JP2022051300A - Method for Producing Chemically Modified Microfibril Cellulose Fiber - Google Patents

Method for Producing Chemically Modified Microfibril Cellulose Fiber Download PDF

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JP2022051300A
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咲子 中田
Sakiko Nakada
雅人 高山
Masahito Takayama
浩由 鈴木
Hiroyoshi Suzuki
友希 ▲高▼橋
Yuki Takahashi
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Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
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Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
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Abstract

To provide a method for producing a chemically modified microfibril cellulose fiber dispersion that prevents the viscosity from decreasing during its storage and also reduces malodors therefrom.SOLUTION: A method for producing a chemically modified microfibril cellulose fiber includes the following steps (A)-(B): (A) a chemically modified cellulose is prepared; and (B) the chemically modified cellulose is fibrillated at 55°C or higher, to produce a chemically modified microfibril cellulose fiber.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法に関する。より詳しくは保存中に粘度の低下や臭気が抑制された化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing chemically modified microfibrillose cellulose fibers. More specifically, the present invention relates to a method for producing a chemically modified microfibril cellulose fiber in which a decrease in viscosity and an odor are suppressed during storage.

化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、パルプ等のセルロース原料を変性後、解繊、あるいは粉砕することにより得られ、紙力の向上や保水性を向上させる添加剤、食品、化粧品の添加剤としての用途が期待されている。 Chemically modified microfibrillose fibers are obtained by defibrating or crushing cellulose raw materials such as pulp, and are used as additives for improving paper strength and water retention, foods, and cosmetics. Is expected.

例えば、特許文献1には、B型粘度計を用いて3rpm、25℃で測定される粘度が2800mPa・s以上で、ヘーズ値が10%以上50%以下である微細繊維状セルロース含有物が記載されている。また、特許文献2には、カナダ標準濾水度が200ml未満で、平均繊維径が500nm以上である酸化ミクロフィブリルセルロースが記載されている。特許文献3には、カナダ標準濾水度が200ml以上で、平均繊維径が500nm以上であるカルボキシメチル化ミクロフィブリルセルロース繊維紙が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a fine fibrous cellulose-containing substance having a viscosity measured at 3 rpm and 25 ° C. using a B-type viscometer at 2800 mPa · s or more and a haze value of 10% or more and 50% or less. Has been done. Further, Patent Document 2 describes microfibrillated cellulose having a Canadian standard drainage degree of less than 200 ml and an average fiber diameter of 500 nm or more. Patent Document 3 describes a carboxymethylated microfibril cellulose fiber paper having a Canadian standard drainage degree of 200 ml or more and an average fiber diameter of 500 nm or more.

特開2017-57390号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-57390 国際公開第2019/189588号公報International Publication No. 2019/189588 国際公開第2019/189595号公報International Publication No. 2019/189595

しかしながら、特許文献1~3に記載の方法で製造した場合、化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を得られるものの、保存中に腐敗により粘度が低下してしまう。以上を鑑み、本発明は粘度の低下を抑制した化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法を提供することを課題とする。 However, when manufactured by the methods described in Patent Documents 1 to 3, chemically modified microfibrillose cellulose fibers can be obtained, but the viscosity is lowered due to putrefaction during storage. In view of the above, it is an object of the present invention to provide a method for producing a chemically modified microfibrillose fiber that suppresses a decrease in viscosity.

発明者らは、温度55℃以上で解繊して化学変性セルロースを処理して、化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を製造することで前記課題を解決できることを見出した。従って、前記課題は以下の本発明により解決される。
(1) 下記(A)~(B)の工程を含む化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法。
(A)化学変性セルロースを準備する工程
(B)前記化学変性セルロースを温度55℃以上で解繊して、化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を得る工程
(2) 前記化学変性セルロースがカルボキシル基を有するセルロースである、(1)に記載の製造方法。
(3) 前記化学変性セルロースがカルボキシメチル化セルロースである、(1)に記載の製造方法。
The inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by producing chemically modified microfibrillose fibers by defibrating at a temperature of 55 ° C. or higher and treating them with chemically modified cellulose. Therefore, the above-mentioned problem is solved by the following invention.
(1) A method for producing a chemically modified microfibril cellulose fiber, which comprises the following steps (A) to (B).
(A) Step of preparing chemically modified cellulose (B) Step of defibrating the chemically modified cellulose at a temperature of 55 ° C. or higher to obtain chemically modified microfibrillose fibers (2) Cellulose having a carboxyl group in the chemically modified cellulose The manufacturing method according to (1).
(3) The production method according to (1), wherein the chemically modified cellulose is carboxymethylated cellulose.

本発明により製造された化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、保存中に粘度の低下が抑制され、臭気も低減されるという特徴を有する。 The chemically modified microfibril cellulose fiber produced by the present invention is characterized in that a decrease in viscosity is suppressed during storage and an odor is also reduced.

本発明を詳細に説明する。本発明において「X~Y」はその端値であるXおよびYを含む。 The present invention will be described in detail. In the present invention, "X to Y" includes X and Y which are fractional values thereof.

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法は、(A)化学変性セルロースを準備する工程、(B)前記化学変性セルロースを温度55℃以上で解繊して、化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を得る工程、を含むことが必須である。 The method for producing a chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention is (A) a step of preparing a chemically modified cellulose, and (B) defibrating the chemically modified cellulose at a temperature of 55 ° C. or higher to obtain a chemically modified microfibril cellulose fiber. It is essential to include the step of obtaining.

(1)工程A
<化学変性セルロース>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維に用いる化学変性セルロースは、繊維を構成するセルロース鎖が化学的に変性されているものである。化学変性セルロースの種類としては、これらに限定されないが、例えば、カルボキシル基を導入したカルボキシル化セルロース、カルボキシメチル基などのカルボキシアルキル基をエーテル結合させたカルボキシアルキル化セルロース、リン酸基を導入したリン酸エステル化セルロースなどを挙げることができる。中でも、酸化(カルボキシル化)、エーテル化(例えば、カルボキシアルキル化)、カチオン化、エステル化が好ましく、酸化(カルボキシル化)、カルボキシアルキル化がより好ましい。これらの製法は後述する。
(1) Step A
<Chemically modified cellulose>
The chemically modified cellulose used in the chemically modified microfibrillose fiber of the present invention is one in which the cellulose chains constituting the fiber are chemically modified. The type of chemically modified cellulose is not limited to these, for example, carboxylated cellulose having a carboxyl group introduced, carboxyalkylated cellulose having an ether bond of a carboxyalkyl group such as a carboxymethyl group, and phosphorus having a phosphate group introduced. Examples thereof include acid esterified cellulose. Of these, oxidation (carboxylation), etherification (for example, carboxyalkylation), cationization, and esterification are preferable, and oxidation (carboxylation) and carboxyalkylation are more preferable. These manufacturing methods will be described later.

化学変性セルロースは、塩の形態をとる場合もあり、本明細書で化学変性セルロースという場合には、塩型の化学変性セルロースも含むこととする。塩型の化学変性セルロースとしては、例えば、ナトリウム塩などの金属塩を形成しているものが挙げられる。 The chemically modified cellulose may be in the form of a salt, and the term “chemically modified cellulose” as used herein also includes a salt-type chemically modified cellulose. Examples of the salt-type chemically modified cellulose include those forming a metal salt such as a sodium salt.

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維に用いる化学変性セルロースは、水に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものである。すなわち、化学変性セルロース繊維の水分散体を電子顕微鏡等で観察すると、繊維状の物質を観察することができ、また、X線回折で測定すると、セルロースI型結晶のピークを観測することができるものである。 The chemically modified cellulose used in the chemically modified microfibrillose cellulose fiber of the present invention maintains at least a part of the fibrous shape even when dispersed in water. That is, when the aqueous dispersion of chemically modified cellulose fibers is observed with an electron microscope or the like, a fibrous substance can be observed, and when measured by X-ray diffraction, the peak of cellulose type I crystal can be observed. It is a thing.

<化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、化学変性されたセルロース原料をリファイナーなどを用いて適度に叩解または解繊(フィブリル化)することにより得られるものである。化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、叩解または解繊されていない化学変性セルロース繊維に比べて、繊維表面にセルロースのミクロフィブリルの毛羽立ちが見られる。また、化学変性セルロースナノファイバーに比べて、繊維径が大きく、繊維自体の微細化(内部フィブリル化)を抑制しながら効率的に繊維表面を毛羽立たせた(外部フィブリル化)した形状を有する。
<Chemically modified microfibril cellulose fiber>
The chemically modified microfibrillose fiber of the present invention is obtained by appropriately beating or defibrating (fibrillating) a chemically modified cellulose raw material using a refiner or the like. Chemically modified microfibrils Cellulose fibers show fluffing of cellulose microfibrils on the fiber surface as compared to chemically modified cellulose fibers that have not been beaten or defibrated. In addition, the fiber diameter is larger than that of chemically modified cellulose nanofibers, and the fiber surface is efficiently fluffed (external fibrillation) while suppressing the miniaturization (internal fibrillation) of the fiber itself.

また、本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、化学変性されていないミクロフィブリルセルロース繊維と比べて、化学変性により、保水性が高い、高チキソ性を有する、などの特徴を有する。 Further, the chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention has features such as high water retention and high chicosis due to chemical modification as compared with the non-chemically modified microfibril cellulose fiber.

また、本発明の化学変性されたセルロース原料をフィブリル化することにより得られる化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、化学変性されていないセルロース原料を叩解した後に化学変性したものと比べて、フィブリル化時にセルロース繊維が化学変性されているため、繊維間に存在する強固な水素結合が弱められており、フィブリル化の際に繊維同士がほぐれやすく、繊維の損傷が少ないという特徴を有する。 Further, the chemically modified microfibrillose fiber obtained by fibrillating the chemically modified cellulose raw material of the present invention has cellulose at the time of fibrillation as compared with the one chemically modified after beating the chemically modified cellulose raw material. Since the fibers are chemically modified, the strong hydrogen bonds existing between the fibers are weakened, and the fibers are easily loosened during fibrillation, and the fibers are less damaged.

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、平均繊維径が500nm以上であり、1μm以上が好ましく、2μm以上がより好ましい。平均繊維径の上限は60μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、20μm以下がさらに好ましい。平均繊維径がこの範囲になる程度の適度なフィブリル化を行うことにより、未解繊のセルロース繊維に比べて高い保水性を呈し、また、微細に解繊されたセルロースナノファイバーに比べて少量でも高い強度付与効果や歩留まり向上効果が得られる。 The chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention has an average fiber diameter of 500 nm or more, preferably 1 μm or more, and more preferably 2 μm or more. The upper limit of the average fiber diameter is preferably 60 μm or less, more preferably 40 μm or less, further preferably 30 μm or less, still more preferably 20 μm or less. By appropriately fibrillating to the extent that the average fiber diameter is within this range, it exhibits higher water retention than undefibrated cellulose fibers, and even in a small amount compared to finely defibrated cellulose nanofibers. A high strength-imparting effect and a yield-improving effect can be obtained.

