JP2021161353A - Fibrous cellulose, fibrous cellulose-containing material, and molding - Google Patents

Fibrous cellulose, fibrous cellulose-containing material, and molding Download PDF

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Abstract

To provide a fibrous cellulose that satisfactorily absorbs both of pure water and salt water.SOLUTION: A fibrous cellulose has a phosphorous acid group or a phosphorous acid group-derived substituent. When a sheet is formed by a predetermined sheet forming method and a liquid absorption rate of the sheet is calculated by a predetermined measuring method, the liquid absorption rate is 0.30 mm/s or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、繊維状セルロース、繊維状セルロース含有物及び成形体に関する。 The present invention relates to fibrous cellulose, fibrous cellulose-containing material and molded article.

従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。 Conventionally, cellulose fibers have been widely used in clothing, absorbent articles, paper products and the like. As the cellulose fibers, in addition to fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is also known.

通常、セルロース繊維同士は、水素結合により強く結合している。このため、セルロース繊維に化学的処理を施すことにより、セルロース表面のヒドロキシ基に親水性の官能基(例えば、カルボキシ基、カチオン基、リン酸基など)を導入するなどして、セルロース繊維を改質することが行われている。 Normally, cellulose fibers are strongly bonded to each other by hydrogen bonds. Therefore, by chemically treating the cellulose fiber, a hydrophilic functional group (for example, a carboxy group, a cation group, a phosphoric acid group, etc.) is introduced into the hydroxy group on the surface of the cellulose to modify the cellulose fiber. Quality is being done.

例えば、特許文献1には、リン酸基又はリン酸基由来の置換基を有するセルロース繊維を含む組成物が開示されている。ここでは、セルロース繊維の少なくとも一部において、リン酸基の架橋構造が形成されている。また、特許文献2には、セルロース繊維のヒドロキシ基の一部が所定構造を有する亜リン酸基で置換され、亜リン酸のエステルが導入されてなるセルロース微細繊維が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a composition containing a phosphoric acid group or a cellulose fiber having a substituent derived from a phosphoric acid group. Here, a crosslinked structure of phosphoric acid groups is formed in at least a part of the cellulose fibers. Further, Patent Document 2 discloses a cellulose fine fiber in which a part of the hydroxy group of the cellulose fiber is replaced with a phosphorous acid group having a predetermined structure and an ester of phosphorous acid is introduced.

国際公開第2018/062501号International Publication No. 2018/062501 特許第6404382号公報Japanese Patent No. 6404382

セルロース繊維から例えばシートを形成した場合、シートには優れた純水吸水性が要求される場合がある。また、純水のみならず、塩分が含まれる溶液に対する吸水性(塩水吸水性)が求められる場合もある。これらの吸水性を高めるためには、セルロース繊維に架橋構造を形成することなどが検討されているが、発明者らの検討によれば。繊維状セルロースを含むシートの純水吸水性と塩水吸水性を高いレベルにおいて両立することは困難であった。すなわち、ある程度までは純水吸水性と塩水吸水性は両立するが、さらに吸水率を高めようとすると、純水吸水率のみが高くなり、塩水吸水率は高くなりにくいという課題があった。 When a sheet is formed from cellulose fibers, for example, the sheet may be required to have excellent water absorption of pure water. Further, not only pure water but also water absorption (salt water water absorption) for a solution containing salt may be required. In order to enhance these water absorbency, it has been studied to form a crosslinked structure on the cellulose fiber, but according to the study by the inventors. It has been difficult to achieve both pure water absorption and salt water absorption of a sheet containing fibrous cellulose at a high level. That is, to a certain extent, both pure water absorption and salt water absorption are compatible, but if an attempt is made to further increase the water absorption rate, there is a problem that only the pure water absorption rate becomes high and the salt water water absorption rate does not easily increase.

そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、純水吸水性及び塩水吸水性に優れた繊維状セルロースを提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the present inventors have proceeded with studies for the purpose of providing fibrous cellulose having excellent water absorption in pure water and salt water.

上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースの製造条件等を適切にコントロールして、繊維状セルロースからシートを形成した際のシートの吸液速度を所定の範囲とすることにより、純水吸水性及び塩水吸水性に優れた繊維状セルロースが得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors appropriately control the production conditions of fibrous cellulose having a phosphite group or a substituent derived from the phosphite group. It has been found that, by setting the liquid absorption rate of the sheet when the sheet is formed from the fibrous cellulose within a predetermined range, the fibrous cellulose having excellent water absorption in pure water and salt water can be obtained.
Specifically, the present invention has the following configuration.

[1] 亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、下記シート形成方法でシートを形成し、下記測定方法で吸液速度を算出した場合、シートの吸液速度が0.30mm/s以上となる、繊維状セルロース;
(シート形成方法)
繊維状セルロースにイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.3質量%の懸濁液を調製し、該懸濁液をろ紙上に注ぎ、絶乾坪量が200g/mのウェットシートを形成する;該ウェットシートをろ紙からはがし取ってステンレストレーに乗せ、23℃、相対湿度50%の条件下で3日間乾燥させる;乾燥済みのシートを、7.7MPaの加重圧で1分間プレスし、吸液速度測定用のシートとする;
(吸液速度)
吸液速度測定用のシートを幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルに切りだし、該サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水に浸す;長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間tを測定し、下記式(1)を用いて吸液速度(mm/sec)を算出する。
吸液速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(1)
[2] リン酸基又はリン酸基に由来する置換基をさらに有する[1]に記載の繊維状セルロース。
[3] 繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.51以上0.98以下である[1]又は[2]に記載の繊維状セルロース。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載の繊維状セルロースを含む繊維状セルロース含有物。
[5] [1]〜[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース、もしくは、[4]に記載の繊維状セルロース含有物から形成される成形体。
[6] シート状である[5]に記載の成形体。
[1] A fibrous cellulose having a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group, when a sheet is formed by the following sheet forming method and the liquid absorption rate is calculated by the following measuring method, the sheet Fibrous cellulose with a liquid absorption rate of 0.30 mm / s or more;
(Sheet formation method)
Ion-exchanged water is added to the fibrous cellulose to prepare a suspension having a solid content concentration of 0.3% by mass, and the suspension is poured onto a filter paper to obtain a wet sheet having an absolute dry basis weight of 200 g / m 2. The wet sheet is peeled off from the filter paper, placed on a stainless steel tray, and dried under the conditions of 23 ° C. and 50% relative humidity for 3 days; the dried sheet is pressed at a weighted pressure of 7.7 MPa for 1 minute. And use it as a sheet for measuring the liquid absorption rate;
(Liquid absorption rate)
A sheet for measuring the absorption rate is cut into a strip-shaped sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region of the sample from the longitudinal end to 5 mm is immersed in ion-exchanged water; from the longitudinal end to the longitudinal. The time t required for the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm is measured, and the liquid absorption rate (mm / sec) is calculated using the following formula (1).
Liquid absorption rate (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Equation (1)
[2] The fibrous cellulose according to [1], which further has a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group.
[3] When the amount of the first dissociating acid in the fibrous cellulose is A1 and the total amount of the dissociating acid in the fibrous cellulose is A2, the value of A1 / A2 is 0.51 or more and 0.98 or less [1] or. The fibrous cellulose according to [2].
[4] A fibrous cellulose-containing product containing the fibrous cellulose according to any one of [1] to [3].
[5] A molded product formed from the fibrous cellulose according to any one of [1] to [3] or the fibrous cellulose-containing material according to [4].
[6] The molded product according to [5], which is in the form of a sheet.

本発明によれば、純水吸水性及び塩水吸水性に優れた繊維状セルロースを得ることができる。 According to the present invention, fibrous cellulose having excellent water absorption in pure water and water absorption in salt water can be obtained.

図1は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH titrated and the pH of a fibrous cellulose-containing slurry having a phosphorus oxo acid group.

以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be based on typical embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.

(繊維状セルロース)
本発明は、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースに関する。ここで、本発明の繊維状セルロースから、下記のシート形成方法でシートを形成し、下記測定方法で吸液速度を算出した場合、該シートの吸液速度は0.30mm/s以上となる。
(シート形成方法)
繊維状セルロースにイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.3質量%の懸濁液を調製し、該懸濁液をろ紙上に注ぎ、絶乾坪量が200g/mのウェットシートを形成する;該ウェットシートをろ紙からはがし取ってステンレストレーに乗せ、23℃、相対湿度50%の条件下で3日間乾燥させる;乾燥済みのシートを、7.7MPaの加重圧で1分間プレスし、吸液速度測定用のシートとする;
(吸液速度)
吸液速度測定用のシートを幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルに切りだし、該サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水に浸す;長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間tを測定し、下記式(1)を用いて吸液速度(mm/sec)を算出する。
吸液速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(1)
(Fibrous cellulose)
The present invention relates to a phosphite group or a fibrous cellulose having a substituent derived from a phosphorous acid group. Here, when a sheet is formed from the fibrous cellulose of the present invention by the following sheet forming method and the liquid absorption rate is calculated by the following measurement method, the liquid absorption rate of the sheet is 0.30 mm / s or more.
(Sheet formation method)
Ion-exchanged water is added to the fibrous cellulose to prepare a suspension having a solid content concentration of 0.3% by mass, and the suspension is poured onto a filter paper to obtain a wet sheet having an absolute dry basis weight of 200 g / m 2. The wet sheet is peeled off from the filter paper, placed on a stainless steel tray, and dried under the conditions of 23 ° C. and 50% relative humidity for 3 days; the dried sheet is pressed at a weighted pressure of 7.7 MPa for 1 minute. And use it as a sheet for measuring the liquid absorption rate;
(Liquid absorption rate)
A sheet for measuring the absorption rate is cut into a strip-shaped sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region of the sample from the longitudinal end to 5 mm is immersed in ion-exchanged water; from the longitudinal end to the longitudinal. The time t required for the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm is measured, and the liquid absorption rate (mm / sec) is calculated using the following formula (1).
Liquid absorption rate (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Equation (1)

上記シート形成方法においてシートを形成し、上記方法で吸液速度を測定した場合、シートの吸液速度は0.30mm/s以上であればよく、0.32mm/s以上であることが好ましく、0.35mm/s以上であることがより好ましく、0.38mm/s以上であることがさらに好ましい。また、シートの吸液速度は20mm/s以下であることが好ましい。このようなシートの吸液速度は、後述するような繊維状セルロースの製造方法により繊維状セルロースを製造し、この繊維状セルロースを用いてシートを形成することで達成される。具体的には、繊維状セルロースに導入された亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基(以下、単に亜リン酸基ともいう)の少なくとも一部を縮合させることで達成される。縮合の形態は特に限定されるものではなく、例えば、亜リン酸基同士を脱水縮合させた構造であってもよく、亜リン酸基とリン酸基を脱水縮合させた構造であってもよく、亜リン酸基と繊維状セルロース中に含まれるヒドロキシ基を脱水縮合させた構造でもよい。なお、繊維状セルロースは、リン酸基同士を脱水縮合させた構造を含んでいてもよく、リン酸基と繊維状セルロース中に含まれるヒドロキシ基を脱水縮合させた構造を含んでいてもよい。また、縮合の形態は、架橋剤等に由来する構造を介して亜リン酸基同士が縮合したものであってもよく、架橋剤等に由来する構造を介して亜リン酸基とリン酸基が縮合したものであってもよく、架橋剤等に由来する構造を介して亜リン酸基と繊維状セルロース中に含まれるヒドロキシ基を縮合させた構造でもよい。なお、繊維状セルロースは、架橋剤等に由来する構造を介してリン酸基同士を縮合させた構造を含んでいてもよく、架橋剤等に由来する構造を介してリン酸基と繊維状セルロース中に含まれるヒドロキシ基を縮合させた構造を含んでいてもよい。 When a sheet is formed by the above sheet forming method and the liquid absorption rate is measured by the above method, the liquid absorption rate of the sheet may be 0.30 mm / s or more, preferably 0.32 mm / s or more. It is more preferably 0.35 mm / s or more, and further preferably 0.38 mm / s or more. Further, the liquid absorption rate of the sheet is preferably 20 mm / s or less. The liquid absorption rate of such a sheet is achieved by producing fibrous cellulose by a method for producing fibrous cellulose as described later and forming a sheet using the fibrous cellulose. Specifically, it is achieved by condensing at least a part of a phosphite group introduced into the fibrous cellulose or a substituent derived from the phosphorous acid group (hereinafter, also simply referred to as a phosphorous acid group). The form of condensation is not particularly limited, and may be, for example, a structure in which phosphite groups are dehydrated and condensed, or a structure in which phosphite groups and phosphoric acid groups are dehydrated and condensed. , A structure in which a phosphite group and a hydroxy group contained in fibrous cellulose are dehydrated and condensed may be used. The fibrous cellulose may contain a structure in which phosphoric acid groups are dehydrated and condensed, or may include a structure in which the phosphoric acid group and the hydroxy group contained in the fibrous cellulose are dehydrated and condensed. Further, the form of condensation may be one in which phosphite groups are condensed with each other via a structure derived from a cross-linking agent or the like, and a phosphite group and a phosphoric acid group are condensed through a structure derived from a cross-linking agent or the like. May be condensed, or a structure in which a phosphite group and a hydroxy group contained in the fibrous cellulose are condensed via a structure derived from a cross-linking agent or the like may be used. The fibrous cellulose may include a structure in which phosphoric acid groups are condensed with each other via a structure derived from a cross-linking agent or the like, and the phosphoric acid group and the fibrous cellulose may be contained through a structure derived from a cross-linking agent or the like. It may contain a structure in which the hydroxy groups contained therein are condensed.

なお、本明細書において、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基には、亜リン酸基や亜リン酸基に由来する置換基の縮合構造も含まれる。例えば、亜リン酸基とリン酸基が縮合して、繊維間に架橋構造を形成した場合、繊維状セルロースは、亜リン酸基に由来する構造と、リン酸基に由来する構造を各々含むことになる。本明細書においては、このような場合も、繊維状セルロースは、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基と、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基の両方を有しているとする。 In addition, in this specification, a substituent derived from a phosphite group or a phosphite group also includes a condensed structure of a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group. For example, when a phosphite group and a phosphoric acid group are condensed to form a crosslinked structure between fibers, the fibrous cellulose contains a structure derived from the phosphite group and a structure derived from the phosphoric acid group, respectively. It will be. In the present specification, even in such a case, the fibrous cellulose has both a substituent derived from a phosphite group or a phosphite group and a substituent derived from a phosphoric acid group or a phosphoric acid group. Suppose you are.

繊維状セルロース間に縮合構造が形成されていることの分析手法としては、NMRを用いる方法や、元素分析に各種の滴定法を組み合わせる方法が挙げられる。NMRを用いる方法では、化学シフトを測定することで、縮合構造の形成を確認できる。また、元素分析に各種の滴定法を組み合わせる方法では、元素分析により測定されるP原子の量と、中和滴定から得られる第1解離酸量を比較する。縮合構造が形成されていない場合、P原子の量と第1解離酸量は等しくなるが、縮合構造が存在する場合、第1解離酸量はP原子の量よりも小さくなる。また、縮合反応前後で第1解離酸量が減少することによっても縮合構造が形成されたことを確認できる。 Examples of the analysis method for forming a condensed structure between fibrous celluloses include a method using NMR and a method of combining various titration methods with elemental analysis. In the method using NMR, the formation of a condensed structure can be confirmed by measuring the chemical shift. Further, in the method of combining various titration methods with elemental analysis, the amount of P atoms measured by elemental analysis and the amount of first dissociated acid obtained from neutralization titration are compared. When the condensed structure is not formed, the amount of P atoms and the amount of the first dissociated acid are equal, but when the condensed structure is present, the amount of the first dissociated acid is smaller than the amount of P atoms. It can also be confirmed that the condensed structure was formed by reducing the amount of the first dissociated acid before and after the condensation reaction.

