JP2023501001A - Crosslinked MFC - Google Patents

Crosslinked MFC Download PDF

Info

Publication number
JP2023501001A
JP2023501001A JP2022553220A JP2022553220A JP2023501001A JP 2023501001 A JP2023501001 A JP 2023501001A JP 2022553220 A JP2022553220 A JP 2022553220A JP 2022553220 A JP2022553220 A JP 2022553220A JP 2023501001 A JP2023501001 A JP 2023501001A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
mfc
cross
less
linking agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022553220A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ナデリ、アリ
ラーソン、ヨハン
Original Assignee
ビラールドコルスネス エービー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ビラールドコルスネス エービー filed Critical ビラールドコルスネス エービー
Publication of JP2023501001A publication Critical patent/JP2023501001A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/16Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
    • D21H11/18Highly hydrated, swollen or fibrillatable fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/16Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
    • D21H11/20Chemically or biochemically modified fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/03Non-macromolecular organic compounds
    • D21H17/05Non-macromolecular organic compounds containing elements other than carbon and hydrogen only
    • D21H17/06Alcohols; Phenols; Ethers; Aldehydes; Ketones; Acetals; Ketals
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/03Non-macromolecular organic compounds
    • D21H17/05Non-macromolecular organic compounds containing elements other than carbon and hydrogen only
    • D21H17/14Carboxylic acids; Derivatives thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63Inorganic compounds
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/63Inorganic compounds
    • D21H17/66Salts, e.g. alums
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/10Coatings without pigments
    • D21H19/12Coatings without pigments applied as a solution using water as the only solvent, e.g. in the presence of acid or alkaline compounds
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/36Coatings with pigments
    • D21H19/44Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
    • D21H19/64Inorganic compounds
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22Addition to the formed paper
    • D21H23/24Addition to the formed paper during paper manufacture
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22Addition to the formed paper
    • D21H23/24Addition to the formed paper during paper manufacture
    • D21H23/26Addition to the formed paper during paper manufacture by selecting point of addition or moisture content of the paper

Abstract

ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を含む架橋フィルムを製造するための方法であって、a)MFCを含む水性懸濁液から形成されたフィルムであって、含水量が15%未満、例えば10%未満であるフィルムに、架橋剤を含む水性組成物を塗布する工程、ただし、前記架橋剤が金属イオンである場合、前記金属イオンは、前記水性組成物中の濃度が50mM未満である2価の金属イオンであり、SCAN-CM65:02に従って測定された前記MFCの電荷密度は500~1,800μeq/gであり;及びb)工程a)の塗布後にフィルムに吸収された水の少なくとも50%が工程a)の開始から5分以内に除去されるように、工程a)からのフィルムを乾燥させる工程を含む方法が提供される。1. A method for producing a crosslinked film comprising microfibrillated cellulose (MFC), comprising: a) a film formed from an aqueous suspension comprising MFC and having a moisture content of less than 15%, such as less than 10% A step of applying an aqueous composition comprising a cross-linking agent to the film, provided that when the cross-linking agent is a metal ion, the metal ion is a divalent metal whose concentration in the aqueous composition is less than 50 mM and b) at least 50% of the water absorbed by the film after application of step a) is A method is provided comprising drying the film from step a) such that it is removed within 5 minutes of starting a).

Description

本開示は、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を含むフィルムの製造に関する。 The present disclosure relates to the production of films comprising microfibrillated cellulose (MFC).

近年の科学技術の進歩により、環境への意識が生まれ、社会及び産業の焦点が環境に優しい製品及び持続可能なプロセスに移行した。この新しいアプローチは石油備蓄の不足によってさらに強化され、これは石油系ポリマー材料を再生可能及び生分解可能な材料に置き換えるインセンティブを与えた。一方、石油系ポリマー材料が市場で地位を確立したのは、それらの材料特性が優れており加工しやすいことあったという事実を考慮すると、これらの材料を天然の同等物に完全に置き換えることは容易な作業ではないことが予想される。 Recent advances in science and technology have created an awareness of the environment and shifted the focus of society and industry toward environmentally friendly products and sustainable processes. This new approach was further strengthened by the shortage of petroleum reserves, which provided an incentive to replace petroleum-based polymeric materials with renewable and biodegradable materials. On the other hand, given the fact that petroleum-based polymer materials have established themselves in the market because of their superior material properties and ease of processing, the complete replacement of these materials with their natural counterparts is unlikely. It is expected that this will not be an easy task.

良好なバリア特性及び加工性は、異なる環境に対する耐性及び透明性と共に、一般的に使用される包装材料の所望の品質のほんの一部であり、石油系ポリマー材料は実際にこれらの品質を十分な程度提供する。 Good barrier properties and processability, along with resistance to different environments and transparency, are just a few of the desirable qualities of commonly used packaging materials, and petroleum-based polymer materials actually provide these qualities to a satisfactory degree. provide degree.

セルロース材料は、地球上で最も豊富なバイオポリマーの1つであることに加えて、低重量、生分解性及び再生可能性と相まって強度及び剛性があるために、かなりの注目を集めている。セルロース系材料の有望な新しい材料の流れの1つは、木質バイオマスから調製されたミクロフィブリル化セルロース(MFC)の製造及び使用である。MFCは、梱包などの用途で望ましい特性、例えば強く透明なバリアフィルムを形成する能力等を有する。MFCの重な特徴はその親水性であり、これは水性媒体中での加工に非常に有利である。しかし、MFCの水に対するこの親和性は、高湿度でのバリア特性が非常に乏しい理由でもある。 Cellulosic materials have received considerable attention due to their strength and stiffness coupled with low weight, biodegradability and renewability, in addition to being one of the most abundant biopolymers on earth. One of the promising new material streams for cellulosic materials is the production and use of microfibrillated cellulose (MFC) prepared from woody biomass. MFCs have desirable properties for applications such as packaging, such as the ability to form strong, transparent barrier films. A key feature of MFC is its hydrophilicity, which is very advantageous for processing in aqueous media. However, this affinity of MFC for water is also the reason why its barrier properties at high humidity are very poor.

この問題を克服する方法についての提案は、例えば欧州特許第3333316号に既に提示されており、そこではイオンを含有する溶液中にフィブリル化繊維シートを数時間浸漬しシートを数時間洗浄する作業を交互に行った後に数日間乾燥することにより、繊維を2価以上の金属で架橋することによって、高湿度条件下で置換基導入された超微細セルロース繊維を含有する透明シートが製造される。 Proposals on how to overcome this problem have already been presented, for example in EP 3333316, in which a fibrillated fiber sheet is soaked in a solution containing ions for several hours and the sheet is washed for several hours. By alternating and drying for several days, the fibers are cross-linked with a metal having a valence of 2 or higher to produce a transparent sheet containing ultrafine cellulose fibers with substituents introduced under high humidity conditions.

同様に、特開2016-210830号公報においては、TEMPOを用いて酸化したセルロースナノファイバーを使用して、相対湿度(RH)が高いときに酸素に耐えるようにイオンで架橋されたフィルムを形成する。架橋は、イオン溶液に数時間浸漬することによって行われ、その後、フィルムを数時間洗浄し、数日間乾燥する。 Similarly, JP 2016-210830 uses cellulose nanofibers oxidized with TEMPO to form ionically crosslinked films to withstand oxygen at high relative humidity (RH). . Crosslinking is done by soaking in an ionic solution for several hours, after which the film is washed for several hours and dried for several days.

