量%)を製造した。
<Example 3>
The acid-type carboxylated cellulose dispersion obtained in Example 1 was diluted with water so as to have a solid content concentration of 4% by mass, and used as a hydrophobic agent as JEFFAMINE (registered trademark) M-1000 (manufactured by HUNTSMAN). A molecular weight of 1000) was added in an amount equivalent to 1 equivalent with respect to the amount of carboxyl groups. When the binding amount of the hydrophobizing agent is calculated according to the above formula, it is 1.42 g. The mixture was mixed with a homomixer (3000 rpm, 5 minutes) to produce a dispersion of carboxylated cellulose (hydrophobicized carboxylated cellulose) to which a hydrophobizing agent was bound. Next, a fluorine-based surfactant (Surflon (registered trademark) S-243, manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd.) was added so as to be 10% by mass with respect to the mass of carboxylated cellulose (excluding the mass of the hydrophobizing agent). Then, the mixture was mixed with a homomixer (3000 rpm, 5 minutes). Subsequently, the dispersion was treated once with an ultrahigh pressure homogenizer at 20 ° C. and 150 MPa to obtain a defibrated product of hydrophobized carboxylated cellulose. The defibrated product of the hydrophobized carboxylated cellulose was allowed to stand at a temperature of 70 ° C. for 15 hours to produce a dry solid (solid content concentration: 98% by mass) of the defibrated product of the hydrophobized carboxylated cellulose.

得られた乾燥固形物に対し、固形分量がカルボキシル化セルロース換算(疎水化剤を含まない)で1質量%となるようにトルエンを添加し、3000rpmで10分間撹拌した。続いて、超高圧ホモジナイザーを用いて20℃で80MPaで1回、さらに150MPaで2回処理(解繊)することにより、トルエンを分散媒とする疎水化カルボキシル化CNFの分散体を得た。収率(すなわち、用いたカルボキシル化セルロースの質量に対する最終的に得られた疎水化カルボキシル化CNFにおけるカルボキシル化CNFの質量の割合)は100%であった。 Toluene was added to the obtained dry solid so that the solid content was 1% by mass in terms of carboxylated cellulose (without the hydrophobizing agent), and the mixture was stirred at 3000 rpm for 10 minutes. Subsequently, the treatment (defibration) was performed once at 80 MPa at 20 ° C. and twice at 150 MPa using an ultra-high pressure homogenizer to obtain a dispersion of hydrophobized carboxylated CNF using toluene as a dispersion medium. The yield (ie, the ratio of the mass of the carboxylated CNF to the finally obtained hydrophobic carboxylated CNF to the mass of the carboxylated cellulose used) was 100%.

得られた疎水化カルボキシル化CNFの分散体(分散媒:トルエン、固形分濃度(カルボキシル化CNF換算):1.0質量%)の透明度及び粘度を上述の方法で測定した。結果を表1に示す。 The transparency and viscosity of the obtained dispersion of the hydrophobically carboxylated CNF (dispersion medium: toluene, solid content concentration (converted to carboxylated CNF): 1.0% by mass) were measured by the above method. The results are shown in Table 1.

<比較例2>
フッ素系界面活性剤を添加しない以外は実施例3と同様にして疎水化カルボキシル化CNFの分散体(分散媒:トルエン、固形分量(カルボキシル化CNF換算):1.0質量%)を得て、その透明度及び粘度を上述の方法で測定した。結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
A dispersion of hydrophobized carboxylated CNF (dispersion medium: toluene, solid content (converted to carboxylated CNF): 1.0% by mass) was obtained in the same manner as in Example 3 except that a fluorine-based surfactant was not added. Its transparency and viscosity were measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

Figure 2021143243
Figure 2021143243

表1の結果より、疎水化アニオン変性セルロース又は疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物に界面活性剤を含有させることにより、界面活性剤を用いないものに比べて、透明度が高く、粘度が低い、有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性CNFの分散体を得ることができることがわかる。


From the results in Table 1, by adding a surfactant to the dry solid of the hydrophobic anion-modified cellulose or the hydrophobic anion-modified cellulose defibrated product, the transparency is higher than that without the surfactant. It can be seen that a dispersion of hydrophobized anion-modified CNF having a low viscosity and using an organic solvent as a dispersion medium can be obtained.