化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の平均繊維長は、5μm以上が好ましく、10μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましい。平均繊維長の上限は、特に限定されないが、3000μm以下が好ましく、2500μm以下が好ましく、2000μm以下がさらに好ましく、1500μm以下がさらに好ましい。本発明によれば、化学変性されたセルロース原料を叩解または解繊に用いるため、繊維を極端に短くすることなく、フィブリル化を進めることができる。また、化学変性により、水との親和性が向上しているため、繊維長が長い場合であっても保水性を高くすることができる。 The average fiber length of the chemically modified microfibril cellulose fiber is preferably 5 μm or more, preferably 10 μm or more, and more preferably 20 μm or more. The upper limit of the average fiber length is not particularly limited, but is preferably 3000 μm or less, preferably 2500 μm or less, further preferably 2000 μm or less, still more preferably 1500 μm or less. According to the present invention, since the chemically modified cellulose raw material is used for beating or defibration, fibrillation can be promoted without making the fibers extremely short. Further, since the affinity with water is improved by the chemical denaturation, the water retention can be increased even when the fiber length is long.

上記の平均繊維径及び平均繊維長は、例えば、ABB株式会社製L&W Fiber Tester Plusや、バルメット株式会社製フラクショネーター等の、画像解析型繊維分析装置により求めることができる。具体的には、フラクショネーターを用いた場合、それぞれ、length-weighted fiber width及びlength-weighted average fiber lengthとして求めることができる。 The above average fiber diameter and average fiber length can be obtained by an image analysis type fiber analyzer such as L & W Fiber Tester Plus manufactured by ABB Ltd. or a fractionator manufactured by Valmet Co., Ltd. Specifically, when a fractionator is used, it can be obtained as length-weighted fiber width and length-weighted average fiber length, respectively.

化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維のアスペクト比は、3以上が好ましく、5以上がより好ましく、10以上がさらに好ましい。アスペクト比の上限は特に限定されないが、1000以下が好ましく、100以下がより好ましく、80以下がさらに好ましい。アスペクト比は、下記の式により算出できる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
The aspect ratio of the chemically modified microfibril cellulose fiber is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 10 or more. The upper limit of the aspect ratio is not particularly limited, but is preferably 1000 or less, more preferably 100 or less, and even more preferably 80 or less. The aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter

化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維についてバルメット株式会社製フラクショネーターを用いて測定したフィブリル化率(Fibrillation %)においては、0.5%以上であることが好ましく、0.8%以上であることがより好ましく、1.0%以上であることがさらに好ましい。使用したセルロース原料の種類によってフィブリル化率は異なるが、上記範囲であればフィブリル化が行なわれていると考えられる。また、本発明では、フィブリル化する前の化学変性されたセルロース原料のフィブリル化率(f)が、向上するようにフィブリル化を行うことが好ましい。フィブリル化された化学変性セルロース繊維のフィブリル化率をfとすると、フィブリル化率の差Δf=f-fは、0を超えていればよく、好ましくは0.1%以上であり、より好ましくは0.2%以上であり、さらに好ましくは0.3%以上である。 Regarding the chemically modified microfibril cellulose fiber, the fibrillation rate (Fibrillation%) measured using a fractionator manufactured by Valmet Co., Ltd. is preferably 0.5% or more, more preferably 0.8% or more. It is preferably 1.0% or more, and more preferably 1.0% or more. The fibrillation rate differs depending on the type of cellulose raw material used, but if it is within the above range, it is considered that fibrillation has been performed. Further, in the present invention, it is preferable to carry out fibrillation so that the fibrillation rate (f 0 ) of the chemically modified cellulose raw material before fibrillation is improved. Assuming that the fibrillation rate of the chemically modified cellulose fiber fibrillated is f, the difference Δf = ff 0 of the fibrillation rate may be more than 0, preferably 0.1% or more, more preferably. Is 0.2% or more, more preferably 0.3% or more.

<セルロースI型の結晶化度>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維におけるセルロースの結晶化度は、結晶I型が50%以上であり、60%以上であることがより好ましい。セルロースの結晶性は、化学変性の度合によって制御できる。セルロースI型の結晶化度の上限は特に限定されない。現実的には90%程度が上限となると考えられる。
<Crystallinity of cellulose type I>
The crystallinity of cellulose in the chemically modified microfibrillose fiber of the present invention is more preferably 50% or more, and more preferably 60% or more for crystal I type. The crystallinity of cellulose can be controlled by the degree of chemical denaturation. The upper limit of the crystallinity of cellulose type I is not particularly limited. In reality, about 90% is considered to be the upper limit.

化学変性セルロース繊維のセルロースI型の結晶化度の測定方法は、以下の通りである。:
試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(LabX XRD-6000、島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行い、X線回折図の2θ=10°~30°の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6°の002面の回折強度と2θ=18.5°のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
Xc=(I002c―Ia)/I002c×100
Xc:セルロースのI型の結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6°、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5°、アモルファス部分の回折強度
The method for measuring the crystallinity of cellulose type I of the chemically modified cellulose fiber is as follows. :
The sample is placed on a glass cell and measured using an X-ray diffraction measuring device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The crystallinity is calculated using a method such as Segal, and the diffraction intensity of the 002 surface of 2θ = 22.6 ° and 2θ = with the diffraction intensity of 2θ = 10 ° to 30 ° in the X-ray diffraction diagram as the baseline. It is calculated by the following formula from the diffraction intensity of the amorphous part of 18.5 °.
Xc = (I002c-Ia) / I002c × 100
Xc: Cellulose type I crystallinity (%)
I002c: 2θ = 22.6 °, diffraction intensity of 002 surface Ia: 2θ = 18.5 °, diffraction intensity of amorphous part

<アニオン化度>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維のアニオン化度(アニオン電荷密度)は、通常は2.50meq/g以下であり、2.30meq/g以下が好ましく、2.00meq/g以下がより好ましく、1.50meq/g以下、1.00meq/g以下がさらに好ましい。これにより、アニオン化度がより高い化学変性セルロース繊維に比べ、化学変性がセルロース全体にわたり均一になされていると考えられ、保水性等の化学変性セルロース繊維に特有の効果をより安定に得ることができると考えられる。下限は、通常は0.08meq/g以上、好ましくは0.10meq/g以上、より好ましくは0.30meq/g以上であるが、特に限定されない。従って、0.08meq/g以上2.50meq/g以下が好ましい。アニオン化度は、単位質量の変性セルロースマイクロフィブリルあたりのアニオンの当量であり、単位質量の変性セルロースマイクロフィブリルにおいてアニオン性基を中和するのに要するジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)の当量から算出できる。本発明において、アニオン化度の測定方法は、以下の通りである。:
化学変性セルロース繊維を水に分散し、固形分10g/Lの水分散体を調製し、マグネチックスターラーを用い10分以上1000rpmにて撹拌する。得られたスラリーを0.1g/Lに希釈後、10ml採取し、流動電流検出器(Mutek Particle Charge Detector 03)用い、1/1000規定度のジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)で滴定して、流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量を用い、以下の式によりアニオン化度を算出する。:
q=(V×c)/m
q:アニオン化度(meq/g)
V:流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量(L)
c:DADMACの濃度(meq/L)
m:測定試料中の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の質量(g)
<Degree of anionization>
The degree of anionization (anion charge density) of the chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention is usually 2.50 meq / g or less, preferably 2.30 meq / g or less, more preferably 2.00 meq / g or less. It is more preferably 1.50 meq / g or less and 1.00 meq / g or less. As a result, it is considered that the chemical denaturation is made uniform throughout the cellulose as compared with the chemically modified cellulose fiber having a higher degree of anionization, and it is possible to obtain more stable effects peculiar to the chemically modified cellulose fiber such as water retention. It is thought that it can be done. The lower limit is usually 0.08 meq / g or more, preferably 0.10 meq / g or more, more preferably 0.30 meq / g or more, but is not particularly limited. Therefore, it is preferably 0.08 meq / g or more and 2.50 meq / g or less. The degree of anionization is the equivalent of anion per unit mass of modified cellulose microfibrils and can be calculated from the equivalent of diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) required to neutralize the anionic group in the unit mass of modified cellulose microfibrils. .. In the present invention, the method for measuring the degree of anionization is as follows. :
The chemically modified cellulose fiber is dispersed in water to prepare an aqueous dispersion having a solid content of 10 g / L, and the mixture is stirred with a magnetic stirrer at 1000 rpm for 10 minutes or more. After diluting the obtained slurry to 0.1 g / L, 10 ml was collected, titrated with a 1/1000 normal diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) using a flow current detector (Mutek Particle Charge Detector 03), and flowed. Using the amount of DADMAC added until the current becomes zero, the degree of anionization is calculated by the following formula. :
q = (V × c) / m
q: Degree of anionization (meq / g)
V: Addition amount (L) of DADMAC until the flow current becomes zero
c: DADMAC concentration (meq / L)
m: Mass (g) of chemically modified microfibrillose cellulose fibers in the measurement sample

<保水能>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、以下の方法で測定される保水能が、15以上であることが好ましい。保水能の測定方法は、以下の通りである。:
化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の固形分0.3質量%のスラリー(媒質:水)を40mL調製する。このときのスラリーの質量をAとする。次いで、スラリーの全量を高速冷却遠心機で30℃で25000Gで30分間遠心分離し、水相と沈降物とを分離する。このときの沈降物の質量をBとする。また、水相をアルミカップに入れ、105℃で一昼夜乾燥させて水を除去し、水相中の固形分の質量を測定する。この水相中の固形分の質量をCとする。以下の式を用いて、保水能を計算する。:
保水能=(B+C-0.003×A)/(0.003×A-C)
<Water retention capacity>
The chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention preferably has a water retention capacity of 15 or more as measured by the following method. The method for measuring the water retention capacity is as follows. :
Prepare 40 mL of a slurry (medium: water) having a solid content of 0.3% by mass of chemically modified microfibril cellulose fibers. Let A be the mass of the slurry at this time. Then, the entire amount of the slurry is centrifuged at 25000 G at 30 ° C. for 30 minutes with a high-speed cooling centrifuge to separate the aqueous phase and the sediment. Let B be the mass of the sediment at this time. Further, the aqueous phase is placed in an aluminum cup and dried at 105 ° C. for 24 hours to remove water, and the mass of the solid content in the aqueous phase is measured. Let C be the mass of the solid content in this aqueous phase. The water retention capacity is calculated using the following formula. :
Water retention capacity = (B + C-0.003 × A) / (0.003 × AC)

保水能は、上述の式の通り、沈降物中の繊維の固形分の質量に対する沈降物中の水の質量に相当する。値が大きいほど、繊維が水を保持する力が高いことを意味する。本発明のフィブリル化された化学変性セルロース繊維における保水能は、好ましくは15以上であり、より好ましくは20以上であり、さらに好ましくは30以上である。上限は特に限定されないが、現実的には200以下程度となると思われる。 As described above, the water retention capacity corresponds to the mass of water in the sediment with respect to the mass of the solid content of the fiber in the sediment. The higher the value, the higher the ability of the fiber to retain water. The water retention capacity of the fibrillated chemically modified cellulose fiber of the present invention is preferably 15 or more, more preferably 20 or more, still more preferably 30 or more. The upper limit is not particularly limited, but in reality, it seems to be about 200 or less.

