JP4070337B2 - Method for producing cellulose porous body - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多孔化剤として含水ゲル粒子を用いるセルロース多孔体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、窓ガラス、自動車等の掃除用、食器等の洗浄用、入浴用等の各種の分野に用いられるスポンジとして、性能面からポリウレタン製のスポンジが多く使用されてきた。しかし、ポリウレタン製スポンジの場合、焼却時にシアンガス等の有毒ガスを副生する問題点を有する。また、これを埋め立て廃棄しても生分解せずに残存する問題点を有する。このため、最近では、環境保護の観点から、生分解性の高いビスコーススポンジ等のセルロース製スポンジが注目されている。これは、高い吸水性を有するので、上記の各分野で使用することができる。
【0003】
上記セルロース製スポンジの製造法としては、ビスコースを原料に製造される方法がいろいろ知られている。例えば、ビスコースに補強繊維及び結晶芒硝を加えて型に入れ加熱凝固し、その後、酸を用いて完全再生し、水又は温水を用いて芒硝を洗い出してセルロース製スポンジを製造する方法が、特公昭36−10992号公報や特公昭36−11982号公報等に開示されている。
【0004】
また、多孔化剤として、上記の結晶芒硝の代わりに炭酸カルシウムを使用する方法、すなわち、ビスコースに炭酸カルシウムを混和し、ビスコースを凝固した後、酸分解により炭酸カルシウムを除去してセルロース製スポンジを製造する方法が特開昭63−92602号公報等に開示されている。
【0005】
この場合、結晶芒硝を用いた場合とは異なり、炭酸カルシウムが水に難溶性の無機塩なので、ビスコースへの混和中に溶解してビスコースを塩析凝固させることはなく、原料調製を低温で行う必要もなく、空隙量は炭酸カルシウムの使用量に応じたものとなる。
【0006】
さらに、別の多孔化手段として、炭酸カルシウムと酸との反応による炭酸ガス発泡を利用した方法が特開平3−231942号公報等に開示されている。この方法は、発泡剤としての炭酸カルシウムをビスコース中に混和し、酸を含む凝固再生液に浸漬することによって、ビスコースの凝固及び炭酸ガスの発生による多孔化を同時に行い、さらにセルロースへの再生を行うものである。これは、無機結晶の粒子の形状そのもので空隙を形成する方法ではなく、炭酸カルシウムと酸との反応で発生する炭酸ガスによって多孔化するものである。ガス発泡であるため、炭酸カルシウムは非常に少ない量ですみ、Tダイ等に詰まらず、連続押出しが可能となる。また、炭酸カルシウムの分解除去を速やかに行うことができ、製造時間の短縮が可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多孔化剤として結晶芒硝を用いる上記の方法は、芒硝自体が水溶性であるため、ビスコースへ分散する最中にも結晶芒硝が溶解し始め、ついには、ビスコースを塩析凝固させる。このため、実際には、結晶芒硝の溶解を最小限にとどめるべく、できるだけ低温に冷却しながら混合し、また速やかに次の工程に移行させる必要がある。さらに、結晶芒硝の使用量は、原料調製中に溶解することを見越して目的の空隙量よりも過剰に用いる必要がある。
【0008】
さらにまた、高い空隙率を得るためには、結晶芒硝を大過剰に使用する必要があり、また、大量の結晶芒硝を混和したビスコースは、それ自体流動性がないだけでなく、硬い結晶粒子を含むので、例えばTダイなどで押出成形を行うとすると、ダイス内部の狭い隙間に粒子が引っかかり、流路が直ちに閉塞して連続的なシート成形することが不可能である。
【0009】
これらのため、多孔化剤として結晶芒硝を用いる上記の方法は、ビスコースと結晶芒硝との混合物を一旦、型に入れて加熱凝固した後、冷却してその成形体を型から取り出し、次いで、酸処理工程及び水洗工程を行うこととなり、全体としてバッチ式プロセスとなる。また、加熱温度を90〜100℃と高温としても酸処理工程には3〜4時間必要となる。さらに、再生したセルロース内部に残った結晶芒硝はすぐに溶出しないため、それを完全に取り除くためには水洗工程でかなりの時間を要する。すなわち、この方法では高い空隙率のセルロース多孔体を得ることができるが、製造に手間と時間とが非常にかかる欠点を有する。
【0010】
また、多孔化剤としての炭酸カルシウムをビスコースに加えて加熱凝固し、酸分解して炭酸カルシウムを除去する上記の方法は、炭酸カルシウムの完全分解に極めて多くの酸を消耗する。また、炭酸カルシウムは酸と接触しない限り除去されないため、ビスコースの凝固が進むと内部に酸が浸透しにくくなり、炭酸カルシウムの分解が遅くなる。このため、炭酸カルシウムの未分解物が残存しやすくなる。したがって、この方法においても、多孔化剤を完全に除去するためには、時間がかかる。
【0011】
さらに、炭酸カルシウムと酸とを接触させてガス発泡により多孔化する上記の方法は、炭酸カルシウムと酸とが反応する時点では既にビスコースの凝固が表面からある程度進行しており、ひとたび凝固した部分では、もはや炭酸ガスによる多孔化が進まなくなるため空隙の形成は自ずと制限され、高い空隙率のものが得られにくいという欠点を有する。これに対し、高い空隙率を得ようとして炭酸カルシウムの量を増やしても、実際に空隙形成に寄与する炭酸ガスは一部であって、大部分は多孔体の外に徐々に漏れ出すのみである。これは、酸の温度を上げて炭酸ガスの発生量を多くしても同様である。また、水などでビスコースを希釈して凝固を遅らせると、発泡の効率が良くなるものの、実際はビスコース中のセルロース濃度が低下するため、乾燥による収縮がより激しくなるばかりで、高い空隙率のものは得られない。さらに強度低下も著しい。
【0012】
そこで、この発明の課題は、従来の技術の欠点を克服し、空隙率の高いセルロース多孔体をより短時間で製造することのできる方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は、アルカリ型セルロース溶液に含水ゲル粒子を混合し、成形及び凝固した後、セルロースを再生し、加熱することにより上記含水ゲル粒子を溶出させることを特徴とする。
【0014】
多孔化剤として含水ゲル粒子を用いるので、結晶芒硝の場合のようにアルカリ型セルロース溶液中に溶け出してアルカリ型セルロースを塩析・凝固することを防止できる。また、弾力性を有する含水ゲル粒子を用いると、押出成形の際に多孔化剤が破砕されたり、ダイス等を閉塞することなく押出しが可能となる。このため、多孔化剤として含水ゲル粒子を加えたアルカリ型セルロース溶液を、例えばTダイ等から連続的に押し出して多孔性セルロースシートを成形することが可能である。
【0015】
また、セルロース多孔体の内部に形成される空隙のサイズや量は、含水ゲルのサイズや添加量によって制御することができ、炭酸カルシウムの場合のように空隙率が制限されることもなく、必要に応じた高い空隙率を得ることが可能となる。
【0016】
さらに、多孔化剤として多量の含水ゲルを使用する場合、含水ゲルはその融点以上に加熱するだけで多孔化剤が速やかに溶液状態となって外部へ流出して連通孔が形成されるので、結晶芒硝の場合のように長時間かけて流水で結晶を溶かし出すような操作や、炭酸カルシウムの場合のように酸分解処理の時間は必要なくなり、短時間で操作可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を説明する。
【0018】
この発明にかかるセルロース多孔体の製造方法は、多孔化剤として含水ゲル粒子を用い、これをアルカリ型セルロース溶液に混合し、成形及び凝固した後、セルロースを再生し、加熱によって上記含水ゲル粒子を溶出させる方法である。
【0019】
