JP2024028775A - Method of manufacturing fine cellulose fiber and paper containing the same - Google Patents

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咲子 中田
Sakiko Nakada
雅人 高山
Masahito Takayama
至誠 後藤
Shisei Goto
悠生 久永
Hisao Hisanaga
金也 田村
Kinya Tamura
遼 外岡
Ryo Sotooka
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Abstract

To provide a method of manufacturing a fine cellulose fiber having good handling ability during manufacturing and transportation.SOLUTION: A method of manufacturing a fine cellulose fiber includes (1) a step of obtaining chemically modified pulp by chemical modification of raw material pulp and (2) a step of mechanically treating the chemically modified pulp obtained in the previous step under conditions with a solid concentration of 15 wt.% or over.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は微細セルロース繊維の製造方法およびそれを含有する紙に関する。 The present invention relates to a method for producing fine cellulose fibers and paper containing the same.

セルロースを微細化して得られるセルロースナノファイバーやミクロフィブリレイテッドセルロース(以下併せて「微細セルロース繊維」という。)は、繊維径がナノ~マイクロオーダーの微細な繊維であり、高強度、高弾性、チキソ性等、通常のパルプにはない機能を有する新規材料として様々な分野での利用が期待されている。 Cellulose nanofibers and microfibrillated cellulose (hereinafter collectively referred to as "fine cellulose fibers"), which are obtained by refining cellulose, are fine fibers with fiber diameters on the nano- to micro-order, and have high strength, high elasticity, and thixotropic properties. It is expected to be used in a variety of fields as a new material that has functions that ordinary pulp does not have, such as elasticity.

微細セルロース繊維の製造方法として、機械的な剪断力でセルロース繊維を微細化(特許文献1)する方法、セルロース繊維に酵素処理や化学変性を施した後に機械的な微細化処理を行う方法(特許文献2)、バクテリアセルロースに代表されるように微生物に微細セルロースを産生(特許文献3)させる方法などが知られている。 Methods for producing fine cellulose fibers include a method in which cellulose fibers are made fine by mechanical shearing force (Patent Document 1), a method in which cellulose fibers are subjected to enzyme treatment or chemical modification, and then mechanically made fine (Patent Document 1). Document 2), and a method of causing microorganisms to produce fine cellulose, as typified by bacterial cellulose (Patent Document 3), are known.

化学変性としては、酸化、エーテル化、カチオン化、エステル化などが挙げられ、導入される置換基としてはカチオン性基またはアニオン性基などがある。アニオン性基の一例としてはカルボキシル基やリン酸エステル基がある。 Examples of chemical modification include oxidation, etherification, cationization, and esterification, and examples of substituents to be introduced include cationic groups and anionic groups. Examples of anionic groups include carboxyl groups and phosphate ester groups.

アニオン性基が導入された化学変性パルプは、水中、酸性条件下ではアニオン性基の末端が酸型となるため親水性が低く、アルカリ性条件下ではアニオン性基の末端が乖離するため親水性が高くなる。通常、アニオン変性セルロースナノファイバーは、変性セルロースをアルカリ処理してアニオン性基を塩型に変換した後、必要に応じて叩解(予備解繊)処理を行ってミクロフィブリレイテッドセルロースを得て、さらに超高圧ホモジナイザーなどの分散機で解繊処理して製造される(例えば特許文献4)。アニオン性基が乖離した状態の化学変性パルプは、水との親和性が非常に高く、膨潤し高粘度化するため、通常は固形分濃度5重量%以下程度の低濃度分散液を用いて叩解処理が行われていた。一方、当該固形分濃度を向上させるために、叩解して微細化を進めたフィブリルセルロースのpHを低くして保水性を低下させて、高濃度化する方法が知られている(特許文献5、6)。 Chemically modified pulp with anionic groups introduced has low hydrophilicity in water under acidic conditions because the terminals of the anionic groups become acidic, and under alkaline conditions the terminals of the anionic groups separate and become less hydrophilic. It gets expensive. Usually, anion-modified cellulose nanofibers are produced by treating modified cellulose with alkali to convert anionic groups into salt forms, and then performing beating (pre-fibrillation) treatment as necessary to obtain microfibrillated cellulose. It is manufactured by defibrating with a dispersing machine such as an ultra-high pressure homogenizer (for example, Patent Document 4). Chemically modified pulp with anionic groups dissociated has a very high affinity with water and swells and becomes highly viscous, so it is usually beaten using a low-concentration dispersion with a solid content of 5% by weight or less. processing was being carried out. On the other hand, in order to improve the solid content concentration, there is a known method of increasing the concentration by lowering the pH of fibril cellulose that has been refined into fine particles by lowering its water retention property (Patent Document 5, 6).

ところで、紙は、印刷用紙や記録用紙等の情報記録媒体用途や包装用途等の種々の分野に使用されており、いずれの用途においても使用時や加工時に十分な強度を有することが求められている。紙の強度やこわさを改善することを目的として、例えば特許文献7には酸化パルプを添加した紙基材が、特許文献8には共処理されたミクロフィブリレイテッドセルロースおよび無機粒子組成物を含む紙製品が開示されている。 By the way, paper is used in various fields such as information recording media such as printing paper and recording paper, and packaging, and in all applications, it is required to have sufficient strength during use and processing. There is. For the purpose of improving the strength and stiffness of paper, for example, Patent Document 7 discloses a paper base material to which oxidized pulp is added, and Patent Document 8 discloses a paper containing co-treated microfibrillated cellulose and an inorganic particle composition. The product is disclosed.

特開平6-10280号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-10280 特開2010-235679号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-235679 特開平8-291201号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-291201 国際公開2017/057710号International Publication 2017/057710 特表2017-527660号公報Special table 2017-527660 publication 特表2015-508839号公報Special Publication No. 2015-508839 国際公開第2014/097929号International Publication No. 2014/097929 特開2017-203243号公報JP2017-203243A

特許文献7および8に記載のとおり、微細セルロース繊維は、紙をはじめとして種々の分野において新たな機能を付与できることが期待される。しかし従来の微細セルロース繊維の製造方法では、固形分濃度が5重量%以下という低濃度の条件で叩解処理を行っていたため、製造時や輸送におけるハンドリング性に問題があった。セルロースナノファイバーをはじめとする微細セルロース繊維は、その製造工程に、酸化、アルカリ処理、叩解、解繊等の複数の工程を備える。よって、発明者らは各工程での処理濃度を向上させることができれば、処理量や輸送時のコストなどの観点から、有利に微細セルロース繊維を製造することができるという着想を得た。また、特許文献5および6に開示されているように、微細化後に、微細セルロース繊維スラリーを濃縮して高濃度化することは検討されていたが、叩解に供するスラリー中の化学変性パルプ濃度を高めるという技術はなかった。さらに、化学変性パルプを原料としてミクロフィブリレイテッドセルロース(以下「MFC」ともいう)を製造する際、スラリー粘度をあまり上昇させることなくMFC化を進めることは困難であり、ハンドリング性に問題があった。かかる事情を鑑み、本発明は、製造時や輸送時のハンドリング性が良好な微細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。 As described in Patent Documents 7 and 8, fine cellulose fibers are expected to be able to provide new functions in various fields including paper. However, in the conventional method for producing fine cellulose fibers, the beating treatment was performed at a low solid content concentration of 5% by weight or less, which caused problems in handling during production and transportation. The manufacturing process of fine cellulose fibers including cellulose nanofibers includes multiple steps such as oxidation, alkali treatment, beating, and fibrillation. Therefore, the inventors came up with the idea that if the processing concentration in each step could be improved, fine cellulose fibers could be advantageously produced from the viewpoint of processing amount and transportation cost. In addition, as disclosed in Patent Documents 5 and 6, it has been considered to concentrate the fine cellulose fiber slurry after micronization to increase the concentration, but the concentration of chemically modified pulp in the slurry subjected to beating has been There was no technology to improve it. Furthermore, when manufacturing microfibrillated cellulose (hereinafter also referred to as "MFC") from chemically modified pulp as a raw material, it is difficult to proceed with MFC without significantly increasing the slurry viscosity, and there are problems with handling. . In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing fine cellulose fibers that is easy to handle during production and transportation.

発明者らは、化学変性パルプを特定の条件で機械的処理を実施することによって前記課題を解決した。すなわち、前記課題は以下の本発明によって解決される。
態様1
(1)原料パルプを化学変性して化学変性パルプを得る工程、
(2)前記工程で得た化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理する工程、
を含む、微細セルロース繊維の製造方法。
態様2
前記機械的処理が叩解である、態様1に記載の製造方法。
態様3
前記化学変性パルプがアニオン変性パルプである、態様1または2に記載の製造方法。
態様4
前記化学変性パルプが、0.3~2.5mmol/gのカルボキシル基を有する、態様1~3のいずれかに記載の製造方法。
態様5
前記化学変性パルプを酸処理する工程を含む、態様1~4のいずれかに記載の製造方法。
態様6
前記化学変性パルプをアルカリ処理する工程を含む態様1~5のいずれかに記載の製造方法。
態様7
前記酸処理が、前記化学変性パルプと水を含む混合物に酸を加えて当該混合物のpHを6.5以下に調整することを含む、態様5に記載の製造方法。
態様8
前記アルカリ処理が、前記化学変性パルプと水を含む混合物にアルカリを加えて、当該混合物のpHを中性以上に調整することを含む、態様6に記載の製造方法。
態様9
前記微細セルロース繊維が、ミクロフィブリレイテッドセルロースである、態様1~8のいずれかに記載の製造方法。
態様10
前記微細セルロース繊維が、セルロースナノファイバーである態様1~8のいずれかに記載の方法。
態様11
前記工程(2)が、異なる条件で機械的処理を複数回行ってミクロフィブリレイテッドセルロースを得ることを含む工程であって、そのうち少なくとも1回は固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理を行う工程である、態様9に記載の製造方法。
態様12
前記工程(2)が、前記化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理した後に、固形分濃度15重量%未満の条件で機械的処理を施してミクロフィブリレイテッドセルロースを得ることを含む、態様11に記載の製造方法。
態様13
前記工程(2)が、前記機械的処理によって生成したミクロフィブレイテッドセルロースに、さらに機械的処理を施してセルロースナノファイバーとすることを含む、態様10に記載の製造方法。
態様14
前記機械的処理によって生成した微細セルロース繊維をアルカリ処理する工程を含む、態様1~13のいずれかに記載の製造方法。
態様15
前記工程(2)が、
(2-1)前記化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理して微細セルロース繊維が絡まりあって形成されるセルロースファイバーボールを形成すること、および
(2-2)前記セルロースファイバーボールをアルカリ処理してミクロフィブレイテッドセルロースを調製することを含む、態様9に記載の製造方法。
態様16
前記工程(2)が、
(2-1)前記化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理して微細セルロース繊維が絡まりあって形成されるセルロースファイバーボールを形成すること、
(2-2)前記セルロースファイバーボールをアルカリ処理してミクロフィブレイテッドセルロースを調製すること、および
(2-3)前記ミクロフィブレイテッドセルロースを機械的処理してセルロースナノファイバーを調製する工程を含む、態様10に記載の製造方法。
態様17
前記アルカリ処理が、前記セルロースファイバーボールと水を含む混合物にアルカリを加えて、当該混合物のpHを中性以上に調整することを含む、態様15または16に記載の製造方法。
態様18
態様1~17のいずれかの方法によって微細セルロースを準備する工程、
パルプと当該微細セルロースを含むスラリーを調製する工程、および
当該スラリーを抄紙する工程を備える、
紙の製造方法。
The inventors solved the above problem by mechanically treating chemically modified pulp under specific conditions. That is, the above-mentioned problem is solved by the present invention described below.
Aspect 1
(1) A step of chemically modifying raw material pulp to obtain chemically modified pulp;
(2) a step of mechanically treating the chemically modified pulp obtained in the above step at a solid content concentration of 15% by weight or more;
A method for producing fine cellulose fibers, comprising:
Aspect 2
The manufacturing method according to aspect 1, wherein the mechanical treatment is beating.
Aspect 3
The manufacturing method according to aspect 1 or 2, wherein the chemically modified pulp is an anionically modified pulp.
Aspect 4
The production method according to any one of aspects 1 to 3, wherein the chemically modified pulp has 0.3 to 2.5 mmol/g of carboxyl groups.
Aspect 5
The production method according to any one of aspects 1 to 4, comprising a step of acid-treating the chemically modified pulp.
Aspect 6
The production method according to any one of aspects 1 to 5, comprising a step of treating the chemically modified pulp with an alkali.
Aspect 7
The manufacturing method according to aspect 5, wherein the acid treatment includes adding an acid to the mixture containing the chemically modified pulp and water to adjust the pH of the mixture to 6.5 or less.
Aspect 8
The manufacturing method according to aspect 6, wherein the alkali treatment includes adding an alkali to the mixture containing the chemically modified pulp and water to adjust the pH of the mixture to above neutral.
Aspect 9
The manufacturing method according to any one of aspects 1 to 8, wherein the fine cellulose fibers are microfibrillated cellulose.
Aspect 10
The method according to any one of aspects 1 to 8, wherein the fine cellulose fibers are cellulose nanofibers.
Aspect 11
The step (2) is a step that includes performing mechanical treatment multiple times under different conditions to obtain microfibrillated cellulose, in which at least one of the mechanical treatments is performed under conditions where the solid content concentration is 15% by weight or more. The manufacturing method according to aspect 9, which is a step of performing.
Aspect 12
In the step (2), the chemically modified pulp is mechanically treated under conditions where the solid content concentration is 15% by weight or more, and then mechanically treated under conditions where the solid content concentration is less than 15% by weight to obtain microfibrillated cellulose. The manufacturing method according to aspect 11, comprising:
Aspect 13
The manufacturing method according to aspect 10, wherein the step (2) includes further subjecting the microfibrated cellulose produced by the mechanical treatment to cellulose nanofibers.
Aspect 14
The manufacturing method according to any one of aspects 1 to 13, comprising a step of treating the fine cellulose fibers produced by the mechanical treatment with an alkali.
Aspect 15
The step (2) is
(2-1) forming a cellulose fiber ball formed by entangling fine cellulose fibers by mechanically treating the chemically modified pulp at a solid content concentration of 15% by weight or more, and (2-2) the above-mentioned The manufacturing method according to aspect 9, comprising preparing microfibrated cellulose by treating cellulose fiber balls with alkali.
Aspect 16
The step (2) is
(2-1) Mechanically treating the chemically modified pulp at a solid content concentration of 15% by weight or more to form cellulose fiber balls in which fine cellulose fibers are entangled;
(2-2) preparing microfibrated cellulose by treating the cellulose fiber balls with an alkali; and (2-3) mechanically treating the microfibrated cellulose to prepare cellulose nanofibers. The manufacturing method according to aspect 10, comprising:
Aspect 17
17. The manufacturing method according to aspect 15 or 16, wherein the alkali treatment includes adding an alkali to the mixture containing the cellulose fiber balls and water to adjust the pH of the mixture to neutral or higher.
Aspect 18
preparing fine cellulose by the method of any of aspects 1 to 17;
A step of preparing a slurry containing pulp and the fine cellulose, and a step of making paper from the slurry,
Paper manufacturing method.

