JP5300398B2 - Cellulose nonwoven fabric and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細なセルロース繊維からなり通気性を有するセルロース不織布および、その製造方法に関する。 The present invention relates to a cellulose nonwoven fabric made of fine cellulose fibers and having air permeability, and a method for producing the same.
微細なセルロース繊維からなるシート材料では、構成するセルロース繊維の繊維径が非常に細い。そのため、特に高空孔率で通気性を有するように設計したシート材料では、不織布内部に極めて微細なネットワーク構造が形成されており、微多孔膜に匹敵する小さな孔径相当の不織布として提供することもできる。また、繊維が細いため、10g/m2以下程度の低目付に設計した際にも均質性の高い不織布を提供することが可能であり、従来の抄紙技術では提供し得ない低目付シート材料での薄膜化も可能となる。
本発明者らは、上述の微細なセルロース繊維からなる通気性を有するセルロース不織布を提供する技術を検討してきた(特許文献1参照)。
In the sheet material which consists of a fine cellulose fiber, the fiber diameter of the cellulose fiber to comprise is very thin. Therefore, in the sheet material specifically designed to have high porosity and air permeability, a very fine network structure is formed inside the nonwoven fabric, and can be provided as a nonwoven fabric corresponding to a small pore size comparable to a microporous membrane. . In addition, since the fibers are thin, it is possible to provide a nonwoven fabric with high homogeneity even when designed with a low basis weight of about 10 g / m 2 or less, and a low basis weight sheet material that cannot be provided by conventional papermaking technology. It is also possible to reduce the film thickness.
The present inventors have studied a technique for providing a cellulose nonwoven fabric having air permeability composed of the above-described fine cellulose fibers (see Patent Document 1).
しかしながら、こうした微細セルロース繊維からなるセルロース不織布において、その特徴を活かして低目付の設計を試みると、当然のことながら、強度が低減してしまう。従って、実用的な利用のためには、強度面において低目付化可能な範囲には限界があった。
一方で、材料としてのセルロースの特徴の一つとして、高い耐熱特性がある(特許文献2、および特許文献3参照)。これは、セルロース固体の内部で形成されている分子鎖内の水素結合と分子鎖間の水素結合の双方による、極めて剛直かつ安定な分子鎖の充填構造に起因している。セルロース繊維からなるセルロース不織布の強度向上のためには、セルロース繊維による接触点でのバインダーポリマーによる補強技術を考案することができるものの、セルロース材料のもつ高い耐熱特性を損ねない範囲でバインダーポリマーを混在させるためには、バインダーポリマー自体が高い耐熱性を保有するという制約があった。
However, in a cellulose nonwoven fabric composed of such fine cellulose fibers, if a design with a low basis weight is attempted by making use of the characteristics, the strength is naturally reduced. Therefore, for practical use, there is a limit to the range in which the weight per unit area can be lowered in terms of strength.
On the other hand, one of the characteristics of cellulose as a material is high heat resistance (see Patent Document 2 and Patent Document 3). This is due to the extremely rigid and stable packing structure of the molecular chain by both the hydrogen bond in the molecular chain formed inside the cellulose solid and the hydrogen bond between the molecular chains. In order to improve the strength of cellulose nonwoven fabric made of cellulose fibers, we can devise reinforcement technology with binder polymers at the contact points with cellulose fibers, but we mix binder polymers within the range that does not impair the high heat resistance characteristics of cellulose materials In order to achieve this, there is a restriction that the binder polymer itself has high heat resistance.
一方、前述の特許文献1〜特許文献3にて具体例として開示されている微細セルロース繊維からなるシートではバインダーポリマーによるシート強度の補強効果については具体的な例示はされていないし、同様の技術について開示されている特許文献4〜特許文献6についても具体的例示は全くなされていない。
すなわち、微細なセルロース繊維からなるセルロース不織布においては、低目付の設計下では言うまでもなく、低目付に限らずともシート強度を向上させることは実用上、重要な課題であった。該課題を解決するための一つの手段としては、バインダーポリマーをネットワークの交絡点に作用させ、接触点強度を増大させる技術が考えられるが、少なくとも、セルロース材料の長所の一つである、耐熱性を保持したまま該課題を達成させる技術は存在しないのが現状であった。
本発明は、微細なセルロース繊維からなる通気性かつ高強度のセルロース不織布を提供することを目的とする。
That is, in a cellulose nonwoven fabric composed of fine cellulose fibers, it is needless to say that the sheet strength is not limited to a low basis weight. As one means for solving the problem, a technique for increasing the strength of the contact point by causing the binder polymer to act on the entanglement point of the network can be considered, but at least one of the advantages of the cellulose material is heat resistance. At present, there is no technology that can achieve this problem while maintaining the above.
An object of this invention is to provide the air permeable and high intensity | strength cellulose nonwoven fabric which consists of a fine cellulose fiber.
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、微細なセルロース繊維からなるセルロース不織布に水溶性多糖または水溶性多糖誘導体を適量含有させることにより、上記課題を解決できることを見い出し、さらに微細なセルロース繊維の水分散液に該水溶性多糖または水溶性多糖誘導体と油性化合物からなるエマルジョンを混在させた水系分散液を用いて抄紙法により製膜、乾燥させることにより、有効的に上記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by containing an appropriate amount of a water-soluble polysaccharide or a water-soluble polysaccharide derivative in a cellulose nonwoven fabric composed of fine cellulose fibers. Further, the above-mentioned method is effectively achieved by forming a film by a papermaking method and drying using an aqueous dispersion obtained by mixing an emulsion of the water-soluble polysaccharide or water-soluble polysaccharide derivative and an oily compound in an aqueous dispersion of fine cellulose fibers. The present inventors have found that the problems can be solved and completed the present invention.
即ち、本発明は、以下のセルロース不織布、該不織布を含む多層化シート、該不織布の製造方法、及び該多層化シートの製造方法である。
[1]セルロースミクロフィブリルから成るセルロース不織布であって、水溶性多糖及び水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.5重量%以上20重量%以下含有し、目付が3g/m2以上80g/m2以下、かつ目付10g/m2相当の透気抵抗度が10s/100ml以上500s/100ml以下であるセルロース不織布。
[2]セルロース不織布を構成する繊維の数平均繊維径が300nm以下である[1]に記載のセルロース不織布。
[3]トルエン中に浸液した状態で、850nmの波長の光を不織布に対して垂直に走査して得られる、下記式(1)で定義される平均透過率Tr,avを目付10g/m2相当の値に換算した値が0.70以上であることを特徴とする[1]または[2]に記載のセルロース不織布。
(ただし、Tr,avは、試験管の内面に不織布が貼り付いた状態でトルエンを満たし、不織布に対し垂直な方向から試験管に対して850nmの波長の光を照射し、試験管に沿って長さ方向に40μmごとに合計30000μm(データ点数;750)の長さ分を走査した際に各々得られる透過率の平均値Tr,1と、不織布を除いてトルエンのみ注入された状態で同じ測定を行って得られる透過率の平均値Tr,2の比によって、次式で定義される。)
Tr,av=Tr,1/Tr,2 (1)
That is, this invention is the following cellulose nonwoven fabrics, the multilayered sheet containing this nonwoven fabric, the manufacturing method of this nonwoven fabric, and the manufacturing method of this multilayered sheet.
[1] A cellulose nonwoven fabric composed of cellulose microfibrils, containing a total of 0.5% by weight or more and 20% by weight or less of one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives A cellulose nonwoven fabric having a basis weight of 3 g / m 2 or more and 80 g / m 2 or less, and an air resistance corresponding to a basis weight of 10 g / m 2 is 10 s / 100 ml or more and 500 s / 100 ml or less.
[2] The cellulose nonwoven fabric according to [1], wherein the number-average fiber diameter of the fibers constituting the cellulose nonwoven fabric is 300 nm or less.
[3] The average transmittance T r, av defined by the following formula (1) obtained by scanning light with a wavelength of 850 nm perpendicularly to the nonwoven fabric in a state of being immersed in toluene is 10 g / The cellulose nonwoven fabric according to [1] or [2], wherein a value converted to a value corresponding to m 2 is 0.70 or more.
(However, Tr, av is filled with toluene in a state where the nonwoven fabric is adhered to the inner surface of the test tube, irradiated with light having a wavelength of 850 nm from the direction perpendicular to the nonwoven fabric, and along the test tube. In the state where only the toluene is injected except for the average value Tr, 1 of the transmittance obtained when scanning a total length of 30,000 μm (data points: 750) every 40 μm in the length direction, and the nonwoven fabric. (It is defined by the following equation by the ratio of the average value T r, 2 of the transmittance obtained by performing the same measurement.)
T r, av = T r, 1 / T r, 2 (1)
[4]目付が5g/m2以上30g/m2以下、かつ目付10g/m2相当の透気抵抗度が20s/100ml以上300s/100ml以下である[1]〜[3]のいずれかに記載のセルロース不織布。
[5]水溶性高分子が水溶性セルロース誘導体である[1]〜[4]のいずれかに記載のセルロース不織布。
[6]複数の層が積層されてなる多層化シートであって、[1]〜[5]のいずれかに記載のセルロース不織布の層を含み、目付が8g/m2以上100g/m2以下、かつ透気抵抗度が10s/100ml以上1000s/100ml以下である多層化シート。
[4] Any of [1] to [3], wherein the basis weight is 5 g / m 2 or more and 30 g / m 2 or less, and the air resistance corresponding to the basis weight is 10 g / m 2 is 20 s / 100 ml or more and 300 s / 100 ml or less. The cellulose nonwoven fabric as described.
[5] The cellulose nonwoven fabric according to any one of [1] to [4], wherein the water-soluble polymer is a water-soluble cellulose derivative.
[6] A multilayered sheet formed by laminating a plurality of layers, including the cellulose nonwoven fabric layer according to any one of [1] to [5], and having a basis weight of 8 g / m 2 or more and 100 g / m 2 or less. And a multilayer sheet having an air resistance of 10 s / 100 ml or more and 1000 s / 100 ml or less.
[7][1]〜[5]のいずれかに記載のセルロース不織布の製造方法であって、
(1)セルロースミクロフィブリル0.05重量%以上0.5重量%以下、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下の油性化合物0.15重量%以上10重量%以下、水溶性多糖及び水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.003重量%以上0.1重量%以下、及び水85重量%以上99.5重量%以下を含む水系分散液であって、該油性化合物が水相に分散したエマルジョンである水系分散液を調製する調製工程、(2)水系分散液を構成する水の一部を抄紙機で脱水することによって、セルロースミクロフィブリルの濃度および油性化合物の濃度を該水系分散液より増加させた濃縮組成物を得る抄紙工程、(3)濃縮組成物を加熱することによって、該濃縮組成物から油性化合物および水の一部を蒸発させて除去する乾燥工程、
の3つの工程を含むセルロース不織布の製造方法。
[7] A method for producing a cellulose nonwoven fabric according to any one of [1] to [5],
(1) Cellulose microfibrils 0.05% by weight or more and 0.5% by weight or less, oily compounds having a boiling point range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less under atmospheric pressure 0.15% by weight or more and 10% by weight or less, water-soluble polysaccharide And a water system comprising a total of 0.003% by weight or more and 0.1% by weight or less of water-soluble polymer and one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharide derivatives and 85% by weight or more and 99.5% by weight or less of water A preparation step of preparing an aqueous dispersion, which is an emulsion in which the oily compound is dispersed in an aqueous phase; (2) by dehydrating a part of water constituting the aqueous dispersion with a paper machine, A paper-making process for obtaining a concentrated composition in which the concentration of microfibrils and the concentration of oily compound are increased from the aqueous dispersion; (3) heating the concentrated composition to remove the oily compound from the concentrated composition. Drying step of removing by evaporation a portion of the beauty water,
The manufacturing method of the cellulose nonwoven fabric containing these 3 processes.
[8]セルロースミクロフィブリルが、針葉樹パルプ、広葉樹パルプ、コットン由来パルプ、麻由来パルプ、バガス由来パルプ、ケナフ由来パルプ、竹由来パルプ、及びワラ由来パルプからなる群より選ばれる少なくとも1種を原料として得られるミクロフィブリル化セルロースである[7]に記載のセルロース不織布の製造方法。
[9]セルロースミクロフィブリルが、α−セルロース含有率が95重量%以上である原料パルプの中から選ばれる少なくとも1種を原料として得られるミクロフィブリル化セルロースである[8]に記載のセルロース不織布の製造方法。
[10]油性化合物が炭素数5〜炭素数9の範囲であり一価かつ一級のアルコールを含む、[7]〜[9]のいずれかに記載のセルロース不織布の製造方法。
[11]油性化合物が、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、及び1−ヘプタノールからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物を含む、[10]に記載のセルロース不織布の製造方法。
[12]乾燥工程の後に、乾燥後に得られたセルロース不織布にカレンダー装置によって平滑化処理を施す平滑化工程を有することを特徴とする[7]〜[11]のいずれかに記載のセルロース不織布の製造方法。
[8] At least one selected from the group consisting of softwood pulp, hardwood pulp, cotton-derived pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, and straw-derived pulp is used as a raw material for cellulose microfibrils The manufacturing method of the cellulose nonwoven fabric as described in [7] which is the microfibrillated cellulose obtained.
[9] The cellulose nonwoven fabric according to [8], wherein the cellulose microfibril is a microfibrillated cellulose obtained from at least one selected from raw pulps having an α-cellulose content of 95% by weight or more. Production method.
[10] The method for producing a cellulose nonwoven fabric according to any one of [7] to [9], wherein the oily compound has a carbon number of 5 to 9 and contains a monovalent and primary alcohol.
[11] The method for producing a cellulose nonwoven fabric according to [10], wherein the oily compound contains at least one compound selected from the group consisting of 1-pentanol, 1-hexanol, and 1-heptanol.
[12] The cellulose nonwoven fabric according to any one of [7] to [11], wherein the cellulose nonwoven fabric obtained after drying is subjected to a smoothing process after the drying step by a calendering device. Production method.
[13][6]に記載の多層化シートの製造方法であって、
(1)セルロースミクロフィブリル0.05重量%以上0.5重量%以下、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下の油性化合物0.15重量%以上10重量%以下、水溶性多糖及び水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.003重量%以上0.1重量%以下、及び水85重量%以上99.5重量%以下を含む水系分散液であって、該油性化合物が水相に分散したエマルジョンである水系分散液を調製する調製工程、(2)抄紙機に通水性のあるシート状の支持体をのせて、水系分散液を構成する水の一部を該支持体上で脱水することによって、該支持体上にセルロースミクロフィブリルの濃度および油性化合物の濃度を該水系分散液より増加させた濃縮組成物からなる層を積層一体化させる抄紙工程(3)濃縮組成物と一体化された支持体を加熱することによって、該濃縮組成物から油性化合物および水の一部を蒸発させて除去する乾燥工程、
の3つの工程を含む多層化シートの製造方法。
[13] A method for producing a multilayered sheet according to [6],
(1) Cellulose microfibrils 0.05% by weight or more and 0.5% by weight or less, oily compounds having a boiling point range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less under atmospheric pressure 0.15% by weight or more and 10% by weight or less, water-soluble polysaccharide And a water system comprising a total of 0.003% by weight or more and 0.1% by weight or less of water-soluble polymer and one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharide derivatives and 85% by weight or more and 99.5% by weight or less of water A preparation step for preparing an aqueous dispersion, which is an emulsion in which the oily compound is dispersed in an aqueous phase; (2) placing a water-permeable sheet-like support on a paper machine, A layer composed of a concentrated composition in which the concentration of cellulose microfibrils and the concentration of oily compounds are increased on the support by dehydrating a part of the constituent water on the support is laminated and integrated. Conversion By heating the paper making process (3) supported integrated with the concentrate composition body to a drying step to remove by evaporation a portion of the oily compound and water from the concentrate composition,
The manufacturing method of the multilayer sheet | seat containing these 3 processes.
[14]セルロースミクロフィブリルが、針葉樹パルプ、広葉樹パルプ、コットン由来パルプ、麻由来パルプ、バガス由来パルプ、ケナフ由来パルプ、竹由来パルプ、及びワラ由来パルプからなる群より選ばれる少なくとも1種を原料として得られるミクロフィブリル化セルロースである[13]に記載の多層化シートの製造方法。
[15]セルロースミクロフィブリルが、α−セルロース含有率が95重量%以上である原料パルプの中から選ばれる少なくとも1種を原料として得られるミクロフィブリル化セルロースである[14]に記載の多層化シートの製造方法。
[16]油性化合物が炭素数5〜炭素数9の範囲であり一価かつ一級のアルコールを含む、[13]〜[15]のいずれか1項に記載の多層化シートの製造方法。
[17]油性化合物が、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、及び1−ヘプタノールからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物を含む、[16]に記載の多層化シートの製造方法。
[18]乾燥工程の後に、乾燥後に得られた多層化シートにカレンダー装置によって平滑化処理を施す平滑化工程を有することを特徴とする[13]〜[17]のいずれかに記載の多層化シートの製造方法。
[14] Using at least one selected from the group consisting of softwood pulp, hardwood pulp, cotton-derived pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, and straw-derived pulp as a raw material for cellulose microfibrils The method for producing a multilayered sheet according to [13], which is a microfibrillated cellulose obtained.
[15] The multilayered sheet according to [14], wherein the cellulose microfibril is a microfibrillated cellulose obtained from at least one selected from raw pulps having an α-cellulose content of 95% by weight or more. Manufacturing method.
[16] The method for producing a multilayered sheet according to any one of [13] to [15], wherein the oily compound has a carbon number of 5 to 9 and contains a monovalent and primary alcohol.
[17] The method for producing a multilayer sheet according to [16], wherein the oily compound includes at least one compound selected from the group consisting of 1-pentanol, 1-hexanol, and 1-heptanol.
[18] The multi-layering according to any one of [13] to [17], further comprising a smoothing step of performing a smoothing process on the multi-layered sheet obtained after drying by a calender device after the drying step Sheet manufacturing method.
本発明により、微細セルロース繊維からなる通気性を保有しかつ強度の高いセルロース不織布を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a cellulose nonwoven fabric having air permeability and high strength made of fine cellulose fibers.
本発明をさらに詳細に説明する。
本発明は、セルロース不織布およびその製造方法に関する。ここで、本発明では、「繊維を織ったり編んだりすることなく、繊維どうしを化学的方法、機械的方法または、それらの組み合わせにより、結合や組み合わせを行った構造物」という不織布の一般的定義に従い、本発明の構造体を湿式不織布の範疇と見なしてセルロース不織布と呼ぶ。敢えて紙と呼ばないのは、本発明の不織布を構成する主要なセルロース繊維が、従来の紙の原料としてのセルロース繊維よりも約2桁のオーダー細いセルロース繊維である点で大きく異なる材料であり、用途としてもいわゆる紙の用途ではなく、不織布が使われている用途分野で、より好適にその機能を発現するためである。
The present invention will be described in further detail.
The present invention relates to a cellulose nonwoven fabric and a method for producing the same. Here, in the present invention, a general definition of a nonwoven fabric “a structure in which fibers are bonded or combined by a chemical method, a mechanical method, or a combination thereof without weaving or knitting the fibers”. Therefore, the structure of the present invention is regarded as a category of wet nonwoven fabric and is called a cellulose nonwoven fabric. What is not darely called paper is a material that differs greatly in that the main cellulose fibers constituting the nonwoven fabric of the present invention are cellulose fibers that are about two orders of magnitude thinner than the cellulose fibers as the raw material of conventional paper, This is because the function is more suitably expressed not in the so-called paper application but in the application field where the nonwoven fabric is used.