上記アルカリ型セルロース溶液とは、原料のセルロースをアルカリ条件下で反応させて溶解させたものである。上記の原料のセルロースの起源は特に限定されるものではなく、例えば、パルプ、綿、麻等を使用することができる。また、上記アルカリ型セルロース溶液の例としては、ビスコース、セルロース銅アンモニア溶液、セルロースカルバメート溶液等があげられる。これらの中でも、ビスコース、特にセロファン製造用ビスコースが好適である。さらに、アルカリ型セルロースとしてビスコースを用いる場合は、含まれるセルロース濃度は3〜15重量%がよく、4〜10重量%が好ましい。3重量%より低いと、再生したセルロースの機械的強度が低く、製造中に破砕や切断が生じる場合があるからである。
【0020】
また、15重量%より高いと、重合度との絡みがあるものの、粘度が著しく高くなり、多孔化剤等の均一な混合分散や押出しが困難となるからである。
【0021】
さらに、上記ビスコース中のアルカリ濃度は、水酸化ナトリウム換算で2〜15重量%がよく、5〜13重量%が好ましい。さらにまた、上記ビスコース中の塩化アンモニウム価は、3〜12がよく、4〜9が好ましい。
【0022】
上記含水ゲル粒子は、ゲル化能を有し、熱可逆的にゾル−ゲル転移するものであり、ゾル状態で水溶性のあるものであれば特に限定されない。この含水ゲル粒子を用いることにより、高い空隙率のセルロース多孔体を速やかに得ることができる。このような含水ゲル粒子の例としては、寒天、κ−カラギーナン、ι−カラギーナン、ガラクトマンナン、キサンタンガム、ゼラチン、コラーゲン等の含水ゲル粒子があげられる。
【0023】
これらの中でも、弾力性のあるゲルを形成し、アルカリ型セルロース溶液中でも安定に存在することができ、その融点、すなわち、ゲルからゾルに転移する温度が比較的低いという特徴を持つという点で、ゼラチンが最も好ましい。このゼラチンの種類としては、アルカリ処理ゼラチン、酸処理ゼラチンのいずれであってもよい。
【0024】
上記含水ゲル粒子として、ゼラチンの含水ゲル粒子を用いる場合、ゼラチンの分子量としては、15,000〜250,000がよく、60,000〜100,000が好ましい。この分子量は、所定濃度のゲルの強度、いわゆるゼリー強度(JIS K 6503)に影響を与える。使用するゼラチンのゼリー強度としては、一般に100〜300ブルームがよく、150〜200ブルームが好ましい。ゼリー強度が100ブルームより低いと、アルカリ型セルロース溶液への混和中にゼラチンゲルが破壊されやすく、また、300ブルームより高いと、ゲルが変形しにくくなるため押出成形を行うと、ダイス等が閉塞する場合がある。
【0025】
上記ゼラチンの含水ゲル粒子を得る方法としては、粉末状のゼラチンを水またはアルカリ型セルロース溶液中に直接加えて膨潤させ、粒子状のゲルとしてそのまま用いても良いし、また、一旦、熱水によって溶液とし、その後ゲル化温度以下まで冷却してゲルを得、それを粉砕したものを用いてもよい。ゼラチン以外の含水ゲル粒子を得る方法については、ゲル化剤が必要となる場合があるが、通常は、一旦、熱水によって溶液とし、その後ゲル化温度以下まで冷却してゲルを得、それを粉砕する方法が採用される。なお、ゼラチンゲルの融点は、ゲル濃度に依存するが、一般に20〜36℃である。このため、アルカリ型セルロース溶液への混和の際には、ゾルに転移しないようにゼラチンゲルの融点以下の温度を保つことが必要である。このことは、他の含水ゲル粒子についても同様である。
【0026】
含水ゲル粒子のゲル濃度としては、1〜40%がよく、10〜20%が好ましい。ゲル濃度が1%より低いと、ゲルの強度が極端に低くなる場合があり、原料の混合攪拌中に細かく破壊され、多孔化剤としての効果が損なわれる場合がある。また、40%より高いと、アルカリ型セルロース溶液中の水分を含水ゲル粒子が吸収し、混合攪拌ができなくなる場合がある。
【0027】
セルロース多孔体に形成される空隙のサイズは、添加する含水ゲルの粒径に依存するため、形成しようとする空隙の大きさに応じて添加する含水ゲルの粒径を選択すればよい。
【0028】
セルロース多孔体の空隙率は、上記含水ゲル粒子の添加量に伴って高くすることができるが、この含水ゲル粒子の添加量は、アルカリ型セルロース溶液中のセルロース分の0.05〜100倍がよく、0.8〜50倍が好ましい。0.05倍より少ないと、ほとんど空隙が形成されないため、多孔体を形成しにくく、また、100倍を超えると、成形体の機械的強度が著しく低下して連続的な製造が困難となる場合がある。
【0029】
上記の製造方法により得られるセルロース多孔体は、多孔質であるため十分な湿潤強度が得られない場合が生じる。この場合、上記セルロース多孔体に強度を与える目的で、上記アルカリ型セルロース溶液と含水ゲル粒子の混合物(以下、「成形用混合物」と称する。)に補強繊維を加えてもよい。この補強繊維の種類は、アルカリ型セルロース溶液への混合分散と押出成形等に支障をきたさない限り、特に限定されるものではない。この例としては、麻、綿、パルプ等の天然繊維、レーヨン等の再生繊維、アセテート等の半合成繊維、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維等を単独又は2種以上混合したものをあげることができる。また、これらの繊維は、物理的、化学的、生物学的手法によって改質されたものであってもよい。
【0030】
上記補強繊維の長さは、繊維の種類にもよるが、0.5〜10mmがよく、2〜6mmが好ましい。0.5mm未満だと、繊維による補強効果が現れにくく、10mmを超えると、分散混合の際、互いに絡まったり、毛玉状のものができやすくなってダイスを詰まらせやすい。
【0031】
上記補強繊維の添加量は、補強する程度や目的に応じて調節されるが、アルカリ型セルロース溶液中のセルロース分に対して5〜200重量%がよい。5重量%未満だと繊維による補強効果が現れにくく、200重量%を超えると、成形用混合物が硬くなって流動性を失ったり、押出成形する際に繊維によってはダイスを詰まらせやすくなる。
【0032】
上記の含水ゲル粒子と補強繊維を上記アルカリ型セルロース溶液に混和する順序や方法は特に限定されない。また、場合によっては、他の多孔化剤と併用することも可能である。
【0033】
上記アルカリ型セルロース溶液及び含水ゲル粒子、並びに、必要に応じて補強繊維を混和した成形用混合物を成形する方法は、バッチ式、連続式のいずれであってもよい。また、成形後の凝固、再生、含水ゲル粒子の溶出の各工程もバッチ式、連続式のいずれでも行うことができる。
【0034】
連続的に上記成形用混合物を成形、凝固、再生及び含水ゲル粒子の溶出を行う方法としては、例えば、図1に示すような装置を用いて行う方法があげられる。すなわち、液溜槽2に上記成形用混合物1を溜め、ここから供給ポンプ3によって、成形用混合物1をダイス4に送る。このダイス4によって、上記成形用混合物1は押し出され、連続的な成形体5となる。この押し出しの方法は特に限定されるものではなく、また、ダイス4も任意のダイスを用いることができる。使用するダイスの型式は、上記成形用混合物1の流動特性と、目的の成形体の形状や大きさ等に応じて選定することができ、Tダイによってシート状にすることができるほか、Iダイ、環状ダイ等によって、角柱状、円柱状、円筒状等の成形体を得ることができる。
【0035】
上記供給ポンプ3の型式は、円滑かつ定量的な送液ができ、ダイスから安定に押し出すことができ、含水ゲル粒子を破壊しない限り限定されない。例として、スクリューポンプがあげられる。また、上記供給ポンプ3のかわりに、液溜槽2から空気圧によってダイス4に送液する機構を採用してもよい。この空気圧は、コンプレッサー等を用いることにより発生させることができる。
【0036】
ダイス4によって成形された成形体5は、凝固槽6内の凝固液7に浸漬することにより凝固される。また、酸を含む凝固液を用いれば、凝固と同時にセルロースへの再生も可能となる。この凝固液7としては、濃厚塩溶液、有機溶剤等いろいろあるが、アルカリ型セルロース溶液の凝固と同時にセルロース再生を行うためには、硫酸、塩酸、リン酸等の無機酸、酢酸、安息香酸等の有機酸が好ましい。この中でも、凝固再生が速やかに進行し、酸が比較的揮散しにくい点で硫酸がより好ましい。
【0037】
凝固液7として硫酸を使用する場合、その濃度は1〜20重量%がよく、5〜10重量%が好ましい。1重量%未満の場合は、アルカリ型セルロース溶液の凝固に時間がかかり、また、20重量%を超えると、凝固再生が急激に起きるため不均一な収縮が生じ、成形体の変形が著しくなる。