なお、上述の保水能の測定方法は、フィブリル化された繊維を対象とするものであり、フィブリル化または解繊されていない繊維や、シングルミクロフィブリルにまで解繊されたセルロースナノファイバーに対しては通常適用できない。フィブリル化または解繊されていないセルロース繊維の保水能を上述の方法で測定しようとすると、上述の遠心分離の条件では密な沈降物が形成できず、沈降物と水相とを分離することが困難である。また、セルロースナノファイバーは、上述の遠心分離の条件ではほとんど沈降しない。 The above-mentioned method for measuring the water retention capacity is intended for fibrillated fibers, and for fibers that have not been fibrillated or defibrated, or cellulose nanofibers that have been defibrated to single microfibrils. Is usually not applicable. Attempts to measure the water retention capacity of unfibrillated or defibrated cellulose fibers by the method described above may result in the inability to form dense sediments under the above-mentioned centrifugation conditions and the separation of sediments from the aqueous phase. Have difficulty. In addition, the cellulose nanofibers hardly settle under the above-mentioned centrifugation conditions.

<B型粘度>
本発明において、B型粘度の測定方法は、以下の通りである。:
化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維をポリプロピレン製容器に量り取り、イオン交換水160mlに分散し、固形分1質量%となるように水分散体を調整する。水分散体を25℃に調整する。その後、その後、JIS-Z-8803の方法に準じて、B型粘度計(東機産業社製)を用いて、回転数60rpmで1分後の粘度を測定する。
<B type viscosity>
In the present invention, the method for measuring the B-type viscosity is as follows. :
Chemically modified microfibrillose fibers are weighed in a polypropylene container, dispersed in 160 ml of ion-exchanged water, and the aqueous dispersion is adjusted so that the solid content is 1% by mass. Adjust the aqueous dispersion to 25 ° C. After that, the viscosity after 1 minute is measured at a rotation speed of 60 rpm using a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) according to the method of JIS-Z-8803.

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維のB型粘度(25℃、60rpm)の上限値は4,000mPa・s以下であり、好ましくは3,000mPa・s以下、より好ましくは2,000mPa・s以下である。下限値は10mPa・s以上であり、好ましくは20mPa・s以上、より好ましくは50mPa・s以上である。 The upper limit of the B-type viscosity (25 ° C., 60 rpm) of the chemically modified microfibrillose fiber of the present invention is 4,000 mPa · s or less, preferably 3,000 mPa · s or less, and more preferably 2,000 mPa · s or less. Is. The lower limit is 10 mPa · s or more, preferably 20 mPa · s or more, and more preferably 50 mPa · s or more.

<その他>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、固形分濃度1.0質量%の水分散体とした際に、好ましくは500mS/m以下の電気伝導度を有する。より好ましくは300mS/m以下であり、さらに好ましくは200mS/m以下であり、さらに好ましくは100mS/m以下であり、さらに好ましくは70mS/m以下である。電気伝導度の下限は、好ましくは5mS/m以上であり、より好ましくは10mS/m以上である。電気伝導度は、以下の方法により測定できる。:
化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の固形分濃度1.0質量%の水分散体200gを調製し、十分に撹拌する。その後、電気伝導度計(HORIBA社製ES-71型)を用いて電気伝導度を測定する。
<Others>
The chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention preferably has an electric conductivity of 500 mS / m or less when made into an aqueous dispersion having a solid content concentration of 1.0% by mass. It is more preferably 300 mS / m or less, further preferably 200 mS / m or less, still more preferably 100 mS / m or less, still more preferably 70 mS / m or less. The lower limit of the electric conductivity is preferably 5 mS / m or more, and more preferably 10 mS / m or more. The electrical conductivity can be measured by the following method. :
200 g of an aqueous dispersion having a solid content concentration of 1.0% by mass of chemically modified microfibril cellulose fibers is prepared and stirred sufficiently. Then, the electric conductivity is measured using an electric conductivity meter (ES-71 type manufactured by HORIBA).

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、BET比表面積が好ましくは30m/g以上であり、より好ましくは50m/g以上であり、さらに好ましくは70m/g以上である。BET比表面積が高いと、例えば製紙用添加剤として用いた場合にパルプに結合しやすくなり、歩留まりが向上する、紙への強度付与の効果が高まるなどの利点がある。BET比表面積は、窒素ガス吸着法(JIS Z 8830)を参考に以下の方法により測定できる。:
(1)化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の約2%スラリー(分散媒:水)を、固形分が約0.1gとなるように取り分け遠心分離の容器に入れ、100mlのエタノールを加える。
(2)攪拌子を入れ、500rpmで30分以上攪拌する。
(3)撹拌子を取り出し、遠心分離機で、7000G、30分、30℃の条件で化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を沈降させる。
(4)化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維をできるだけ除去しないようにしながら、上澄みを除去する。
(5)100mlエタノールを加え、撹拌子を加え、(2)の条件で攪拌、(3)の条件で遠心分離、(4)の条件で上澄み除去をし、これを3回繰り返す。
(6)(5)の溶媒をエタノールからt-ブタノールに変え、t-ブタノールの融点以上の室温下で、(5)と同様にして撹拌、遠心分離、上澄み除去を3回繰り返す。
(7)最後の溶媒除去後、t-ブタノールを30ml加え、軽く混ぜた後ナスフラスコに移し、氷浴を用いて凍結させる。
(8)冷凍庫で30分以上冷却する。
(9)凍結乾燥機に取り付け、3日間凍結乾燥する。
(10)BET測定を行う(前処理条件:窒素気流下105℃2時間、相対圧0.01~0.30、サンプル量30mg程度)。
The chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention has a BET specific surface area of preferably 30 m 2 / g or more, more preferably 50 m 2 / g or more, and further preferably 70 m 2 / g or more. When the BET specific surface area is high, for example, when it is used as an additive for papermaking, it is easy to bind to pulp, and there are advantages such as improvement in yield and enhancement of the effect of imparting strength to paper. The BET specific surface area can be measured by the following method with reference to the nitrogen gas adsorption method (JIS Z 8830). :
(1) About 2% slurry (dispersion medium: water) of chemically modified microfibril cellulose fibers is separately placed in a centrifuge container so that the solid content becomes about 0.1 g, and 100 ml of ethanol is added.
(2) Add a stirrer and stir at 500 rpm for 30 minutes or more.
(3) The stirrer is taken out, and the chemically modified microfibril cellulose fibers are settled in a centrifuge under the conditions of 7000 G, 30 minutes and 30 ° C.
(4) Remove the supernatant while trying not to remove the chemically modified microfibril cellulose fibers as much as possible.
(5) Add 100 ml of ethanol, add a stirrer, stir under the condition of (2), centrifuge under the condition of (3), remove the supernatant under the condition of (4), and repeat this three times.
(6) The solvent of (5) is changed from ethanol to t-butanol, and stirring, centrifugation, and supernatant removal are repeated three times in the same manner as in (5) at room temperature above the melting point of t-butanol.
(7) After the final removal of the solvent, add 30 ml of t-butanol, mix lightly, transfer to an eggplant flask, and freeze using an ice bath.
(8) Cool in the freezer for 30 minutes or more.
(9) Attach to a freeze-dryer and freeze-dry for 3 days.
(10) BET measurement is performed (pretreatment conditions: 105 ° C. for 2 hours under a nitrogen stream, relative pressure 0.01 to 0.30, sample volume of about 30 mg).

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、固形分1質量%の水分散体とした際の透明度(660nm光の透過率)が、60%未満であることが好ましく、50%以下がさらに好ましく、400%以下がさらに好ましく、35%以下がさらに好ましい。下限は特に限定されず、0%以上でよい。透明度がこのような範囲であると、フィブリル化の程度が適度であり、本発明の効果が得られやすい。透明度は、以下の方法で測定することができる。:
化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の水分散体(固形分1%(w/v)、分散媒:水)を調製し、UV-VIS分光光度計 UV-1800(島津製作所社製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて波長660nmの光の透過率を測定する。
The chemically modified microfibrillose fiber of the present invention preferably has a transparency (transmittance of 660 nm light) of less than 60%, more preferably 50% or less, when made into an aqueous dispersion having a solid content of 1% by mass. 400% or less is more preferable, and 35% or less is further preferable. The lower limit is not particularly limited and may be 0% or more. When the transparency is in such a range, the degree of fibrillation is appropriate, and the effect of the present invention can be easily obtained. Transparency can be measured by the following method. :
An aqueous dispersion of chemically modified microfibrill cellulose fibers (solid content 1% (w / v), dispersion medium: water) was prepared, and a UV-VIS spectrophotometer UV-1800 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used to length the optical path. The transmittance of light having a wavelength of 660 nm is measured using a 10 mm square cell.

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、水を分散媒とした際に、固形分濃度2%以上程度で、半透明から白色のゲル、またはクリーム状、ペースト状となる。 When water is used as a dispersion medium, the chemically modified microfibrillose fiber of the present invention becomes a translucent to white gel, cream or paste at a solid content concentration of about 2% or more.

化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、製造後に得られる分散体の状態であってもよいが、必要に応じて乾燥してもよく、また水に再分散してもよい。乾燥方法は何ら限定されないが、例えば凍結乾燥法、噴霧乾燥法、棚段式乾燥法、ドラム乾燥法、ベルト乾燥法、ガラス板等に薄く伸展し乾燥する方法、流動床乾燥法、マイクロウェーブ乾燥法、起熱ファン式減圧乾燥法などの既知の方法を使用できる。乾燥後に必要に応じて、カッターミル、ハンマーミル、ピンミル、ジェットミル等で粉砕しても良い。また、水への再分散の方法も特に限定されず、既知の分散装置を使用することができる。 The chemically modified microfibrillose fiber may be in the form of a dispersion obtained after production, may be dried if necessary, or may be redispersed in water. The drying method is not limited, but for example, a freeze-drying method, a spray-drying method, a shelf-stage drying method, a drum drying method, a belt drying method, a method of thinly spreading and drying on a glass plate, a fluidized bed drying method, and a microwave drying method. Known methods such as the method and the heating fan type vacuum drying method can be used. After drying, it may be crushed with a cutter mill, a hammer mill, a pin mill, a jet mill or the like, if necessary. Further, the method of redispersion to water is not particularly limited, and a known disperser can be used.

本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の用途は、種々の用途に用いられる。比表面積が高いことから紙に配合した場合、強度が向上する。また、解繊の程度が強すぎず、適度な繊維径を保持していることから、繊維の強度を必要とする用途や、繊維の高い歩留まりが要求される用途に特に最適に用いることができると考えられる。しかし、それら以外の用途に用いてもよい。化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維が用いられる分野は限定されず、一般的に添加剤が用いられる様々な分野、例えば、食品、飲料、化粧品、医薬、製紙、各種化学用品、塗料、スプレー、農薬、土木、建築、電子材料、難燃剤、家庭雑貨、接着剤、洗浄剤、芳香剤、潤滑用組成物などで、増粘剤、ゲル化剤、糊剤、食品添加剤、賦形剤、塗料用添加剤、接着剤用添加剤、製紙用添加剤、研磨剤、ゴム・プラスチック用配合材料、保水剤、保形剤、泥水調整剤、ろ過助剤、溢泥防止剤などとして使用することができると考えられる。 The use of the chemically modified microfibril cellulose fiber of the present invention is used for various uses. Since it has a high specific surface area, its strength is improved when it is blended with paper. In addition, since the degree of defibration is not too strong and the fiber diameter is maintained at an appropriate level, it can be particularly optimally used for applications that require fiber strength and applications that require high fiber yield. it is conceivable that. However, it may be used for other purposes. The fields in which chemically modified microfibril cellulose fibers are used are not limited, and various fields in which additives are generally used, such as foods, beverages, cosmetics, pharmaceuticals, papermaking, various chemical supplies, paints, sprays, pesticides, and civil engineering. , Buildings, electronic materials, flame retardants, household goods, adhesives, cleaning agents, fragrances, lubricating compositions, etc., thickeners, gelling agents, sizing agents, food additives, excipients, additives for paints, etc. It can be used as an agent, adhesive additive, papermaking additive, abrasive, rubber / plastic compounding material, water retention agent, shape retention agent, muddy water conditioner, filtration aid, mud prevention agent, etc. Conceivable.