本発明によって、製造時や輸送時のハンドリング性が良好な微細セルロース繊維の製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing fine cellulose fibers that is easy to handle during production and transportation.

以下、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とYを含む。 The present invention will be explained in detail below. In the present invention, "X~Y" includes the end values of X and Y.

1.微細セルロース繊維
本発明において、微細セルロース繊維とは、平均繊維径が500nm未満のセルロースナノファイバー(以下「CNF」ともいう)および500nm以上のミクロフィブリレイテッドセルロース(以下「MFC」ともいう)を総称した繊維をいう。当該平均繊維径は長さ加重平均繊維径であり、例えばバルメット株式会社製フラクショネータや光学顕微鏡、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて微細セルロース繊維を観察することにより測定できる。当該繊維径の下限は好ましくは1nm以上であり、上限は特に限定されないが10mm以下程度であり、好ましくは1mm以下である。本発明においてMFCとCNFでは平均繊維径の測定方法が異なる。そこで、まず、得られた微細セルロース繊維の平均繊維径を、ABB株式会社製ファイバーテスターやバルメット株式会社製フラクショネータ等の画像解析に供して、MFCとCNFのいずれであるかを決定する。そして、得られた微細セルロース繊維がMFCである場合、前記フラクショネータで測定して平均繊維径を求める。また、微細セルロース繊維がCNFである場合はAFMを用いて平均繊維径を測定できる。
1. Fine cellulose fibers In the present invention, fine cellulose fibers collectively refer to cellulose nanofibers (hereinafter also referred to as "CNF") with an average fiber diameter of less than 500 nm and microfibrillated cellulose (hereinafter also referred to as "MFC") with an average fiber diameter of 500 nm or more. Refers to fiber. The average fiber diameter is a length-weighted average fiber diameter, and can be measured by observing fine cellulose fibers using, for example, a fractionator manufactured by Valmet Corporation, an optical microscope, an electron microscope, or an atomic force microscope (AFM). The lower limit of the fiber diameter is preferably 1 nm or more, and the upper limit is not particularly limited, but is about 10 mm or less, preferably 1 mm or less. In the present invention, the method for measuring the average fiber diameter is different between MFC and CNF. Therefore, first, the average fiber diameter of the obtained fine cellulose fibers is subjected to image analysis using a fiber tester manufactured by ABB Corporation, a fractionator manufactured by Valmet Corporation, etc. to determine whether it is MFC or CNF. If the obtained fine cellulose fibers are MFC, they are measured using the fractionator to determine the average fiber diameter. Furthermore, when the fine cellulose fibers are CNF, the average fiber diameter can be measured using AFM.

[MFC]
本発明では、化学変性パルプを、生成する微細セルロース繊維の平均繊維径を500nm以上とするように機械的処理(好ましくは叩解)することでMFCを製造できる。平均繊維径の下限は好ましくは1μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、上限は、好ましくは30μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。当該MFCの平均繊維長は1μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、50μm以上がさらに好ましい。その上限は2.0mm以下が好ましく、1.5mm以下程度がより好ましい。本発明において平均繊維長は長さ加重平均繊維長である。
[MFC]
In the present invention, MFC can be produced by mechanically treating (preferably beating) chemically modified pulp so that the average fiber diameter of the resulting fine cellulose fibers is 500 nm or more. The lower limit of the average fiber diameter is preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more, and the upper limit is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less. The average fiber length of the MFC is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 50 μm or more. The upper limit is preferably 2.0 mm or less, more preferably about 1.5 mm or less. In the present invention, the average fiber length is a length-weighted average fiber length.

MFCと原料であるセルロース繊維とは機械的処理の度合いが異なる。機械的処理の度合いは繊維を直接観察することによって確認できる。また、機械的処理の度合いを定量化することは一般に容易ではないが、機械処理後の濾水度や保水度の変化量や表面積(例えばBET)の変化量で定量化することも可能である。一例として、以下に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より選択される物質の存在下で、酸化剤を用いて酸化して得た酸化セルロースの場合を説明する。この場合、MFCの解繊前のパルプの濾水度(F)が10ml以上変化する程度に機械的処理、特に叩解して得たものであることが好ましい。すなわち、処理後の濾水度をFとすると、濾水度の差ΔF=|F-F|は10ml以上であることが好ましく、20ml以上であることがより好ましく、30ml以上であることがさらに好ましい。パルプの濾水度は変性の度合いによって異なるが、機械的処理前のパルプの濾水度を基準とするため、前記定義によって化学変性の度合いに因らず機械的処理の度合いを特定できる。Fは化学変性の度合いによって異なるため、ΔFの上限を一義に定めることは困難であるが、処理後の濾水度FはFよりも小さくなるか、もしくはパルプが機械的処理によって非常に微細になることで、Fよりも大きくなる(叩解後パルプが水と一緒にメッシュを抜ける)。このようにして得た化学変性MFCのバルメット株式会社製フラクショネータによって求めたフィブリル化率は1.0%以上であることが好ましく、2.5%以上であることがより好ましく、3.5%以上であることがさらに好ましい。パルプの種類によってフィブリル化率が異なるが、上記範囲であれば、十分に機械的処理が行われていると考えられる。 The degree of mechanical processing differs between MFC and cellulose fibers as raw materials. The degree of mechanical treatment can be confirmed by directly observing the fibers. In addition, although it is generally not easy to quantify the degree of mechanical treatment, it is also possible to quantify it by the amount of change in freeness or water retention, or the amount of change in surface area (for example, BET) after mechanical treatment. . As an example, the case of oxidized cellulose obtained by oxidizing with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a substance selected from the group consisting of bromides, iodides and mixtures thereof will be described below. In this case, it is preferable that the MFC be obtained by mechanical treatment, particularly beating, to such an extent that the freeness (F 0 ) of the pulp before defibration changes by 10 ml or more. That is, assuming that the freeness after treatment is F, the difference in freeness ΔF=|F 0 −F| is preferably 10 ml or more, more preferably 20 ml or more, and preferably 30 ml or more. More preferred. The freeness of pulp varies depending on the degree of denaturation, but since the freeness of the pulp before mechanical treatment is used as a standard, the above definition allows the degree of mechanical treatment to be specified regardless of the degree of chemical denaturation. Since F 0 varies depending on the degree of chemical denaturation, it is difficult to define an unambiguous upper limit for ΔF, but the freeness F after treatment will be smaller than F 0 or the pulp will be significantly reduced by mechanical treatment. By becoming finer, it becomes larger than F 0 (pulp passes through the mesh together with water after beating). The fibrillation rate of the chemically modified MFC thus obtained, determined using a fractionator manufactured by Valmet Corporation, is preferably 1.0% or more, more preferably 2.5% or more, and 3.5% or more. % or more is more preferable. The fibrillation rate varies depending on the type of pulp, but if it is within the above range, it is considered that mechanical treatment has been sufficiently performed.

また、本発明で得られるMFCは、機械的処理を行う前のパルプのフィブリル化率(f)が1ポイント以上向上する程度に機械的処理を行って得られたものであることが好ましい。すなわち、処理後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0.2%以上であり、より好ましくは1ポイント以上、さらに好ましくは2.5ポイント以上である。 Further, the MFC obtained in the present invention is preferably obtained by mechanically processing the pulp to such an extent that the fibrillation rate (f 0 ) of the pulp before mechanically processing is improved by one point or more. That is, if the fibrillation rate after treatment is f, then the difference in fibrillation rate Δf = f - f 0 only needs to exceed 0, preferably 0.2% or more, more preferably 1 point or more, More preferably, it is 2.5 points or more.

前記機械的処理の度合いは、前述の指標以外にスラリーとしたときの吸光度、粘度特性(たとえば回転数-粘度の関係)等によっても評価できる。 The degree of the mechanical treatment can be evaluated not only by the above-mentioned indicators but also by the absorbance and viscosity characteristics (for example, the relationship between rotational speed and viscosity) when made into a slurry.

[CNF]
本発明においては、化学変性パルプを、生成する微細セルロース繊維の平均繊維径を500nm未満とするように機械的処理(好ましくは解繊)をすることでCNFを製造できる。具体的には、機械的処理の装置や強度、回数、時間を調整することでCNFを製造できる。あるいは、前述のとおりに製造したMFCを、さらに機械的処理に供してCNFを製造することもできる。この場合の機械的処理も好ましくは解繊処理であり、工程(2)で述べる装置を用いることができる。本発明で得られたCNFは、従来の方法で製造されたCNFと同等の性能を有する。本発明のCNFの平均繊維径は好ましくは100nm以下であり、より好ましくは50nm以下である。その下限は好ましくは1nm以上であり、より好ましくは2nm以上である。平均繊維長は好ましくは5μm以下であり、より好ましくは3μm以下である。平均繊維長の下限は0.1μm以上程度である。平均繊維長および繊維径は、前述のとおり得られた微細セルロース繊維がCNFであることを確認した上で、径が20nm未満の場合は原子間力顕微鏡(AFM)、20nm以上の場合は、電解法出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について、解析し、平均を算出することにより測定することができる。また、このようにして得られた値を用いて、下記の式によりアスペクトを算出すことができる。本発明のCNFのアスペクト比は好ましくは50以上である。
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
[CNF]
In the present invention, CNF can be produced by mechanically treating (preferably defibrating) chemically modified pulp so that the average fiber diameter of the resulting fine cellulose fibers is less than 500 nm. Specifically, CNF can be manufactured by adjusting the mechanical processing equipment, intensity, number of times, and time. Alternatively, CNF can be produced by further subjecting the MFC produced as described above to mechanical treatment. The mechanical treatment in this case is also preferably defibration treatment, and the apparatus described in step (2) can be used. The CNF obtained by the present invention has performance equivalent to that of CNF produced by conventional methods. The average fiber diameter of the CNF of the present invention is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. The lower limit is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more. The average fiber length is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less. The lower limit of the average fiber length is about 0.1 μm or more. After confirming that the obtained fine cellulose fibers are CNF as described above, the average fiber length and fiber diameter are measured using an atomic force microscope (AFM) if the diameter is less than 20 nm, and by electrolysis if the diameter is 20 nm or more. The measurement can be performed by analyzing 200 randomly selected fibers using a focused scanning electron microscope (FE-SEM) and calculating the average. Furthermore, using the values obtained in this manner, the aspect can be calculated using the following formula. The aspect ratio of the CNF of the present invention is preferably 50 or more.
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter

[CFB]
本発明では、化学変性パルプが叩解されることによってフィブリル化が促進され、微細セルロース繊維が形成される。この際、微細セルロース繊維が毛玉のように絡み合って形成された略球状(球体または楕円体)の材料(集合体)であるセルロースファイバーボール(以下「CFB」ともいう)を経由してもよい。すなわち、化学変性パルプからCFBが形成され、それから微細セルロース繊維が形成されてもよい。1つのCFBは1本の微細セルロース繊維から形成されうるが、好ましくは複数の微細セルロース繊維から形成される。
[CFB]
In the present invention, fibrillation is promoted by beating the chemically modified pulp to form fine cellulose fibers. At this time, a cellulose fiber ball (hereinafter also referred to as "CFB"), which is a substantially spherical (spherical or ellipsoidal) material (aggregate) formed by entwining fine cellulose fibers like a pill, may be used. . That is, CFB may be formed from chemically modified pulp and fine cellulose fibers may be formed therefrom. One CFB can be formed from one fine cellulose fiber, but is preferably formed from a plurality of fine cellulose fibers.