本発明のセルロース不織布は、セルロースミクロフィブリルから成り、水溶性多糖及び水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.5重量%以上20重量%以下含有し、目付が3g/m2以上80g/m2以下、かつ目付10g/m2相当の透気抵抗度が10s/100ml以上500s/100ml以下である。
ここで、セルロースミクロフィブリルとは、ミクロフィブリルと呼ばれる数nm〜200nmの繊維径のセルロース繊維ないしはその集束体を意味する。より具体的には、バクテリアセルロースと呼ばれる、酢酸菌やバクテリア類の産生するセルロースか、あるいはミクロフィブリル化セルロースと呼ばれる、パルプ等の植物由来あるいはホヤセルロースのような動物由来のセルロースを高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、グラインダー等の高度にせん断力の加わる装置で微細化処理することにより得られる、繊維表面から引き剥がれた独立したミクロフィブリルあるいはそれらが収束した微細繊維(非特許文献1;A.F.Turbak, F.W.Snyder and K.R.Sandberg, ” Microfibrilated Cellulose, A New Cellulose Product: Properties, Uses, and Commercial Potential” J.Appl.Polym.Sci.: Appl. Polym. Symp., 37, 815 (1983))を意味する。このうち、本発明では、コストや品質管理の面からミクロフィブリル化セルロースを原料として使用することがより好ましい。
The cellulose nonwoven fabric of the present invention comprises cellulose microfibrils, and contains one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives in a total amount of 0.5% by weight to 20% by weight. The basis weight is 3 g / m 2 or more and 80 g / m 2 or less, and the air resistance corresponding to the basis weight 10 g / m 2 is 10 s / 100 ml or more and 500 s / 100 ml or less.
Here, the cellulose microfibril means a cellulose fiber having a fiber diameter of several nm to 200 nm called a microfibril or a bundle thereof. More specifically, cellulose derived from acetic acid bacteria and bacteria, which is called bacterial cellulose, or plant-derived cellulose such as pulp or animal-derived cellulose such as squirt cellulose, called microfibrillated cellulose, is used as a high-pressure homogenizer or super Independent microfibrils that have been peeled off from the fiber surface or fine fibers in which they converge (Non-patent Document 1; AFTurbak, FWSnyder and) KRSandberg, "Microfibrillated Cellulose, A New Cellulose Product: Properties, Uses, and Commercial Potential" J. Appl. Polym. Sci .: Appl. Polym. Symp., 37, 815 (1983)). Among these, in the present invention, it is more preferable to use microfibrillated cellulose as a raw material from the viewpoint of cost and quality control.
ここで、セルロースミクロフィブリルの表面を構成するセルロースは、化学修飾されていても構わない。例えば、微細セルロース繊維の表面に存在する一部あるいは大部分の水酸基が酢酸エステル化を含むエステル化されたもの、メチルエーテル、カルボキシエチルエーテル、シアノエチルエーテルを含むエーテル化されたもの、6位の水酸基が酸化され、カルボキシル基(酸型、塩型を含む)となったもの等を挙げることができる。このような表面を化学修飾したミクロフィブリルの例として例えば、TEMPO酸化触媒によってパルプを処理して得られる、表面がカルボキシル化したミクロフィブリル(非特許文献2;T.Saito, Y.Nishiyama, J-L. Putaux, M. Vignon and A. Isogai, “Homogeneous Suspensions of Individualized Microfibrils from TEMPO-Catalyzed Oxidation of Natural Cellulose” Biomacromolecules, 7, 1687 (2006))を挙げることができるが、これに限定されない。 Here, the cellulose which comprises the surface of a cellulose microfibril may be chemically modified. For example, some or most of the hydroxyl groups present on the surface of fine cellulose fibers are esterified including acetic esterification, etherified including methyl ether, carboxyethyl ether, cyanoethyl ether, 6-position hydroxyl group Can be oxidized to form a carboxyl group (including acid type and salt type). Examples of such microfibrils having a chemically modified surface include, for example, microfibrils having a carboxylated surface obtained by treating pulp with a TEMPO oxidation catalyst (Non-patent Document 2; T. Saito, Y. Nishiyama, JL. Putaux, M. Vignon and A. Isogai, “Homogeneous Suspensions of Individualized Microfibrils from TEMPO-Catalyzed Oxidation of Natural Cellulose” Biomacromolecules, 7, 1687 (2006)).
次に、ミクロフィブリル化セルロースを使用する際の原料としては、針葉樹パルプや広葉樹パルプ等のいわゆる木材パルプと非木材パルプを使用することができる。非木材パルプとしては、コットンリンターパルプを含むコットン由来パルプ、麻由来パルプ,バガス由来パルプ,ケナフ由来パルプ,竹由来パルプ,ワラ由来パルプを挙げることができる。コットン由来パルプ,麻由来パルプ,バガス由来パルプ,ケナフ由来パルプ,竹由来パルプ、ワラ由来パルプは、各々、コットンリントやコットンリンター、麻系のアバカ(例えばエクアドル産またはフィリピン産のものが多い)、ザイサルや、バガス、ケナフ、竹、ワラ等の原料を蒸解処理による脱リグニン等の精製工程や漂白工程を経て得られる精製パルプを意味する。この他、海藻由来のセルロースやホヤセルロースの精製物もミクロフィブリル化セルロースの原料として使用することができる。 Next, as a raw material when using microfibrillated cellulose, so-called wood pulp and non-wood pulp such as softwood pulp and hardwood pulp can be used. Examples of non-wood pulp include cotton-derived pulp including cotton linter pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, and straw-derived pulp. Cotton-derived pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, straw-derived pulp are cotton lint, cotton linter, hemp-based abaca (for example, many from Ecuador or the Philippines), It means a refined pulp obtained through a refining process such as delignification by a digestion process or a bleaching process for raw materials such as zaisal, bagasse, kenaf, bamboo, and straw. In addition, purified seaweed-derived cellulose and sea squirt cellulose can also be used as raw materials for microfibrillated cellulose.
さらに、ミクロフィブリル化セルロースの原料が、針葉樹パルプ、広葉樹パルプ、コットン由来パルプ、麻由来パルプ、バガス由来パルプ、ケナフ由来パルプ、竹由来パルプおよびワラ由来パルプの中から選ばれる少なくとも1種であってかつ、α−セルロース含有率が95重量%以上であると、耐熱性や耐溶剤性も高度な本発明のセルロース不織布を製造できるので、さらに好ましい。これは、リグニン成分やヘミセルロース等の主にパルプの植物原材料中に含まれる不純物が残存していると、耐熱性や耐溶剤性に悪影響を与えることによる。 Further, the raw material of the microfibrillated cellulose is at least one selected from conifer pulp, hardwood pulp, cotton-derived pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp and straw-derived pulp. And it is more preferable that the α-cellulose content is 95% by weight or more because the cellulose nonwoven fabric of the present invention having high heat resistance and solvent resistance can be produced. This is because if impurities such as lignin component and hemicellulose mainly contained in the plant raw material of the pulp remain, the heat resistance and solvent resistance are adversely affected.
ここで原料パルプ中のα−セルロース含有率の評価は、非特許文献3(日本木材学会編,木質科学実験マニュアル,文永堂出版,p95−p96,2000年4月10日発行)に記載されている全セルロース量の評価方法に従い、試料x0g中の全セルロース量x1gをまず評価し、次にx1g得られた全セルロース試料を用いて、該文献中に記載の方法に従い、α−セルロース量の評価を行う。ここで得られたα−セルロースの量をx2gとすると、最初に用いた試料重量(x0g)からのα−セルロースの含有率、x2×100/x0(%)をα−セルロース含有率と定義する。 Here, the evaluation of the content of α-cellulose in the raw pulp is described in Non-Patent Document 3 (edited by the Wood Society of Japan, Wood Science Experiment Manual, Bunnendo Publishing, p95-p96, issued April 10, 2000). According to the evaluation method of the total cellulose amount, the total cellulose amount x 1 g in the sample x 0 g is first evaluated, and then the total cellulose sample obtained by x 1 g is used, and the method described in the literature is followed. The amount of α-cellulose is evaluated. When the amount of α-cellulose obtained here is x 2 g, the α-cellulose content from the sample weight (x 0 g) used first, x 2 × 100 / x 0 (%) is α- Defined as cellulose content.
原料パルプのうち、α−セルロース以外の成分(不純物)としては、リグニン(試料中の全セルロース量を差し引いたものの主成分)やヘミセルロース類(全セルロース量のうちα−セルロース量を差し引いたものの主成分)を挙げることができるが、これらの成分の一部は本発明の叩解や微細化の工程で水相へ溶出し、抄紙工程で系外へ排出されるものの、一部はセルロースミクロフィブリルの表面近傍等に残存し、本発明のセルロース不織布の耐熱性や耐久性を損ねることがある。したがって、本発明で使用する原料パルプはα−セルロース含有量の高いものが好ましい。 Among raw pulps, components other than α-cellulose (impurities) include lignin (the main component of the sample minus the total cellulose content) and hemicelluloses (the total cellulose content minus the α-cellulose content). Although some of these components are eluted into the aqueous phase in the beating and refining process of the present invention and discharged out of the system in the papermaking process, some of these components are cellulose microfibrils. It may remain in the vicinity of the surface and the like, and the heat resistance and durability of the cellulose nonwoven fabric of the present invention may be impaired. Therefore, the raw material pulp used in the present invention preferably has a high α-cellulose content.
本発明のセルロース不織布を構成する繊維の数平均繊維径は2nm以上300nm以下、好ましくは10nm以上150nm以下の範囲にあると、微細かつ均一なネットワーク構造を有する不織布を低目付で得ることができるのでそのような不織布を望む場合には特に有効である。数平均繊維径が2nmよりも小さいセルロースミクロフィブリルの報告は文献上存在せず、現実的に作ることは困難と考えられる。また、数平均繊維径が300nmよりも大きな場合には、微細なネットワーク構造に基づく微小な孔径の不織布となり難くなるため、本発明のセルロース不織布で期待できる効果が現れ難くなる(一般的な紙に対する差別性が低くなる)。 If the number average fiber diameter of the fibers constituting the cellulose nonwoven fabric of the present invention is in the range of 2 nm to 300 nm, preferably 10 nm to 150 nm, a nonwoven fabric having a fine and uniform network structure can be obtained with a low basis weight. This is particularly effective when such a nonwoven fabric is desired. There are no reports on cellulose microfibrils having a number average fiber diameter of less than 2 nm in the literature, and it is considered difficult to make them practically. In addition, when the number average fiber diameter is larger than 300 nm, it becomes difficult to become a non-woven fabric having a fine pore diameter based on a fine network structure, and thus the effect expected from the cellulose non-woven fabric of the present invention is difficult to appear (for general paper). Discriminatory).
ここで、ミクロフィブリル化セルロースの数平均繊維径は以下のようにして定義される。すなわち、該ミクロフィブリル化セルロースをシート状に成形して乾燥させて得たセルロース不織布の表面に関して、無作為に少なくとも2箇所、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を10000倍相当以上30000倍以下の範囲で、繊維径がはっきりと認識できる倍率で行う。得られたSEM画像(例えば、図1)に対し、画面に対し水平方向と垂直方向にラインを引き、ラインに交差する繊維の繊維径を拡大画像から実測し、交差する繊維の個数と各繊維の繊維径を数える。こうして2つのラインに交差するすべての繊維について繊維径の測定結果を用いて数平均繊維径を算出する。さらに同じサンプルについて観察した別の場所を撮影した同じ倍率のSEM画像についても同じように数平均繊維径を算出し、合計2画像分の結果の平均値を対象とする試料の数平均繊維径とする。ここで、図1に示すサンプルの数平均繊維径は108nmである。 Here, the number average fiber diameter of the microfibrillated cellulose is defined as follows. That is, with respect to the surface of the cellulose nonwoven fabric obtained by molding and drying the microfibrillated cellulose into a sheet shape, at least two spots at random, the observation by a scanning electron microscope (SEM) is equivalent to 10,000 times or more and 30000 times or less. In the range, the magnification is such that the fiber diameter can be clearly recognized. With respect to the obtained SEM image (for example, FIG. 1), a line is drawn in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the screen, and the fiber diameter of the fiber that intersects the line is measured from the enlarged image. Count the fiber diameter. In this way, the number average fiber diameter is calculated using the fiber diameter measurement results for all the fibers that intersect the two lines. Further, the number average fiber diameter is calculated in the same manner for the SEM image of the same magnification obtained by photographing another place observed for the same sample, and the average value of the results for the total of two images is used as the number average fiber diameter of the sample. To do. Here, the number average fiber diameter of the sample shown in FIG. 1 is 108 nm.
原料パルプからミクロフィブリル化セルロースへの微細化においては、100℃以上の温度での水中含浸下でのオートクレーブ処理、叩解処理、酵素処理等、またはこれらの組み合わせによって、原料パルプを微細化し易い状態に前処理しておくことは有効である。これらの処理は、微細化処理の負荷を軽減するだけでなく、セルロース繊維を構成するミクロフィブリルの表面や間隙に存在するリグニンやヘミセルロースなどの不純物成分を水相へ排出し、その結果、微細化された繊維のα−セルロース純度を高める効果もあるため、大変有効であることもある。 In refining from raw pulp to microfibrillated cellulose, raw pulp is easily refined by autoclave treatment, beating treatment, enzyme treatment, etc. under impregnation in water at a temperature of 100 ° C. or higher, or a combination thereof. It is effective to pre-process. These treatments not only reduce the load of the micronization process, but also discharge impurities components such as lignin and hemicellulose that exist on the surface and gaps of the microfibrils that make up the cellulose fibers to the water phase, resulting in micronization. Since it also has the effect of increasing the α-cellulose purity of the prepared fibers, it may be very effective.
例えば、叩解処理工程においては、原料パルプを0.5重量%以上4重量%以下、好ましくは0.8重量%以上3重量%以下、さらに好ましくは1.0重量%以上2.5重量%以下の固形分濃度となるように水に分散させ、まずビーターやディスクレファイナー(ダブルディスクレファイナー)のような叩解装置でフィブリル化を高度に促進させる。ディスクレファイナーを用いる場合には、ディスク間のクリアランスを極力狭く(例えば0.1mm以下)設定して、処理を行うと、極めて高度な叩解(フィブリル化)が進行するので、高圧ホモジナイザー等による微細化処理の条件を緩和でき、有効な場合がある。
好ましい叩解処理の程度は以下のように定められる。水中に分散させたセルロースをJIS P 8121で定義されるパルプのカナダ標準ろ水度試験方法(以下、CSF法)のCSF値で評価したところ、叩解処理を行うにつれCSF値は経時的に減少していき、一旦、ゼロ近くとなった後、さらに叩解処理を続けると増大していく傾向が確認された。
For example, in the beating treatment step, the raw material pulp is 0.5 wt% or more and 4 wt% or less, preferably 0.8 wt% or more and 3 wt% or less, more preferably 1.0 wt% or more and 2.5 wt% or less. First, fibrillation is promoted to a high degree by a beating device such as a beater or a disc refiner (double disc refiner). When using a disc refiner, if the clearance between the discs is set as narrow as possible (for example, 0.1 mm or less) and processing is performed, extremely advanced beating (fibrillation) proceeds. It may be effective because the conditions for the conversion process can be relaxed.
A preferable degree of beating processing is determined as follows. When cellulose dispersed in water was evaluated by the CSF value of Canadian Standard Freeness Test Method (hereinafter, CSF method) of pulp defined in JIS P 8121, the CSF value decreased with time as the beating treatment was performed. Once it was close to zero, it was confirmed that it continued to increase as the beating process continued.
水系分散液を調整するに当たって使用するミクロフィブリル化セルロースは、CSF値が一旦、ゼロ近くとなった後、さらに叩解処理を続けCSF値が増加している状態まで叩解することが好ましい。本発明では、未叩解からCSF値が減少する過程でのCSF値を***↓、ゼロとなった後に増大する傾向におけるCSF値を***↑と表現する。該叩解処理においては、CSF値は少なくともゼロあるいはその後増大する***↑の値をもつことが好ましい。このような叩解度に調製した水分散体(以下「スラリー」ともいう。)ではフィブリル化が高度に進行していると同時にスラリーの均一性が増大し、その後の高圧ホモジナイザー等による微細化処理での詰まりを軽減でき、またその処理条件を負担の少ない条件(例えばパス回数の軽減)につなげられるので好ましい。 The microfibrillated cellulose used for adjusting the aqueous dispersion is preferably beaten until the CSF value is once increased to a state where the CSF value is increased to zero after the beating treatment is continued. In the present invention, the CSF value in the process of decreasing the CSF value from unbeaten is expressed as *** ↓, and the CSF value in a tendency to increase after becoming zero is expressed as *** ↑. In the beating process, it is preferable that the CSF value has a value of *** ↑ which is at least zero or increases thereafter. In an aqueous dispersion (hereinafter also referred to as “slurry”) prepared to such a beating degree, fibrillation is highly advanced and at the same time the homogeneity of the slurry is increased. This is preferable because it can reduce clogging, and the processing condition can be connected to a condition with less burden (for example, reduction of the number of passes).
ミクロフィブリル化セルロースの製造には、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、グラインダー等を用いることができる。この際の水分散体中の固形分濃度は、上述した叩解処理に準じ、0.5重量%以上4重量%以下、好ましくは0.8重量%以上3重量%以下、さらに好ましくは1.0重量%以上2.5重量%以下の固形分濃度とすると詰まりが発生せず、しかも効率的な微細化処理が達成できる。 For the production of microfibrillated cellulose, a high-pressure homogenizer, an ultra-high pressure homogenizer, a grinder or the like can be used. In this case, the solid content concentration in the aqueous dispersion is 0.5% by weight or more and 4% by weight or less, preferably 0.8% by weight or more and 3% by weight or less, more preferably 1.0%, in accordance with the beating treatment described above. If the solid content concentration is in the range of not less than 2.5% by weight, clogging does not occur and an efficient miniaturization process can be achieved.
使用する高圧ホモジナイザーとしては、例えば、ニロ・ソアビ社(伊)のNS型高圧ホモジナイザー、(株)エスエムテーのラニエタイプ(Rモデル)圧力式ホモジナイザー、三和機械(株)の高圧式ホモゲナイザーなどを挙げることができ、これらの装置とほぼ同様の機構で微細化を実施する装置であれば、これら以外の装置であっても構わない。超高圧ホモジナイザーとしては、みづほ工業(株)のマイクロフルイダイザー、吉田機械興業(株)ナノマイザー、(株)スギノマシーンのアルティマイザーなどの高圧衝突型の微細化処理機を意味し、これらの装置とほぼ同様の機構で微細化を実施する装置であれば、これら以外の装置であっても構わない。グラインダー型微細化装置としては、(株)栗田機械製作所のピュアファインミル、増幸産業(株)のスーパーマスコロイダーに代表される石臼式摩砕型を挙げることができるが、これらの装置とほぼ同様の機構で微細化を実施する装置であれば、これら以外の装置であっても構わない。
ミクロフィブリル化セルロースの繊維径は、高圧ホモジナイザー等による微細化処理の条件(装置の選定や操作圧力およびパス回数)あるいは該微細化処理前の前処理の条件(例えば、オートクレーブ処理、酵素処理、叩解処理等)によって制御することができる。
Examples of high-pressure homogenizers used include NS type high-pressure homogenizers from Niro Soabi (Italy), SMT's Lanier type (R model) pressure-type homogenizers, and Sanwa Kikai Co., Ltd. high-pressure homogenizers. Any device other than these devices may be used as long as the device performs miniaturization by a mechanism substantially similar to those of these devices. Ultra-high pressure homogenizers mean high-pressure collision type miniaturizers such as Mizuho Kogyo Co., Ltd. microfluidizer, Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd. Nanomizer, and Suginoma Machine Co., Ltd. Any device other than these devices may be used as long as the device performs miniaturization with a substantially similar mechanism. Examples of the grinder-type miniaturization device include the pure fine mill of Kurita Machinery Co., Ltd. and the stone mill type milling die represented by Masuyuki Sangyo Co., Ltd. Any device other than these may be used as long as the device performs miniaturization by this mechanism.
The fiber diameter of the microfibrillated cellulose is determined by the conditions of the refinement using a high-pressure homogenizer (selection of equipment and operating pressure and the number of passes) or the pretreatment conditions before the refinement (for example, autoclave treatment, enzyme treatment, beating Control).
本発明のセルロース不織布においては、水溶性多糖及び水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.5重量%以上20重量%以下、好ましくは0.8重量%以上15重量%以下、さらに好ましくは1.0重量%以上10重量%以下含有することが極めて重要である。ここで、該水溶性高分子の役割は、バインダーとしてセルロースミクロフィブリルからなるネットワークの接触点強度を強固にすることである。本発明者らは、基材であるセルロースミクロフィブリルに対し、化学構造が類似している水溶性多糖または水溶性多糖誘導体を共存させることにより、セルロース不織布における引張り強度の発現に優れた効果を奏することを見出した。 In the cellulose nonwoven fabric of the present invention, the total of one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives is 0.5 wt% or more and 20 wt% or less, preferably 0.8 wt%. It is very important that the content is not less than 15% and not more than 15% by weight, more preferably not less than 1.0% and not more than 10% by weight. Here, the role of the water-soluble polymer is to strengthen the contact point strength of a network made of cellulose microfibril as a binder. The present inventors have an excellent effect in expressing tensile strength in a cellulose nonwoven fabric by allowing a water-soluble polysaccharide or a water-soluble polysaccharide derivative having a similar chemical structure to coexist with cellulose microfibril as a base material. I found out.