<化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維は、まず化学変性されたセルロース原料を準備し、次いでそれをフィブリル化することにより製造することができる。化学変性の種類としては、前述した通り、例えば、セルロースのカルボキシル化、カルボキシアルキル化、リン酸エステル化などを挙げることができるが、これらに限定されない。フィブリル化に供する化学変性されたセルロース原料としては、市販のものを用いてもよいし、例えば後述するセルロース原料を、後述する方法で化学変性することにより、製造してもよい。
<Manufacturing method of chemically modified microfibrillose cellulose fiber>
The chemically modified microfibrillose fiber of the present invention can be produced by first preparing a chemically modified cellulose raw material and then fibrillating it. As described above, examples of the type of chemical denaturation include, but are not limited to, carboxylation, carboxyalkylation, and phosphoric acid esterification of cellulose. As the chemically modified cellulose raw material to be subjected to fibrillation, a commercially available product may be used, or for example, a cellulose raw material described later may be chemically modified by a method described later to be produced.

<セルロース原料>
本発明の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の原料となるセルロースとしては、特に限定されないが、例えば、植物、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物に由来するものが挙げられる。植物由来のものとしては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、針葉樹溶解パルプ、広葉樹溶解パルプ、再生パルプ、古紙等)が挙げられる。また、上述のセルロース原料を粉砕処理したセルロースパウダーを使用してもよい。セルロース原料として、これらのいずれかまたは組合せを使用してもよいが、好ましくは植物または微生物由来のセルロース繊維であり、より好ましくは植物由来のセルロース繊維であり、さらに好ましくは木質系パルプである。
<Cellulose raw material>
The cellulose used as a raw material for the chemically modified microfibrillose fiber of the present invention is not particularly limited, but for example, for plants, animals (for example, squirrels), algae, microorganisms (for example, acetobacter), and microbial products. The origin is mentioned. Plant-derived materials include, for example, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, farmland waste, cloth, pulp (conifer unbleached kraft pulp (NUKP), conifer bleached kraft pulp (NBKP), broadleaf unbleached kraft pulp (NBKP). LUKP), broad-leaved bleached kraft pulp (LBKP), coniferous unbleached sulphite pulp (NUSP), coniferous bleached sulphite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), coniferous melted pulp, broadleaf tree melted pulp, recycled pulp, used paper, etc. ). Further, the cellulose powder obtained by pulverizing the above-mentioned cellulose raw material may be used. Any one or a combination of these may be used as the cellulosic raw material, but it is preferably a cellulosic fiber derived from a plant or a microorganism, more preferably a cellulosic fiber derived from a plant, and further preferably a wood-based pulp.

化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維における50%以上のセルロースI型の結晶化度を維持するために、セルロースI型の結晶化度が高いセルロースを原料として用いることが好ましい。セルロース原料のセルロースI型の結晶化度は、好ましくは、70%以上であり、さらに好ましくは80%以上である。セルロースI型の結晶化度の測定方法は、上述したものと同じである。 In order to maintain the crystallinity of cellulose type I of 50% or more in the chemically modified microfibril cellulose fiber, it is preferable to use cellulose having a high crystallinity of cellulose type I as a raw material. The crystallinity of cellulose type I, which is a raw material for cellulose, is preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. The method for measuring the crystallinity of cellulose type I is the same as described above.

<セルロース原料のカルボキシル化>
化学変性されたセルロース原料の一例として、カルボキシル化(カルボキシル基のセルロースへの導入、「酸化」とも呼ぶ。)されたセルロース原料を用いることができる。カルボキシル化されたセルロース原料(「酸化されたセルロース原料」とも呼ぶ)としては、市販のものを用いてもよいし、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより製造してもよい。カルボキシル基の量はカルボキシル化セルロース繊維の絶乾質量に対して、0.1~2.5mmol/gが好ましく、0.6mmol/g~2.5mmol/gがさらに好ましく、1.0mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましい。
<Carboxylation of cellulose raw material>
As an example of the chemically modified cellulose raw material, a carboxylated (introducing a carboxyl group into cellulose, also referred to as "oxidation") cellulose raw material can be used. As the carboxylated cellulose raw material (also referred to as “oxidized cellulose raw material”), a commercially available product may be used, or the above-mentioned cellulose raw material is produced by carboxylating (oxidizing) it by a known method. May be good. The amount of the carboxyl group is preferably 0.1 to 2.5 mmol / g, more preferably 0.6 mmol / g to 2.5 mmol / g, and 1.0 mmol / g to 1.0 mmol / g with respect to the absolute dry mass of the carboxylated cellulose fiber. 2.0 mmol / g is more preferable.

カルボキシル化セルロースのカルボキシル基量は、以下の方法で測定することができる。:
カルボキシル化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出する。
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕
フィブリル化する前のカルボキシル化されたセルロース原料におけるカルボキシル基量と、フィブリル化した後のカルボキシル化セルロース繊維におけるカルボキシル基量とは、通常同じである。
The amount of carboxyl group of carboxylated cellulose can be measured by the following method. :
60 ml of a 0.5 mass% slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose was prepared, a 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution was added to adjust the pH to 2.5, and then a 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to adjust the pH to 11. The electric conductivity is measured until the pH becomes equal to, and the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid in which the change in the electric conductivity is gradual is calculated by using the following formula.
Amount of carboxyl group [mmol / g carboxylated cellulose] = a [ml] x 0.05 / mass of carboxylated cellulose [g]
The amount of carboxyl groups in the carboxylated cellulose raw material before fibrillation and the amount of carboxyl groups in the carboxylated cellulose fibers after fibrillation are usually the same.

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

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

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

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

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

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

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

カルボキシル化されたセルロース原料におけるカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。 The amount of the carboxyl group in the carboxylated cellulose raw material can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the addition amount of the oxidizing agent and the reaction time described above.

<セルロース原料のカルボキシアルキル化>
化学変性されたセルロース原料の一例として、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基をエーテル結合させたセルロース原料(カルボキシアルキル化されたセルロース原料)を用いることができる。このような原料は、市販のものを用いてもよいし、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシアルキル化することにより製造してもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.01~0.50であることが好ましい。上限は好ましくは0.40以下である。カルボキシアルキル置換度が0.50を超えると水への溶解が起こりやすくなり、水中で繊維形態を維持できなくなる。カルボキシアルキル化による効果を得るためには、一定程度の置換度を有することは必要であり、例えば、置換度が0.02より小さいと、用途によっては、カルボキシアルキル基を導入したことによる利点が得られない場合がある。したがって、カルボキシアルキル置換度は、0.02以上であることが好ましく、0.05以上であることが更に好ましく、0.10以上であることが更に好ましく、0.15以上であることが更に好ましく、0.20以上であることがさらに好ましく、0.25以上であることがさらに好ましい。カルボキシアルキル置換度は、反応させるカルボキシアルキル化剤の添加量、マーセル化剤の量、水と有機溶媒の組成比率をコントロールすること等によって調整することができる。
<Carboxyalkylation of cellulose raw material>
As an example of the chemically modified cellulose raw material, a cellulose raw material (carboxyalkylated cellulose raw material) in which a carboxyalkyl group such as a carboxymethyl group is ether-bonded can be used. Such a raw material may be a commercially available material, or may be produced by carboxyalkylating the above-mentioned cellulose raw material by a known method. The degree of carboxyalkyl substitution of cellulose per anhydrous glucose unit is preferably 0.01-0.50. The upper limit is preferably 0.40 or less. If the degree of carboxyalkyl substitution exceeds 0.50, dissolution in water is likely to occur, and the fiber morphology cannot be maintained in water. In order to obtain the effect of carboxyalkylation, it is necessary to have a certain degree of substitution. For example, if the degree of substitution is less than 0.02, there is an advantage of introducing a carboxyalkyl group depending on the application. It may not be obtained. Therefore, the degree of substitution of carboxyalkyl is preferably 0.02 or more, more preferably 0.05 or more, further preferably 0.10 or more, still more preferably 0.15 or more. , 0.20 or more, more preferably 0.25 or more. The degree of substitution of carboxyalkyl can be adjusted by controlling the amount of the carboxyalkylating agent to be reacted, the amount of the mercerizing agent, the composition ratio of water and the organic solvent, and the like.

本明細書において無水グルコース単位とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)を意味する。また、カルボキシアルキル置換度(エーテル化度ともいう。)とは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基のうちカルボキシアルキルエーテル基に置換されているものの割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシアルキルエーテル基の数)を示す。なお、カルボキシアルキル置換度はDSと略すことがある。 As used herein, the term anhydrous glucose unit means individual anhydrous glucose (glucose residue) constituting cellulose. The degree of carboxyalkyl substitution (also referred to as the degree of etherification) is the ratio of hydroxyl groups in the glucose residues constituting cellulose that are substituted with carboxyalkyl ether groups (carboxyalkyl per glucose residue). The number of ether groups) is shown. The degree of carboxyalkyl substitution may be abbreviated as DS.

カルボキシアルキル置換度の測定方法は以下の通りである。:
試料約2.0gを精秤して、300mL共栓付き三角フラスコに入れる。硝酸メタノール(メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液)100mLを加え、3時間振盪して、塩型のカルボキシアルキル化セルロースを水素型のカルボキシアルキル化セルロースに変換する。水素型のカルボキシアルキル化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL共栓付き三角フラスコに入れる。80%メタノール15mLで湿潤し、0.1N-NaOHを100mL加え、室温で3時間振盪する。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1N-HSOで過剰のNaOHを逆滴定し、次式によってカルボキシアルキル置換度(DS値)を算出する。
A=[(100×F’-0.1N-HSO(mL)×F)×0.1]/(水素型カルボキシアルキル化セルロースの絶乾質量(g))
カルボキシアルキル置換度=0.162×A/(1-0.058×A)
F’:0.1N-HSOのファクター
F:0.1N-NaOHのファクター
The method for measuring the degree of carboxyalkyl substitution is as follows. :
Weigh about 2.0 g of the sample and place it in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. Add 100 mL of methanol nitrate (1000 mL of methanol plus 100 mL of special grade concentrated nitric acid) and shake for 3 hours to convert salt-type carboxyalkylated cellulose to hydrogen-type carboxyalkylated cellulose. Weigh 1.5 to 2.0 g of hydrogen-type carboxyalkylated cellulose (absolutely dry) and place in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. Wet with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N-NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. Using phenolphthalein as an indicator, excess NaOH is back titrated at 0.1 N—H 2 SO 4 , and the degree of carboxyalkyl substitution (DS value) is calculated by the following equation.
A = [(100 x F'-0.1N-H 2 SO 4 (mL) x F) x 0.1] / (absolute dry mass (g) of hydrogen-type carboxyalkylated cellulose)
Degree of substitution = 0.162 x A / (1-0.058 x A)
F': 0.1N-H 2 SO 4 factor F: 0.1N-NaOH factor

フィブリル化する前のカルボキシアルキル化されたセルロース原料におけるカルボキシアルキル置換度と、フィブリル化した後のカルボキシアルキル化セルロース繊維におけるカルボキシアルキル置換度とは、通常同じである。 The degree of carboxyalkyl substitution in the carboxyalkylated cellulose raw material before fibrillation and the degree of carboxyalkyl substitution in the carboxyalkylated cellulose fiber after fibrillation are usually the same.