特開2016-089307号公報には、セルロースでできた紙を、多価金属化合物で架橋された酸型のセルロースナノファイバー分散液でコーティングする方法が開示されている。架橋は、35分を超える含浸及び洗浄によって行われると教示されている。その後、紙をヒートシール層で積層し、熱水処理下で使用できる紙容器に適していると評価している。 JP 2016-089307 discloses a method of coating paper made of cellulose with an acid-form cellulose nanofiber dispersion crosslinked with a polyvalent metal compound. Crosslinking is taught to occur by soaking and washing for more than 35 minutes. After that, the paper is laminated with a heat-seal layer and evaluated as being suitable for a paper container that can be used under hot water treatment.

欧州特許第2371892号は、ナノセルロースフィルム上に架橋溶液を噴霧してこれを架橋する実験室法を開示しており、このフィルムは非常に薄く(1μm未満)、架橋剤の濃度は比較的高い。 EP 2371892 discloses a laboratory method of spraying a cross-linking solution onto a nanocellulose film to cross-link it, the film being very thin (less than 1 μm) and the concentration of cross-linking agent being relatively high. .

このように、既存のプロセスは非常に時間がかかるか、又は湿度が高いときでも酸素バリア特性を得ることと組み合わせることが困難であるため、工業的実現可能性が1つの問題である。 Thus, industrial feasibility is an issue as existing processes are either very time consuming or difficult to combine with obtaining oxygen barrier properties even at high humidity.

本開示の目的は、酸素バリア特性を向上させたMFC系フィルムの製造方法であって、抄紙機でのフィルムの本格的な生産において高い生産性を可能とする方法を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing an MFC-based film with improved oxygen barrier properties, which method enables high productivity in full-scale production of the film on a paper machine.

この目的を満たすために、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を含む架橋フィルムを製造する方法であって、
a)MFCを含むフィルムに架橋剤を含む水性組成物を塗布する工程であって、フィルムの含水量が15%未満、例えば10%未満、例えば8%未満である工程、
ただし、架橋剤が金属イオンである場合、金属イオンは、水性組成物中の濃度が100mM未満、例えば50mM未満である2価の金属イオンであることを条件とし、及び
b)工程a)の塗布後にフィルムに吸収された水の少なくとも50%が、工程a)の実施の5分以内に、又は工程a)の開始から5分以内に除去されるように、工程a)からのフィルムを乾燥させる工程
を含む方法が提供される。
To meet this objective, a method of making a crosslinked film comprising microfibrillated cellulose (MFC) comprising:
a) applying an aqueous composition comprising a cross-linking agent to a film comprising MFC, wherein the water content of the film is less than 15%, such as less than 10%, such as less than 8%;
provided, however, that when the cross-linking agent is a metal ion, the metal ion is a divalent metal ion whose concentration in the aqueous composition is less than 100 mM, such as less than 50 mM; and b) the application of step a) drying the film from step a) such that at least 50% of the water subsequently absorbed by the film is removed within 5 minutes of performing step a) or within 5 minutes of starting step a) A method is provided comprising the steps of:

架橋剤が金属イオンである場合、MFCは、好ましくは帯電可能部分を含み、SCAN-CM65:02に従って測定した電荷密度は500~1,800μeq/gである。 When the crosslinker is a metal ion, the MFC preferably contains chargeable moieties and has a charge density of 500-1,800 μeq/g, measured according to SCAN-CM65:02.

工程b)における乾燥は、好ましくは、蒸気加熱シリンダなどの加熱シリンダ、並びに/又は熱風及び/若しくは赤外線等による非接触乾燥によって行われる。 The drying in step b) is preferably carried out by means of heated cylinders, such as steam-heated cylinders, and/or non-contact drying, such as by means of hot air and/or infrared radiation.

架橋剤を「乾燥」MFCフィルムに塗布する理由は、そのようなフィルムが、架橋剤にとってよりアクセスしやすい、低密度/非晶質MFCの領域によって隔てられた高密度/結晶化MFC構造の領域を含むからである。いかなる科学理論にも束縛されるものではないが、本発明者らは、上記方法で得られる比較的短期間で、架橋剤が低密度/非晶質MFCの領域を架橋することによりそれらの移動度を低下させると考えている。さらに、本発明者らは、工程a)及びb)の合計時間が比較的短いことが、架橋作用を最も必要とされる領域に集中させ得ると考えている。 The reason for applying the crosslinker to the "dry" MFC film is that such films have regions of dense/crystalline MFC structure separated by regions of low density/amorphous MFC that are more accessible to the crosslinker. because it contains Without wishing to be bound by any scientific theory, we believe that the cross-linking agent cross-links regions of the low-density/amorphous MFC in the relatively short period of time provided by the above method, thereby migrating them. I'm thinking of lowering it. Furthermore, the inventors believe that the relatively short total time of steps a) and b) allows the cross-linking action to be concentrated in areas where it is needed most.

規格ASTM D3985及びF1927に従い80%RHで500mlμmm-2-1bar-1未満の酸素透過度(OP)を示す、この方法によって得られたMFCを含む架橋フィルムも提供される。このフィルムにおいて、架橋剤は、Zn2+、Ca2+、Cu2+及びMg2+からなる群から選択されるイオンなどの2価の金属イオンであってもよく、フィルムを製造するために使用されるMFCは、SCAN-CM65:02に従って測定される電荷密度が500~1,800μeq/gであってもよい。 Also provided is a crosslinked film comprising MFC obtained by this method, exhibiting an oxygen permeability (OP) of less than 500 mlμmm −2 d −1 bar −1 at 80% RH according to standards ASTM D3985 and F1927. In this film, the cross-linking agent may be a divalent metal ion such as an ion selected from the group consisting of Zn2 + , Ca2 + , Cu2 + and Mg2+ and the MFC used to manufacture the film. may have a charge density of 500-1,800 μeq/g measured according to SCAN-CM65:02.

説明
本開示は、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を含む架橋フィルムを製造するための方法であって、以下の工程:
a)MFCを含む水性懸濁液から形成されたフィルムに架橋剤を含む水性組成物を塗布する工程であって、前記フィルムの含水量は15%未満、例えば10%未満、例えば8%未満であり、ただし、架橋剤が金属イオンである場合、金属イオンは水性組成物中における濃度が50mM未満である2価の金属イオンであり、SCAN-CM65:02に従って測定したMFCの電荷密度は500~1,800μeq/gであり;及び
Description The present disclosure provides a method for making a crosslinked film comprising microfibrillated cellulose (MFC) comprising the steps of:
a) applying an aqueous composition comprising a cross-linking agent to a film formed from an aqueous suspension comprising MFC, wherein said film has a water content of less than 15%, such as less than 10%, such as less than 8%; Yes, provided that when the cross-linking agent is a metal ion, the metal ion is a divalent metal ion with a concentration of less than 50 mM in the aqueous composition, and the charge density of the MFC measured according to SCAN-CM65:02 is between 500 and is 1,800 μeq/g; and

b)工程a)の塗布後にフィルムに吸収された水の少なくとも50%は工程a)の開始から5分以内に除去されるように、工程a)からの前記フィルムを乾燥させる工程、
を含む方法を提供する。変形例では、工程b)は、代わりに、フィルムの含水量が30%未満、例えば25%未満になるように、工程a)の開始から5分以内、例えば工程a)の開始から3分以内に、工程a)からの前記フィルムを乾燥させる工程である。
b) drying the film from step a) such that at least 50% of the water absorbed by the film after application of step a) is removed within 5 minutes from the start of step a);
to provide a method comprising: In a variant, step b) is instead performed within 5 minutes of the start of step a), for example within 3 minutes of the start of step a), such that the moisture content of the film is less than 30%, such as less than 25%. Second, drying the film from step a).