本発明の繊維状セルロースは、上記構成を有するものであるため、純水吸水性及び塩水吸水性に優れている。純水吸水性は、例えば、繊維状セルロースから上記方法でシートを形成し、そのシートを純水に浸漬させた場合の吸水率(I)で評価できる。なお、シートの純水の吸水量はJIS K 7223:1996に準拠して測定される値であり、吸水率(I)は以下式から算出される値である。
吸水率(I)(%)=100×シートの吸水量(g)/シートの絶乾重量(g)
シートの吸水率(I)は、1300%以上であることが好ましく、1400%以上であることがより好ましく、1500%以上であることがさらに好ましい。なお、シートの吸水率(I)の上限値は特に限定されるものではないが、100000%以下であることが好ましい。
Since the fibrous cellulose of the present invention has the above-mentioned structure, it is excellent in pure water absorption and salt water absorption. The water absorption of pure water can be evaluated by, for example, the water absorption rate (I 0 ) when a sheet is formed from fibrous cellulose by the above method and the sheet is immersed in pure water. The amount of pure water absorbed by the sheet is a value measured in accordance with JIS K 7223: 1996, and the water absorption rate (I 0 ) is a value calculated from the following formula.
Water absorption rate (I 0 ) (%) = 100 x sheet water absorption (g) / sheet absolute dry weight (g)
The water absorption rate (I 0 ) of the sheet is preferably 1300% or more, more preferably 1400% or more, and further preferably 1500% or more. The upper limit of the water absorption rate (I 0 ) of the sheet is not particularly limited, but is preferably 100,000% or less.

また、塩水吸水性は、例えば、繊維状セルロースから上記方法でシートを形成し、そのシートを0.1Nの塩化ナトリウム水溶液に浸漬させた場合の吸水率(I)で評価できる。なお、シートの塩化ナトリウム水溶液の吸水量はJIS K 7223:1996に準拠して測定される値であり、吸水率(I)は以下式から算出される値である。
吸水率(I)(%)=100×シートの吸水量(g)/シートの絶乾重量(g)
シートの吸水率(I)は、700%以上であることが好ましく、800%以上であることがより好ましく、900%以上であることがさらに好ましく、1000%以上であることが特に好ましい。なお、シートの吸水率(I)の上限値は特に限定されるものではないが、100000%以下であることが好ましい。
Further, the water absorption of salt water can be evaluated by, for example, the water absorption rate (I 1 ) when a sheet is formed from fibrous cellulose by the above method and the sheet is immersed in a 0.1 N sodium chloride aqueous solution. The water absorption amount of the sodium chloride aqueous solution of the sheet is a value measured in accordance with JIS K 7223: 1996, and the water absorption rate (I 1 ) is a value calculated from the following formula.
Water absorption rate (I 1 ) (%) = 100 x sheet water absorption (g) / sheet absolute dry weight (g)
The water absorption rate (I 1 ) of the sheet is preferably 700% or more, more preferably 800% or more, further preferably 900% or more, and particularly preferably 1000% or more. The upper limit of the water absorption rate (I 1 ) of the sheet is not particularly limited, but is preferably 100,000% or less.

また、塩水吸水性は、吸水率の減少率(%)によっても評価できる。ここで、吸水率の減少率(%)とは、純水の吸水率に対して、塩水の吸水率の低下度合いを表す指標である。吸水率の減少率(%)が小さい場合は、塩水を吸液させた場合であっても、純水を吸液させた場合と比較してその吸水量が劣らないことを意味しており、吸水率の減少率(%)が小さいほど、塩水の吸水性が良好であると判定できる。なお、吸水率の減少率(%)は以下式で算出される値である。
吸水率の減少率(%)=100×(I−I)/I
ここで、純水の吸水率(I)及び塩化ナトリウム水溶液の吸水率(I)は上述した方法で算出される値である。
上記方法で算出される吸水率の減少率(%)は、70%以下であることが好ましく、65%以下であることがより好ましく、60%以下であることがさらに好ましく、55%以下であることが一層好ましく、50%以下であることがより一層好ましく、40%以下であることがさらに好ましく、30%以下であることが特に好ましい。なお、吸水率の減少率(%)の下限値は特に限定されるものではなく、0%であってもよい。
The salt water water absorption can also be evaluated by the reduction rate (%) of the water absorption rate. Here, the reduction rate (%) of the water absorption rate is an index showing the degree of decrease in the water absorption rate of salt water with respect to the water absorption rate of pure water. When the decrease rate (%) of the water absorption rate is small, it means that the amount of water absorption is not inferior to that of the case where pure water is absorbed even when salt water is absorbed. It can be determined that the smaller the reduction rate (%) of the water absorption rate, the better the water absorption of the salt water. The reduction rate (%) of the water absorption rate is a value calculated by the following formula.
Reduction rate of water absorption rate (%) = 100 x (I 0- I 1 ) / I 0
Here, the water absorption rate of pure water (I 0 ) and the water absorption rate of the sodium chloride aqueous solution (I 1 ) are values calculated by the above-mentioned method.
The reduction rate (%) of the water absorption rate calculated by the above method is preferably 70% or less, more preferably 65% or less, further preferably 60% or less, and 55% or less. More preferably, it is more preferably 50% or less, further preferably 40% or less, and particularly preferably 30% or less. The lower limit of the reduction rate (%) of the water absorption rate is not particularly limited and may be 0%.

本発明の繊維状セルロースの繊維幅は特に限定されるものではなく、1000nmより大きくてもよく、1000nm以下であってもよい。また、繊維幅が1000nmよりも大きいセルロース繊維と、繊維幅が1000nm以下のセルロース繊維が混在していてもよい。例えば、透明性に優れたシートを製造する場合には、繊維状セルロースの繊維幅は、1000nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましく、8nm以下であることがさらに好ましい。なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロースと呼ぶこともある。 The fiber width of the fibrous cellulose of the present invention is not particularly limited, and may be larger than 1000 nm and may be 1000 nm or less. Further, cellulose fibers having a fiber width of more than 1000 nm and cellulose fibers having a fiber width of 1000 nm or less may be mixed. For example, in the case of producing a sheet having excellent transparency, the fiber width of the fibrous cellulose is preferably 1000 nm or less, more preferably 100 nm or less, and further preferably 8 nm or less. In the present specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less may be referred to as fine fibrous cellulose.

繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、1000nmより大きくてもよく、1000nm以下であってもよい。例えば、繊維状セルロースの平均繊維幅が1000nmより大きい場合は、1μmより大きく50μm以下であることが好ましく、1μmより大きく40μm以下であることがより好ましく、1μmより大きく30μm以下であることがさらに好ましい。また、繊維状セルロースの平均繊維幅が1000nm以下の場合は、2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロースは、単繊維状のセルロースであってもよいが、本明細書における繊維状セルロースには、単繊維状のセルロースの繊維集合体も含まれる。 The fiber width of the fibrous cellulose can be measured, for example, by observation with an electron microscope. The average fiber width of the fibrous cellulose may be larger than 1000 nm and may be 1000 nm or less. For example, when the average fiber width of the fibrous cellulose is larger than 1000 nm, it is preferably larger than 1 μm and 50 μm or less, more preferably larger than 1 μm and 40 μm or less, and further preferably larger than 1 μm and 30 μm or less. .. When the average fiber width of the fibrous cellulose is 1000 nm or less, it is preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, further preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more. It is particularly preferably 10 nm or less. The fibrous cellulose may be a monofibrous cellulose, but the fibrous cellulose in the present specification also includes a fiber aggregate of the monofibrous cellulose.

繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。
The average fiber width of fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to prepare a sample for TEM observation. And. If it contains wide fibers, an SEM image of the surface cast on the glass may be observed. Next, observation is performed using an electron microscope image at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times, or 50,000 times depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions and magnification should be adjusted so as to satisfy the following conditions.
(1) A straight line X is drawn at an arbitrary position in the observation image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y that intersects the straight line perpendicularly is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
The width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is visually read with respect to the observation image satisfying the above conditions. In this way, at least three sets of observation images of surface portions that do not overlap each other are obtained. Next, for each image, the width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is read. As a result, at least 20 fibers × 2 × 3 = 120 fibers are read. Then, the average value of the read fiber widths is taken as the average fiber width of the fibrous cellulose.

繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、繊維幅が1000nmより大きい場合、繊維長はたとえば0.1mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であることがより好ましい。また、繊維長は50mm以下であることが好ましく、20mm以下であることがより好ましい。繊維幅が1000nm以下の場合、繊維長は、たとえば0.1μm以上であることが好ましい。また、繊維長は、1000μm以下であることが好ましく、800μm以下であることがより好ましく、600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but when the fiber width is larger than 1000 nm, the fiber length is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.6 mm or more, for example. The fiber length is preferably 50 mm or less, more preferably 20 mm or less. When the fiber width is 1000 nm or less, the fiber length is preferably 0.1 μm or more, for example. The fiber length is preferably 1000 μm or less, more preferably 800 μm or less, and even more preferably 600 μm or less. By setting the fiber length within the above range, destruction of the crystal region of the fibrous cellulose can be suppressed. It is also possible to set the slurry viscosity of the fibrous cellulose in an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be obtained by, for example, image analysis by TEM, SEM, or AFM.

繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 The fibrous cellulose preferably has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified in the diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ = 1.5418 Å) monochromatic with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. The ratio of the type I crystal structure to the fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 50% or more. As a result, even better performance can be expected in terms of heat resistance and low coefficient of linear thermal expansion. The crystallinity is determined by a conventional method from the X-ray diffraction profile measured and the pattern (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).

繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length / fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 10000 or less, and more preferably 50 or more and 1000 or less. By setting the axial ratio to the above lower limit value or more, it is easy to form a sheet containing fibrous cellulose. By setting the axial ratio to the above upper limit value or less, for example, when treating fibrous cellulose as a dispersion liquid, it is preferable in that handling such as dilution becomes easy.

本実施形態における繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。特に、結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が高い繊維状セルロースは、後述する繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fibrous cellulose in the present embodiment has, for example, both a crystalline region and a non-crystalline region. In particular, fibrous cellulose having both a crystalline region and a non-crystalline region and having a high axial ratio is realized by a method for producing fibrous cellulose, which will be described later.

本発明の繊維状セルロースは亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基(以下、単に亜リン酸基ともいう)を有する。また、本発明の繊維状セルロースは、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基(以下、単にリン酸基ともいう)をさらに有することが好ましい。なお、本明細書において、リン酸基に由来する置換基は、リン酸基の塩やリン酸エステル基であってもよい。また、亜リン酸基に由来する置換基は、亜リン酸基の塩であってもよい。なお、亜リン酸基には、亜リン酸基が縮合した構造も含まれ、リン酸基にはリン酸基が縮合した構造も含まれる。 The fibrous cellulose of the present invention has a phosphorous acid group or a substituent derived from the phosphorous acid group (hereinafter, also simply referred to as a phosphorous acid group). Further, the fibrous cellulose of the present invention preferably further has a phosphoric acid group or a substituent derived from the phosphoric acid group (hereinafter, also simply referred to as a phosphoric acid group). In addition, in this specification, a substituent derived from a phosphoric acid group may be a salt of a phosphoric acid group or a phosphoric acid ester group. Further, the substituent derived from the phosphorous acid group may be a salt of the phosphorous acid group. The phosphite group also includes a structure in which a phosphite group is condensed, and the phosphoric acid group also includes a structure in which a phosphoric acid group is condensed.

リン酸基及び亜リン酸基は同一のセルロース分子鎖(セルロース単繊維)に存在してもよい。例えば、セルロースを構成する基本構造である2つのグルコースユニットのうち、1つのグルコースにリン酸基が導入されており、他方のグルコースに亜リン酸基が導入されていてもよい。また、本発明の繊維状セルロースは、リン酸基を有するセルロース分子鎖(セルロース単繊維)と、亜リン酸基を有するセルロース分子鎖(セルロース単繊維)の繊維集合体であってもよい。なお、本発明の繊維状セルロースは、リン酸基及び亜リン酸基の両方を有するセルロース分子鎖(セルロース単繊維)と、リン酸基を有するセルロース分子鎖(セルロース単繊維)と、亜リン酸基を有するセルロース分子鎖(セルロース単繊維)の3種単繊維の繊維集合体であってもよい。なお、亜リン酸基やリン酸基に由来する縮合構造は、同一繊維内で形成されていてもよく、複数の繊維間で形成されていてもよい。 The phosphoric acid group and the phosphorous acid group may be present in the same cellulose molecular chain (cellulose monofiber). For example, a phosphate group may be introduced into one glucose and a phosphite group may be introduced into the other glucose among the two glucose units which are the basic structures constituting cellulose. Further, the fibrous cellulose of the present invention may be a fiber aggregate of a cellulose molecular chain having a phosphoric acid group (cellulose single fiber) and a cellulose molecular chain having a phosphite group (cellulose single fiber). The fibrous cellulose of the present invention includes a cellulose molecular chain having both a phosphoric acid group and a phosphite group (cellulose monofiber), a cellulose molecular chain having a phosphoric acid group (cellulose monofiber), and phosphite. It may be a fiber aggregate of three kinds of single fibers of a cellulose molecular chain (cellulose single fiber) having a group. The condensed structure derived from the phosphorous acid group or the phosphoric acid group may be formed in the same fiber or may be formed among a plurality of fibers.

本発明の繊維状セルロースにおいて、亜リン酸基の少なくとも一部は、他の亜リン酸基、リン酸基、もしくは繊維状セルロース中のヒドロキシ基と縮合構造を形成している。縮合の形態は特に限定されるものではなく、例えば、亜リン酸基同士を脱水縮合させた構造であってもよく、亜リン酸基とリン酸基を脱水縮合させた構造であってもよく、亜リン酸基と繊維状セルロース中に含まれるヒドロキシ基を脱水縮合させた構造でもよい。また、繊維状セルロースは、リン酸基同士を脱水縮合させた構造を含んでいてもよく、リン酸基と繊維状セルロース中に含まれるヒドロキシ基を脱水縮合させた構造を含んでいてもよい。中でも、本発明の繊維状セルロースは、亜リン酸基とリン酸基が脱水縮合した構造を含むことが好ましい。なお、縮合の形態は、脱水縮合に限定されず、架橋剤等に由来する構造を介して亜リン酸基同士が縮合したものであってもよく、架橋剤等に由来する構造を介して亜リン酸基とリン酸基が縮合したものであってもよく、架橋剤等に由来する構造を介して亜リン酸基と繊維状セルロースのヒドロキシ基が縮合したものであってもよい。また、繊維状セルロースは、架橋剤等に由来する構造を介してリン酸基同士が縮合した構造を含んでいてもよく、架橋剤等に由来する構造を介してリン酸基と繊維状セルロース中に含まれるヒドロキシ基が縮合した構造を含んでいてもよい。 In the fibrous cellulose of the present invention, at least a part of the phosphite group forms a condensed structure with another phosphite group, a phosphoric acid group, or a hydroxy group in the fibrous cellulose. The form of condensation is not particularly limited, and may be, for example, a structure in which phosphite groups are dehydrated and condensed, or a structure in which phosphite groups and phosphoric acid groups are dehydrated and condensed. , A structure in which a phosphite group and a hydroxy group contained in fibrous cellulose are dehydrated and condensed may be used. Further, the fibrous cellulose may contain a structure in which phosphoric acid groups are dehydrated and condensed, or may include a structure in which the phosphoric acid group and the hydroxy group contained in the fibrous cellulose are dehydrated and condensed. Above all, the fibrous cellulose of the present invention preferably contains a structure in which a phosphite group and a phosphoric acid group are dehydrated and condensed. The form of condensation is not limited to dehydration condensation, and phosphite groups may be condensed with each other via a structure derived from a cross-linking agent or the like. The phosphoric acid group and the phosphoric acid group may be condensed, or the phosphite group and the hydroxy group of the fibrous cellulose may be condensed via a structure derived from a cross-linking agent or the like. Further, the fibrous cellulose may contain a structure in which phosphoric acid groups are condensed with each other via a structure derived from a cross-linking agent or the like, and in the phosphoric acid group and the fibrous cellulose via a structure derived from a cross-linking agent or the like. It may contain a structure in which the hydroxy groups contained in the above are condensed.

本発明の繊維状セルロースは、少なくとも一部に下記式(A)で表される構造を含む。なお、下記式(A)において、*印は、セルロース分子鎖との結合部位を示す。なお、2つの*印は、同一繊維内における結合部位であってもよく、一方の*印と、他方の*印は異なる繊維における結合部位であってもよい。 The fibrous cellulose of the present invention contains, at least in part, a structure represented by the following formula (A). In the following formula (A), * indicates a binding site with a cellulose molecular chain. The two * marks may be binding sites in the same fiber, and one * mark and the other * mark may be binding sites in different fibers.