カルボキシアルキル化されたセルロース原料を製造する方法の一例として、カルボキシメチル化されたセルロース原料の製造例を以下で説明する。 As an example of a method for producing a carboxyalkylated cellulose raw material, an example of producing a carboxymethylated cellulose raw material will be described below.

まず、セルロース原料と、溶媒及びマーセル化剤とを混合し、反応温度0~70℃、好ましくは10~60℃、かつ反応時間15分~8時間、好ましくは30分~7時間、セルロース原料のマーセル化を行う。次いで、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05~10.0倍モル添加し、反応温度30~90℃、好ましくは40~80℃、かつ反応時間30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、カルボキシメチル化を行う。 First, the cellulose raw material is mixed with a solvent and a mercerizing agent, and the reaction temperature is 0 to 70 ° C., preferably 10 to 60 ° C., and the reaction time is 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. Mercerize. Then, a carboxymethylating agent was added in an amount of 0.05 to 10.0 times per glucose residue, and the reaction temperature was 30 to 90 ° C., preferably 40 to 80 ° C., and the reaction time was 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour. Carboxymethylation is performed for ~ 4 hours.

溶媒としては、3~20質量倍の水または有機溶媒あるいはこれらの混合物を用いることができ、有機溶媒としては、これらに限定されないが、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等のアルコールや、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトンなどのケトン、ならびに、ジオキサン、ジエチルエーテル、ベンゼン、ジクロロメタンなどを挙げることができる。これらのうち、水との相溶性が優れることから、炭素数1~4の一価アルコールが好ましく、炭素数1~3の一価アルコールがさらに好ましい。マーセル化剤としては、セルロース原料の無水グルコース残基当たり0.5~20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用することが好ましい。カルボキシメチル化剤としては、モノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、モノクロロ酢酸メチル、モノクロロ酢酸エチル、モノクロロ酢酸イソプロピルなどが挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさという点でモノクロロ酢酸、またはモノクロロ酢酸ナトリウムが好ましい。カルボキシメチル化剤の使用量は特に限定されないが、一実施形態において、セルロースの無水グルコース単位当たり、0.5~1.5モルの範囲で添加することが好ましい。上記範囲の下限はより好ましくは0.6モル以上、さらに好ましくは0.7モル以上であり、上限はより好ましくは1.3モル以下、さらに好ましくは1.1モル以下である。カルボキシメチル化剤は、これに限定されないが、例えば、5~80質量%、より好ましくは30~60質量%の水溶液として反応器に添加することができるし、溶解せず、粉末状態で添加することもできる。 As the solvent, 3 to 20 times by mass of water or an organic solvent or a mixture thereof can be used, and the organic solvent is not limited to these, but methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol. , Isobutanol, tertiary butanol and other alcohols, acetone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone and the like, and dioxane, diethyl ether, benzene, dichloromethane and the like. Of these, monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms are preferable, and monohydric alcohols having 1 to 3 carbon atoms are more preferable because of their excellent compatibility with water. As the mercerizing agent, it is preferable to use 0.5 to 20 times mol of alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, per anhydrous glucose residue of the cellulose raw material. Examples of the carboxymethylating agent include monochloroacetic acid, sodium monochromoacetate, methyl monochromoacetate, ethyl monochloroacetate, isopropyl monochromoacetate and the like. Of these, monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate is preferable in terms of availability of raw materials. The amount of the carboxymethylating agent used is not particularly limited, but in one embodiment, it is preferably added in the range of 0.5 to 1.5 mol per anhydrous glucose unit of cellulose. The lower limit of the above range is more preferably 0.6 mol or more, further preferably 0.7 mol or more, and the upper limit is more preferably 1.3 mol or less, still more preferably 1.1 mol or less. The carboxymethylating agent can be added to the reactor as an aqueous solution of, for example, 5 to 80% by mass, more preferably 30 to 60% by mass, without limitation, and is added in a powder state without being dissolved. You can also do it.

マーセル化剤とカルボキシメチル化剤のモル比(マーセル化剤/カルボキシメチル化剤)は、カルボキシメチル化剤としてモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムを使用する場合では、0.90~2.45が一般的に採用される。その理由は、0.90未満であるとカルボキシメチル化反応が不十分となる可能性があり、未反応のモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムが残って無駄が生じる可能性があること、及び2.45を超えると過剰のマーセル化剤とモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムによる副反応が進行してグリコール酸アルカリ金属塩が生成する恐れがあるため、不経済となる可能性があることにある。 The molar ratio of the mercerizing agent to the carboxymethylating agent (mercerizing agent / carboxymethylating agent) is generally 0.90 to 2.45 when monochloroacetic acid or sodium monochloroacetic acid is used as the carboxymethylating agent. Will be adopted by. The reason is that if it is less than 0.90, the carboxymethylation reaction may be insufficient, and unreacted monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate may remain, resulting in waste. If the amount exceeds the above, a side reaction between the excess marcel agent and monochloroacetic acid or sodium monochloroacetic acid may proceed to form an alkali metal glycolic acid salt, which may be uneconomical.

セルロース原料のカルボキシメチル化を行う際には、通常、マーセル化とカルボキシメチル化の両方を水を主とする溶媒下で行う方法(水媒法)と、マーセル化とカルボキシメチル化の両方を水と有機溶媒との混合溶媒下で行う方法(溶媒法)とがあるが、本発明では、マーセル化の際には水を主とする溶媒を用い、カルボキシメチル化の際には有機溶媒と水との混合溶媒を使用してもよい。そのようにすることにより、セルロースの結晶化度を50%以上に維持した場合にも、カルボキシメチル基が局所的ではなく均一に導入された(すなわち、アニオン化度の絶対値が小さい)カルボキシメチル化セルロース原料を経済的に得ることができる。 When carboxymethylating a cellulose raw material, usually, both marcelification and carboxymethylation are performed in a solvent mainly containing water (water medium method), and both marcelation and carboxymethylation are performed with water. There is a method (solvent method) in which the solvent is mixed with an organic solvent, but in the present invention, a solvent mainly containing water is used for marcel formation, and an organic solvent and water are used for carboxymethylation. A mixed solvent with and may be used. By doing so, even when the crystallinity of cellulose was maintained at 50% or more, the carboxymethyl group was introduced uniformly rather than locally (that is, the absolute value of the anionization degree was small). The raw material for modified cellulose can be obtained economically.

溶媒に水を主として用いる(水を主とする溶媒)とは、水を50質量%より高い割合で含む溶媒をいう。水を主とする溶媒中の水は、好ましくは55質量%以上であり、より好ましくは60質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上であり、さらに好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは95質量%以上である。特に好ましくは水を主とする溶媒は、水が100質量%(すなわち、水)である。マーセル化時の水の割合が多いほど、カルボキシメチル基がセルロースにより均一に導入されるという利点が得られる。水を主とする溶媒中の水以外の(水と混合して用いられる)溶媒としては、前述した有機溶媒を用いることができる。水を主とする溶媒中の有機溶媒の量は、好ましくは45質量%以下であり、さらに好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下であり、さらに好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは0質量%である。 The term "water-based solvent" as a solvent mainly used for water means a solvent containing water in a proportion higher than 50% by mass. The water in the solvent mainly containing water is preferably 55% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and further preferably 80% by mass or more. It is more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more. Particularly preferably, the solvent mainly containing water is 100% by mass (that is, water) of water. The higher the proportion of water during mercerization, the more the advantage that the carboxymethyl group is uniformly introduced by the cellulose. As the solvent other than water (used by mixing with water) in the solvent mainly composed of water, the above-mentioned organic solvent can be used. The amount of the organic solvent in the solvent mainly containing water is preferably 45% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, still more preferably 30% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less. It is more preferably 10% by mass or less, further preferably 5% by mass or less, and even more preferably 0% by mass.

カルボキシメチル化剤を添加するのと同時に、あるいはカルボキシメチル化剤の添加の前または直後に、反応器に有機溶媒または有機溶媒の水溶液を適宜添加し、又は減圧などによりマーセル化処理時の水以外の有機溶媒等を適宜削減して、水と有機溶媒との混合溶媒を形成し、この水と有機溶媒との混合溶媒下で、カルボキシメチル化反応を進行させることが好ましい。有機溶媒の添加または削減のタイミングは、マーセル化反応の終了後からカルボキシメチル化剤を添加した直後までの間であればよく、特に限定されないが、例えば、カルボキシメチル化剤を添加する前後30分以内が好ましい。 At the same time as the addition of the carboxymethylating agent, or immediately before or immediately after the addition of the carboxymethylating agent, an organic solvent or an aqueous solution of the organic solvent is appropriately added to the reactor, or water other than the water used for the marcelification treatment by reducing the pressure or the like. It is preferable to appropriately reduce the amount of the organic solvent and the like to form a mixed solvent of water and the organic solvent, and to proceed the carboxymethylation reaction under the mixed solvent of the water and the organic solvent. The timing of addition or reduction of the organic solvent may be between the end of the mercerization reaction and immediately after the addition of the carboxymethylating agent, and is not particularly limited, but for example, 30 minutes before and after the addition of the carboxymethylating agent. Within is preferable.

カルボキシメチル化の際の混合溶媒中の有機溶媒の割合は、水と有機溶媒との総和に対して有機溶媒が20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましく、45質量%以上であることがさらに好ましく、50質量%以上であることが特に好ましい。有機溶媒の割合が高いほど、均一なカルボキシメチル基の置換が起こりやすいことにより、得られるカルボキシメチル化されたセルロース原料の品質が安定する。有機溶媒の割合の上限は限定されず、例えば、99質量%以下であってよい。添加する有機溶媒のコストを考慮すると、好ましくは90質量%以下であり、更に好ましくは85質量%以下であり、更に好ましくは80質量%以下であり、更に好ましくは70質量%以下である。 The ratio of the organic solvent in the mixed solvent at the time of carboxymethylation is preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, based on the total amount of water and the organic solvent. It is more preferably 40% by mass or more, further preferably 45% by mass or more, and particularly preferably 50% by mass or more. The higher the proportion of the organic solvent, the more likely it is that uniform substitution of carboxymethyl groups will occur, and thus the quality of the obtained carboxymethylated cellulose raw material will be stable. The upper limit of the proportion of the organic solvent is not limited and may be, for example, 99% by mass or less. Considering the cost of the organic solvent to be added, it is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, still more preferably 80% by mass or less, still more preferably 70% by mass or less.