水性組成物中の2価金属イオン濃度は、50mM未満、典型的には0.1mM超、例えば0.1mM超且つ50mM未満、例えば0.5~45mMである。濃度が高すぎると、フィブリルが互いに過度に密に架橋し、バリアが損なわれる可能性があるため、比較的低い濃度が有利である。2価カチオンは、好ましくはZn2+、Ca2+、Cu2+及びMg2+からなる群から選択される。Zn2+及びCa2+が特に好ましい。Ca2+は比較的小さく、より大きなイオンよりも非晶質領域によく浸透するので、Ca2+は最も好ましい2価カチオンであると考えられ得る。 The divalent metal ion concentration in the aqueous composition is less than 50 mM, typically greater than 0.1 mM, such as greater than 0.1 mM and less than 50 mM, such as 0.5-45 mM. A relatively low concentration is advantageous because if the concentration is too high, the fibrils may cross-link to each other too tightly, compromising the barrier. The divalent cations are preferably selected from the group consisting of Zn2 + , Ca2 + , Cu2 + and Mg2 + . Zn 2+ and Ca 2+ are particularly preferred. Ca 2+ can be considered the most preferred divalent cation because it is relatively small and penetrates amorphous regions better than larger ions .

架橋剤が2価の金属イオンである場合、SCAN-CM65:02に従って測定したMFCの電荷密度は500~1,800μeq/g、例えば500~1,000μeq/gである。電荷密度は、化学的に修飾された繊維で測定され、それは測定される総電荷密度であるため、フィブリル化前の繊維の電荷密度は、前記繊維をフィブリル化することにより生成されたフィブリルの電荷密度と同じである。工程a)のMFCの電荷密度は、MFC上に存在する帯電可能部分から生じる。帯電可能部分は、カルボキシ、カルボキシメチル、カルボキシアルキル、スルホニル、スルホエチル及びホスホリル基から選択される。 When the crosslinker is a divalent metal ion, the charge density of the MFC measured according to SCAN-CM65:02 is 500-1,800 μeq/g, such as 500-1,000 μeq/g. Since the charge density is measured on chemically modified fibers and it is the total charge density that is measured, the charge density of the fiber before fibrillation is the charge density of the fibrils produced by fibrillating said fiber. Same as density. The charge density of the MFC in step a) arises from the chargeable moieties present on the MFC. The chargeable moieties are selected from carboxy, carboxymethyl, carboxyalkyl, sulfonyl, sulfoethyl and phosphoryl groups.

帯電可能部分を導入する化学修飾は、好ましくは、例えば過ヨウ素酸酸化によるアルデヒドの導入を先に行った後、TEMPO酸化、アルコキシル化、リン酸化、スルホン化、スルホエチル化及び亜塩素酸塩酸化からなる群から選択される。アルコキシル化は、カルボキシメチル化であることが好ましい。 Chemical modifications that introduce chargeable moieties are preferably preceded by the introduction of aldehydes, for example by periodate oxidation, followed by TEMPO oxidation, alkoxylation, phosphorylation, sulfonation, sulfoethylation and chlorite oxidation. selected from the group consisting of Alkoxylation is preferably carboxymethylation.

あるいは、工程a)のMFCは第4級アミンを含む。架橋剤は、そのような場合、リン酸イオン又はポリカルボキシラートイオンなどの多価アニオンであってもよい。第4級アミンの導入は、好ましくは、ヒドロキシル基と反応して共有結合を形成する基及び第4級アンモニウム基の両方を含有する化合物を介して行われる。また、ヒドロキシル基と反応して共有結合を形成する基と、さらに反応してアミンを結合させることができる基との両方を含む化合物を介して導入が行われてもよい。好ましくは、ヒドロキシル基と反応する基は、エポキシ、エポキシを形成することができるハロヒドリン、活性ハロゲン、イソシアナート、活性ビニル又はメチロールのいずれかから選択される。ヒドロキシル基と反応して共有結合を形成する基と第4級アンモニウム基とを有する化合物の例は、2,3-エポキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(EPTMAC)、クロロコリンクロリド(ClChCl)、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド及び3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドである。カチオン性アミン官能性MFCを架橋することは、そのような官能基化化学が工業規模で容易に利用できるため、有利であろう。 Alternatively, the MFC of step a) comprises a quaternary amine. The cross-linking agent in such cases may be a polyvalent anion such as a phosphate ion or a polycarboxylate ion. Introduction of the quaternary amine is preferably via a compound containing both a group that reacts with a hydroxyl group to form a covalent bond and a quaternary ammonium group. Introduction may also occur via a compound that contains both a group that reacts with a hydroxyl group to form a covalent bond and a group that can further react to attach an amine. Preferably, the groups reactive with hydroxyl groups are selected from either epoxies, halohydrins capable of forming epoxies, active halogens, isocyanates, active vinyls or methylols. Examples of compounds having groups that react with hydroxyl groups to form covalent bonds and quaternary ammonium groups are 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride (EPTMAC), chlorocholine chloride (ClChCl), glycidyltrimethylammonium chloride. and 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride. Crosslinking cationic amine-functional MFCs would be advantageous because such functionalization chemistry is readily available on an industrial scale.

イオンによって架橋されたMFCに加えて、フィルムは、例えば1~20重量%の量のナノフィラーをさらに含んでもよい。ナノフィラーは、表面積が大きくアスペクト比が高いことを特徴とする粒子である。表面積が大きくてアスペクト比が高いということは、コーティング層の中に気体分子が拡散するのをこれらの粒子がより困難にし、したがってバリア特性を改善することができるので、バリア用途において有益であり得る。前記ナノフィラーは、好ましくは、ベントナイト、カオリン又はモンモリロナイトから選択される。好ましくは、フィルムがナノフィラーを含む場合、架橋剤はグルタルアルデヒドではない。それよりも、濃度0.1~5mMのZn2+又は濃度0.1~50mMのCa2+であるとよい。 In addition to the ionically crosslinked MFC, the film may further comprise nanofillers, for example in an amount of 1-20% by weight. Nanofillers are particles characterized by high surface areas and high aspect ratios. A high surface area and high aspect ratio can be beneficial in barrier applications as these particles can make it more difficult for gas molecules to diffuse into the coating layer, thus improving barrier properties. . Said nanofillers are preferably selected from bentonite, kaolin or montmorillonite. Preferably, the cross-linking agent is not glutaraldehyde when the film contains nanofillers. Rather, Zn 2+ at a concentration of 0.1-5 mM or Ca 2+ at a concentration of 0.1-50 mM is preferred.

架橋剤は、共有結合を形成してもよい。そのような場合、架橋剤は、好ましくは、ホウ砂、グルタルアルデヒド、クエン酸又はポリカルボン酸からなる群から選択される。グルタルアルデヒドは、硝酸亜鉛などの触媒と一緒に使用されてもよく、MFCは、典型的に電荷が低く、例えばSCAN-CM65:02に従って測定した電荷密度は10~200μeq/g、例えば10~100μeq/gなどである。 Cross-linking agents may form covalent bonds. In such cases the cross-linking agent is preferably selected from the group consisting of borax, glutaraldehyde, citric acid or polycarboxylic acids. Glutaraldehyde may be used with a catalyst such as zinc nitrate, and MFCs typically have a low charge, eg, charge densities of 10-200 μeq/g, eg, 10-100 μeq, measured according to SCAN-CM65:02. /g.