【0038】
上記の凝固液7には、アルカリ型セルロース溶液の凝固を促進させる目的で、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム等の無機中性塩を単独又は2種以上混合することができる。
【0039】
また、上記凝固液7を含水ゲル粒子の融点以上に加温して、凝固再生と同時に含水ゲル粒子のゾル化による溶出を行い、セルロース多孔体の形成時間を速くすることができる。
【0040】
ダイス4から送りだされた成形体5は、凝固液7中をガイドローラで移動しながら凝固され、駆動ローラ8で再生槽9中の再生液10に送られる。この再生槽9は、アルカリ型セルロースを完全にセルロースに再生すると同時に、含水ゲル粒子を溶出させるために設けられた槽である。上記再生液10としては、上記凝固液7で示した酸類を使用することができる。また、再生液10の温度は、上記含水ゲル粒子の融点以上とする。これにより、成形体5内の含水ゲル粒子が再生液10内に溶出する。
【0041】
再生液10は、凝固液7と同じ酸濃度のものを用いてもよいが、再生時間を短縮する目的で、凝固液7よりも高い酸濃度のものを用いてもよい。さらに、再生液10の液温を凝固液7の液温より高く設定することにより、再生時間を短縮することができる。
【0042】
なお、凝固液7及び再生液10は、循環ポンプ11で循環することにより、各液の温度や濃度が不均一になるのを防止できる。また、再生液10中には含水ゲル粒子の溶解物が混入するが、適宜新しい再生液を補充していくことにより、常に一定条件で再生反応を行うことが可能である。
【0043】
空隙形成とセルロース再生が行われた後、成形体5は駆動ローラ12及びニップローラ13によって圧搾し、成形体5内部に残留したゼラチン溶液を絞り出して水洗槽14に送り出す。そこで成形体5を水または温水15で洗ってセルロース多孔体が得られる。
【0044】
なお、このセルロース多孔体の製造において、必要に応じて、次亜塩素酸ナトリウム等による漂白処理の工程や、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等による柔軟処理の工程を挿入し、乾燥後のセルロース多孔体の風合いや手触り感を改善することが可能である。特に、アルカリ型セルロース溶液としてビスコースを使用した場合は、再生工程の後に硫化ナトリウム等による脱硫処理の工程を挿入してもよい。
【0045】
【実施例】
以下、この発明を実施例を用いて具体的に説明する。
【0046】
なお、下記において「%」は「重量%」を示す。また、空隙率については、10cm角に裁断した乾燥試料の重量と体積から、まず嵩比重(g/cm3 )を求め、次いで、水置換法によりピクノメータを用いて真比重(g/cm3 )を求め、以下の式から空隙率を算出した。但し、試料は無作為に採取し、n=10の平均値をもって各実施例及び各比較例の空隙率とした。
【0047】
空隙率(%)=(真比重−嵩比重)/真比重×100
また、湿潤引張強さは、乾燥後の試料を再び水に浸漬湿潤した後、JIS K7113の1−1/2号ダンベル型試験片として、万能試験機により引張速度50mm/minの条件で測定した(n=10)。なお、湿潤引張強さにおけるMDとは、機械の流れ方向に沿って引っ張ったことを示し、CDとは、機械の流れ方向と直角方向に沿って引っ張ったことを示す。
【0048】
(実施例1)
セロファン製造用ビスコース(セルロース濃度9.5%、塩化アンモニウム価7、アルカリ濃度5.6%、粘度5,500センチポイズ)10kg、及び麻繊維(長さ6mm、太さ5d)570gを混練機に入れて攪拌混合した後、多孔化剤としてゼラチンの含水ゲル粒子(平均粒径2.5mm)20kgを添加して、20℃以下に保ちながら攪拌混合して成形用の成形用混合物を調製した。なお、上記ゼラチンの含水ゲル粒子は、ゼラチンの乾燥粉末(新田ゼラチン(株)#150、ゼリー強度150〜180ブルーム)4kgを20℃以下の水16kgに加え、ゆっくりと攪拌しながらゼラチンを完全に水に膨潤させ、平均粒径が2〜3mmになるように粉砕したものである。
【0049】
この成形用混合物を30cm×50cmのガラス板上に厚さ4mmになるようにキャストし、180g/lの硫酸ナトリウムを含む6.8%硫酸の凝固液中へ5分間浸漬して凝固させた。
【0050】
次いで、この凝固した成形体をガラス板から分離して9.1%硫酸の再生液中に15分間浸漬した。この再生液は40℃に加温されているため、多孔化剤であるゼラチンゲル粒子が溶出して空隙を形成し、さらに酸が成形体内部にまで浸透して、セルロースの再生が完全に進行した。次にマングルによって内部に残ったゼラチン溶液を絞り出し、40℃の温水で成形体を洗浄した。
【0051】
さらにこの成形体を、70℃に加温した3g/l硫酸ナトリウム水溶液で脱硫した後、0.3%次亜塩素酸ナトリウム水溶液で漂白した。次いで、この成形体を十分に水洗した後、含水率が約10%になるまで120℃の熱風で乾燥し、シート状のセルロース多孔体を得た。
【0052】
このシートの厚さは3.2mm、空隙率は94.8%であり、湿潤強さは3.5kgf/cm2 であった。走査型電子顕微鏡でその断面を観察したところ、非常に多孔質な構造を形成していることが確認できた。
【0053】
(実施例2)
成形用混合物を実施例1と同様にして製造した。この成形用混合物を図1に示す装置を用いて連続的にセルロース多孔体を製造した。具体的には、供給ポンプ3としてスクリュポンプを用い、成形用混合物1をダイス4の一種であるコートハンガーダイ(リップ幅30cm、隙間4mm)へ500ml/minで供給した。このコートハンガーダイは180g/lの硫酸ナトリウムを含む6.8%硫酸の凝固液7を有する凝固槽6の上部に設置されているので、上記コートハンガーダイによって押し出されたシート状に成形された成形体5は、上記凝固液7内に浸漬され、凝固される。
【0054】
次いで、この凝固したシート状の成形体5を9.1%硫酸の再生液に送り込んだ。この再生液10は40℃に加温されているので、多孔化剤として使用しているゼラチンゲル粒子が溶出して空隙を形成し、さらに酸がシート5の内部にまで浸透して、セルロースの再生を完全にした。そして、シート5をニップローラ13によって内部に残ったゼラチン溶液を絞り出し、水洗槽14へ送り込み40℃の温水15で洗った。
【0055】
さらに、このシート5を70℃に加温した3g/l硫酸ナトリウム水溶液(図示せず)で脱硫した後、0.3%次亜塩素酸ナトリウム水溶液(図示せず)で漂白を行った。そして、シート5を十分に水洗した後、含水率が約10%になるまで120℃の熱風で乾燥し、連続的なセルロースシートを得た。
【0056】
このシート5の厚さは2.9mm、空隙率は94.2%、湿潤引張強さはMD6.1kgf/cm2 、CD3.1kgf/cm2 であった。また、走査型電子顕微鏡でその断面を観察したところ、図2に示すように、非常に多孔質な構造であることが確認された。
【0057】
(実施例3)
多孔化剤として寒天の含水ゲル粒子を用いたこと、また、再生液10と水洗槽14の温水15を95℃にしたこと以外は、実施例2と同様にして連続的なセルロースシートを得た。なお、寒天のゲル粒子は寒天粉末(ナカライテスク(株)社製;試薬)4kgを95℃の熱水16kgに加えて溶解し、20℃まで冷却してゲル化させ、それを平均粒径が2〜3mmになるように粉砕して得た。
【0058】
このシートの厚さは2.3mm、空隙率は92.8%、湿潤引張強さはMD2.7kgf/cm2 、CD1.5kgf/cm2 であった。また、走査型電子顕微鏡でその断面を観察したところ、非常に多孔質な構造であることが確認された。
【0059】
(実施例4)
ビスコースの代わりにセルロース銅アンモニア溶液(銅濃度4.0%、アンモニア濃度9.8%、セルロース濃度5.7%)を使用したこと、また、脱硫処理を行わなかったこと以外は実施例2と同様にして連続的なセルロースシートを得た。
【0060】
このシートの厚さは2.8mm、空隙率は93.3%、湿潤引張強さはMD2.9kgf/cm2 、CD1.4kgf/cm2 であった。また、走査型電子顕微鏡でその断面を観察したところ、非常に多孔質な構造であることが確認された。
