JP5807632B2 - Method for producing fine cellulose fiber - Google Patents

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Description

本発明は、微細セルロース繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing fine cellulose fibers.

近年、石油資源の代替および環境意識の高まりから、再生産可能な天然繊維を利用した材料が着目されている。天然繊維の中でも、繊維径が10〜50μmのセルロース繊維、とりわけ木材由来のセルロース繊維(パルプ)は主に紙製品としてこれまでにも幅広く使用されてきた。
また、セルロース繊維としては、繊維径が1000nm以下の微細セルロース繊維も知られている。微細セルロース繊維の用途については様々なものが検討されている。例えば、微細セルロース繊維を補強剤として樹脂やゴムに配合すると、機械的物性の向上効果が大きくなると言われている。
微細セルロース繊維の製造方法としては、オゾンで処理したセルロース繊維原料を微細化する方法が知られている(特許文献1)。微細セルロース繊維においては、平均繊維幅が小さい程、外観や物性が良好になることが知られており、特許文献1に記載の製造方法では、平均繊維幅を小さくするために、遠心分離によって大きめの繊維を取り除いて精製していた。
In recent years, materials using reproducible natural fibers have attracted attention due to the substitution of petroleum resources and the growing environmental awareness. Among natural fibers, cellulose fibers having a fiber diameter of 10 to 50 μm, especially wood-derived cellulose fibers (pulp) have been widely used as paper products so far.
As cellulose fibers, fine cellulose fibers having a fiber diameter of 1000 nm or less are also known. Various uses of fine cellulose fibers have been studied. For example, it is said that when fine cellulose fibers are blended into a resin or rubber as a reinforcing agent, the effect of improving mechanical properties is increased.
As a method for producing fine cellulose fibers, a method for refining a cellulose fiber raw material treated with ozone is known (Patent Document 1). In fine cellulose fibers, it is known that the smaller the average fiber width, the better the appearance and physical properties. In the production method described in Patent Document 1, in order to reduce the average fiber width, it is increased by centrifugation. The fiber was removed and purified.

特開2010−254726号公報JP 2010-254726 A

しかし、特許文献1に記載の微細セルロース繊維の製造方法では、遠心分離によって精製しているにもかかわらず、得られる微細セルロース繊維の平均繊維幅は充分に小さくなっていなかった。そこで、充分に平均繊維幅が小さい微細セルロース繊維を得るために、遠心分離の回転数を増やしたり、遠心分離時間を長くしたりすると、精製に要するエネルギー消費量が多くなる傾向にあった。
本発明は、精製に要するエネルギー消費量を抑えつつ、得られる微細セルロース繊維の繊維幅を充分に小さくできる微細セルロース繊維の製造方法を提供することを目的とする。
However, in the method for producing fine cellulose fibers described in Patent Document 1, the average fiber width of the obtained fine cellulose fibers has not been sufficiently reduced despite purification by centrifugation. Therefore, in order to obtain fine cellulose fibers having a sufficiently small average fiber width, increasing the number of rotations of centrifugation or extending the time of centrifugation tends to increase the energy consumption required for purification.
An object of this invention is to provide the manufacturing method of the fine cellulose fiber which can fully reduce the fiber width of the obtained fine cellulose fiber, suppressing the energy consumption required for refinement | purification.

本発明の微細セルロース繊維の製造方法は、セルロース繊維を含むセルロース繊維原料分散液に、セルロース繊維の平均繊維幅が2〜50nmになるように微細化処理を施して微細セルロース繊維分散液を得る微細化工程と、前記微細セルロース繊維分散液に第1の精製処理を施した後に第2の精製処理を施す精製工程とを有し、前記第1の精製処理は、微細セルロース繊維分散液を、目開き20μm以下のスクリーンでろ過する処理、及び、遠心力1000〜5000Gで遠心分離する処理の少なくとも一方であり、第2の精製処理は、第1の精製処理を施した微細セルロース繊維分散液を、遠心力10000〜20000Gで遠心分離する処理である。   The method for producing fine cellulose fibers of the present invention is a fine method for obtaining a fine cellulose fiber dispersion by subjecting a cellulose fiber raw material dispersion containing cellulose fibers to a refinement treatment so that the average fiber width of the cellulose fibers is 2 to 50 nm. And a refining step of performing a second refining process after the first refining process is performed on the fine cellulose fiber dispersion, wherein the first refining process comprises It is at least one of a process of filtering with a screen having an opening of 20 μm or less and a process of centrifuging with a centrifugal force of 1000 to 5000 G. The second purification process is a fine cellulose fiber dispersion subjected to the first purification process. It is the process of centrifuging with centrifugal force 10000-20000G.

本発明の微細セルロース繊維の製造方法によれば、精製に要するエネルギー消費量を抑えつつ、得られる微細セルロース繊維の繊維幅を充分に小さくできる。   According to the method for producing fine cellulose fibers of the present invention, the fiber width of the obtained fine cellulose fibers can be sufficiently reduced while suppressing the energy consumption required for purification.

「微細セルロース繊維」
微細セルロース繊維は、通常製紙用途で用いるパルプ繊維よりもはるかに細く且つ短いI型結晶構造のセルロース繊維あるいは棒状粒子である。
微細セルロース繊維がI型結晶構造を有していることは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて、2θ=14〜17°付近と2θ=22〜23°付近の2箇所の位置に典型的なピークを有することで同定することができる。
微細セルロース繊維の、X線回折法によって求められる結晶化度は、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、さらに好ましくは70%以上である。結晶化度が前記下限値以上であれば、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求めることができる(Segalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。
"Fine cellulose fiber"
The fine cellulose fibers are cellulose fibers or rod-like particles having a type I crystal structure that is much finer and shorter than pulp fibers usually used in papermaking applications.
The fact that the fine cellulose fiber has a type I crystal structure is that 2θ = 14 to 17 ° in a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ = 1.54184) monochromatized with graphite. It can be identified by having typical peaks in the vicinity and two positions near 2θ = 22 to 23 °.
The degree of crystallinity of fine cellulose fibers determined by the X-ray diffraction method is preferably 60% or more, more preferably 65% or more, and further preferably 70% or more. If the degree of crystallinity is not less than the lower limit, further excellent performance can be expected in terms of heat resistance and low linear thermal expansion. The degree of crystallinity can be obtained by measuring an X-ray diffraction profile and using a conventional method (Segal et al., Textile Research Journal, 29, 786, 1959).

<繊維幅>
微細セルロース繊維は、電子顕微鏡で観察して求めた平均繊維幅が2〜50nmのセルロースである。微細セルロース繊維の平均繊維幅は2〜30nmが好ましく、2〜15nmがより好ましく、2〜10nmがさらに好ましい。微細セルロース繊維の平均繊維幅が前記上限値を超えると、微細セルロース繊維としての特性(高強度や高剛性、高寸法安定性、樹脂と複合化した際の高分散性、透明性)を得ることが困難になる。微細セルロース繊維の平均繊維幅が前記下限値未満であると、セルロース分子として分散媒に溶解してしまうため、微細セルロース繊維としての特性(高強度や高剛性、高寸法安定性)を得ることが困難になる。
<Fiber width>
The fine cellulose fiber is cellulose having an average fiber width of 2 to 50 nm determined by observation with an electron microscope. The average fiber width of the fine cellulose fibers is preferably 2 to 30 nm, more preferably 2 to 15 nm, and further preferably 2 to 10 nm. When the average fiber width of the fine cellulose fibers exceeds the above upper limit, the characteristics as the fine cellulose fibers (high strength, high rigidity, high dimensional stability, high dispersibility when combined with resin, transparency) are obtained. Becomes difficult. If the average fiber width of the fine cellulose fibers is less than the lower limit value, the cellulose molecules are dissolved in the dispersion medium, so that characteristics (high strength, high rigidity, high dimensional stability) as fine cellulose fibers can be obtained. It becomes difficult.

微細セルロース繊維の電子顕微鏡観察による平均繊維幅の測定は以下のようにして行う。微細セルロース繊維含有スラリーを調製し、該スラリーを親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストして透過型電子顕微鏡(TEM)観察用試料とする。幅広の繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面の操作型電子顕微鏡(SEM)像を観察してもよい。構成する繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍、20000倍、50000倍あるいは100000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線Xと垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記のような電子顕微鏡観察画像に対して、直線Xに交錯する繊維、直線Yに交錯する繊維の各々について少なくとも20本(すなわち、合計が少なくとも40本)の幅(繊維の短径)を読み取る。こうして上記のような電子顕微鏡画像を少なくとも3組以上観察し、少なくとも40本×3組(すなわち、少なくとも120本)の繊維幅を読み取る。このように読み取った繊維幅を平均して平均繊維幅を求める。この平均繊維幅は数平均繊維径と等しい。
Measurement of the average fiber width by observation with an electron microscope of fine cellulose fibers is performed as follows. A slurry containing fine cellulose fibers is prepared, and the slurry is cast on a carbon film-coated grid that has been subjected to a hydrophilization treatment to obtain a transmission electron microscope (TEM) observation sample. When wide fibers are included, an operation electron microscope (SEM) image of the surface cast on glass may be observed. Observation by an electron microscope image is performed at any magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times, 20000 times, 50000 times or 100,000 times depending on the width of the constituent fibers. However, the sample, observation conditions, and magnification are adjusted to satisfy the following conditions.
(1) One straight line X is drawn at an arbitrary location in the observation image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y perpendicularly intersecting the straight line X is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
For the electron microscope observation image as described above, the width (minor axis of the fiber) of at least 20 fibers (that is, at least 40 in total) is read for each of the fibers intersecting with the straight line X and the fibers intersecting with the straight line Y. . In this way, at least three or more sets of electron microscope images as described above are observed, and the fiber width of at least 40 × 3 sets (that is, at least 120 sets) is read. The fiber widths thus read are averaged to obtain the average fiber width. This average fiber width is equal to the number average fiber diameter.

<繊維長>
微細セルロース繊維の平均繊維長は、0.1〜5μmが好ましい。平均繊維長が前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維を樹脂に配合した際の強度向上効果が充分に得られる。平均繊維長が前記上限値以下であれば、微細セルロース繊維を樹脂に配合した際の混合性がより良好となる。繊維長は、前記平均繊維幅を測定する際に使用した電子顕微鏡観察画像を解析することにより求めることができる。すなわち、上記のような電子顕微鏡観察画像に対して、直線Xに交錯する繊維、直線Yに交錯する繊維の各々について少なくとも20本(すなわち、合計が少なくとも40本)の繊維長を読み取る。こうして上記のような電子顕微鏡画像を少なくとも3組以上観察し、少なくとも40本×3組(すなわち、少なくとも120本)の繊維長を読み取る。このように読み取った繊維長を平均して平均繊維長を求める。
微細セルロース繊維を、透明基板等の強度が求められる用途に適用する場合には、繊維長は長め(具体的には500nm〜4μm)であることが好ましく、樹脂に配合する場合には、繊維長は短め(具体的には200nm〜2μm)であることが好ましい。
<Fiber length>
As for the average fiber length of a fine cellulose fiber, 0.1-5 micrometers is preferable. If average fiber length is more than the said lower limit, the strength improvement effect at the time of mix | blending a fine cellulose fiber with resin will fully be acquired. If average fiber length is below the said upper limit, the mixability at the time of mix | blending a fine cellulose fiber with resin will become more favorable. The fiber length can be determined by analyzing the electron microscope observation image used when measuring the average fiber width. That is, at least 20 fibers (that is, a total of at least 40 fibers) are read for each of the fibers intersecting with the straight line X and the fibers intersecting with the straight line Y with respect to the electron microscope observation image as described above. In this way, at least three or more sets of electron microscope images as described above are observed, and the fiber length of at least 40 × 3 sets (that is, at least 120 sets) is read. The average fiber length is obtained by averaging the fiber lengths thus read.
When the fine cellulose fiber is applied to an application where strength such as a transparent substrate is required, the fiber length is preferably long (specifically, 500 nm to 4 μm), and when blended in a resin, the fiber length Is preferably shorter (specifically, 200 nm to 2 μm).