本方法は、本格的な抄紙機、すなわち、少なくとも300m/分の速度で運転し、少なくとも1,500mm(例えば少なくとも3,000mmなど)のトリム幅を有する抄紙機で適切に実施される。その結果、プロセスの各工程を完了させるのに利用可能な時間はごく限られている。 The method is suitably practiced on a full-scale paper machine, ie a paper machine operating at a speed of at least 300 m/min and having a trim width of at least 1,500 mm, such as at least 3,000 mm. As a result, the time available to complete each step of the process is very limited.

工程a)及びb)は、好ましくは、抄紙機の乾燥部の中又はその後に実施される。抄紙機の乾燥部の上流には、通常、プレス部が配置される。抄紙機のプレス部の上流には、通常、ワイヤー部などの成形部が配置される。 Steps a) and b) are preferably carried out in or after the drying section of the paper machine. A press section is usually arranged upstream of the drying section of the paper machine. A forming section such as a wire section is usually arranged upstream of the press section of the paper machine.

工程a)は、サイズプレス又はフィルムプレスによって実施されてもよい。あるいは、工程a)は、水性組成物をフィルム上に噴霧する工程を含む。 Step a) may be performed by a size press or a film press. Alternatively, step a) comprises spraying the aqueous composition onto the film.

水性組成物は、サイズプレス又はフィルムプレスによって加えられる場合、Brookfield指示書に従い100rpm及び25℃でスピンドルNo.4を使用しBrookfield回転粘度計で動的粘度として測定したとき、典型的には10~1,000mPas、好ましくは10~300mPasの粘度を有する。 The aqueous composition, if applied by size press or film press, is pressed according to Brookfield instructions at 100 rpm and 25° C. with spindle no. It typically has a viscosity of from 10 to 1,000 mPas, preferably from 10 to 300 mPas, when measured as dynamic viscosity with a Brookfield rotational viscometer using No. 4.

別の実施形態によれば、水性組成物の塗布には、カーテンコーター又はダイレクトロッドコーターが使用される。そのような場合、水性組成物の粘度は、Brookfield指示書に従い100rpm及び25℃でスピンドルNo.4を使用しBrookfield回転粘度計で動的粘度として測定したとき、典型的には100~800mPasである。 According to another embodiment, a curtain coater or direct rod coater is used to apply the aqueous composition. In such cases, the viscosity of the aqueous composition is determined by spindle no. It is typically 100-800 mPas when measured as dynamic viscosity with a Brookfield rotational viscometer using No. 4.

さらに別の実施形態によれば、ブレードコーターが水性組成物の塗布に使用される。そのような場合、水性組成物の粘度は、Brookfield指示書に従い100rpm及び25℃でスピンドルNo.4を使用しBrookfield回転粘度計で動的粘度として測定したとき、典型的には400~1,500mPasである。 According to yet another embodiment, a blade coater is used to apply the aqueous composition. In such cases, the viscosity of the aqueous composition is determined by spindle no. It is typically 400 to 1,500 mPas when measured as dynamic viscosity with a Brookfield rotational viscometer using No. 4.

塗布を容易にするため(及び所望の粘度を得るため)に、水性組成物は、デンプン、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVOH)又はMFCなどのポリマーを含み得る。ポリマーに加えて、組成物はレオロジー調整剤を含んでもよい。 To facilitate application (and to obtain the desired viscosity), the aqueous composition may contain polymers such as starch, carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVOH) or MFC. In addition to the polymer, the composition may contain rheology modifiers.

工程b)における乾燥は、好ましくは、蒸気加熱シリンダなどの加熱シリンダ、並びに/又は好ましくは熱風及び/若しくは赤外線を用いた非接触乾燥によって行われる。 The drying in step b) is preferably carried out by non-contact drying using heated cylinders, such as steam-heated cylinders, and/or preferably hot air and/or infrared radiation.

本方法は、
i)MFCを含む水性懸濁液を提供する工程;及び
ii)水性懸濁液からウェブを形成し、ウェブを脱水及び乾燥させて、工程a)で架橋剤を含む水性組成物が塗布されるフィルムを形成する工程
をさらに含み得る。
The method is
i) providing an aqueous suspension comprising MFC; and ii) forming a web from the aqueous suspension, dewatering and drying the web to apply an aqueous composition comprising a cross-linking agent in step a). The step of forming a film may be further included.

一実施形態では、工程i)及びii)は、工程a)及びb)に使用されるものと同じ抄紙機などの抄紙機で実施される。それにより、この方法の全体的な効率を改善することができる。あるいは、工程a)及びb)はオフラインで実行され、これは、工程i)及びii)に使用される抄紙機では実行されないことを意味する。工程a)及びb)を、工程i)及びii)とは異なる場所で実施することさえできる。 In one embodiment, steps i) and ii) are performed on a paper machine, such as the same paper machine used for steps a) and b). Thereby the overall efficiency of the method can be improved. Alternatively, steps a) and b) are performed offline, meaning that they are not performed on the paper machine used for steps i) and ii). Steps a) and b) can even be performed at a different location than steps i) and ii).

工程ii)は、好ましくは、抄紙機の成形部で行われる。成形部のワイヤーの幅は少なくとも1,500mm、例えば少なくとも3,000mmであってもよい。 Step ii) is preferably carried out in the forming section of the paper machine. The width of the wires of the forming part may be at least 1,500 mm, for example at least 3,000 mm.

一実施形態では、この方法は、セルロース系繊維をフィブリル化して工程i)のMFCを提供する工程をさらに含む。この工程は、当業者に公知の機械的、酵素的及び/又は化学的サブ工程を含み得る。以下にさらに論じるように、化学的サブ工程は、架橋を容易にする帯電可能部分を導入するものであってもよい。 In one embodiment, the method further comprises fibrillating the cellulosic fiber to provide the MFC of step i). This step may involve mechanical, enzymatic and/or chemical sub-steps known to those skilled in the art. As discussed further below, the chemical sub-step may introduce chargeable moieties that facilitate cross-linking.

本開示の文脈において、MFCは、少なくとも1つの寸法が100nm未満であるナノスケールのセルロース粒子繊維又はフィブリルを意味する。MFCは、部分的若しくは完全にフィブリル化されたセルロース又はリグノセルロース繊維を含む。遊離したフィブリルの直径は100nm未満であるが、実際のフィブリルの直径若しくは粒径分布及び/又はアスペクト比(長さ/幅)は原料源及び製造方法により決まる。最小のフィブリルは、基本フィブリルと呼ばれ、直径約2~4nmであるが、ミクロフィブリルとしても定義される基本フィブリルの凝集形態は、例えば、拡張された精製プロセス又は圧力降下離解プロセスを用いることによりMFCを製造するときに得られる主な生成物であることが一般的である。原料源及び製造プロセスに応じて、フィブリルの長さは、約1~10マイクロメートル超まで変化し得る。粗粒MFCは、かなりの割合のフィブリル化繊維、すなわち仮道管から突出したフィブリル(セルロース繊維)、及び仮道管から遊離した一定量のフィブリルを含み得る。 In the context of this disclosure, MFC means nanoscale cellulose particle fibers or fibrils with at least one dimension less than 100 nm. MFC comprises partially or fully fibrillated cellulose or lignocellulose fibers. The free fibril diameter is less than 100 nm, but the actual fibril diameter or particle size distribution and/or aspect ratio (length/width) depend on the raw material source and manufacturing method. The smallest fibrils, called elementary fibrils, are about 2-4 nm in diameter, but aggregated forms of elementary fibrils, also defined as microfibrils, can be produced, for example, by using an extended purification process or a pressure drop disaggregation process. It is generally the main product obtained when manufacturing MFC. Depending on the raw material source and manufacturing process, fibril lengths can vary from about 1 to over 10 microns. Coarse-grained MFCs may contain a significant proportion of fibrillated fibers, i.e. fibrils (cellulose fibers) protruding from tracheids, and a certain amount of fibrils liberated from tracheids.