Figure 2021161353
Figure 2021161353

式(A)中、aは0もしくは自然数であり、bは自然数であり、mは任意の数であり、nは自然数である(ただし、a=b×mである)。α,α,・・・,αのうちa個がOであり、残りはR又はORのいずれかである。ここで、Rは、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。なお、αのうち少なくとも1つはRであることが好ましく、かつRが水素原子であることが好ましい。また、nは2以上の自然数であることが好ましい。 In formula (A), a is 0 or a natural number, b is a natural number, m is an arbitrary number, and n is a natural number (where a = b × m). Of α 1 , α 2 , ..., α n , a are O , and the rest are either R or OR. Here, R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched chain hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated-linear hydrocarbon group, or an unsaturated-branched chain. Hydrocarbon groups, unsaturated-cyclic hydrocarbon groups, aromatic groups, or derivatives thereof. It is preferable that at least one of α n is R, and R is preferably a hydrogen atom. Further, n is preferably a natural number of 2 or more.

飽和−直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、又はn−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロピル基、又はt−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロペニル基、又は3−ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of the saturated-linear hydrocarbon group include, but are not limited to, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group and the like. Examples of the saturated-branched chain hydrocarbon group include an i-propyl group and a t-butyl group, but are not particularly limited. Examples of the saturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not limited to, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group and the like. Examples of the unsaturated-linear hydrocarbon group include a vinyl group, an allyl group and the like, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated-branched chain hydrocarbon group include an i-propenyl group and a 3-butenyl group, but the group is not particularly limited. Examples of the unsaturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not limited to, a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group and the like. Examples of the aromatic group include a phenyl group and a naphthyl group, but are not particularly limited.

Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又はアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、縮合構造の分子量を適切な範囲とすることができる。 As the inducing group in R, a functional group in which at least one of functional groups such as a carboxy group, a hydroxy group, or an amino group is added or substituted with respect to the main chain or side chain of the above-mentioned various hydrocarbon groups is used. However, it is not particularly limited. The number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R to the above range, the molecular weight of the condensed structure can be set to an appropriate range.

βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 β b + is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance. Examples of monovalent or higher cations composed of organic substances include aliphatic ammonium or aromatic ammonium, and examples of monovalent or higher valent cations composed of inorganic substances include alkali metal ions such as sodium, potassium, and lithium. Examples thereof include cations of divalent metals such as calcium and magnesium, hydrogen ions, and the like, but the present invention is not particularly limited. These may be applied alone or in combination of two or more. The monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance is preferably sodium or potassium ion which is hard to yellow when the fiber raw material containing β is heated and is easily industrially used, but is not particularly limited.

本発明の繊維状セルロースは、縮合構造を形成していない亜リン酸基を含む。また、リン酸基をさらに含んでもよい。この場合、亜リン酸基は、例えば、下記式(2)で表される置換基である。リン酸基は、例えば、下記式(1)で表される置換基であってもよい。 The fibrous cellulose of the present invention contains a phosphite group that does not form a condensed structure. In addition, a phosphoric acid group may be further contained. In this case, the phosphorous acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (2). The phosphoric acid group may be, for example, a substituent represented by the following formula (1).

Figure 2021161353
Figure 2021161353

式(2)中、bは自然数であり、mは任意の数であり、b×m=1である。αは、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。中でも、αは水素原子であることが特に好ましい。なお、式(2)におけるαには、セルロース分子鎖に由来する基は含まれない。 In equation (2), b is a natural number, m is an arbitrary number, and b × m = 1. α is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched chain hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated-linear hydrocarbon group, an unsaturated-branched chain hydrocarbon group. , Unsaturated-cyclic hydrocarbon groups, aromatic groups, or inducing groups thereof. Above all, it is particularly preferable that α is a hydrogen atom. The α in the formula (2) does not include a group derived from the cellulose molecular chain.

Figure 2021161353
Figure 2021161353

式(1)中、a及びbは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。α及びα’のうちa個がOであり、残りはORである。ここで、Rは、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。なお、式(1)におけるαには、セルロース分子鎖に由来する基は含まれない。 In the formula (1), a and b are natural numbers, and m is an arbitrary number (where a = b × m). Of α and α', a are O and the rest are OR. Here, R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched chain hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated-linear hydrocarbon group, or an unsaturated-branched chain. Hydrocarbon groups, unsaturated-cyclic hydrocarbon groups, aromatic groups, or derivatives thereof. The α in the formula (1) does not include a group derived from the cellulose molecular chain.

式(2)のα、もしくは、式(1)のRで表される飽和−直鎖状炭化水素は、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基の具体例としては、式(A)の各基の具体例と同様のものを挙げることができる。 The saturated-linear hydrocarbon represented by α in the formula (2) or R in the formula (1) is a saturated-branched chain hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, or an unsaturated-linear hydrocarbon. Specific examples of the hydrocarbon group, the unsaturated-branched chain hydrocarbon group, the unsaturated-cyclic hydrocarbon group, and the aromatic group include the same as the specific examples of each group of the formula (A). ..

また、式(2)のα、もしくは、式(1)のRにおける誘導基の具体例としては、式(A)の誘導基と同様のものを挙げることができる。 Moreover, as a specific example of the inducing group in α of the formula (2) or R of the formula (1), the same as the inducing group of the formula (A) can be mentioned.

式(1)及び(2)におけるβb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 Β b + in the formulas (1) and (2) is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance. Examples of monovalent or higher cations composed of organic substances include aliphatic ammonium or aromatic ammonium, and examples of monovalent or higher valent cations composed of inorganic substances include alkali metal ions such as sodium, potassium, and lithium. Examples thereof include cations of divalent metals such as calcium and magnesium, hydrogen ions, and the like, but the present invention is not particularly limited. These may be applied alone or in combination of two or more. The monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance is preferably sodium or potassium ion which is hard to yellow when the fiber raw material containing β is heated and is easily industrially used, but is not particularly limited.

また、本発明の繊維状セルロースは、縮合リンオキソ酸基を有していてもよく、縮合リンオキソ酸基としては、例えば、下記式(3)で表される置換基を挙げることができる。 Further, the fibrous cellulose of the present invention may have a condensed phosphorus oxo acid group, and examples of the condensed phosphorus oxo acid group include a substituent represented by the following formula (3).

Figure 2021161353
Figure 2021161353

式(3)中、a及びbは自然数であり、mは任意の数であり、nは2以上の自然数である(ただし、a=b×mである)。α,α,・・・,α及びα’のうちa個がOであり、残りはR又はORのいずれかである。ここで、Rは、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。なお、式(3)におけるαには、セルロース分子鎖に由来する基は含まれない。 In the formula (3), a and b are natural numbers, m is an arbitrary number, and n is a natural number of 2 or more (where a = b × m). Of α 1 , α 2 , ..., α n and α', a are O , and the rest are either R or OR. Here, R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched chain hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated-linear hydrocarbon group, or an unsaturated-branched chain. Hydrocarbon groups, unsaturated-cyclic hydrocarbon groups, aromatic groups, or derivatives thereof. The α in the formula (3) does not include a group derived from the cellulose molecular chain.

式(3)における各基の具体的例示は、式(1)における各基の具体的例示と同様であり、また、式(3)におけるβb+の具体的例示は、式(1)におけるβb+の具体的例示と同様である。 The specific example of each group in the formula (3) is the same as the specific example of each group in the formula (1), and the specific example of β b + in the formula (3) is β in the formula (1). It is the same as the specific example of b +.

なお、繊維状セルロースはリン酸基及び亜リン酸基に加えて、他のアニオン性基を有していてもよい。このようなアニオン性基としては、例えば、パルプが元来含むカルボキシ基等を挙げることができる。 The fibrous cellulose may have other anionic groups in addition to the phosphoric acid group and the phosphorous acid group. Examples of such anionic groups include carboxy groups originally contained in pulp.

また、繊維状セルロースは、繊維状セルロースが有するヒドロキシ基同士が脱水縮合した構造や、繊維状セルロースが有するヒドロキシ基がリンオキソ酸以外の架橋剤によって縮合した構造を含んでいてもよい。 Further, the fibrous cellulose may include a structure in which the hydroxy groups of the fibrous cellulose are dehydrated and condensed, or a structure in which the hydroxy groups of the fibrous cellulose are condensed by a cross-linking agent other than phosphoric acid.

繊維状セルロースが亜リン酸基とリン酸基を有する場合、亜リン酸基とリン酸基のモル比率(亜リン酸基:リン酸基)は、0.01:99.99〜99.99:0.01であることが好ましく、1:99〜99:1であることがより好ましく、10:90〜90:10であることがさらに好ましい。すなわち、上記式(2)で表される置換基と、上記式(1)で表される置換基のモル比率(式(2):式(1))は、0.01:99.99〜99.99:0.01であることが好ましく、1:99〜99:1であることがより好ましく、10:90〜90:10であることがさらに好ましい。なお、亜リン酸基とリン酸基が縮合構造を形成している場合は、各々の基に基づいた構造を亜リン酸基もしくはリン酸基としてモル量を換算する。リン酸基と亜リン酸基のモル比率を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの純水吸水性及び塩水吸水性をより効果的に高めることができる。 When the fibrous cellulose has a phosphite group and a phosphoric acid group, the molar ratio of the phosphite group to the phosphoric acid group (phosphoric acid group: phosphoric acid group) is 0.01: 99.99 to 99.99. : 0.01 is preferable, 1:99 to 99: 1 is more preferable, and 10:90 to 90:10 is even more preferable. That is, the molar ratio of the substituent represented by the above formula (2) to the substituent represented by the above formula (1) (formula (2): formula (1)) is 0.01: 99.99 to It is preferably 99.99: 0.01, more preferably 1:99 to 99: 1, and even more preferably 10:90 to 90:10. When the phosphite group and the phosphoric acid group form a condensed structure, the molar amount is converted by using the structure based on each group as the phosphite group or the phosphoric acid group. By setting the molar ratio of the phosphoric acid group to the phosphorous acid group within the above range, the water absorption of pure water and the water absorption of salt water of the fibrous cellulose can be more effectively enhanced.

繊維状セルロースが亜リン酸基を置換基として有することは、繊維状セルロースを含有する分散液について赤外線吸収スペクトルの測定を行い、1210cm−1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収を観察することで確認できる。また、繊維状セルロースがリン酸基を置換基として有することは、繊維状セルロースを含有する分散液について赤外線吸収スペクトルの測定を行い、1230cm−1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収を観察することで確認できる。また、繊維状セルロースが亜リン酸基やリン酸基を置換基として有することは、NMRを用いて化学シフトを確認する方法や、元素分析に滴定を組み合わせる方法などでも確認できる。 The fact that the fibrous cellulose has a phosphite group as a substituent means that the infrared absorption spectrum of the dispersion containing the fibrous cellulose is measured, and phosphones, which are metavariants of the phosphorous acid group, are measured in the vicinity of 1210 cm-1. It can be confirmed by observing the absorption of the acid group based on P = O. In addition, the fact that the fibrous cellulose has a phosphoric acid group as a substituent means that the infrared absorption spectrum of the dispersion containing the fibrous cellulose is measured, and the absorption of the phosphoric acid group based on P = O is performed in the vicinity of 1230 cm -1. It can be confirmed by observing. Further, the fact that fibrous cellulose has a phosphite group or a phosphoric acid group as a substituent can be confirmed by a method of confirming a chemical shift by using NMR, a method of combining titration with elemental analysis, or the like.

繊維状セルロースにおけるリンオキソ酸基の導入量(リンオキソ酸基量)は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースにおけるリンオキソ酸基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。ここで、単位mmol/gは、リンオキソ酸基の対イオンが水素イオン(H)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量を示す。なお、上記リンオキソ酸基量は、リンオキソ酸基量として亜リン酸基及びリン酸基を含む場合や、リンオキソ酸基として亜リン酸基、リン酸基及び縮合リンオキソ酸基を含む場合は、総リンオキソ酸基量である。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの純水吸水性及び塩水吸水性をより効果的に高めることができる。 The amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fibrous cellulose (the amount of phosphorus oxo acid groups) is preferably 0.10 mmol / g or more, and more preferably 0.20 mmol / g or more per 1 g (mass) of the fibrous cellulose, for example. It is more preferably 0.50 mmol / g or more, and particularly preferably 1.00 mmol / g or more. The amount of the phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose is preferably 5.20 mmol / g or less, more preferably 3.65 mmol / g or less per 1 g (mass) of the fibrous cellulose, for example. It is more preferably 00 mmol / g or less. Here, the unit mmol / g indicates the amount of substituents per 1 g of mass of fibrous cellulose when the counter ion of the phosphorus oxo acid group is a hydrogen ion (H +). The amount of the phosphoric acid group is total when the amount of the phosphoric acid group includes a phosphite group and a phosphoric acid group, or when the phosphoric acid group contains a phosphite group, a phosphoric acid group and a condensed phosphoric acid group. The amount of phosphoric acid groups. By setting the amount of the phosphorus oxo acid group introduced within the above range, the water absorption of pure water and the water absorption of salt water of the fibrous cellulose can be more effectively enhanced.

繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of the phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose can be measured by, for example, a neutralization titration method. In the measurement by the neutralization titration method, the introduction amount is measured by determining the change in pH while adding an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution to the obtained slurry containing fibrous cellulose.

図1は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースに酸処理を行う。繊維状セルロースの酸処理では、繊維状セルロースを、含有量が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、撹拌しながら、十分な量の1N塩酸水溶液を少しずつ添加する。次いで、このパルプ懸濁液を15分間撹拌したのち脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、繊維状セルロース100質量部(絶乾質量)に対し、1N塩酸水溶液を1000質量部添加する。この操作を5回繰り返すことにより、繊維状セルロース中に含まれるリンオキソ酸基を完全に酸型へ変化させる。さらに、このパルプ懸濁液を撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流す。その後、得られた酸型繊維状セルロースを、含有量が0.2質量%となるように希釈して懸濁液を作製する。なお、必要に応じて、酸処理の後に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、得られた懸濁液に水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて、先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、繊維状セルロースが縮合リンオキソ酸基を含む場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH titrated and the pH of a fibrous cellulose-containing slurry having a phosphorus oxo acid group. The amount of the phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, the fibrous cellulose is acid-treated. In the acid treatment of the fibrous cellulose, the fibrous cellulose is diluted with ion-exchanged water so that the content is 2% by mass, and a sufficient amount of a 1N aqueous hydrochloric acid solution is added little by little while stirring. Next, this pulp suspension was stirred for 15 minutes and then dehydrated to obtain a dehydrated sheet, which was diluted again with ion-exchanged water, and 1000 parts of 1N aqueous hydrochloric acid solution was added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of fibrous cellulose. Add by weight. By repeating this operation 5 times, the phosphorus oxo acid group contained in the fibrous cellulose is completely changed to the acid type. Further, the pulp suspension is stirred and uniformly dispersed, and then the operation of filtering and dehydrating to obtain a dehydrated sheet is repeated to sufficiently wash away excess hydrochloric acid. Then, the obtained acid-type fibrous cellulose is diluted so as to have a content of 0.2% by mass to prepare a suspension. If necessary, after the acid treatment, the same defibration treatment as the defibration treatment step described later may be performed on the measurement target.
Next, the change in pH is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution to the obtained suspension, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 1 is obtained. The titration curve shown in the upper part of FIG. 1 plots the measured pH with respect to the amount of alkali added, and the titration curve shown in the lower part of FIG. 1 plots the pH with respect to the amount of alkali added. The increment (differential value) (1 / mmol) is plotted. In this neutralization titration, two points are confirmed in which the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali dropped) becomes maximum in the curve plotting the measured pH with respect to the amount of alkali added. Of these, the maximum point of the increment obtained first when alkali is added is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, and the amount of alkali required from the first end point to the second end point. The amount is equal to the amount of the second dissociating acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for the titration, and the amount of alkali required from the start to the second end point of the titration is the total amount of the dissociating acid in the slurry used for the titration. Become equal. Then, the value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol / g). The amount of phosphorus oxo acid group introduced (or the amount of phosphorus oxo acid group) simply means the amount of the first dissociated acid.
In FIG. 1, the region from the start of titration to the first end point is referred to as a first region, and the region from the first end point to the second end point is referred to as a second region. For example, when the fibrous cellulose contains a condensed phosphorus oxo acid group, the amount of weakly acidic groups in the phosphorus oxo acid group (also referred to as the second dissociated acid amount in the present specification) is apparently reduced, and the alkali required for the first region is used. The amount of alkali required for the second region is smaller than the amount. On the other hand, the amount of strongly acidic groups in the phosphorus oxo acid group (also referred to as the first dissociated acid amount in the present specification) is the same as the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. When the phosphorous acid group is a phosphorous acid group, the weakly acidic group does not exist in the phosphorous acid group, so that the amount of alkali required for the second region is reduced or the amount of alkali required for the second region is reduced. May be zero. In this case, there is only one point on the titration curve where the pH increment is maximized.