<アニオン基、カチオン基>
微細セルロース繊維は、アニオン基を有して表面電荷が負となっていてもよいし、カチオン基を有して表面電荷が正となっていてもよい。
微細セルロース繊維がアニオン基またはカチオン基を有する場合、その含有量は、0.1〜2.0mmol/gであることが好ましく、0.1〜1.5mmol/gであることがより好ましく、0.2〜1.2mmol/gであることがさらに好ましい。カチオン基またはアニオン基の含有量が前記範囲であれば、微細セルロース繊維の水和性が高くなり過ぎず、スラリー化した際の粘度が低くなる。アニオン基またはカチオン基の含有量が前記上限値を超えると、水和性が高くなりすぎて微細セルロース繊維が溶解するおそれがある。
なお、セルロースは、カルボキシ基を導入する処理を施さなくても、少量(具体的には0.1mmol/g未満)のカルボキシ基を有している。
<Anionic group, cationic group>
The fine cellulose fiber may have an anionic group and have a negative surface charge, or may have a cationic group and have a positive surface charge.
When the fine cellulose fiber has an anionic group or a cationic group, the content is preferably 0.1 to 2.0 mmol / g, more preferably 0.1 to 1.5 mmol / g, 0 More preferably, it is 2 to 1.2 mmol / g. If the content of the cationic group or the anionic group is within the above range, the hydration property of the fine cellulose fiber will not be too high, and the viscosity when slurried will be low. When the content of the anionic group or the cationic group exceeds the upper limit, the hydration property becomes too high, and the fine cellulose fiber may be dissolved.
Note that cellulose has a small amount (specifically, less than 0.1 mmol / g) of carboxy groups even without a treatment for introducing carboxy groups.

前記アニオン基としては、カルボキシ基、リン酸基、スルホン酸基等が挙げられる。
アニオン基の含有量は、米国TAPPIの「Test Method T237 cm−08(2008):Carboxyl Content of pulp」の方法を用いて求める。アニオン基の含有量をより広範囲まで測定可能にするために、前記試験方法に用いる試験液のうち、炭酸水素ナトリウム(NaHCO)/塩化ナトリウム(NaCl)=0.84g/5.85gを蒸留水で1000mlに溶解希釈した試験液について、前記試験液の濃度が実質的に4倍となるように、水酸化ナトリウム1.60gに変更した以外は、TAPPI T237 cm−08(2008)に準じる。また、アニオン基を導入した場合には、アニオン基導入前後のセルロース繊維における測定値の差を実質的なアニオン基含有量とする。なお、測定試料とする絶乾セルロース繊維は、加熱乾燥の際の加熱によって起こる可能性があるセルロースの変質を避けるため、凍結乾燥により得たものを使用する。
当該アニオン基含有量測定方法は、1価のアニオン基(カルボキシ基)についての測定方法であることから、定量対象のアニオン基が多価の場合には、前記1価のアニオン基含有量として得られた値を、酸価数で除した数値をアニオン基含有量とする。
Examples of the anionic group include a carboxy group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group.
The content of the anionic group is determined using a method of “Test Method T237 cm-08 (2008): Carboxyl Content of pull” of TAPPI, USA. In order to make it possible to measure the content of anionic groups over a wider range, among the test solutions used in the test method, sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) / sodium chloride (NaCl) = 0.84 g / 5.85 g was distilled water. According to TAPPI T237 cm-08 (2008), except that the test solution dissolved and diluted in 1000 ml was changed to 1.60 g of sodium hydroxide so that the concentration of the test solution was substantially 4-fold. Moreover, when an anion group is introduced, the difference in the measured value in the cellulose fiber before and after the introduction of the anion group is regarded as a substantial anion group content. In addition, the absolutely dry cellulose fiber used as a measurement sample is one obtained by freeze-drying in order to avoid alteration of cellulose that may occur due to heating during heat drying.
Since the anion group content measurement method is a measurement method for a monovalent anion group (carboxy group), when the anion group to be quantified is multivalent, it is obtained as the monovalent anion group content. A value obtained by dividing the obtained value by the acid number is defined as an anion group content.

前記カチオン基とは、その基内にアンモニウム、ホスホニウム、スルホニウムなどのオニウムを有する基であって、通常は、分子量が1000以下の基である。具体的には一級アンモニウム、二級アンモニウム、三級アンモニウム、四級アンモニウムなどのアンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム、これらアンモニウム、ホスホニウムまたはスルホニウムを有する基が挙げられる。   The cationic group is a group having an onium such as ammonium, phosphonium or sulfonium in the group, and is usually a group having a molecular weight of 1000 or less. Specific examples include ammonium such as primary ammonium, secondary ammonium, tertiary ammonium and quaternary ammonium, phosphonium, sulfonium, and groups having these ammonium, phosphonium or sulfonium.

カチオン基の含有量は、下記の方法により測定する。
カチオン化剤処理を施したパルプスラリーを絶乾質量換算で0.5g取り、イオン交換水で1質量%濃度(有姿50g)に希釈する。これに30質量%水酸化ナトリウム溶液0.67gを少量ずつ、充分に撹拌しながら加え2時間静置する。パルプを濾過し、濾紙上のパルプをイオン交換水で洗浄する。濾液のpHが8.5以下になることをもって洗浄の終点とする。
100mlスクリュー瓶に濾紙上のパルプを全量移し、サンプル中の水分量を測定するために、このときのパルプの質量を精秤し、記録する。精秤したパルプに0.05N塩酸溶液100gを加え、スクリュー瓶に蓋をして、激しく振り混ぜた後、1時間静置する。
充分に乾燥したグラスフィルターを用いて、スクリュー瓶中のスラリーを濾過し、濾液を受器に受ける。得られた濾液3gを100mlビーカーに移し、メチルレッド指示薬2、3滴を加え、0.01N水酸化ナトリウム溶液で滴定を行う。水酸化ナトリウム溶液を滴下していき、溶液の色が当初のピンク色からオレンジ色、黄色へと変化したところを滴定の終点とする。
カチオン基の導入量は、数1に示す計算式に従って算出する。なお、滴定のブランク値は、0.05N塩酸溶液3gを滴定して求める。
The content of the cationic group is measured by the following method.
Take 0.5 g of the pulp slurry treated with the cationizing agent in terms of absolute dry mass, and dilute it with ion-exchanged water to a concentration of 1% by mass (50 g of solid). To this, 0.67 g of 30% by mass sodium hydroxide solution is added little by little with sufficient stirring, and left to stand for 2 hours. The pulp is filtered, and the pulp on the filter paper is washed with ion exchange water. The end point of washing is determined when the pH of the filtrate is 8.5 or less.
The entire amount of pulp on the filter paper is transferred to a 100 ml screw bottle, and in order to measure the amount of water in the sample, the mass of the pulp at this time is precisely weighed and recorded. Add 100 g of 0.05N hydrochloric acid solution to the precisely weighed pulp, cover the screw bottle, shake vigorously, and let stand for 1 hour.
Using a well-dried glass filter, the slurry in the screw bottle is filtered and the filtrate is received in a receiver. Transfer 3 g of the obtained filtrate to a 100 ml beaker, add 2 or 3 drops of methyl red indicator, and titrate with 0.01 N sodium hydroxide solution. The sodium hydroxide solution is dropped, and the end point of the titration is when the color of the solution changes from the original pink color to orange and yellow.
The amount of cationic group introduced is calculated according to the calculation formula shown in Equation 1. The blank value for titration is obtained by titrating 3 g of 0.05N hydrochloric acid solution.

Figure 0005807632
Figure 0005807632

:ブランク滴定量
NaOH:水酸化ナトリウム溶液濃度
HCl:サンプルに加えた塩酸量
:ブランク塩酸取り量
V:サンプル滴定量
sample:サンプル濾液取り量
water:サンプル中の水分量
BD−pulp:サンプルの絶乾質量
N:置換基の価数
V 0 : Blank titration volume C NaOH : Sodium hydroxide solution concentration W HCl : Amount of hydrochloric acid added to sample W 0 : Amount of blank hydrochloric acid V sample: Amount of sample titration W sample : Amount of sample filtrate W water : Amount of water in sample WBD-pulp : absolute dry mass of sample N: valence of substituent

「微細セルロース繊維の製造方法」
上記の微細セルロース繊維を製造する本発明の微細セルロース繊維の製造方法は、セルロース繊維原料分散液を微細化処理する微細化工程と、前記微細セルロース繊維分散液に精製処理を施す精製工程とを有する。
また、本発明の微細セルロース繊維の製造方法は、微細化工程の前に、化学処理工程、洗浄工程、異物除去工程を有してもよく、精製工程の後に、濃縮工程、再分散工程を有してもよい。
"Production method of fine cellulose fiber"
The method for producing fine cellulose fibers according to the present invention for producing the fine cellulose fibers includes a refinement process for refining the cellulose fiber raw material dispersion and a purification process for subjecting the fine cellulose fiber dispersion to a purification process. .
The method for producing fine cellulose fibers of the present invention may have a chemical treatment step, a washing step, and a foreign matter removal step before the refinement step, and a concentration step and a redispersion step after the purification step. May be.

<セルロース繊維原料>
本発明において、微細セルロース繊維の原料となる、セルロースを含む繊維原料としては、製紙用パルプ、コットンリンターやコットンリントなどの綿系パルプ、麻、麦わら、バガスなどの非木材系パルプ、ホヤや海草などから単離されるセルロースなどが挙げられる。これらの中でも、入手のしやすさという点で、製紙用パルプが好ましい。製紙用パルプとしては、広葉樹クラフトパルプ(晒クラフトパルプ(LBKP)、未晒クラフトパルプ(LUKP)、酸素漂白クラフトパルプ(LOKP)など)、針葉樹クラフトパルプ(晒クラフトパルプ(NBKP)、未晒クラフトパルプ(NUKP)、酸素漂白クラフトパルプ(NOKP)など)、サルファイトパルプ(SP)、ソーダパルプ(AP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)、ケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ、楮、三椏、麻、ケナフ等を原料とする非木材パルプ、古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。これらの中でも、より入手しやすいことから、クラフトパルプ、脱墨パルプ、サルファイトパルプが好ましい。
セルロース繊維原料は1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
<Cellulose fiber raw material>
In the present invention, the fiber raw material containing cellulose, which is a raw material for fine cellulose fibers, includes pulp for papermaking, cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as hemp, straw, bagasse, sea squirt and seaweed And cellulose isolated from the above. Among these, paper pulp is preferable in terms of availability. Paper pulp includes hardwood kraft pulp (bleached kraft pulp (LBKP), unbleached kraft pulp (LUKP), oxygen bleached kraft pulp (LOKP), etc.), softwood kraft pulp (bleached kraft pulp (NBKP), unbleached kraft pulp) (NUKKP, oxygen bleached kraft pulp (NOKP), etc.), sulfite pulp (SP), chemical pulp such as soda pulp (AP), semi-chemical pulp (SCP), semi-chemical pulp such as chemiground wood pulp (CGP) In addition, mechanical pulp such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), non-wood pulp using raw material such as cocoon, sardine, hemp, kenaf and the like, and deinked pulp using raw paper as a raw material. Among these, kraft pulp, deinked pulp, and sulfite pulp are preferable because they are more easily available.
A cellulose fiber raw material may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