ここで、水溶性多糖は、水溶性の多糖類を意味し、天然物としても多種の化合物が存在する。例えば、でんぷんや可溶化でんぷん、アミロース、プルランに代表されるα−1,4−グルカン類、デキストランに代表されるα−1,6−グルカン類、カードラン、レンチナンに代表されるβ−1,3−グルカン、アミロペクチン、グリコーゲンに代表される分岐糖類、キシラン、ガラクタン、マンナン、グルコマンナン、グルコマンノグリカン、ガラクトグルコマンノグリカン、グアランに代表されるヘテログリカンからなる化合物群を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 Here, the water-soluble polysaccharide means a water-soluble polysaccharide, and various compounds exist as natural products. For example, α-1,4-glucans represented by starch, solubilized starch, amylose and pullulan, α-1,6-glucans represented by dextran, β-1, represented by curdlan and lentinan, Examples include compounds consisting of 3-glycan, amylopectin, branched saccharide represented by glycogen, xylan, galactan, mannan, glucomannan, glucomannoglycan, galactoglucomannoglycan, and heteroglycan represented by guaran. However, it is not limited to these.
また、水溶性多糖誘導体は、上述した水溶性多糖の誘導体、例えばアルキル化物、ヒドロキシアルキル化物、アセチル化物であって、水溶性のものが含まれる。あるいは、誘導体化する前の多糖がセルロース、スターチなどの様に水に不溶性であっても、誘導体化、例えばヒドロキシアルキル化やアルキル化、カルボキシアルキル化によって、水溶性化されたものも該水溶性多糖誘導体に含まれる。具体的には、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのヒドロキシアルキルセルロース、ヒドロキシエチルスターチ、ヒドロキシプロピルスターチなどのヒドロキシアルキルスターチ、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、さらには、ヒドロキシエチルメチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロースのように、2種類以上の官能基で誘導体化された水溶性多糖誘導体も含まれるが、これらに限定されるものではない。 The water-soluble polysaccharide derivative includes the above-mentioned water-soluble polysaccharide derivatives, such as alkylated products, hydroxyalkylated products, and acetylated products, which are water-soluble. Alternatively, even if the polysaccharide before derivatization is insoluble in water such as cellulose, starch, etc., the water-solubilized one by derivatization, for example, hydroxyalkylation, alkylation, carboxyalkylation is also said water-soluble Included in polysaccharide derivatives. Specifically, hydroxyalkyl celluloses such as hydroxyethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose, hydroxyalkyl starches such as hydroxyethyl starch and hydroxypropyl starch, methylcellulose, carboxymethylcellulose, and 2 such as hydroxyethylmethylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose. Water-soluble polysaccharide derivatives derivatized with more than one type of functional group are also included, but are not limited thereto.
これらのうち、特に水溶性セルロース誘導体は、分子鎖骨格がセルロースミクロフィブリル基材におけるセルロースと同一の構造を有し、セルロースミクロフィブリル表面への相互作用力(接着力)も強固である場合が多い点、広範な構造を有する誘導体が工業的に生産され、入手し易い点、特に、後述するエマルジョン系原液からの抄紙により本発明のセルロース不織布を製造する場合には、エマルジョン安定化(すなわち、乳化剤あるいは乳化安定剤)としても機能する点から特に好ましい。この点において、上述した水溶性セルロース誘導体のうち、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースおよびヒドロキシプロピルメチルセルロースは乳化性能にも優れているため、本発明で使用するバインダー性能をもつ水溶性多糖誘導体として特に好ましい。 Among these, in particular, the water-soluble cellulose derivative has a molecular chain skeleton having the same structure as cellulose in the cellulose microfibril base material, and the interaction force (adhesion force) to the surface of the cellulose microfibril is often strong. On the other hand, derivatives having a wide range of structures are industrially produced and easily available. In particular, when the cellulose nonwoven fabric of the present invention is produced by papermaking from an emulsion stock solution described later, emulsion stabilization (that is, an emulsifier) Alternatively, it is particularly preferable because it functions as an emulsion stabilizer). In this respect, among the water-soluble cellulose derivatives described above, since hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose and hydroxypropyl methyl cellulose are also excellent in emulsifying performance, water-soluble polysaccharide derivatives having binder performance used in the present invention Is particularly preferred.
また、上述した水溶性多糖および水溶性多糖誘導体は耐熱性の高いものが多く、そのような性質の水溶性多糖および水溶性多糖誘導体を使用すれば、得られるセルロース不織布は、セルロースが元来有する耐熱性を損なわないものとなる。具体例を後述の実施例8,9および比較例3,参考例1にて例示した。 In addition, many of the water-soluble polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives described above have high heat resistance, and if a water-soluble polysaccharide and a water-soluble polysaccharide derivative having such properties are used, the cellulose nonwoven fabric obtained originally has cellulose. Heat resistance is not impaired. Specific examples are illustrated in Examples 8 and 9 and Comparative Example 3 and Reference Example 1 described later.
本発明のセルロース不織布における水溶性多糖および水溶性多糖誘導体は以下の方法で抽出される該当成分を意味し、その含有率の合計量は以下のようにして評価する。すなわち、不織布1gを、500gの冷水(5℃以下のイオン交換水を使用)に分散させ、家庭用ミキサーで5分間分散させる。次に分散液の温度を5℃以下に保持しながら、緩やかな攪拌下で30分間攪拌を続け、繊維に付着している水溶性高分子を完全に水相へ溶解させる。この後、得られた繊維の分散液をガラスフィルター等で濾過し、濾液を回収し、さらにエバポレーターにて該濾液の濃縮を行い、得られた濃縮液を、内部標準を加えた重水中に適量溶かし、1H−NMRのピーク強度により溶解している各成分の濃度を評価する。 The water-soluble polysaccharide and the water-soluble polysaccharide derivative in the cellulose nonwoven fabric of the present invention mean the corresponding components extracted by the following method, and the total amount of the content is evaluated as follows. That is, 1 g of non-woven fabric is dispersed in 500 g of cold water (using ion-exchanged water of 5 ° C. or lower) and is dispersed for 5 minutes with a home mixer. Next, while maintaining the temperature of the dispersion at 5 ° C. or lower, stirring is continued for 30 minutes under gentle stirring to completely dissolve the water-soluble polymer adhering to the fibers into the aqueous phase. Thereafter, the obtained fiber dispersion is filtered through a glass filter or the like, and the filtrate is recovered. The filtrate is further concentrated by an evaporator, and the resulting concentrate is added to heavy water to which an internal standard is added. Dissolve and evaluate the concentration of each component dissolved by the peak intensity of 1H-NMR.
重水へ濃縮液の溶解量、先に行った濃縮工程の濃縮度等を考慮し、1H−NMRによる溶解成分の濃度から、セルロース不織布中の溶解成分の含有率を算出する。仮に、水溶性多糖でもなく水溶性多糖誘導体でもない水溶性成分が該濃縮液中に含有され、しかも該水溶性成分の1H−NMRにおけるピーク位置が水溶性多糖または水溶性多糖誘導体のピーク位置と重なる場合には、適当な濃度条件で、液体クロマトグラフまたはゲルパーミエーションクロマトグラフの手法により各成分を分離したうえで1H−NMRによる分析を行うものとする。 Considering the amount of the concentrated solution dissolved in heavy water, the concentration of the concentration step performed previously, and the like, the content of the dissolved component in the cellulose nonwoven fabric is calculated from the concentration of the dissolved component by 1H-NMR. If a water-soluble component that is neither a water-soluble polysaccharide nor a water-soluble polysaccharide derivative is contained in the concentrate, and the peak position of the water-soluble component in 1H-NMR is the peak position of the water-soluble polysaccharide or water-soluble polysaccharide derivative. In the case of overlapping, 1H-NMR analysis is carried out after separating each component by a liquid chromatograph or gel permeation chromatograph under an appropriate concentration condition.
次に、本発明のセルロース不織布は、目付が3g/m2以上80g/m2以下、さらに好ましくは、5g/m2以上50g/m2以下、さらに好ましくは、5g/m2以上30g/m2以下であると好適に本発明の主張する種々の機能を発現させることが可能となる。ここで、目付が3g/m2よりも小さくなると不織布の均一性を広い面積で確保するのが困難になるだけでなく、部分的な欠損頻度の増大に基づき強度も著しく低減するため好ましくなく、また、80g/m2よりも大きな目付のものは、生産性の観点から、作製するのが困難である点と同時に、微細なネットワークと通気性を有するという本発明のセルロース不織布の構造に基づく特性に繋がり難くなる(例えば、目付が大きくなり過ぎると後述する透気抵抗度の絶対値は増大し、当然、通気性は著しく低くなる)ため、やはり好ましくない。なお、本発明のセルロース不織布は低目付の本発明のセルロース不織布を圧着等により張り合わせて比較的高目付のセルロース不織布としたもの(例えば、目付15g/m2の本発明の同一の不織布を3枚分積層化させて1枚の45g/m2の目付のセルロース不織布としてもの)でも本発明の要件を満たしていれば構わない。 Next, the cellulose nonwoven fabric of the present invention has a basis weight of 3 g / m 2 or more and 80 g / m 2 or less, more preferably 5 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less, more preferably 5 g / m 2 or more and 30 g / m 2 or less. When it is 2 or less, it becomes possible to express various functions claimed by the present invention. Here, when the basis weight is smaller than 3 g / m 2 , not only is it difficult to ensure the uniformity of the nonwoven fabric in a wide area, but also the strength is remarkably reduced based on an increase in partial defect frequency, which is not preferable. In addition, those having a basis weight larger than 80 g / m 2 are difficult to produce from the viewpoint of productivity, and at the same time have characteristics based on the structure of the cellulose nonwoven fabric of the present invention that have a fine network and air permeability. (For example, if the basis weight becomes too large, the absolute value of the air permeability resistance described later increases and naturally the air permeability is remarkably lowered), it is also not preferable. The cellulose nonwoven fabric of the present invention is a cellulose nonwoven fabric having a relatively high basis weight obtained by laminating the cellulose nonwoven fabric of the present invention having a low basis weight by pressure bonding or the like (for example, 3 sheets of the same nonwoven fabric of the present invention having a basis weight of 15 g / m 2 ). Even if it is divided into a single piece of cellulose nonwoven fabric with a basis weight of 45 g / m 2 ), it does not matter as long as it satisfies the requirements of the present invention.
さらに、本発明のセルロース不織布は、目付10g/m2相当の透気抵抗度が10s/100ml以上500s/100ml以下、好ましくは、20s/100ml以上300s/100ml以下であると、本発明の主張する種々の機能を好適に発現させることが可能となる。ここで、本発明のセルロースミクロフィブリルからなるセルロース不織布ではネットワークの微細性から該透気抵抗度が10s/100mlよりも小さなものは作り難く、また、該透気抵抗度が500s/100mlを超えるものは、容易に作製することはできるものの、他材料(例えば微多孔膜)との差別性に乏しい材料であるため、やはり好ましくない。
さらに好ましくは、目付が5g/m2以上30g/m2以下の範囲にあり、かつ目付10g/m2相当の透気抵抗度が20s/100ml以上300s/100ml以下のセルロース不織布である。
Furthermore, the cellulose nonwoven fabric of the present invention claims that the air resistance corresponding to a basis weight of 10 g / m 2 is 10 s / 100 ml or more and 500 s / 100 ml or less, preferably 20 s / 100 ml or more and 300 s / 100 ml or less. Various functions can be suitably expressed. Here, in the cellulose nonwoven fabric composed of the cellulose microfibril of the present invention, it is difficult to make the air resistance less than 10 s / 100 ml due to the fineness of the network, and the air resistance exceeds 500 s / 100 ml. Although it can be easily produced, it is still not preferable because it is a material with poor differentiation from other materials (for example, a microporous film).
More preferably, it is a cellulose nonwoven fabric having a basis weight in the range of 5 g / m 2 to 30 g / m 2 and an air resistance equivalent to a basis weight of 10 g / m 2 of 20 s / 100 ml to 300 s / 100 ml.
ここで、目付10g/m2相当の透気抵抗度とは、目付wg/m2の試料に対しガーレー式デンソメータ((株)東洋精機製、型式G−B2C)を用いて100mlの空気の透過時間(単位;s/100ml)の測定を室温で行った結果が、zs/100mlであったとすると、次式
10×z/w (s/100ml) (2)
で定義されるものである。ここでzは、一つの不織布サンプルに対して種々の異なる位置について5点の測定を行い、その平均値である。
Here, the air permeation resistance corresponding to a basis weight of 10 g / m 2 is a permeation of 100 ml of air using a Gurley type densometer (Model G-B2C, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) on a sample having a basis weight of wg / m 2 If the result of measuring time (unit: s / 100 ml) at room temperature is zs / 100 ml, the following formula 10 × z / w (s / 100 ml) (2)
Is defined by Here, z is an average value obtained by measuring five points at various different positions for one nonwoven fabric sample.
以上の条件を満たすことにより、耐熱性、耐候性、耐溶剤性等に優れ、微細なネットワーク構造を有し、通気性かつ高強度の微多孔性のセルロース不織布を提供することができる。例えば、本発明のセルロース不織布は、好適な場合には、目付10g/m2相当の引張り強度(先の(2)式での透気抵抗度での定義同様に引張強度について定義する)が、6N/15mm以上、さらに好適な場合には、8N/15mm以上の強度を有するものとして提供することができる。
ここで、個々の試料の引張り強度の評価は、JIS P 8113にて定義される方法に従い、熊谷理機工業(株)の卓上型横型引張試験機(No.2000)を用い、幅15mmのサンプル10点について測定し、その平均値を引張り強度とした。また、バッチ式製膜に対し、不織布の縦横に強度の異方性が現れ易い連続製膜により作られたサンプルの場合は、本発明における引張り強度とは、走行方向(MD)に関する引張り強度を意味するものとする。
By satisfying the above conditions, it is possible to provide a microporous cellulose nonwoven fabric that is excellent in heat resistance, weather resistance, solvent resistance, etc., has a fine network structure, and is breathable and has high strength. For example, the cellulose nonwoven fabric of the present invention, when suitable, has a tensile strength equivalent to a basis weight of 10 g / m 2 (as defined in terms of the air resistance in the above equation (2)). It can be provided as having a strength of 6 N / 15 mm or more, and more preferably 8 N / 15 mm or more.
Here, the tensile strength of each sample was evaluated according to the method defined in JIS P 8113, using a tabletop horizontal tensile tester (No. 2000) manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., and a sample having a width of 15 mm. Ten points were measured, and the average value was taken as the tensile strength. In addition, in the case of a sample made by continuous film formation in which strength anisotropy is likely to appear in the longitudinal and lateral directions of the nonwoven fabric with respect to batch type film formation, the tensile strength in the present invention is the tensile strength in the running direction (MD). Shall mean.
次に、本発明のセルロース不織布は、トルエン中に浸液した状態で、850nmの波長の光を不織布に対して垂直に走査して得られる、下記式(1)で定義さ
Tr,av=Tr,1/Tr,2 (1)
れる平均透過率Tr,avを目付10g/m2相当の値に換算した値、すなわち、目付wg/m2のサンプルの測定値Tr,avに対し、下記式(3)で定義される値
1−(1−Tr,av)×10/w (3)
が0.70以上、さらに好ましくは0.75以上であるとより明確に本発明の主張する種々の機能を発現させることが可能となる。
Next, the cellulose nonwoven fabric of the present invention is defined by the following formula (1) obtained by scanning light with a wavelength of 850 nm perpendicularly to the nonwoven fabric in a state of being immersed in toluene. Tr, av = T r, 1 / T r, 2 (1)
The average transmittance T r, av to be converted into a value corresponding to a weight per unit area of 10 g / m 2 , that is, a measured value T r, av of a sample having a per unit area wg / m 2 is defined by the following formula (3). Value 1- (1-T r, av ) × 10 / w (3)
When it is 0.70 or more, more preferably 0.75 or more, various functions claimed by the present invention can be expressed more clearly.
ここで、Tr,avは、試験管の内面に不織布が貼り付いた状態でトルエンを満たし、不織布に対し垂直な方向から試験管に対して850nmの波長の光を照射し、試験管に沿って長さ方向に40μmごとに合計30000μm(データ点数;750)の長さ分を走査した際に各々得られる透過率の平均値Tr,1と、不織布を除いてトルエンのみ注入された状態で同じ測定を行って得られる透過率の平均値Tr,2の比によって、上式(1)で定義される。目付10g/m2相当の値に換算したTr,avがこの範囲内であれば、ナノファイバー不織布として他材料に対し差別化できる微多孔性が確保されると同時に、例えば樹脂と複合化させた際に透明性が高い材料が好適に得られる。これは以下の理由による。 Here, Tr, av is filled with toluene in a state where the nonwoven fabric is adhered to the inner surface of the test tube, irradiated with light having a wavelength of 850 nm from the direction perpendicular to the nonwoven fabric, and along the test tube. In the state where only the toluene is injected except for the average value Tr, 1 of the transmittance obtained when scanning a total length of 30,000 μm (data points: 750) every 40 μm in the length direction, and the nonwoven fabric. The ratio of the average transmittance T r, 2 obtained by performing the same measurement is defined by the above formula (1). If Tr, av converted to a value corresponding to a weight per unit area of 10 g / m 2 is within this range, a microporous property that can be differentiated from other materials as a nanofiber nonwoven fabric is secured, and at the same time, for example, it is combined with a resin. In this case, a material having high transparency can be suitably obtained. This is due to the following reason.
20℃での屈折率が1.496のトルエンに対し、若干の屈折率差のあるセルロースを含有する不織布(非特許文献4;“Polymer Handbook, 3rd Edition”Ed. by J. Brandrup and E. H. Immergood, John Wiley & Sons, New York, 1989, pp V126 によれば、セルロースの種類及び試料の配向性によって屈折率は1.51−1.62の範囲)を浸液させた際、不織布を構成する繊維が可視波長400nm程度より十分に小さくない繊維径の繊維を多数含む場合には、その界面での散乱が不織布膜の光透過の阻害因子として働くので、上記条件下での平均透過率の値は、不織布の構成繊維の微細性又は不織布のネットワーク構造の微細性を反映した物性値となる。セルロースを含有する不織布中の空間を樹脂で埋めて複合化する場合には、上記条件で得られる平均透過率Tr,avは、得られる複合体の透明性にも当然相関する。 Non-Patent Document 4: Non-Patent Document 4; “Polymer Handbook, 3rd Edition” Ed. By J. Brandrup and EH Immergood, for toluene with a refractive index of 1.496 at 20 ° C. According to John Wiley & Sons, New York, 1989, pp V126, the fibers constituting the nonwoven fabric when the refractive index is in the range of 1.51-1.62 depending on the type of cellulose and the orientation of the sample. In the case where a large number of fibers having a fiber diameter not sufficiently smaller than the visible wavelength of about 400 nm are included, scattering at the interface serves as an inhibitor of light transmission of the nonwoven fabric film, so the average transmittance value under the above conditions is The physical property value reflects the fineness of the constituent fibers of the nonwoven fabric or the fineness of the network structure of the nonwoven fabric. When the space in the nonwoven fabric containing cellulose is filled with a resin to make a composite, the average transmittance T r, av obtained under the above conditions naturally correlates with the transparency of the obtained composite.
ここで、本発明では、Tr,avの測定において、TurbiscanTM MA−2000(英弘精機社)を使用する。本装置は、元々、溶液や分散液の経時安定性を評価するために開発された装置であるが、本発明で対象とされるような不織布をトルエン中に浸液させて後述する測定を実施した際に、不織布を構成する繊維径の情報や不織布中でのネットワーク構造の微細性の情報に極めて敏感であり、不織布中に含有する一定太さ以上の繊維径の残存量に相関した物性値として極めて有効である。
次に、上述したセルロース不織布の層を含む複数の層が積層されてなる多層化シートであって、目付が8g/m2以上100g/m2以下、かつ透気抵抗度が10s/100ml以上1000s/100ml以下である多層化シートについて説明する。
Here, in the present invention, Turboscan TM MA-2000 (Eihiro Seiki Co., Ltd.) is used in the measurement of Tr and av . This device was originally developed to evaluate the aging stability of solutions and dispersions, but the nonwoven fabrics that are the subject of the present invention were immersed in toluene and the measurements described below were performed. Is very sensitive to the information on the diameter of the fibers constituting the nonwoven fabric and the information on the fineness of the network structure in the nonwoven fabric, and the physical property values correlated with the remaining amount of fiber diameter of a certain thickness or more contained in the nonwoven fabric. Is extremely effective.