なお、滴定法によるリンオキソ酸基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低いリンオキソ酸基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5〜30秒に10μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。 In the measurement of the amount of phosphorus oxo acid groups by the titration method, if the amount of one drop of the sodium hydroxide aqueous solution is too large, or if the titration interval is too short, the amount of phosphorus oxo acid groups will be lower than the original value. It may not be obtained. As an appropriate dropping amount and titration interval, for example, it is desirable to titrate 10 μL of a 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution every 5 to 30 seconds. Further, in order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing slurry, for example, it is desirable to measure while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of titration to the end of titration.

繊維状セルロースにおける第1解離酸量(mmol/g)をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量(mmol/g)をA2とした場合、A1/A2の値は0.51以上であることが好ましく、0.64以上であることがより好ましく、0.70以上であることがさらに好ましい。また、A1/A2の値は0.98以下であることが好ましく、0.90以下であることがより好ましく、0.85以下であることがさらに好ましい。ここで、繊維状セルロースにおける第1解離酸量(A1)は、上述した滴定曲線において、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。すなわち、第1解離酸量(A1)は第1段階で電離し、中和される酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。また、繊維状セルロースにおける総解離酸量(A2)は滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。すなわち、総解離酸量(A2)は全段階で電離し、中和される全ての酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。このため、A1/A2の値が1に近いほど弱酸量(リンオキソ酸基における弱酸性基数など)が少ないことを意味する。本発明の実施形態では、A1及びA2を上記条件を満たす値とすることにより、繊維状セルロースの純水吸水性及び塩水吸水性をより効果的に高めることができる。 When the first dissociative acid amount (mmol / g) in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociative acid amount (mmol / g) in the fibrous cellulose is A2, the value of A1 / A2 is 0.51 or more. Is more preferable, 0.64 or more is more preferable, and 0.70 or more is further preferable. Further, the value of A1 / A2 is preferably 0.98 or less, more preferably 0.90 or less, and further preferably 0.85 or less. Here, the amount of the first dissociating acid (A1) in the fibrous cellulose is the amount of alkali (mmol) required from the start to the first end point of the titration in the above-mentioned titration curve, and the solid content (g) in the slurry to be titrated. ) Divided by. That is, the first dissociated acid amount (A1) is a value obtained by dividing the amount of substance (mmol) of the acid that is ionized and neutralized in the first step by the solid content (g) in the slurry to be titrated. The total amount of dissociated acid (A2) in the fibrous cellulose is a value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated. That is, the total amount of dissociated acid (A2) is a value obtained by dividing the amount of substance (mmol) of all the acids that are ionized and neutralized at all stages by the solid content (g) in the slurry to be titrated. Therefore, the closer the value of A1 / A2 is to 1, the smaller the amount of weak acid (the number of weakly acidic groups in the phosphorus oxo acid group, etc.). In the embodiment of the present invention, by setting A1 and A2 to values satisfying the above conditions, the water absorption of pure water and the water absorption of salt water of the fibrous cellulose can be more effectively enhanced.

なお、A1/A2の値は、リン酸基又は亜リン酸基が縮合した場合、亜リン酸基が存在する場合、どちらの場合でも1に近づく。A1/A2が1に近づく要因が、リン酸基又は亜リン酸基の縮合か、亜リン酸基の存在か、どちらに因るものか判断する方法としては、例えば、酸加水分解などのリン酸又は亜リン酸基の縮合構造を切断する処理を行ってから上記の滴定操作を行う方法、酸化処理などの亜リン酸基をリン酸基へ変換する処理を行ってから上記の滴定操作を行う方法などが挙げられる。 The value of A1 / A2 approaches 1 in either case when the phosphate group or the phosphite group is condensed or when the phosphite group is present. As a method for determining whether the factor that A1 / A2 approaches 1 is due to the condensation of a phosphoric acid group or a phosphite group or the presence of a phosphite group, for example, phosphorus such as acid hydrolysis is used. A method of performing the above-mentioned titration operation after performing a treatment for cutting the condensed structure of an acid or a phosphite group, or a treatment for converting a phosphite group into a phosphoric acid group such as an oxidation treatment, and then performing the above-mentioned titration operation. The method of doing this can be mentioned.

(繊維状セルロースの製造方法)
繊維状セルロースの製造方法は、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを得る工程を含む。なお、この工程では、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩に加えて、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩を混合することが好ましい。また、この工程では、亜リン酸基の少なくとも一部が縮合構造を形成することが好ましい。なお、本明細書においては、上記繊維状セルロースを得る工程は、リンオキソ酸基導入工程ともいう。
(Manufacturing method of fibrous cellulose)
The method for producing fibrous cellulose is derived from a phosphite group or a phosphite group by mixing a compound having a phosphite group and / or a salt thereof with a cellulose raw material and urea and / or a urea derivative. The step of obtaining a fibrous cellulose having a substituent is included. In this step, it is preferable to mix a compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof in addition to the compound having a phosphite group and / or a salt thereof. Further, in this step, it is preferable that at least a part of the phosphite group forms a condensed structure. In the present specification, the step of obtaining the fibrous cellulose is also referred to as a phosphorus oxo acid group introduction step.

<セルロース原料>
繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料(セルロース原料)から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施形態のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。
<Cellulose raw material>
Fibrous cellulose is produced from a fiber raw material (cellulose raw material) containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but pulp is preferably used because it is easily available and inexpensive. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. The wood pulp is not particularly limited, but is, for example, broadleaf kraft pulp (LBKP), coniferous kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolved pulp (DP), soda pulp (AP), and unbleached kraft pulp (UKP). ) And chemical pulp such as oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemiground wood pulp (CGP), crushed wood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. Examples include mechanical pulp. The non-wood pulp is not particularly limited, and examples thereof include cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, and non-wood pulp such as hemp, straw and bagasse. The deinking pulp is not particularly limited, and examples thereof include deinking pulp made from recycled paper. As the pulp of the present embodiment, one of the above types may be used alone, or two or more types may be mixed and used. Among the above pulps, for example, wood pulp and deinked pulp are preferable from the viewpoint of availability. Further, among wood pulps, for example, chemical pulp is more preferable, and kraft pulp and sulfite pulp are further preferable, from the viewpoint of obtaining long-fiber fibrous cellulose having a small decomposition of cellulose in the pulp and a large axial ratio.

セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As the fiber raw material containing cellulose, for example, cellulose contained in ascidians and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can also be used. Further, instead of the fiber raw material containing cellulose, a fiber formed by a linear nitrogen-containing polysaccharide polymer such as chitin or chitosan can also be used.

<リンオキソ酸基導入工程>
リンオキソ酸基導入工程は、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを得る工程である。リンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩が反応することで、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を導入することができる。この工程により、亜リン酸基を導入したセルロース原料が得られることとなる。
<Linoxo acid group introduction process>
In the phosphorous acid group introduction step, a compound having a phosphorous acid group and / or a salt thereof is mixed with a cellulose raw material, and urea and / or a urea derivative are mixed, and a substitution derived from the phosphorous acid group or the phosphorous acid group is performed. This is a step of obtaining a fibrous cellulose having a group. In the phosphorus oxo acid group introduction step, the hydroxyl group of the fiber raw material containing cellulose reacts with the compound having a phosphite group and / or a salt thereof to obtain a phosphite group or a substituent derived from the phosphite group. Can be introduced. By this step, a cellulose raw material having a phosphorous acid group introduced therein can be obtained.

リンオキソ酸基導入工程では、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩をさらに混合することが好ましい。すなわち、リンオキソ酸基導入工程は、セルロース原料に対し、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、尿素及び/又は尿素誘導体とを混合し、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基、及び、リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基有する繊維状セルロースを得る工程であることが好ましい。なお、本明細書においては、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩を含む化合物群を化合物Aと呼ぶことがあり、尿素及び/又は尿素誘導体を化合物Bと呼ぶことがある。 In the phosphoric acid group introduction step, it is preferable to further mix the compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof. That is, in the phosphoric acid group introduction step, a compound having a phosphite group and / or a salt thereof, a compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof, and urea and / or a urea derivative are mixed with the cellulose raw material. It is preferable that the step is to obtain a fibrous cellulose having a substituent derived from a phosphite group or a phosphite group and a substituent derived from a phosphoric acid group or a phosphite group. In the present specification, a compound containing a compound having a phosphorous acid group and / or a salt thereof and a compound having a phosphorous acid group and / or a salt thereof may be referred to as compound A, and urea and / or a compound thereof. The urea derivative may be referred to as compound B.

化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 As an example of the method of allowing the compound A to act on the fiber raw material in the coexistence with the compound B, a method of mixing the compound A and the compound B with the fiber raw material in a dry state, a wet state or a slurry state can be mentioned. Of these, since the reaction uniformity is high, it is preferable to use a fiber raw material in a dry state or a wet state, and it is particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but is preferably cotton-like or thin sheet-like, for example. Examples of the compound A and the compound B include a method of adding the compound A and the compound B to the fiber raw material in the form of a powder or a solution dissolved in a solvent, or in a state of being heated to a melting point or higher and melted. Of these, since the reaction is highly homogeneous, it is preferable to add the mixture in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly in the form of an aqueous solution. Further, the compound A and the compound B may be added to the fiber raw material at the same time, may be added separately, or may be added as a mixture. The method for adding the compound A and the compound B is not particularly limited, but when the compound A and the compound B are in the form of a solution, the fiber raw material may be immersed in the solution to absorb the liquid and then taken out, or the fiber raw material may be taken out. The solution may be dropped into the water. Further, the required amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or after the excess amounts of compound A and compound B are added to the fiber raw material, respectively, the surplus compound A and compound B are added by pressing or filtering. It may be removed.

本実施形態で使用する化合物Aは、少なくとも亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩を含み、さらにリン酸基を有する化合物及び/又はその塩を含むことが好ましい。亜リン酸基を有する化合物としては亜リン酸を挙げることができ、亜リン酸としては、たとえば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。亜リン酸基を有する化合物の塩としては、亜リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられる。これらのうち、亜リン酸基の導入の効率が高く、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、亜リン酸、亜リン酸のナトリウム塩、亜リン酸のカリウム塩、または、亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく用いられる。また、リン酸基を有する化合物としてはリン酸を挙げることができ、リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。また、リン酸基を有する化合物として無水リン酸(五酸化二リン)を用いてもよい。リン酸基を有する化合物の塩としては、リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リン酸基の導入の効率が高く、低コストであり、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、または、リン酸のアンモニウム塩が好ましく用いられる。なお、リン酸として、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合した脱水縮合リン酸(例えばピロリン酸、ポリリン酸等)を用いてもよい。 The compound A used in the present embodiment preferably contains at least a compound having a phosphite group and / or a salt thereof, and further preferably contains a compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof. Examples of the compound having a phosphorous acid group include phosphorous acid, and examples of phosphorous acid include 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Examples of the salt of the compound having a phosphorous acid group include a lithium salt, a sodium salt, a potassium salt and an ammonium salt of phosphorous acid. Of these, from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphite group, low cost, and easy industrial application, phosphite, sodium phosphite salt, potassium phosphite salt, or Ammonium salts of phosphite are preferably used. Further, as the compound having a phosphoric acid group, phosphoric acid can be mentioned, and as the phosphoric acid, those having various puritys can be used, for example, 100% phosphoric acid (normal phosphoric acid) or 85% phosphoric acid. Can be used. Further, anhydrous phosphoric acid (diphosphorus pentoxide) may be used as the compound having a phosphoric acid group. Examples of the salt of the compound having a phosphoric acid group include a lithium salt, a sodium salt, a potassium salt, and an ammonium salt of phosphoric acid, and these can have various neutralization degrees. Of these, from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphoric acid group, low cost, and easy industrial application, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, or ammonium phosphate. Salt is preferably used. As the phosphoric acid, dehydration-condensed phosphoric acid (for example, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, etc.) in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed by a dehydration reaction may be used.

繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。なお、上記化合物Aの添加量は、リンオキソ酸の合計添加量である。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、リンオキソ酸基の導入効率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted to the phosphorus atomic weight, the amount of phosphorus atom added to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. It is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and further preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. The amount of the compound A added is the total amount of the phosphorus oxo acid added. By setting the addition amount of the phosphorus atom to the fiber raw material within the above range, the introduction efficiency of the phosphorus oxo acid group can be further improved. On the other hand, by setting the addition amount of the phosphorus atom to the fiber raw material to be equal to or less than the above upper limit value, the effect of improving the yield and the cost can be balanced.

リンオキソ酸基導入工程において、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩に加えて、さらにリン酸基を有する化合物及び/又はその塩を混合する場合、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩との混合モル比率(リン酸:亜リン酸)は0.01:99.99〜99.99:0.01であることが好ましく、1:99〜99:1であることがより好ましく、10:90〜90:10であることがさらに好ましい。化合物Aとして混合する各化合物の割合を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの純水吸水性及び塩水吸水性をより効果的に高めることができる。なお、リンオキソ酸基導入工程において、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩をさらに混合しない場合は、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩と、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩との混合モル比率(リン酸:亜リン酸)100:0となる。 In the step of introducing a phosphoric acid group, when a compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof is mixed in addition to the compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof, the compound having a phosphoric acid group and / or The mixed molar ratio (phosphoric acid: phosphite) of the salt to the compound having a phosphoric acid group and / or the salt thereof is preferably 0.01: 99.99 to 99.99: 0.01. It is more preferably 1:99 to 99: 1, and even more preferably 10:90 to 90:10. By setting the ratio of each compound to be mixed as compound A within the above range, the water absorption of pure water and the water absorption of salt water of the fibrous cellulose can be more effectively enhanced. When the compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof is not further mixed in the step of introducing a phosphoric acid group, the compound having a phosphite group and / or its salt and the compound having a phosphoric acid group and / or The mixing molar ratio with the salt (phosphoric acid: phosphoric acid) is 100: 0.

本実施形態で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及び/又は尿素誘導体である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1−フェニル尿素、1−ベンジル尿素、1−メチル尿素、および1−エチル尿素などが挙げられる。反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。 Compound B used in this embodiment is urea and / or a urea derivative as described above. Examples of compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, 1-ethylurea and the like. From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, compound B is preferably used as an aqueous solution. Further, from the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.

繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound B added to the fiber raw material (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less. It is more preferably 100% by mass or more and 350% by mass or less.

セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction between the fiber raw material containing cellulose and compound A, for example, amides or amines may be contained in the reaction system in addition to compound B. Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like. Among these, triethylamine in particular is known to act as a good reaction catalyst.

リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxo acid group introduction step, it is preferable to add or mix the compound A or the like to the fiber raw material and then heat-treat the fiber raw material. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which a phosphorus oxo acid group can be efficiently introduced while suppressing the thermal decomposition and hydrolysis reaction of the fiber. The heat treatment temperature is, for example, preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and further preferably 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. In addition, equipment having various heat media can be used for the heat treatment, for example, a stirring drying device, a rotary drying device, a disk drying device, a roll type heating device, a plate type heating device, a fluidized layer drying device, and an air stream. A drying device, a vacuum drying device, an infrared heating device, a far infrared heating device, a microwave heating device, and a high frequency drying device can be used.

本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to the present embodiment, for example, compound A is added to a thin sheet-shaped fiber raw material by a method such as impregnation and then heated, or the fiber raw material and compound A are heated while kneading or stirring with a kneader or the like. Can be adopted. This makes it possible to suppress uneven concentration of the compound A in the fiber raw material and more uniformly introduce the phosphorus oxo acid group onto the surface of the cellulose fiber contained in the fiber raw material. This is because when the water molecules move to the surface of the fiber raw material due to drying, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by the surface tension and also moves to the surface of the fiber raw material (that is, the concentration unevenness of the compound A is caused. It is considered that this is due to the fact that it can be suppressed.