(1)平均粒子径
CFBのレーザー回折式粒度計を用いた湿式測定による平均粒子径(D50)は好ましくは50μm~2mmである。後述するとおりCFBからMFCを製造できる。しかしながら前記平均粒子径が上限値を超えるとMFCの製造が困難になりうる。また平均粒子径が下限値未満であると、製造工程においてCFBを単離する際に取扱性が困難となる場合がある。この観点からCFBの湿式測定による平均粒子径(D50)は50μm~1.5mmであることがより好ましい。CFBが水等の分散媒に分散している場合、その平均粒子径はpH等によって変動する。よって、本発明における平均粒子径やアスペクト比は、pH6以下の酸性の分散液を用いて測定される。
(1) Average particle diameter The average particle diameter (D50) determined by wet measurement using a CFB laser diffraction granulometer is preferably 50 μm to 2 mm. As described later, MFC can be manufactured from CFB. However, if the average particle diameter exceeds the upper limit, it may become difficult to manufacture MFC. Furthermore, if the average particle diameter is less than the lower limit, handling may become difficult when isolating CFB in the manufacturing process. From this point of view, it is more preferable that the average particle diameter (D50) of CFB by wet measurement is 50 μm to 1.5 mm. When CFB is dispersed in a dispersion medium such as water, the average particle diameter varies depending on the pH and the like. Therefore, the average particle diameter and aspect ratio in the present invention are measured using an acidic dispersion having a pH of 6 or less.

(2)アスペクト比(L/D)
CFBのアスペクト比(L/D)は好ましくは10以下であり、より好ましくは8以下である。L/Dは任意の顕微鏡、例えばバルメット株式会社製フラクショネータやデジタルマイクロスコープ(ニコン社製)、レーザー顕微鏡(オリンパス社製)でCFBが水に分散した分散液(pH6以下)中のCFBを観察することにより測定できる。L(粒子の長軸の長さ)およびD(粒子の短軸の長さ)を目視によって判断し、画像解析ソフトを用いてそれぞれの長さを測定することで算出する。長軸は、粒子の長手方向において最大長さを示す軸として決定され、短軸は長軸に直交し、かつ当該方向において最大長さ(幅)示す軸として決定される。
(2) Aspect ratio (L/D)
The aspect ratio (L/D) of CFB is preferably 10 or less, more preferably 8 or less. L/D measures CFB in a dispersion of CFB in water (pH 6 or less) using any microscope, such as a fractionator manufactured by Valmet Corporation, a digital microscope (manufactured by Nikon Corporation), or a laser microscope (manufactured by Olympus Corporation). It can be measured by observation. L (the length of the major axis of the particle) and D (the length of the minor axis of the particle) are determined visually and calculated by measuring each length using image analysis software. The major axis is determined as the axis that exhibits the maximum length in the longitudinal direction of the particle, and the minor axis is determined as the axis that is perpendicular to the major axis and exhibits the maximum length (width) in that direction.

(3)自己崩壊性
CFBは特定の条件下において、自己を形成している微細セルロース繊維(好ましくはMFC)にほぐれるという崩壊性を有する。具体的に、CFBは、2重量%の酸性水懸濁液とした後に当該懸濁液のpHを中性~アルカリ性とすると水中で崩壊し、微細セルロース繊維が水中に分散した分散液を生成する。酸性水懸濁液のpHは2以上6.5未満であることが好ましい。また当該懸濁液を中性~アルカリ性にする場合、pHは6.5以上であることが好ましい。本発明では、この原理を利用してCFBを経由して微細セルロース繊維を得ることができるが、その詳細は後述する。
(3) Self-disintegrating property CFB has a disintegrating property in that it disintegrates into self-forming fine cellulose fibers (preferably MFC) under certain conditions. Specifically, CFB is made into a 2% by weight acidic water suspension and then disintegrated in water when the pH of the suspension is made neutral to alkaline, producing a dispersion in which fine cellulose fibers are dispersed in water. . The pH of the acidic aqueous suspension is preferably 2 or more and less than 6.5. Further, when the suspension is made neutral to alkaline, the pH is preferably 6.5 or higher. In the present invention, using this principle, fine cellulose fibers can be obtained via CFB, the details of which will be described later.

2.微細セルロース繊維の製造方法
(1)工程1
[原料パルプ]
本工程では原料パルプを化学変性して化学変性パルプを得る。原料パルプとしては、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)、広葉樹未漂白サルファイトパルプ(LUSP)、広葉樹漂白サルファイトパルプ(LBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、加圧砕木パルプ(PGW)、リファイナーグラウンドウッドパルプ(RGP)、アルカリ過酸化水素メカニカルパルプ(APMP)、アルカリ過酸化水素サーモメカニカルパルプ(APTMP)、リンター、ジュート、麻、コウゾ、ミツマタ、ケナフ等の草本由来のパルプ、竹由来のパルプ、再生パルプ、古紙パルプ等が挙げられるが、これらに限定されない。
2. Manufacturing method for fine cellulose fibers (1) Step 1
[Raw material pulp]
In this step, raw material pulp is chemically modified to obtain chemically modified pulp. Raw material pulps include softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood Bleached sulfite pulp (NBSP), hardwood unbleached sulfite pulp (LUSP), hardwood bleached sulfite pulp (LBSP), thermomechanical pulp (TMP), chemi-thermomechanical pulp (CTMP), pressurized groundwood pulp (PGW), Refiner ground wood pulp (RGP), alkaline hydrogen peroxide mechanical pulp (APMP), alkaline hydrogen peroxide thermomechanical pulp (APTMP), linter, jute, hemp, mulberry, mitsumata, kenaf and other herbaceous pulps, bamboo-derived pulps Examples include, but are not limited to, pulp, recycled pulp, waste paper pulp, and the like.

[化学変性]
化学変性とはパルプに官能基を導入することであり、化学変性はアニオン変性であることが好ましい、すなわち化学変性パルプはアニオン性基を有することが好ましい。アニオン性基としてはカルボキシル基、カルボキシル基含有基、リン酸基、リン酸基含有基、硫酸エステル基等の酸基が挙げられる。カルボキシル基含有基としては、-COOH基、-R-COOH(Rは炭素数が1~3のアルキレン基)、-O-R-COOH(Rは炭素数が1~3のアルキレン基)が挙げられる。リン酸基含有基としては、ポリリン酸基、亜リン酸基、ホスホン酸基、ポリホスホン酸基等が挙げられる。これらの酸基は反応条件によっては、塩の形態(例えばカルボキシレート基(-COOM、Mは金属原子))で導入されることもある。本発明において化学変性は酸化またはエーテル化が好ましい。
[Chemical denaturation]
Chemical modification refers to introducing a functional group into the pulp, and the chemical modification is preferably anionic modification, that is, the chemically modified pulp preferably has anionic groups. Examples of the anionic group include acid groups such as a carboxyl group, a carboxyl group-containing group, a phosphoric acid group, a phosphoric acid group-containing group, and a sulfuric acid ester group. Examples of the carboxyl group-containing group include -COOH group, -R-COOH (R is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms), -O-R-COOH (R is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms). It will be done. Examples of the phosphoric acid group-containing group include a polyphosphoric acid group, a phosphorous acid group, a phosphonic acid group, a polyphosphonic acid group, and the like. Depending on the reaction conditions, these acid groups may be introduced in the form of a salt (for example, a carboxylate group (-COOM, M is a metal atom)). In the present invention, chemical modification is preferably oxidation or etherification.

酸化は公知のとおりに実施できる。例えば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より選択される物質との存在下で、酸化剤を用いて水中で原料パルプを酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、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、アルデヒド基、カルボキシル基、およびカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。あるいは、オゾン酸化方法が挙げられる。この酸化反応によればセルロースを構成する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。 Oxidation can be carried out as known. For example, a method of oxidizing raw pulp in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a substance selected from the group consisting of bromides, iodides and mixtures thereof can be mentioned. According to this method, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized to produce a group selected from the group consisting of aldehyde groups, carboxyl groups, and carboxylate groups. Alternatively, an ozone oxidation method may be used. According to this oxidation reaction, at least the hydroxyl groups at the 2- and 6-positions of the glucopyranose rings constituting cellulose are oxidized, and the cellulose chain is decomposed.

カルボキシル基量の測定方法の一例を以下に説明する。酸化セルロースの0.5重量%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する。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ことができる。
カルボキシル基量〔mmol/g酸化セルロース〕=a〔mL〕×0.05/酸化セルロース重量〔g〕
An example of a method for measuring the amount of carboxyl groups will be explained below. Prepare 60 mL of 0.5% by weight slurry (aqueous dispersion) of oxidized cellulose, add 0.1M hydrochloric acid aqueous solution to adjust the pH to 2.5, and then dropwise add 0.05N sodium hydroxide aqueous solution to bring the pH to 11. Measure the electrical conductivity until the It can be calculated using the following formula from the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid where the change in electrical conductivity is gradual.
Amount of carboxyl group [mmol/g oxidized cellulose] = a [mL] x 0.05/weight of oxidized cellulose [g]

このようにして測定した酸化セルロース中のカルボキシル基の量は、絶乾重量に対して、好ましくは0.1mmol/g以上、より好ましくは0.3mmol/g以上、さらに好ましくは0.5mmol/g以上、よりさらに好ましくは0.8mmol/g以上である。当該量の上限は、好ましくは3.0mmol/g以下、より好ましくは2.5mmol/g以下、さらに好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、当該量は0.1~3.0mmol/gが好ましく、0.3~2.5mmol/gがより好ましく、0.5~2.5mmol/gがさらに好ましく、0.8~2.0mmol/gがよりさらに好ましい。 The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose measured in this way is preferably 0.1 mmol/g or more, more preferably 0.3 mmol/g or more, and even more preferably 0.5 mmol/g based on the bone dry weight. Above, even more preferably 0.8 mmol/g or more. The upper limit of the amount is preferably 3.0 mmol/g or less, more preferably 2.5 mmol/g or less, even more preferably 2.0 mmol/g or less. Therefore, the amount is preferably 0.1 to 3.0 mmol/g, more preferably 0.3 to 2.5 mmol/g, even more preferably 0.5 to 2.5 mmol/g, and even more preferably 0.8 to 2.0 mmol/g. /g is even more preferred.

エーテル化としては、カルボキシメチル(エーテル)化、メチル(エーテル)化、エチル(エーテル)化、シアノエチル(エーテル)化、ヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピル(エーテル)化、エチルヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピルメチル(エーテル)化などが挙げられる。この中でもカルボキシメチル化が好ましい。カルボキシメチル化は、例えば、発底原料としての原料パルプをマーセル化し、その後エーテル化する方法により実施できる。 Etherification includes carboxymethyl (ether), methyl (ether), ethyl (ether), cyanoethyl (ether), hydroxyethyl (ether), hydroxypropyl (ether), and ethylhydroxyethyl (ether). and hydroxypropylmethyl (ether). Among these, carboxymethylation is preferred. Carboxymethylation can be carried out, for example, by mercerizing raw material pulp as a bottom forming raw material and then etherifying it.

カルボキシメチル化セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定は例えば、次の方法による。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)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時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(カルボキシメチル化セルロース)を水素型カルボキシメチル化セルロースにする。3)水素型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5g以上2.0g以下程度精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで水素型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’-(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型カルボキシメチル化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型カルボキシメチル化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのHSOのファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of carboxymethylated cellulose can be measured, for example, by the following method. That is, 1) Accurately weigh about 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dried) and place it in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 2) Add 100 mL of methanol nitric acid (a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol) and shake for 3 hours to convert carboxymethylcellulose salt (carboxymethylated cellulose) into hydrogen-type carboxymethylated cellulose. 3) Accurately weigh 1.5 g or more and 2.0 g or less of hydrogen-type carboxymethylated cellulose (absolutely dried) and place it in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet hydrogen carboxymethylated cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. 5) Back titrate excess NaOH with 0.1N H2SO4 using phenolphthalein as indicator. 6) Calculate the degree of carboxymethyl substitution (DS) by the following formula:
A=[(100×F'-(0.1N H 2 SO 4 )(mL)×F)×0.1]/(absolute dry mass (g) of hydrogen-type carboxymethylated cellulose)
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A: Amount of 1N NaOH (mL) required to neutralize 1g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose
F: Factor of 0.1N H 2 SO 4 F': Factor of 0.1N NaOH

カルボキシメチル化セルロース中の無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上がさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル基置換度は、0.01~0.50が好ましく、0.05~0.40がより好ましく、0.10~0.30がさらに好ましい。 The degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit in carboxymethylated cellulose is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and even more preferably 0.10 or more. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and even more preferably 0.35 or less. Therefore, the degree of carboxymethyl group substitution is preferably from 0.01 to 0.50, more preferably from 0.05 to 0.40, even more preferably from 0.10 to 0.30.