MFCには、セルロースミクロフィブリル、フィブリル化セルロース、ナノフィブリル化セルロース(NFC)、フィブリル凝集体、ナノスケールセルロースフィブリル、セルロースナノファイバー、セルロースナノフィブリル(CNF)、セルロースミクロファイバー(CMF)、セルロースフィブリル、ミクロフィブリルセルロース、ミクロフィブリル凝集体及びセルロースミクロフィブリル凝集体などの異なる同義語がある。MFCはまた、水中に分散させたときに、広い表面積、又は低固形分(1~5重量%)でゲル状物質を形成するその能力などの、様々な物理的若しくは物理化学的特性によって特徴づけることもできる。セルロース繊維は、好ましくは、形成されたMFCの最終比表面積が、BET法(Brunauer、Stephen、Paul Hugh Emmett、及びEdward Teller.’’Adsorption of gases in multimolecular layers.’’Journal of the American chemical society 60.2(1938):309-319)を用いて凍結乾燥材料について決定したときに、約1~約200m/g、又はより好ましくは50~200m/gとなる程度までフィブリル化される。ASAP2020(Micromeritics、米国)装置を使用して窒素(N)ガス吸着等温線を記録する。測定は液体窒素温度(すなわち、77K)で行い、BET法を用いて等温線から試料の比表面積を得た。 MFCs include cellulose microfibrils, fibrillated cellulose, nanofibrillated cellulose (NFC), fibril aggregates, nanoscale cellulose fibrils, cellulose nanofibers, cellulose nanofibrils (CNF), cellulose microfibers (CMF), cellulose fibrils, There are different synonyms such as microfibril cellulose, microfibril aggregates and cellulose microfibril aggregates. MFCs are also characterized by various physical or physicochemical properties such as high surface area or their ability to form gel-like materials with low solids content (1-5 wt%) when dispersed in water. can also The cellulose fibers are preferably such that the final specific surface area of the formed MFC is determined according to the BET method (Brunauer, Stephen, Paul Hugh Emmett, and Edward Teller. Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American 60 chemical 2 (1938):309-319) to the extent of about 1 to about 200 m 2 /g, or more preferably 50 to 200 m 2 /g, as determined for the lyophilized material. Nitrogen (N 2 ) gas adsorption isotherms are recorded using an ASAP 2020 (Micromeritics, USA) apparatus. The measurements were made at liquid nitrogen temperature (ie 77 K) and the BET method was used to obtain the specific surface area of the sample from the isotherm.

MFCを作製するための様々な方法、例えば、シングルパス若しくはマルチパス精製、前加水分解及びそれに続く精製又はフィブリルの高剪断離解若しくは遊離などが存在する。MFC製造をエネルギー効率がよく且つ持続可能なものにするためには、1つ若しくは複数の前処理工程が通常は必要である。したがって、供給されるパルプのセルロース繊維は、例えば繊維を加水分解若しくは膨潤させるため、又はヘミセルロース若しくはリグニンの量を減少させるために、酵素的又は化学的に前処理され得る。セルロース繊維は、フィブリル化の前に化学修飾されてもよい。そのような化学修飾を行うと、通常は、繊維を離解しMFC又はナノフィブリルサイズ又はNFCとすることがより容易である。 Various methods exist for making MFCs, such as single-pass or multi-pass purification, prehydrolysis and subsequent purification, or high shear dissociation or liberation of fibrils. One or more pretreatment steps are usually required to make MFC production energy efficient and sustainable. Thus, the cellulose fibers of the supplied pulp can be pretreated enzymatically or chemically, for example to hydrolyze or swell the fibers, or to reduce the amount of hemicellulose or lignin. Cellulose fibers may be chemically modified prior to fibrillation. Such chemical modification usually makes it easier to defibrate the fibers into MFC or nanofibrillar size or NFC.

ナノフィブリルセルロースは、いくらかのヘミセルロースを含み得るが、その量は、植物起源及びパルプ化プロセスなどのファクターによって決まる。前処理された繊維、例えば加水分解された、予め膨潤された、又は酸化されたセルロース原料の機械的離解は、リファイナー、グラインダー、ホモジナイザー、コライダー、摩擦グラインダー、超音波ソニケーター、マイクロフルイダイザーなどのフルイダイザー、マクロフルイダイザー型若しくはフルイダイザー型ホモジナイザーなどの適切な装置を用いて行われる。MFC製造方法によっては、製品は、木質繊維中又は製紙プロセスにおいて存在する微粉又は例えば他の化学物質も含み得る。また、製品は、効率的にフィブリル化されなかった様々な量のミクロンサイズの繊維粒子も含み得る。MFCは、硬材若しくは軟材繊維の両方から得た木質セルロース繊維から製造される。また製品は、麦わらパルプ、竹、バガス、又は他の非木質繊維源などの農業繊維から作製することもできる。製品は、好ましくは、未使用繊維のパルプ、例えば機械、化学及び/若しくは熱機械パルプ、好ましくは未乾燥繊維から作製される。 Nanofibrillar cellulose may contain some hemicellulose, but the amount depends on factors such as plant origin and pulping process. Mechanical defibration of pretreated fibers, such as hydrolyzed, pre-swollen, or oxidized cellulose feedstocks, can be performed using refiners, grinders, homogenizers, colliders, friction grinders, ultrasonic sonicators, microfluidizers, and the like. It is carried out using a suitable apparatus such as a fluidizer, macrofluidizer type or fluidizer type homogenizer. Depending on the MFC manufacturing method, the product may also contain fines or other chemicals such as those present in the wood fiber or in the papermaking process. The product may also contain varying amounts of micron-sized fiber particles that have not been efficiently fibrillated. MFC is made from wood cellulose fibers derived from both hardwood or softwood fibers. Products can also be made from agricultural fibers such as straw pulp, bamboo, bagasse, or other non-wood fiber sources. The product is preferably made from virgin fiber pulp, such as mechanical, chemical and/or thermomechanical pulp, preferably never dried fiber.

上記のMFCの定義には、幅5~30nmで高アスペクト比、通常50を超えるアスペクト比を有する、結晶領域と非晶質領域の両方を有する複数の基本フィブリルを含むセルロースナノファイバー材料を定義するセルロースナノフィブリル(CNF)について提案されたTAPPI規格W13021が含まれるが、それだけに限らない。 The MFC definition above defines a cellulose nanofiber material comprising a plurality of elementary fibrils with both crystalline and amorphous regions that are 5-30 nm wide and have a high aspect ratio, typically greater than 50. Including, but not limited to, TAPPI standard W13021 proposed for cellulose nanofibrils (CNF).

フィルム中のMFCの量は、好ましくは乾燥重量で少なくとも50%、例えば乾燥重量で少なくとも70%、例えば乾燥重量で少なくとも80%である。 The amount of MFC in the film is preferably at least 50% by dry weight, such as at least 70% by dry weight, such as at least 80% by dry weight.

ISO536:2012に従って測定したフィルムの坪量は、典型的には、5~100g/m、例えば5~70g/m、例えば10~70g/m、例えば10~60g/m、例えば20~60g/m、例えば30~60g/m、好ましくは45~60g/m、より好ましくは50~60g/mである。 The basis weight of the film measured according to ISO 536:2012 is typically 5-100 g/m 2 , such as 5-70 g/m 2 , such as 10-70 g/m 2 , such as 10-60 g/m 2 , such as 20 g/m 2 . ~60 g/m 2 , such as 30-60 g/m 2 , preferably 45-60 g/m 2 , more preferably 50-60 g/m 2 .