【0061】
(実施例5)
セロファン製造用ビスコース(セルロース濃度9.5%、塩化アンモニウム価7、アルカリ濃度5.6%、粘度5,500センチポイズ)10kg、麻繊維(長さ6mm、太さ5d)570g、及び水16kgを混練機に入れて攪拌混合した後、20℃以下に保ちながら、ゼラチンの乾燥粉末(新田ゼラチン(株)#150、ゼリー強度150〜180ブルーム)4kgを直接加え、ゆっくりと攪拌混合しながらゼラチンを水で完全に膨潤させて含水ゲル粒子とすることによって、成形用混合物を調製した。以下の操作は実施例2と同様にして連続的なセルロースシートを得た。
【0062】
このシートの厚さは2.8mm、空隙率は94.1%、湿潤引張強さはMD5.9kgf/cm2 、CD2.9kgf/cm2 であった。また、走査型電子顕微鏡でその断面を観察したところ、非常に多孔質な構造であることが確認された。
【0063】
(比較例1)
多孔化剤としてゼラチンゲル粒子を使用する代わりに、平均粒子径2.5mmの結晶芒硝30kgを使用し、結晶芒硝の溶解をなるべく避けるために10℃で攪拌混合を行った以外は実施例1と同様にしてセルロース多孔体の調製を試みた。しかし、凝固液及び再生液が成形体内部へ浸透しにくく、そのため、セルロースの再生がなかなか進行しなかった。そこで、凝固液及び再生液を95℃に加温した。それでもセルロース再生に1時間を要した。その後、多孔化剤である結晶芒硝を完全に除去するため水洗を行ったが、1時間を要した。
【0064】
このシートの厚さは2.8mm、空隙率は92.1%、湿潤引張強さはMD3.9kgf/cm2 、CD2.9kgf/cm2 であった。また、走査型電子顕微鏡でその断面を観察したところ、非常に多孔質な構造であることが確認された。
【0065】
(比較例2)
多孔化剤としてゼラチンゲル粒子を使用する代わりに、平均粒子径2.5mmの結晶芒硝30kgを使用し、結晶芒硝の溶解をなるべく避けるために10℃で攪拌混合を行った以外は実施例2と同様にして、連続押出成形を試みた。しかし、直ちにダイスが閉塞して連続的な成形体は得られなかった。
【0066】
(比較例3)
多孔化剤としてゼラチンゲル粒子を使用する代わりに、発泡剤である炭酸カルシウム(日本粉化工業(株)社製SS#30、平均粒径7.4μm)2.85kgを使用し、室温下で攪拌混合して成形用混合物をしたこと、及び、凝固液7と再生液10をいずれも60℃の7.1%塩酸としたこと以外は、実施例2と同様にして連続成形を試み、連続的なセルロースシートを得た。しかし、凝固再生直後の湿潤時におけるシートの機械的強度が低いため、連続的な操作の途中でしばしば、シートの切断が生じた。 このシートの厚さは1.7mm、空隙率は88.0%、湿潤引張強さはMD1.4kgf/cm2 、CD0.9kgf/cm2 であった。また、走査型電子顕微鏡でその断面を観察したところ、図3に示すように、多孔質ではあったが、空隙率が低く、緻密な部分が多かった。
【0067】
結果
実施例1は、バッチ式の処理によってセルロース多孔体を得たが、空隙率が非常に高く、同じ成形用混合物を用いて連続的に作成した場合も、同様なセルロース多孔体を得ることができた。また、実施例2〜4のいずれの場合も、ダイスを閉塞することなく良好な状態で成形用混合物を連続的に押し出すことができ、また、いずれの場合も、再生槽では含水ゲルが速やかに溶出された空隙部が形成され、結果として成形体内部への酸の浸透が速くなり、セルロースの再生が速く、空隙率の高い均一な空隙構造のセルロース多孔体が得られた。
【0068】
これに対し、比較例1では、多孔化剤が速やかに溶出しないため、酸が浸透できず、凝固再生に時間がかかった。さらに、水洗によって多孔化剤を完全に除去するのにも時間がかかった。また、比較例2では、水溶性の塩であり、硬い粒子である結晶芒硝を用いたため、ダイスが閉塞し、連続してシート状に押出成形することができなかった。さらに、比較例3のように、炭酸カルシウムを用いた場合、空隙率を高くする目的で、酸の温度を高くし、また炭酸カルシウムを大量に使用したが、空隙率は低く、均一な空隙構造が得られなかっただけでなく、強度も低かった。
【0069】
【発明の効果】
この発明によれば、多孔化剤として含水ゲル粒子を用いるので、含水ゲルの融点以上に加温すれば多孔化剤が速やかに溶液となって流出するため、空隙部の形成が速やかに行うことができる。これにより、成形体内部への酸の浸透が速く、セルロースの再生も迅速に行われる。
【0070】
また、含水ゲル粒子がTダイ等の押出口や流路を閉塞することがないため、連続して押出成形をする場合に有利である。
【0071】
さらに、弾力性を有する含水ゲル粒子を用いると、押出成形の際に多孔化剤が破砕されたり、ダイス等を閉塞することなく押出しすることが可能となる。
【0072】
本発明おいては、多孔化剤である含水ゲルの添加量に応じた、高い空隙率の多孔体を得ることが可能であるため、例えば、吸液性の優れたセルロース多孔体を連続生産することが可能である。
【0073】
また、セルロース多孔体の内部に形成される空隙のサイズや量は、含水ゲルのサイズや添加量によって制御することができ、炭酸カルシウムの場合のように空隙率が制限されることもなく、必要に応じた高い空隙率を得ることが可能となる。
【0074】
さらに、多孔化剤で連通孔を形成する場合、含水ゲルはその融点以上に加熱するだけで多孔化剤が速やかに溶液状態となって外部へ流出するので、結晶芒硝の場合のように長時間かけて流水で結晶を溶かし出すような操作や、炭酸カルシウムの場合のように酸分解処理の時間は必要なくなり短時間で操作可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかるセルロース多孔体の製造方法の例を示す概略工程図
【図2】実施例2で得られたシート状セルロース多孔体の走査型電子顕微鏡による断面写真
【図3】比較例3で得られたシート状セルロース多孔体の走査型電子顕微鏡による断面写真
【符号の説明】
1 成形用混合物
2 液溜槽
3 供給ポンプ
4 ダイス
5 成形体
6 凝固槽
7 凝固液
8 駆動ローラ
9 再生槽
10 再生液
11 循環ポンプ
12 駆動ローラ
13 ニップローラ
14 水洗槽
15 温水
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a porous cellulose material using hydrogel particles as a porogen.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a sponge used in various fields such as window glass, cleaning of automobiles, cleaning of tableware, bathing, etc., a sponge made of polyurethane has been often used from the viewpoint of performance. However, a polyurethane sponge has a problem that a toxic gas such as cyan gas is produced as a by-product during incineration. In addition, there is a problem that even if this is disposed of in landfill, it remains without being biodegraded. Therefore, recently, from the viewpoint of environmental protection, cellulose sponges such as viscose sponges having high biodegradability have attracted attention. Since this has high water absorption, it can be used in the above-mentioned fields.