(2)工程2
本工程では化学変性パルプに機械的処理を行う。本発明において機械的処理とは、繊維を混合しさらに微細化またはフィブリル化することをいい、叩解、解繊、分散、混錬等を含む。微細化は繊維長、繊維径等が小さくなることいい、フィブリル化は繊維の毛羽立ちが多くなることをいう。機械的処理に用いる装置は限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧または超高圧ホモジナイザー、リファイナー、ビーター、PFIミル、ニーダー、ディスパーザー、高速離解機、トップファイナーなど回転軸を中心として金属または刃物とパルプ繊維を作用させるもの、あるいはパルプ繊維同士の摩擦によるものを使用することができる。本発明においては、繊維のフィブリル化を効率的に進めることができるため、機械的処理はリファイナーやニーダーを用いた叩解であることが好ましい。
(2) Process 2
In this process, chemically modified pulp is mechanically treated. In the present invention, mechanical treatment refers to mixing fibers and further making them fine or fibrillated, and includes beating, fibrillation, dispersion, kneading, and the like. Refinement refers to a decrease in fiber length, fiber diameter, etc., and fibrillation refers to an increase in the fluffiness of the fibers. Devices used for mechanical processing are not limited, but include, for example, high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, and ultrasonic type devices, such as high-pressure or ultra-high pressure homogenizers, refiners, beaters, PFI Mills, kneaders, dispersers, high-speed disintegrators, top finers, and other devices in which pulp fibers interact with metal or cutlery around a rotating shaft, or devices that use friction between pulp fibers can be used. In the present invention, the mechanical treatment is preferably beating using a refiner or kneader, since fibrillation of the fibers can be efficiently promoted.

機械的処理(好ましくは叩解)は化学変性パルプと分散媒を含む混合物を用いて実施されるが、その際の固形分濃度は15重量%以上である。分散媒は限定されず、有機溶媒や水を用いることができるが、好ましくは水である。固形分濃度とは、機械的処理に供される前記混合物における固形分の濃度であり、通常は化学変性パルプの濃度である。固形分濃度が15重量%以上と高い条件にて化学変性パルプを叩解することで、処理効率の向上、ハンドリング性の向上などのメリットが得られる。当該濃度での機械的処理を「高濃度機械的処理」ともいう。ハンドリング性としては、例えば、高濃度機械的処理を行った後に希釈処理せずに高濃度のまま輸送することができる点や、高濃度機械的処理を経たMFCの分散液の粘度が高くなくポンプでの輸送効率が良好であること、さらには当該分散液の保存容器内への張り付きなどが少ない等の点が挙げられる。さらに、高濃度機械的処理の後に別の処理工程を実施する場合、次工程への前記分散液の輸送効率が良好である点も挙げられる。本発明のMFCの分散液の粘度が上昇しにくい理由は明らかではないが、化学変性パルプを高濃度処理すると、繊維の短繊維化が進みやすく、粘度が低下しやすい傾向にあるためであると推察される。MFCの分散液の粘度は、固形分濃度1%、25℃の条件下でアニオン性基末端がNa原子である(Na型)(分散液のpHが6以上)ときのB型粘度で評価することができる。 Mechanical treatment (preferably beating) is carried out using a mixture containing a chemically modified pulp and a dispersion medium, with a solids concentration of 15% by weight or more. The dispersion medium is not limited, and an organic solvent or water can be used, but preferably water is used. The solid content concentration is the concentration of solid content in the mixture subjected to mechanical treatment, and is usually the concentration of chemically modified pulp. By beating the chemically modified pulp under high conditions such as a solid content concentration of 15% by weight or more, benefits such as improved processing efficiency and improved handling properties can be obtained. Mechanical treatment at this concentration is also referred to as "high concentration mechanical treatment." Handling characteristics include, for example, the ability to transport the high concentration without dilution after high concentration mechanical treatment, and the fact that the viscosity of the MFC dispersion that has undergone high concentration mechanical treatment is not high and can be easily pumped. In addition, the dispersion has good transport efficiency, and the dispersion hardly sticks to the storage container. Furthermore, when another treatment step is performed after the high-concentration mechanical treatment, the efficiency of transporting the dispersion liquid to the next step is also good. The reason why the viscosity of the MFC dispersion of the present invention is difficult to increase is not clear, but it is believed that when chemically modified pulp is treated at a high concentration, the fibers tend to become short and the viscosity tends to decrease. It is inferred. The viscosity of the MFC dispersion is evaluated by the B-type viscosity when the anionic group terminal is a Na atom (Na type) (the pH of the dispersion is 6 or more) at a solid content concentration of 1% and a temperature of 25°C. be able to.

前記固形分濃度は15重量%以上であるが、好ましくは18重量%、さらに好ましくは20重量%以上である。固形分濃度が過度に高いと機械的処理の効率が低下するので、固形分濃度の上限は60重量%以下が好ましく、45重量%以下がより好ましい。固形分濃度は機械的処理中に変動しうるが、本発明においては機械的処理開始時の固形分濃度を当該処理における固形分濃度という。また、所望の繊維径の微細セルロース繊維が得られるように、処理時間または条件等は適宜調整される。 The solid content concentration is 15% by weight or more, preferably 18% by weight or more, and more preferably 20% by weight or more. If the solid content concentration is too high, the efficiency of mechanical treatment will decrease, so the upper limit of the solid content concentration is preferably 60% by weight or less, more preferably 45% by weight or less. Although the solid content concentration may vary during the mechanical treatment, in the present invention, the solid content concentration at the start of the mechanical treatment is referred to as the solid content concentration in the treatment. Further, the treatment time, conditions, etc. are adjusted as appropriate so that fine cellulose fibers with a desired fiber diameter can be obtained.

本発明において、機械的処理は複数回実施してもよい。この場合、少なくとも1回を固形分濃度15重量%以上の条件で行えばよい。前述のとおりこの条件での機械的処理を「高濃度機械的処理」ともいい、特に機械的処理が叩解である場合は「高濃度叩解」ともいう。同様に、固形分濃度15重量%未満の条件での機械的処理を「低濃度機械的処理」ともいい、特に機械的処理が叩解である場合は「低濃度叩解」ともいう。したがって、高濃度機械的処理と低濃度機械的処理と組合せて実施してもよい。これらの機械的処理を組み合わせる場合、処理の順番は限定されないが、濃縮のしやすさの観点から高濃度機械的処理を先に行うことが好ましい。例えば化学変性パルプを、高濃度機械的処理した後に、当該処理で得られた化学変性パルプを低濃度機械的処理して、MFCを得ることができる。原料である化学変性パルプの脱水または濃縮が容易であるという観点から、高濃度機械的処理に供される化学変性パルプはアニオン性基末端がHである酸型であることが好ましいが、酸型の状態で脱水または濃縮した後に、乖離型に変換して高濃度機械的処理に供してもよい。低濃度機械的処理に供される化学変性パルプは、アニオン性基末端がHである酸型であってもよいし、当該末端が金属原子(Na等)である乖離型であってもよいが、電荷による反発を利用して機械処理効率を向上させる観点から乖離型であることが好ましい。 In the present invention, the mechanical treatment may be performed multiple times. In this case, it is sufficient to carry out at least once under the condition that the solid content concentration is 15% by weight or more. As mentioned above, mechanical treatment under these conditions is also referred to as "high-concentration mechanical treatment," and in particular, when the mechanical treatment is beating, it is also referred to as "high-concentration beating." Similarly, mechanical treatment under conditions where the solid content concentration is less than 15% by weight is also referred to as "low concentration mechanical treatment", and particularly when the mechanical treatment is beating, it is also referred to as "low concentration beating". Therefore, high-concentration mechanical treatment and low-concentration mechanical treatment may be combined. When these mechanical treatments are combined, the order of the treatments is not limited, but from the viewpoint of ease of concentration, it is preferable to perform the high-concentration mechanical treatment first. For example, MFC can be obtained by subjecting chemically modified pulp to a high concentration mechanical treatment and then subjecting the resulting chemically modified pulp to a low concentration mechanical treatment. From the viewpoint of easy dehydration or concentration of the chemically modified pulp as a raw material, it is preferable that the chemically modified pulp to be subjected to high concentration mechanical treatment is of the acid type, in which the terminal anionic group is H. After dehydration or concentration in this state, it may be converted into a dissociated form and subjected to high-concentration mechanical treatment. The chemically modified pulp subjected to low-concentration mechanical treatment may be an acid type in which the anionic group terminal is H, or a dissociation type in which the terminal is a metal atom (such as Na). From the viewpoint of improving mechanical processing efficiency by utilizing repulsion due to electric charges, it is preferable that the material be of a dissociative type.

低濃度叩解に用いる装置としては、例えば高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧または超高圧ホモジナイザー、リファイナー、ビーター、PFIミル、ニーダー、ディスパーザー、高速離解機など回転軸を中心として金属または刃物とパルプ繊維を作用させるもの、あるいはパルプ繊維同士の摩擦によるもの、あるいはキャビテーションや水流または水圧によってパルプ繊維を分散または解繊するものを使用することができる。 Examples of equipment used for low-concentration beating include high-speed rotation type, colloid mill type, high-pressure type, roll mill type, and ultrasonic type equipment, including high-pressure or ultra-high-pressure homogenizers, refiners, beaters, PFI mills, and kneaders. , dispersers, high-speed disintegrators, etc. that act on pulp fibers with metal or cutlery around a rotating shaft, or that use friction between pulp fibers, or that disperse or defibrate pulp fibers by cavitation, water flow, or water pressure. can be used.

本工程において、化学変性パルプからMFCまたはCNFが生成される。前述のとおり、化学変性パルプからCFBを経由してMFCが生成されてもよい。さらに、得られたMFCを機械的処理に供して、CNFとすることもできる。 In this step, MFC or CNF is produced from the chemically modified pulp. As mentioned above, MFC may be produced from chemically modified pulp via CFB. Furthermore, the obtained MFC can be subjected to mechanical treatment to form CNF.

高濃度機械的処理と低濃度機械的処理の組合せ例は限定されないが、以下が挙げられる。この場合、前記2つの処理と後述する酸またはアルカリ処理を組み合わせてもよい。
1)アニオン性基が酸型の状態で高濃度機械的処理した後、希釈して低濃度機械的処理を行う
2)アニオン性基が酸型の状態で濃度機械的処理した後、希釈し、かつアルカリを添加し乖離型(好ましくはNa型)の状態で低濃度機械的処理を行う
3)アニオン性基が酸型の状態で高濃度機械的処理を行うことによりCFBを得た後、希釈し、かつアルカリ添加を行い乖離型(好ましくはNa型)の状態で低濃度機械的処理を行う
4)アニオン性基が酸型の状態で高濃度機械的処理を行う過程でアルカリを添加し乖離型(好ましくはNa型)の状態とし、その後希釈して低濃度機械的処理を行う
Examples of combinations of high concentration mechanical treatment and low concentration mechanical treatment are not limited, but include the following. In this case, the above two treatments may be combined with the acid or alkali treatment described below.
1) Perform high concentration mechanical treatment with the anionic group in the acid form, then dilute and perform low concentration mechanical treatment. 2) Perform concentration mechanical treatment with the anionic group in the acid form, then dilute. 3) After obtaining CFB by performing high-concentration mechanical treatment with the anionic group in the acid form, dilution is performed. 4) Add alkali and perform low-concentration mechanical treatment while the anionic group is in the acid form (preferably Na-type) by adding alkali to the dissociation-type state. type (preferably Na type), then diluted and subjected to low concentration mechanical treatment

(3)酸またはアルカリ処理
本発明においては、パルプまたは微細セルローススラリーの高濃度化(脱水)、セルロース繊維の性状変化、処理効率の向上を目的として、工程(2)の前、または工程(2)の任意の段階で、酸またはアルカリ処理を行うことができる。酸またはアルカリ処理は、任意に組み合わされて、複数回実施されてもよい。当該処理に使用する酸またはアルカリは限定されないが、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸や、酢酸等の有機酸を用いることができ、またNaOHやKOH等の任意のアルカリを用いることができる。酸処理は、化学変性パルプと水を含む混合物に酸を加えて当該混合物のpHを6.5以下に調整することを含む。また、アルカリ処理は化学変性パルプと水を含む混合物にアルカリを加えて、当該混合物のpHを中性以上(6.5超)に調整することを含む。酸またはアルカリ処理を実施する装置は機械的処理を行う装置と別であってもよいが、同一装置を用いて両者を同時または連続して実施してもよい。酸またはアルカリに加えて、過酸化水素等の酸化剤、分散剤、浸透剤、疎水化剤など、別種の薬品を加えてもよい。
(3) Acid or alkali treatment In the present invention, acid or alkali treatment is performed before step (2) or for the purpose of increasing the concentration (dehydration) of pulp or fine cellulose slurry, changing the properties of cellulose fibers, and improving treatment efficiency. ) Acid or alkali treatment can be carried out at any stage. Acid or alkali treatments may be performed multiple times in any combination. The acid or alkali used in the treatment is not limited, but inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as acetic acid can be used, and any alkali such as NaOH and KOH can be used. . Acid treatment includes adding an acid to a mixture containing chemically modified pulp and water to adjust the pH of the mixture to 6.5 or less. In addition, the alkali treatment includes adding an alkali to a mixture containing chemically modified pulp and water to adjust the pH of the mixture to above neutrality (over 6.5). The apparatus for carrying out the acid or alkali treatment may be separate from the apparatus for carrying out the mechanical treatment, but the same apparatus may be used to carry out both at the same time or in succession. In addition to the acid or alkali, other types of chemicals may be added, such as oxidizing agents such as hydrogen peroxide, dispersants, penetrants, hydrophobizing agents, and the like.