カルボキシメチル化の際の反応媒(セルロースを含まない、水と有機溶媒等との混合溶媒)は、マーセル化の際の反応媒よりも、水の割合が少ない(言い換えれば、有機溶媒の割合が多い)ことが好ましい。本範囲を満たすことで、得られるカルボキシメチル化されたセルロース原料の結晶化度を維持しやすくなり、本発明の繊維を、より効率的に得ることができるようになる。また、カルボキシメチル化の際の反応媒が、マーセル化の際の反応媒よりも水の割合が少ない(有機溶媒の割合が多い)場合、マーセル化反応からカルボキシメチル化反応に移行する際に、マーセル化反応終了後の反応系に所望の量の有機溶媒を添加するという簡便な手段でカルボキシメチル化反応用の混合溶媒を形成させることができるという利点も得られる。 The reaction medium for carboxymethylation (cellulose-free, mixed solvent of water and organic solvent, etc.) has a smaller proportion of water than the reaction medium for mercerization (in other words, the proportion of organic solvent is higher). Many) is preferable. By satisfying this range, it becomes easy to maintain the crystallinity of the obtained carboxymethylated cellulose raw material, and the fiber of the present invention can be obtained more efficiently. In addition, when the reaction medium for carboxymethylation has a smaller proportion of water (more proportion of organic solvent) than the reaction medium for mercerization, the transition from the mercerization reaction to the carboxymethylation reaction occurs. Another advantage is that a mixed solvent for the carboxymethylation reaction can be formed by a simple means of adding a desired amount of an organic solvent to the reaction system after the completion of the mercerization reaction.

カルボキシメチル化において、カルボキシメチル化剤の有効利用率は、15%以上であることが好ましい。より好ましくは20%以上であり、さらに好ましくは25%以上であり、特に好ましくは30%以上である。カルボキシメチル化剤の有効利用率とは、カルボキシメチル化剤におけるカルボキシメチル基のうち、セルロースに導入されたカルボキシメチル基の割合を指す。マーセル化の際に水を主とする溶媒を用い、カルボキシメチル化の際に水と有機溶媒との混合溶媒を用いることにより、高いカルボキシメチル化剤の有効利用率で(すなわち、カルボキシメチル化剤の使用量を大きく増やすことなく、経済的に)、カルボキシメチル化されたセルロース原料を得ることができる。カルボキシメチル化剤の有効利用率の上限は特に限定されないが、現実的には80%程度が上限となる。なお、カルボキシメチル化剤の有効利用率は、AMと略すことがある。 In carboxymethylation, the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is preferably 15% or more. It is more preferably 20% or more, further preferably 25% or more, and particularly preferably 30% or more. The effective utilization rate of the carboxymethylating agent refers to the ratio of the carboxymethyl group introduced into cellulose among the carboxymethyl groups in the carboxymethylating agent. By using a solvent mainly composed of water for marcel formation and using a mixed solvent of water and an organic solvent for carboxymethylation, the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is high (that is, the carboxymethylating agent). It is possible to obtain a carboxymethylated cellulose raw material economically without significantly increasing the amount of the solvent used. The upper limit of the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is not particularly limited, but in reality, the upper limit is about 80%. The effective utilization rate of the carboxymethylating agent may be abbreviated as AM.

カルボキシメチル化剤の有効利用率の算出方法は以下の通りである。:
AM = (DS×セルロースのモル数)/カルボキシメチル化剤のモル数
DS: カルボキシメチル置換度
セルロースのモル数:パルプ質量(100℃で60分間乾燥した際の乾燥質量)/162
(162はセルロースのグルコース単位当たりの分子量)
The method for calculating the effective utilization rate of the carboxymethylating agent is as follows. :
AM = (DS x number of moles of cellulose) / number of moles of carboxymethylating agent DS: degree of carboxymethyl substitution degree number of moles of cellulose: pulp mass (dry mass when dried at 100 ° C. for 60 minutes) / 162
(162 is the molecular weight of cellulose per glucose unit)

<セルロース原料のリン酸エステル化>
化学変性されたセルロース原料の一例として、リン酸エステル化されたセルロース原料を用いることができる。エステル化の方法としては、セルロース原料にリン酸基を有する化合物の粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸基を有する化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらの1種、あるいは2種以上を併用してセルロース原料にリン酸基を導入することができる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸基を有する化合物は水溶液として用いることが望ましい。リン酸基を有する化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。
<Phosphoric acid esterification of cellulose raw material>
As an example of the chemically modified cellulose raw material, a phosphoric acid esterified cellulose raw material can be used. Examples of the esterification method include a method of mixing a powder or an aqueous solution of a compound having a phosphoric acid group with a cellulose raw material, a method of adding an aqueous solution of a compound having a phosphoric acid group to a slurry of a cellulose raw material, and the like. Compounds having a phosphoric acid group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium phosphite, potassium phosphite, sodium hypophosphite, and potassium hypophosphite. , Sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate , Ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like. A phosphoric acid group can be introduced into a cellulose raw material by using one of these or two or more of them in combination. Of these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, and phosphoric acid from the viewpoint of high efficiency of introduction of phosphoric acid group, easy defibration in the following defibration step, and easy industrial application. Ammonium salt is preferred. In particular, sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are preferable. In addition, it is desirable to use the compound having a phosphoric acid group as an aqueous solution because the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introducing the phosphoric acid group is high. The pH of the aqueous solution of the compound having a phosphoric acid group is preferably 7 or less because the efficiency of introducing the phosphoric acid group is high, but the pH is preferably 3 to 7 from the viewpoint of suppressing the hydrolysis of the fiber.

リン酸エステル化されたセルロース原料の製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1~10質量%のセルロース原料の懸濁液に、リン酸基を有する化合物を撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース原料を100質量部とした際に、リン酸基を有する化合物の添加量はリン元素量として、0.2~500質量部であることが好ましく、1~400質量部であることがより好ましい。 The following methods can be mentioned as an example of a method for producing a phosphoric acid esterified cellulose raw material. A compound having a phosphate group is added to a suspension of a cellulose raw material having a solid content concentration of 0.1 to 10% by mass with stirring to introduce a phosphate group into the cellulose. When the cellulose raw material is 100 parts by mass, the amount of the compound having a phosphoric acid group added is preferably 0.2 to 500 parts by mass, and more preferably 1 to 400 parts by mass. ..

得られたリン酸エステル化されたセルロース原料の懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100℃~170℃で加熱処理することが好ましい。 After dehydrating the obtained suspension of the phosphoric acid esterified cellulose raw material, it is preferable to heat-treat it at 100 to 170 ° C. from the viewpoint of suppressing the hydrolysis of the cellulose. Further, it is preferable to heat at 130 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or lower while water is contained in the heat treatment, remove water, and then heat-treat at 100 ° C. to 170 ° C.

リン酸エステル化されたセルロース原料のグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上0.40未満であることが好ましい。フィブリル化する前のリン酸エステル化されたセルロース原料におけるリン酸基置換度と、フィブリル化した後のリン酸エステル化セルロース繊維におけるリン酸基置換度とは、通常、同じである。 The degree of phosphoric acid group substitution per glucose unit of the phosphoric acid esterified cellulose raw material is preferably 0.001 or more and less than 0.40. The degree of phosphoric acid group substitution in the phosphoric acid esterified cellulose raw material before fibrillation and the degree of phosphoric acid group substitution in the phosphoric acid esterified cellulose fiber after fibrillation are usually the same.

(2)工程B
本工程では温度55℃以上で前記化学変性セルロースを解繊処理する。当該処理によって、保存中に雑菌の発生による粘度の低下を抑制し、臭気の発生が低減された化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を得ることができる。温度55℃以上であることが好ましく、温度57℃以上150℃以下であることがさらに好ましい。
(2) Step B
In this step, the chemically modified cellulose is defibrated at a temperature of 55 ° C. or higher. By this treatment, it is possible to obtain a chemically modified microfibril cellulose fiber in which the decrease in viscosity due to the generation of various germs is suppressed during storage and the generation of odor is reduced. The temperature is preferably 55 ° C. or higher, and more preferably 57 ° C. or higher and 150 ° C. or lower.

工程Bにおいて、化学変性されたセルロース原料を解繊または叩解することにより、化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を得る。フィブリル化における解繊または叩解は、ディスク型、コニカル型、シリンダー型等といったリファイナー、高速解繊機、せん断型撹拌機、コロイドミル、高圧噴射分散機、ビーター、PFIミル、ニーダー、ディスパーザーなどを用いて、湿式で(すなわち、水等を分散媒とする分散体の形態で)行うことが必要であるが、特にこれらの装置に限定されず、湿式にて機械的な解繊力を付与する装置であればいずれでもよい。 In step B, the chemically modified microfibrillose fiber is obtained by defibrating or beating the chemically modified cellulose raw material. For fibrillation or beating, a refiner such as a disc type, conical type, cylinder type, etc., a high-speed defibrator, a shear type stirrer, a colloid mill, a high-pressure injection disperser, a beater, a PFI mill, a kneader, a disperser, etc. are used. Therefore, it is necessary to carry out the process in a wet manner (that is, in the form of a dispersion using water or the like as a dispersion medium), but the device is not particularly limited to these devices, and any device that imparts mechanical defibration force in a wet manner. Any can be used.

フィブリル化に供する化学変性されたセルロース原料の分散体における原料の固形分濃度は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましく、1.0質量%以上がさらに好ましく、2.0質量%以上がさらに好ましい。濃度の上限としては、60質量%以下が好ましく、45質量%以下がさらに好ましい。 The solid content concentration of the raw material in the dispersion of the chemically modified cellulose raw material to be subjected to fibrillation is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, still more preferably 1.0% by mass or more. 2.0% by mass or more is more preferable. The upper limit of the concentration is preferably 60% by mass or less, more preferably 45% by mass or less.

解繊する際の化学変性されたセルロース原料の水分散体のpHは、機械的処理の際のpHは、13以下が好ましく、12以下より好ましく、11以下がさらに好ましい。pHの下限は、特に限定されないが、通常は2以上、好ましくは3以上、より好ましくは3.5以上である。pHの調整は、例えば、水分散体に酸(例、塩酸、硫酸)、アルカリ(例、カセイソーダ)を添加して行うことができる。 The pH of the aqueous dispersion of the chemically modified cellulose raw material at the time of defibration is preferably 13 or less, more preferably 12 or less, still more preferably 11 or less at the time of mechanical treatment. The lower limit of pH is not particularly limited, but is usually 2 or more, preferably 3 or more, and more preferably 3.5 or more. The pH can be adjusted, for example, by adding an acid (eg, hydrochloric acid, sulfuric acid) or an alkali (eg, caustic soda) to the aqueous dispersion.

なお、フィブリル化に供するための分散体を調製する前に、上述の方法で得られた化学変性されたセルロース原料を予め乾燥させ、粉砕してもよい。次いで、乾式粉砕した化学変性セルロース原料を分散媒に分散し、フィブリル化(湿式)に供してもよい。原料の乾式粉砕に用いる装置は特に限定されず、ハンマーミル、ピンミル等の衝撃式ミル、ボールミル、タワーミル等の媒体ミル、ジェットミル等を例示することができる。 Before preparing the dispersion for fibrillation, the chemically modified cellulose raw material obtained by the above method may be dried and pulverized in advance. Then, the dry-pulverized chemically modified cellulose raw material may be dispersed in a dispersion medium and subjected to fibrillation (wet). The apparatus used for dry pulverization of raw materials is not particularly limited, and examples thereof include impact mills such as hammer mills and pin mills, medium mills such as ball mills and tower mills, and jet mills.

フィブリル化は、上述した通り、平均繊維径として500nm以上、好ましくは1μm以上、さらに好ましくは4μm以上を維持するような範囲で行う。平均繊維径の上限は60μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、20μm以下がさらに好ましい。平均繊維径がこの範囲になる程度の適度なフィブリル化を行うことにより、未解繊のセルロース繊維に比べて高い保水性を呈し、また、より微細に解繊されたセルロースナノファイバーに比べて少量でも高い強度付与効果や歩留まり向上効果が得られる。 As described above, fibrillation is carried out within a range in which the average fiber diameter is maintained at 500 nm or more, preferably 1 μm or more, and more preferably 4 μm or more. The upper limit of the average fiber diameter is preferably 60 μm or less, more preferably 40 μm or less, further preferably 30 μm or less, still more preferably 20 μm or less. By appropriately fibrillating to the extent that the average fiber diameter is within this range, it exhibits higher water retention than undefibrated cellulose fibers and a smaller amount than finer defibrated cellulose nanofibers. However, a high strength-imparting effect and a yield-improving effect can be obtained.