ISO534:2011に従って測定した架橋フィルムの密度は、典型的には、0.7~1.4g/cm、例えば0.8~1.2g/cmである。 The density of crosslinked films measured according to ISO 534:2011 is typically 0.7-1.4 g/cm 3 , eg 0.8-1.2 g/cm 3 .

ISO534:2011に従って測定した架橋フィルムの厚みは、典型的には、1~100μm、例えば5~70μm、例えば10~50μmである。数マイクロメートルの厚みを有することにより、フィルムの架橋作用を、バリア特性にとって有益である最も必要とされる領域に集中させることができる。 The thickness of the crosslinked film measured according to ISO 534:2011 is typically 1-100 μm, such as 5-70 μm, such as 10-50 μm. Having a thickness of a few micrometers allows the cross-linking action of the film to be concentrated in the areas where it is needed most, which is beneficial for barrier properties.

本方法の一実施形態では、工程a)の塗布後にフィルムに吸収された水の少なくとも75%が、工程a)の開始から5分以内に除去される。 In one embodiment of the method, at least 75% of the water absorbed by the film after application of step a) is removed within 5 minutes from the start of step a).

別の実施形態では、工程a)の塗布後にフィルムに吸収された水の50%が、工程a)の開始から3分以内、例えば工程a)の開始から2分以内に除去される。これにより、本方法の効率が向上する。 In another embodiment, 50% of the water absorbed by the film after application of step a) is removed within 3 minutes of starting step a), for example within 2 minutes of starting step a). This increases the efficiency of the method.

さらに、工程b)の乾燥は、工程a)の実施の5分以内、例えば工程a)の実施の3分以内に、フィルムの含水量が30%未満、例えば25%未満になるように実施され得る。 Further, the drying of step b) is carried out such that the moisture content of the film is less than 30%, such as less than 25%, within 5 minutes of performing step a), such as within 3 minutes of performing step a). obtain.

本開示の方法によって製造された架橋フィルムは酸素バリアであり、 The crosslinked film produced by the method of the present disclosure is an oxygen barrier,

規格ASTM D3985及びF1927に従って、80%RHで500mlμmm-2-1bar-1未満の酸素透過度(OP)を示す。 It exhibits an oxygen permeability (OP) of less than 500 mlμmm −2 d −1 bar −1 at 80% RH according to standards ASTM D3985 and F1927.

架橋フィルムは、典型的には2価の金属イオンで架橋され、フィルムを製造するために使用されるMFCの電荷密度は、典型的には、SCAN-CM65:02に従って測定すると500~1,800μeq/gである。2価の金属イオンは、典型的にはZn2+、Ca2+、Cu2+及びMg2+からなる群から選択される。 Crosslinked films are typically crosslinked with divalent metal ions and the charge density of the MFC used to make the films is typically between 500 and 1,800 μeq as measured according to SCAN-CM65:02. /g. Divalent metal ions are typically selected from the group consisting of Zn2 + , Ca2 + , Cu2 + and Mg2 + .

したがって、一実施形態において、MFCを含む架橋フィルムを製造するための方法は、
-アルデヒドの導入及び第4級アミンの導入を先に行った後、TEMPO酸化、アルコキシル化、リン酸化、スルホン化、スルホエチル化、亜塩素酸塩酸化からなる群のいずれかの修飾によって繊維を化学的に修飾する工程、
-繊維をMFCへとフィブリル化する工程、
-MFCを含む水性懸濁液を提供する工程;
-水性懸濁液からウェブを形成し、ウェブを脱水及び乾燥させてフィルムを形成する工程、
-15%未満、例えば10%未満の含水量を有するMFCを含むフィルムに架橋剤を含む水性組成物を塗布する工程、ただし架橋剤が金属イオンである場合、金属イオンは、水性組成物中の濃度が50mM未満の2価の金属イオンであり、SCAN-CM65:02に従って測定したMFCの電荷密度は500~1,800μeq/gであることを条件とする工程、
-架橋剤を含む水性組成物の塗布後にフィルムに吸収された水の少なくとも50%が、架橋剤を含む水性組成物の塗布開始から5分以内に除去されるようにフィルムを乾燥させる工程、並びに
-これにより、MFCを含む架橋フィルムを得る工程、
を含む。
Accordingly, in one embodiment, a method for making a crosslinked film comprising MFC comprises:
- The fiber is chemically modified by one of the group consisting of TEMPO oxidation, alkoxylation, phosphorylation, sulfonation, sulfoethylation, chlorite oxidation, followed by aldehyde introduction and quaternary amine introduction. selectively modifying the
- fibrillating the fibers into MFCs,
- providing an aqueous suspension comprising MFC;
- forming a web from an aqueous suspension, dewatering and drying the web to form a film;
- applying an aqueous composition comprising a cross-linking agent to a film comprising MFC having a water content of less than 15%, such as less than 10%, provided that when the cross-linking agent is a metal ion, the metal ion is present in the aqueous composition; divalent metal ions at a concentration of less than 50 mM and the charge density of the MFC measured according to SCAN-CM65:02 is between 500 and 1,800 μeq/g;
- drying the film such that at least 50% of the water absorbed by the film after application of the aqueous composition comprising the cross-linking agent is removed within 5 minutes from the start of application of the aqueous composition comprising the cross-linking agent, and - thereby obtaining a crosslinked film comprising MFC,
including.


例1a
低電荷MFCから製造されたMFCフィルムの架橋
Example Example 1a
Crosslinking of MFC films made from low-charge MFC

低電荷MFC(0.1重量%;総電荷40μmol/g)の懸濁液を濾過し、その後乾燥させて(50℃;4時間)、フィルムにした。フィルムを、架橋剤として作用するホウ砂又はグルタルアルデヒドのいずれかを含有する溶液に5秒間浸漬した。後者の化学物質を硝酸亜鉛(グルタルアルデヒドとヒドロキシル基との反応のための触媒として作用する)と組み合わせて使用した。その後、フィルムを乾燥させた(50℃;4時間)。坪量30g/m及び60g/mのフィルムを製造した。浸漬と乾燥の間に洗浄は行わなかった。 A suspension of low-charge MFC (0.1 wt%; total charge 40 μmol/g) was filtered and then dried (50°C; 4 h) into a film. Films were immersed for 5 seconds in a solution containing either borax or glutaraldehyde to act as a cross-linking agent. The latter chemical was used in combination with zinc nitrate, which acts as a catalyst for the reaction of glutaraldehyde with hydroxyl groups. The film was then dried (50°C; 4 hours). Films with basis weights of 30 g/m 2 and 60 g/m 2 were produced. No washing was done between soaking and drying.

例1b
低電荷MFC及びナノフィラーから製造されたMFCフィルムの架橋
Example 1b
Crosslinking of MFC films made from low-charge MFC and nanofillers

例1aと同様の手順を用いたが、MFCの10重量%をクロイサイトNa+(ベントナイトナノフィラー)に置き換え、ナノフィラーとMFCを含む架橋フィルムを作製した。 Using the same procedure as in Example 1a, but replacing 10% by weight of the MFC with Cloisite Na+ (bentonite nanofiller), a crosslinked film comprising nanofiller and MFC was made.