<化学処理工程>
上記のセルロースを含む繊維原料は、そのままで微細セルロース繊維の原料として用いてもよい。しかし、微細化工程で微細化が促進されることから、本発明の製造方法は、極性基及び嵩高基の少なくとも一方からなる置換基を0.1〜2.0mmol/g含有させる化学処理を施す化学処理工程を有することが好ましい。
極性基としては、アニオン基(具体的には、カルボキシ基、リン酸基、硫酸エステル基、スルホン酸基、フェノール基、硝酸エステル基)、カチオン基が挙げられ、カルボキシ基、リン酸基、カチオン基が好ましい。
嵩高基としては、アルキル基、ベンジル基(ベンゼン環)及びベンゼン誘導体含有基、アシル基、シリル基、トリチル基、トシル基等が挙げられる。
<Chemical treatment process>
You may use the said fiber raw material containing a cellulose as a raw material of a fine cellulose fiber as it is. However, since the miniaturization is promoted in the miniaturization step, the production method of the present invention performs a chemical treatment to contain 0.1 to 2.0 mmol / g of a substituent composed of at least one of a polar group and a bulky group. It is preferable to have a chemical treatment step.
Examples of the polar group include an anionic group (specifically, a carboxy group, a phosphoric acid group, a sulfuric acid ester group, a sulfonic acid group, a phenol group, and a nitric acid ester group), a cationic group, a carboxy group, a phosphoric acid group, and a cationic group. Groups are preferred.
Examples of the bulky group include an alkyl group, a benzyl group (benzene ring), a benzene derivative-containing group, an acyl group, a silyl group, a trityl group, and a tosyl group.

(カルボキシ基の導入)
カルボキシ基をセルロース繊維原料に導入する方法としては、酸化剤を使用して、セルロースの水酸基の一部をカルボキシ基に酸化する方法が挙げられる。
酸化剤としては、オゾン、二酸化塩素、過酸化水素、過酢酸、過硫酸、過マンガン酸、塩素、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸またはこれらの塩等の水溶液、六価クロム酸硫酸混液、ジョーンズ試薬(無水クロム酸の硫酸酸性溶液)、クロロクロム酸ピリジリニウム(PCC試薬)などのクロム酸酸化試薬、Swern酸化などに使われる活性化ジメチルスルホキシド試薬、また触媒的な酸化が生じるテトラプロピルアンモニウムテルルテナート(TPAP)や、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(TEMPO)などのN−オキシル化合物等が挙げられる。これらのうち、セルロース繊維にカルボキシ基を導入する効率が高いため、オゾン、TEMPO、過酸化水素、二酸化塩素が好ましく、オゾン、TEMPOがより好ましい。
(Introduction of carboxy group)
As a method of introducing a carboxy group into a cellulose fiber raw material, a method of oxidizing a part of the hydroxyl group of cellulose to a carboxy group using an oxidizing agent can be mentioned.
Oxidizing agents include ozone, chlorine dioxide, hydrogen peroxide, peracetic acid, persulfuric acid, permanganic acid, chlorine, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid or an aqueous solution thereof such as six salts. Chromic acid sulfuric acid mixture, Jones reagent (acidic sulfuric acid solution of chromic anhydride), chromic acid oxidizing reagent such as pyridilinium chlorochromate (PCC reagent), activated dimethyl sulfoxide reagent used for Swern oxidation, etc., and catalytic oxidation And N-oxyl compounds such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) and the like. Of these, ozone, TEMPO, hydrogen peroxide, and chlorine dioxide are preferred, and ozone and TEMPO are more preferred because of the high efficiency of introducing carboxy groups into cellulose fibers.

[オゾンによる処理]
オゾンによる処理では、セルロースの一部の水酸基がカルボニル基やカルボキシ基に換わる。これにより、セルロース繊維間の結合力が弱まり、解繊性が向上する。
オゾンは、空気、酸素ガス、酸素添加空気等の酸素含有気体を、公知のオゾン発生装置に供給することにより発生させることができる。
[Treatment with ozone]
In the treatment with ozone, some hydroxyl groups of cellulose are replaced with carbonyl groups or carboxy groups. Thereby, the bond strength between the cellulose fibers is weakened, and the defibration property is improved.
Ozone can be generated by supplying an oxygen-containing gas such as air, oxygen gas, or oxygen-added air to a known ozone generator.

オゾンによる処理は、オゾンが存在する閉じた空間または雰囲気中にセルロース繊維原料を曝すことで行われる。オゾンが含まれる気体中のオゾン濃度は、250g/m以上であると、爆発するおそれがあるため、250g/m未満である必要がある。しかし、濃度が低いと、オゾン使用量が増えるため、オゾン濃度は50〜215g/mであることが好ましい。オゾン濃度が前記下限値以上であれば、オゾンの取り扱いが容易であり、しかも微細化工程での微細セルロース繊維の収率の向上効果がより高くなる。
セルロース繊維原料に対するオゾン添加量は特に制約されるものではないが、セルロース繊維原料の固形分100質量部に対して5〜30質量部であることが好ましい。オゾン添加量が前記下限値以上であれば、微細化工程での微細セルロース繊維の収率向上効果がより高くなる。しかし、前記上限値を超えると、オゾン処理前後の歩留まりの低下、脱水性の悪化を引き起こす。また、微細化工程では微細セルロース繊維の収率向上効果が頭打ちとなる。
The treatment with ozone is performed by exposing the cellulose fiber raw material to a closed space or atmosphere in which ozone exists. If the ozone concentration in the gas containing ozone is 250 g / m 2 or more, there is a possibility of explosion, so it is necessary to be less than 250 g / m 2 . However, if the concentration is low, the amount of ozone used increases, so the ozone concentration is preferably 50 to 215 g / m 2 . If the ozone concentration is equal to or higher than the lower limit, the handling of ozone is easy, and the effect of improving the yield of fine cellulose fibers in the refinement step is further increased.
The amount of ozone added to the cellulose fiber raw material is not particularly limited, but is preferably 5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose fiber raw material. If the amount of ozone added is equal to or greater than the lower limit, the effect of improving the yield of fine cellulose fibers in the refinement step is further increased. However, exceeding the upper limit causes a decrease in yield before and after the ozone treatment and a deterioration in dewaterability. Moreover, the yield improvement effect of the fine cellulose fiber reaches a peak in the miniaturization process.

オゾン処理温度としては特に制約されるものではなく、0〜50℃の範囲で適宜調整される。また、オゾン処理時間についても特に制約されるものではなく、1〜360分間の範囲で適宜調整される。
なお、セルロース繊維原料にオゾン処理を施した後、追酸化処理を施してもよい。追酸化処理に用いる酸化剤としては、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物の他、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。
The ozone treatment temperature is not particularly limited, and is appropriately adjusted within a range of 0 to 50 ° C. Further, the ozone treatment time is not particularly limited, and is appropriately adjusted within a range of 1 to 360 minutes.
In addition, you may perform a post-oxidation process after performing an ozone process to a cellulose fiber raw material. Examples of the oxidizing agent used for the additional oxidation treatment include oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, peracetic acid, and the like, in addition to chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite.

また、オゾン処理の後には、処理されたセルロース繊維原料に対して、アルカリ溶液で処理するアルカリ処理を施すことが好ましい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ溶液中に、オゾン処理したセルロース繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。
Moreover, after ozone treatment, it is preferable to perform the alkali treatment which processes with the alkaline solution with respect to the processed cellulose fiber raw material. Although it does not specifically limit as a method of alkali treatment, For example, the method of immersing the cellulose fiber raw material which carried out ozone treatment in the alkaline solution is mentioned.
The alkali compound contained in the alkali solution may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound.

無機アルカリ化合物としては、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩またはアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属のリン酸塩またはアルカリ土類金属のリン酸塩が挙げられる。
アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。アルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化カルシウムが挙げられる。
アルカリ金属の炭酸塩としては炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムが挙げられる。アルカリ土類金属の炭酸塩としては、炭酸カルシウムなどが挙げられる。
アルカリ金属のリン酸塩としては、リン酸リチウム、リン酸カリウム、リン酸3ナトリウム、リン酸水素2ナトリウムなどが挙げられる。アルカリ土類金属のリン酸塩としては、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウムなどが挙げられる。
Examples of inorganic alkali compounds include alkali metal hydroxides or alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates or alkaline earth metal carbonates, alkali metal phosphates or alkaline earth metal phosphoric acids. Salt.
Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. Examples of the alkaline earth metal hydroxide include calcium hydroxide.
Examples of the alkali metal carbonate include lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium carbonate, and sodium hydrogen carbonate. Examples of the alkaline earth metal carbonate include calcium carbonate.
Examples of the alkali metal phosphate include lithium phosphate, potassium phosphate, trisodium phosphate, and disodium hydrogen phosphate. Examples of alkaline earth metal phosphates include calcium phosphate and calcium hydrogen phosphate.

有機アルカリ化合物としては、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物およびその水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等が挙げられる。例えば、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、リン酸水素2アンモニウム等が挙げられる。
上記アルカリ化合物は1種単独でもよいし、2種以上を組み合わせてもよい。
Examples of the organic alkali compounds include ammonia, aliphatic amines, aromatic amines, aliphatic ammoniums, aromatic ammoniums, heterocyclic compounds and their hydroxides, carbonates, and phosphates. For example, ammonia, hydrazine, methylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, butylamine, diaminoethane, diaminopropane, diaminobutane, diaminopentane, diaminohexane, cyclohexylamine, aniline, tetramethylammonium hydroxide, Tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, pyridine, N, N-dimethyl-4-aminopyridine, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, diammonium hydrogen phosphate, etc. Can be mentioned.
The said alkali compound may be single 1 type, and may combine 2 or more types.

アルカリ溶液における溶媒としては水または有機溶媒のいずれであってもよいが、極性溶媒(水、アルコール等の極性有機溶媒)が好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒がより好ましい。また、アルカリ溶液のうちでは、汎用性が高いことから、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液が特に好ましい。
オゾン処理したセルロース繊維原料を浸漬させたアルカリ溶液の25℃におけるpHは9以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、11〜14であることがさらに好ましい。アルカリ溶液のpHが前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維の収率がより高くなる。しかし、pHが14を超えると、アルカリ溶液の取り扱い性が低下するだけでなく、微細セルロース繊維の溶解が起こる。
The solvent in the alkaline solution may be either water or an organic solvent, but is preferably a polar solvent (polar organic solvent such as water or alcohol), and more preferably an aqueous solvent containing at least water. Among alkaline solutions, sodium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, and ammonia aqueous solution are particularly preferred because of their high versatility.
The pH at 25 ° C. of the alkaline solution in which the ozone-treated cellulose fiber raw material is immersed is preferably 9 or more, more preferably 10 or more, and even more preferably 11-14. If the pH of the alkaline solution is at least the lower limit, the yield of fine cellulose fibers will be higher. However, when the pH exceeds 14, not only the handling property of the alkaline solution is lowered, but also dissolution of fine cellulose fibers occurs.