また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い繊維状セルロースを得ることが可能となる。 Further, the heating device used for the heat treatment always keeps the water content retained by the slurry and the water content generated by the dehydration condensation (phosphate esterification) reaction between the compound A and the hydroxyl group contained in the cellulose or the like in the fiber raw material. It is preferable that the device can be discharged to the outside of the device system. Examples of such a heating device include a ventilation type oven and the like. By constantly discharging the water in the apparatus system, in addition to being able to suppress the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond, which is the reverse reaction of phosphate esterification, it is also possible to suppress the acid hydrolysis of the sugar chain in the fiber. can. Therefore, it is possible to obtain fibrous cellulose having a high axial ratio.

加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから200秒以上であることが好ましく、300秒以上であることがより好ましく、350秒以上であることがさらに好ましく、400秒以上であることが特に好ましい。また、加熱処理の時間は、10000秒以下であることが好ましく、5000秒以下であることがより好ましく、3000秒以下であることがさらに好ましい。なお、熱温度を高めることで、加熱時間を短縮することも可能である。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な条件とすることにより、亜リン酸基の少なくとも一部の縮合を促進することができ、その結果、所定シートの吸液速度を測定した場合に、その吸液速度を所定の範囲にコントロールしやすくなる。 The heat treatment time is, for example, preferably 200 seconds or more, more preferably 300 seconds or more, further preferably 350 seconds or more, and further preferably 400 seconds after the water is substantially removed from the fiber raw material. The above is particularly preferable. The heat treatment time is preferably 10,000 seconds or less, more preferably 5000 seconds or less, and even more preferably 3000 seconds or less. It is also possible to shorten the heating time by increasing the heat temperature. In the present embodiment, the condensation of at least a part of the phosphite group can be promoted by setting the heating temperature and the heating time as appropriate conditions, and as a result, when the liquid absorption rate of the predetermined sheet is measured. , It becomes easy to control the liquid absorption rate within a predetermined range.

リンオキソ酸基導入工程では、化合物A、化合物Bに加えて、縮合剤や架橋剤をさらに添加して、亜リン酸基同士の縮合、亜リン酸基とリン酸基の縮合、もしくはリン酸基同士の縮合やその他の架橋構造の形成を促進してもよい。または、化合物Aと化合物Bを繊維原料に反応させて得られたリンオキソ酸基導入セルロース繊維に対して、別途縮合剤や、架橋剤を作用させる工程を設けてもよい。 In the phosphoric acid group introduction step, in addition to compound A and compound B, a condensing agent and a cross-linking agent are further added to condense phosphite groups with each other, phosphite group and phosphite group, or phosphite group. It may promote the condensation of each other and the formation of other crosslinked structures. Alternatively, a step may be provided in which a condensing agent or a cross-linking agent is separately acted on the phosphorus oxo acid group-introduced cellulose fiber obtained by reacting the compound A and the compound B with the fiber raw material.

リンオキソ酸基導入工程で用いられる縮合剤は特に限定されるものではないが、例えば、カルボジイミド化合物、イミダゾール化合物、トリアジン化合物等が挙げられる。カルボジイミド化合物としては、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)やN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)等が挙げられる。イミダゾール化合物としては、N−メチルイミダゾール(NMI)やその塩酸塩、N,N’−カルボニルジイミダゾール(CDI)等が挙げられる。トリアジン化合物としては、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウムクロライド(DMT−MM)等が挙げられる。 The condensing agent used in the phosphorus oxo acid group introduction step is not particularly limited, and examples thereof include a carbodiimide compound, an imidazole compound, and a triazine compound. Examples of the carbodiimide compound include 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) and N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC). Examples of the imidazole compound include N-methylimidazole (NMI), a hydrochloride thereof, N, N'-carbonyldiimidazole (CDI) and the like. Examples of the triazine compound include 4- (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride (DMT-MM).

リンオキソ酸基導入工程で縮合剤を用いる場合、縮合剤の使用モル量は、反応性の観点から、繊維状セルロース中に含まれるリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する基の総アニオン量に対し、0.01倍量以上20倍量以下であることが好ましく、0.2倍量以上15倍量以下であることがより好ましく、0.5倍量以上10倍量以下であることがさらに好ましい。その際、反応時の温度は、0℃以上100℃以下であることが好ましく、5℃以上80℃以下であることがより好ましく。10℃以上60℃以下であることがさらに好ましい。反応時間は、10分以上であることが好ましく、30分以上であることがより好ましく、1時間以上であることがさらに好ましい。また、反応時間は48時間以下であることが好ましい。なお、反応時間は、加熱還流等の反応性を高める操作により短縮することができる。 When a condensing agent is used in the phosphorus oxo acid group introduction step, the molar amount of the condensing agent used is based on the total anion amount of the phosphorus oxo acid group or the group derived from the phosphorus oxo acid group contained in the fibrous cellulose from the viewpoint of reactivity. , 0.01 times or more and 20 times or less, more preferably 0.2 times or more and 15 times or less, and further preferably 0.5 times or more and 10 times or less. .. At that time, the temperature at the time of reaction is preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 5 ° C. or higher and 80 ° C. or lower. It is more preferably 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. The reaction time is preferably 10 minutes or longer, more preferably 30 minutes or longer, and even more preferably 1 hour or longer. The reaction time is preferably 48 hours or less. The reaction time can be shortened by an operation for increasing the reactivity such as heating and refluxing.

また、リンオキソ酸基導入工程では縮合剤に代えて架橋剤を添加してもよい。また、縮合剤とともにさらに架橋剤を添加してもよい。架橋剤を添加した場合、架橋剤に由来する構造を介して、亜リン酸基同士、亜リン酸基とリン酸基、もしくはリン酸基同士の縮合などが形成される。架橋剤は特に限定されるものではないが、例えば、多価アルコール、多価有機酸、多価有機アミン、ホルムアルデヒド等が挙げられる。多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等が挙げられる。多価有機酸としては、例えば、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、コハク酸、グルコン酸、フタル酸、リンゴ酸等が挙げられる。多価有機アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、N,N−ジメチルエチレンジアミン等が挙げられる。 Further, in the phosphorus oxo acid group introduction step, a cross-linking agent may be added instead of the condensing agent. Further, a cross-linking agent may be further added together with the condensing agent. When a cross-linking agent is added, condensation between phosphite groups, phosphite groups and phosphoric acid groups, or phosphoric acid groups is formed through a structure derived from the cross-linking agent. The cross-linking agent is not particularly limited, and examples thereof include polyhydric alcohols, polyhydric organic acids, polyhydric organic amines, and formaldehyde. Examples of the polyhydric alcohol include glycerin, sorbitol, ethylene glycol and the like. Examples of the polyhydric organic acid include oxalic acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid, gluconic acid, phthalic acid, malic acid and the like. Examples of the polyvalent organic amine include ethylenediamine, 1,3-propanediamine, N, N-dimethylethylenediamine and the like.

リンオキソ酸基導入工程で用いる溶媒は特に限定されないが、用いる縮合剤や架橋剤が溶解する溶媒であることが好ましい。溶媒として、例えば、水、メタノール、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、p−キシレン、ジクロロメタン、酢酸エチル、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)、又は前記溶媒の少なくとも2つ以上からなる混合溶媒等が挙げられる。中でも、テトラヒドロフラン(THF)とジメチルホルムアミド(DMF)の混合溶媒を用いることがより好ましい。 The solvent used in the phosphorus oxo acid group introduction step is not particularly limited, but it is preferably a solvent in which the condensing agent or cross-linking agent used is dissolved. The solvent comprises, for example, water, methanol, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide (DMF), p-xylene, dichloromethane, ethyl acetate, N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), or at least two or more of the above solvents. Examples include a mixed solvent. Above all, it is more preferable to use a mixed solvent of tetrahydrofuran (THF) and dimethylformamide (DMF).

なお、リンオキソ酸基導入工程において、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩に加えて、さらにリン酸基を有する化合物及び/又はその塩を混合する場合、亜リン酸基とリン酸基の縮合構造が形成されることも好ましい。但し、この場合も一定の割合で、リン酸基同士の縮合構造や亜リン酸基同士の縮合構造が形成されることになる。 In the step of introducing a phosphoric acid group, when a compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof is further mixed in addition to the compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof, the phosphite group and the phosphoric acid group are mixed. It is also preferable that a condensed structure of However, also in this case, a condensed structure between phosphoric acid groups and a condensed structure between phosphite groups are formed at a constant ratio.

リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。 The phosphorus oxo acid group introduction step may be performed at least once, but may be repeated twice or more. By performing the phosphorus oxo acid group introduction step two or more times, many phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material.

<洗浄工程>
本実施形態における繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてリンオキソ酸基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりリンオキソ酸基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<Washing process>
In the method for producing fibrous cellulose in the present embodiment, a washing step can be performed on the linoxoic acid group-introduced fiber, if necessary. The washing step is performed, for example, by washing the phosphorus oxo acid group-introduced fibers with water or an organic solvent. Further, the cleaning step may be performed after each step described later, and the number of cleanings performed in each cleaning step is not particularly limited.

<アルカリ処理工程>
繊維状セルロースを製造する場合、リンオキソ酸基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、リンオキソ酸基導入繊維に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、リンオキソ酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkaline treatment process>
In the case of producing fibrous cellulose, the phosphoric acid group-introduced fiber may be subjected to an alkali treatment between the phosphorus oxo acid group-introducing step and the defibration treatment step described later. The alkaline treatment method is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the phosphoxoic acid group-introduced fiber in an alkaline solution.

アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In the present embodiment, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide is preferably used as the alkaline compound because of its high versatility. Further, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent containing water or a polar organic solvent exemplified by alcohol, and more preferably an aqueous solvent containing at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or an aqueous solution of potassium hydroxide is preferable because of its high versatility.

アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるリンオキソ酸基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and more preferably 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. The immersion time of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in the alkaline solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10,000% by mass or less, for example, with respect to the absolute dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. Is more preferable.

アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、リンオキソ酸基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、リンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったリンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment step, the phosphoric acid group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the phosphoric acid group introduction step and before the alkaline treatment step. After the alkali treatment step and before the defibration treatment step, it is preferable to wash the alkali-treated phosphorus oxo acid group-introduced fiber with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.

<酸処理工程>
繊維状セルロースを製造する場合、リンオキソ酸基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、リンオキソ酸基導入繊維に対して酸処理を行ってもよい。例えば、リンオキソ酸基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment process>
In the case of producing fibrous cellulose, the phosphoric acid group-introduced fiber may be acid-treated between the step of introducing the phosphoric acid group and the defibration treatment step described later. For example, the phosphorus oxo acid group introduction step, the acid treatment, the alkali treatment and the defibration treatment may be performed in this order.

酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中にリンオキソ酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。 The method of acid treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in an acidic liquid containing an acid. The concentration of the acidic liquid used is not particularly limited, but is preferably, for example, 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic solution used is not particularly limited, but is preferably 0 or more and 4 or less, and more preferably 1 or more and 3 or less. As the acid contained in the acidic liquid, for example, an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid or the like can be used. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chloric acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid and the like. Examples of the sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid and the like. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.

酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10,000% by mass or less, for example, with respect to the absolute dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. Is more preferable.

<解繊処理工程>
繊維幅が1000nmの繊維状セルロースを製造する場合、繊維状セルロースの製造方法は、解繊処理工程を含んでもよい。解繊処理工程は、リンオキソ酸基導入繊維に微細化処理を施し、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを得る工程である。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Fiber processing process>
When producing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm, the method for producing fibrous cellulose may include a defibration treatment step. The defibration treatment step is a step of subjecting the phosphorus oxo acid group-introduced fiber to a micronization treatment to obtain a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less. In the defibration treatment step, for example, a defibration treatment apparatus can be used. The defibrating apparatus is not particularly limited, but for example, a high-speed defibrator, a grinder (stone mill type crusher), a high-pressure homogenizer or an ultra-high pressure homogenizer, a high-pressure collision type crusher, a ball mill, a bead mill, a disc type refiner, a conical refiner, and a twin shaft. A kneader, a vibration mill, a homomixer under high speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater can be used. Among the above-mentioned defibration processing devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, and an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by crushed media and less likely to cause contamination.

解繊処理工程においては、たとえばリンオキソ酸基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the defibration treatment step, for example, it is preferable to dilute the phosphorus oxo acid group-introduced fiber with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more selected from water and an organic solvent such as a polar organic solvent can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but for example, alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin and the like. Examples of the ketones include acetone, methyl ethyl ketone (MEK) and the like. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monon-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether and the like. Examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate and the like. Examples of the aprotonic polar solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.

解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、リンオキソ酸基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのリンオキソ酸基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration treatment can be appropriately set. Further, the slurry obtained by dispersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in a dispersion medium may contain a solid content other than the phosphorus oxo acid group-introduced fiber such as urea having a hydrogen bond property.

(繊維状セルロース含有物)
本発明は、上述した繊維状セルロースを含む繊維状セルロース含有物に関するものであってもよい。繊維状セルロース含有物は、上述した繊維状セルロースに加えて、さらに溶媒や後述するような任意成分を含んでいることが好ましい。
(Filamentous cellulose-containing material)
The present invention may relate to the fibrous cellulose-containing material containing the fibrous cellulose described above. The fibrous cellulose-containing material preferably further contains a solvent and an optional component as described later, in addition to the above-mentioned fibrous cellulose.

繊維状セルロース含有物が含み得る溶媒としては、水が挙げられる。また、溶媒は有機溶媒であってもよい。有機溶媒としては、例えば、アルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF),ジメチルアセトアミド(DMAc)等が挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−ブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、エチレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。エーテル類としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、エチレングリコールモノt−ブチルエーテル等が挙げられる。なお、溶媒は、水と有機溶媒の混合溶媒であってもよい。 Examples of the solvent that the fibrous cellulose-containing material may contain include water. Moreover, the solvent may be an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc) and the like. Examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, t-butyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol and glycerin. Examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone and the like. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, ethylene glycol mono t-butyl ether and the like. The solvent may be a mixed solvent of water and an organic solvent.

繊維状セルロース含有物は、液状であってもよく、固形状やゲル状であってもよい。繊維状セルロース含有物が液状である場合、繊維状セルロース含有物は、繊維状セルロース含有スラリーであってもよい。繊維状セルロースの繊維幅が1000nm以下である場合、上述した解繊処理工程で得られる微細繊維状セルロース含有スラリーが繊維状セルロース含有物であってもよい。なお、微細繊維状セルロース含有スラリーを濃縮したり、乾燥した後に、溶媒に再分散させることで微細繊維状セルロース含有スラリーとしてもよく、この場合は、再分散液が繊維状セルロース含有物となる。 The fibrous cellulose-containing material may be in a liquid state, or may be in a solid state or a gel state. When the fibrous cellulose-containing material is liquid, the fibrous cellulose-containing material may be a fibrous cellulose-containing slurry. When the fiber width of the fibrous cellulose is 1000 nm or less, the fine fibrous cellulose-containing slurry obtained in the above-mentioned defibration treatment step may be a fibrous cellulose-containing substance. The fine fibrous cellulose-containing slurry may be concentrated or dried and then redispersed in a solvent to obtain a fine fibrous cellulose-containing slurry. In this case, the redispersion liquid becomes the fibrous cellulose-containing substance.

なお、繊維状セルロース含有物が繊維状セルロース含有スラリーである場合には、繊維状セルロース含有スラリーは、シート等の成形体を形成するために用いられることが好ましい。すなわち、本発明の繊維状セルロース含有物は、成形体形成用組成物であることが好ましく、シート形成用組成物であることが好ましい。 When the fibrous cellulose-containing material is a fibrous cellulose-containing slurry, the fibrous cellulose-containing slurry is preferably used for forming a molded body such as a sheet. That is, the fibrous cellulose-containing material of the present invention is preferably a composition for forming a molded product, and preferably a composition for forming a sheet.