本発明に用いる化学変性パルプが特にアニオン変性パルプの場合、酸処理により、化学変性パルプ中の乖離型アニオン性基が減少して酸型アニオン性基が増加する。すなわち、全アニオン性基に占める酸型アニオン性基が多くなり、化学変性パルプの親水性が低下する。例えばアニオン性基がカルボキシル基である場合、酸処理化学変性パルプの全カルボキシル基に対して、-COOM(Mは金属原子)が減少し-COOHが増加する。水への親和性の程度は、乖離型アニオン性基の割合に依存し、酸型アニオン性基が多くなるほど水への親和性が低下するので化学変性パルプの高濃度化が可能になる。一方で、アルカリ処理を施した場合、アルカリ添加によりアニオン性基の末端が乖離型となり繊維同士の反発が大きくなる。そのため、繊維の静電反発を利用して効率的に叩解や解繊などの機械的処理を進めることができる。そのため、叩解や解繊効率向上を目的としたアルカリ処理は、高濃度機械処理前または高濃度機械的処理中に行うことが好ましい。 In particular, when the chemically modified pulp used in the present invention is an anionically modified pulp, acid treatment reduces the number of dissociative anionic groups in the chemically modified pulp and increases the number of acidic anionic groups. That is, the acid type anionic groups occupy more of the total anionic groups, and the hydrophilicity of the chemically modified pulp decreases. For example, when the anionic group is a carboxyl group, -COOM (M is a metal atom) decreases and -COOH increases with respect to all carboxyl groups in the acid-treated chemically modified pulp. The degree of affinity for water depends on the proportion of dissociable anionic groups, and as the number of acidic anionic groups increases, the affinity for water decreases, making it possible to increase the concentration of chemically modified pulp. On the other hand, when alkali treatment is performed, the ends of the anionic groups become separated due to the addition of alkali, increasing the repulsion between the fibers. Therefore, mechanical treatments such as beating and fibrillation can be carried out efficiently by utilizing the electrostatic repulsion of the fibers. Therefore, it is preferable that alkali treatment for the purpose of improving beating and defibration efficiency be performed before or during high concentration mechanical treatment.

以下に、アニオン変性がTEMPO酸化またはカルボキシメチル化である場合の、MFC化工程における酸またはアルカリ処理について詳細に説明する。 Below, the acid or alkali treatment in the MFC formation step will be explained in detail when the anion modification is TEMPO oxidation or carboxymethylation.

[TEMPO酸化パルプのMFC化]
TEMPO酸化パルプのカルボキシル基は、酸化反応直後は乖離型(Na型)であり保水性が高いため、脱水が困難である。そこで、脱水効率の向上を目的として、酸を添加し酸型にすることが好ましい。酸処理および脱水を行った後に、本発明の高濃度機械的に供することが好ましい。高濃度機械的処理は、少なくとも一度以上処理を行えばよく、処理の程度により製造されるMFCの繊維長、フィブリル化の程度を調整することができる。また、酸処理および脱水を行った後に、連続してアルカリ処理を行うことでカルボキシル基を乖離型とし、乖離型の状態で高濃度機械処理に供してもよい。高濃度機械処理中にアルカリ処理を行ってもよい。
[MFC conversion of TEMPO oxidized pulp]
Immediately after the oxidation reaction, the carboxyl groups of the TEMPO oxidized pulp are in the dissociated type (Na type) and have high water retention, making dehydration difficult. Therefore, for the purpose of improving dehydration efficiency, it is preferable to add an acid to form an acid form. Preferably, the high concentration mechanical application of the present invention is performed after acid treatment and dehydration. The high-concentration mechanical treatment may be performed at least once, and the fiber length and fibrillation degree of the produced MFC can be adjusted depending on the degree of treatment. Further, after the acid treatment and dehydration, the carboxyl group may be made into a dissociated form by successively performing an alkali treatment, and the dissociated form may be subjected to high-concentration mechanical treatment. An alkaline treatment may be performed during the high concentration mechanical treatment.

[CM化パルプのMFC化]
CM化パルプは、一般的に上述の通りマーセル化の後にエーテル化を行い製造されるため、反応後は強いアルカリ性であり、カルボキシメチル基は乖離型(Na型)である。本発明においては、得られたCM化パルプをさらに酸添加、脱水、乾燥の工程を経て乾燥品としたもの、または乾燥後に粉砕処理したものを、高濃度機械的処理に供することができる。当該乾燥後のCM化パルプのカルボキシメチル基は乖離型(Na型)である。
[Converting CM pulp to MFC]
Since CM pulp is generally manufactured by performing etherification after mercerization as described above, it is strongly alkaline after the reaction, and the carboxymethyl group is a dissociated type (Na type). In the present invention, the obtained CM pulp can be further subjected to the steps of acid addition, dehydration, and drying to obtain a dried product, or can be subjected to a high-concentration mechanical treatment after drying and then pulverized. The carboxymethyl group of the CM-formed pulp after drying is a dissociated type (Na type).

CM化パルプのMFC化は上述のTEMPO酸化パルプのMFC化と同様に実施される。乾燥または乾式粉砕されたCM化パルプはTEMPO酸化パルプと異なり固形分濃度が高い(含水率が低い)ため、そのまま本発明の高濃度機械的処理に供してもよく、水を添加して適宜固形分濃度を調整してから高濃度機械的処理に供してもよい。当該希釈時には、酸を添加してもよく、アルカリを添加してもよいが、酸を添加し酸型とした状態で高濃度機械的処理を行った場合、前述のCFBが形成されることがある。高濃度機械的処理は、少なくとも一度以上処理を行えばよく、処理の程度により製造されるMFCの繊維長、フィブリル化の程度を調整することができる。得られたCFBはMFCで構成されており、TEMPO酸化CFBと同様にアルカリの添加により分散状態のMFCを得ることができる。 The conversion of the CM pulp into MFC is carried out in the same manner as the conversion into MFC of the TEMPO oxidized pulp described above. Unlike TEMPO oxidized pulp, dried or dry-milled CM pulp has a high solid content concentration (low water content), so it can be directly subjected to the high-concentration mechanical treatment of the present invention, or it can be solidified as appropriate by adding water. After adjusting the concentration, it may be subjected to high-concentration mechanical treatment. At the time of the dilution, an acid or an alkali may be added, but if an acid is added and a high concentration mechanical treatment is performed in an acid form, the above-mentioned CFB may be formed. be. The high-concentration mechanical treatment may be performed at least once, and the fiber length and fibrillation degree of the produced MFC can be adjusted depending on the degree of treatment. The obtained CFB is composed of MFC, and as with TEMPO-oxidized CFB, MFC in a dispersed state can be obtained by adding an alkali.

[CFBのアルカリ処理]
高濃度機械処理を行うことにより、短繊維化やフィブリル化が進んだMFCが形成されるが、前述のとおり、酸性条件(アニオン性基が酸型となる)でかつ処理の程度を強くするとCFBが形成される。CFBにアルカリ処理を施すと、CFBの繊維塊がほどけて分散状態のMFCが得られる。繊維塊がほどける理由は明らかではないが、アルカリ添加によりアニオン性基が乖離型(Na型)となり、繊維同士の反発が強くなることで、繊維塊がほどけると推測される。アルカリ処理は、前記粒子と水を含む混合物にアルカリを加えて、当該混合物のpHを中性以上に調整することを含む。2価のイオンは架橋により繊維の分散を抑制する可能性があるため、この観点から、本処理で使用するアルカリは1価の金属イオンを含むことが好ましい。当該アルカリとしては、KOH、NaOH等が挙げられる。
[Alkali treatment of CFB]
By performing high-concentration mechanical treatment, MFC with advanced short fibers and fibrillation is formed, but as mentioned above, if the treatment is strengthened under acidic conditions (anionic groups become acid form), CFB is formed. When CFB is treated with alkali, the CFB fiber mass is unraveled and MFC in a dispersed state is obtained. Although the reason why the fiber mass unravels is not clear, it is presumed that the addition of alkali causes the anionic group to become a dissociated type (Na type) and the repulsion between the fibers becomes stronger, causing the fiber mass to unravel. The alkali treatment includes adding an alkali to the mixture containing the particles and water to adjust the pH of the mixture to above neutral. Since divalent ions may inhibit fiber dispersion due to crosslinking, from this viewpoint, it is preferable that the alkali used in this treatment contains monovalent metal ions. Examples of the alkali include KOH, NaOH, and the like.

したがって、一態様において、工程(2)は、化学変性パルプからCFBを形成し、当該CFBをアルカリ処理してMFCを調製する工程を含む。また別態様において、工程(2)は、このようにして得られたMFCを機械的処理してCNFを調製する工程を含む。 Therefore, in one embodiment, step (2) includes forming a CFB from chemically modified pulp and treating the CFB with an alkali to prepare an MFC. In yet another embodiment, step (2) includes the step of mechanically treating the MFC thus obtained to prepare CNF.

CFBが崩壊して得られたMFCの分散液におけるMFCの繊維長分布は、0.6mm以下の繊維の割合が15%以上であることが好ましい。当該割合が15%未満であると叩解による繊維の微細化が不十分であり、MFCとしての機能を十分に発揮しないからである。前記割合の上限は限定されず100%以下であることが好ましい。CFBを直接分析して繊維長分布を測定することはできないので、このようにして測定された繊維長分布を、CFBを構成している微細セルロース繊維の繊維長分布とみなしてよい。 In the fiber length distribution of MFC in the MFC dispersion obtained by disintegrating CFB, it is preferable that the proportion of fibers of 0.6 mm or less is 15% or more. This is because if the ratio is less than 15%, the fibers will not be sufficiently refined by beating, and the MFC function will not be fully exhibited. The upper limit of the ratio is not limited and is preferably 100% or less. Since the fiber length distribution cannot be measured by directly analyzing CFB, the fiber length distribution measured in this manner may be regarded as the fiber length distribution of the fine cellulose fibers constituting the CFB.

CFB懸濁液のpHが酸性(好ましくはpH4.5)であるときの電荷密度の大きさをa(meq./g)、中性~アルカリ性(好ましくはpH7.5)であるときの電荷密度の大きさをb(meq./g)としたとき、b-aは0.1(meq./g)以上であることが好ましい。当該差がこの範囲であると、化学変性セルロースのアニオン性基のうち乖離型の割合が十分に高くアニオン性基の末端が乖離してセルロース同士が電気的に反発するため、CFBが崩壊しやすい。b-aの上限は限定されないが1(meq./g)以下であることが好ましい。電荷密度とは所定量のセルロース繊維当たりの電荷の密度であり、例えば粒子表面電荷量測定装置(MUTEK製、Particle Chargedetector, PCD03)を用いてカチオン要求量を測定し、アニオン電荷密度を算出することで測定される。 The magnitude of the charge density is a (meq./g) when the pH of the CFB suspension is acidic (preferably pH 4.5), and the charge density when the pH of the CFB suspension is neutral to alkaline (preferably pH 7.5). When the size of is b (meq./g), ba is preferably 0.1 (meq./g) or more. If the difference is within this range, the proportion of the dissociated type of anionic groups in the chemically modified cellulose is sufficiently high, and the terminals of the anionic groups dissociate, causing the cellulose to electrically repel each other, making it easy for CFB to collapse. . The upper limit of ba is not limited, but is preferably 1 (meq./g) or less. Charge density is the density of charge per predetermined amount of cellulose fiber, and for example, the cation demand is measured using a particle surface charge measuring device (MUTEK, Particle Chargedetector, PCD03), and the anion charge density is calculated. It is measured in

3.用途
本発明によって得られた微細セルロース繊維は、化学変性パルプを原料としており、繊維表面に官能基が配されているため、官能基由来の様々な機能性を有する。このため本発明の微細セルロース繊維は種々の用途に使用できる。本発明の微細セルロース繊維は、一般的に添加剤が用いられる様々な分野において、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、研磨剤、ゴム・プラスチック用配合材料、保水材、保形剤、泥水調整剤、ろ過助剤、溢泥防止剤、混和剤等として使用することができる。当該分野としては、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、潤滑用組成物等が挙げられる。
3. Applications The fine cellulose fibers obtained by the present invention are made from chemically modified pulp and have functional groups on the fiber surface, so they have various functionalities derived from the functional groups. Therefore, the fine cellulose fibers of the present invention can be used for various purposes. The fine cellulose fibers of the present invention can be used as thickeners, gelling agents, glues, food additives, excipients, paint additives, and adhesive additives in various fields where additives are generally used. It can be used as an abrasive, a compounding material for rubber and plastics, a water retaining material, a shape retaining agent, a muddy water conditioner, a filter aid, a mud flooding prevention agent, an admixture, etc. The fields include food, beverages, cosmetics, pharmaceuticals, paper manufacturing, various chemical supplies, paints, sprays, agricultural chemicals, civil engineering, architecture, electronic materials, flame retardants, household goods, adhesives, cleaning agents, fragrances, and lubricating compositions. Examples include things.