[TEMPOによる処理]
TEMPOによる処理では、セルロース繊維原料に対し、TEMPOおよびハロゲン化アルカリの存在下で酸化剤を反応させて、セルロースの水酸基の一部をカルボキシ基に換える。これにより、セルロース繊維間の結合力が弱まり、解繊性が向上する。
TEMPOとともに酸化触媒として使用するハロゲン化アルカリは特に制約されるものではなく、ヨウ化アルカリ、臭化アルカリ、塩化アルカリ、フッ化アルカリ等を適宜選択して使用することができる。
酸化剤についても特に制約されるものではなく、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、次亜臭素酸ナトリウム、亜臭素酸ナトリウム等を適宜選択して使用することができる。
[Processing by TEMPO]
In the treatment with TEMPO, a cellulose fiber raw material is reacted with an oxidizing agent in the presence of TEMPO and an alkali halide to change a part of the hydroxyl groups of cellulose to carboxy groups. Thereby, the bond strength between the cellulose fibers is weakened, and the defibration property is improved.
The alkali halide used as an oxidation catalyst together with TEMPO is not particularly limited, and alkali iodide, alkali bromide, alkali chloride, alkali fluoride and the like can be appropriately selected and used.
The oxidizing agent is not particularly limited, and sodium hypochlorite, sodium chlorite, sodium hypobromite, sodium bromite and the like can be appropriately selected and used.

TEMPOおよびハロゲン化アルカリの使用量は特に制約されるものではないが、各々、セルロース繊維原料の固形分100質量部に対して0.1〜15質量部であることが好ましい。TEMPOおよびハロゲン化アルカリの添加量が各々前記下限値以上であれば、微細化工程での微細セルロース繊維の収率向上効果がより高くなる。しかし、前記上限値を超えると、微細化工程での微細セルロース繊維の収率向上効果が頭打ちとなるおそれがある。
酸化剤の使用量についても特に制約されるものではないが、セルロース繊維原料の固形分100質量部に対して、1〜80質量部が好ましい。
セルロース繊維原料を含む分散液をTEMPOにより処理する際の分散液のpHは、使用する酸化剤の種類に応じて適宜調整する。セルロース繊維原料分散液のpH調整は、水酸化カリウム、アンモニア等の塩基性物質、あるいは酢酸、シュウ酸等の酸性物質を適宜添加することで行う。
セルロース繊維原料をTEMPOにより処理する際の処理温度は、20〜100℃の範囲であることが好ましく、また処理時間は、0.5〜4時間であることが好ましい。
Although the usage-amount of TEMPO and an alkali halide is not restrict | limited in particular, It is preferable that it is 0.1-15 mass parts, respectively with respect to 100 mass parts of solid content of a cellulose fiber raw material. If the addition amount of TEMPO and an alkali halide is each more than the said lower limit, the yield improvement effect of the fine cellulose fiber in a refinement | miniaturization process will become higher. However, when the upper limit is exceeded, the yield improvement effect of fine cellulose fibers in the miniaturization process may reach a peak.
The amount of the oxidizing agent used is not particularly limited, but is preferably 1 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose fiber raw material.
The pH of the dispersion when the dispersion containing the cellulose fiber raw material is treated with TEMPO is appropriately adjusted according to the type of oxidizing agent to be used. The pH of the cellulose fiber raw material dispersion is adjusted by appropriately adding a basic substance such as potassium hydroxide or ammonia, or an acidic substance such as acetic acid or oxalic acid.
The treatment temperature for treating the cellulose fiber raw material with TEMPO is preferably in the range of 20 to 100 ° C., and the treatment time is preferably 0.5 to 4 hours.

[カルボン酸系化合物による処理]
また、カルボキシ基をセルロース繊維原料に導入する方法としては、分子内に2以上のカルボキシ基を有するカルボン酸系化合物を用いる方法も好ましい。
カルボン酸系化合物による処理では、セルロース分子が有するヒドロキシ基と、カルボン酸系化合物とが脱水反応して、極性基(−COO)を形成する。これにより、セルロース繊維間の結合力が弱まり、解繊性が向上する。
[Treatment with carboxylic acid compound]
As a method for introducing a carboxy group into a cellulose fiber raw material, a method using a carboxylic acid compound having two or more carboxy groups in the molecule is also preferred.
In the treatment with the carboxylic acid compound, the hydroxy group of the cellulose molecule and the carboxylic acid compound undergo a dehydration reaction to form a polar group (—COO ). Thereby, the bond strength between the cellulose fibers is weakened, and the defibration property is improved.

セルロース繊維原料をカルボン酸系化合物により処理する具体的方法としては、セルロース繊維原料にガス化したカルボン酸系化合物を混合する方法、セルロース繊維原料の分散液にカルボン酸系化合物を添加する方法等が挙げられる。これらのうち、工程が簡便で且つカルボキシ基導入の効率が高くなることから、セルロース繊維原料にガス化したカルボン酸系化合物を混合する方法が好ましい。カルボン酸系化合物をガス化する方法としては、カルボン酸系化合物を加熱する方法が挙げられる。   Specific methods for treating the cellulose fiber raw material with the carboxylic acid compound include a method of mixing the gasified carboxylic acid compound with the cellulose fiber raw material, a method of adding the carboxylic acid compound to the dispersion of the cellulose fiber raw material, and the like. Can be mentioned. Among these, since the process is simple and the efficiency of introducing a carboxy group is high, a method of mixing a gasified carboxylic acid compound with a cellulose fiber raw material is preferable. Examples of the method for gasifying the carboxylic acid compound include a method for heating the carboxylic acid compound.

本処理において使用するカルボン酸系化合物は、2つのカルボキシ基を有する化合物、2つのカルボキシ基を有する化合物の酸無水物、およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。2つのカルボキシ基を有する化合物の中では、2つのカルボキシ基を有する化合物(ジカルボン酸化合物)が好ましい。
2つのカルボキシ基を有する化合物としては、プロパン二酸(マロン酸)、ブタン二酸(コハク酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、2−メチルプロパン二酸、2−メチルブタン二酸、2−メチルペンタン二酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、2−ブテン二酸(マレイン酸、フマル酸)、2−ペンテン二酸、2,4−ヘキサジエン二酸、2−メチル−2−ブテン二酸、2−メチル−2ペンテン二酸、2−メチリデンブタン二酸(イタコン酸)、ベンゼン−1,2−ジカルボン酸(フタル酸)、ベンゼン−1,3−ジカルボン酸(イソフタル酸)、ベンゼン−1,4−ジカルボン酸(テレフタル酸)、エタン二酸(シュウ酸)等のジカルボン酸化合物が挙げられる。
2つのカルボキシ基を有する化合物の酸無水物としては、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸、無水ピロメリット酸、無水1,2−シクロヘキサンジカルボン酸等のジカルボン酸化合物や複数のカルボキシ基を含む化合物の酸無水物が挙げられる。
2つのカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、ジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等の、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が置換基(例えば、アルキル基、フェニル基等)で置換されたものが挙げられる。
これらのうち、工業的に適用しやすく、また、ガス化しやすいことから、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸が好ましい。
The carboxylic acid compound used in this treatment is at least one selected from the group consisting of a compound having two carboxy groups, an acid anhydride of a compound having two carboxy groups, and derivatives thereof. Of the compounds having two carboxy groups, compounds having two carboxy groups (dicarboxylic acid compounds) are preferred.
The compounds having two carboxy groups include propanedioic acid (malonic acid), butanedioic acid (succinic acid), pentanedioic acid (glutaric acid), hexanedioic acid (adipic acid), 2-methylpropanedioic acid, 2 -Methylbutanedioic acid, 2-methylpentanedioic acid, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, 2-butenedioic acid (maleic acid, fumaric acid), 2-pentenedioic acid, 2,4-hexadienedioic acid, 2-methyl 2-butenedioic acid, 2-methyl-2-pentenedioic acid, 2-methylidenebutanedioic acid (itaconic acid), benzene-1,2-dicarboxylic acid (phthalic acid), benzene-1,3-dicarboxylic acid (isophthalic acid) ), Benzene-1,4-dicarboxylic acid (terephthalic acid), ethanedioic acid (oxalic acid), and the like.
Acid anhydrides of compounds having two carboxy groups include maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, itaconic anhydride, pyromellitic anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic anhydride Examples thereof include acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as acids and compounds containing a plurality of carboxy groups.
The acid anhydride derivative of the compound having two carboxy groups includes at least a part of the acid anhydride of the compound having a carboxy group, such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, and diphenylmaleic anhydride. The hydrogen atom is substituted with a substituent (for example, an alkyl group, a phenyl group, etc.).
Of these, maleic anhydride, succinic anhydride, and phthalic anhydride are preferred because they are industrially applicable and easily gasified.

セルロース繊維原料に対するカルボン酸系化合物の質量割合は、セルロース繊維原料の固形分100質量部に対して、カルボン酸系化合物が0.1〜500質量部であることが好ましく、10〜200質量部であることがより好ましい。カルボン酸系化合物の割合が前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維の収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えても、収率向上の効果は頭打ちとなり、無駄にカルボン酸系化合物を使用するだけである。
処理温度は、セルロースの熱分解温度の点から、250℃以下であることが好ましい。さらに、処理の際に水が含まれている場合には、80〜200℃にすることが好ましく、100〜170℃にすることがより好ましい。
本処理においては、必要に応じて触媒を用いることもできる。触媒としてはピリジンやトリエチルアミン、水酸化ナトリウム、酢酸ナトリウム等の塩基性触媒や、酢酸、硫酸、過塩素酸等の酸性触媒を用いることが好ましい。
カルボン酸系化合物による処理の後には、オゾンによる処理と同様に、処理したセルロース繊維原料に、アルカリ溶液で処理するアルカリ処理を施すことが好ましい。
The mass ratio of the carboxylic acid compound to the cellulose fiber raw material is preferably 0.1 to 500 parts by mass, preferably 10 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose fiber raw material. More preferably. If the ratio of a carboxylic acid type compound is more than the said lower limit, the yield of a fine cellulose fiber can be improved more. However, even if the upper limit is exceeded, the effect of improving the yield reaches its peak, and the carboxylic acid compound is merely used in vain.
The treatment temperature is preferably 250 ° C. or less from the viewpoint of the thermal decomposition temperature of cellulose. Furthermore, when water is contained in the treatment, the temperature is preferably 80 to 200 ° C, more preferably 100 to 170 ° C.
In this treatment, a catalyst can be used as necessary. As the catalyst, it is preferable to use a basic catalyst such as pyridine, triethylamine, sodium hydroxide or sodium acetate, or an acidic catalyst such as acetic acid, sulfuric acid or perchloric acid.
After the treatment with the carboxylic acid compound, the treated cellulose fiber raw material is preferably subjected to an alkali treatment with an alkaline solution, similarly to the treatment with ozone.

(リン酸基の導入)
リン酸基をセルロースに導入する方法としては、乾燥した、あるいは湿潤状態のセルロース繊維原料にリン酸またはリン酸誘導体の粉末や水溶液を混合する方法、セルロース繊維原料の分散液にリン酸またはリン酸誘導体の水溶液を添加する方法等が挙げられる。これら方法においては、通常、リン酸またはリン酸誘導体の粉末や水溶液を混合または添加した後に、脱水処理、加熱処理等を行う。
ここで用いられるリン酸またはリン酸誘導体としては、リン原子を含有するオキソ酸、ポリオキソ酸或いはそれらの誘導体から選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。
具体的には、リン酸;リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウムなどのリン酸のナトリウム塩;ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウムなどのポリリン酸のナトリウム塩;リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウムなどのリン酸のカリウム塩;ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウムなどのポリリン酸のカリウム塩;リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウムなどのリン酸のアンモニウム塩;ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウムなどのポリリン酸のアンモニウム塩が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上記のうちでも、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。
(Introduction of phosphate group)
As a method for introducing a phosphate group into cellulose, a method of mixing a powder or aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative with a dry or wet cellulose fiber raw material, a phosphoric acid or phosphoric acid with a dispersion of a cellulose fiber raw material Examples thereof include a method of adding an aqueous solution of a derivative. In these methods, dehydration treatment, heat treatment, and the like are usually performed after mixing or adding a powder or aqueous solution of phosphoric acid or phosphoric acid derivative.
Examples of the phosphoric acid or phosphoric acid derivative used here include at least one compound selected from an oxo acid, a polyoxo acid or a derivative thereof containing a phosphorus atom.
Specifically, phosphoric acid; sodium salt of phosphoric acid such as sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate and trisodium phosphate; sodium salt of polyphosphoric acid such as sodium pyrophosphate and sodium metaphosphate; Potassium salts of phosphoric acid such as potassium hydrogen, dipotassium hydrogen phosphate and tripotassium phosphate; potassium salts of polyphosphoric acid such as potassium pyrophosphate and potassium metaphosphate; ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate and phosphoric acid Examples thereof include ammonium salts of phosphoric acid such as triammonium; ammonium salts of polyphosphoric acid such as ammonium pyrophosphate and ammonium metaphosphate. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above, sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are preferable.