本発明の繊維状セルロース含有物が固形状である場合、その形態は特に限定されるものではないが、例えば、シート状物や粉粒物であることが好ましく、粉粒物であることがより好ましい。ここで、粉粒物は、粉状及び/又は粒状の物質である。なお、粉状物質は、粒状物質よりも小さいものをいう。一般的には、粉状物質は粒子径が1nm以上0.1mm未満の微粒子をいい、粒状物質は、粒子径が0.1mm以上10mm以下の粒子をいうが、特に限定されない。なお、本明細書においては、粉粒物は粉体と呼ぶこともある。本明細書における粉粒物の粒子径はレーザー回折法を用いて測定・算出することができる。具体的には、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置(Microtrac3300EXII、日機装株式会社)を用いて測定した値とする。 When the fibrous cellulose-containing material of the present invention is in a solid state, its form is not particularly limited, but for example, it is preferably a sheet-like material or a powdery material, and more preferably a powdery material. preferable. Here, the powder or granular material is a powdery and / or granular substance. The powdery substance is smaller than the granular substance. Generally, the powdery substance refers to fine particles having a particle size of 1 nm or more and less than 0.1 mm, and the granular substance refers to particles having a particle size of 0.1 mm or more and 10 mm or less, but is not particularly limited. In the present specification, the powder or granular material may be referred to as powder. The particle size of the powder or granular material in the present specification can be measured and calculated by using a laser diffraction method. Specifically, it is a value measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (Microtrac 3300EXII, Nikkiso Co., Ltd.).

繊維状セルロース含有物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量は0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましい。なお、繊維状セルロース含有物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量の上限値は99.9質量%であることが好ましい。 The content of fibrous cellulose with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more. preferable. The upper limit of the content of fibrous cellulose with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material is preferably 99.9% by mass.

<任意成分>
繊維状セルロース含有物は、さらに任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、防腐剤等を挙げることができる。また、繊維状セルロース含有スラリーは、任意成分として、親水性高分子、親水性低分子、有機イオン等を含有していてもよい。
<Arbitrary ingredient>
The fibrous cellulose-containing material may further contain an optional component. Examples of the optional component include antifoaming agents, lubricants, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, stabilizers, surfactants, preservatives and the like. In addition, the fibrous cellulose-containing slurry may contain a hydrophilic polymer, a hydrophilic small molecule, an organic ion, or the like as optional components.

親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましく、含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等が挙げられる。 The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fibers), and examples of the oxygen-containing organic compound include polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, and modification. Distillate, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (acetoacetylated polyvinyl alcohol, etc.), polyvinylpyrrolidone, polyvinylmethyl ether, polyacrylates, acrylic acid alkyl ester copolymer, urethane-based copolymer, cellulose derivative (hydroxyethyl cellulose, carboxy) Ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc.) and the like.

親水性低分子は、親水性の含酸素有機化合物であることが好ましく、多価アルコールであることがさらに好ましい。多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等が挙げられる。 The hydrophilic small molecule is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound, more preferably a polyhydric alcohol. Examples of the polyhydric alcohol include glycerin, sorbitol, ethylene glycol and the like.

有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn−プロピルオニウムイオン、テトラn−ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。 Examples of the organic ion include tetraalkylammonium ion and tetraalkylphosphonium ion. Examples of the tetraalkylammonium ion include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion, and lauryltrimethyl. Examples thereof include ammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, stearyltrimethylammonium ion, octyldimethylethylammonium ion, lauryldimethylethylammonium ion, didecyldimethylammonium ion, lauryldimethylbenzylammonium ion and tributylbenzylammonium ion. Examples of the tetraalkylphosphonium ion include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Further, examples of the tetrapropyl onium ion and the tetrabutyl onium ion include tetra n-propyl onium ion and tetra n-butyl onium ion, respectively.

(成形体)
本発明は、上述した繊維状セルロース、もしくは、上述した繊維状セルロース含有物から形成される成形体に関するものであってもよい。本明細書において成形体とは、所望の形状となるように成形された固形状体や、シート状に抄紙された固形状体をいう。成形体としては、例えば、シート(紙を含む)、ビーズ、フィラメント等を挙げることができる。中でも、成形体は、シート、ビーズ又はフィラメントであることが好ましい。成形体がビーズ状である場合、ビーズの粒子径は、0.1mm以上10mm以下であることが好ましい。また、成形体がフィラメント状である場合、フィラメントの幅は0.1mm以上10mm以下であることが好ましく、フィラメントの長さは1mm以上10000mm以下であることが好ましい。
(Molded body)
The present invention may relate to the above-mentioned fibrous cellulose or a molded product formed from the above-mentioned fibrous cellulose-containing material. In the present specification, the molded body means a solid body formed into a desired shape or a solid body formed into a sheet. Examples of the molded product include sheets (including paper), beads, filaments, and the like. Above all, the molded product is preferably a sheet, beads or filament. When the molded product is bead-shaped, the particle size of the beads is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less. When the molded product is in the form of a filament, the width of the filament is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less, and the length of the filament is preferably 1 mm or more and 10000 mm or less.

中でも、成形体はシート状であることが好ましい。中でも、下記のシート形成方法でシートを形成し、下記測定方法で吸液速度を算出した場合、該シートの吸液速度は0.30mm/s以上であればよく、0.32mm/s以上であることが好ましく、0.35mm/s以上であることがより好ましく、0.38mm/s以上であることがさらに好ましい。また、シートの吸液速度は20mm/s以下であることが好ましい。
(シート形成方法)
繊維状セルロースにイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.3質量%の懸濁液を調製し、該懸濁液をろ紙上に注ぎ、絶乾坪量が200g/mのウェットシートを形成する;該ウェットシートをろ紙からはがし取ってステンレストレーに乗せ、23℃、相対湿度50%の条件下で3日間乾燥させる;乾燥済みのシートを、7.7MPaの加重圧で1分間プレスし、吸液速度測定用のシートとする;
(吸液速度)
吸液速度測定用のシートを幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルに切りだし、該サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水に浸す;長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間tを測定し、下記式(1)を用いて吸液速度(mm/sec)を算出する。
吸液速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(1)
Above all, the molded body is preferably in the form of a sheet. Above all, when a sheet is formed by the following sheet forming method and the liquid absorption rate is calculated by the following measurement method, the liquid absorption rate of the sheet may be 0.30 mm / s or more, and 0.32 mm / s or more. It is preferably 0.35 mm / s or more, and more preferably 0.38 mm / s or more. Further, the liquid absorption rate of the sheet is preferably 20 mm / s or less.
(Sheet formation method)
Ion-exchanged water is added to the fibrous cellulose to prepare a suspension having a solid content concentration of 0.3% by mass, and the suspension is poured onto a filter paper to obtain a wet sheet having an absolute dry basis weight of 200 g / m 2. The wet sheet is peeled off from the filter paper, placed on a stainless steel tray, and dried under the conditions of 23 ° C. and 50% relative humidity for 3 days; the dried sheet is pressed at a weighted pressure of 7.7 MPa for 1 minute. And use it as a sheet for measuring the liquid absorption rate;
(Liquid absorption rate)
A sheet for measuring the absorption rate is cut into a strip-shaped sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region of the sample from the longitudinal end to 5 mm is immersed in ion-exchanged water; from the longitudinal end to the longitudinal. The time t required for the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm is measured, and the liquid absorption rate (mm / sec) is calculated using the following formula (1).
Liquid absorption rate (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Equation (1)

成形体がシートである場合、シートの厚みは、特に限定されないが、たとえば5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましい。またシートの厚みの上限値は、特に限定されないが、たとえば1000μmとすることができる。シートの厚みは、たとえば触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定することができる。 When the molded product is a sheet, the thickness of the sheet is not particularly limited, but is preferably, for example, 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 20 μm or more. The upper limit of the thickness of the sheet is not particularly limited, but may be, for example, 1000 μm. The thickness of the sheet can be measured, for example, with a stylus type thickness gauge (Millitron 1202D manufactured by Marl Inc.).

繊維状セルロースの繊維幅が1000nmよりも大きい場合には、シートは紙であってもよい。また、シートは不織布であってもよい。本発明の繊維状セルロースは純水や塩水の吸水性に優れているため、シートは各種衛生用紙や吸収性物品の構成部材として用いられてもよい。 If the fiber width of the fibrous cellulose is larger than 1000 nm, the sheet may be paper. Moreover, the sheet may be a non-woven fabric. Since the fibrous cellulose of the present invention has excellent water absorption of pure water and salt water, the sheet may be used as a constituent member of various sanitary papers and absorbent articles.

繊維状セルロースの繊維幅が1000nm以下である場合には、高透明なシートを作製することもできる。このような場合、シートのヘーズは、たとえば2%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。一方で、シートのヘーズの下限値は、特に限定されず、たとえば0%であってもよい。ここで、シートのヘーズは、たとえばJIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて測定される値である。 When the fiber width of the fibrous cellulose is 1000 nm or less, a highly transparent sheet can be produced. In such a case, the haze of the sheet is, for example, preferably 2% or less, more preferably 1.5% or less, and further preferably 1% or less. On the other hand, the lower limit of the haze of the sheet is not particularly limited and may be, for example, 0%. Here, the haze of the sheet is, for example, a value measured using a haze meter (HM-150 manufactured by Murakami Color Technology Research Institute) in accordance with JIS K 7136.

シートの全光線透過率は、たとえば85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、91%以上であることがさらに好ましい。一方で、シートの全光線透過率の上限値は、特に限定されず、たとえば100%であってもよい。ここで、シートの全光線透過率は、たとえばJIS K 7361に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて測定される値である。 The total light transmittance of the sheet is, for example, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 91% or more. On the other hand, the upper limit of the total light transmittance of the sheet is not particularly limited and may be, for example, 100%. Here, the total light transmittance of the sheet is a value measured using, for example, JIS K 7361 and a haze meter (HM-150 manufactured by Murakami Color Technology Research Institute).

シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば10g/m以上であることが好ましく、20g/m以上であることがより好ましく、30g/m以上であることがさらに好ましい。また、シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば200g/m以下であることが好ましく、180g/m以下であることがより好ましい。ここで、シートの坪量は、たとえばJIS P 8124に準拠し、算出することができる。 The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 10 g / m 2 or more, more preferably 20 g / m 2 or more, and further preferably 30 g / m 2 or more. The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 200 g / m 2 or less, more preferably 180 g / m 2 or less, for example. Here, the basis weight of the sheet can be calculated in accordance with, for example, JIS P 8124.

シートの密度は、特に限定されないが、たとえば0.1g/cm以上であることが好ましく、0.5g/cm以上であることがより好ましく、1.0g/cm以上であることがさらに好ましい。また、シートの密度は、特に限定されないが、たとえば5.0g/cm以下であることが好ましく、3.0g/cm以下であることがより好ましい。ここで、シートの密度は、50mm角のシートを23℃、50%RH条件下で24時間調湿した後、シートの厚みおよび質量を測定することにより算出することができる。 The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 0.1 g / cm 3 or more, more preferably 0.5 g / cm 3 or more, and further preferably 1.0 g / cm 3 or more. preferable. The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 5.0 g / cm 3 or less, and more preferably 3.0 g / cm 3 or less, for example. Here, the density of the sheet can be calculated by measuring the thickness and mass of the sheet after adjusting the humidity of a 50 mm square sheet under the conditions of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours.

シート中における繊維状セルロースの含有量は、たとえばシートの全質量に対して、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。一方で、シート中における繊維状セルロースの含有量の上限値は、特に限定されず、シートの全質量に対して100質量%であってもよく、95質量%であってもよい。 The content of fibrous cellulose in the sheet is, for example, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and 5% by mass or more, based on the total mass of the sheet. Is more preferable, and 10% by mass or more is particularly preferable. On the other hand, the upper limit of the content of fibrous cellulose in the sheet is not particularly limited and may be 100% by mass or 95% by mass with respect to the total mass of the sheet.

シートは、繊維状セルロース含有スラリーに含まれ得る任意成分を含んでいてもよい。また、シートには、水や有機溶媒が含まれていてもよい。 The sheet may contain any component that may be included in the fibrous cellulose-containing slurry. Further, the sheet may contain water or an organic solvent.

(繊維状セルロース含有シートの製造方法)
成形体がシートである場合、シートの製造方法は、後述するように、繊維状セルロース含有スラリーを基材上に塗工する塗工工程、または当該スラリーを抄紙する抄紙工程を含むことが好ましい。
(Manufacturing method of fibrous cellulose-containing sheet)
When the molded body is a sheet, the method for producing the sheet preferably includes a coating step of coating the fibrous cellulose-containing slurry on the substrate or a papermaking step of making the slurry, as will be described later.

<塗工工程>
塗工工程では、たとえば繊維状セルロース含有スラリー(以下、単にスラリーともいう)を基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離することによりシートを得ることができる。また、塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。
<Coating process>
In the coating step, for example, a fibrous cellulose-containing slurry (hereinafter, also simply referred to as a slurry) is coated on a base material, and the sheet formed by drying the slurry is peeled off from the base material to obtain a sheet. can. Further, by using a coating device and a long base material, sheets can be continuously produced.

塗工工程で用いる基材の材質は、特に限定されないが、繊維状セルロース含有スラリー(スラリー)に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂製のフィルムや板または金属製のフィルムや板が好ましいが、特に限定されない。たとえばポリプロピレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミ、亜鉛、銅、鉄板の金属のフィルムや板、および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真ちゅうのフィルムや板等を用いることができる。 The material of the base material used in the coating process is not particularly limited, but a material having higher wettability to the fibrous cellulose-containing slurry (slurry) may suppress shrinkage of the sheet during drying, but it is dried. It is preferable to select a sheet in which the sheet formed later can be easily peeled off. Of these, a resin film or plate or a metal film or plate is preferable, but is not particularly limited. For example, resin films and plates such as polypropylene, acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polystyrene, polycarbonate, and polyvinylidene chloride, metal films and plates of aluminum, zinc, copper, and iron plates, and their surfaces are oxidized. , Stainless film or plate, brass film or plate, etc. can be used.

塗工工程において、スラリーの粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚みおよび坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠としては、特に限定されないが、たとえば乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。このような観点から、樹脂板または金属板を成形したものがより好ましい。本実施形態においては、たとえばポリプロピレン板、アクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリカーボネート板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛板、銅板、鉄板等の金属板、およびこれらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したものを用いることができる。スラリーを基材に塗工する塗工機としては、特に限定されないが、たとえばロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。シートの厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが特に好ましい。 In the coating process, if the viscosity of the slurry is low and it develops on the base material, a dammed frame is fixed on the base material to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight. You may. The frame for damming is not particularly limited, but it is preferable to select, for example, a frame in which the end portion of the sheet that adheres after drying can be easily peeled off. From this point of view, a resin plate or a metal plate molded is more preferable. In the present embodiment, for example, a resin plate such as a polypropylene plate, an acrylic plate, a polyethylene terephthalate plate, a vinyl chloride plate, a polystyrene plate, a polycarbonate plate, a polyvinylidene chloride plate, or a metal plate such as an aluminum plate, a zinc plate, a copper plate, or an iron plate. , And those whose surfaces are oxidized, stainless steel plates, brass plates and the like can be used. The coating machine for coating the slurry on the base material is not particularly limited, and for example, a roll coater, a gravure coater, a die coater, a curtain coater, an air doctor coater, or the like can be used. A die coater, a curtain coater, and a spray coater are particularly preferable because the thickness of the sheet can be made more uniform.

スラリーを基材へ塗工する際のスラリー温度および雰囲気温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましく、15℃以上50℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上40℃以下であることが特に好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、スラリーをより容易に塗工できる。塗工温度が上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The slurry temperature and the atmospheric temperature when the slurry is applied to the substrate are not particularly limited, but are preferably, for example, 5 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and 15 ° C. It is more preferably 50 ° C. or lower, and particularly preferably 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. When the coating temperature is equal to or higher than the above lower limit, the slurry can be coated more easily. When the coating temperature is not more than the above upper limit value, the volatilization of the dispersion medium during coating can be suppressed.

塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が好ましくは10g/m以上200g/m以下となるように、より好ましくは20g/m以上180g/m以下となるように、スラリーを基材に塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れたシートが得られる。 In the coating process, the slurry is based so that the finished basis weight of the sheet is preferably 10 g / m 2 or more and 200 g / m 2 or less, and more preferably 20 g / m 2 or more and 180 g / m 2 or less. It is preferable to apply the material. By coating so that the basis weight is within the above range, a sheet having excellent strength can be obtained.

塗工工程は、上述のとおり、基材上に塗工したスラリーを乾燥させる工程を含む。スラリーを乾燥させる工程は、特に限定されないが、たとえば非接触の乾燥方法、もしくはシートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせにより行われる。 As described above, the coating step includes a step of drying the slurry coated on the substrate. The step of drying the slurry is not particularly limited, but is performed by, for example, a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof.