Next, it is a multilayered sheet formed by laminating a plurality of layers including the above-mentioned cellulose nonwoven fabric layer, and the basis weight is 8 g / m 2 or more and 100 g / m 2 or less, and the air resistance is 10 s / 100 ml or more and 1000 s. A multilayered sheet that is 100 ml or less will be described.
上述した要件を満足する本発明のセルロース不織布の層を多層構造の一層として含み、多層化シートとしての目付が、8g/m2以上100g/m2以下、好ましくは10g/m2以上90g/m2以下であって、さらに、透気抵抗度が、10s/100ml以上1000s/100ml以下、好ましくは20s/100ml以上500s/100ml以下であると、本発明で主張するセルロース不織布の種々の機能を発現できる多層化シートを提供することが可能となる。ここで多層化シートの目付が8g/m2より小さいものは安定に製造することが困難であるため相応しくなく、目付が100g/m2よりも大きくなると後述する透気抵抗度範囲のシートを構造上のバランスを保って作ることが困難となるため、やはり好ましくない。また、透気抵抗度が、10s/100mlよりも小さなシートだと、本発明の主張する微細な孔径から成るネットワークに起因する物性が期待できなくなるため相応しくなく、透気抵抗度が、1000s/100mlよりも大きなシートでは、通気性を有するという本発明のセルロース不織布のもつ特性が損なわれるため、やはり好ましくない。 The layer of the cellulose nonwoven fabric of the present invention that satisfies the above-mentioned requirements is included as a multilayer structure, and the basis weight as a multilayered sheet is 8 g / m 2 or more and 100 g / m 2 or less, preferably 10 g / m 2 or more and 90 g / m. 2 or less, and further, the air permeability resistance is 10 s / 100 ml or more and 1000 s / 100 ml or less, preferably 20 s / 100 ml or more and 500 s / 100 ml or less. Various functions of the cellulose nonwoven fabric claimed in the present invention are expressed. It becomes possible to provide a multilayered sheet that can be formed. Here, a multilayered sheet having a basis weight of less than 8 g / m 2 is not suitable because it is difficult to produce stably, and if the basis weight is larger than 100 g / m 2, a sheet having a permeability resistance range described later is structured. Since it is difficult to keep the balance above, it is not preferable. In addition, if the sheet has a resistance to air permeability smaller than 10 s / 100 ml, the physical properties due to the network composed of fine pores claimed by the present invention cannot be expected, so that the air resistance is not suitable. A sheet larger than the above is not preferable because the characteristic of the cellulose nonwoven fabric of the present invention that it has air permeability is impaired.
該多層化シートは、通気性のある不織布等の支持体上に本発明のセルロース不織布が積層化された2層構造でも、表裏の両側から通気性のある支持体によって本発明のセルロース不織布が挟まれた3層構造をもつものでも、あるいはさらに異種の層をもつものでも、上述した目付と透気抵抗度の範囲が保たれていれば、好適に本発明のセルロース不織布の主張する機能を発現することができる。
本発明のセルロース不織布の製造方法について記載する。基本的に、本発明のセルロース不織布は、ナノファイバーであるセルロースミクロフィブリルからなる不織布を製膜する際に、本発明で限定する目付範囲で、規定された透気抵抗度を有するように、しかも水溶性多糖および水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子(以下「特定の水溶性高分子」ともいう。)を所定の含有率に制御すればよい。その製膜方法としては、大きく分けて塗布法と抄紙法により製造することが可能である。
Even if the multilayered sheet has a two-layer structure in which the cellulose nonwoven fabric of the present invention is laminated on a support such as a breathable nonwoven fabric, the cellulose nonwoven fabric of the present invention is sandwiched between the front and back sides by a breathable support. Even if it has a three-layer structure, or even a different layer, the functions claimed by the cellulose nonwoven fabric of the present invention are preferably expressed as long as the above-mentioned basis weight and air resistance range are maintained. can do.
It describes about the manufacturing method of the cellulose nonwoven fabric of this invention. Basically, the cellulose nonwoven fabric of the present invention has a specified air resistance within the range of weight per unit area defined by the present invention when a nonwoven fabric composed of cellulose microfibrils, which are nanofibers, is formed. One or more water-soluble polymers (hereinafter also referred to as “specific water-soluble polymers”) selected from the group consisting of water-soluble polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives may be controlled to a predetermined content. The film forming method can be roughly classified into a coating method and a paper making method.
このうち、塗布法においては、特許文献1にも記載されているように、ミクロフィブリルを水に分散させた水系分散液からは、所定の透気抵抗度範囲の不織布は得られないため、少なくとも水よりも表面張力の低い有機溶媒(例えば、イソプロパノールやエチルセロソルブ等のアルコール)と水の混合溶液中にミクロフィブリルを分散させた有機溶媒系分散液を使用する必要がある。そこで、該有機溶媒系分散液に、所定の上記特定の水溶性高分子を分散させ、キャスト後、乾燥させて製膜する。なお、分散媒体中の有機溶媒の組成を大きく設定することにより、所定の透気抵抗度にコントロールすることが可能となる。しかしながら、セルロースミクロフィブリルの分散液においては、セルロースミクロフィブリルの濃度を2重量%以上に高めることはレオロジー的な制約上(著しく増粘してしまう)難しく、該分散液から分散媒体を乾燥させて得るシート(不織布)は極めて低い目付のものに限定されてしまう。加えて、上記の高粘度の分散液を均一に製膜するのは意外と難しく、一定面積のシートを作製するのに大量の有機溶媒を必要とする点でコスト面でも不利である。この点で、塗布法は条件によっては(極めて低目付での製膜)有効であるものの、本発明のセルロース不織布の製造方法としては、抄紙法によるのがより好ましい。 Among these, in the coating method, as described in Patent Document 1, a non-woven fabric having a predetermined air permeability resistance range cannot be obtained from an aqueous dispersion in which microfibrils are dispersed in water. It is necessary to use an organic solvent dispersion in which microfibrils are dispersed in a mixed solution of an organic solvent (for example, alcohol such as isopropanol or ethyl cellosolve) having a surface tension lower than that of water and water. Therefore, the predetermined specific water-soluble polymer is dispersed in the organic solvent dispersion, cast, and dried to form a film. It should be noted that by setting the composition of the organic solvent in the dispersion medium large, it becomes possible to control the air resistance to a predetermined degree. However, in the dispersion of cellulose microfibrils, it is difficult to increase the concentration of cellulose microfibrils to 2% by weight or more due to rheological restrictions (thus increasing the viscosity significantly), and the dispersion medium is dried from the dispersion. The sheet (nonwoven fabric) to be obtained is limited to those having an extremely low basis weight. In addition, it is surprisingly difficult to uniformly form the above-mentioned highly viscous dispersion, and this is disadvantageous in terms of cost because a large amount of organic solvent is required to produce a sheet having a constant area. In this respect, although the coating method is effective depending on conditions (film formation with a very low basis weight), the method for producing the cellulose nonwoven fabric of the present invention is more preferably based on the papermaking method.
セルロースミクロフィブリルからなる通気性を有するセルロース不織布の抄紙法による製造方法については、特許文献1に詳細に記載されている。該文献に開示されている製造方法は、セルロースミクロフィブリルを水に適当な分散状態にコントロールしつつ分散させ、目の細かい濾布上で抄紙を行い、得られた湿紙中の水を有機溶媒への置換工程において有機溶媒に置換させ、乾燥させるという内容である。 Patent Document 1 describes in detail a method for producing an air-permeable cellulose nonwoven fabric made of cellulose microfibrils by a papermaking method. In the production method disclosed in the document, cellulose microfibrils are dispersed in water while being controlled in an appropriate dispersion state, paper is made on a fine filter cloth, and water in the obtained wet paper is used as an organic solvent. In the substitution step, the organic solvent is substituted and dried.
該製造方法を本発明に適用させると、本発明で必須条件となる特定の水溶性高分子を、抄紙用分散液かあるいは有機溶媒置換浴に溶解させて、セルロース不織布中へ含浸させることが好ましい。このうち、予め、抄紙用分散液中に分散させておく方法では、分散液中でのセルロースミクロフィブリル表面への上記特定の水溶性高分子の定着率がそれ程高くない可能性があり、しかも、次工程である有機溶媒置換の工程において、一旦定着した上記特定の水溶性高分子が脱離してしまう可能性があるため、効率的に本発明のセルロース不織布を製造する方法とは言えない。これに対し、置換工程で、置換浴中に上記特定の水溶性高分子を溶解させておき、溶剤置換と同時に、該特定の水溶性高分子をミクロフィブリルのネットワーク補強のバインダーとして導入することは、溶剤置換後の湿紙に残存している該特定の水溶性高分子は確実に不織布中に残存するため、条件によっては有効である。しかし、置換工程での導入においては、該特定の水溶性高分子が完全に溶解するような溶媒構成とする必要があり、条件設定に制約があること、置換溶媒中に一定量の該特定の水溶性高分子を溶解させておく必要があり、効率的な導入方法とは言えないという短所もある。 When the production method is applied to the present invention, it is preferable that a specific water-soluble polymer, which is an essential condition in the present invention, is dissolved in a papermaking dispersion or an organic solvent substitution bath and impregnated into a cellulose nonwoven fabric. . Among these, in the method of preliminarily dispersing in the papermaking dispersion, there is a possibility that the fixing rate of the specific water-soluble polymer on the cellulose microfibril surface in the dispersion is not so high, In the organic solvent replacement step, which is the next step, the specific water-soluble polymer once fixed may be detached, and thus cannot be said to be a method for efficiently producing the cellulose nonwoven fabric of the present invention. On the other hand, in the replacement step, the specific water-soluble polymer is dissolved in the replacement bath, and simultaneously with the solvent replacement, the specific water-soluble polymer is introduced as a binder for reinforcing the network of microfibrils. The specific water-soluble polymer remaining in the wet paper after the solvent replacement surely remains in the nonwoven fabric, and may be effective depending on conditions. However, in the introduction in the substitution step, it is necessary to adopt a solvent configuration in which the specific water-soluble polymer is completely dissolved, there are restrictions on the condition setting, and a certain amount of the specific water in the substitution solvent. It is necessary to dissolve the water-soluble polymer, and there is a disadvantage that it cannot be said to be an efficient introduction method.
これらに対し、本発明において、本発明者らは、以下の製造方法によって、効率的に本発明のセルロース不織布を製造できることを見出した。すなわち、1)セルロースミクロフィブリル0.05重量%以上0.5重量%以下、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下の油性化合物0.5重量%以上10重量%以下、水溶性多糖および水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.003重量%以上0.1重量%以下、及び水85重量%以上99.5重量%以下を含む水系分散液であって、該油性化合物が水相に分散したエマルジョンである水系分散液を調整する調製工程、2)水系分散液を構成する水の一部を抄紙機で脱水することによって、セルロースミクロフィブリルの濃度および油性化合物の濃度を該水系分散液より増加させた濃縮組成物を得る抄紙工程、3)濃縮組成物を加熱することによって、該濃縮組成物から油性化合物および水の一部を蒸発させて除去する乾燥工程、の3つの工程を含むセルロース不織布の製造方法である。 In contrast, in the present invention, the present inventors have found that the cellulose nonwoven fabric of the present invention can be efficiently produced by the following production method. 1) Cellulose microfibrils 0.05% by weight or more and 0.5% by weight or less, oily compounds having a boiling point range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less under atmospheric pressure 0.5% by weight or more and 10% by weight or less, water-soluble One or more water-soluble polymers selected from the group consisting of polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives contain a total of 0.003% by weight to 0.1% by weight and water 85% by weight to 99.5% by weight Preparation step for preparing an aqueous dispersion, which is an emulsion in which the oily compound is dispersed in an aqueous phase, and 2) by dehydrating a part of the water constituting the aqueous dispersion with a paper machine, A papermaking process for obtaining a concentrated composition in which the concentration of microfibrils and the concentration of oily compounds are increased from the aqueous dispersion, and 3) heating the concentrated composition to form an oily compound from the concentrated composition. And drying the partially evaporated to remove the water, method for producing a cellulose nonwoven fabric containing three steps.
以下では、本発明で規定するエマルジョン系の水系分散液を用いた抄紙法によるセルロース不織布の製造方法を簡単のためにエマルジョン抄紙法と表現する。
まず、上述した3つの工程の詳細について説明する。本発明の製造方法は、所定のセルロースミクロフィブリルの水系分散液から抄紙法により湿紙を製膜し、該湿紙を乾燥させるシンプルなものである。
調製工程で調整する水系分散液は、セルロースミクロフィブリル0.05重量%以上0.5重量%以下、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下の油性化合物0.5重量%以上10重量%以下、水溶性多糖および水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.003重量%以上0.1重量%以下、及び水85重量%以上99.5重量%以下を含む水系分散液であることが必要である。
Below, the manufacturing method of the cellulose nonwoven fabric by the papermaking method using the emulsion type aqueous dispersion prescribed | regulated by this invention is expressed as an emulsion papermaking method for the sake of simplicity.
First, the details of the three steps described above will be described. The production method of the present invention is a simple method in which a wet paper is formed from a predetermined aqueous dispersion of cellulose microfibrils by a paper making method and the wet paper is dried.
The aqueous dispersion to be prepared in the preparation process is an oily compound having a cellulose microfibril of 0.05% by weight or more and 0.5% by weight or less and a boiling point range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less at atmospheric pressure of 0.5% by weight to 10%. The total of one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives is 0.003% to 0.1% by weight, and water is 85% to 99%. An aqueous dispersion containing 5% by weight or less is required.
エマルジョン抄紙法用の水系分散液中のセルロースミクロフィブリルの濃度は、0.05重量%以上0.5重量%以下、好ましくは、0.08重量%以上0.35重量%以下であると好適に安定な抄紙を実施することができる。該水系分散液中のセルロースミクロフィブリル濃度が0.05重量%よりも低いと濾水時間が非常に長くなり生産性が著しく低くなると同時に膜質均一性(地合い)も著しく悪くなるため好ましくない。また、セルロースミクロフィブリル濃度が0.5重量%よりも高いと、分散液の粘度が上がり過ぎてしまうため、均一に製膜することが困難になり、やはり好ましくない。 The concentration of cellulose microfibrils in the aqueous dispersion for emulsion papermaking is 0.05 to 0.5% by weight, preferably 0.08 to 0.35% by weight. Stable papermaking can be performed. If the cellulose microfibril concentration in the aqueous dispersion is lower than 0.05% by weight, the drainage time becomes very long, the productivity is remarkably lowered, and the film quality uniformity (texture) is also remarkably deteriorated. On the other hand, if the cellulose microfibril concentration is higher than 0.5% by weight, the viscosity of the dispersion is excessively increased, which makes it difficult to form a uniform film, which is also not preferable.
次に、調製工程で調製する水系分散液中には、0.15重量%以上10重量%以下の、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下である油性化合物がエマルジョンとして、85重量%以上99.5重量%以下の水から成る水相に分散していることが好ましい。これは、該水系分散液中に含有されるセルロースミクロフィブリルが、油性化合物から成るO/W型エマルジョンと相互作用し、安定化させる性質を有することに起因する(非特許文献5;H.Ono, Y.Shimaya, T.Hongo and C. Yamane, ” New Aqueous Dispersion of Cellulose Sub-micron Particles: Preparation and Properties of Transparent Cellulose HydroGel (TCG)” Trans.Matr.Soc.Jpn., 26, 569 (2001))。 Next, in the aqueous dispersion prepared in the preparation step, an oily compound having a boiling point range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less at atmospheric pressure of 0.15 wt% or more and 10 wt% or less is used as an emulsion. It is preferably dispersed in an aqueous phase composed of water of not less than 9% and not more than 99.5% by weight. This is due to the fact that the cellulose microfibrils contained in the aqueous dispersion have the property of interacting with and stabilizing the O / W emulsion composed of an oily compound (Non-Patent Document 5; H. Ono). , Y. Shimaya, T. Hongo and C. Yamane, ”New Aqueous Dispersion of Cellulose Sub-micron Particles: Preparation and Properties of Transparent Cellulose HydroGel (TCG)” Trans.Matr.Soc.Jpn., 26, 569 (2001) ).
エマルジョン抄紙法においては、上述した条件下で形成されるエマルジョンにおいて、水と比較して油性化合物が、抄紙機における濾過を意味する抄紙工程により濾液側に移動せずに、水不溶性の親水性高分子であるセルロースの近傍に効率的に残存し、実質的に油性化合物の濃縮化が進行することを特徴とする。すなわち、乾燥工程に到る際に、水不溶性の親水性高分子が水に比べ、表面張力の低い油性化合物に取り囲まれることは、乾燥時に高分子間の融着を防御し、通気性を有するセルロース不織布を形成する原動力となる(先述した有機溶剤による置換法と原理的には同じ)。そうした環境を作るために、油性化合物と水から成るエマルジョンが一定割合で含まれることが本発明の必須条件となる。 In the emulsion papermaking method, in the emulsion formed under the above-described conditions, the oily compound does not move to the filtrate side by the papermaking process, which means filtration in a papermaking machine, compared to water, and is highly water-insoluble and highly hydrophilic. It is characterized by efficiently remaining in the vicinity of cellulose as a molecule and substantially concentrating oily compounds. That is, when reaching the drying step, the water-insoluble hydrophilic polymer is surrounded by an oily compound having a lower surface tension than water, which prevents fusion between the polymers during drying and has air permeability. It becomes a driving force for forming a cellulose nonwoven fabric (in principle, the same as the above-described replacement method using an organic solvent). In order to create such an environment, it is an essential condition of the present invention that an emulsion composed of an oily compound and water is contained in a certain ratio.
乾燥時に上記油性化合物が除去されないと通気性を有する不織布となり得ないため、用いる油性化合物は、乾燥工程で除去可能なことが必要である。したがって、本発明において、水系分散液にエマルジョンとして含まれる油性化合物は、一定の沸点範囲にあることが必要であり、具体的には、大気圧下での沸点が50℃以上200℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは、60℃以上190℃以下であれば、工業的生産プロセスとして水系分散液を操作し易く、また、比較的効率的に加熱除去することが可能となる。油性化合物の大気圧下での沸点が50℃未満であると水系分散液を安定に扱うために低温制御下で扱うことが必要となり、効率上好ましくなく、さらに油性化合物の大気圧下での沸点が200℃を超えると、乾燥工程で油性化合物を加熱除去するのに多大なエネルギーが必要となるため、やはり好ましくない。 Since the air-permeable nonwoven fabric cannot be obtained unless the oily compound is removed during drying, the oily compound to be used must be removable in the drying step. Therefore, in the present invention, the oily compound contained as an emulsion in the aqueous dispersion must be in a certain boiling range, and specifically, the boiling point under atmospheric pressure is 50 ° C. or more and 200 ° C. or less. It is preferable. More preferably, when the temperature is 60 ° C. or higher and 190 ° C. or lower, the aqueous dispersion can be easily operated as an industrial production process, and can be removed by heating relatively efficiently. If the boiling point of the oily compound under atmospheric pressure is less than 50 ° C., it is necessary to handle it under low temperature control in order to handle the aqueous dispersion stably, which is not preferable in terms of efficiency, and further the boiling point of the oily compound under atmospheric pressure. When the temperature exceeds 200 ° C., too much energy is required to heat and remove the oily compound in the drying step, which is also not preferable.