4.紙の製造方法
本発明の紙の製造方法は、微細セルロースを準備する工程、パルプと当該微細セルロースを含むスラリーを調製する工程、および当該スラリーを抄紙する工程を備える。微細セルロースは前述のとおりに調製される。
4. Paper Manufacturing Method The paper manufacturing method of the present invention includes a step of preparing fine cellulose, a step of preparing a slurry containing pulp and the fine cellulose, and a step of making paper from the slurry. Finely divided cellulose is prepared as described above.

[スラリー調製工程]
本工程では、パルプと前記微細セルロースを含むスラリーを調製する。パルプとしては、前述の「原料パルプ」と同じものを使用できる。例えば、本工程は、予め調製されたパルプスラリーと前工程で得た微細セルロースと水の混合物を混合することによって実施できる。混合は、公知のとおりに行うことができる。例えば、公知のミキサー等を用いて両者を混合してスラリーを調製できる。微細セルロースを調製する際に得た微細セルロースと水の混合物をそのまま本工程に用いることもできるが、パルプに対する微細セルロースの分散性を良好にする観点から、当該混合物中の微細セルロース濃度は調整されることが好ましい。当該濃度は好ましくは60重量%以下であり、分散性の観点からより好ましくは30重量%以下であり、さらに好ましくは10重量%以下である。また、分散性を向上させる観点から、微細セルロースは乾燥されることなく本工程に供されることが好ましい。
[Slurry preparation process]
In this step, a slurry containing pulp and the fine cellulose is prepared. As the pulp, the same pulp as the above-mentioned "raw material pulp" can be used. For example, this step can be carried out by mixing the pulp slurry prepared in advance with the mixture of fine cellulose and water obtained in the previous step. Mixing can be performed as known. For example, a slurry can be prepared by mixing both using a known mixer or the like. The mixture of fine cellulose and water obtained when preparing fine cellulose can be used as is in this step, but from the viewpoint of improving the dispersibility of fine cellulose in the pulp, the concentration of fine cellulose in the mixture should be adjusted. It is preferable that The concentration is preferably 60% by weight or less, more preferably 30% by weight or less from the viewpoint of dispersibility, and still more preferably 10% by weight or less. Moreover, from the viewpoint of improving dispersibility, it is preferable that the fine cellulose is subjected to this step without being dried.

パルプと微細セルロースを含むスラリーにおける微細セルロース濃度は、パルプと微細セルロースを合わせた固形分に対して、0.01~20重量%であることが好ましい。上限がこの値を超えると、微細セルロースの分散が不十分になり、分散体中に未分散物が発生したり、分散体の粘度が高くなりすぎたりして取扱い性が低下する可能性がある。この観点から、前記の微細セルロース濃度の上限はより好ましくは10重量%以下であり、下限は好ましくは0.1重量%以上である。スラリーのB型粘度(1%、25℃、60rpm)は、通常の製紙工程で使用される配管やポンプで移送できる範囲であればよく、流動性やスラリー中での微細セルロースの分散性の観点から600mPa・s以下が好ましく、200mPa・s以下がより好ましい。当該スラリーには、通常、製紙に使用される填料や添加剤を添加することができる。また、本発明のMFCはパルプスラリーの保水性(水持ち)を上昇させるため、添加量を多くするほど保水度が高くなる傾向があり、一方で濾水度(カナダ標準式濾水度など)は低下する傾向がある。 The concentration of fine cellulose in the slurry containing pulp and fine cellulose is preferably 0.01 to 20% by weight based on the solid content of the pulp and fine cellulose combined. If the upper limit exceeds this value, the dispersion of fine cellulose may become insufficient, resulting in undispersed matter occurring in the dispersion, or the viscosity of the dispersion becoming too high, resulting in poor handling. . From this point of view, the upper limit of the fine cellulose concentration is more preferably 10% by weight or less, and the lower limit is preferably 0.1% by weight or more. The B-type viscosity of the slurry (1%, 25°C, 60 rpm) may be within the range that can be transferred by pipes and pumps used in normal papermaking processes, and from the viewpoint of fluidity and dispersibility of fine cellulose in the slurry. to 600 mPa·s or less is preferable, and 200 mPa·s or less is more preferable. Fillers and additives commonly used in paper manufacturing can be added to the slurry. In addition, since the MFC of the present invention increases the water retention (water retention) of pulp slurry, the water retention tends to increase as the amount added increases, while the freeness (Canadian standard freeness, etc.) tends to decline.

[抄紙工程]
本工程では前記スラリーを抄紙して紙を得る。抄紙は公知のとおりに実施でき、例えば、長網型湿式抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、ヤンキー抄紙機、円網抄紙機、円網短網コンビネーション抄紙機等、公知の抄紙機を用いて実施できる。また手抄きによって抄紙してもよい。
[Paper making process]
In this step, paper is obtained by making paper from the slurry. Paper making can be carried out in a known manner, for example, using a known paper machine such as a fourdrinier wet paper machine, a twin wire paper machine, a Yankee paper machine, a cylinder paper machine, a cylinder/short screen combination paper machine, etc. . The paper may also be made by hand.

[他の工程]
本発明の製造方法は、原紙の上に顔料塗工層または顔料を含有しないクリア塗工層を設ける塗工工程を備えていてもよい。さらに本発明の製造方法は、紙を表面処理する工程を備えていてもよい。これらの方法は、公知のとおりに実施できる。
[Other processes]
The manufacturing method of the present invention may include a coating step of providing a pigment coating layer or a clear coating layer containing no pigment on the base paper. Furthermore, the manufacturing method of the present invention may include a step of surface treating the paper. These methods can be performed as known.

[微細セルロースを含有する紙]
本発明で得られた微細セルロースを含有する紙は、優れた強度および透気抵抗度を有する。特許文献7には酸化パルプを含有する紙が開示されている。当該酸化パルプは製紙に用いるスラリー中での分散性が十分ではなく、紙の補強効果および透気抵抗も十分なレベルではない。また特許文献8は未変性パルプを無機粒子と共に機械的に処理して得たMFCを含有する紙を開示する。しかし、当該MFCもスラリー中での分散性が十分ではなく紙の透気抵抗度も十分なレベルではない。さらに当該無機粒子と共処理したMFCを添加した紙には、必然的に一定量の無機粒子が含有されてしまうため、灰分のコントロールが難しいという問題もある。一方、化学変性したセルロースは、導入された官能基の静電的な反発により、未処理のセルロースと比較して効率的にセルロース繊維同士をほぐすことができる。そのため、化学変性セルロースを叩解すると、化学変性しないセルロースを叩解する場合に比べてフィブリル化や短繊維化が進んだMFCが得られる。特に本発明で得られたMFCは短繊維化がより進んでいるので、当該MFCはスラリーに添加した際に分散性が良好であり、かつ当該スラリーから得た紙は優れた機械的強度を備え、さらに高い透気抵抗度を有する。
[Paper containing fine cellulose]
The paper containing fine cellulose obtained in the present invention has excellent strength and air resistance. Patent Document 7 discloses paper containing oxidized pulp. The oxidized pulp does not have sufficient dispersibility in the slurry used for paper making, and the reinforcing effect and air permeation resistance of the paper are also not at a sufficient level. Further, Patent Document 8 discloses a paper containing MFC obtained by mechanically treating unmodified pulp with inorganic particles. However, the MFC does not have sufficient dispersibility in the slurry, and the air permeation resistance of the paper is also not at a sufficient level. Furthermore, since paper to which MFC, which is co-treated with the inorganic particles, is added, inevitably contains a certain amount of inorganic particles, there is also the problem that it is difficult to control the ash content. On the other hand, chemically modified cellulose can loosen cellulose fibers more efficiently than untreated cellulose due to the electrostatic repulsion of introduced functional groups. Therefore, when chemically modified cellulose is beaten, MFC with advanced fibrillation and short fiber formation can be obtained compared to when cellulose that is not chemically modified is beaten. In particular, the MFC obtained in the present invention has more advanced short fibers, so when added to the slurry, the MFC has good dispersibility, and the paper obtained from the slurry has excellent mechanical strength. , and has a higher degree of air permeation resistance.

[実施例1]
<化学変性パルプ1の調製(TEMPO酸化)>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%:日本製紙株式会社製)5.00g(絶乾)に、TEMPO(Sigma Aldrich社製)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。反応混合物に塩酸を加えてガラスフィルターで濾過してパルプを分離し、パルプを十分に水洗して化学変性パルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。パルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、pHは5、カルボキシル基量は1.59mmol/gであった。
[Example 1]
<Preparation of chemically modified pulp 1 (TEMPO oxidation)>
5.00 g (absolutely dry) of bleached unbeaten kraft pulp derived from coniferous trees (whiteness 85%, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.), and 39 mg (0.05 mmol per 1 g of absolutely dry cellulose) of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich). and 514 mg of sodium bromide (1.0 mmol per 1 g of bone-dried cellulose) 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 concentration was 5.5 mmol/g, and the oxidation reaction was started at room temperature. During the reaction, the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by successively adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when the sodium hypochlorite was consumed and the pH within the system stopped changing. Hydrochloric acid was added to the reaction mixture and the mixture was filtered through a glass filter to separate the pulp, which was thoroughly washed with water to obtain a chemically modified pulp (carboxylated cellulose). The pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, the pH was 5, and the amount of carboxyl groups was 1.59 mmol/g.

<叩解>
得られた化学変性パルプと水の混合物を脱水してパルプ固形分濃度を25重量%とし、14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製)を用いて叩解処理を7回行い、CFBを得た。14インチラボリファイナーでの高濃度機械処理は、原料を装置に投入して機械的処理を行ったものを回収し、その後複数回機械的処理に供するバッチ処理であるため、処理回数で処理の程度を調整した。
<beating>
The resulting mixture of chemically modified pulp and water was dehydrated to a pulp solid content concentration of 25% by weight, and subjected to beating treatment seven times using a 14-inch laboratory refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) to obtain CFB. High-concentration mechanical processing with a 14-inch laboratory refiner is a batch process in which raw materials are fed into the equipment, mechanically processed, recovered, and then subjected to mechanical processing multiple times, so the degree of processing is determined by the number of processing times. adjusted.

<中性~アルカリへのpH調整>
得られたCFBにイオン交換水を加えてCFB固形分濃度が2重量%の混合物とし、これを酸性にして、次いで当該混合物のpHを7.5にしたところ、MFCが水中に分散した分散液が得られた。後述する方法によって、当該MFCを評価した。結果を表1に示す。
<pH adjustment from neutral to alkaline>
Ion-exchanged water was added to the obtained CFB to make a mixture with a CFB solid concentration of 2% by weight, which was made acidic and then the pH of the mixture was adjusted to 7.5, resulting in a dispersion in which MFC was dispersed in water. was gotten. The MFC was evaluated by the method described below. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
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4.9mmol/gとなるように添加した以外は、実施例1と同じ方法で、COOH基量が1.42mmol/gである化学変性パルプ2を得た。得られた化学変性パルプと水の混合物を脱水してパルプ固形分濃度を30重量%とし、かつ処理回数を2回としたこと以外は実施例1と同様にしてMFCの分散液を得た。ただし、本例ではCFBは形成されなかった。
[Example 2]
Chemically modified pulp 2 with a COOH group content of 1.42 mmol/g was prepared in the same manner as in Example 1, except that an aqueous sodium hypochlorite solution was added so that the sodium hypochlorite concentration was 4.9 mmol/g. I got it. A dispersion of MFC was obtained in the same manner as in Example 1, except that the resulting mixture of chemically modified pulp and water was dehydrated to a pulp solid content concentration of 30% by weight, and the number of treatments was twice. However, in this example, no CFB was formed.

[実施例3]
処理回数を3回とした以外は実施例1と同様にしてMFCの分散液を得た。ただし、本例ではCFBは形成されなかった。
[Example 3]
A dispersion of MFC was obtained in the same manner as in Example 1 except that the number of treatments was changed to three times. However, in this example, no CFB was formed.

[実施例4]
化学変性パルプ2と水の混合物を、パルプ固形分濃度が30重量%となるように脱水した。当該混合物を14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製)での処理に供し、処理回数を2回として叩解処理を行った。処理後の混合物にNaOHとHを添加してCOOH基を塩型とし、かつパルプ固形分濃度を4重量%とした。当該混合物をトップファイナー(相川鉄工株式会社製)に供して20分処理した。当該処理後の混合物に対してpH調整は行わずイオン交換水による希釈のみを行い、MFCの分散液を得た。
[Example 4]
A mixture of chemically modified pulp 2 and water was dehydrated so that the pulp solid content concentration was 30% by weight. The mixture was subjected to treatment with a 14-inch laboratory refiner (manufactured by Aikawa Tekko Co., Ltd.), and the beating treatment was performed twice. NaOH and H 2 O 2 were added to the treated mixture to convert the COOH groups into salt form and to bring the pulp solids concentration to 4% by weight. The mixture was subjected to Top Finer (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) and treated for 20 minutes. The treated mixture was not subjected to pH adjustment, but only diluted with ion-exchanged water to obtain an MFC dispersion.