非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば熱風、赤外線、遠赤外線もしくは近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、または真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、特に限定されないが、たとえば赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。 The non-contact drying method is not particularly limited, and for example, a method of heating and drying with hot air, infrared rays, far infrared rays or near infrared rays (heat drying method) or a method of vacuum drying (vacuum drying method) is applied. can do. The heat drying method and the vacuum drying method may be combined, but the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays is not particularly limited, but can be performed using, for example, an infrared device, a far infrared device, or a near infrared device.

加熱乾燥法における加熱温度は、特に限定されないが、たとえば20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができる。また、加熱温度を上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制および繊維状セルロースの熱による変色の抑制を実現できる。 The heating temperature in the heat drying method is not particularly limited, but is preferably 20 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and more preferably 25 ° C. or higher and 105 ° C. or lower. When the heating temperature is set to be equal to or higher than the above lower limit value, the dispersion medium can be rapidly volatilized. Further, when the heating temperature is not more than the above upper limit value, it is possible to suppress the cost required for heating and suppress the discoloration of the fibrous cellulose due to heat.

<抄紙工程>
抄紙工程は、抄紙機によりスラリーを抄紙することにより行われる。抄紙工程で用いられる抄紙機としては、特に限定されないが、たとえば長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、またはこれらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等の公知の抄紙方法を採用してもよい。
<Papermaking process>
The papermaking process is performed by making a slurry with a paper machine. The paper machine used in the paper making process is not particularly limited, and examples thereof include continuous paper machines such as a long net type, a circular net type, and an inclined type, and a multi-layer paper making machine combining these. In the papermaking process, a known papermaking method such as hand-making may be adopted.

抄紙工程は、スラリーをワイヤーにより濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、このシートをプレス、乾燥することにより行われる。スラリーを濾過、脱水する際に用いられる濾布としては、特に限定されないが、たとえば繊維状セルロースは通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないものであることがより好ましい。このような濾布としては、特に限定されないが、たとえば有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、たとえばポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。本実施形態においては、たとえば孔径0.1μm以上20μm以下であるポリテトラフルオロエチレンの多孔膜や、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。 The papermaking process is performed by filtering and dehydrating the slurry with a wire to obtain a wet paper sheet, and then pressing and drying the sheet. The filter cloth used for filtering and dehydrating the slurry is not particularly limited, but it is more preferable that, for example, fibrous cellulose does not pass through and the filtration rate does not become too slow. Such a filter cloth is not particularly limited, but for example, a sheet made of an organic polymer, a woven fabric, or a porous membrane is preferable. The organic polymer is not particularly limited, but non-cellulosic organic polymers such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. In the present embodiment, for example, a porous membrane of polytetrafluoroethylene having a pore size of 0.1 μm or more and 20 μm or less, polyethylene terephthalate having a pore size of 0.1 μm or more and 20 μm or less, a polyethylene woven fabric, or the like can be mentioned.

シート化工程において、スラリーからシートを製造する方法は、たとえば繊維状セルロースを含むスラリーを無端ベルトの上面に吐出し、吐出されたスラリーから分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備える製造装置を用いて行うことができる。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 In the sheeting process, a method of producing a sheet from a slurry is, for example, a water-squeezed section in which a slurry containing fibrous cellulose is discharged onto the upper surface of an endless belt and a dispersion medium is squeezed from the discharged slurry to generate a web. This can be done using a manufacturing apparatus that includes a drying section that dries the web to produce a sheet. An endless belt is arranged from the watering section to the drying section, and the web generated in the watering section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.

抄紙工程において用いられる脱水方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられる。これらの中でも、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、さらにロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、抄紙工程において用いられる乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で用いられている方法が挙げられる。これらの中でも、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどを用いた乾燥方法がより好ましい。 The dehydration method used in the papermaking process is not particularly limited, and examples thereof include a dehydration method usually used in the production of paper. Among these, a method of dehydrating with a long net, a circular net, an inclined wire or the like and then further dehydrating with a roll press is preferable. The drying method used in the papermaking process is not particularly limited, and examples thereof include methods used in the production of paper. Among these, a drying method using a cylinder dryer, a Yankee dryer, hot air drying, a near infrared heater, an infrared heater, or the like is more preferable.

(用途)
本発明の繊維状セルロースは、例えば、補強剤や添加剤として、セメント、塗料、インク、潤滑剤などに使用することができる。また、繊維状セルロースを基材上に塗工することで得られる成形体は、補強材、内装材、外装材、包装用資材、電子材料、光学材料、音響材料、プロセス材料、輸送機器の部材、電子機器の部材、電気化学素子の部材等の用途にも適している。
(Use)
The fibrous cellulose of the present invention can be used, for example, as a reinforcing agent or an additive in cement, paints, inks, lubricants and the like. In addition, the molded product obtained by coating fibrous cellulose on a base material is a reinforcing material, an interior material, an exterior material, a packaging material, an electronic material, an optical material, an acoustic material, a process material, and a member of a transportation device. It is also suitable for applications such as electronic device members and electrochemical element members.

また、本発明の繊維状セルロースと溶媒を混合することで、繊維状セルロース含有スラリーとしたり、該スラリーから繊維状セルロースが均一に分散したシートを形成することもできる。また、本発明の繊維状セルロースは、樹脂成分を含む有機溶媒との混合に好ましく用いることもできる。本発明の繊維状セルロースと、樹脂成分を含む有機溶媒を混合することで、繊維状セルロースが均一に分散した樹脂複合体を形成することができる。同様に繊維状セルロース含有スラリーを用いて製膜し、各種フィルムとして使用することができる。 Further, by mixing the fibrous cellulose of the present invention with a solvent, a fibrous cellulose-containing slurry can be obtained, or a sheet in which fibrous cellulose is uniformly dispersed can be formed from the slurry. Further, the fibrous cellulose of the present invention can also be preferably used for mixing with an organic solvent containing a resin component. By mixing the fibrous cellulose of the present invention with an organic solvent containing a resin component, a resin composite in which the fibrous cellulose is uniformly dispersed can be formed. Similarly, a film can be formed using a fibrous cellulose-containing slurry and used as various films.

さらに、本発明の繊維状セルロースは、衛生用紙や吸収性物品の構成部材などの形成に用いることもできる。吸収性物品としては、例えば、使い捨ておむつや、乳児用又は失禁者用として供される吸収パッド、生理用ナプキンを挙げることができる。吸収性物品において、吸収性材料は吸収体及び吸収体の周辺部材を構成する材料として用いられることが好ましい。 Further, the fibrous cellulose of the present invention can also be used for forming sanitary paper, constituent members of absorbent articles, and the like. Absorbent articles include, for example, disposable diapers, absorbent pads used for babies or incontinence, and sanitary napkins. In the absorbent article, the absorbent material is preferably used as a material constituting the absorbent body and peripheral members of the absorbent body.

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, amounts used, ratios, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limited by the specific examples shown below.

<実施例1>
〔リンオキソ酸化パルプの製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/mシート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Example 1>
[Manufacturing of phosphorus oxo oxide pulp]
As raw material pulp, softwood kraft pulp made by Oji Paper (solid content 93% by mass, basis weight 245 g / m 2 sheets, separated and measured according to JIS P 8121, Canadian standard drainage degree (CSF) is 700 ml) It was used.

この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸、亜リン酸(ホスホン酸)及び尿素の混合水溶液を添加して、リン酸9質量部、亜リン酸(ホスホン酸)24質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調製し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で600秒加熱し、パルプ中のセルロースにリンオキソ酸基を導入し、リンオキソ酸化パルプAを得た。 The raw material pulp was subjected to phosphorus oxo oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of phosphoric acid, phosphoric acid (phosphonic acid) and urea is added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the raw material pulp, and 9 parts by mass of phosphoric acid and 24 parts by mass of phosphoric acid (phosphonic acid) are added. The amount was adjusted to 120 parts by mass of urea and 150 parts by mass of water to obtain a chemical-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165 ° C. for 600 seconds to introduce a phosphorus oxo acid group into the cellulose in the pulp to obtain phosphorus oxo oxide pulp A.

次いで、得られたリンオキソ酸化パルプAに対して固形分濃度が2質量%となるようイオン交換水を注ぎ、2L容量の卓上型ディスインテグレーターで8分間離解処理した後、洗浄処理を行った。洗浄処理は、100g(絶乾質量)のリンオキソ酸化パルプAに対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Next, ion-exchanged water was poured into the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp A so that the solid content concentration was 2% by mass, dissociated with a tabletop disintegrator having a capacity of 2 L for 8 minutes, and then washed. In the washing treatment, the pulp dispersion obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolutely dry mass) of phosphorus oxo-oxidized pulp A is stirred so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtration and dehydration are repeated. I went by. When the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.

次いで、洗浄後のリンオキソ酸化パルプAに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリンオキソ酸化パルプAを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリンオキソ酸化パルプスラリーAを得た。次いで、当該リンオキソ酸化パルプスラリーAを脱水して、中和処理が施されたリンオキソ酸化パルプAを得た。次いで、中和処理後のリンオキソ酸化パルプAに対して、上記洗浄処理を行った。 Next, the washed phosphorus oxo oxide pulp A was neutralized as follows. First, the washed phosphorus oxo oxide pulp A is diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N sodium hydroxide aqueous solution is added little by little with stirring to obtain a phosphorus oxo oxide pulp slurry A having a pH of 12 or more and 13 or less. Obtained. Next, the phosphorus oxo oxide pulp slurry A was dehydrated to obtain a neutralized phosphorus oxo oxide pulp A. Next, the phosphorus oxo-oxidized pulp A after the neutralization treatment was subjected to the above-mentioned washing treatment.

これにより得られたリンオキソ酸化パルプAに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm−1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収、1230cm−1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)およびリン酸基が付加されていることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo-oxidized pulp A thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P = O phosphonic acid group is a tautomer of phosphorous acid in the vicinity of 1210cm -1, absorption based on P = O of phosphate groups was observed around 1230 cm -1, pulp It was confirmed that a phosphite group (phosphonic acid group) and a phosphoric acid group were added to.

また、得られたリンオキソ酸化パルプAを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプAについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は2.30mmol/gだった。また、総解離酸量は、2.84mmol/gであった。 Further, when the obtained phosphorus oxo oxide pulp A was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less, were located. A typical peak was confirmed in, and it was confirmed that it had cellulose type I crystals. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp A, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 2.30 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 2.84 mmol / g.