さらに、上記油性化合物の25℃での水への溶解度は5重量%以下、好ましくは2重量%以下、さらに好ましくは1重量%以下であることが油性化合物の必要な構造の形成への効率的な寄与という観点で望ましい。以下に油性化合物の具体例を示す。
例えば、炭素数6〜炭素数14の範囲の炭化水素、具体的には、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−デカン、n−ウンデカンやそれらの異性体(例えば、イソヘキサン、イソオクタン、イソデカン)に代表される鎖状飽和炭化水素類、シクロヘキサン、シクロヘキセンのような環状炭化水素類、ジイソブチレンやシクロヘキセンのような鎖状または環状の不飽和炭化水素類、及びベンゼン、トルエン、キシレンのような芳香族炭化水素類、次に、炭素数5〜炭素数9の範囲であり一価かつ一級のアルコール、具体的には、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、イソヘキサノール、イソヘプタノール、(Z)−3−ヘキセン−1−オール、2−メチル−1−ペンタノール、2−エチル−1−ブタノール、4−メチル−1−ペンタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、(2E,4E)−2,4−ヘキサジエン−1−オール、2−メチル−2−ヘキサノール、イソヘプタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、イソオクタノール、1,3−ベンゾジオキソール−5−メタノール等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。一級のアルコールではないが、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、2−メチル−2−ヘキサノール、2−ヘプタノール、シクロヘプタノール、4−ヘプタノール、1−メチルシクロヘキサノール、1−エチニルシクロペンタノール、2−オクタノール、(S)−2−オクタノール、シクロオクタノール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、1−エチニルシクロヘキサノール、1−オクチン−3−オール等の炭素数5〜炭素数9の範囲である一価のアルコールも油性化合物として好適に使用できる。
Furthermore, the solubility of the oily compound in water at 25 ° C. is 5% by weight or less, preferably 2% by weight or less, and more preferably 1% by weight or less for efficient formation of the necessary structure of the oily compound. It is desirable from the viewpoint of making a positive contribution. Specific examples of the oily compound are shown below.
For example, hydrocarbons having 6 to 14 carbon atoms, specifically n-hexane, n-heptane, n-octane, n-decane, n-undecane and isomers thereof (for example, isohexane, isooctane , Isodecane), chain saturated hydrocarbons such as cyclohexane and cyclohexene, chain or cyclic unsaturated hydrocarbons such as diisobutylene and cyclohexene, and benzene, toluene and xylene. Such aromatic hydrocarbons, followed by monohydric and primary alcohols having 5 to 9 carbon atoms, specifically n-pentanol, n-hexanol, n-heptanol, n-octanol , Isohexanol, isoheptanol, (Z) -3-hexen-1-ol, 2-methyl-1-pentanol, 2-ethyl- -Butanol, 4-methyl-1-pentanol, 3,3-dimethyl-1-butanol, (2E, 4E) -2,4-hexadien-1-ol, 2-methyl-2-hexanol, isoheptanol, Examples include 2-ethyl-1-hexanol, isooctanol, 1,3-benzodioxole-5-methanol, but are not limited thereto. Although not a primary alcohol, 4-methyl-2-pentanol, 3-methyl-3-pentanol, 2-methyl-2-hexanol, 2-heptanol, cycloheptanol, 4-heptanol, 1-methylcyclohexanol 1-ethynylcyclopentanol, 2-octanol, (S) -2-octanol, cyclooctanol, 3,5-dimethyl-1-hexyn-3-ol, 1-ethynylcyclohexanol, 1-octin-3-ol Monohydric alcohols having a carbon number in the range of 5 to 9 can also be suitably used as the oily compound.
上述した油性化合物のうち、特に、油性化合物が炭素数5〜炭素数9の範囲であり一価かつ一級のアルコールの中から選ばれる少なくとも一つの化合物、さらに好ましくは、該アルコールの中の、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、1−ヘプタノールの中から選ばれる少なくとも一つの化合物を用いると特に好適に本発明のセルロース不織布を製造することができる。これは、エマルジョンの油滴サイズが極めて微小(通常の乳化条件で、1μm以下)となるため、高空孔率かつ微細な多孔質構造を有する不織布の製造に適していると考えられる。
これらの油性化合物は単体として配合してもよいし、複数の混合物を配合してもよい。さらには、エマルジョン特性を適当な状態に制御するために、これら油性化合物中に例えば、水溶性のアルコール類、例えばエチルセロソルブ等の水溶性の有機溶剤を少量溶解させて使用してもよい。この際の水溶性の有機溶媒は、油性化合物に対し25重量%以下であることが好ましい。これ以上の添加量とすると油性化合物のエマルジョンの形成能が低下するため、好ましくない。
Among the oily compounds described above, in particular, the oily compound is in the range of 5 to 9 carbon atoms, and is preferably at least one compound selected from monovalent and primary alcohols, more preferably 1 of the alcohols. The cellulose nonwoven fabric of the present invention can be particularly preferably produced by using at least one compound selected from pentanol, 1-hexanol, and 1-heptanol. This is considered to be suitable for the production of a nonwoven fabric having a high porosity and a fine porous structure because the oil droplet size of the emulsion is extremely small (1 μm or less under normal emulsification conditions).
These oil compounds may be blended as a simple substance, or a plurality of mixtures may be blended. Furthermore, in order to control the emulsion characteristics to an appropriate state, a small amount of a water-soluble organic solvent such as water-soluble alcohols such as ethyl cellosolve may be used in these oil compounds. In this case, the water-soluble organic solvent is preferably 25% by weight or less based on the oily compound. If the amount is more than this, the ability to form an emulsion of an oily compound is lowered, which is not preferable.
次に、該油性化合物の抄紙用水系分散液中の濃度は0.15重量%以上10重量%以下、好ましくは0.3重量%以上5重量%以下、さらに好ましくは0.5重量%以上3重量%以下である。油性化合物の濃度が10重量%を超えても本発明のセルロース不織布を得ることはできるが、製造プロセスとして使用する油性化合物の量が多くなり、それに伴う、安全上の対策の必要性やコスト上の制約が発生するため好ましくない。また、油性化合物の濃度が0.15重量%よりも小さくなると所定の透気抵抗度範囲よりも高い透気抵抗度のシートしか得られなくなるため、やはり好ましくない。
上述した油性化合物は、調整工程における水系分散液中にエマルジョンとして分散していることが重要である。この場合、油滴が水相に分散しているO/W型のエマルジョンである。油滴サイズに該当した網目構造が乾燥後の構造体に反映されるため、油滴サイズは小さく、安定に分散していることが好ましい。
Next, the concentration of the oily compound in the aqueous dispersion for papermaking is 0.15% by weight to 10% by weight, preferably 0.3% by weight to 5% by weight, more preferably 0.5% by weight to 3%. % By weight or less. Even if the concentration of the oily compound exceeds 10% by weight, the cellulose nonwoven fabric of the present invention can be obtained. However, the amount of the oily compound used as a production process increases, and accordingly, the necessity of safety measures and cost increase. This is not preferable because of the restrictions. Further, if the concentration of the oily compound is less than 0.15% by weight, it is not preferable because only a sheet having an air resistance higher than a predetermined air resistance range can be obtained.
It is important that the oily compound described above is dispersed as an emulsion in the aqueous dispersion in the adjusting step. In this case, it is an O / W type emulsion in which oil droplets are dispersed in an aqueous phase. Since the network structure corresponding to the oil droplet size is reflected in the structure after drying, the oil droplet size is preferably small and stably dispersed.
ここで、本発明のエマルジョン抄紙用の水系分散液中には、前述した特定の水溶性高分子が水相中に溶解していることが重要である。これらの水溶性高分子のO/W型エマルジョンにおける作用としては、コロイド科学の分野で保護コロイドとして知られている(非特許文献6;川口正美著,「高分子の界面・コロイド科学」1999年,コロナ社,p170)。すなわち、水溶性高分子が水相に分散した油滴粒子の表面近傍(水と油滴の界面)に局在する傾向が強く、エマルジョンの安定化に寄与しているとされる。水溶性高分子の中で特に乳化性能の高いものでは、油滴表面への局在率が高いと考えられる。こうして油滴表面に局在した水溶性高分子は、上述したエマルジョン抄紙の機構、すなわち、セルロースミクロフィブリルの作る緩やかな会合対中に油滴ごと取り込まれ、抄紙の過程で湿紙中に残存するため、高い残存率で湿紙中に残存することになる。 Here, it is important that the above-mentioned specific water-soluble polymer is dissolved in the aqueous phase in the aqueous dispersion for emulsion papermaking of the present invention. The action of these water-soluble polymers in the O / W type emulsion is known as a protective colloid in the field of colloid science (Non-patent Document 6; Masami Kawaguchi, “Polymer Interface / Colloid Science” 1999). Corona, p. 170). That is, the water-soluble polymer has a strong tendency to localize near the surface of the oil droplet particles dispersed in the aqueous phase (the interface between the water and the oil droplets), and contributes to the stabilization of the emulsion. Among water-soluble polymers, those having particularly high emulsification performance are considered to have a high localization rate on the surface of oil droplets. Thus, the water-soluble polymer localized on the surface of the oil droplets is taken up together with the oil droplets into the above-mentioned mechanism of emulsion papermaking, that is, the loose association pair formed by cellulose microfibrils, and remains in the wet paper in the papermaking process. Therefore, it remains in the wet paper with a high residual rate.
本発明の製造方法では、特定の水溶性高分子を使用することにより、湿紙中、すなわち乾燥後のセルロース不織布中にも該特定の水溶性高分子が高い効率で残存する。その点において、エマルジョン抄紙法は、本発明のセルロース不織布の製造方法としてより好ましい方法である。
上述したように、本発明のエマルジョン抄紙用の水系分散液中には、前述した特定の水溶性高分子が水相中に溶解していることが必要であるが、該特定の水溶性高分子の濃度は、0.003重量%以上0.1重量%以下、より好ましくは、0.005重量%以上0.08重量%以下、さらに好ましくは、0.006重量%以上0.07重量%以下の量であると、本発明のセルロース不織布が得られ易いと同時に、水系分散液の状態が安定化することが多いので好ましい。該濃度が0.003重量%よりも小さいと、上記特定の水溶性高分子の添加効果が現れ難いので好ましくなく、また、該濃度が0.1重量%を超えると泡立ち等の添加量増大に伴う負の効果が現れ易くなるため好ましくない。エマルジョンを安定化させる目的で、水系分散液中に上記特定の水溶性高分子以外に界面活性剤およびその他の水溶性高分子のうちの少なくとも一種が、上記特定の水溶性高分子との合計量が上記濃度範囲で含まれていても構わない。
In the production method of the present invention, by using a specific water-soluble polymer, the specific water-soluble polymer remains in the wet paper, that is, in the cellulose nonwoven fabric after drying with high efficiency. In that respect, the emulsion papermaking method is a more preferable method as a method for producing the cellulose nonwoven fabric of the present invention.
As described above, in the aqueous dispersion for emulsion papermaking of the present invention, it is necessary that the specific water-soluble polymer described above is dissolved in the aqueous phase. The concentration of is 0.003% to 0.1% by weight, more preferably 0.005% to 0.08% by weight, and still more preferably 0.006% to 0.07% by weight. This amount is preferable because the cellulose nonwoven fabric of the present invention is easily obtained and the state of the aqueous dispersion is often stabilized. If the concentration is less than 0.003% by weight, the effect of adding the specific water-soluble polymer is hardly exhibited, and it is not preferable. If the concentration exceeds 0.1% by weight, the amount of addition such as foaming is increased. Since the accompanying negative effect tends to appear, it is not preferable. For the purpose of stabilizing the emulsion, in addition to the specific water-soluble polymer, at least one of a surfactant and other water-soluble polymer in the aqueous dispersion is a total amount of the specific water-soluble polymer. May be included in the above concentration range.
この場合の界面活性剤としては、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩などのアニオン界面活性剤、塩化アルキルトリメチルアンモニウム、塩化ジアルキルジメチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウムなどのカチオン界面活性剤、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルアミドジメチルアミノ酢酸ベタインなどの両性界面活性剤、アルキルポリオキシエチレンエーテルや脂肪酸グリセロールエステル等のノニオン性界面活性剤を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 As the surfactant in this case, anionic surfactants such as alkyl sulfate ester salt, polyoxyethylene alkyl sulfate ester salt, alkylbenzene sulfonate, α-olefin sulfonate, alkyltrimethylammonium chloride, dialkyldimethylammonium chloride, Examples include cationic surfactants such as benzalkonium chloride, amphoteric surfactants such as alkyldimethylaminoacetic acid betaines and alkylamidodimethylaminoacetic acid betaines, and nonionic surfactants such as alkylpolyoxyethylene ethers and fatty acid glycerol esters. However, it is not limited to these.
また、上記のその他の水溶性高分子として、具体例としては、ポリビニルアルコール(ケン化度が高過ぎないグレードがより安定化に寄与し、また、末端をアルキル修飾したものも安定化剤として有効である)、ビニルアルコール/エチレン共重合体(エチレン組成が低く、水溶性のグレード)やビニルアルコールとブチラール等その他のモノマー類との共重合体構造を有するもの、ポリエチレンオキサイドあるいはその末端をアルキル修飾したもの、ポリプロピレンオキサイド、ポリブチラール系樹脂(水溶性のグレード)のようなノニオン性の水溶性高分子、アクリル酸モノマー単位およびアクリル酸塩モノマー単位、メタクリル酸モノマー単位およびメタクリル酸塩モノマー単位のようなアニオン性のモノマー単位が分子鎖骨格中に含まれるアニオン系水溶性高分子、アクリル酸の有機アミノ誘導体エステル、メタクリル酸の有機アミノ誘導体エステル、エチレンイミン誘導体のようなカチオン性のモノマー単位が分子鎖骨格中に含まれるカチオン系水溶性高分子、あるいはアニオン性のモノマー単位とカチオン性のモノマー単位が両方、分子鎖骨格中に含まれる両性水溶性高分子等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 In addition, as other water-soluble polymers described above, specific examples include polyvinyl alcohol (grades with a degree of saponification that is not too high contribute to stabilization, and those with terminal alkyl modification are also effective as stabilizers. ), Vinyl alcohol / ethylene copolymers (low ethylene composition, water-soluble grade), those having a copolymer structure of vinyl alcohol and other monomers such as butyral, polyethylene oxide or alkyl-terminated ends thereof Nonionic water-soluble polymers such as polypropylene oxide, polybutyral resin (water-soluble grade), acrylic acid monomer units and acrylate monomer units, methacrylic acid monomer units and methacrylate monomer units Anionic monomer units contained in the molecular chain skeleton Anionic water-soluble polymer, an organic amino derivative ester of acrylic acid, an organic amino derivative ester of methacrylic acid, a cationic water-soluble polymer in which a cationic monomer unit such as an ethyleneimine derivative is contained in the molecular chain skeleton, Alternatively, an amphoteric water-soluble polymer in which both an anionic monomer unit and a cationic monomer unit are contained in the molecular chain skeleton can be exemplified, but the invention is not limited thereto.
この他、水系分散液中には、目的に応じて種々の添加物が添加されていても構わない。例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子のような無機系粒子状化合物、樹脂微粒子、各種塩類、調味料、食材、食品添加物、エマルジョンの安定性を阻害しない程度の有機溶剤等、本発明のセルロース不織布の製造に悪影響を及ぼさない範囲(種類の選択や組成の選択)で添加することができる。
調製工程で調製する水系分散液は、上述した化合物群から成るエマルジョン組成物であるが、エマルジョンの形成においては、乳化方法のあらゆる方法を採用することができる。すなわち、機械的乳化、転相乳化、液晶乳化、転相温度乳化、D相乳化、可溶化領域を利用した超微細乳化(マイクロエマルジョン乳化)等の方法によりO/W型エマルジョンを調製する。
In addition, various additives may be added to the aqueous dispersion according to the purpose. For example, inorganic particulate compounds such as silica particles, alumina particles, titanium oxide particles, calcium carbonate particles, resin fine particles, various salts, seasonings, foodstuffs, food additives, organic solvents that do not hinder the stability of the emulsion For example, the cellulose non-woven fabric of the present invention can be added within a range that does not adversely affect the production (selection of type and selection of composition).
The aqueous dispersion prepared in the preparation step is an emulsion composition composed of the above-described compound group, but any method of emulsification can be employed in forming the emulsion. That is, an O / W emulsion is prepared by a method such as mechanical emulsification, phase inversion emulsification, liquid crystal emulsification, phase inversion temperature emulsification, D phase emulsification, or ultrafine emulsification (microemulsion emulsification) using a solubilized region.
ここで、最終的な水系分散液中では水以外の成分は、85重量%以上99.5重量%以下、好ましくは90重量%以上99.4重量%以下、さらに好ましくは92重量%以上99.2%以下の組成の水中に分散または溶解していることが好ましい。水系分散液中の水の組成が85重量%より低くなると、粘度が増大するケースが多く、エマルジョンを分散液中に均一に分散し難くなり、均一な構造の通気性を有するセルロース不織布が得られ難くなるため好ましくない。また、水系分散液中の水の組成が99.5重量%を超えると、配合組成としてエマルジョンの含有量が低減され、濃縮組成物中の油性化合物濃度が低くなってしまい、通気性の構造体が得られ難くなるため、やはり好ましくない。
水系分散液の調製は、一切の添加物を水中へ混入し、適当な乳化方法により水系エマルジョン分散液とするか、あるいは予め油性化合物と乳化剤からなる水系エマルジョンを上述したような適当な乳化方法で調製しておき、別途調製したセルロースミクロフィブリルおよびその他の添加物からなる水系分散液と混合して水系分散液とすればよい。
Here, in the final aqueous dispersion, components other than water are 85 wt% or more and 99.5 wt% or less, preferably 90 wt% or more and 99.4 wt% or less, more preferably 92 wt% or more and 99.99 wt% or less. It is preferably dispersed or dissolved in water having a composition of 2% or less. When the composition of water in the aqueous dispersion is lower than 85% by weight, the viscosity often increases and it becomes difficult to uniformly disperse the emulsion in the dispersion, and a cellulose nonwoven fabric having a uniform structure and air permeability can be obtained. Since it becomes difficult, it is not preferable. On the other hand, when the composition of water in the aqueous dispersion exceeds 99.5% by weight, the content of the emulsion is reduced as a blended composition, the concentration of the oily compound in the concentrated composition is lowered, and the breathable structure Is also not preferable because it is difficult to obtain.
The aqueous dispersion is prepared by mixing all additives into water and preparing an aqueous emulsion dispersion by an appropriate emulsification method, or by preparing an aqueous emulsion previously composed of an oily compound and an emulsifier by an appropriate emulsification method as described above. What is necessary is just to prepare and mix with the aqueous dispersion liquid which consists of the cellulose microfibril prepared separately, and another additive, and just to make an aqueous dispersion liquid.
次に、本発明の第二の工程は、第一の工程で調製した水系分散液を抄紙機で脱水することにより、セルロースミクロフィブリルを濾過し、エマルジョン濃度を濃縮化する抄紙工程である。該抄紙工程は、基本的に、水を含む分散液から水を脱水し、水不溶性の親水性高分子が留まるようなフィルターや濾布(製紙の技術領域ではワイヤーとも呼ばれる)を使用する操作であればどのような装置を用いて行ってもよい。上述したようにエマルジョン中の油滴は、セルロースミクロフィブリルのその近傍に局在する性質を有するため、脱水操作により液相が系外に排出されてもフィルターや濾布上に留まり、実質的にエマルジョン成分の濃縮化が進行することになる。 Next, the second step of the present invention is a papermaking step of filtering cellulose microfibrils and concentrating the emulsion concentration by dehydrating the aqueous dispersion prepared in the first step with a paper machine. The papermaking process is basically an operation using a filter or filter cloth (also called a wire in the technical field of papermaking) that dehydrates water from a water-containing dispersion and retains a water-insoluble hydrophilic polymer. Any apparatus may be used as long as it is present. As described above, since the oil droplets in the emulsion have the property of being localized in the vicinity of the cellulose microfibrils, even if the liquid phase is discharged out of the system by the dehydration operation, the oil droplets remain on the filter or filter cloth, substantially. Concentration of the emulsion components will proceed.
抄紙機としては、傾斜ワイヤー式抄紙機、長網式抄紙機、円網式抄紙機のような装置を用いると好適に欠陥の少ないシート状のセルロース不織布を得ることができる。抄紙機は連続式であってもバッチ式であっても目的に応じて使い分ければよい。
ミクロフィブリル化セルロース等を使用して調製した水系分散液を抄紙する方法は、基本的には、本発明者らによる特許文献1に記載されている技術に準じる。特許文献1と本発明の差異は、抄紙用の水系分散液中に油性化合物と水から成るエマルジョンが含まれている点であるが、特許文献1で開示されている抄紙の条件により良好に抄紙を実施できる。その理由は、調整工程で調製する水系分散液中でエマルジョン成分がミクロフィブリル化セルロースから成る会合体中(軟凝集体)に取り込まれて存在している点にあると考えられる。
As the paper machine, if a device such as an inclined wire type paper machine, a long net type paper machine, or a circular net type paper machine is used, a sheet-like cellulose nonwoven fabric with few defects can be suitably obtained. Whether the paper machine is a continuous type or a batch type, it may be properly used according to the purpose.