[0003]
Various methods for producing viscose as a raw material are known as methods for producing the cellulose sponge. For example, a method of producing a cellulose sponge by adding reinforcing fibers and crystalline mirabilite to viscose, putting it in a mold, solidifying by heating, and then completely regenerating using acid, washing the mirabilite with water or warm water, is a special method. This is disclosed in Japanese Patent Publication No. 36-10992 and Japanese Patent Publication No. 36-11982.
[0004]
In addition, a method of using calcium carbonate as a porosifying agent instead of the above-mentioned crystal mirabilite, that is, mixing calcium carbonate with viscose, coagulating the viscose, removing the calcium carbonate by acid decomposition, and making it from cellulose A method for producing a sponge is disclosed in JP-A-63-92602.
[0005]
In this case, unlike the case where crystal mirabilite is used, calcium carbonate is an inorganic salt that is sparingly soluble in water, so it does not dissolve during viscose mixing and does not cause salting out and solidification of the viscose. There is no need to carry out the step, and the amount of voids depends on the amount of calcium carbonate used.
[0006]
Furthermore, as another porous means, a method using foaming of carbon dioxide gas by reaction of calcium carbonate and acid is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-231942. In this method, calcium carbonate as a foaming agent is mixed in viscose and immersed in a coagulation regeneration solution containing an acid, thereby simultaneously coagulating the viscose and making it porous by the generation of carbon dioxide gas. Reproduction is performed. This is not a method of forming voids by the shape of the inorganic crystal particles themselves, but is made porous by carbon dioxide gas generated by the reaction between calcium carbonate and acid. Since it is gas foaming, the calcium carbonate is very small in quantity, and it does not clog the T-die or the like and can be continuously extruded. Further, the decomposition and removal of calcium carbonate can be performed quickly, and the manufacturing time can be shortened.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method using crystalline mirabilite as a porogen, the mirabilite itself is water-soluble, so that the crystalline mirabilite begins to dissolve during dispersion into viscose, and finally the viscose is salted out and solidified. . Therefore, in practice, in order to minimize the dissolution of the crystalline salt cake, it is necessary to mix while cooling to the lowest possible temperature and promptly move to the next step. Furthermore, it is necessary to use the crystal mirabilite in excess of the target void amount in anticipation of dissolution during raw material preparation.
[0008]
Furthermore, in order to obtain a high porosity, it is necessary to use a large excess of crystalline mirabilite, and viscose mixed with a large amount of crystalline mirabilite is not itself fluid but also has hard crystalline particles. Therefore, for example, when extrusion molding is performed with a T die or the like, particles are caught in a narrow gap inside the die, and the flow path is immediately closed, making it impossible to form a continuous sheet.
[0009]
For these reasons, the above-mentioned method using crystalline mirabilite as a porosifying agent is a mixture of viscose and crystalline mirabilite once placed in a mold, heated and solidified, then cooled and taken out of the molded body from the mold, An acid treatment process and a water washing process will be performed, and it will become a batch type process as a whole. Moreover, even if heating temperature is 90-100 degreeC and high temperature, 3 to 4 hours are required for an acid treatment process. Furthermore, since the crystalline sodium sulfate remaining in the regenerated cellulose does not elute immediately, it takes a considerable amount of time in the water washing step to completely remove it. That is, although this method can obtain a porous porous body having a high porosity, it has a drawback that it takes a lot of labor and time for production.
[0010]
In addition, the above-mentioned method of adding calcium carbonate as a porosifying agent to viscose, heating and coagulating, and acid decomposition to remove calcium carbonate consumes a large amount of acid for complete decomposition of calcium carbonate. In addition, since calcium carbonate is not removed unless it comes into contact with an acid, when the solidification of the viscose proceeds, it becomes difficult for the acid to penetrate inside, and the decomposition of calcium carbonate is delayed. For this reason, the undecomposed product of calcium carbonate tends to remain. Therefore, even in this method, it takes time to completely remove the porous agent.
[0011]
Furthermore, the above-mentioned method in which calcium carbonate and acid are brought into contact with each other and made porous by gas foaming is such that when calcium carbonate and acid react, solidification of viscose has already progressed to some extent from the surface, and once solidified However, since pore formation with carbon dioxide gas no longer proceeds, the formation of voids is naturally limited, and it is difficult to obtain a high porosity. On the other hand, even if the amount of calcium carbonate is increased in order to obtain a high porosity, part of the carbon dioxide gas that actually contributes to the formation of voids is only gradually leaking out of the porous body. is there. This is the same even if the acid temperature is raised to increase the amount of carbon dioxide generated. In addition, if the viscose is diluted with water to delay the coagulation, the foaming efficiency is improved, but the cellulose concentration in the viscose actually decreases, so the shrinkage due to drying becomes more severe and the high porosity is increased. You can't get anything. Furthermore, the strength is significantly reduced.
[0012]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of overcoming the drawbacks of the prior art and producing a porous cellulose body having a high porosity in a shorter time.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that the hydrogel particles are mixed with an alkaline cellulose solution, molded and coagulated, the cellulose is regenerated and heated to elute the hydrogel particles. To do.
[0014]
Since water-containing gel particles are used as the porosifying agent, it is possible to prevent salting out and coagulation of the alkaline cellulose by dissolving into the alkaline cellulose solution as in the case of crystal mirabilite. Moreover, when elastic hydrous gel particles are used, the extruding can be performed without crushing the porous agent or closing the die or the like during extrusion. For this reason, it is possible to shape | mold a porous cellulose sheet | seat by continuously extruding the alkaline-type cellulose solution which added the hydrogel particle | grains as a porous agent, for example from T-die etc.
[0015]
In addition, the size and amount of voids formed inside the porous cellulose body can be controlled by the size and amount of water-containing gel, and the porosity is not limited as in the case of calcium carbonate. It is possible to obtain a high porosity corresponding to the above.
[0016]
Furthermore, when using a large amount of water-containing gel as the porosifying agent, the water-containing gel is quickly heated to its melting point or more so that the porosifying agent quickly enters a solution state and flows out to the outside. There is no need for an operation for dissolving the crystals with running water over a long period of time as in the case of crystal mirabilite or an acid decomposition treatment as in the case of calcium carbonate, and the operation can be performed in a short time.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0018]
In the method for producing a porous cellulose material according to the present invention, hydrous gel particles are used as a porous agent, mixed with an alkaline cellulose solution, molded and coagulated, regenerated cellulose, and heated to produce the hydrogel particles. This is an elution method.
[0019]
The alkali-type cellulose solution is obtained by reacting raw material cellulose under alkaline conditions and dissolving it. The origin of the cellulose of the above raw material is not particularly limited, and for example, pulp, cotton, hemp and the like can be used. Examples of the alkaline cellulose solution include viscose, cellulose copper ammonia solution, and cellulose carbamate solution. Among these, viscose, particularly viscose for cellophane production is preferable. Further, when viscose is used as the alkaline cellulose, the concentration of cellulose contained is preferably 3 to 15% by weight, and preferably 4 to 10% by weight. If it is lower than 3% by weight, the mechanical strength of the regenerated cellulose is low, and crushing or cutting may occur during production.