〔シートの作製〕
リンオキソ酸化パルプAにイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.3質量%となるよう懸濁液を調製した。得られた懸濁液をろ紙を挟んだセパロートを用いてろ過し、ろ紙(ADVANTEC東洋株式会社製、φ90mm)上に絶乾坪量が200g/mのウェットシートを形成した。ウェットシートをろ紙からはがし取ってステンレストレーに載せ、23℃、相対湿度50%の条件下で3日間乾燥させた。乾燥済みのシートの両面を紙及び金属プレートで挟み、ミニホットプレス(株式会社東洋精機製作所製、MP−SNH)で23℃、7.7MPaの加重圧で1分間プレスし、シートを得た。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
[Preparation of sheet]
Ion-exchanged water was added to the phosphorus oxo oxide pulp A to prepare a suspension so that the solid content concentration was 0.3% by mass. The obtained suspension was filtered using a separate filter paper sandwiched between them to form a wet sheet having an absolute dry basis weight of 200 g / m 2 on the filter paper (manufactured by ADVANTEC Toyo Co., Ltd., φ90 mm). The wet sheet was peeled off from the filter paper, placed on a stainless steel tray, and dried under the conditions of 23 ° C. and 50% relative humidity for 3 days. Both sides of the dried sheet were sandwiched between paper and a metal plate, and pressed with a mini hot press (MP-SNH, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) at 23 ° C. and a weighted pressure of 7.7 MPa for 1 minute to obtain a sheet. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<実施例2>
実施例1で得られたリンオキソ酸化パルプA100質量部(絶乾質量)を、含有量が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、撹拌しながら、1N塩酸水溶液1000質量部を少しずつ添加した。次いで、このパルプ懸濁液を15分間撹拌したのち脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、リンオキソ酸化パルプ100質量部に対し、1N塩酸水溶液を1000質量部添加した。この操作を5回繰り返すことにより、リンオキソ酸化パルプ中に含まれるリンオキソ酸基を完全に酸型へ変化させた。得られた含水酸型リンオキソ酸化パルプをアセトンで繰り返し洗うことで、パルプ中に含まれる水分を完全に除去した。得られた絶乾酸型リンオキソ酸化パルプ100質量部に、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウムクロライド(DMT−MM)16質量部、エチレンジアミン11質量部、ジメチルホルムアミド(DMF)4000質量部、テトラヒドロフラン4000質量部を添加し、25℃で3時間撹拌しながら反応させた。反応後パルプをろ過回収し、イオン交換水を用いて繰り返し洗浄を行って、パルプ中に残存するDMT−MM塩及びエチレンジアミンを除去した。その後、実施例1と同様にして中和処理を行い、リンオキソ酸化パルプBを得た。リンオキソ酸化パルプBに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm−1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収、1230cm−1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプBについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.63mmol/gだった。また、総解離酸量は、2.23mmol/gであった。なお、リンオキソ酸化パルプBの第1解離酸量が縮合反応前より少なくなっていることから、亜リン酸基の少なくとも一部が縮合したことが確認された。
リンオキソ酸化パルプBをリンオキソ酸化パルプAの代わりに用いた以外は実施例1と同様にして、シートを得た。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
<Example 2>
100 parts by mass (absolute dry mass) of the phosphorus oxo oxide pulp A obtained in Example 1 was diluted with ion-exchanged water so that the content was 2% by mass, and 1000 parts by mass of a 1N hydrochloric acid aqueous solution was added little by little while stirring. bottom. Next, this pulp suspension was stirred for 15 minutes and then dehydrated to obtain a dehydrated sheet, which was diluted again with ion-exchanged water, and 1000 parts by mass of a 1N aqueous hydrochloric acid solution was added to 100 parts by mass of phosphorusoxo oxide pulp. By repeating this operation 5 times, the phosphorus oxo acid group contained in the phosphorus oxo oxide pulp was completely changed to the acid type. The obtained hydrous acid-type phosphorusoxo-oxidized pulp was repeatedly washed with acetone to completely remove the water contained in the pulp. 4- (4,6-dimethoxy-1,3,5-triazine-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride (DMT-MM) 16 was added to 100 parts by mass of the obtained absolute dry acid type phosphorusoxo oxide pulp. 11 parts by mass, 11 parts by mass of ethylenediamine, 4000 parts by mass of dimethylformamide (DMF), and 4000 parts by mass of tetrahydrofuran were added, and the reaction was carried out at 25 ° C. for 3 hours with stirring. After the reaction, the pulp was collected by filtration and washed repeatedly with ion-exchanged water to remove the DMT-MM salt and ethylenediamine remaining in the pulp. Then, the neutralization treatment was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain phosphoroxo oxide pulp B. The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp B was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P = O phosphonic acid group is a tautomer of phosphorous acid in the vicinity of 1210cm -1, absorption based on P = O of phosphate groups was observed around 1230 cm -1, pulp It was confirmed that a phosphite group (phosphonic acid group) was added to. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp B, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 1.63 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 2.23 mmol / g. Since the amount of the first dissociated acid in the phosphorus oxo oxide pulp B was smaller than that before the condensation reaction, it was confirmed that at least a part of the phosphite groups was condensed.
A sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the phosphorus oxo oxide pulp B was used instead of the phosphorus oxo oxide pulp A. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<実施例3>
リンオキソ酸化処理におけるリン酸及び亜リン酸(ホスホン酸)の添加量を、リン酸19質量部、亜リン酸(ホスホン酸)16質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプC及びシートを得た。リンオキソ酸化パルプCに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm−1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収、1230cm−1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)およびリン酸基が付加されていることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプCについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は2.48mmol/gだった。また、総解離酸量は、3.26mmol/gであった。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
<Example 3>
Phosphoric acid oxidation in the same manner as in Example 1 except that the addition amounts of phosphoric acid and phosphite (phosphonic acid) in the phosphoric acid oxidation treatment were changed to 19 parts by mass of phosphoric acid and 16 parts by mass of phosphoric acid (phosphonic acid). Pulp C and a sheet were obtained. The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp C was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P = O phosphonic acid group is a tautomer of phosphorous acid in the vicinity of 1210cm -1, absorption based on P = O of phosphate groups was observed around 1230 cm -1, pulp It was confirmed that a phosphite group (phosphonic acid group) and a phosphoric acid group were added to. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp C, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 2.48 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 3.26 mmol / g. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<実施例4>
リンオキソ酸化処理におけるリン酸及び亜リン酸(ホスホン酸)の添加量を、リン酸28質量部、亜リン酸(ホスホン酸)8質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプD及びシートを得た。リンオキソ酸化パルプDに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm−1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収、1230cm−1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)およびリン酸基が付加されていることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプDについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は2.48mmol/gだった。また、総解離酸量は、3.14mmol/gであった。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
<Example 4>
Phosphoric acid oxidation in the same manner as in Example 1 except that the addition amounts of phosphoric acid and phosphite (phosphonic acid) in the phosphoric acid oxidation treatment were changed to 28 parts by mass of phosphoric acid and 8 parts by mass of phosphoric acid (phosphonic acid). Pulp D and sheet were obtained. The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp D was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P = O phosphonic acid group is a tautomer of phosphorous acid in the vicinity of 1210cm -1, absorption based on P = O of phosphate groups was observed around 1230 cm -1, pulp It was confirmed that a phosphite group (phosphonic acid group) and a phosphoric acid group were added to. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp D, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 2.48 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 3.14 mmol / g. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<実施例5>
リンオキソ酸化処理において、リン酸を添加せず、亜リン酸(ホスホン酸)の添加量を、33質量部に変更し、加熱時間を250秒とした以外は実施例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプを作製した。リンオキソ酸化パルプについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.79mmol/gだった。また、総解離酸量は、1.83mmol/gであった。
得られたリンオキソ酸化パルプ100質量部(絶乾質量)をリンオキソ酸化パルプAの代わりに用いた以外は、実施例2と同様にして、リンオキソ酸化パルプEを得た。リンオキソ酸化パルプEに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm−1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプEについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は1.13mmol/gだった。また、総解離酸量は、1.47mmol/gであった。なお、リンオキソ酸化パルプEの第1解離酸量が縮合反応前より少なくなっていることから、亜リン酸基の少なくとも一部が縮合したことが確認された。
リンオキソ酸化パルプEをリンオキソ酸化パルプAの代わりに用いた以外は実施例1と同様にして、シートを得た。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
<Example 5>
In the phosphorus oxo oxidation treatment, phosphorous acid was not added, the amount of phosphorous acid (phosphonic acid) added was changed to 33 parts by mass, and the heating time was set to 250 seconds. Pulp was made. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was 1. It was 79 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 1.83 mmol / g.
A phosphorus oxo oxide pulp E was obtained in the same manner as in Example 2 except that 100 parts by mass (absolute dry mass) of the obtained phosphorus oxo oxide pulp was used instead of the phosphorus oxo oxide pulp A. The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp E was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P = O of the phosphonic acid group, which is a metamorphic form of the phosphite group, was observed around 1210 cm -1 , and the phosphite group (phosphonic acid group) was added to the pulp. Was confirmed. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp E, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 1.13 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 1.47 mmol / g. Since the amount of the first dissociated acid in the phosphorus oxo oxide pulp E was smaller than that before the condensation reaction, it was confirmed that at least a part of the phosphite groups was condensed.
A sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the phosphorus oxo oxide pulp E was used instead of the phosphorus oxo oxide pulp A. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<比較例1>
リンオキソ酸化処理において、リン酸を添加せず、亜リン酸(ホスホン酸)の添加量を、33質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプF及びシートを得た。リンオキソ酸化パルプFに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm−1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプFについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は2.06mmol/gだった。また、総解離酸量は、2.08mmol/gであった。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
<Comparative example 1>
In the phosphorus oxo oxidation treatment, phosphor oxo oxide pulp F and a sheet were obtained in the same manner as in Example 1 except that phosphorous acid was not added and the amount of phosphorous acid (phosphonic acid) added was changed to 33 parts by mass. The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp F was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P = O of the phosphonic acid group, which is a metamorphic form of the phosphite group, was observed around 1210 cm -1 , and the phosphite group (phosphonic acid group) was added to the pulp. Was confirmed. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp F, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 2.06 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 2.08 mmol / g. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<比較例2>
リンオキソ酸化処理において、亜リン酸(ホスホン酸)を添加せず、リン酸の添加量を、38質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプG及びシートを得た。リンオキソ酸化パルプGに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm−1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプGについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は2.50mmol/gだった。また、総解離酸量は、3.97mmol/gであった。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
<Comparative example 2>
In the phosphorous oxidation treatment, phosphorous acid (phosphonic acid) was not added, and the amount of phosphoric acid added was changed to 38 parts by mass in the same manner as in Example 1 to obtain phosphorous oxide pulp G and a sheet. The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp G was measured using FT-IR. As a result, absorption of the phosphate group based on P = O was observed around 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphate group was added to the pulp. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp G, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 2.50 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 3.97 mmol / g. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<比較例3>
リンオキソ酸化処理において、加熱時間を300秒に変更した。その後、洗浄後のリンオキソ酸化パルプに対して、2回目のリンオキソ酸化処理を行い、その際の加熱時間は200秒とした。次いで、洗浄処理を行った。その他の操作は、比較例2と同様にして、リンオキソ酸化パルプH及びシートを得た。リンオキソ酸化パルプHに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm−1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。なお、リンオキソ酸化パルプHについて、後述する〔第1解離酸量と総解離酸量の測定(リンオキソ酸基)〕に記載の測定方法で第1解離酸量を測定したところ、第1解離酸量は2.15mmol/gだった。また、総解離酸量は、3,79mmol/gであった。得られたシートについて後述の方法により、シートの吸液速度及び吸水率の測定を行った。
<Comparative example 3>
In the phosphorus oxo oxidation treatment, the heating time was changed to 300 seconds. Then, the washed phosphorus oxo oxide pulp was subjected to a second phosphorus oxo oxidation treatment, and the heating time at that time was set to 200 seconds. Then, a cleaning treatment was performed. Other operations were carried out in the same manner as in Comparative Example 2 to obtain phosphoroxo oxide pulp H and a sheet. The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp H was measured using FT-IR. As a result, absorption of the phosphate group based on P = O was observed around 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphate group was added to the pulp. Regarding the phosphorus oxo oxide pulp H, when the first dissociation acid amount was measured by the measurement method described in [Measurement of the first dissociation acid amount and the total dissociation acid amount (phosphoric acid group)], the first dissociation acid amount was measured. Was 2.15 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 3,79 mmol / g. The liquid absorption rate and water absorption rate of the obtained sheet were measured by the method described later.

<評価方法>
<第1解離酸量、総解離酸量の測定>
第1解離酸量および総解離酸量は、中和滴定法により測定した。具体的には、リンオキソ酸化パルプを酸処理した後、イオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈してリンオキソ酸化パルプ懸濁液を作製し、この懸濁液に対し、高速回転型解繊機(エムテクニック社製、クレアミックス−2.2S)を用いて、21500rpmで、5分間機械処理を行い、アルカリを用いた滴定を行うことにより第1解離酸量および総解離酸量を測定した。
リンオキソ酸化パルプの酸処理では、得られたリンオキソ酸化パルプ100質量部(絶乾質量)を、含有量が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、撹拌しながら、1N塩酸水溶液1000質量部を少しずつ添加した。次いで、このパルプ懸濁液を15分間撹拌したのち脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、リンオキソ酸化パルプ100質量部(絶乾質量)に対し、1N塩酸水溶液を1000質量部添加した。この操作を5回繰り返すことにより、リンオキソ酸化パルプ中に含まれるリンオキソ酸基を完全に酸型へ変化させた。さらに、このパルプ懸濁液を撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流した。
アルカリを用いた滴定では、得られた酸型リンオキソ酸化パルプをイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製したリンオキソ酸化パルプ懸濁液を、速回転型解繊機(エムテクニック社製、クレアミックス−2.2S)を用いて、21500rpmで、5分間機械処理した後に、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を30秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測した。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のリンオキソ酸化パルプの第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中のリンオキソ酸化パルプの総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を第1解離酸量A1(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量A2(mmol/g)とした。
<Evaluation method>
<Measurement of first dissociated acid amount and total dissociated acid amount>
The amount of the first dissociated acid and the total amount of the dissociated acid were measured by the neutralization titration method. Specifically, after acid-treating the phosphorus oxo oxide pulp, the phosphorus oxo oxide pulp suspension was prepared by diluting it with ion-exchanged water so that the content was 0.2% by mass. Using a high-speed rotary defibrator (Clearmix-2.2S manufactured by M-Technique), mechanical treatment was performed at 21500 rpm for 5 minutes, and titration with alkali was performed to obtain the first dissociated acid amount and total dissociated acid. The amount was measured.
In the acid treatment of the phosphorus oxo oxide pulp, 100 parts by mass (absolute dry mass) of the obtained phosphorus oxo oxide pulp is diluted with ion-exchanged water so that the content becomes 2% by mass, and 1000 parts by mass of a 1N hydrochloric acid aqueous solution is stirred. Was added little by little. Next, this pulp suspension was stirred for 15 minutes and then dehydrated to obtain a dehydrated sheet, which was diluted again with ion-exchanged water, and 1000 parts by mass of phosphorus oxo oxide pulp (absolutely dry mass) was added to 1000 1N aqueous hydrochloric acid solutions. By weight was added. By repeating this operation 5 times, the phosphorus oxo acid group contained in the phosphorus oxo oxide pulp was completely changed to the acid type. Further, the pulp suspension was stirred and uniformly dispersed, and then filtered and dehydrated to obtain a dehydrated sheet. By repeating the operation, excess hydrochloric acid was sufficiently washed away.
In titration using alkali, a fast-rotating defibrator is used to prepare a phosphorus oxo oxide pulp suspension prepared by diluting the obtained acid-type phosphorus oxo oxide pulp with ion-exchanged water so that the content is 0.2% by mass. After mechanical treatment at 21500 rpm for 5 minutes using (Clearmix-2.2S manufactured by M-Technique), the pH value indicated by the slurry was added while adding 10 μL of 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution every 30 seconds. The change in was measured. The titration was performed while blowing nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of the titration. In this neutralization titration, two points are observed where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali dropped) becomes maximum in the curve plotting the measured pH with respect to the amount of alkali added. Of these, the maximum point of the increment obtained first when alkali is added is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point (FIG. 1). The amount of alkali required from the start of the titration to the first end point is equal to the amount of the first dissociated acid of the phosphorus oxo oxide pulp in the slurry used for the titration. Further, the amount of alkali required from the start to the second end point of the titration becomes equal to the total amount of dissociated acid of the phosphorus oxo oxide pulp in the slurry used for the titration. The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point was divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated, and the value was defined as the first dissociating acid amount A1 (mmol / g). Further, the value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the total amount of dissociated acid A2 (mmol / g).

<シートの吸液速度の測定>
実施例及び比較例で得られたシートを幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルに切りだし、該サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水に浸した。長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間tを測定し、下記式(1)を用いて吸液速度(mm/sec)を算出した。
式(1) 吸液速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec)
<Measurement of liquid absorption rate of sheet>
The sheets obtained in Examples and Comparative Examples were cut into strip-shaped samples having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region from the longitudinal end side of the sample to 5 mm was immersed in ion-exchanged water. The time t required for the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm in the longitudinal direction from the end edge in the longitudinal direction was measured, and the liquid absorption rate (mm / sec) was calculated using the following formula (1).
Equation (1) Liquid absorption rate (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec)

<シートの吸水率の測定>
実施例及び比較例で得られたシートについて、純水に浸漬させた場合の吸水率I及び0.1Nの塩化ナトリウム水溶液(塩水)に浸漬させた場合の吸水率Iを算出した。具体的には、JIS K 7223:1996に準拠して測定したシートの吸水量から下記式(2)を用いて算出した。
式(2) 吸水率I又はI(%)=100×シートの吸水量(g)/シートの絶乾重量(g)
また、シート吸水率の減少率を、下記式(3)を用いて算出した。
式(3) 吸水率の減少率(%)=100×(I−I)/I
<Measurement of water absorption rate of sheet>
For the sheets obtained in Examples and Comparative Examples, the water absorption rate I 0 when immersed in pure water and the water absorption rate I 1 when immersed in a 0.1 N sodium chloride aqueous solution (salt water) were calculated. Specifically, it was calculated using the following formula (2) from the amount of water absorption of the sheet measured in accordance with JIS K 7223: 1996.
Formula (2) Water absorption rate I 0 or I 1 (%) = 100 × Sheet water absorption (g) / Sheet absolute dry weight (g)
Further, the reduction rate of the sheet water absorption rate was calculated using the following formula (3).
Equation (3) Reduction rate of water absorption rate (%) = 100 × (I 0 −I 1 ) / I 0

Figure 2021161353
Figure 2021161353

実施例では、純水吸水性及び塩水吸水性に優れた繊維状セルロースが得られた。一方で、比較例では、純水吸水性と塩水吸水性が両立されていなかった。 In the examples, fibrous cellulose having excellent water absorption in pure water and water absorption in salt water was obtained. On the other hand, in the comparative example, both pure water absorption and salt water absorption were not compatible.

Claims (6)

亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースであって、下記シート形成方法でシートを形成し、下記測定方法で吸液速度を算出した場合、前記シートの吸液速度が0.30mm/s以上となる、繊維状セルロース;
(シート形成方法)
繊維状セルロースにイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.3質量%の懸濁液を調製し、該懸濁液をろ紙上に注ぎ、絶乾坪量が200g/mのウェットシートを形成する;該ウェットシートをろ紙からはがし取ってステンレストレーに乗せ、23℃、相対湿度50%の条件下で3日間乾燥させる;乾燥済みのシートを、7.7MPaの加重圧で1分間プレスし、吸液速度測定用のシートとする;
(吸液速度)
吸液速度測定用のシートを幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルに切りだし、該サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水に浸す;長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間tを測定し、下記式(1)を用いて吸液速度(mm/sec)を算出する。
吸液速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(1)
When a fibrous cellulose having a phosphorous acid group or a substituent derived from a phosphorous acid group is formed by the following sheet forming method and the liquid absorption rate is calculated by the following measuring method, the liquid absorption of the sheet is performed. Fibrous cellulose with a velocity of 0.30 mm / s or more;
(Sheet formation method)
Ion-exchanged water is added to the fibrous cellulose to prepare a suspension having a solid content concentration of 0.3% by mass, and the suspension is poured onto a filter paper to obtain a wet sheet having an absolute dry basis weight of 200 g / m 2. The wet sheet is peeled off from the filter paper, placed on a stainless steel tray, and dried under the conditions of 23 ° C. and 50% relative humidity for 3 days; the dried sheet is pressed at a weighted pressure of 7.7 MPa for 1 minute. And use it as a sheet for measuring the liquid absorption rate;
(Liquid absorption rate)
A sheet for measuring the absorption rate is cut into a strip-shaped sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region of the sample from the longitudinal end to 5 mm is immersed in ion-exchanged water; from the longitudinal end to the longitudinal. The time t required for the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm is measured, and the liquid absorption rate (mm / sec) is calculated using the following formula (1).
Liquid absorption rate (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Equation (1)
リン酸基又はリン酸基に由来する置換基をさらに有する請求項1に記載の繊維状セルロース。 The fibrous cellulose according to claim 1, further comprising a phosphate group or a substituent derived from a phosphoric acid group. 前記繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、前記繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.51以上0.98以下である請求項1又は2に記載の繊維状セルロース。 Claim 1 or 2 in which the value of A1 / A2 is 0.51 or more and 0.98 or less when the first dissociative acid amount in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociative acid amount in the fibrous cellulose is A2. The fibrous cellulose described in. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維状セルロースを含む繊維状セルロース含有物。 A fibrous cellulose-containing product containing the fibrous cellulose according to any one of claims 1 to 3. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース、もしくは、請求項4に記載の繊維状セルロース含有物から形成される成形体。 A molded product formed from the fibrous cellulose according to any one of claims 1 to 3 or the fibrous cellulose-containing product according to claim 4. シート状である請求項5に記載の成形体。 The molded product according to claim 5, which is in the form of a sheet.
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