The method of papermaking an aqueous dispersion prepared using microfibrillated cellulose or the like basically conforms to the technique described in Patent Document 1 by the present inventors. The difference between Patent Document 1 and the present invention is that an emulsion composed of an oily compound and water is contained in an aqueous dispersion for papermaking. However, the papermaking condition is better due to the papermaking conditions disclosed in Patent Document 1. Can be implemented. The reason is considered to be that the emulsion component is incorporated in the aggregate (soft agglomerate) made of microfibrillated cellulose in the aqueous dispersion prepared in the adjustment step.
すなわち、調製工程により得られる水系分散液(抄紙用の水系分散液)を用いて抄紙工程により脱水を行うが、抄紙はワイヤーまたは濾布を用いて水系分散液中に分散している微細セルロース等の軟凝集体を濾過する工程であるため、ワイヤーあるいは濾布の目のサイズが重要である。本発明においては、本質的には、上述した条件により調製した抄紙用の水系分散液を、該分散液中に含まれるセルロース等を含む水不溶性成分の歩留まり割合が70重量%以上、好ましくは、95重量%以上、さらに好ましくは99重量%以上で抄紙することのできるようなワイヤーあるいは濾布であればどんなものでも使用できる。ただし、セルロース等の歩留まり割合が70重量%以上であっても濾水性が高くないと抄紙に時間がかかり、著しく生産効率が悪くなるため、大気圧下25℃でのワイヤーまたは濾布の水透過量が、好ましくは0.005ml/cm2・s以上、さらに好ましくは0.01ml/cm2・s以上であると、生産性の観点からも好適な抄紙が可能となる。上記水不溶成分の歩留まり割合が70重量%よりも低くなると、生産性が著しく低減するばかりか、用いるワイヤーや濾布内にセルロース等の水不溶性成分が目詰まりしていることになり、製膜後のセルロース不織布の剥離性も著しく悪くなる。 That is, dewatering is performed by the papermaking process using the aqueous dispersion obtained by the preparation process (aqueous dispersion for papermaking), but the papermaking is fine cellulose dispersed in the aqueous dispersion using a wire or filter cloth, etc. Therefore, the size of the wire or the filter cloth is important. In the present invention, essentially, a water-based dispersion for papermaking prepared under the above-described conditions, the yield ratio of water-insoluble components including cellulose and the like contained in the dispersion is 70% by weight or more, preferably Any wire or filter cloth that can make paper at 95% by weight or more, more preferably 99% by weight or more can be used. However, even if the yield ratio of cellulose or the like is 70% by weight or more, if the drainage is not high, it takes time to make paper and the production efficiency is remarkably deteriorated. When the amount is preferably 0.005 ml / cm 2 · s or more, and more preferably 0.01 ml / cm 2 · s or more, suitable papermaking can be performed from the viewpoint of productivity. When the yield ratio of the water-insoluble component is lower than 70% by weight, not only the productivity is remarkably reduced, but also the water-insoluble component such as cellulose is clogged in the wire or filter cloth to be used. The peelability of the subsequent cellulose non-woven fabric is also significantly deteriorated.
ここで、大気圧下25℃でのワイヤーまたは濾布の水透過量は次のようにして評価するものとする。バッチ式抄紙機(例えば、熊谷理機工業社製の自動角型シートマシーン)に評価対象となるワイヤーまたは濾布を設置するにおいて、ワイヤーの場合はそのまま、濾布の場合は、80〜120メッシュの金属メッシュ(濾水抵抗がほとんど無いものとして)上に濾布を設置し、抄紙面積がxcm2の抄紙機内に十分な量(ymlとする)の水を注入し、大気圧下で濾水時間を測定する。濾水時間がzs(秒)であった場合の水透過量を、 y/(xz) (ml/cm2・s) と定義する。 Here, the water permeation amount of the wire or the filter cloth at 25 ° C. under atmospheric pressure is evaluated as follows. When installing a wire or filter cloth to be evaluated on a batch paper machine (for example, an automatic square sheet machine manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.), in the case of a wire, 80 to 120 mesh in the case of a filter cloth. A filter cloth is placed on a metal mesh (assuming that there is almost no drainage resistance), a sufficient amount (yml) of water is poured into a paper machine having a papermaking area of xcm 2 , and filtered under atmospheric pressure. Measure time. The amount of water permeation when the drainage time is zs (seconds) is defined as y / (xz) (ml / cm 2 · s).
ミクロフィブリル化セルロースの抄紙に使用できる、上記の条件を満たすワイヤーや濾布は限定される。極めて微細なミクロフィブリル化セルロース繊維に対しても使用できるフィルターまたは濾布として、SEFAR社(スイス)製のTETEXMONODLW07−8435−SK010(PET製)、敷島カンバス社製NT20(PET/ナイロン混紡)などを挙げることができるが、これらに限定されない。 Wires and filter cloths that satisfy the above conditions that can be used for paper making of microfibrillated cellulose are limited. Examples of filters or filter cloths that can be used for extremely fine microfibrillated cellulose fibers include TETEXMONODW07-8435-SK010 (PET) manufactured by SEFAR (Switzerland), NT20 (PET / nylon blend) manufactured by Shikishima Kanbus. It can mention, but it is not limited to these.
抄紙工程による脱水では、エマルジョンの濃縮化と同時に高固形分化が進行し、セルロースミクロフィブリルの濃度と油性化合物の濃度を水系分散液より増加させた濃縮組成物である湿紙を得る。湿紙の固形分率は、抄紙のサクション圧(ウェットサクションやドライサクション)やプレス工程によって脱水の程度を制御し、好ましくは固形分濃度が6重量%以上25重量%以下、さらに好ましくは固形分濃度が8重量%以上20重量%以下の範囲に調整する。湿紙の固形分率が6重量%よりも低いと湿紙としての自立性がなく、工程上問題が生じ易くなる。また、湿紙の固形分率が25重量%を超える濃度まで脱水すると水相だけでなく、濃縮したエマルジョンが系外に排出されてしまい、セルロースミクロフィブリル近傍の水層の存在によって、却って油性化合物の濃度が低下してしまうため、有効に通気性のあるセルロース不織布を形成できなくなり、相応しくない。上述したように本発明では、抄紙工程によってエマルジョンが濃縮化され、脱水前の水系分散液中の油性化合物濃度に対し、脱水工程後の湿紙では該油性化合物濃度が約5倍以上、好適な場合には10倍以上に濃縮化される。 In the dehydration by the papermaking process, high solid differentiation proceeds simultaneously with the concentration of the emulsion, and a wet paper which is a concentrated composition in which the concentration of cellulose microfibrils and the concentration of oily compounds are increased from the aqueous dispersion is obtained. The solid content ratio of the wet paper is controlled by the degree of dehydration by the suction pressure (wet suction or dry suction) of the papermaking or pressing process, preferably the solid content concentration is 6 wt% or more and 25 wt% or less, more preferably the solid content. The concentration is adjusted in the range of 8 wt% to 20 wt%. If the solid content of the wet paper is lower than 6% by weight, there is no self-supporting property as the wet paper and problems in the process are likely to occur. Further, when the solid content of the wet paper is dehydrated to a concentration exceeding 25% by weight, not only the aqueous phase but also the concentrated emulsion is discharged out of the system, and the presence of the aqueous layer in the vicinity of the cellulose microfibrils makes it an oily compound. Therefore, the cellulose non-woven fabric having air permeability cannot be formed effectively, which is not suitable. As described above, in the present invention, the emulsion is concentrated by the papermaking process, and the oily compound concentration in the wet paper after the dehydration process is about 5 times or more that of the oily compound concentration in the aqueous dispersion before the dehydration. In some cases, it is concentrated 10 times or more.
抄紙工程で得た湿紙は、加熱による乾燥工程で油性化合物及び水の一部を蒸発させることによって、セルロース不織布となる。乾燥工程は、ドラムドライヤーのような幅を定長とした状態で、水と油性化合物(以下、水と油性化合物を合わせて「分散媒」という。)を乾燥し得るタイプの定長乾燥型の乾燥機を使用すると、より透気抵抗度の低いセルロース不織布を安定に得ることができるため、好ましい。乾燥温度は、条件に応じて適宜選択すればよいが、好ましくは、45℃以上180℃以下、さらに好ましくは、60℃以上150℃以下の範囲とすれば、好適に通気性のあるセルロース不織布を製造することができる。乾燥温度が45℃未満では、多くの場合に分散媒の揮発速度が遅いため、生産性が確保できないため好ましくなく、180℃より高い乾燥温度とすると、構造体を構成する親水性高分子が熱変性を起こしてしまうケースがあり、また、コストに影響するエネルギー効率も低減するため、やはり好ましくない。場合によっては、100℃以下の低温乾燥で組成調製を行い、次段で100℃以上の温度で乾燥する多段乾燥を実施することも、均一性の高いセルロース不織布を得るうえでは有効であることもある。 The wet paper obtained in the paper making process becomes a cellulose nonwoven fabric by evaporating a part of the oily compound and water in the drying process by heating. The drying process is a constant-length drying type that can dry water and an oily compound (hereinafter referred to as “dispersion medium” together with water and an oily compound) in a state where the width is constant as in a drum dryer. Use of a dryer is preferable because a cellulose nonwoven fabric having a lower air resistance can be stably obtained. The drying temperature may be appropriately selected according to the conditions, but preferably 45 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Can be manufactured. When the drying temperature is less than 45 ° C., the volatilization rate of the dispersion medium is slow in many cases, which is not preferable because productivity cannot be secured. When the drying temperature is higher than 180 ° C., the hydrophilic polymer constituting the structure is heated. There are cases in which denaturation occurs, and energy efficiency affecting the cost is also reduced, which is also not preferable. Depending on the case, the composition is prepared by low-temperature drying at 100 ° C. or lower, and multistage drying in which the composition is dried at a temperature of 100 ° C. or higher in the next stage is also effective in obtaining a highly uniform cellulose nonwoven fabric. is there.
次に、上述した乾燥工程で得られたセルロース不織布にカレンダー装置によって平滑化処理を施す平滑化工程を設けても良い。該平滑化工程を経ることにより表面が平滑化され、薄膜化された本発明のセルロース不織布を得ることもできる。以下に、その概要を説明する。
すなわち、乾燥後の本発明のセルロース不織布に対し、さらにカレンダー装置による平滑化処理を施す工程を含むことにより、薄膜化が可能となり、広範囲の、膜厚/通気度/強度の組み合わせの本発明のセルロース不織布を提供することが可能となる。例えば、10g/m2以下の目付の設定下で20μm以下(下限は3μm程度)の膜厚のセルロース不織布を容易に製造することが可能である。カレンダー装置としては単一プレスロールによる通常のカレンダー装置の他に、これらが多段式に設置された構造をもつスーパーカレンダー装置を用いてもよい。これらの装置、およびカレンダー処理時におけるロール両側それぞれの材質(材質硬度)や線圧を目的に応じて選定することにより多種の物性バランスをもつ本発明のセルロース不織布を得ることができる。
Next, you may provide the smoothing process which smoothes the cellulose nonwoven fabric obtained at the drying process mentioned above with a calendar apparatus. By passing through the smoothing step, the cellulose nonwoven fabric of the present invention whose surface is smoothed and thinned can also be obtained. The outline will be described below.
That is, the cellulose non-woven fabric of the present invention after drying is further subjected to a smoothing process by a calender device, so that a thin film can be formed, and a wide range of film thickness / breathability / strength combinations of the present invention. A cellulose nonwoven fabric can be provided. For example, it is possible to easily produce a cellulose nonwoven fabric having a film thickness of 20 μm or less (lower limit is about 3 μm) under a basis weight setting of 10 g / m 2 or less. As the calendar device, in addition to a normal calendar device using a single press roll, a super calendar device having a structure in which these are installed in a multistage manner may be used. The cellulose nonwoven fabric of the present invention having various physical property balances can be obtained by selecting the materials (material hardness) and linear pressures on both sides of the roll during the calendar process according to the purpose.
乾燥後のセルロース不織布に対するカレンダー処理の作用原理には2通りが考えられる。まず、本発明のセルロース不織布の製造工程では、抄紙用原料として使用するセルロースミクロフィブリルの繊維長に対し、製造時に使用するワイヤーメッシュや濾布の表面凹凸のピッチが大幅に長いため、得られる不織布の表面はワイヤーメッシュや濾布の凹凸が転写され易い。第一点としては、カレンダー処理は、この凹凸を平坦化させる効果を有する。第二点目として、一定空孔率を有する不織布のネットワーク構造そのものを押し潰す効果である。二番目の効果により不織布の空孔率は低減し、平均孔径も小さくなることになり、結果的に、通気抵抗度は増大し、引張り強度や突刺し強度が増大することもある。実際には、設定したカレンダー処理条件に応じて、上記一番目の効果と二番目の効果が混在し(種々の貢献率となって)、得られるセルロース不織布の構造や物性が決まる。 また、エンボス加工を表面に施したカレンダー処理用金属ロールを使用して、任意の表面パターンにより凹凸を加えたセルロース不織布も本発明のセルロース不織布として好適に使用することができる。 There are two possible operating principles of the calendar treatment for the dried cellulose nonwoven fabric. First, in the manufacturing process of the cellulose nonwoven fabric of the present invention, the pitch of the surface irregularities of the wire mesh and filter cloth used at the time of manufacture is significantly longer than the fiber length of the cellulose microfibril used as a papermaking raw material. As for the surface of this, the unevenness of a wire mesh or a filter cloth is easy to be transferred. As a first point, the calendar process has an effect of flattening the unevenness. The second point is the effect of crushing the network structure itself of the nonwoven fabric having a certain porosity. Due to the second effect, the porosity of the non-woven fabric is reduced and the average pore diameter is also reduced. As a result, the air resistance is increased, and the tensile strength and the piercing strength may be increased. Actually, the first effect and the second effect are mixed according to the set calendar processing conditions (with various contribution ratios), and the structure and physical properties of the resulting cellulose nonwoven fabric are determined. Moreover, the cellulose nonwoven fabric which added the unevenness | corrugation by arbitrary surface patterns using the metal roll for calendering which gave the surface the embossing can also be used suitably as a cellulose nonwoven fabric of this invention.
特に本発明のセルロース不織布を連続的に製膜するためには、調製工程を除き、上述した抄紙工程、乾燥工程、場合によってはカレンダー処理による平滑化工程を連続的に実施する必要がある。この際、使用するワイヤーメッシュ(以下、単に「ワイヤー」ともいう。)はエンドレス仕様のものを用いて全工程を一つのワイヤーで行うかあるいは途中で次工程のエンドレスワイヤーまたはエンドレスのフェルト布にピックアップして渡すあるいは転写させて渡すかあるいは、連続製膜の全工程または一部の工程を濾布を使用するロールtoロールの工程とするかいずれかをとり得る。
さらに、本発明では、抄紙機による抄紙工程において、抄紙機に通水性を有するシート状の支持体をのせて、水系分散液を構成する水の一部を該支持体上で脱水(抄紙)を行い、該支持体上に本発明のセルロース不織布の湿紙を積層化させ、一体化させることにより、少なくとも2層以上の積層構造を有する多層化シートを製造することができる。
In particular, in order to continuously form the cellulose nonwoven fabric of the present invention, it is necessary to continuously perform the paper making process, the drying process, and, in some cases, the smoothing process by calendering, except for the preparation process. At this time, the wire mesh to be used (hereinafter also simply referred to as “wire”) is an endless specification, and the entire process is performed with one wire, or the endless wire or the endless felt cloth of the next process is picked up in the middle. Or transfer and transfer, or all or part of the continuous film-forming process may be a roll-to-roll process using a filter cloth.
Further, in the present invention, in the paper making process by the paper machine, a sheet-like support having water permeability is placed on the paper machine, and a part of the water constituting the aqueous dispersion is dehydrated (paper making) on the support. A multilayered sheet having a laminated structure of at least two layers can be produced by laminating and integrating the wet paper of the cellulose nonwoven fabric of the present invention on the support.
こうした多層化シートの製造に使用する支持体は、高空孔率かつ通水性のある不織布、あるいは多孔質膜であることが好ましい。具体的には、セルロース製、ポリエチレンテレフタレート製、6,6−ナイロン製、6−ナイロン製、ポリビニルアルコール製、各種ポリウレタン製の不織布、あるいはセルロース製、ポリエチレンテレフタレート製、6,6−ナイロン製、6−ナイロン製、ポリビニルアルコール製、各種ポリウレタン製の多孔質膜を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。不織布を構成する繊維の数平均繊維径が2μm以下であるマイクロウェッブと呼ばれる不織布や微多孔膜を用いると、それ自体が本発明における、ミクロフィブリル化セルロースの水系分散液から抄紙機で製膜する際の濾布の機能を有するため、抄紙の際に上述したようなワイヤーや濾布を使用することなく、一体化した多層構造を有する高空孔率構造体を製造することができる。3層以上の多層化シートを製造するためには2層以上の多層構造をもつ支持体を使用すればよい。また、支持体上で2層以上の本発明の多段抄紙を行って3層以上の多層化シートとしてもよい。 The support used for the production of such a multilayered sheet is preferably a nonwoven fabric or a porous membrane having a high porosity and water permeability. Specifically, cellulose, polyethylene terephthalate, 6,6-nylon, 6-nylon, polyvinyl alcohol, various polyurethane nonwoven fabrics, or cellulose, polyethylene terephthalate, 6,6-nylon, 6 -The porous film made from nylon, the product made from polyvinyl alcohol, and various polyurethanes can be mentioned, However, It is not limited to these. When a nonwoven fabric called microweb or a microporous membrane having a number average fiber diameter of 2 μm or less of fibers constituting the nonwoven fabric is used, the nonwoven fabric itself forms a film from an aqueous dispersion of microfibrillated cellulose in the present invention. Therefore, a high-porosity structure having an integrated multilayer structure can be produced without using a wire or filter cloth as described above during papermaking. In order to produce a multilayered sheet having three or more layers, a support having a multilayer structure having two or more layers may be used. Moreover, it is good also as a multilayer sheet | seat of three or more layers by performing the multistage papermaking of this invention of two or more layers on a support body.
本発明のセルロース不織布および該不織布を1層とする多層化シートは、各種機能性フィルター、各種機能紙、各種蓄電デバイス用のセパレータ、精密洗浄用ワイパー、精密研磨用パッド、吸収材料、医療材料用の支持体、機能膜等、広範な分野で利用することが可能となる。さらに、エポキシ樹脂等の各種の樹脂と複合化させることにより、半導体デバイスや配線基板用の基板、低線膨張率材料の基材等としても適用できるが、本発明のセルロース不織布の用途はこれらに限定されるものではない。 The cellulose nonwoven fabric of the present invention and the multilayered sheet comprising the nonwoven fabric as one layer are various functional filters, various functional papers, separators for various power storage devices, precision cleaning wipers, precision polishing pads, absorbent materials, and medical materials. It can be used in a wide range of fields such as a support and a functional membrane. Furthermore, by compounding with various resins such as epoxy resin, it can be applied as a substrate for semiconductor devices and wiring boards, as a base material for low linear expansion coefficient materials, etc. It is not limited.
以下、本発明の実施例及び比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.
(実施例1〜5)
セルロース原料としてコットンリンターパルプ(日本紙パルプ商事(株))を使用し、該パルプを固形分10重量%となるように水中に浸漬させて130℃、4時間のオートクレーブ処理をした後、得られた膨潤パルプを何度も水洗し、水を含浸した状態の膨潤パルプを得た。該膨潤パルプの乾燥体について、α−セルロース含有率を測定したところ98.0重量%(全セルロース含有率は100重量%)であった。
(Examples 1-5)
Obtained after using cotton linter pulp (Nippon Paper Pulp Shoji Co., Ltd.) as the cellulose raw material, immersing the pulp in water to a solid content of 10% by weight and subjecting to autoclave treatment at 130 ° C. for 4 hours. The swollen pulp was repeatedly washed with water to obtain a swollen pulp impregnated with water. When the α-cellulose content of the dried swelling pulp was measured, it was 98.0% by weight (total cellulose content was 100% by weight).