[実施例5]
<化学変性パルプ4の調製(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130重量部と、水酸化ナトリウム20重量部を水100重量部に溶解したものとを加え、広葉樹パルプ(日本製紙株式会社)製、LBKP)を乾燥重量(100℃で60分間乾燥後)で100重量部仕込んだ。30℃で90分間撹拌して、混合しマーセル化されたセルロース原料を調製した。さらに内容物を撹拌しながらイソプロパノール(IPA)100重量部と、モノクロロ酢酸ナトリウム60重量部を添加して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行った。カルボキシメチル化反応時の反応媒中のIPAの濃度は、30重量%であった。反応終了後、内容物に酢酸を加えてpH7程度になるように中和した、脱液、乾燥を行いカルボキシメチル置換度0.21、セルロースI型の結晶化度72%のカルボキシメチル化パルプを得た。カルボキシメチル化剤の有効利用率は、29%であった。カルボキシメチル置換度の測定方法は上述のとおりであり、セルロースI型の結晶化度およびカルボキシメチル化剤の有効利用率は公知の方法で求めた。
[Example 5]
<Preparation of chemically modified pulp 4 (carboxymethylation)>
130 parts by weight of water and 20 parts by weight of sodium hydroxide dissolved in 100 parts by weight of water were added to a twin-screw kneader whose rotational speed was adjusted to 100 rpm, and hardwood pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., LBKP) was added. The dry weight (after drying at 100° C. for 60 minutes) was 100 parts by weight. A mixed and mercerized cellulose raw material was prepared by stirring at 30° C. for 90 minutes. Further, while stirring the contents, 100 parts by weight of isopropanol (IPA) and 60 parts by weight of sodium monochloroacetate were added, and after stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70° C. and a carboxymethylation reaction was performed for 90 minutes. The concentration of IPA in the reaction medium during the carboxymethylation reaction was 30% by weight. After the reaction, the contents were neutralized by adding acetic acid to a pH of about 7, deliquified, and dried to produce carboxymethylated pulp with a carboxymethyl substitution degree of 0.21 and a cellulose I type crystallinity of 72%. Obtained. The effective utilization rate of the carboxymethylating agent was 29%. The method for measuring the degree of carboxymethyl substitution was as described above, and the crystallinity of cellulose type I and the effective utilization rate of the carboxymethylating agent were determined by known methods.

<叩解>
得られたカルボキシメチル化パルプと水の混合物に塩酸を添加してpHを5に調整し、脱水後のパルプの固形分濃度を30重量%とした以外は、実施例3と同様に叩解処理を行いMFCの分散液を得た。本例においてCFBは形成されなかった。
<beating>
The beating treatment was carried out in the same manner as in Example 3, except that hydrochloric acid was added to the obtained mixture of carboxymethylated pulp and water to adjust the pH to 5, and the solid content concentration of the dehydrated pulp was set to 30% by weight. A dispersion of MFC was obtained. No CFB was formed in this example.

[実施例6]
カルボキシメチル化パルプと水の混合物を、塩酸を添加せずに叩解処理に供したこと、叩解処理後にpH調整は行わずイオン交換水による希釈のみを行ったこと以外は実施例5と同様にしてMFC分散液を得た。
[Example 6]
A mixture of carboxymethylated pulp and water was subjected to beating treatment without adding hydrochloric acid, and after beating treatment, pH adjustment was not performed and only dilution with ion-exchanged water was performed. An MFC dispersion was obtained.

[比較例1]
未変性のNBKPを用い、叩解条件を表1に示すように変更して、実施例1と同様にしてMFCの分散液を得た。
[Comparative example 1]
An MFC dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, using unmodified NBKP and changing the beating conditions as shown in Table 1.

[比較例2]
化学変性パルプ1を用い、叩解条件を表1に示すように変更して、実施例1と同様にしてMFCの分散液を得た。14インチラボリファイナーでの低濃度機械的処理は、タンクとリファイナーをパイプで接続して循環処理としたため、処理時間で処理の程度を調整した。
[Comparative example 2]
An MFC dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 using Chemically Modified Pulp 1 and changing the beating conditions as shown in Table 1. The low-concentration mechanical treatment in the 14-inch laboratory refiner was performed by connecting the tank and refiner with a pipe to perform circulation treatment, so the degree of treatment was adjusted by the treatment time.

[比較例3]
塩酸を添加せずに叩解処理を行ったこと、14インチラボリファイナーによる叩解処理を5分間行ったこと、叩解処理後にpH調整は行わずイオン交換水による希釈のみを行ったこと以外は、比較例2と同様にしてMFCの分散液を得た。
[Comparative example 3]
Comparative example except that the beating treatment was performed without adding hydrochloric acid, the beating treatment was performed for 5 minutes with a 14-inch laboratory refiner, and the pH was not adjusted after the beating treatment and only dilution with ion-exchanged water was performed. A dispersion of MFC was obtained in the same manner as in 2.

以下のようにして物性および特性を評価した。
1)平均繊維長および平均繊維径
叩解後の混合物にイオン交換水を加えて0.25重量%スラリーを調製し、バルメット社製フラクショネータを用いて測定した。
2)フィブリル化率
叩解後の混合物にイオン交換水を加えて0.25重量%スラリーを調製し、バルメット社製フラクショネータを用いて測定した。
3)電荷密度
粒子表面電荷量測定装置(MUTEK製、Particle Charge Detector PCD03)および自動滴定装置([Model Titrino702]Mutek社製)を用い、以下のようにして電荷密度を測定した。
i)試料とイオン交換水を混合し、試料濃度0.01重量%の液を調製した。
ii)10mLの当該液をカチオン性高分子電解質(Polydimethyl diallyl ammonium chloride、1/1000N)溶液で滴定し、電荷ゼロ点までの消費量を測定した。
iii)下式に従って電荷密度の大きさ(カチオン要求量)を求めた。
電荷密度の大きさ(μeq/g)=(V×c×1000)/m
V:滴定液消費量(mL)、c:滴定液濃度(mol/L=eq/L)、m:サンプル量(g)
4)ハンドリング性
叩解後に希釈して得たMFC分散液について、以下の項目をそれぞれ評価した。
(項目)
i)高濃度であり、運搬効率が良好であるかどうか。
ii)粘度が低く運搬容器等への張り付きが少ないかどうか。
(基準)
a:良好
b:やや劣る
c:劣る
5)B型粘度
MFC濃度が1重量%である水分散液を調製し、pHを6以上にし、25℃、60rpmにて測定した。
Physical properties and characteristics were evaluated as follows.
1) Average fiber length and average fiber diameter Deionized water was added to the beaten mixture to prepare a 0.25% by weight slurry, and the slurry was measured using a Valmet fractionator.
2) Fibrillation rate Ion-exchanged water was added to the beaten mixture to prepare a 0.25% by weight slurry, and the slurry was measured using a Valmet fractionator.
3) Charge Density Charge density was measured as follows using a particle surface charge measuring device (Particle Charge Detector PCD03, manufactured by MUTEK) and an automatic titration device ([Model Titrino702] manufactured by Mutek).
i) A sample and ion-exchanged water were mixed to prepare a solution with a sample concentration of 0.01% by weight.
ii) 10 mL of the solution was titrated with a cationic polymer electrolyte (Polydimethyl diallyl ammonium chloride, 1/1000N) solution, and the amount consumed up to the zero charge point was measured.
iii) The magnitude of charge density (cation requirement) was determined according to the following formula.
Size of charge density (μeq/g) = (V x c x 1000)/m
V: titrant consumption (mL), c: titrant concentration (mol/L=eq/L), m: sample amount (g)
4) Handling property The following items were evaluated for the MFC dispersion obtained by diluting after beating.
(item)
i) Does it have high concentration and good transport efficiency?
ii) Does it have low viscosity and does not stick to transportation containers, etc.?
(standard)
a: Good
b: Slightly inferior
c: Poor 5) Type B viscosity An aqueous dispersion having an MFC concentration of 1% by weight was prepared, the pH was adjusted to 6 or more, and the measurement was performed at 25° C. and 60 rpm.

Figure 2024028775000001
Figure 2024028775000001

[実施例A1]
<化学変性パルプ1の調製(TEMPO酸化)>
実施例1と同じ方法で化学変性パルプ1を得た。
[Example A1]
<Preparation of chemically modified pulp 1 (TEMPO oxidation)>
Chemically modified pulp 1 was obtained in the same manner as in Example 1.

<叩解>
得られた化学変性パルプと水の混合物を脱水してパルプ固形分濃度を25重量%とし、14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製))にて叩解処理を3回行い、MFCと水の混合物を得た。
<beating>
The resulting mixture of chemically modified pulp and water was dehydrated to a pulp solid content concentration of 25% by weight, and subjected to beating treatment three times using a 14-inch laboratory refiner (manufactured by Aikawa Tekko Co., Ltd.) to form a mixture of MFC and water. I got it.

<紙の製造>
脱墨古紙パルプ(日本製紙株式会社製)に、硫酸バンド、カチオン化澱粉、前記工程で得たMFC、PAM、歩留剤をこの順で添加し、さらに水を加えてパルプスラリーを調製した。MFCとして、前記工程で得た混合物をそのままパルプに添加した。配合量は以下のとおりとした。
脱墨古紙パルプ:96重量部
MFC:4重量部
硫酸バンド:脱墨古紙パルプとMFCの合計(パルプ系原料)に対して0.9重量%
カチオン化澱粉:パルプ系原料に対して0.3重量%
PAM:パルプ系原料に対して0.06重量%
歩留剤:パルプ系原料に対して200ppm
<Paper manufacturing>
A pulp slurry was prepared by adding sulfuric acid, cationized starch, MFC obtained in the above step, PAM, and a retention agent to deinked waste paper pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) in this order, and then adding water. As MFC, the mixture obtained in the above step was added to the pulp as it was. The blending amounts were as follows.
Deinked waste paper pulp: 96 parts by weight MFC: 4 parts by weight Sulfate band: 0.9% by weight based on the total of deinked waste paper pulp and MFC (pulp-based raw materials)
Cationized starch: 0.3% by weight based on pulp raw materials
PAM: 0.06% by weight based on pulp raw materials
Retention agent: 200ppm based on pulp raw materials

得られた抄紙用スラリーを用いて手抄きシートを製造して評価した。 Using the obtained papermaking slurry, handmade sheets were produced and evaluated.

[比較例A1]
MFCを用いなかった以外は、実施例A1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。
[Comparative example A1]
A handmade sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example A1, except that MFC was not used.

[比較例A2]
叩解時のパルプ固形分濃度を4重量%とし、叩解処理時間を3分としてMFCを調製した以外は、実施例A1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。
[Comparative example A2]
A handmade sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example A1, except that MFC was prepared with a pulp solid content concentration of 4% by weight during beating and a beating treatment time of 3 minutes.

[比較例A3]
化学変性パルプ1の代わりにNBKPを使用し、叩解時のパルプ固形分濃度を4重量%、処理時間を9分としてMFCを調製した以外は、実施例A1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。結果を表2に示す。
[Comparative example A3]
A handsheet was produced in the same manner as in Example A1, except that NBKP was used instead of chemically modified pulp 1, the pulp solids concentration at the time of beating was 4% by weight, and the processing time was 9 minutes to prepare MFC. and evaluated. The results are shown in Table 2.

[実施例B1]
<化学変性パルプ5の調製(TEMPO酸化)>
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4.7mmol/gとなるように添加した以外は、実施例1と同じ方法で化学変性パルプ5を得た。カルボキシル基量は1.37mmol/gであった。
[Example B1]
<Preparation of chemically modified pulp 5 (TEMPO oxidation)>
Chemically modified pulp 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that an aqueous sodium hypochlorite solution was added so that the sodium hypochlorite concentration was 4.7 mmol/g. The amount of carboxyl groups was 1.37 mmol/g.

<叩解>
得られた化学変性パルプと水の混合物を脱水してパルプ固形分濃度を28重量%とし、14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製))を用いて叩解処理を5回行い、CFBが水に分散した混合物を得た。当該混合物にNaOH水溶液を加えて、混合物のpHを8に調整したところMFCが水に分散した混合物が得られた。
<beating>
The resulting mixture of chemically modified pulp and water was dehydrated to a pulp solid content concentration of 28% by weight, and subjected to beating treatment five times using a 14-inch laboratory refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.), so that the CFB was dissolved in water. A dispersed mixture was obtained. When a NaOH aqueous solution was added to the mixture and the pH of the mixture was adjusted to 8, a mixture in which MFC was dispersed in water was obtained.

<紙の製造>
パルプ(未脱墨パルプ、日本製紙株式会社製)に対し、実施例A1と同様の条件でMFC以外の各成分および水を加えてパルプスラリーを調製した。このスラリーと前記pH調整後のMFCが水に分散した混合物とを混合して抄紙用スラリーを調製した。得られた抄紙用スラリーを用いて手抄きシートを製造して評価した。
<Paper manufacturing>
A pulp slurry was prepared by adding each component other than MFC and water to pulp (undeinked pulp, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) under the same conditions as in Example A1. A slurry for paper making was prepared by mixing this slurry with the above-mentioned pH-adjusted mixture of MFC dispersed in water. Using the obtained papermaking slurry, handmade sheets were produced and evaluated.