[0020]
On the other hand, when the content is higher than 15% by weight, the viscosity is remarkably increased although the degree of polymerization is entangled, and it becomes difficult to uniformly disperse and extrude the porous agent or the like.
[0021]
Furthermore, the alkali concentration in the viscose is preferably 2 to 15% by weight, preferably 5 to 13% by weight in terms of sodium hydroxide. Furthermore, the ammonium chloride value in the viscose is preferably from 3 to 12, and preferably from 4 to 9.
[0022]
The water-containing gel particles are not particularly limited as long as they have gelling ability and thermally reversibly undergo sol-gel transition and are water-soluble in a sol state. By using the water-containing gel particles, it is possible to quickly obtain a cellulose porous body having a high porosity. Examples of such water-containing gel particles include water-containing gel particles such as agar, κ-carrageenan, ι-carrageenan, galactomannan, xanthan gum, gelatin, and collagen.
[0023]
Among these, it forms an elastic gel, can exist stably in an alkaline cellulose solution, and has a feature that its melting point, that is, the temperature at which the gel transitions to the sol is relatively low. Gelatin is most preferred. The type of gelatin may be either alkali-treated gelatin or acid-treated gelatin.
[0024]
When gelatin hydrogel particles are used as the hydrogel particles, the molecular weight of gelatin is preferably 15,000 to 250,000, and preferably 60,000 to 100,000. This molecular weight affects the strength of a gel at a predetermined concentration, so-called jelly strength (JIS K 6503). As gelatin jelly strength to be used, 100 to 300 bloom is generally preferable, and 150 to 200 bloom is preferable. If the jelly strength is lower than 100 bloom, the gelatin gel is likely to be broken during mixing with the alkaline cellulose solution. If it is higher than 300 bloom, the gel is not easily deformed. There is a case.
[0025]
As a method for obtaining the above-mentioned gelatin-containing hydrogel particles, powdery gelatin may be directly added to water or an alkaline cellulose solution to swell, and used as a particulate gel, or once with hot water. A solution may be used and then cooled to below the gelation temperature to obtain a gel, which may be crushed. For the method of obtaining hydrous gel particles other than gelatin, a gelling agent may be required. Usually, however, the solution is once heated with hot water, and then cooled to below the gelation temperature to obtain a gel. A grinding method is employed. In addition, although melting | fusing point of gelatin gel is dependent on gel concentration, generally it is 20-36 degreeC. For this reason, it is necessary to keep the temperature below the melting point of the gelatin gel so as not to be transferred to the sol when mixed into the alkaline cellulose solution. The same applies to other hydrogel particles.
[0026]
The gel concentration of the hydrous gel particles is preferably 1 to 40%, and preferably 10 to 20%. When the gel concentration is lower than 1%, the strength of the gel may become extremely low, and it may be finely broken during mixing and stirring of the raw materials, thereby impairing the effect as a porous agent. On the other hand, if it is higher than 40%, the water-containing gel particles may absorb the water in the alkaline cellulose solution, and mixing and stirring may not be possible.
[0027]
Since the size of the void formed in the porous cellulose body depends on the particle size of the hydrogel to be added, the particle size of the hydrogel to be added may be selected according to the size of the void to be formed.
[0028]
The porosity of the cellulose porous body can be increased with the addition amount of the water-containing gel particles, but the addition amount of the water-containing gel particles is 0.05 to 100 times the cellulose content in the alkaline cellulose solution. Well, 0.8 to 50 times is preferable. If it is less than 0.05 times, voids are hardly formed, so it is difficult to form a porous body. On the other hand, if it exceeds 100 times, the mechanical strength of the molded product is significantly reduced and continuous production becomes difficult. There is.
[0029]
Since the cellulose porous body obtained by the above production method is porous, there are cases where sufficient wet strength cannot be obtained. In this case, reinforcing fibers may be added to the mixture of the alkaline cellulose solution and the hydrogel particles (hereinafter referred to as “molding mixture”) for the purpose of giving the cellulose porous body strength. The type of the reinforcing fiber is not particularly limited as long as it does not hinder mixing and dispersion in the alkaline cellulose solution and extrusion molding. Examples of this include natural fibers such as hemp, cotton and pulp, regenerated fibers such as rayon, semi-synthetic fibers such as acetate, inorganic fibers such as carbon fibers and glass fibers, or a mixture of two or more of them. Can do. These fibers may be modified by physical, chemical, or biological techniques.
[0030]
The length of the reinforcing fiber is 0.5 to 10 mm, preferably 2 to 6 mm, although it depends on the type of fiber. When the thickness is less than 0.5 mm, the reinforcing effect by the fibers is difficult to appear, and when the thickness exceeds 10 mm, the fibers are easily tangled with each other during dispersion mixing, and a pill-like shape is easily formed and the die is easily clogged.
[0031]
The addition amount of the reinforcing fiber is adjusted according to the degree of reinforcement and the purpose, but is preferably 5 to 200% by weight with respect to the cellulose content in the alkaline cellulose solution. If it is less than 5% by weight, the reinforcing effect due to the fibers hardly appears, and if it exceeds 200% by weight, the molding mixture becomes hard and loses its fluidity, or depending on the fibers, it tends to clog the dies during extrusion molding.
[0032]
There is no particular limitation on the order and method of mixing the hydrogel particles and the reinforcing fibers with the alkaline cellulose solution. In some cases, it can be used in combination with other porosifying agents.
[0033]
The method for molding the alkaline cellulose solution and the hydrogel particles and the molding mixture in which the reinforcing fibers are mixed as necessary may be either a batch type or a continuous type. Moreover, each process of coagulation | solidification after a shaping | molding, a reproduction | regeneration, and the elution of a water-containing gel particle can be performed by either a batch type or a continuous type.
[0034]
Examples of a method for continuously forming, coagulating, regenerating and elution of the water-containing gel particles of the molding mixture include a method using an apparatus as shown in FIG. That is, the molding mixture 1 is stored in the liquid storage tank 2, and the molding mixture 1 is sent from here to the die 4 by the supply pump 3. By the die 4, the molding mixture 1 is extruded to form a continuous molded body 5. The extrusion method is not particularly limited, and any die can be used as the die 4. The die type to be used can be selected according to the flow characteristics of the molding mixture 1 and the shape and size of the target molded body. By using an annular die or the like, a molded body such as a prismatic shape, a columnar shape, or a cylindrical shape can be obtained.
[0035]
The type of the supply pump 3 is not limited as long as it can perform smooth and quantitative liquid feeding, can be stably pushed out from the die, and does not destroy the hydrogel particles. An example is a screw pump. Further, instead of the supply pump 3, a mechanism for feeding liquid from the liquid reservoir 2 to the die 4 by air pressure may be employed. This air pressure can be generated by using a compressor or the like.
[0036]
The formed body 5 formed by the die 4 is solidified by being immersed in a coagulating liquid 7 in the coagulating tank 6. If a coagulating liquid containing an acid is used, it can be regenerated into cellulose simultaneously with coagulation. As the coagulation liquid 7, there are various concentrated salt solutions, organic solvents, and the like. In order to regenerate cellulose simultaneously with coagulation of the alkaline cellulose solution, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid, benzoic acid, etc. The organic acid is preferred. Among these, sulfuric acid is more preferable in that coagulation regeneration proceeds rapidly and the acid is relatively difficult to volatilize.
[0037]
When sulfuric acid is used as the coagulating liquid 7, the concentration is preferably 1 to 20% by weight, and preferably 5 to 10% by weight. If it is less than 1% by weight, it takes time to coagulate the alkali-type cellulose solution. If it exceeds 20% by weight, the coagulation regeneration is abruptly caused, resulting in non-uniform shrinkage and significant deformation of the molded body.