該膨潤パルプを固形分1.5重量%となるように水中に分散させて水分散体(400L)とし、ディスクレファイナー装置として相川鉄工(株)製SDR14型ラボリファイナー(加圧型DISK式)を用い、ディスク間のクリアランスを1mmとして400Lの該水分散体に対して、20分間叩解処理を進めた後、引き続いてクリアランスをほとんどゼロに近いレベルにまで低減させた条件下で叩解処理を続けた。経時的にサンプリングを行い、サンプリングスラリーに対して、JIS P 8121で定義されるパルプのカナダ標準ろ水度試験方法(以下、CSF法)のCSF値を評価したところ、CSF値は経時的に減少していき、一旦、ゼロ近くとなった後、さらに叩解処理を続けると、増大していく傾向が確認された。クリアランスをゼロ近くとしてから10分間、上記条件で叩解処理を続け、CSF値で73ml↑の叩解スラリー(該叩解スラリーを水分散体M0とする)を得た。得られた叩解スラリーを、そのまま高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社(伊)製NS3015H)を用いて操作圧力100MPa下で5回の微細化処理を実施し、ミクロフィブリル化セルロースの水分散体(固形分濃度:1.5重量%)、M1を得た。 The swollen pulp is dispersed in water to a solid content of 1.5% by weight to form a water dispersion (400 L). As a disk refiner device, SDR14 type laboratory refiner (pressure type DISK type) manufactured by Aikawa Tekko Co., Ltd. is used. The beating process was continued for 20 minutes on the 400 L water dispersion with a disc clearance of 1 mm, and then the beating process was continued under conditions where the clearance was reduced to almost zero. . Sampling was carried out over time, and the CSF value of the Canadian standard freeness test method (hereinafter referred to as CSF method) of pulp defined by JIS P 8121 was evaluated for the sampling slurry. Then, once it was close to zero, if the beating process continued further, a tendency to increase was confirmed. The beating treatment was continued under the above conditions for 10 minutes after the clearance was reduced to near zero, and a beating slurry having a CSF value of 73 ml ↑ (the beating slurry was designated as an aqueous dispersion M0) was obtained. The obtained beating slurry was subjected to micronization treatment 5 times under an operating pressure of 100 MPa using a high-pressure homogenizer (NS3015H manufactured by Niro Soabi (Italy)) as it was, and an aqueous dispersion (solid content) of microfibrillated cellulose. Concentration: 1.5% by weight), M1 was obtained.
次にこのM1を用いて、各種成分を加え、表1に示した実施例1〜5の組成となるように調製し、家庭用ミキサーで4分間、乳化、分散を行い、抄紙用の水系分散液を得た。実施例1〜5では、水溶性多糖誘導体として、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(信越化学工業(株)製ヒプロメロース60SH−4000)の5重量%水溶液を予め調製し、相当する分量だけ配合した。
該水系分散液に対しミクロフィブリル化セルロースを大気圧下25℃における濾過で99%以上濾別する能力を有するPET/ナイロン混紡製の平織物(敷島カンバス社製、NT20、大気下25℃での水透過量:0.03ml/cm2・s)を、以下で使用する角型金属製ワイヤーのサイズ(25cm×25cm)に揃えて裁断したものを濾布として、バッチ式抄紙機(熊谷理機工業社製、自動角型シートマシーン)を用いて抄紙(脱水)を行った。同抄紙機に組み込まれている角形金属製ワイヤー(25cm×25cm,80メッシュ)上に上述したPET製織物を設置し、その上から所定量の抄紙用分散液を抄紙機へ注入し、サクション(減圧装置)大気圧に対する減圧度を4KPaとして抄紙を実施した。
Next, using M1, various components were added to prepare the compositions of Examples 1 to 5 shown in Table 1, emulsified and dispersed with a home mixer for 4 minutes, and an aqueous dispersion for papermaking. A liquid was obtained. In Examples 1 to 5, a 5% by weight aqueous solution of hydroxypropylmethylcellulose (Hypromellose 60SH-4000 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was prepared in advance as a water-soluble polysaccharide derivative, and was mixed in a corresponding amount.
A plain fabric made of PET / nylon blend having the ability to filter out 99% or more of microfibrillated cellulose by filtration at 25 ° C under atmospheric pressure from the aqueous dispersion (NT20, manufactured by Shikishima Kanbus Co., Ltd.) Batch-type paper machine (Ri Kumagai) using a filter cloth made by cutting water permeation amount: 0.03ml / cm 2 · s) to the size of square metal wire (25cm x 25cm) used below. Paper making (dehydration) was performed using an automatic square sheet machine manufactured by Kogyo Co., Ltd. The above-mentioned PET fabric is placed on a rectangular metal wire (25 cm × 25 cm, 80 mesh) incorporated in the paper machine, and a predetermined amount of paper dispersion is injected into the paper machine from above, and suction ( Pressure reducing device) Paper making was carried out at a reduced pressure with respect to atmospheric pressure of 4 KPa.
得られた濾布上に乗った湿潤状態の濃縮組成物からなる湿紙を、ワイヤー上から剥がし、湿紙面をドラム面に接触させるようにして、湿紙/濾布の2層の状態で表面温度が60℃に設定された熊谷理機工業社製ドラムドライヤーに貼り付けて約120秒間乾燥させた。こうして粗乾燥させた湿紙/濾布の2層を、今度は表面温度が130℃に設定されたドラムドライヤーにやはり湿紙がドラム面に接触するようにして約120秒間乾燥させ、得られた乾燥した2層体からセルロースのシート状構造物から濾布を剥離させて、白色の均一なセルロースからなるセルロース不織布S1、S2、S3、S4、S5(それぞれ実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、実施例5に対応)を得た。いずれの場合も、セルロースミクロフィブリルの収率はほぼ100%であった。 The wet paper made of the concentrated composition on the obtained filter cloth is peeled off from the wire and the wet paper surface is brought into contact with the drum surface so that the wet paper / filter cloth has a two-layer surface. It was pasted on a drum dryer manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd. whose temperature was set to 60 ° C. and dried for about 120 seconds. Two layers of wet paper / filter cloth thus coarsely dried were dried for about 120 seconds with a drum dryer whose surface temperature was set to 130 ° C. so that the wet paper was still in contact with the drum surface. Cellulose nonwoven fabrics S1, S2, S3, S4, and S5 made of white uniform cellulose are peeled off from the dried two-layer body from the cellulose sheet-like structure (Examples 1, 2, and 5 respectively). 3, corresponding to Example 4 and Example 5). In all cases, the yield of cellulose microfibrils was almost 100%.
表2に、S1〜S5に含有される特定の水溶性高分子(ヒドロキシプロピルメチルセルロース)の含有量を示した。さらにS1〜S5の物性等は表2に示した通りであった。ここで、膜厚(d(μm))は、一つの不織布サンプルについて膜厚計により測定された5点以上の測定値の平均値を意味する。特に、膜厚計は、空孔率の高い本発明の不織布サンプルを潰さずに評価できる観点から、面接触型のタイプ(Mitutoyo(株)製面接触型膜厚計(Code No.547−401))を使用した。
さらに空孔率は、サンプルの膜厚d(μm)と目付w(g/m2)から、以下の(4)により算出した。
Pr(%)=(1−w×0.94/(1.5×d))×100 (4)
Table 2 shows the content of the specific water-soluble polymer (hydroxypropylmethylcellulose) contained in S1 to S5. Furthermore, the physical properties of S1 to S5 are as shown in Table 2. Here, the film thickness (d (μm)) means an average value of five or more measured values measured by a film thickness meter for one nonwoven fabric sample. In particular, the film thickness meter is a surface contact type film thickness meter (Code No. 547-401 manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.) from the viewpoint that it can be evaluated without crushing the nonwoven fabric sample of the present invention having a high porosity. ))It was used.
Furthermore, the porosity was calculated by the following (4) from the film thickness d (μm) of the sample and the basis weight w (g / m 2 ).
Pr (%) = (1−w × 0.94 / (1.5 × d)) × 100 (4)
いずれのサンプルも空孔率は80%近傍の白色で通気性のあるシートであった。S1の表面の10000倍の倍率でのSEM画像を図1に示した。図1を含めたS1の表面に関する2枚のSEM画像の写真の解析により、S1の表面におけるミクロフィブリル化セルロースの数平均繊維径は108nmであった。
以上のことからS1〜S5はいずれも本発明のセルロース不織布であった。抄紙用の水系分散液の散乱式粒度分布測定による結果から、実施例1における抄紙用の水系分散液中のエマルジョンの油滴径はおよそ0.2μmであり、極めて小さな油滴がセルロースミクロフィブリルからなる湿紙に取り込まれ、これを乾燥させることにより、図1に見られるような微細なネットワーク構造が形成されているものと推定された。
All the samples were white and air-permeable sheets having a porosity of around 80%. An SEM image at a magnification of 10,000 times the surface of S1 is shown in FIG. As a result of analysis of photographs of two SEM images relating to the surface of S1 including FIG. 1, the number average fiber diameter of the microfibrillated cellulose on the surface of S1 was 108 nm.
From the above, S1 to S5 were all cellulose nonwoven fabrics of the present invention. From the results of the scattering-type particle size distribution measurement of the aqueous dispersion for papermaking, the oil droplet diameter of the emulsion in the aqueous dispersion for papermaking in Example 1 is about 0.2 μm, and very small oil droplets are formed from cellulose microfibrils. It was presumed that a fine network structure as shown in FIG. 1 was formed by taking in the wet paper and drying it.
(実施例6および7)
実施例1で調製したミクロフィブリル化セルロースの水分散体M1を用い、表1に示した組成の抄紙用水系分散液を、連続式抄紙機を用いて本発明のセルロース不織布を連続的に製膜した。但し、乳化操作は、実施例1で叩解装置として用いたディスクレファイナーを用い、所定の組成に配合した該水系分散液の混合物330Kgを、連続的に335L/minの速度で循環させ、徐々にディスク間のクリアランスを低減していき、ほぼゼロとなった時点から17分間処理を続けて、得られた白色のエマルジョンを抄紙用の水系分散液とした。
(Examples 6 and 7)
Using the aqueous dispersion M1 of microfibrillated cellulose prepared in Example 1, the aqueous dispersion for papermaking having the composition shown in Table 1 was continuously formed using the continuous paper machine. did. However, in the emulsification operation, the disc refiner used as the beating apparatus in Example 1 was used, and the aqueous dispersion liquid 330 Kg blended in a predetermined composition was continuously circulated at a rate of 335 L / min. The clearance between the discs was reduced, and the treatment was continued for 17 minutes from the point when it became almost zero, and the resulting white emulsion was used as an aqueous dispersion for papermaking.
該抄紙用水系分散液を用い、傾斜角5°に設定された抄紙幅0.65m,サクションライン長1.5mの傾斜ワイヤー型連続抄紙装置((株)斉藤鉄工所製)を用いて、ポリマー製の200メッシュのワイヤー(日本フィルコン(株)製)上に、実施例1にて使用したのと同様のPET/ナイロン製の平織物(NT−20,幅0.76m×長さ100mの巻取り)を濾布として抄紙分散液投入部の手前から連続的に設置し、上記で得た抄紙用分散液を6.24L/minの供給速度で連続的に供給し、抄紙走行速度を5.0m/minとし、でウェットサクション(傾斜部)及びドライサクションを作動させて、連続式抄紙を実施した。抄紙直後に金属ロールによるプレス脱水工程を敢えて設けず、抄紙直後の濃縮組成物からなる湿紙のセルロース濃度は12重量%であった。 Using the aqueous dispersion for papermaking, a polymer is produced using an inclined wire type continuous papermaking apparatus (manufactured by Saito Iron Works Co., Ltd.) having a papermaking width of 0.65 m and a suction line length of 1.5 m set at an inclination angle of 5 °. PET / nylon plain woven fabric (NT-20, width 0.76 m × length 100 m) similar to that used in Example 1 on a 200 mesh wire made by Nippon Filcon Co., Ltd. The papermaking dispersion liquid is continuously installed at a feed rate of 6.24 L / min, and the papermaking travel speed is 5. The continuous paper making was performed by operating the wet suction (inclined part) and the dry suction at 0 m / min. A press dehydration step using a metal roll was not provided immediately after papermaking, and the cellulose concentration of the wet paper made of the concentrated composition immediately after papermaking was 12% by weight.
そのまま湿紙/濾布の2層の状態で100℃に設定されたドラムドライヤー(2段)へ湿紙がドライヤー面に接触するように送り入れ、乾燥直後に濾布からセルロース不織布を剥離させることにより、本発明のセルロースの連続不織布S6(約100m長)を巻き取った。S6は表2に示したように通気性があって白色で均一性の高い本発明のセルロース不織布であった(実施例6)。 Transfer the wet paper to the drum dryer (two steps) set at 100 ° C in the two layers of wet paper / filter cloth so that the wet paper contacts the dryer surface, and peel the cellulose nonwoven fabric from the filter cloth immediately after drying. The continuous nonwoven fabric S6 (about 100 m long) of the cellulose of the present invention was wound up. As shown in Table 2, S6 was the cellulose nonwoven fabric of the present invention having air permeability, white color and high uniformity (Example 6).
次に、S6に対して、カレンダー処理を施した。本実施例では上部ロールを金属製鏡面ロールとし、下部ロールをゴム製ロール(硬度A98)として室温下、線圧2.0トンで2m/minの走行速度でカレンダー処理を施し、やや光沢のある白色のセルロース不織布S7を得た。S7の物性等は表2に示した通りであった。S7の膜厚はS6の半分以下になっているものの、透気抵抗度等は本発明の要件を満足しており、S7は本発明のセルロース不織布であった。 Next, a calendar process was applied to S6. In this embodiment, the upper roll is a metal mirror roll and the lower roll is a rubber roll (hardness A98), and a calendar process is performed at a running speed of 2 m / min at a linear pressure of 2.0 tons at room temperature. White cellulose nonwoven fabric S7 was obtained. The physical properties and the like of S7 are as shown in Table 2. Although the film thickness of S7 is less than half that of S6, the air resistance and the like satisfy the requirements of the present invention, and S7 is the cellulose nonwoven fabric of the present invention.
(実施例8および9)
次に、実施例1〜7で本発明のセルロースに含有される特定の水溶性高分子として用いたヒドロキシプロピルメチルセルロース以外の該当する水溶性高分子の効果を示す。
抄紙用の水系分散液の調製方法は実施例1と同様に行い、用いる特定の水溶性高分子を、でんぷん(溶性)(和光純薬工業(株)製、コード:191−03985)(実施例8)およびヒドロキシエチルセルロース(東京化成工業(株)製、4,500〜6,500 cps 2% in water at 25℃、コード:H0392)(実施例9)として表1に示した配合組成として抄紙を行った。
(Examples 8 and 9)
Next, the effects of the corresponding water-soluble polymer other than hydroxypropylmethylcellulose used as the specific water-soluble polymer contained in the cellulose of the present invention in Examples 1 to 7 are shown.
The aqueous dispersion for papermaking was prepared in the same manner as in Example 1, and the specific water-soluble polymer used was starch (soluble) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., code: 191-03985) (Example) 8) and hydroxyethyl cellulose (4,500-6,500 cps 2% in water at 25 ° C., code: H0392 manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (Example 9) were used for papermaking as the composition shown in Table 1.
ここで、共に、予め1重量%の水溶液を80℃で調製し、これを他の組成と混合し、室温でミキサー処理を4分間行って、乳化、分散させ、抄紙用の水系分散液とした。
抄紙方法および乾燥方法は実施例1と同様に行い、白色で均一な本発明のセルロース不織布を得た。実施例8および実施例9で得られたサンプルをそれぞれ、S8およびS9とした。各々のサンプルの物性等を表2に示した。S8の強度はS1〜S9の実施例で得られたサンプルの中では強度は低いものの、同じM1分散液から作製した、水溶性高分子を含有しないセルロース不織布である比較例2や比較例4のサンプルH2およびH4と比べると明らかに高強度化されており、これらのバインダーによる補強効果が確認された。S8およびS9は、共に、後述する耐熱性テストの結果、180℃、70時間の高温履歴後でも変色程度は小さく、耐熱性に優れたシートであることが確認された。
In this case, a 1% by weight aqueous solution was prepared in advance at 80 ° C., and this was mixed with other compositions, followed by a mixer treatment at room temperature for 4 minutes to emulsify and disperse to obtain an aqueous dispersion for papermaking. .
The paper making method and the drying method were carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a white and uniform cellulose nonwoven fabric of the present invention. The samples obtained in Example 8 and Example 9 were designated as S8 and S9, respectively. The physical properties of each sample are shown in Table 2. Although the intensity | strength of S8 is low in the sample obtained in the Example of S1-S9, it was produced from the same M1 dispersion liquid of the comparative example 2 and the comparative example 4 which are the cellulose nonwoven fabrics which do not contain a water-soluble polymer. The strength was clearly increased as compared with Samples H2 and H4, and the reinforcing effect of these binders was confirmed. As a result of a heat resistance test described later, both S8 and S9 were confirmed to be sheets having a small degree of discoloration and excellent heat resistance even after a high temperature history of 180 ° C. and 70 hours.
(比較例1)
実施例1で得られた叩解処理のみ行った水分散体M0を用い、表1に示した組成の抄紙用分散液を実施例1と同じ乳化、分散方法で調製した。得られた水系分散液を用い、実施例1と同様のバッチ式抄紙の条件にて抄紙を行った。抄紙後、得られた湿紙を直ちに、実施例1の要領で乾燥させ、均一性に乏しい白色のシート状サンプルH1を得た(比較例1)。
H1の表面のSEM画像から、H1の表面には、数μm〜10μm程度の繊維がかなりの量含まれており、表3に示した物性表からも分かるように、水溶性多糖誘導体であるヒドロキシプロピルメチルセルロースの含有量も0.4重量%と少なく、本発明のセルロース不織布とは言えないものであった。膜の均一性も乏しく、強度も低く、高度に叩解したフィブリル化セルロースを用いても本発明のセルロース不織布は作製できないことが判明した。目付10g/m2相当のTr,avの値も0.68と、実施例の各サンプルよりも低い値を示していた。不織布中の水溶性多糖誘導体の含有量が少なかったのは、セルロース繊維の表面積が低いため、エマルジョンの油滴を有効に湿紙中に捕捉できなかったことによると推定される。
(Comparative Example 1)
Using the aqueous dispersion M0 obtained only in the beating treatment obtained in Example 1, a papermaking dispersion having the composition shown in Table 1 was prepared by the same emulsification and dispersion method as in Example 1. Paper making was performed using the obtained aqueous dispersion under the same batch-type paper making conditions as in Example 1. After paper making, the obtained wet paper was immediately dried in the same manner as in Example 1 to obtain a white sheet sample H1 with poor uniformity (Comparative Example 1).
From the SEM image of the surface of H1, the surface of H1 contains a considerable amount of fibers of several μm to 10 μm. As can be seen from the physical property table shown in Table 3, hydroxy, which is a water-soluble polysaccharide derivative. The content of propylmethylcellulose was as low as 0.4% by weight, which was not a cellulose nonwoven fabric of the present invention. It was found that the cellulose nonwoven fabric of the present invention could not be produced using fibrillated cellulose with poor film uniformity, low strength, and high beating. The value of T r, av corresponding to a basis weight of 10 g / m 2 was also 0.68, which was lower than each sample of the example. It is estimated that the reason why the content of the water-soluble polysaccharide derivative in the nonwoven fabric was small was that the oil droplets of the emulsion could not be effectively captured in the wet paper because the surface area of the cellulose fiber was low.