セルロース繊維原料に対するリン酸またはリン酸誘導体の質量割合は、セルロース繊維原料の固形分100質量部に対してリン酸またはリン酸誘導体が、リン元素量として0.2〜500質量部であることが好ましく、1〜400質量部であることがより好ましく、2〜200質量部であることがさらに好ましい。リン酸またはリン酸誘導体の割合が前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維の収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えても、収率向上の効果は頭打ちとなり、無駄にリン酸またはリン酸誘導体を使用するだけである。   The mass ratio of phosphoric acid or phosphoric acid derivative to the cellulose fiber raw material is such that phosphoric acid or phosphoric acid derivative is 0.2 to 500 parts by mass as the amount of phosphorus element with respect to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose fiber raw material. Preferably, it is 1-400 mass parts, More preferably, it is 2-200 mass parts. If the ratio of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative is more than the said lower limit, the yield of a fine cellulose fiber can be improved more. However, even if the upper limit is exceeded, the effect of improving the yield reaches its peak, and only phosphoric acid or phosphoric acid derivatives are used in vain.

加熱処理温度は、セルロースの熱分解温度の点から、250℃以下であることが好ましい。また、セルロースの加水分解を抑える観点から、加熱処理温度は100〜170℃であることが好ましい。さらに、加熱処理の際にリン酸またはリン酸誘導体を添加した系に水が含まれている間の加熱については、好ましくは130℃以下、より好ましくは110℃以下で加熱して充分に水分を除去乾燥するとよい。その後は、100〜170℃で加熱処理することが好ましい。また、水分を除く際には減圧乾燥機を用いてもよい。
リン酸またはリン酸誘導体による処理の後には、オゾンによる処理と同様に、処理したセルロース繊維原料に、アルカリ処理を施してもよい。
It is preferable that the heat processing temperature is 250 degrees C or less from the point of the thermal decomposition temperature of a cellulose. Moreover, it is preferable that the heat processing temperature is 100-170 degreeC from a viewpoint of suppressing hydrolysis of a cellulose. Furthermore, regarding the heating while water is contained in the system to which phosphoric acid or a phosphoric acid derivative is added during the heat treatment, it is preferably 130 ° C. or less, more preferably 110 ° C. or less to sufficiently absorb moisture. Remove and dry. After that, it is preferable to heat-process at 100-170 degreeC. Further, when removing moisture, a vacuum dryer may be used.
After the treatment with phosphoric acid or a phosphoric acid derivative, the treated cellulose fiber raw material may be subjected to an alkali treatment, similarly to the treatment with ozone.

上記の処理によって、セルロースはリン酸由来の基(−PO 2−、−PO)を有するようになる。セルロースは2種以上のリン酸由来の基を有してもよい。例えば、セルロースが、水素イオンの数が異なる2種のリン酸由来を有してもよい。 By the above treatment, the cellulose has phosphoric acid-derived groups (—PO 4 2− , —PO 4 H ). Cellulose may have two or more phosphoric acid-derived groups. For example, cellulose may have two types of phosphoric acid derived from different numbers of hydrogen ions.

(カチオン基の導入)
カチオン基をセルロース繊維原料に導入する方法としては、四級アンモニウム基及びセルロースの水酸基と反応する基を有するカチオン化剤を用いる方法が適用される。
カチオン化剤を、触媒である水酸化アルカリ金属(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)の存在下で反応させることで、セルロースはカチオン化し、カチオン同士の電気的な反発が強まる。これにより、セルロース繊維間の結合力が弱まり、解繊性が向上する。
カチオン化剤の具体例としては、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドなどのグリシジルトリアルキルアンモニウムハライド或いはそのハロヒドリン型の化合物が挙げられる。
(Introduction of cationic groups)
As a method for introducing a cationic group into a cellulose fiber raw material, a method using a cationizing agent having a quaternary ammonium group and a group reactive with a hydroxyl group of cellulose is applied.
By reacting the cationizing agent in the presence of an alkali metal hydroxide (such as sodium hydroxide or potassium hydroxide) as a catalyst, the cellulose is cationized and the electric repulsion between the cations is strengthened. Thereby, the bond strength between the cellulose fibers is weakened, and the defibration property is improved.
Specific examples of the cationizing agent include glycidyltrialkylammonium halides such as glycidyltrimethylammonium chloride and 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride or halohydrin type compounds thereof.

カチオン化剤の使用量は特に制限されないが、セルロース繊維原料の固形分100質量部に対して10〜1000質量部であることが好ましい。カチオン化剤の使用量が前記下限値以上であれば、微細化工程での微細セルロース繊維の収率向上効果がより高くなる。しかし、前記上限値を超えると、微細化工程での微細セルロース繊維の収率向上効果が頭打ちとなることがある。
カチオン化剤処理における処理温度は、30〜90℃の範囲であることが好ましく、また処理時間は、1〜3時間であることが好ましい。
Although the usage-amount of a cationizing agent is not restrict | limited in particular, It is preferable that it is 10-1000 mass parts with respect to 100 mass parts of solid content of a cellulose fiber raw material. If the usage-amount of a cationizing agent is more than the said lower limit, the yield improvement effect of the fine cellulose fiber in a refinement | miniaturization process will become higher. However, when the upper limit is exceeded, the yield improvement effect of fine cellulose fibers in the refinement process may reach its peak.
The treatment temperature in the cationizing agent treatment is preferably in the range of 30 to 90 ° C., and the treatment time is preferably 1 to 3 hours.

(酵素処理)
本発明で用いるセルロース繊維原料は、必ずしも上記の極性基または嵩高基を有する必要はないが、上記の極性基または嵩高基を有さない場合には、所謂セルラーゼと総称される酵素によってセルロース繊維原料を処理することが好ましい。セルラーゼは、セロビオヒドロラーゼ活性、エンドグルカナーゼ活性、ベータグルコシダーゼ活性を有する酵素である。
酵素処理で使用する酵素は、上記の活性を有する酵素を適宜の量で混合して使用してもよいし、市販のセルラーゼ製剤を用いてもよい。
市販のセルラーゼ製剤としては、トリコデルマ(Trichoderma)属、アクレモニウム属(Acremonium)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、ファネロケエテ(Phanerochaete)属、トラメテス属(Trametes)、フーミコラ(Humicola)属、バチルス(Bacillus)属などに由来するセルラーゼ製剤が挙げられる。
このようなセルラーゼ製剤の市販品としては、全て商品名で、例えば、セルロイシンT2(エイチピィアイ社製)、メイセラーゼ(明治製菓社製)、ノボザイム188(ノボザイム社製)、マルティフェクトCX10L(ジェネンコア社製)等が挙げられる。
なお、市販されているセルラーゼ製剤には、上記した各種のセルラーゼ活性を有すると同時に、ヘミセルラーゼ活性も有しているものが多い。
(Enzyme treatment)
The cellulose fiber raw material used in the present invention does not necessarily have the above polar group or bulky group, but when it does not have the above polar group or bulky group, the cellulose fiber raw material is produced by an enzyme collectively referred to as so-called cellulase. Is preferably processed. Cellulase is an enzyme having cellobiohydrolase activity, endoglucanase activity, and beta-glucosidase activity.
As the enzyme used in the enzyme treatment, an enzyme having the above activity may be mixed and used in an appropriate amount, or a commercially available cellulase preparation may be used.
Commercially available cellulase preparations include Trichoderma, Acremonium, Aspergillus, Phanerochaete, Trametes, Humicola, and Humicola. Cellulase preparations derived from the above.
Commercially available products of such cellulase preparations are all trade names, for example, cellulosin T2 (manufactured by HIPI), mecerase (manufactured by Meiji Seika Co., Ltd.), Novozyme 188 (manufactured by Novozyme), multifect CX10L (manufactured by Genencor) ) And the like.
In addition, many commercially available cellulase preparations have hemicellulase activity as well as various cellulase activities described above.

酵素処理では、酵素として、セルラーゼ以外に、ヘミセルラーゼ系酵素を単独に使用してもよいし、セルラーゼとヘミセルラーゼ系酵素とを混合使用してもよい。ヘミセルラーゼ系酵素の中でも、キシランを分解する酵素であるキシラナーゼ(xylanase)、マンナンを分解する酵素であるマンナーゼ(mannase)、アラバンを分解する酵素であるアラバナーゼ(arabanase)を使用することが好ましい。また、ペクチンを分解する酵素であるペクチナーゼもヘミセルラーゼ系酵素として使用することができる。   In the enzyme treatment, in addition to cellulase, a hemicellulase-based enzyme may be used alone, or a cellulase and a hemicellulase-based enzyme may be used in combination. Among hemicellulase enzymes, it is preferable to use xylanase, which is an enzyme that degrades xylan, mannanase, which is an enzyme that degrades mannan, and arabanase, which is an enzyme that degrades araban. In addition, pectinase, which is an enzyme that degrades pectin, can also be used as a hemicellulase-based enzyme.

酵素処理の際の分散液のpHは、使用する酵素の活性が高くなる範囲に保つことが好ましい。例えば、トリコデルマ起源の市販の酵素の場合、pHは4〜8の間が好ましい。
また、酵素処理の際の分散液の温度は、使用する酵素の活性が高くなる範囲に保つことが好ましい。例えば、トリコデルマ起源の市販の酵素の場合、温度は40℃〜60℃が好ましい。温度が前記下限値未満では酵素活性が低下して処理時間が長くなり、前記上限値を超えると酵素が失活するおそれがある。酵素処理の処理時間は10分〜24時間の範囲が好ましい。酵素処理の処理時間が10分未満では酵素処理の効果が発現しにくい。24時間を超えると酵素によりセルロース繊維の分解が進みすぎて、得られる微細セルロース繊維の平均繊維長が短くなりすぎるおそれがある。
なお、所定時間以上に酵素が活性なままで残留していると前記のようにセルロースの分解が進み過ぎるため、所定の酵素処理が終了した際には、酵素反応の停止処理を施すことが好ましい。酵素反応の停止処理としては、酵素処理を施した分散液を水洗し、酵素を除去する方法、酵素処理を施した分散液に水酸化ナトリウムをpHが12程度になるように添加して酵素を失活させる方法、酵素処理を施した分散液の温度を温度90℃まで上昇させて酵素を失活させる方法が挙げられる。
The pH of the dispersion during the enzyme treatment is preferably maintained in a range where the activity of the enzyme used is high. For example, in the case of a commercially available enzyme derived from Trichoderma, the pH is preferably between 4-8.
Further, the temperature of the dispersion during the enzyme treatment is preferably maintained within a range in which the activity of the enzyme used is increased. For example, in the case of a commercially available enzyme derived from Trichoderma, the temperature is preferably 40 ° C to 60 ° C. If the temperature is less than the lower limit, the enzyme activity decreases and the treatment time becomes longer. If the temperature exceeds the upper limit, the enzyme may be deactivated. The treatment time for the enzyme treatment is preferably in the range of 10 minutes to 24 hours. If the treatment time of the enzyme treatment is less than 10 minutes, the effect of the enzyme treatment is hardly exhibited. If it exceeds 24 hours, the decomposition of the cellulose fiber is too advanced by the enzyme, and the average fiber length of the resulting fine cellulose fiber may be too short.
It should be noted that when the enzyme remains active for a predetermined time or longer, the decomposition of cellulose proceeds excessively as described above. Therefore, when the predetermined enzyme treatment is completed, it is preferable to perform an enzyme reaction stop process. . The enzyme reaction is stopped by washing the enzyme-treated dispersion with water, removing the enzyme, adding sodium hydroxide to the enzyme-treated dispersion to a pH of about 12, and then adding the enzyme. Examples thereof include a method for inactivation and a method for inactivating the enzyme by raising the temperature of the dispersion treated with the enzyme to a temperature of 90 ° C.