[0038]
In the coagulation liquid 7, inorganic neutral salts such as sodium chloride, potassium chloride, ammonium chloride, sodium sulfate and magnesium sulfate may be mixed singly or in combination for the purpose of promoting coagulation of the alkaline cellulose solution. it can.
[0039]
In addition, the coagulating liquid 7 is heated to the melting point or higher of the water-containing gel particles, and elution is performed by solification of the water-containing gel particles simultaneously with the coagulation regeneration, thereby speeding up the formation time of the cellulose porous body.
[0040]
The molded body 5 fed from the die 4 is solidified while being moved by the guide roller in the solidified liquid 7 and is sent to the regenerated liquid 10 in the regenerating tank 9 by the driving roller 8. The regeneration tank 9 is a tank provided for completely regenerating alkali-type cellulose into cellulose and at the same time eluting hydrogel particles. As the regenerating solution 10, the acids shown in the coagulating solution 7 can be used. Further, the temperature of the regenerating liquid 10 is set to be equal to or higher than the melting point of the water-containing gel particles. Thereby, the water-containing gel particles in the molded body 5 are eluted in the regenerating liquid 10.
[0041]
The regenerating liquid 10 may have the same acid concentration as the coagulating liquid 7, but may have an acid concentration higher than that of the coagulating liquid 7 for the purpose of shortening the regenerating time. Furthermore, the regeneration time can be shortened by setting the temperature of the regenerating liquid 10 higher than the temperature of the coagulating liquid 7.
[0042]
The coagulating liquid 7 and the regenerating liquid 10 can be prevented from becoming nonuniform in temperature and concentration of each liquid by circulating with the circulation pump 11. In addition, the regenerated solution 10 contains a hydrated gel particle lysate. By replenishing the regenerated solution as appropriate, it is possible to always carry out the regeneration reaction under certain conditions.
[0043]
After the gap formation and cellulose regeneration are performed, the molded body 5 is squeezed by the driving roller 12 and the nip roller 13, and the gelatin solution remaining inside the molded body 5 is squeezed out and sent to the washing tank 14. Therefore, the molded body 5 is washed with water or warm water 15 to obtain a porous cellulose body.
[0044]
In the production of this porous cellulose body, if necessary, a step of bleaching treatment with sodium hypochlorite or the like and a step of softening treatment with glycerin, diethylene glycol, triethylene glycol or the like are inserted, and the cellulose porous body after drying is inserted. It is possible to improve the texture and feel of the body. In particular, when viscose is used as the alkaline cellulose solution, a desulfurization process using sodium sulfide or the like may be inserted after the regeneration process.
[0045]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[0046]
In the following, “%” indicates “% by weight”. As for the porosity, first, the bulk specific gravity (g / cm 2) is calculated from the weight and volume of the dried sample cut into 10 cm square.Three), And then the true specific gravity (g / cm) using a pycnometer by the water displacement methodThree) And the porosity was calculated from the following equation. However, samples were collected at random, and the average value of n = 10 was used as the porosity of each example and each comparative example.
[0047]
Porosity (%) = (true specific gravity−bulk specific gravity) / true specific gravity × 100
Further, the wet tensile strength was measured by using a universal testing machine under a tensile speed of 50 mm / min as a JIS K7113 No. 1-1 / 2 dumbbell-shaped test piece after the dried sample was dipped and wetted again in water. (N = 10). In addition, MD in wet tensile strength shows that it was pulled along the flow direction of the machine, and CD shows that it was pulled along the direction perpendicular to the flow direction of the machine.
[0048]
Example 1
Viscose for cellophane production (cellulose concentration 9.5%, ammonium chloride number 7, alkali concentration 5.6%, viscosity 5,500 centipoise) 10kg and hemp fiber (length 6mm, thickness 5d) 570g in a kneader After stirring and mixing, 20 kg of gelatinous hydrogel particles (average particle size 2.5 mm) were added as a porosifying agent, and the mixture was stirred and mixed at a temperature of 20 ° C. or lower to prepare a molding mixture for molding. In addition, the gelatin-containing gel particles described above were prepared by adding 4 kg of dried gelatin powder (Nitta Gelatin Co., Ltd. # 150, jelly strength 150-180 bloom) to 16 kg of water at 20 ° C. or lower and stirring the gelatin completely. Swelled in water and pulverized to an average particle size of 2 to 3 mm.
[0049]
This molding mixture was cast on a 30 cm × 50 cm glass plate so as to have a thickness of 4 mm, and immersed in a coagulating solution of 6.8% sulfuric acid containing 180 g / l sodium sulfate for 5 minutes to solidify.
[0050]
Next, the solidified molded body was separated from the glass plate and immersed in a regenerated solution of 9.1% sulfuric acid for 15 minutes. Since this regenerated solution is heated to 40 ° C., the gelatin gel particles as a porogen are eluted to form voids, and further, the acid penetrates into the molded body to completely regenerate the cellulose. did. Next, the gelatin solution remaining inside was squeezed out with a mangle, and the compact was washed with warm water of 40 ° C.
[0051]
Further, this molded body was desulfurized with a 3 g / l sodium sulfate aqueous solution heated to 70 ° C., and then bleached with a 0.3% sodium hypochlorite aqueous solution. Next, the molded body was sufficiently washed with water, and then dried with hot air at 120 ° C. until the water content became about 10% to obtain a sheet-like cellulose porous body.
[0052]
The thickness of this sheet is 3.2 mm, the porosity is 94.8%, and the wet strength is 3.5 kgf / cm.2Met. When the cross section was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that a very porous structure was formed.
[0053]
(Example 2)
A molding mixture was produced as in Example 1. Cellulose porous bodies were continuously produced from this molding mixture using the apparatus shown in FIG. Specifically, a screw pump was used as the supply pump 3, and the molding mixture 1 was supplied at 500 ml / min to a coat hanger die (lip width 30 cm, gap 4 mm) as a kind of die 4. Since this coat hanger die is installed in the upper part of the coagulation tank 6 having a 6.8% sulfuric acid coagulation liquid 7 containing 180 g / l sodium sulfate, it is formed into a sheet extruded by the coat hanger die. The molded body 5 is immersed in the coagulating liquid 7 and solidified.
[0054]
Next, the solidified sheet-like molded body 5 was fed into a regenerated solution of 9.1% sulfuric acid. Since the regenerated solution 10 is heated to 40 ° C., the gelatin gel particles used as the porosifying agent are eluted to form voids, and further, the acid penetrates into the inside of the sheet 5 and the cellulose Completed playback. Then, the gelatin solution remaining inside the sheet 5 was squeezed out by the nip roller 13, sent to the water washing tank 14, and washed with warm water 15 at 40 ° C.
[0055]
Further, the sheet 5 was desulfurized with a 3 g / l sodium sulfate aqueous solution (not shown) heated to 70 ° C., and then bleached with a 0.3% sodium hypochlorite aqueous solution (not shown). And after washing | cleaning the sheet | seat 5 sufficiently, it dried with the hot air of 120 degreeC until the moisture content became about 10%, and obtained the continuous cellulose sheet.
[0056]
The sheet 5 has a thickness of 2.9 mm, a porosity of 94.2%, and a wet tensile strength of MD 6.1 kgf / cm.2CD 3.1 kgf / cm2Met. Moreover, when the cross section was observed with the scanning electron microscope, as shown in FIG. 2, it was confirmed that it is a very porous structure.
[0057]
(Example 3)
A continuous cellulose sheet was obtained in the same manner as in Example 2 except that hydrous gel particles of agar were used as the porogen and that the regenerated solution 10 and the warm water 15 in the washing tank 14 were set to 95 ° C. . The gel particles of agar were dissolved by adding 4 kg of agar powder (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .; reagent) to 16 kg of hot water at 95 ° C., cooled to 20 ° C., and gelled. It was obtained by pulverizing to 2 to 3 mm.