(比較例2)
実施例1で調製したミクロフィブリル化セルロースの水分散体M1を用い、表1に示したように水溶性多糖または水溶性多糖誘導体を配合しない組成の抄紙用水系分散液を、実施例1と同じ乳化、分散方法で調製した。得られた水系分散液の表面には若干の油滴が浮遊していたが、全体としては白色のエマルジョンとなっていた。
該抄紙用水系分散液を用い、調製後速やかに実施例1と同様のバッチ式抄紙の条件にて抄紙を行った。抄紙後、得られた湿紙を直ちに、実施例1の要領で乾燥させ、均一な白色のシート状サンプルH2を得た(比較例2)。
H2の物性等を表3に示した。H2はセルロースミクロフィブリルのみからなる本発明のセルロース不織布ではないものであるが、実施例1〜7で得たいずれのサンプルよりも大幅に10g/m2相当の強度が低く、本発明で、水溶性多糖または水溶性多糖誘導体が含有される効果が確認された。
(Comparative Example 2)
Using the aqueous dispersion M1 of microfibrillated cellulose prepared in Example 1, as shown in Table 1, a water-based dispersion for papermaking having a composition not containing a water-soluble polysaccharide or a water-soluble polysaccharide derivative is the same as in Example 1. It was prepared by an emulsification and dispersion method. Although some oil droplets were floating on the surface of the obtained aqueous dispersion, the whole was a white emulsion.
Using the aqueous dispersion for papermaking, papermaking was performed immediately after preparation under the same batch-type papermaking conditions as in Example 1. After paper making, the obtained wet paper was immediately dried in the same manner as in Example 1 to obtain a uniform white sheet-like sample H2 (Comparative Example 2).
The physical properties of H2 are shown in Table 3. H2 is not a cellulose nonwoven fabric of the present invention consisting only of cellulose microfibrils, but is significantly lower in strength corresponding to 10 g / m 2 than any of the samples obtained in Examples 1 to 7, and is water-soluble in the present invention. The effect of containing a water-soluble polysaccharide or a water-soluble polysaccharide derivative was confirmed.
(比較例3)
実施例1で調製したミクロフィブリル化セルロースの水分散体M1を用い、表1に示した組成の抄紙用水系分散液を実施例1と同じ方法で調製した。但し、水溶性高分子として、本発明で特定した水溶性多糖または水溶性多糖誘導体ではないポリビニルアルコール系樹脂(クラレケミカル(株)製PVA−224C(R))を予め5wt%の水溶液としてから適量、混合し、乳化、分散を行った。該抄紙用水系分散液を所定量用いて、実施例1と同様の抄紙、乾燥の各工程を経て、白色の均一性の高いシート状サンプルH3を得た。H3の物性等を表3に示した。
(Comparative Example 3)
Using the aqueous dispersion M1 of microfibrillated cellulose prepared in Example 1, a papermaking aqueous dispersion having the composition shown in Table 1 was prepared in the same manner as in Example 1. However, as the water-soluble polymer, a polyvinyl alcohol resin (PVA-224C (R) manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) that is not the water-soluble polysaccharide or water-soluble polysaccharide derivative specified in the present invention is prepared in advance as a 5 wt% aqueous solution. , Mixed, emulsified and dispersed. Using a predetermined amount of the aqueous dispersion for papermaking, a paper sample H3 having high whiteness uniformity was obtained through the same steps of papermaking and drying as in Example 1. The physical properties of H3 are shown in Table 3.
H3はH2との強度の比較により、明らかに水溶性高分子添加によるバインダー効果が認められたが、目付10g/m2相当の強度で比較すると、実施例1〜7のいずれのサンプルよりも低い値であった。さらに、バインダー添加による耐熱性に及ぼす効果を調べるために、実施例6および実施例7で得たS6,S7と共に、大気下、オーブン環境で180℃、70時間保持させた際の変色性テストを実施したところ、S6,S7に比べ、H3では明確に褐色化が進行することが判明した。添加したPVA−224Cには酢酸ビニル単位も若干含まれるポリマーであり、該単位からの酢酸の脱離、およびPVA−224Cそのものに含まれる金属塩等の不純物が耐熱性を低減させていると推定された。 H3 had a binder effect due to the addition of a water-soluble polymer by comparison with the strength of H2, but was lower than any of the samples of Examples 1 to 7 when compared with a strength corresponding to a basis weight of 10 g / m 2. Value. Further, in order to investigate the effect of binder addition on the heat resistance, a discoloration test was conducted when S6 and S7 obtained in Example 6 and Example 7 were held at 180 ° C. for 70 hours in an air atmosphere. As a result, it was found that browning clearly progressed in H3 compared to S6 and S7. The added PVA-224C is a polymer that contains some vinyl acetate units, and it is estimated that elimination of acetic acid from the units and impurities such as metal salts contained in the PVA-224C itself reduce heat resistance. It was done.
(比較例4および5)
セルロースミクロフィブリルからなる通気性のセルロース不織布を得る方法として特許文献1等にて開示されている、水系分散液から抄紙法で製膜して得た湿紙を有機溶媒で置換して得る方法により得られるセルロース不織布との比較を行った。
(Comparative Examples 4 and 5)
As a method for obtaining a breathable cellulose nonwoven fabric composed of cellulose microfibrils, disclosed in Patent Document 1 and the like, by a method obtained by substituting a wet paper obtained by film formation from an aqueous dispersion with an organic solvent. Comparison with the obtained cellulose nonwoven fabric was performed.
実施例1で調製した水分散液M1を水(比較例4)、または水とヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(比較例5)でそれぞれ希釈し、表1に示した組成とし、家庭用ミキサーで4分間、乳化、分散を行い、抄紙用の水系分散液を得た。
それぞれの条件で調製した水系分散液を用いて、実施例1と同じ方法でバッチ式抄紙を行い、固形分率が約11重量%の湿紙を得た。それぞれで得られた湿紙について以下の方法により、溶剤置換、乾燥を行った。得られた濾布上に乗った湿紙上にさらに同じ濾布をかぶせたものを、熊谷理機工業社製角型シートマシンプレスを用いて0.5MPaの圧力で1分間プレス処理し、湿紙の固形分をおよそ15重量%とした。次に、濾布/湿紙/濾布の3層の状態のままバット内に1Kgのイソブチルアルコールが混入された置換浴中に15分間浸漬(置換処理)し、一旦、上述のシートマシーンプレスで0.5MPaの圧力で1分間プレス処理を行った。さらにもう一度、新たにイソブチルアルコール1Kgをバット内に混入した置換浴中に浸漬させ、15分間静置した。次に、置換浴から取り出した濾布/湿紙/濾布の3層体をシートマシンプレスで0.5MPaの圧力で1分間プレス処理した後、3層体をそのまま表面温度が105℃に設定されたドラムドライヤーに貼り付けて約120秒間乾燥させた。得られた3層体の濾布からセルロース不織布を剥離させて、白色の均一なセルロース不織布H4(比較例4)およびH5(比較例5)を得た。
The aqueous dispersion M1 prepared in Example 1 was diluted with water (Comparative Example 4) or water and a hydroxypropylmethylcellulose aqueous solution (Comparative Example 5), respectively, to give the composition shown in Table 1, and for 4 minutes with a household mixer. Emulsification and dispersion were carried out to obtain an aqueous dispersion for papermaking.
Batch papermaking was performed using the aqueous dispersion prepared under each condition in the same manner as in Example 1 to obtain a wet paper having a solid content of about 11% by weight. The wet paper obtained from each was subjected to solvent replacement and drying by the following methods. The wet paper on the obtained filter cloth was further covered with the same filter cloth, and was pressed for 1 minute at a pressure of 0.5 MPa using a square sheet machine press manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd. The solid content was about 15% by weight. Next, it is immersed for 15 minutes in a substitution bath in which 1 kg of isobutyl alcohol is mixed in the vat in the state of three layers of filter cloth / wet paper / filter cloth (substitution treatment), and once with the above-mentioned sheet machine press. Press treatment was performed at a pressure of 0.5 MPa for 1 minute. Furthermore, again, 1 kg of isobutyl alcohol was newly immersed in a substitution bath mixed in the vat and allowed to stand for 15 minutes. Next, the three-layer body of filter cloth / wet paper / filter cloth taken out from the substitution bath was pressed with a sheet machine press at a pressure of 0.5 MPa for 1 minute, and then the surface temperature of the three-layer body was set to 105 ° C. It was affixed on the drum dryer and dried for about 120 seconds. The cellulose nonwoven fabric was peeled from the resulting three-layer filter cloth to obtain white uniform cellulose nonwoven fabrics H4 (Comparative Example 4) and H5 (Comparative Example 5).
H4およびH5の物性等を表3に示した。特許文献1等に開示された溶剤置換、乾燥による方法で、通気性のある均一なセルロース不織布を得ることができたものの、強度の面では、実施例1〜7のいずれのサンプルよりも明確に劣っていた。さらに、比較例5では特許文献1等の方法で抄紙用分散液中に、本発明で使用する水溶性多糖誘導体としてのヒドロキシプロピルメチルセルロースを配合したが、得られたセルロース不織布(H5)中には0.2重量%した含有されておらず、H5は本発明のセルロース不織布とは言えないものであった。この結果、H5はH4に対して明確な補強効果は現れておらず、特許文献1等に開示された方法が、本発明のセルロース不織布の製造方法として十分ではないことも示された。
これは、比較例5では、抄紙の工程でかなりの量の水溶性多糖誘導体が濾液として排出されること、さらに続く溶剤置換の工程で溶剤中に拡散し、セルロース表面に留まらないことの2点によると考察された。
The physical properties of H4 and H5 are shown in Table 3. Although it was possible to obtain a breathable uniform cellulose nonwoven fabric by the solvent replacement and drying methods disclosed in Patent Document 1 and the like, in terms of strength, it was clearer than any sample of Examples 1-7. It was inferior. Furthermore, in Comparative Example 5, hydroxypropylmethylcellulose as a water-soluble polysaccharide derivative used in the present invention was blended into a papermaking dispersion by the method of Patent Document 1 or the like. In the obtained cellulose nonwoven fabric (H5), It was not contained in an amount of 0.2% by weight, and H5 was not a cellulose nonwoven fabric of the present invention. As a result, H5 did not show a clear reinforcing effect with respect to H4, and it was also shown that the method disclosed in Patent Document 1 and the like is not sufficient as the method for producing the cellulose nonwoven fabric of the present invention.
In Comparative Example 5, a considerable amount of the water-soluble polysaccharide derivative is discharged as a filtrate in the papermaking process, and further diffuses into the solvent in the subsequent solvent replacement process and does not stay on the cellulose surface. Was considered.
(参考例1)
セルロース原料としてアバカA’パルプ(東邦特殊パルプ(株))を使用し、該パルプを固形分1.5重量%の水分散体(400L)とし、上述のディスクリファイナー装置を用い、ディスク間のクリアランスを1mmとして400Lのスラリーに対して、10分間叩解処理を進めた後、引き続いてクリアランスをほとんどゼロに近いレベルにまで低減させた条件下で叩解処理を続け、経時的にサンプリングを行い、サンプリングスラリーに対して、CSF法によるCSF値を評価したところ、実施例1と同様、CSF値は経時的に減少していき、一旦、ゼロ近くとなった後、さらに叩解処理を続けると、増大していく傾向が確認された。クリアランスをゼロ近くとしてから20分間、上記条件で叩解処理を続け、CSF値で60↑mlの叩解スラリーを得た。得られた叩解スラリーを、そのまま高圧ホモジナイザーを用いて操作圧力100MPa下で5回の微細化処理を実施し、ミクロフィブリル化セルロースの水分散体(固形分濃度:1.5重量%)、M2を得た。なお、原料であるアバカA‘パルプのα−セルロース含有率を測定したところ、85.2重量%(全セルロース含有率は94.3重量%)であった。
(Reference Example 1)
Abaca A 'pulp (Toho Special Pulp Co., Ltd.) is used as the cellulose raw material, and the pulp is made into an aqueous dispersion (400 L) with a solid content of 1.5% by weight. The beating process was continued for 10 minutes against 400L of slurry with a 1 mm diameter, and then the beating process was continued under the condition that the clearance was reduced to almost zero, and sampling was performed over time. On the other hand, when the CSF value by the CSF method was evaluated, as in Example 1, the CSF value decreased with time, and once it became close to zero, it further increased when the beating process was continued. The tendency to go was confirmed. The beating treatment was continued under the above conditions for 20 minutes after the clearance was reduced to near zero, and 60 ↑ ml of beating slurry with a CSF value was obtained. The obtained beating slurry was subjected to refinement treatment 5 times under an operating pressure of 100 MPa using a high-pressure homogenizer as it was, and an aqueous dispersion of microfibrillated cellulose (solid content concentration: 1.5% by weight), M2 Obtained. The α-cellulose content of Abaca A ′ pulp as a raw material was measured and found to be 85.2% by weight (total cellulose content was 94.3% by weight).
水分散体M2を用いて、表1に示した組成の抄紙用水系分散液を調製すべく、家庭用ミキサーで4分間、希釈、分散を行い、抄紙用水系分散液とした。
比較例4と同様の抄紙、プレス処理、溶剤置換、乾燥の各工程を経て、白色の均一性の高いシート状サンプルR1を得た。R1の物性等を表3に示した。R1の表面SEM画像を含む画像の解析から、R1を構成するミクロフィブリル化セルロースの数平均繊維径は78nmであった。R1は本発明のセルロース不織布が含有する特定の水溶性高分子を含まないため本発明のセルロース不織布ではないが、実施例のサンプル群に匹敵する高い強度を保有していた。
In order to prepare an aqueous dispersion for papermaking having the composition shown in Table 1 using the aqueous dispersion M2, dilution and dispersion were carried out with a home mixer for 4 minutes to obtain an aqueous dispersion for papermaking.
Through the same steps of paper making, press treatment, solvent replacement, and drying as in Comparative Example 4, a white sheet-like sample R1 having high uniformity was obtained. The physical properties of R1 are shown in Table 3. From the analysis of the image including the surface SEM image of R1, the number average fiber diameter of the microfibrillated cellulose constituting R1 was 78 nm. R1 is not the cellulose nonwoven fabric of the present invention because it does not contain the specific water-soluble polymer contained in the cellulose nonwoven fabric of the present invention, but possessed high strength comparable to the sample group of the examples.
しかし、次に示す耐熱性の面で、実施例のサンプル群に対し劣っていることが確認された。すなわち、比較例3で実施した、大気下、オーブン環境で180℃、70時間保持させた際の変色性テストを実施したところ、明らかな変色が確認され、耐熱性、耐久性の点で、実施例のサンプルには及ばないことが確認された。これは、参考例1で原料として使用したパルプ中に含有されるα−セルロース以外の不純物(リグニンやヘミセルロース類)が耐熱性の面で悪影響を及ぼしているものと考察された。 However, it was confirmed that the following heat resistance was inferior to the sample group of the examples. That is, when the discoloration test was performed in Comparative Example 3 when held in an oven environment at 180 ° C. for 70 hours in the atmosphere, clear discoloration was confirmed, and in terms of heat resistance and durability, the test was performed. It was confirmed that it did not reach the sample of the example. This was considered that impurities (lignin and hemicelluloses) other than α-cellulose contained in the pulp used as a raw material in Reference Example 1 had an adverse effect on heat resistance.
本発明のセルロース不織布および該不織布を1層とする多層化シートは、各種機能性フィルター、各種機能紙、各種蓄電デバイス用のセパレータ、精密洗浄用ワイパー、精密研磨用パッド、吸収材料、医療材料用の支持体、機能膜として利用でき、さらにエポキシ樹脂等の各種の樹脂と複合化させることにより、半導体デバイスや配線基板用の基板、低線膨張率材料の基材等としても適用できる。 The cellulose nonwoven fabric of the present invention and the multilayered sheet comprising the nonwoven fabric as one layer are various functional filters, various functional papers, separators for various power storage devices, precision cleaning wipers, precision polishing pads, absorbent materials, and medical materials. In addition, it can be used as a substrate for a semiconductor device or a wiring board, a base material for a low linear expansion coefficient material, and the like by being combined with various resins such as an epoxy resin.
Claims (7)
(1)セルロースミクロフィブリル0.05重量%以上0.5重量%以下、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下の油性化合物0.15重量%以上10重量%以下、水溶性多糖及び水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.003重量%以上0.1重量%以下、及び水85重量%以上99.5重量%以下を含む水系分散液であって、該油性化合物が水相に分散したエマルジョンである水系分散液を調製する調製工程、(2)水系分散液を構成する水の一部を抄紙機で脱水することによって、セルロースミクロフィブリルの濃度および油性化合物の濃度を該水系分散液より増加させた濃縮組成物を得る抄紙工程、(3)濃縮組成物を加熱することによって、該濃縮組成物から油性化合物および水の一部を蒸発させて除去する乾燥工程、
の3つの工程を含むセルロース不織布の製造方法。 A cellulose nonwoven fabric composed of cellulose microfibrils, containing one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharides and water-soluble polysaccharide derivatives in a total amount of 0.5 wt% or more and 20 wt% or less. A method for producing a cellulose nonwoven fabric , wherein the air permeation resistance corresponding to 3 g / m 2 or more and 80 g / m 2 or less and the basis weight of 10 g / m 2 is 10 s / 100 ml or more and 500 s / 100 ml or less ,
(1) Cellulose microfibrils 0.05% by weight or more and 0.5% by weight or less, oily compounds having a boiling point range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less under atmospheric pressure 0.15% by weight or more and 10% by weight or less, water-soluble polysaccharide And a water system comprising a total of 0.003% by weight or more and 0.1% by weight or less of water-soluble polymer and one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharide derivatives and 85% by weight or more and 99.5% by weight or less of water A preparation step of preparing an aqueous dispersion, which is an emulsion in which the oily compound is dispersed in an aqueous phase; (2) by dehydrating a part of water constituting the aqueous dispersion with a paper machine, A paper-making process for obtaining a concentrated composition in which the concentration of microfibrils and the concentration of oily compound are increased from the aqueous dispersion; (3) heating the concentrated composition to remove the oily compound from the concentrated composition. Drying step of removing by evaporation a portion of the beauty water,
The manufacturing method of the cellulose nonwoven fabric containing these 3 processes.
(1)セルロースミクロフィブリル0.05重量%以上0.5重量%以下、大気圧下での沸点範囲が50℃以上200℃以下の油性化合物0.15重量%以上10重量%以下、水溶性多糖及び水溶性多糖誘導体からなる群から選択される単数または複数の水溶性高分子を合計0.003重量%以上0.1重量%以下、及び水85重量%以上99.5重量%以下を含む水系分散液であって、該油性化合物が水相に分散したエマルジョンである水系分散液を調製する調製工程、(2)抄紙機に通水性のあるシート状の支持体をのせて、水系分散液を構成する水の一部を該支持体上で脱水することによって、該支持体上にセルロースミクロフィブリルの濃度および油性化合物の濃度を該水系分散液より増加させた濃縮組
成物からなる層を積層一体化させる抄紙工程(3)濃縮組成物と一体化された支持体を加熱することによって、該濃縮組成物から油性化合物および水の一部を蒸発させて除去する乾燥工程、
の3つの工程を含む多層化シートの製造方法。 A multilayered sheet in which a plurality of layers are laminated, and is a cellulose non-woven fabric composed of cellulose microfibrils, and a total of one or a plurality of water-soluble polymers selected from the group consisting of a water-soluble polysaccharide and a water-soluble polysaccharide derivative is 0. A cellulose nonwoven fabric containing 5% by weight or more and 20% by weight or less, having a basis weight of 3 g / m 2 or more and 80 g / m 2 or less, and an air resistance corresponding to a basis weight of 10 g / m 2 is 10 s / 100 ml or more and 500 s / 100 ml or less. A method for producing a multilayered sheet comprising a layer, having a basis weight of 8 g / m 2 or more and 100 g / m 2 or less, and a gas permeability resistance of 10 s / 100 ml or more and 1000 s / 100 ml or less ,
(1) Cellulose microfibrils 0.05% by weight or more and 0.5% by weight or less, oily compounds having a boiling point range of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less under atmospheric pressure 0.15% by weight or more and 10% by weight or less, water-soluble polysaccharide And a water system comprising a total of 0.003% by weight or more and 0.1% by weight or less of water-soluble polymer and one or more water-soluble polymers selected from the group consisting of water-soluble polysaccharide derivatives and 85% by weight or more and 99.5% by weight or less of water A preparation step for preparing an aqueous dispersion, which is an emulsion in which the oily compound is dispersed in an aqueous phase; (2) placing a water-permeable sheet-like support on a paper machine, A layer composed of a concentrated composition in which the concentration of cellulose microfibrils and the concentration of oily compounds are increased on the support by dehydrating a part of the constituent water on the support is laminated and integrated. Conversion By heating the paper making process (3) supported integrated with the concentrate composition body to a drying step to remove by evaporation a portion of the oily compound and water from the concentrate composition,
The manufacturing method of the multilayer sheet | seat containing these 3 processes.
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