<洗浄工程>
洗浄工程は、化学処理工程の際に使用した薬品やセルロース繊維原料の分解物を除去する工程である。具体的に、洗浄工程では、パルプを洗浄するために通常使用される各種洗浄機、例えば、フィルター洗浄機、ドラム洗浄機、ベルト洗浄機、ディフューザー洗浄機、フィルタープレス、スクリュープレスなどを用いることができる。ただし、本発明で用いるセルロース繊維原料が、極性基及び嵩高基の少なくとも一方を0.1〜2.0mmol/g含有している場合、水切れが悪く洗浄や脱水が難しい。そのため、上記洗浄機の中でも、フィルタープレス、スクリュープレスなどのプレス洗浄機が好ましい。
プレス洗浄機を用いる洗浄工程では、洗浄除去したい薬品やセルロース繊維原料の分解物を含むセルロース繊維原料の分散液をプレス洗浄機で脱水した後、洗浄水にてセルロース繊維原料を希釈し、再度プレス洗浄機で脱水するという操作を繰り返して、洗浄する。
<Washing process>
The washing step is a step of removing chemicals used in the chemical treatment step and decomposition products of the cellulose fiber raw material. Specifically, in the washing step, various washing machines usually used for washing pulp, for example, a filter washing machine, a drum washing machine, a belt washing machine, a diffuser washing machine, a filter press, a screw press, and the like may be used. it can. However, when the cellulose fiber raw material used in the present invention contains at least one of a polar group and a bulky group in an amount of 0.1 to 2.0 mmol / g, water drainage is poor and washing and dehydration are difficult. Therefore, among the above washing machines, press washing machines such as a filter press and a screw press are preferable.
In the washing process using the press washer, the cellulose fiber raw material dispersion containing the chemicals to be washed away and the decomposition product of the cellulose fiber raw material is dehydrated with the press washer, and then the cellulose fiber raw material is diluted with the washing water and pressed again. Repeat the operation of dehydrating with a washing machine to wash.

<異物除去工程>
異物除去工程では、セルロース繊維原料分散液に異物除去処理を施す工程である。
通常、セルロース繊維原料には様々な種類の異物が含まれている。例えば、木材由来の原料を用いた場合には、本来はパルプ化前に剥皮されて除去されているはずの樹皮が異物として含まれていることがある。セルロース繊維原料が製紙用化学パルプである場合には、蒸解が不充分で元の木材原料の形状を保ったままの未蒸解片が異物として含まれていることがある。セルロース繊維原料が機械パルプである場合には、機械的パルプ化工程にて充分にパルプ化されずに残った未解繊繊維が異物として含まれていることがある。セルロース繊維原料が脱墨パルプである場合には、原料の古紙等に含まれている粘着物やビニール、ポリヒモ、ホットメルト等が異物として含まれていることがある。また、すべての原料に共通して含まれる異物として、石片や砂、サビ、金属片などが挙げられる。通常、セルロース繊維原料を製造する工程には異物を除去する工程が含まれるが、それでも異物を完全に除去することは実質的に不可能であるため、多かれ少なかれ何らかの異物が残存している。
これらの異物が微細化工程に持ち込まれてしまうと、微細化処理装置の摩耗や損傷を招き、装置の寿命が短くなる傾向にあり、メンテナンスの頻度を多くしなければならない。また、異物が含まれていると、得られるセルロース繊維中に異物が残留し、外観の悪化や各種物性の低下を引き起こす。特に、異物が破壊核となってしまうため、強度のばらつきや低下を招きやすく、強度が重視されるような用途にセルロース繊維を使用する場合には、異物の残留は望ましくない。
しかし、本発明では、異物除去工程を有することで微細化処理装置の摩耗や損傷を防止できるだけでなく、得られるセルロース繊維の外観や物性などの品質を高く保つことができる。
<Foreign matter removal process>
The foreign matter removing step is a step of subjecting the cellulose fiber raw material dispersion to a foreign matter removing process.
Usually, the cellulose fiber raw material contains various kinds of foreign matters. For example, when wood-derived raw materials are used, bark that should have been peeled off and removed before pulping may be included as foreign matter. In the case where the cellulose fiber raw material is a chemical pulp for papermaking, undigested pieces that are not sufficiently digested and remain in the shape of the original wood raw material may be included as foreign matter. When the cellulose fiber raw material is mechanical pulp, undefibrated fibers that are not sufficiently pulped in the mechanical pulping step may be included as foreign matter. In the case where the cellulose fiber raw material is deinked pulp, an adhesive, vinyl, poly string, hot melt, etc. contained in the used waste paper or the like may be included as foreign matters. Moreover, as a foreign material contained in common with all the raw materials, a stone piece, sand, rust, a metal piece, etc. are mentioned. Usually, the process for producing the cellulose fiber raw material includes a process for removing foreign substances, but it is substantially impossible to completely remove the foreign substances, so that some foreign substances remain more or less.
If these foreign substances are brought into the miniaturization process, wear and damage of the miniaturization apparatus tends to occur and the life of the apparatus tends to be shortened, and the frequency of maintenance must be increased. Moreover, when the foreign material is contained, the foreign material remains in the obtained cellulose fiber, causing deterioration of the appearance and deterioration of various physical properties. In particular, since foreign matters become fracture nuclei, the dispersion and reduction in strength are likely to occur, and when cellulose fibers are used for applications where strength is important, residual foreign matters are not desirable.
However, in the present invention, by having a foreign matter removing step, not only can the abrasion and damage of the miniaturization processing apparatus be prevented, but also the quality and appearance of the resulting cellulose fibers can be kept high.

異物除去工程における異物除去処理は、セルロース繊維原料から異物を分離し、除去する処理であればよい。異物除去処理に用いる異物除去装置としては、異物除去性が高いことから、セルロース繊維との形状・大きさの違いによって異物を分離するスクリーン、セルロース繊維との比重の違いによって異物を分離するクリーナーが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、種類の異なる複数を組み合わせてもよい。また、同一の装置を複数台組み合わせてもよい。
異物除去装置を2台組み合わせる場合には、例えば、1台目の装置から排出されるリジェクトを2台目の装置に供給し、2台目のリジェクトを系外に排出し、1台目のアクセプトと2台目のアクセプトとを回収する多段方式を適用することができる。また、1台目のリジェクトを系外に排出し、アクセプトを2台目に供給し、2台目のリジェクトも系外に排出して、2台目のアクセプトを回収する多重方式を適用することもできる。また、1台目のアクセプトを回収し、1台目のリジェクトを2台目に供給し、2台目のアクセプトを1台目に戻し、2台目のリジェクトを系外に排出するカスケード方式を適用することもできる。なお、上記「アクセプト」は異物除去装置から回収分として排出されるものであり、「リジェクト」は異物除去装置から異物含有分として排出されるものである。
上記の多段方式、多重方式、カスケード方式はいずれも、異物除去装置を3台以上にすることも可能である。
The foreign matter removing process in the foreign matter removing process may be any process that separates and removes foreign substances from the cellulose fiber raw material. As a foreign substance removal device used for foreign substance removal processing, because of its high foreign substance removal property, a screen that separates foreign substances according to the difference in shape and size from cellulose fibers, and a cleaner that separates foreign substances according to differences in specific gravity from cellulose fibers. preferable. These may be used singly or a plurality of different types may be combined. A plurality of the same devices may be combined.
When combining two foreign substance removal devices, for example, the reject discharged from the first device is supplied to the second device, the second reject is discharged outside the system, and the first unit is accepted. And a multi-stage system for collecting the second accept can be applied. Also, apply a multiple system in which the first reject is discharged outside the system, the accept is supplied to the second, the second reject is also discharged outside the system, and the second accept is recovered. You can also. In addition, a cascade system that collects the first accept, supplies the first reject to the second, returns the second accept to the first, and discharges the second reject outside the system. It can also be applied. The “accept” is discharged from the foreign matter removing apparatus as a collected portion, and the “reject” is discharged as a foreign matter containing portion from the foreign matter removing device.
In any of the above multistage system, multiplex system, and cascade system, it is possible to use three or more foreign substance removing devices.

スクリーンとしては、開放型振動スクリーンと加圧密閉型スクリーンの2つのタイプが挙げられ、本発明ではどちらを用いてもよい。
また、スクリーンは目孔の形状で分類され、具体的には、丸孔スクリーン、スリットスクリーンが挙げられる。
本発明では、丸孔スクリーン、スリットスクリーンの一方のみを用いてもよく、例えば、セルロース繊維原料中に大型の異物が少ない場合には、スリットスクリーンのみを用いてもよい。
また、本発明では、丸孔スクリーン、スリットスクリーンの両方を用いてもよい。丸孔スクリーンとスリットスクリーンの両方を用いる場合には、丸孔スクリーンで大型の異物を除去した後、スリットスクリーンで小型の異物を除去することが好ましい。
There are two types of screens, an open-type vibrating screen and a pressure-sealed screen, and either type may be used in the present invention.
The screen is classified according to the shape of the eye hole, and specifically, a round hole screen and a slit screen can be mentioned.
In the present invention, only one of the round hole screen and the slit screen may be used. For example, when there are few large foreign substances in the cellulose fiber raw material, only the slit screen may be used.
In the present invention, both a round hole screen and a slit screen may be used. When both the round hole screen and the slit screen are used, it is preferable to remove the large foreign matter with the round hole screen and then remove the small foreign matter with the slit screen.

丸孔スクリーンの孔のサイズは、孔径0.1〜10mmが好ましく、1〜5mmがより好ましい。スリットスクリーンのスリットのサイズは、短手方向の開口幅0.05〜2.0mmが好ましく、0.1〜0.5mmがより好ましい。これらのスクリーンの孔のサイズは、異物の除去率に大きく影響する。小さな異物まで除去するためには孔のサイズを小さくすることが好ましいが、孔のサイズを前記の範囲よりもさらに小さくすると、セルロース繊維原料も通過しにくくなり、孔を閉塞させてスクリーンの運転が困難になるおそれがある。一方、孔のサイズを前記の範囲よりも大きくすると、セルロース繊維原料は通過しやすくなるため、スクリーンの運転が困難になることは避けられるが、異物まで通過しやすくなるため、異物の除去率が低下する。   The hole size of the round hole screen is preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 1 to 5 mm. The slit size of the slit screen is preferably 0.05 to 2.0 mm, more preferably 0.1 to 0.5 mm, in the short direction. The size of the holes in these screens greatly affects the removal rate of foreign matters. In order to remove even small foreign substances, it is preferable to reduce the size of the hole. However, if the size of the hole is made smaller than the above range, the cellulose fiber raw material is difficult to pass through, and the screen is operated by closing the hole. May be difficult. On the other hand, if the size of the hole is larger than the above range, the cellulose fiber raw material is easy to pass through, so that it is possible to avoid the difficulty of operating the screen, but it is easy to pass through the foreign matter, so the foreign matter removal rate is descend.