以下、本発明を実施例及び比較例をあげてより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特に断らない限り、部および%は質量部および質量%を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise specified, parts and% indicate parts by mass and% by mass.

<化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の物性の測定手順>
(化学特性)
・カルボキシル(COOH)基量:サンプルの0.5質量%水分散体60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした。その後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定した。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出した:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。
・置換度:試料約2.0gを精秤して、300mL共栓付き三角フラスコに入れた。硝酸メタノール(メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液)100mLを加え、3時間振盪して、塩型カルボキシル基を酸型に変換した。得られた酸型サンプル(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL共栓付き三角フラスコに入れた。80%メタノール15mLでサンプルを湿潤し、0.1N-NaOHを100mL加え、室温で3時間振盪した。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1N-HSOで過剰のNaOHを逆滴定し、次式により置換度(DS値)を算出した。
A=[(100×F’-0.1N-HSO(mL)×F)×0.1]/(酸型サンプルの絶乾質量(g))
置換度=0.162×A/(1-0.058×A)
F’:0.1N-HSOのファクター
F:0.1N-NaOHのファクター
・セルロースI型の結晶化度:試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(例えば、LabX XRD-6000、島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行う。例えば、X線回折図の2θ=10°~30°の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6°の002面の回折強度と2θ=18.5°のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
Xc=(I002C-Ia)/I002C×100
Xc:セルロースのI型の結晶化度(%)
002C:2θ=22.6°、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5°、アモルファス部分の回折強度
結晶化度測定用試料は、後段の比表面積の測定における項目(1)~(9)と同様の手順で調製した凍結乾燥サンプルを、タブレット状に成型して使用した。
・アニオン化度の測定方法:化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を水に分散し、固形分10g/Lの水分散体を調製し、マグネチックスターラーを用い10分以上1000rpmにて撹拌した。得られた水分散体を0.1g/Lに希釈後、10ml採取し、流動電流検出器(Mutek Particle Charge Detector 03)用い、1/1000規定度のジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)で滴定して、流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量を用い、以下の式によりアニオン化度を算出した:
q=(V×c)/m
q:アニオン化度(meq/g)
V:流動電流がゼロになるまでのDADMACの添加量(L)
c:DADMACの濃度(meq/L)
m:測定試料中の化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の質量(g)。
<Procedure for measuring the physical properties of chemically modified microfibrillose cellulose fibers>
(Chemical properties)
-Carboxylic (COOH) group amount: 60 ml of a 0.5 mass% aqueous dispersion of a sample was prepared, and a 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution was added to adjust the pH to 2.5. Then, a 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise, and the electric conductivity was measured until the pH reached 11. Calculated using the following formula from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization stage of a weak acid with a gradual change in electrical conductivity:
Amount of carboxyl group [mmol / g carboxylated cellulose] = a [ml] × 0.05 / mass of carboxylated cellulose [g].
Degree of Substitution: Approximately 2.0 g of the sample was precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 100 mL of methanol nitrate (a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol) was added, and the mixture was shaken for 3 hours to convert the salt-type carboxyl group into an acid type. The obtained acid type sample (absolutely dried) was precisely weighed in an amount of 1.5 to 2.0 g and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. The sample was moistened with 15 mL of 80% methanol, 100 mL of 0.1N-NaOH was added, and the mixture was shaken at room temperature for 3 hours. Using phenolphthalein as an indicator, excess NaOH was back titrated at 0.1 N—H 2 SO 4 , and the degree of substitution (DS value) was calculated by the following formula.
A = [(100 x F'-0.1N-H 2 SO 4 (mL) x F) x 0.1] / (absolute dry mass (g) of acid type sample)
Degree of substitution = 0.162 x A / (1-0.058 x A)
F': 0.1N-H 2 SO 4 factor F: 0.1N-NaOH factor-Cellulose type I crystallinity: Place the sample on a glass cell and place an X-ray diffraction measuring device (eg, LabX XRD-6000). , Made by Shimadzu Corporation). The crystallinity is calculated using a method such as Segal. For example, using the diffraction intensity of 2θ = 10 ° to 30 ° in the X-ray diffraction diagram as the baseline, the following equation is obtained from the diffraction intensity of the 002 surface at 2θ = 22.6 ° and the diffraction intensity of the amorphous portion at 2θ = 18.5 °. Calculated by
Xc = (I 002C -Ia) / I 002C x 100
Xc: Cellulose type I crystallinity (%)
I 002C : 2θ = 22.6 °, diffraction intensity of 002 surface Ia: 2θ = 18.5 °, diffraction intensity of amorphous part The sample for measuring the degree of crystallinity is the item (1) to (1) in the measurement of the specific surface area in the subsequent stage. The freeze-dried sample prepared in the same procedure as in 9) was molded into a tablet shape and used.
-Method for measuring the degree of anionization: Chemically modified microfibril cellulose fibers were dispersed in water to prepare an aqueous dispersion having a solid content of 10 g / L, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer at 1000 rpm for 10 minutes or more. The obtained aqueous dispersion was diluted to 0.1 g / L, 10 ml was collected, and titrated with a 1/1000 normal diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) using a flow current detector (Mutek Particle Charge Detector 03). , The degree of anionization was calculated by the following formula using the amount of DADMAC added until the flow current became zero:
q = (V × c) / m
q: Degree of anionization (meq / g)
V: Addition amount (L) of DADMAC until the flow current becomes zero
c: DADMAC concentration (meq / L)
m: Mass (g) of chemically modified microfibrillose cellulose fibers in the measurement sample.

(繊維特性)
・平均繊維長及び平均繊維幅:化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維のスラリーを固形分濃度が0.25%となるように水で希釈し、流速5.7L/min、水温25±1℃、全流出量22Lの条件で約250Gずつ(うち50gが測定に供される)2回フラクショネーターにかけ、フラクショネーターに付属のCCDカメラで装置内部にて分級された化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の画像をおよそ2000枚を取得した。
解析ソフトIMG(Metso社)の繊維解析パラメーターを以下のように設定し、取得したおよそ2000枚の画像を解析し、平均繊維長・平均繊維幅等のデータを得た。2回測定・解析を行った平均値を測定データとして採用した。
・平均繊維長:長さ加重平均繊維長 Lc(l) mm Length-weighted average fiber length
・平均繊維幅:長さ加重平均繊維幅 Fiber width μm Length-weighted fiber width
(Fiber characteristics)
-Average fiber length and average fiber width: A slurry of chemically modified microfibrillose fibers was diluted with water so that the solid content concentration was 0.25%, and the flow velocity was 5.7 L / min, the water temperature was 25 ± 1 ° C, and the total outflow. Approximately 250 G each (of which 50 g is used for measurement) was applied to the fractionator twice under the condition of a volume of 22 L, and the image of the chemically modified microfibrillose fiber classified inside the device was obtained by the CCD camera attached to the fractionator. Obtained about 2000 sheets.
The fiber analysis parameters of the analysis software IMG (Metso) were set as follows, and about 2000 acquired images were analyzed to obtain data such as average fiber length and average fiber width. The average value obtained by measuring and analyzing twice was adopted as the measurement data.
-Average fiber length: Length-weighted average fiber length Lc (l) mm Length-weighted average fiber length
-Average fiber width: Length-weighted average fiber width Fiber width μm Length-weighted fiber width

Figure 2022051300000001
Figure 2022051300000001

・比表面積:(1)化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の約2%水分散体を、固形分が約0.1gとなるように取り分け遠心分離の容器に入れ、100mlのエタノールを加えた。
(2)攪拌子を入れ、500rpmで30分以上攪拌した。
(3)撹拌子を取り出し、遠心分離機で、7000G、30分、30℃の条件で化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を沈降させた。
(4)化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維をできるだけ除去しないようにしながら、上澄みを除去した。
(5)100mlエタノールを加え、撹拌子を加え、(2)の条件で攪拌、(3)の条件で遠心分離、(4)の条件で上澄み除去をし、これを3回繰り返した。
(6)(5)の溶媒をエタノールからt-ブタノールに変え、t-ブタノールの融点以上の室温下で、(5)と同様にして撹拌、遠心分離、上澄み除去を3回繰り返した。
(7)最後の溶媒除去後、t-ブタノールを30ml加え、軽く混ぜた後ナスフラスコに移し、氷浴を用いて凍結させた。
(8)冷凍庫で30分以上冷却した。
(9)凍結乾燥機に取り付け、3日間凍結乾燥した。
(10)BET測定を行った(前処理条件:窒素気流下、105℃、2時間、相対圧0.01~0.30、サンプル量30mg程度)。
・保水能:化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の固形分濃度0.3質量%の水分散体を40mL調製した。このときの水分散体の質量をAとした。次いで、水分散体の全量を高速冷却遠心機で30℃、25,000Gで30分間遠心分離し、水相と沈降物とを分離した。このときの沈降物の質量をBとした。また、水相をアルミカップに入れ、105℃で一昼夜乾燥させて水を除去し、水相中の固形分の質量を測定した。この水相中の固形分の質量をCとした。以下の式を用いて、保水能を計算した。
保水能=(B+C-0.003×A)/(0.003×A-C)
・B型粘度(25℃、60rpm):解繊後1日以上静置した後、以下の方法で測定した。所定濃度に希釈した後、25℃に温調した水浴中で3時間静置し、東機産業B型粘度計(東機産業社製)を用いて粘度測定を開始(60rpm)し、1分後の粘度の値を記録した。
・電気伝導度:化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の固形分濃度1.0質量%の水分散体200gを調製し、十分に撹拌する。その後、電気伝導度計(HORIBA社製ES-71型)を用いて電気伝導度を測定した。
-Specific surface area: (1) About 2% aqueous dispersion of chemically modified microfibril cellulose fibers was separately placed in a centrifuge container so that the solid content was about 0.1 g, and 100 ml of ethanol was added.
(2) A stirrer was added and the mixture was stirred at 500 rpm for 30 minutes or longer.
(3) The stirrer was taken out, and the chemically modified microfibril cellulose fibers were settled in a centrifuge under the conditions of 7000 G, 30 minutes and 30 ° C.
(4) The supernatant was removed while trying not to remove the chemically modified microfibril cellulose fibers as much as possible.
(5) 100 ml of ethanol was added, a stirrer was added, stirring was performed under the condition of (2), centrifugation was performed under the condition of (3), and the supernatant was removed under the condition of (4), and this was repeated 3 times.
(6) The solvent of (5) was changed from ethanol to t-butanol, and stirring, centrifugation, and removal of the supernatant were repeated three times in the same manner as in (5) at room temperature above the melting point of t-butanol.
(7) After the final removal of the solvent, 30 ml of t-butanol was added, mixed lightly, transferred to an eggplant flask, and frozen using an ice bath.
(8) Cooled in a freezer for 30 minutes or more.
(9) It was attached to a freeze-dryer and freeze-dried for 3 days.
(10) BET measurement was performed (pretreatment conditions: under a nitrogen stream, 105 ° C., 2 hours, relative pressure 0.01 to 0.30, sample volume of about 30 mg).
-Water retention capacity: 40 mL of an aqueous dispersion having a solid content concentration of 0.3% by mass of chemically modified microfibril cellulose fibers was prepared. The mass of the aqueous dispersion at this time was defined as A. Then, the entire amount of the aqueous dispersion was centrifuged in a high-speed cooling centrifuge at 30 ° C. and 25,000 G for 30 minutes to separate the aqueous phase and the sediment. The mass of the sediment at this time was defined as B. Further, the aqueous phase was placed in an aluminum cup and dried at 105 ° C. for 24 hours to remove water, and the mass of the solid content in the aqueous phase was measured. The mass of the solid content in this aqueous phase was defined as C. The water retention capacity was calculated using the following formula.
Water retention capacity = (B + C-0.003 × A) / (0.003 × AC)
-B-type viscosity (25 ° C., 60 rpm): After defibration, the mixture was allowed to stand for 1 day or more, and then measured by the following method. After diluting to a predetermined concentration, leave it to stand in a water bath controlled at 25 ° C for 3 hours, and start viscosity measurement (60 rpm) using a Toki Sangyo B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) for 1 minute. Later viscosity values were recorded.
-Electrical conductivity: Prepare 200 g of an aqueous dispersion having a solid content concentration of 1.0% by mass of chemically modified microfibril cellulose fibers, and stir well. Then, the electric conductivity was measured using an electric conductivity meter (ES-71 type manufactured by HORIBA).