[実施例B2]
実施例B1におけるパルプ固形分28重量%での14インチラボリファイナーでの処理を、パルプ固形分30重量%での四軸ニーダー(相川鉄工株式会社製)での処理に変更し、処理時間を10分とした以外は、実施例B1と同様にしてMFCと水の混合物を得た。当該MFCを用い、実施例B1と同様にして手すきシートを製造して評価した。
[Example B2]
The treatment in a 14-inch laboratory refiner with a pulp solid content of 28% by weight in Example B1 was changed to treatment with a four-screw kneader (manufactured by Aikawa Tekko Co., Ltd.) with a pulp solid content of 30% by weight, and the treatment time was 10%. A mixture of MFC and water was obtained in the same manner as in Example B1, except that the mixture was divided into 50%. Using the MFC, a handmade sheet was manufactured and evaluated in the same manner as in Example B1.

[実施例B3]
実施例B2における四軸ニーダーでの処理の途中にアルカリを添加し、当該処理された混合物に対してpH調整を行わずにイオン交換水を加えたところ、CFBを経由せずにMFCが水に分散した混合物が得られた。当該MFCを用い、実施例B1と同様にして手すきシートを製造して評価した。
[Example B3]
When an alkali was added during the treatment with the four-screw kneader in Example B2 and ion-exchanged water was added to the treated mixture without adjusting the pH, MFC was dissolved in water without going through CFB. A dispersed mixture was obtained. Using the MFC, a handmade sheet was manufactured and evaluated in the same manner as in Example B1.

[実施例B4]
実施例B3における四軸ニーダーで処理して得た処理物を、パルプ固形分濃度が4重量%となるように希釈した後、14インチラボリファイナーでの処理を10分行い、CFBを経由せずにMFCが水に分散した混合物を得た。当該MFCを用い、実施例B1と同様にして手すきシートを製造して評価した。
[Example B4]
The treated material obtained by processing with the four-axis kneader in Example B3 was diluted so that the pulp solid content concentration was 4% by weight, and then treated with a 14-inch laboratory refiner for 10 minutes, without passing through the CFB. A mixture of MFC dispersed in water was obtained. Using the MFC, a handmade sheet was manufactured and evaluated in the same manner as in Example B1.

[実施例B5]
実施例B1における固形分濃度28重量%での14インチラボリファイナーでの叩解処理を3回に変更し、当該処理物をパルプ固形分濃度が4重量%となるように希釈した後、トップファイナーでの処理を10分行った以外は、実施例B1と同様にしてMFCが水に分散した混合物を得た。当該MFCを用い、実施例B1と同様にして手すきシートを製造して評価した。
[Example B5]
The beating treatment in a 14-inch laboratory refiner at a solid content concentration of 28% by weight in Example B1 was changed to 3 times, and the treated product was diluted to a pulp solid content concentration of 4% by weight, and then beaten in a top finer. A mixture in which MFC was dispersed in water was obtained in the same manner as in Example B1, except that the treatment was carried out for 10 minutes. Using the MFC, a handmade sheet was manufactured and evaluated in the same manner as in Example B1.

[比較例B1]
MFCを用いなかった以外は、実施例B1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。これらの結果を表3に示す。
[Comparative example B1]
A handmade sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example B1, except that MFC was not used. These results are shown in Table 3.

[実施例C1]
<化学変性パルプ4の調製(カルボキシメチル化)>
実施例5と同じ方法で化学変性パルプ4(カルボキシメチル置換度0.21)を得た。
[Example C1]
<Preparation of chemically modified pulp 4 (carboxymethylation)>
Chemically modified pulp 4 (degree of carboxymethyl substitution: 0.21) was obtained in the same manner as in Example 5.

<叩解>
得られた化学変性パルプと水の混合物を脱水してパルプ固形分濃度を28重量%とし、14インチラボリファイナー(相川鉄工株式会社製))にて叩解処理を7回行い、MFCと水の混合物を得た。
<beating>
The resulting mixture of chemically modified pulp and water was dehydrated to a pulp solid content concentration of 28% by weight, and subjected to beating treatment seven times using a 14-inch laboratory refiner (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) to form a mixture of MFC and water. I got it.

<紙の製造>
前記工程で得たMFCと水の混合物を使用し、実施例A1と同じ方法で手抄きシートを製造して評価した。
<Paper manufacturing>
Using the mixture of MFC and water obtained in the above process, a handmade sheet was manufactured and evaluated in the same manner as in Example A1.

[実施例C2]
実施例C1における14インチラボリファイナーでの処理を3回とし、当該処理後の混合物にイオン交換水を加えてパルプ固形分濃度を4重量%とし、これを14インチラボリファイナーにて10分間処理してMFCが水に分散した混合物を得た。当該混合物を使用し、実施例C1と同じ方法で手すきシートを製造して評価した。
[Example C2]
The treatment with the 14-inch laboratory refiner in Example C1 was carried out three times, and ion-exchanged water was added to the mixture after the treatment to make the pulp solid content concentration 4% by weight, and this was treated with the 14-inch laboratory refiner for 10 minutes. A mixture in which MFC was dispersed in water was obtained. Using the mixture, a handmade sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example C1.

[実施例C3]
実施例C2における固形分濃度4重量%での14インチラボリファイナーでの処理を、固形分濃度4%でのトップファイナー処理に変更した以外は、実施例C2と同様にして手すきシートを製造して評価した。
[Example C3]
A handmade sheet was produced in the same manner as in Example C2, except that the treatment with a 14-inch laboratory refiner at a solid content concentration of 4% by weight in Example C2 was changed to a top refiner treatment at a solid content concentration of 4%. evaluated.

[比較例C1]
MFCを用いなかった以外は、実施例C1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。これらの結果を表4に示す。
[Comparative example C1]
A handmade sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example C1, except that MFC was not used. These results are shown in Table 4.

Figure 2024028775000002
Figure 2024028775000002

Figure 2024028775000003
Figure 2024028775000003

Figure 2024028775000004
Figure 2024028775000004

[評価方法]
坪量:JIS P 8124:2011に従った。
平均繊維長および平均繊維径:叩解後の分散液にイオン交換水を加えて0.25重量%スラリーを調製し、バルメット社製フラクショネータを用いて測定した。
紙厚および密度:JIS P 8118:2014に従った。
灰分:JIS P 8251:2003に従った。
透気抵抗度:JIS P8117:2009に従い、王研式平滑度透気試験機により測定した。
裂断長:JIS P 8113:1998に従った。
[Evaluation method]
Basis weight: According to JIS P 8124:2011.
Average fiber length and average fiber diameter: Deionized water was added to the beaten dispersion to prepare a 0.25% by weight slurry, and measured using a Valmet fractionator.
Paper thickness and density: according to JIS P 8118:2014.
Ash content: According to JIS P 8251:2003.
Air permeability resistance: Measured using an Oken type smoothness air permeability tester in accordance with JIS P8117:2009.
Breaking length: According to JIS P 8113:1998.

本発明の製造方法で得た紙は、優れた透気抵抗度と裂断長を有する。アルカリ処理したMFCを用いた実施例B、およびCM化MFCを用いた実施例Cの紙は、特に優れた透気抵抗度と断裂長を有する。 The paper obtained by the manufacturing method of the present invention has excellent air permeability resistance and tear length. The papers of Example B using alkali-treated MFC and Example C using CM-modified MFC have particularly excellent air permeability resistance and tear length.

Claims (18)

(1)原料パルプを化学変性して化学変性パルプを得る工程、
(2)前記工程で得た化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理する工程、
を含む、微細セルロース繊維の製造方法。
(1) A step of chemically modifying raw material pulp to obtain chemically modified pulp;
(2) a step of mechanically treating the chemically modified pulp obtained in the above step at a solid content concentration of 15% by weight or more;
A method for producing fine cellulose fibers, comprising:
前記機械的処理が叩解である、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the mechanical treatment is beating. 前記化学変性パルプがアニオン変性パルプである、請求項1または2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the chemically modified pulp is an anionically modified pulp. 前記化学変性パルプが、0.3~2.5mmol/gのカルボキシル基を有する、請求項1~3のいずれかに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the chemically modified pulp has 0.3 to 2.5 mmol/g of carboxyl groups. 前記化学変性パルプを酸処理する工程を含む、請求項1~4のいずれかに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, comprising the step of acid-treating the chemically modified pulp. 前記化学変性パルプをアルカリ処理する工程を含む請求項1~5のいずれかに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, comprising a step of treating the chemically modified pulp with an alkali. 前記酸処理が、前記化学変性パルプと水を含む混合物に酸を加えて当該混合物のpHを6.5以下に調整することを含む、請求項5に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5, wherein the acid treatment includes adding an acid to the mixture containing the chemically modified pulp and water to adjust the pH of the mixture to 6.5 or less. 前記アルカリ処理が、前記化学変性パルプと水を含む混合物にアルカリを加えて、当該混合物のpHを中性以上に調整することを含む、請求項6に記載の製造方法。 7. The manufacturing method according to claim 6, wherein the alkali treatment includes adding an alkali to the mixture containing the chemically modified pulp and water to adjust the pH of the mixture to above neutral. 前記微細セルロース繊維が、ミクロフィブリレイテッドセルロースである、請求項1~8のいずれかに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 8, wherein the fine cellulose fibers are microfibrillated cellulose. 前記微細セルロース繊維が、セルロースナノファイバーである請求項1~8のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the fine cellulose fibers are cellulose nanofibers. 前記工程(2)が、異なる条件で機械的処理を複数回行ってミクロフィブリレイテッドセルロースを得ることを含む工程であって、そのうち少なくとも1回は固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理を行う工程である、請求項9に記載の製造方法。 The step (2) is a step that includes performing mechanical treatment multiple times under different conditions to obtain microfibrillated cellulose, in which at least one of the mechanical treatments is performed under conditions where the solid content concentration is 15% by weight or more. The manufacturing method according to claim 9, which is a step of performing. 前記工程(2)が、前記化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理した後に、固形分濃度15重量%未満の条件で機械的処理を施してミクロフィブリレイテッドセルロースを得ることを含む、請求項11に記載の製造方法。 In the step (2), the chemically modified pulp is mechanically treated under conditions where the solid content concentration is 15% by weight or more, and then mechanically treated under conditions where the solid content concentration is less than 15% by weight to obtain microfibrillated cellulose. The manufacturing method according to claim 11, comprising: 前記工程(2)が、前記機械的処理によって生成したミクロフィブレイテッドセルロースに、さらに機械的処理を施してセルロースナノファイバーとすることを含む、請求項10に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 10, wherein the step (2) includes further subjecting the microfibrated cellulose produced by the mechanical treatment to a mechanical treatment to obtain cellulose nanofibers. 前記機械的処理によって生成した微細セルロース繊維をアルカリ処理する工程を含む、請求項1~13のいずれかに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 13, comprising a step of treating the fine cellulose fibers produced by the mechanical treatment with an alkali. 前記工程(2)が、
(2-1)前記化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理して微細セルロース繊維が絡まりあって形成されるセルロースファイバーボールを形成すること、および
(2-2)前記セルロースファイバーボールをアルカリ処理してミクロフィブレイテッドセルロースを調製することを含む、請求項9に記載の製造方法。
The step (2) is
(2-1) forming a cellulose fiber ball formed by entangling fine cellulose fibers by mechanically treating the chemically modified pulp at a solid content concentration of 15% by weight or more, and (2-2) the above-mentioned The manufacturing method according to claim 9, comprising preparing microfibrated cellulose by treating cellulose fiber balls with alkali.
前記工程(2)が、
(2-1)前記化学変性パルプを固形分濃度15重量%以上の条件で機械的処理して微細セルロース繊維が絡まりあって形成されるセルロースファイバーボールを形成すること、
(2-2)前記セルロースファイバーボールをアルカリ処理してミクロフィブレイテッドセルロースを調製すること、および
(2-3)前記ミクロフィブレイテッドセルロースを機械的処理してセルロースナノファイバーを調製する工程を含む、請求項10に記載の製造方法。
The step (2) is
(2-1) Mechanically treating the chemically modified pulp at a solid content concentration of 15% by weight or more to form cellulose fiber balls in which fine cellulose fibers are entangled;
(2-2) preparing microfibrated cellulose by treating the cellulose fiber balls with an alkali; and (2-3) mechanically treating the microfibrated cellulose to prepare cellulose nanofibers. The manufacturing method according to claim 10, comprising:
前記アルカリ処理が、前記セルロースファイバーボールと水を含む混合物にアルカリを加えて、当該混合物のpHを中性以上に調整することを含む、請求項15または16に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 15 or 16, wherein the alkali treatment includes adding an alkali to the mixture containing the cellulose fiber balls and water to adjust the pH of the mixture to neutral or higher. 請求項1~17のいずれかの方法によって微細セルロースを準備する工程、
パルプと当該微細セルロースを含むスラリーを調製する工程、および
当該スラリーを抄紙する工程を備える、
紙の製造方法。
preparing finely divided cellulose by the method of any one of claims 1 to 17;
A step of preparing a slurry containing pulp and the fine cellulose, and a step of making paper from the slurry,
Paper manufacturing method.
JP2023200546A 2018-09-20 2023-11-28 Method of manufacturing fine cellulose fiber and paper containing the same Pending JP2024028775A (en)

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