クリーナーとしては、フォワード型とリバース型の2つのタイプが挙げられ、本発明ではどちらを使用することもできる。通常、クリーナーは円錐形状の容器を備え、その円錐形状の容器の底面に被処理物(本発明では、セルロース繊維原料分散液)を圧送し、被処理物を容器内で内面に沿って回転させ、その際に生じる遠心力を利用して、セルロース繊維と比重が異なる異物を除去するようになっている。
フォワード型のクリーナーは、容器の先端部及び内壁に集まる重い異物を分離して除去するものであり、リバース型のクリーナーは容器の底部及び中心部に集まる軽い異物を除去するものである。これらは、セルロース繊維原料に含まれる異物の種類に応じて一方のみを使用してもよいし、両方を併用してもよい。
フォワード型、リバース型のいずれのクリーナーにおいても、入口圧力と出口圧力との差圧の設定が重要である。すなわち、クリーナーは、セルロース繊維原料と比重の異なる異物に強制的に遠心力を付与することによって異物を除去するため、入口圧力を高くして差圧を大きくする程、遠心力が強くなって異物を分離しやすくなる。しかし、差圧を大きくすると、被処理物を供給する圧送ポンプの消費動力が大きくなるため、エネルギーコストの増加を招く。それらのことから、差圧の設定値としては、0.5〜10kg/cmが好ましく、1〜5kg/cmがより好ましい。
There are two types of cleaners, a forward type and a reverse type, and either can be used in the present invention. Usually, the cleaner is provided with a conical container, and the object to be treated (in the present invention, cellulose fiber raw material dispersion) is pumped to the bottom of the conical container, and the object to be treated is rotated along the inner surface in the container. The foreign matter having a specific gravity different from that of the cellulose fiber is removed by utilizing the centrifugal force generated at that time.
The forward type cleaner separates and removes heavy foreign matter that collects at the tip and inner wall of the container, and the reverse type cleaner removes light foreign matter that collects at the bottom and center of the container. These may use only one according to the kind of the foreign material contained in a cellulose fiber raw material, and may use both together.
It is important to set the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure in both the forward type and reverse type cleaners. That is, the cleaner removes the foreign matter by forcibly applying a centrifugal force to the foreign matter having a specific gravity different from that of the cellulose fiber raw material. Therefore, the higher the inlet pressure and the larger the differential pressure, the stronger the centrifugal force becomes. It becomes easy to separate. However, when the differential pressure is increased, the power consumption of the pressure feed pump that supplies the object to be processed is increased, resulting in an increase in energy cost. Since them, as the differential pressure set value is preferably 0.5~10kg / cm 2, 1~5kg / cm 2 is more preferable.

<微細化工程>
微細化工程は、セルロース繊維原料分散液を、平均繊維幅が2〜50nmの微細セルロース繊維が得られるように微細化処理して、微細セルロース繊維を含有する微細セルロース繊維分散液を得る工程である。
本発明における微細化処理では、セルロース繊維原料分散液に、圧力式分散機を用いて微細化する第1の微細化処理を施した後に、高速回転式分散機を用いて微細化する第2の微細化処理を施すことが好ましい。このような微細化処理では、微細化に要するエネルギー消費を抑えつつ、充分に微細化できる。
<Refining process>
The refinement step is a step of obtaining a fine cellulose fiber dispersion containing fine cellulose fibers by subjecting the cellulose fiber raw material dispersion to a fine treatment so as to obtain fine cellulose fibers having an average fiber width of 2 to 50 nm. .
In the refining treatment in the present invention, the cellulose fiber raw material dispersion is subjected to a first refining treatment using a pressure disperser, and then a second refining using a high-speed rotary disperser. It is preferable to carry out a miniaturization treatment. Such a miniaturization process can be sufficiently miniaturized while suppressing energy consumption required for the miniaturization.

第1の微細化処理で使用する圧力式分散機は、ホモバルブとホモバルブシートとを備えるホモジナイザーである。ホモジナイザーを用いた微細化では、ホモバルブとホモバルブシートとを、それらの間に狭小な隙間が形成されるように配置し、その隙間にセルロース繊維原料分散液を高圧で供給した後、隙間から吐出させて圧力を大気圧近くまで開放する。これにより、セルロース繊維原料分散液に強い剪断力を付与して、セルロース繊維原料を微細化する。
ホモジナイザーの具体例としては、高圧ホモジナイザー、中圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー等が挙げられる。
The pressure disperser used in the first refinement process is a homogenizer including a homovalve and a homovalve seat. In miniaturization using a homogenizer, a homovalve and a homovalve seat are arranged so that a narrow gap is formed between them, and the cellulose fiber raw material dispersion is supplied to the gap at a high pressure and then discharged from the gap. To release the pressure to near atmospheric pressure. Thereby, a strong shearing force is applied to the cellulose fiber raw material dispersion to refine the cellulose fiber raw material.
Specific examples of the homogenizer include a high pressure homogenizer, an intermediate pressure homogenizer, and an ultrahigh pressure homogenizer.

圧力式分散機へのセルロース繊維原料分散液の供給圧力(ゲージ圧)は、50〜250MPaであることが好ましく、60〜180MPaであることがより好ましく、70〜150MPaであることがさらに好ましい。圧力式分散機へのセルロース繊維原料分散液の供給圧力が前記下限値以上であれば、セルロース繊維原料を充分に微細化でき、前記上限値以下であれば、エネルギー消費量をより抑えることができる。   The supply pressure (gauge pressure) of the cellulose fiber raw material dispersion to the pressure disperser is preferably 50 to 250 MPa, more preferably 60 to 180 MPa, and still more preferably 70 to 150 MPa. If the supply pressure of the cellulose fiber raw material dispersion to the pressure disperser is equal to or higher than the lower limit value, the cellulose fiber raw material can be sufficiently refined, and if it is equal to or lower than the upper limit value, energy consumption can be further suppressed. .

第2の微細化処理で使用する高速回転式分散機は、攪拌翼を備えたローターと、前記攪拌翼よりも外側に配置されたスクリーンとを備えたものである。この高速回転式分散機では、ローターを回転させて、セルロース繊維原料分散液を攪拌翼によって高速攪拌し、セルロース繊維原料分散液の吐出流を形成させ、その吐出流をスクリーンに通すことによって、セルロース繊維原料に強い剪断力を付与する。これにより、セルロース繊維原料を微細化する。
攪拌翼の形式としては、パドル翼、タービン翼、プロペラ翼等を用いることができる。
スクリーンの目孔の形状は円形状でもよいし、スリット状でもよい。スクリーンの目孔の形状が円形状である場合、その孔径は0.05〜5mmであることが好ましく、スクリーンの目孔の形状がスリット状である場合、その短手方向の開口幅は0.05〜5mmであることが好ましい。孔径または短手方向の開口幅が前記範囲であれば、充分に微細化できる。
スクリーンの形状としては特に制限はなく、例えば、攪拌翼を収容可能な円錐状としてもよいし、攪拌翼を挿入可能な円筒状でもよい。
ローターの回転周速は、20〜60m/秒とすることが好ましく、25〜50m/秒とすることがより好ましく、30〜40m/秒とすることがさらに好ましい。ここで、ローターの回転周速は、攪拌翼の最も外側の部分の周速である。ローターの回転周速が前記下限値以上であれば、充分に微細化でき、前記上限値以下であれば、過度のエネルギー消費をより防止できる。
攪拌翼の最も外側の部分とスクリーンとの隙間は0.05〜1mmであることが好ましく、0.1〜0.6mmであることがより好ましい。攪拌翼の最も外側の部分とスクリーンとの隙間が前記下限値以上であれば、攪拌翼とスクリーンとを容易に配置でき、前記上限値以下であれば、充分に微細化できる。
The high-speed rotary disperser used in the second miniaturization treatment is provided with a rotor provided with stirring blades and a screen arranged outside the stirring blades. In this high-speed rotary disperser, the cellulose fiber raw material dispersion is rotated at high speed with a stirring blade to form a discharge flow of the cellulose fiber raw material dispersion, and the discharge flow is passed through a screen by rotating the rotor. A strong shearing force is applied to the fiber material. Thereby, a cellulose fiber raw material is refined | miniaturized.
As the type of the stirring blade, a paddle blade, a turbine blade, a propeller blade, or the like can be used.
The shape of the eye holes of the screen may be circular or slit. When the shape of the screen hole is circular, the hole diameter is preferably 0.05 to 5 mm, and when the shape of the screen hole is slit, the opening width in the short direction is 0. 0 mm. It is preferable that it is 05-5 mm. If the hole diameter or the opening width in the lateral direction is within the above range, it can be sufficiently miniaturized.
There is no restriction | limiting in particular as a shape of a screen, For example, it may be conical shape which can accommodate a stirring blade, and cylindrical shape which can insert a stirring blade may be sufficient.
The rotational peripheral speed of the rotor is preferably 20 to 60 m / second, more preferably 25 to 50 m / second, and further preferably 30 to 40 m / second. Here, the rotational peripheral speed of the rotor is the peripheral speed of the outermost part of the stirring blade. If the rotational peripheral speed of the rotor is equal to or higher than the lower limit value, it can be sufficiently fined, and if it is equal to or lower than the upper limit value, excessive energy consumption can be further prevented.
The gap between the outermost part of the stirring blade and the screen is preferably 0.05 to 1 mm, and more preferably 0.1 to 0.6 mm. If the gap between the outermost part of the stirring blade and the screen is equal to or greater than the lower limit value, the stirring blade and the screen can be easily arranged, and if the gap is equal to or smaller than the upper limit value, the size can be sufficiently reduced.

微細化処理に供給するセルロース繊維原料分散液の固形分濃度は0.1〜20質量%であることが好ましく、0.5〜10質量%であることがより好ましい。セルロース繊維原料分散液の固形分濃度が前記下限値以上であれば、微細化処理の効率が向上し、前記上限値以下であれば、微細化処理装置内での閉塞を防止できる。
希釈するための分散媒としては、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合物が挙げられる。
It is preferable that the solid content concentration of the cellulose fiber raw material dispersion supplied to the micronization treatment is 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.5 to 10% by mass. If the solid content concentration of the cellulose fiber raw material dispersion is equal to or higher than the lower limit, the efficiency of the refining treatment is improved, and if it is equal to or lower than the upper limit, blockage in the refining treatment apparatus can be prevented.
Examples of the dispersion medium for dilution include water, an organic solvent, and a mixture of water and an organic solvent.