[実施例1]
(1)工程A <パルプのカルボキシメチル化>
回転数を100rpmに調節した二軸ニーダーに、水75部と、水酸化ナトリウム20部を水100部に溶解したものとを加え、広葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(LBKP、日本製紙(株)製)を100部(100℃で60分間乾燥した際の乾燥質量)仕込んだ。これらを30℃で90分間撹拌、混合しマーセル化されたセルロース系原料を調製した。更に撹拌しつつイソプロパノール(IPA)100部と、モノクロロ酢酸ナトリウム60部を添加し、30分間撹拌した後、70℃に昇温して90分間カルボキシメチル化反応をさせた。カルボキシメチル化反応時の反応媒中のIPAの濃度は、37%であった。反応終了後、酢酸でpH7程度になるように中和し、カルボキシメチル化度0.21、カルボキシル基量は1.36mmol/g、セルロースI型の結晶化度59%のカルボキシメチル化パルプ(ナトリウム塩)を得た。得られたカルボキシメチル化パルプの固形分濃度2.0質量%の水分散体を調製し、5%NaOH水溶液を添加してpH7.5に調整した。
(2)工程B <フィブリル化>
得られたカルボキシメチル化パルプの水分散体を相川鉄工株式会社製B-50型トップファイナーを用いて10分間処理(うち2分間は温度60~70℃)し、カルボキシメチル化ミクロフィブリルセルロース繊維を得た。得られたカルボキシメチル化ミクロフィブリルセルロース繊維の物性値を表1に示す。各物性値の測定方法は、上述した通りである。
[Example 1]
(1) Step A <Carboxymethylation of pulp>
Bleached unbeaten kraft pulp (LBKP, Nippon Paper Industries, Ltd.) derived from broadleaf tree by adding 75 parts of water and 20 parts of sodium hydroxide dissolved in 100 parts of water to a biaxial kneader whose rotation speed is adjusted to 100 rpm. ) Was charged (dry mass when dried at 100 ° C. for 60 minutes). These were stirred at 30 ° C. for 90 minutes and mixed to prepare a mercerized cellulosic raw material. Further, 100 parts of isopropanol (IPA) and 60 parts of sodium monochloroacetate were added with stirring, and after stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C. and a carboxymethylation reaction was carried out for 90 minutes. The concentration of IPA in the reaction medium during the carboxymethylation reaction was 37%. After completion of the reaction, the pulp is neutralized with acetic acid to a pH of about 7, and has a carboxymethylation degree of 0.21, a carboxyl group amount of 1.36 mmol / g, and a cellulose type I crystallinity of 59% (sodium). Salt) was obtained. An aqueous dispersion having a solid content concentration of 2.0% by mass was prepared from the obtained carboxymethylated pulp, and a 5% aqueous NaOH solution was added to adjust the pH to 7.5.
(2) Step B <Fibrilization>
The obtained aqueous dispersion of carboxymethylated pulp was treated with a B-50 type top finer manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd. for 10 minutes (of which the temperature was 60 to 70 ° C. for 2 minutes) to obtain carboxymethylated microfibril cellulose fibers. Obtained. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained carboxymethylated microfibril cellulose fibers. The method for measuring each physical property value is as described above.

[実施例2]
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(NBKP、日本製紙(株)製、白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが5.5mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物に塩酸を添加しpH2に調整した後、ガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、分離されたパルプを十分に水洗して、TEMPO酸化パルプを得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.42mmol/g、pHは4.5であった。得られたTEMPO酸化パルプの固形分濃度2.0質量%の水分散体を調製し、5%NaOH水溶液及び炭酸水素ナトリウムを添加してpH7.5に調整した。
得られたTEMPO酸化パルプの固形分濃度2質量%の水分散体を調製し、相川鉄工株式会社製B-50型トップファイナーを用いて、10分間処理(うち2分間は温度60~65℃)し、酸化セルロースミクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した。得られた繊維について、表1に記載の各物性値を測定した。各物性値の測定方法は、上述した通りである。結果を表1に示す。
[Example 2]
5.00 g (absolutely dry) of bleached unbeaten kraft pulp (NBKP, manufactured by Nippon Paper Industries, Ltd., 85% whiteness) derived from coniferous trees is 39 mg (0.05 mmol per 1 g of absolute dry cellulose) of TEMPO (Sigma Aldrich). ) And 514 mg of sodium bromide (1.0 mmol with respect to 1 g of cellulose that was completely dried) were added to 500 ml of an aqueous solution, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so that the sodium hypochlorite content was 5.5 mmol / g, and the oxidation reaction was started at room temperature. Although the pH in the system decreased during the reaction, 3M aqueous sodium hydroxide solution was sequentially added to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system did not change. Hydrochloric acid was added to the mixture after the reaction to adjust the pH to 2, and then the pulp was separated by filtration through a glass filter, and the separated pulp was thoroughly washed with water to obtain TEMPO oxide pulp. The pulp yield at this time was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, the amount of carboxyl groups was 1.42 mmol / g, and the pH was 4.5. An aqueous dispersion having a solid content concentration of 2.0% by mass of the obtained TEMPO oxide pulp was prepared, and a 5% aqueous NaOH solution and sodium hydrogen carbonate were added to adjust the pH to 7.5.
An aqueous dispersion having a solid content concentration of 2% by mass of the obtained TEMPO oxide pulp was prepared and treated for 10 minutes using a B-50 type top finer manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd. (of which the temperature was 60 to 65 ° C. for 2 minutes). Then, cellulose oxide microfibrils (TEMPO oxide MFC) were prepared. For the obtained fibers, each physical property value shown in Table 1 was measured. The method for measuring each physical property value is as described above. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
TEMPO酸化パルプの固形分濃度5質量%の水分散体を調製し、相川鉄工株式会社製14インチラボリファイナーを用いて、14分間処理(うち4分間は温度70~85℃)し、酸化セルロースミクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した以外は、実施例2と同様にして酸化セルロースミクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した。得られた繊維について、表1に記載の各物性値を測定した。各物性値の測定方法は、上述した通りである。結果を表1に示す。
[Example 3]
An aqueous dispersion having a solid content concentration of 5% by mass of TEMPO oxide pulp was prepared and treated for 14 minutes using a 14-inch laboratory refiner manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd. (of which the temperature was 70 to 85 ° C for 4 minutes), and the cellulose oxide micro Cellulose-oxidized microfibrils (TEMPO-oxidized MFC) were prepared in the same manner as in Example 2 except that fibrils (TEMPO-oxidized MFC) were prepared. For the obtained fibers, each physical property value shown in Table 1 was measured. The method for measuring each physical property value is as described above. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
工程Bにおいて、温度18~48℃で5分間解繊処理を行った以外は、実施例1と同様にしてカルボキシメチル化ミクロフィブリルセルロース繊維を調製した。得られたカルボキシメチル化ミクロフィブリルセルロース繊維の物性値を表1に示す。各物性値の測定方法は、上述した通りである。
[Comparative Example 1]
Carboxymethylated microfibrillose cellulose fibers were prepared in the same manner as in Example 1 except that the defibration treatment was performed at a temperature of 18 to 48 ° C. for 5 minutes in step B. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained carboxymethylated microfibril cellulose fibers. The method for measuring each physical property value is as described above.

[比較例2]
工程Bにおいて、温度18~45℃で5分間解繊処理を行った以外は、実施例2と同様にして酸化セルロースミクロフィブリル(TEMPO酸化MFC)を調製した。得られた化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の物性値を表1に示す。各物性値の測定方法は、上述した通りである。
[Comparative Example 2]
In step B, cellulose oxide microfibrils (TEMPO oxide MFC) were prepared in the same manner as in Example 2 except that the defibration treatment was performed at a temperature of 18 to 45 ° C. for 5 minutes. Table 1 shows the physical characteristics of the obtained chemically modified microfibril cellulose fibers. The method for measuring each physical property value is as described above.

<腐敗・減粘確認試験>
実施例・比較例のサンプルをイオン交換水にて濃度1.5%に希釈し、それぞれ180mlずつガラス瓶に入れて蓋をし、40℃に設定した恒温乾燥機中に静置した。試験開始から30日が経過するまで2週間に1度、目視及び臭気による腐敗有無の確認を行った。また、試験開始日及び30日経過後にB型粘度の測定を実施し、粘度変化の有無を確認した。結果を表2に示す。
<Decomposition / reduction confirmation test>
The samples of Examples and Comparative Examples were diluted to a concentration of 1.5% with ion-exchanged water, 180 ml each was placed in a glass bottle, covered, and allowed to stand in a constant temperature dryer set at 40 ° C. From the start of the test until 30 days had passed, the presence or absence of putrefaction due to odor was visually confirmed once every two weeks. In addition, the B-type viscosity was measured on the test start date and after 30 days, and the presence or absence of a viscosity change was confirmed. The results are shown in Table 2.

Figure 2022051300000002
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Figure 2022051300000003
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表2に示されるように、実施例1~3は30日経過後においてカビの発生や異臭の発生が認められなかった。また、30日経過後においてB型粘度の低下も抑制されていた。 As shown in Table 2, in Examples 1 to 3, no mold or offensive odor was observed after 30 days. In addition, the decrease in B-type viscosity was suppressed after 30 days had passed.

Claims (3)

下記(A)~(B)の工程を含む化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法。
(A)化学変性セルロースを準備する工程
(B)前記化学変性セルロースを温度55℃以上で解繊して、化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を得る工程
A method for producing a chemically modified microfibril cellulose fiber, which comprises the following steps (A) to (B).
(A) Step of preparing chemically modified cellulose (B) Step of defibrating the chemically modified cellulose at a temperature of 55 ° C. or higher to obtain chemically modified microfibrillose fibers.
前記化学変性セルロースがカルボキシル基を有するセルロースである、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the chemically modified cellulose is a cellulose having a carboxyl group. 前記化学変性セルロースがカルボキシメチル化セルロースである、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the chemically modified cellulose is carboxymethylated cellulose.
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