例2a
カルボキシメチル化MFCから製造したMFCフィルムの架橋
Example 2a
Crosslinking of MFC films made from carboxymethylated MFC

カルボキシメチル化MFC(0.1重量%;総電荷800μmol/g)の懸濁液を濾過し、その後乾燥させて(50℃;4時間)フィルムにした。架橋剤として作用する硝酸亜鉛六水和物、塩化カルシウム二水和物、塩化鉄六水和物又は塩化アルミニウム六水和物のいずれかを含有する溶液にフィルムを5秒間浸漬した。その後、フィルムを乾燥させた(50℃;4時間)。坪量20g/m、30g/m及び60g/mのフィルムを製造した。浸漬と乾燥の間に洗浄は行わなかった。 A suspension of carboxymethylated MFC (0.1 wt%; total charge 800 μmol/g) was filtered and then dried (50°C; 4 hours) into a film. The film was immersed for 5 seconds in a solution containing either zinc nitrate hexahydrate, calcium chloride dihydrate, iron chloride hexahydrate, or aluminum chloride hexahydrate, which acted as a cross-linking agent. The film was then dried (50°C; 4 hours). Films with basis weights of 20 g/m 2 , 30 g/m 2 and 60 g/m 2 were produced. No washing was done between soaking and drying.

例2b
例2aと同様の手順を用いたが、MFCの10重量%をクロイサイトNa+(ベントナイトナノフィラー)に置き換え、ナノフィラーとMFCを含む架橋フィルムを作製した。
Example 2b
Using the same procedure as in Example 2a, but replacing 10% by weight of the MFC with Cloisite Na+ (bentonite nanofiller), a crosslinked film comprising nanofiller and MFC was made.

酸素透過度
ASTM D3985及びASTM F1927規格に従ってMOCON OX-TRAN2/21を使用して、5cmサンプルに対し透過率(OTR)を測定した。OTR測定は、サンプルの両側で同じ相対湿度を使用し、23℃及び50%RH又は80%RHにて行った。OTRにフィルム厚(SEMによって得られる)を乗算することにより、酸素透過度(OP)が得られる。結果を表1に示す。

Figure 2023501001000001

表1は、2価の金属イオンを100mM未満の濃度で加えた場合の50%及び80%RHでの酸素透過度の低下を示す。これに対して、高濃度(すなわち100mM)の3価の金属イオン及び2価の金属イオンは、酸素透過度を低下させることができなかった。80%RHでは、ナノフィラーを含むフィルムにCa2+(1又は10mM)又はZn2+(1mM)を加えた場合に、最良の酸素透過値が得られた。
また表1は、共有結合を形成する架橋剤を加えたとき、80%RHで酸素透過度が低下することも示している。
Oxygen Transmission Rate Transmittance (OTR) was measured on 5 cm 2 samples using MOCON OX-TRAN 2/21 according to ASTM D3985 and ASTM F1927 standards. OTR measurements were made at 23° C. and 50% RH or 80% RH using the same relative humidity on both sides of the sample. Multiplying the OTR by the film thickness (obtained by SEM) gives the oxygen permeability (OP). Table 1 shows the results.
Figure 2023501001000001

Table 1 shows the decrease in oxygen permeability at 50% and 80% RH when divalent metal ions are added at concentrations less than 100 mM. In contrast, high concentrations (ie, 100 mM) of trivalent and divalent metal ions were unable to reduce oxygen permeability. At 80% RH, the best oxygen permeation values were obtained when Ca 2+ (1 or 10 mM) or Zn 2+ (1 mM) was added to films containing nanofillers.
Table 1 also shows that oxygen permeability decreases at 80% RH when crosslinkers that form covalent bonds are added.

Claims (21)

ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を含む架橋フィルムを製造するための方法であって、
a)MFCを含む水性懸濁液から形成されたフィルムであって、含水量が15%未満、例えば10%未満であるフィルムに、架橋剤を含む水性組成物を塗布する工程、
ただし、前記架橋剤が金属イオンである場合、前記金属イオンは、前記水性組成物中の濃度が50mM未満である2価の金属イオンであり、SCAN-CM65:02に従って測定されたMFCの電荷密度は500~1,800μeq/gである工程;及び
b)工程a)の塗布後に前記フィルムに吸収された水の少なくとも50%が工程a)の開始から5分以内に除去されるように、工程a)からの前記フィルムを乾燥させる工程
を含む方法。
A method for making a crosslinked film comprising microfibrillated cellulose (MFC) comprising:
a) applying an aqueous composition comprising a cross-linking agent to a film formed from an aqueous suspension comprising MFC and having a water content of less than 15%, such as less than 10%;
However, when the cross-linking agent is a metal ion, the metal ion is a divalent metal ion having a concentration of less than 50 mM in the aqueous composition, and the charge density of the MFC measured according to SCAN-CM65:02. is between 500 and 1,800 μeq/g; and b) a step such that at least 50% of the water absorbed by the film after application of step a) is removed within 5 minutes from the start of step a) drying the film from a).
工程a)の塗布後に前記フィルムに吸収された水の少なくとも75%が、工程a)の開始から5分以内に除去される、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein at least 75% of the water absorbed by the film after application of step a) is removed within 5 minutes from the start of step a). 工程a)の塗布後に前記フィルムに吸収された水の少なくとも50%が、工程a)の開始から3分以内、例えば工程a)の開始から2分以内に除去される、請求項1又は2に記載の方法。 3. According to claim 1 or 2, wherein at least 50% of the water absorbed by the film after application of step a) is removed within 3 minutes from the start of step a), such as within 2 minutes from the start of step a). described method. 工程b)の前記乾燥が、工程a)の開始から5分以内に前記フィルムの含水量が30%未満、例えば25%未満となるように行われる、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 4. According to any one of claims 1 to 3, wherein the drying of step b) is carried out such that the moisture content of the film is less than 30%, such as less than 25% within 5 minutes from the start of step a). described method. 工程a)の前記MFCが、カルボキシ、カルボキシメチル、カルボキシアルキル、スルホニル、スルホエチル及びホスホリル基から選択される帯電可能部分を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 5. The method of any one of claims 1-4, wherein the MFC of step a) comprises a chargeable moiety selected from carboxy, carboxymethyl, carboxyalkyl, sulfonyl, sulfoethyl and phosphoryl groups. 前記架橋剤が、2価のカチオン、好ましくは2価の金属イオン、例えばZn2+、Ca2+、Cu2+、及びMg2+からなる群から選択されるイオンである、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 6. Any of claims 1-5, wherein the cross-linking agent is a divalent cation, preferably a divalent metal ion, such as an ion selected from the group consisting of Zn 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ and Mg 2+ . The method according to item 1. 前記フィルムが、例えば1~20重量%の量のナノフィラーをさらに含む、請求項6に記載の方法。 7. The method of claim 6, wherein the film further comprises nanofillers in an amount of, for example, 1-20% by weight. 前記架橋溶液中の前記2価イオンの濃度が0.1~50mM、例えば0.1~40mM、好ましくは0.1~30mMである、請求項6~7のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 6-7, wherein the concentration of said divalent ions in said cross-linking solution is 0.1-50 mM, such as 0.1-40 mM, preferably 0.1-30 mM. 前記架橋剤が共有結合を形成し、好ましくはホウ砂、グルタルアルデヒド、クエン酸及びポリカルボン酸からなる群から選択される、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 1 to 5, wherein said cross-linking agent forms covalent bonds and is preferably selected from the group consisting of borax, glutaraldehyde, citric acid and polycarboxylic acids. 工程a)の前記MFCが第4級アミンを含み、前記架橋剤が多価アニオン、例えばリン酸イオン又はポリカルボキシラートイオンである、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。 A process according to any one of claims 1 to 4, wherein the MFC of step a) comprises a quaternary amine and the crosslinker is a polyvalent anion such as a phosphate ion or a polycarboxylate ion. 工程a)の塗布がフィルムプレス又はサイズプレスによって行われる、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。 11. A method according to any one of claims 1 to 10, wherein the application of step a) is done by film press or size press. 工程a)及びb)が、抄紙機内において、好ましくは前記抄紙機の乾燥部内又はその後に実行される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。 12. A method according to any one of the preceding claims, wherein steps a) and b) are carried out in a paper machine, preferably in or after the drying section of said paper machine. 請求項1から12のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
i)MFCを含む前記水性懸濁液を提供する工程、
ii)前記水性懸濁液からウェブを形成し、前記ウェブを脱水及び乾燥させて、工程a)で架橋剤を含む前記水性組成物が塗布されるフィルムを形成する工程、
を含む方法。
13. The method of any one of claims 1-12, further comprising:
i) providing said aqueous suspension comprising MFC;
ii) forming a web from said aqueous suspension, dewatering and drying said web to form a film to which said aqueous composition comprising a cross-linking agent is applied in step a);
method including.
工程i)の前記MFCを提供するために繊維をフィブリル化する工程をさらに含む、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, further comprising fibrillating fibers to provide the MFC of step i). 前記繊維が化学的に修飾され、SCAN-CM65:02に従って測定した電荷密度が500~1,000μeq/gであり、前記化学的修飾が、アルデヒドの導入を先に行った後、TEMPO酸化、アルコキシル化、リン酸化、スルホン化、スルホエチル化及び亜塩素酸塩酸化からなる群から選択され得る、請求項14に記載の方法。 The fiber is chemically modified to have a charge density of 500-1,000 μeq/g measured according to SCAN-CM65:02, and the chemical modification is preceded by the introduction of aldehydes, followed by TEMPO oxidation, alkoxylation 15. The method of claim 14, which can be selected from the group consisting of oxidization, phosphorylation, sulfonation, sulfoethylation and chlorite oxidation. ISO536:2012に従って測定した前記フィルムの坪量が5~100g/mである、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of the preceding claims, wherein the film has a basis weight of 5 to 100 g/m 2 measured according to ISO 536:2012. ISO534:2011に従って測定した前記架橋フィルムの厚みが1~100μm、例えば5~70μm、例えば10~50μmである、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of the preceding claims, wherein the thickness of the crosslinked film measured according to ISO 534:2011 is between 1 and 100 µm, such as between 5 and 70 µm, such as between 10 and 50 µm. 工程b)の前記乾燥が、蒸気加熱シリンダなどの加熱シリンダによって、並びに/又は、熱風及び/若しくは赤外線などの非接触乾燥によって行われる、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。 18. A method according to any one of the preceding claims, wherein the drying of step b) is performed by heating cylinders, such as steam-heated cylinders, and/or by non-contact drying, such as hot air and/or infrared radiation. 請求項1から17のいずれか一項に記載の方法によって得られたMFCを含む架橋フィルムであって、前記フィルムが、前記規格ASTM D3985及びF1927に従って、80%RHで500mlμmm-2-1bar-1未満の酸素透過度(OP)を示す、架橋フィルム。 18. A crosslinked film comprising MFC obtained by the method according to any one of claims 1 to 17, said film having a capacity of 500 ml μmm −2 d −1 bar at 80% RH according to said standards ASTM D3985 and F1927. Crosslinked films exhibiting an oxygen permeability (OP) of less than -1 . 前記架橋剤が2価の金属イオンであり、前記フィルムを製造するために使用される前記MFCの電荷密度をSCAN-CM65:02に従って測定すると500~1,800μeq/gである、請求項19に記載の架橋フィルム。 20. The method of claim 19, wherein the cross-linking agent is a divalent metal ion and the MFC used to make the film has a charge density of 500-1,800 μeq/g as measured according to SCAN-CM65:02. A crosslinked film as described. 前記2価の金属イオンが、Zn2+、Ca2+、Cu2+及びMg2+からなる群から選択される、請求項20に記載の架橋フィルム。 21. The crosslinked film of claim 20, wherein said divalent metal ions are selected from the group consisting of Zn2 + , Ca2 + , Cu2 + and Mg2 + .
JP2022553220A 2019-11-12 2020-11-12 Crosslinked MFC Pending JP2023501001A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19208620.5A EP3822409A1 (en) 2019-11-12 2019-11-12 Crosslinked mfc
EP19208620.5 2019-11-12
PCT/EP2020/081884 WO2021094440A1 (en) 2019-11-12 2020-11-12 Crosslinked mfc

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023501001A true JP2023501001A (en) 2023-01-17

Family

ID=68655249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022553220A Pending JP2023501001A (en) 2019-11-12 2020-11-12 Crosslinked MFC

Country Status (4)

Country Link
EP (2) EP3822409A1 (en)
JP (1) JP2023501001A (en)
CN (1) CN114641597A (en)
WO (1) WO2021094440A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE2250127A1 (en) * 2022-02-10 2023-08-11 Stora Enso Oyj Surface-treated gas barrier film
CN115044993A (en) * 2022-06-21 2022-09-13 天津大学 High-charge-density phosphorylated cellulose nanofiber and hot-dipping preparation method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110281487A1 (en) * 2008-12-26 2011-11-17 Kao Corporation Gas barrier molded article and method for producing the same
CN105764810B (en) * 2013-09-06 2021-04-09 比勒鲁迪克斯那斯公司 Oxygen and water vapor barrier films with low moisture sensitivity made from self-crosslinking fibrillated cellulose
JP6428172B2 (en) * 2014-11-07 2018-11-28 凸版印刷株式会社 Water resistant paper, paper container using the same, and manufacturing method
JP6574601B2 (en) * 2015-04-30 2019-09-11 国立大学法人 東京大学 Cellulose film and method for producing the same
JP2018132655A (en) * 2017-02-15 2018-08-23 旭化成株式会社 Photosensitive composite material sheet, resin fiber composite film, and heat dissipation/heat transfer circuit board
KR20180115531A (en) * 2017-04-13 2018-10-23 포항공과대학교 산학협력단 Method of preparing three dimensional(3D) structure with cellulose nanofiber for cell culture and the structure prepared by using the method
SE543003C2 (en) * 2018-12-21 2020-09-22 Stora Enso Oyj Surface-treated fibrous materials and methods for their preparation

Also Published As

Publication number Publication date
EP3822409A1 (en) 2021-05-19
EP4058632A1 (en) 2022-09-21
WO2021094440A1 (en) 2021-05-20
CN114641597A (en) 2022-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Samyn et al. Nanoparticles and nanostructured materials in papermaking
US11162222B2 (en) Barrier film comprising microfibrillated cellulose and microfibrillated dialdehyde cellulose and a method for manufacturing the barrier film
CN110832013B (en) Method for producing membranes with low oxygen permeability values
CA2799003C (en) Cellulosic barrier composition comprising anionic polymer
JP2019520490A (en) Microfibrillated film
JP7324746B2 (en) Films with good barrier properties and methods of producing films with good barrier properties
CA2799005A1 (en) Cellulosic barrier composition
JP7060597B2 (en) Method for manufacturing a film containing MFC
JP2021507830A (en) Multilayer film containing microfibrillated cellulose
JP2019533771A (en) Method for forming a film comprising nanocellulose
JP2023501001A (en) Crosslinked MFC
JP2023523852A (en) Coated paper substrate suitable for metallization
JP2023500041A (en) Surface-coated cellulose-based film
EP4058631B1 (en) Method of producing a sheet comprising chemically modified cellulose fibres
WO2020044209A1 (en) Method for treating a nanocellulose film and a film treated according to the method
FI121999B (en) Process for making a web and web
WO2019116245A1 (en) Method for oxidation of cellulose