[0058]
The thickness of this sheet is 2.3 mm, the porosity is 92.8%, and the wet tensile strength is MD 2.7 kgf / cm.2CD1.5kgf / cm2Met. Moreover, when the cross section was observed with the scanning electron microscope, it was confirmed that it was a very porous structure.
[0059]
Example 4
Example 2 except that a cellulose copper ammonia solution (copper concentration 4.0%, ammonia concentration 9.8%, cellulose concentration 5.7%) was used instead of viscose, and desulfurization treatment was not performed. In the same manner, a continuous cellulose sheet was obtained.
[0060]
The thickness of this sheet is 2.8 mm, the porosity is 93.3%, and the wet tensile strength is MD 2.9 kgf / cm.2CD1.4kgf / cm2Met. Moreover, when the cross section was observed with the scanning electron microscope, it was confirmed that it was a very porous structure.
[0061]
(Example 5)
Viscose for cellophane production (cellulose concentration 9.5%, ammonium chloride number 7, alkali concentration 5.6%, viscosity 5,500 centipoise) 10kg, hemp fiber (length 6mm, thickness 5d) 570g, and water 16kg After stirring and mixing in a kneader, 4 kg of gelatin dry powder (Nitta Gelatin Co., Ltd. # 150, jelly strength 150 to 180 bloom) is directly added while maintaining the temperature at 20 ° C. or lower. Was completely swollen with water to obtain hydrogel particles, thereby preparing a molding mixture. The following operations were performed in the same manner as in Example 2 to obtain a continuous cellulose sheet.
[0062]
This sheet has a thickness of 2.8 mm, a porosity of 94.1%, and a wet tensile strength of MD 5.9 kgf / cm.2CD 2.9kgf / cm2Met. Moreover, when the cross section was observed with the scanning electron microscope, it was confirmed that it was a very porous structure.
[0063]
(Comparative Example 1)
Instead of using gelatin gel particles as the porosifying agent, 30 kg of crystal mirabilite having an average particle diameter of 2.5 mm was used, and the mixture was stirred and mixed at 10 ° C. in order to avoid dissolution of the crystal mirabilite as much as possible. Similarly, preparation of a porous cellulose was attempted. However, the coagulation liquid and the regenerated liquid hardly permeate the inside of the molded body, and therefore, the regeneration of cellulose did not progress easily. Therefore, the coagulation liquid and the regeneration liquid were heated to 95 ° C. Still, it took 1 hour to regenerate cellulose. Thereafter, washing with water was performed to completely remove the crystalline mirabilite, which is a porous agent, but it took 1 hour.
[0064]
The thickness of this sheet is 2.8 mm, the porosity is 92.1%, and the wet tensile strength is MD 3.9 kgf / cm.2CD 2.9kgf / cm2Met. Moreover, when the cross section was observed with the scanning electron microscope, it was confirmed that it was a very porous structure.
[0065]
(Comparative Example 2)
Example 2 is the same as Example 2 except that 30 kg of crystal mirabilite having an average particle diameter of 2.5 mm was used instead of gelatin gel particles as a porosifying agent, and stirring and mixing was performed at 10 ° C. in order to avoid dissolution of the crystal mirabilite as much as possible. Similarly, continuous extrusion was attempted. However, the die was immediately closed and a continuous molded product could not be obtained.
[0066]
(Comparative Example 3)
Instead of using gelatin gel particles as a porous agent, 2.85 kg of calcium carbonate as a foaming agent (SS # 30, average particle size 7.4 μm, manufactured by Nippon Flour & Chemical Co., Ltd.) is used at room temperature. Continuous molding was attempted in the same manner as in Example 2 except that the mixture for stirring was mixed to form a molding mixture, and the coagulating liquid 7 and the regenerating liquid 10 were both 7.1% hydrochloric acid at 60 ° C. A typical cellulose sheet was obtained. However, due to the low mechanical strength of the sheet when wet immediately after coagulation regeneration, the sheet was often cut during the continuous operation. The thickness of this sheet is 1.7 mm, the porosity is 88.0%, and the wet tensile strength is MD1.4 kgf / cm.2CD 0.9kgf / cm2Met. Further, when the cross section was observed with a scanning electron microscope, as shown in FIG. 3, it was porous, but the porosity was low and there were many dense portions.
[0067]
result
In Example 1, a porous cellulose material was obtained by a batch-type treatment, but the porosity was very high, and a similar cellulose porous material could be obtained even when continuously produced using the same molding mixture. It was. Moreover, in any case of Examples 2-4, the mixture for shaping | molding can be continuously extruded in a favorable state, without obstruct | occluding a die | dye, Moreover, in any case, a water-containing gel is promptly in a reproduction | regeneration tank. The eluted voids were formed. As a result, the permeation of the acid into the molded body was accelerated, and the cellulose porous body having a uniform void structure with a high void ratio was obtained.
[0068]
On the other hand, in Comparative Example 1, since the porosifying agent did not elute quickly, the acid could not permeate and it took time for coagulation regeneration. Furthermore, it took time to completely remove the porous agent by washing with water. Further, in Comparative Example 2, crystal mirabilite, which is a water-soluble salt and hard particles, was used, so that the die was clogged and could not be continuously extruded into a sheet shape. Further, as in Comparative Example 3, when calcium carbonate was used, the temperature of the acid was increased for the purpose of increasing the porosity, and a large amount of calcium carbonate was used. Not only was not obtained, but also the strength was low.
[0069]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the hydrogel particles are used as the porosifying agent, the porosifying agent quickly flows out as a solution when heated to a temperature higher than the melting point of the hydrous gel. Can do. Thereby, the penetration of the acid into the molded body is fast, and the regeneration of the cellulose is also performed quickly.
[0070]
Further, since the hydrogel particles do not block the extrusion port such as the T-die or the flow path, it is advantageous for continuous extrusion molding.
[0071]
Furthermore, when the hydrous gel particles having elasticity are used, the porous agent can be extruded without being crushed or clogging dies during extrusion molding.
[0072]
In the present invention, since it is possible to obtain a porous body having a high porosity according to the amount of hydrous gel that is a porous agent, for example, continuous production of a porous cellulose body having excellent liquid absorbency is performed. It is possible.
[0073]
In addition, the size and amount of voids formed inside the porous cellulose body can be controlled by the size and amount of water-containing gel, and the porosity is not limited as in the case of calcium carbonate. It is possible to obtain a high porosity corresponding to the above.
[0074]
Furthermore, when the communicating holes are formed with a porous agent, the hydrogel quickly becomes a solution and flows out to the outside just by heating the hydrous gel above its melting point. The operation of dissolving the crystals with running water and the time for the acid decomposition treatment as in the case of calcium carbonate are not required, and the operation can be performed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic process diagram showing an example of a method for producing a porous cellulose material according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional photograph of a sheet-like cellulose porous material obtained in Example 2 using a scanning electron microscope.
FIG. 3 is a cross-sectional photograph of a sheet-like cellulose porous material obtained in Comparative Example 3 using a scanning electron microscope.
[Explanation of symbols]
1 Molding mixture
2 Liquid reservoir
3 Supply pump
4 dice
5 Molded body
6 Coagulation tank
7 Coagulation liquid
8 Drive roller
9 Regeneration tank
10 Regenerating solution
11 Circulation pump
12 Driving roller
13 Nip roller
14 Flush tank
15 Hot water

Claims (1)

アルカリ型セルロース溶液に含水ゲル粒子を混合し、成形及び凝固した後、セルロースを再生し、加熱によって上記含水ゲル粒子を溶出させるセルロース多孔体の製造方法。A method for producing a porous cellulose body, comprising mixing hydrogel particles in an alkaline cellulose solution, shaping and coagulating, regenerating cellulose, and eluting the hydrogel particles by heating.
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