Claims (8)

アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加して、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造する工程1、及び
前記疎水化アニオン変性セルロースの分散体から分散媒を除去し、疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造する工程2、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造する方法。
Step 1 of producing a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose by adding a hydrophobizing agent and a surfactant to the dispersion of anion-modified cellulose, and removing the dispersion medium from the dispersion of the hydrophobic anion-modified cellulose are performed. Step 2 of producing a dry solid of hydrophobized anion-modified cellulose,
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dry solid of hydrophobized anion-modified cellulose.
アニオン変性セルロースの分散体に疎水化剤及び界面活性剤を添加して、疎水化アニオン変性セルロースの分散体を製造する工程1、
前記疎水化アニオン変性セルロースを解繊して疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体を製造する工程3、
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の分散体から分散媒を除去し、疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を製造する工程4、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を製造する方法。
Step 1 to produce a dispersion of hydrophobized anion-modified cellulose by adding a hydrophobizing agent and a surfactant to the dispersion of anion-modified cellulose.
Step 3 of defibrating the hydrophobized anion-modified cellulose to produce a dispersion of a defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose.
Step 4, in which the dispersion medium is removed from the dispersion of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose to produce a dry solid of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose.
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose defibrated product has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dry solid of a defibrated product of hydrophobized anion-modified cellulose.
請求項1に記載の工程1及び2により疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を製造する工程5、及び
前記疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物を有機溶媒と混合して、前記有機溶媒中で疎水化アニオン変性セルロースの解繊を行い、前記有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する工程6、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する方法。
Step 5 for producing a dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose by steps 1 and 2 according to claim 1, and mixing the dry solid of hydrophobic anion-modified cellulose with an organic solvent in the organic solvent. Step 6, in which the hydrophobized anion-modified cellulose is defibrated to produce a dispersion of the hydrophobized anion-modified cellulose nanofibers using the organic solvent as a dispersion medium.
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dispersion of hydrophobized anion-modified cellulose nanofibers.
請求項2に記載の工程1、3、及び4により疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を製造する工程7、及び
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物を有機溶媒と混合して、前記有機溶媒中で疎水化アニオン変性セルロースの解繊を行い、前記有機溶媒を分散媒とする疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する工程8、
を含み、
前記疎水化アニオン変性セルロースの解繊物の乾燥固形物は、固形分濃度が90質量%より高い、
疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体を製造する方法。
The step 7 for producing a dried solid of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose by the steps 1, 3 and 4 according to claim 2, and the dry solid of the defibrated product of the hydrophobic anion-modified cellulose are organic. Step 8 of mixing with a solvent to defibrate the hydrophobic anion-modified cellulose in the organic solvent to produce a dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers using the organic solvent as a dispersion medium.
Including
The dry solid of the hydrophobized anion-modified cellulose defibrated product has a solid content concentration of more than 90% by mass.
A method for producing a dispersion of hydrophobized anion-modified cellulose nanofibers.
アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有するセルロースまたはカルボキシアルキル基を有するセルロースである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the anion-modified cellulose is cellulose having a carboxyl group or cellulose having a carboxylalkyl group. 界面活性剤がフッ素系界面活性剤である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the surfactant is a fluorine-based surfactant. 疎水化剤が結合したアニオン変性セルロース又は疎水化剤が結合したアニオン変性セルロースの解繊物と、界面活性剤と、を含み、固形分濃度が90質量%より高い、疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物。 Drying of hydrophobized anion-modified cellulose containing a denatured product of anion-modified cellulose to which a hydrophobizing agent is bound or an anion-modified cellulose to which a hydrophobizing agent is bound, and a surfactant, and having a solid content concentration of more than 90% by mass. Solid matter. 疎水化剤が結合したアニオン変性セルロースナノファイバーと界面活性剤とを含み、有機溶媒を分散媒とする、疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体。
A dispersion of hydrophobic anion-modified cellulose nanofibers containing an anion-modified cellulose nanofiber to which a hydrophobic agent is bound and a surfactant, and using an organic solvent as a dispersion medium.
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