微細化工程においては、セルロース繊維原料分散液を、第1の微細化処理前に、リファイナー、ビーター、PFIミル等の、回転刃と該回転刃よりも外側に配置された固定刃もしくは回転刃を備えた叩解機によって微細化処理してもよい。
また、微細化工程においては、圧力式分散機、高速回転式分散機、叩解機以外の他の分散機によって微細化処理を施しても構わない。他の分散機としては、グラインダー、衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、超音波分散機、二軸押出機等が挙げられる。他の分散機による微細化は、微細化工程のどの時点でも構わない。
In the micronization step, the cellulose fiber raw material dispersion is subjected to a rotary blade and a fixed blade or a rotary blade arranged outside the rotary blade, such as a refiner, beater, and PFI mill, before the first micronization process. You may refine | miniaturize by the provided beating machine.
Further, in the miniaturization step, the miniaturization process may be performed by a disperser other than the pressure disperser, the high-speed rotary disperser, and the beater. Examples of other dispersers include a grinder, a collision grinder, a ball mill, a bead mill, a vibration mill, an ultrasonic disperser, and a twin screw extruder. Miniaturization by another disperser may be performed at any point in the miniaturization process.

<精製工程>
精製工程は、微細化工程後に、微細セルロース繊維分散液を精製する工程である。具体的に、本発明における精製工程では、微細セルロース繊維分散液に、第1の精製処理を施した後に第2の精製処理を施す。この精製工程では、微細化されずに残留した粗大繊維及び充分に微細化されなかった繊維を取り除いて、微細セルロース繊維の平均繊維幅が、好ましくは2〜50nmに、より好ましくは2〜30nmになるように精製する。
<Purification process>
A refinement | purification process is a process of refine | purifying a fine cellulose fiber dispersion liquid after a refinement | miniaturization process. Specifically, in the refining process in the present invention, the fine cellulose fiber dispersion is subjected to the first refining process and then the second refining process. In this purification step, coarse fibers remaining without being refined and fibers that have not been sufficiently refined are removed, and the average fiber width of the fine cellulose fibers is preferably 2 to 50 nm, more preferably 2 to 30 nm. To be purified.

第1の精製処理は、微細セルロース繊維分散液を、スクリーンでろ過する処理、及び、遠心分離する処理の少なくとも一方である。
第1の精製処理において遠心分離を適用する場合の遠心力は、1000〜5000Gであり、2000〜4000Gであることが好ましい。第1の精製処理における遠心力が前記下限値未満であると、精製が困難になり、前記上限値を超えると、精製に要するエネルギー消費量が過度に多くなる。
第1の精製処理における遠心分離においては、遠心力を容易に上記範囲にできる点で、デカンタが好適に使用される。また、遠心分離機を使用することもできる。
遠心分離後には、上澄み液を回収して、第2の精製処理に供する。
The first purification process is at least one of a process of filtering the fine cellulose fiber dispersion with a screen and a process of centrifuging.
The centrifugal force in the case of applying centrifugation in the first purification treatment is 1000 to 5000 G, and preferably 2000 to 4000 G. If the centrifugal force in the first purification treatment is less than the lower limit, purification becomes difficult, and if it exceeds the upper limit, energy consumption required for purification becomes excessively large.
In the centrifugation in the first purification treatment, a decanter is preferably used in that the centrifugal force can be easily within the above range. A centrifuge can also be used.
After centrifugation, the supernatant is recovered and subjected to a second purification process.

第1の精製処理においてスクリーンによるろ過を適用する場合、スクリーンとしては、目開き20μm以下、好ましくは15μm以下のものを用いる。スクリーンの目開きが前記上限値を超えると、平均繊維幅が小さい微細セルロース繊維が得られにくくなる。
一方、スクリーンの目開きは、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。スクリーンの目開きが前記下限値未満であると、目詰まりしてろ過が困難になるおそれがある。
上記目開き以外は、スクリーンとして、異物除去工程で用いるスクリーンと同様のものを用いることができるが、上記目開きに容易にできる点では、ワイヤーメッシュ、糸を緻密に密集させたろ材等が好ましい。
When filtration by a screen is applied in the first purification treatment, a screen having an opening of 20 μm or less, preferably 15 μm or less is used. When the mesh of the screen exceeds the upper limit, it becomes difficult to obtain fine cellulose fibers having a small average fiber width.
On the other hand, the opening of the screen is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. If the opening of the screen is less than the lower limit, it may be clogged and filtration may be difficult.
Except for the mesh opening, the same screen as that used in the foreign matter removing step can be used as the screen. However, in terms of easy opening to the mesh, a wire mesh, a filter medium in which yarns are densely packed, and the like are preferable. .

第2の精製処理は、第1の精製処理を施した微細セルロース繊維分散液を、さらに遠心分離する処理である。遠心分離後には、上澄み液を回収する。
第2の精製処理における遠心力は、10000〜20000Gであり、10000〜15000Gであることが好ましい。第2の精製処理における遠心力が前記下限値未満であると、平均繊維幅が小さい微細セルロース繊維が得られにくくなり、前記上限値を超えると、精製に要するエネルギー消費量が過度に多くなる。
第2の精製処理における遠心分離機においては、遠心力を容易に上記範囲にできる点で、遠心分離機が好適に使用される。
The second purification process is a process of further centrifuging the fine cellulose fiber dispersion subjected to the first purification process. After centrifugation, the supernatant is collected.
The centrifugal force in the second purification treatment is 10,000 to 20000 G, and preferably 10,000 to 15000 G. When the centrifugal force in the second refining treatment is less than the lower limit value, it becomes difficult to obtain fine cellulose fibers having a small average fiber width, and when the upper limit value is exceeded, the energy consumption required for refining is excessively increased.
In the centrifuge in the second purification treatment, a centrifuge is preferably used in that the centrifugal force can be easily within the above range.

また、精製工程では、上記の第1の精製処理及び第2の精製処理以外の他の精製処理を任意の時点で施しても構わない。
他の精製処理としては、第1の精製処理及び第2の精製処理以外の遠心条件の遠心分離処理、目開きが20μmを超え100μm未満のスクリーンを用いたろ過処理、クリーナーを用いた精製処理、フローテーターや加圧浮上装置を用い、比重の違いを利用して浮選分離する処理等が挙げられる。
他の精製処理における遠心分離においては、遠心分離機を使用することができる。遠心力が低い場合(1000G未満)には、デカンタを使用することも可能である。
スクリーンとしては、目開き以外は、第1の精製処理で用いるスクリーンと同様のものを用いることができる。他の精製処理で使用するスクリーンの目開きが20μm以下であると、第1の精製処理と重複し、100μm以上であると、目的とする精製が困難になることがある。
クリーナーとしては、異物除去工程で使用するクリーナーと同様のものを使用できるが、フォワード型クリーナーが好ましい。フォワード型クリーナーは、比重の大きなものを分離除去するのに用いられ、大きなセルロース繊維を分離除去するのに適している。
Further, in the purification step, a purification process other than the first purification process and the second purification process may be performed at an arbitrary time.
As other purification treatments, centrifugal treatment under centrifugal conditions other than the first purification treatment and the second purification treatment, filtration treatment using a screen having an opening of more than 20 μm and less than 100 μm, purification treatment using a cleaner, For example, a flotation separation using a difference in specific gravity using a floatator or a pressurized flotation device may be mentioned.
A centrifuge can be used for centrifugation in other purification processes. When the centrifugal force is low (less than 1000 G), a decanter can be used.
As the screen, the same screen as that used in the first purification treatment can be used except for the mesh. If the aperture of the screen used in other purification processes is 20 μm or less, the first purification process overlaps, and if it is 100 μm or more, the intended purification may be difficult.
As the cleaner, the same cleaner as that used in the foreign matter removing step can be used, but a forward type cleaner is preferred. The forward type cleaner is used for separating and removing a large specific gravity, and is suitable for separating and removing a large cellulose fiber.

精製処理する微細セルロース繊維分散液は、微細セルロース繊維の固形分濃度が0.01〜10質量%になるようにあらかじめ濃度調整することが好ましく、0.1〜5質量%になるように濃度調整することがより好ましい。微細セルロース繊維分散液の固形分濃度が前記下限値以上であれば、精製処理しやすくなり、前記上限値以下であれば、精製処理する装置内での閉塞を防止できる。   The fine cellulose fiber dispersion to be purified is preferably adjusted in advance so that the solid content concentration of the fine cellulose fiber is 0.01 to 10% by mass, and the concentration is adjusted to be 0.1 to 5% by mass. More preferably. If the solid content concentration of the fine cellulose fiber dispersion is equal to or higher than the lower limit value, purification treatment is facilitated. If the solid content concentration is equal to or lower than the upper limit value, blockage in the apparatus for purification treatment can be prevented.

<濃縮工程>
精製工程によって得られた微細セルロース繊維分散液を直ちに使用せずに輸送または保管する場合には、輸送コストや保管コストを削減するために、微細セルロース繊維の分散液を濃縮する濃縮工程を有して微細セルロース繊維含有物を得ることが好ましい。後述するように、微細セルロース繊維含有物は、輸送または保管終了後に、分散媒に再分散される。
濃縮工程における濃縮方法としては、凝集工程と濾過工程を有する方法(以下、「第1の濃縮法」という。)、加熱工程を有する方法(以下、「第2の濃縮法」という。)が挙げられる。再分散性が高い微細セルロース繊維含有物が容易に得られる点では、第1の濃縮法が好ましい。
濃縮工程に供される微細セルロース繊維分散液は、分散安定性の点から、微細セルロース繊維含有量が6質量%未満であることが好ましく、3.0質量%以下であることがより好ましい。濃縮工程に供される微細セルロース繊維分散液の微細セルロース繊維含有量は、微細セルロース繊維含有物の生産性の点から、0.2質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。
また、濃縮工程では、得られる微細セルロース繊維含有物における微細セルロース繊維の含有量を6〜80質量%にすることが好ましく、10〜50質量%にすることがより好ましく、12〜30質量%にすることがさらに好ましい。濃縮後の微細セルロース繊維の含有量を前記下限値以上にすれば、輸送コスト及び保管コストをより削減でき、前記上限値以下であれば、微細セルロース繊維含有物を容易に且つ短時間に製造できる。
<Concentration process>
When transporting or storing the fine cellulose fiber dispersion obtained by the purification process without immediately using it, it has a concentration process for concentrating the fine cellulose fiber dispersion to reduce transportation costs and storage costs. It is preferable to obtain a fine cellulose fiber-containing material. As will be described later, the fine cellulose fiber-containing material is re-dispersed in the dispersion medium after completion of transportation or storage.
Examples of the concentration method in the concentration step include a method having an aggregation step and a filtration step (hereinafter referred to as “first concentration method”) and a method having a heating step (hereinafter referred to as “second concentration method”). It is done. The 1st concentration method is preferable at the point from which the fine cellulose fiber containing material with high redispersibility is obtained easily.
The fine cellulose fiber dispersion used in the concentration step preferably has a fine cellulose fiber content of less than 6% by mass and more preferably 3.0% by mass or less from the viewpoint of dispersion stability. The fine cellulose fiber content of the fine cellulose fiber dispersion to be subjected to the concentration step is preferably 0.2% by mass or more and 0.5% by mass or more from the viewpoint of productivity of the fine cellulose fiber-containing product. More preferably.
Moreover, in a concentration process, it is preferable to make content of the fine cellulose fiber in the fine cellulose fiber containing material obtained into 6-80 mass%, It is more preferable to set it as 10-50 mass%, It is 12-30 mass% More preferably. If the content of the fine cellulose fiber after concentration is not less than the above lower limit value, the transportation cost and the storage cost can be further reduced, and if it is not more than the above upper limit value, the fine cellulose fiber-containing material can be produced easily and in a short time. .

(第1の濃縮法)
第1の濃縮法における凝集工程は、上記微細セルロース繊維分散液に含まれる微細セルロース繊維を凝集させる工程である。
微細セルロース繊維を凝集させる方法としては、微細セルロース繊維の表面電荷が負の場合には、微細セルロース繊維分散液に、多価金属の塩を含む凝集剤及び酸の少なくとも一方を添加する方法が挙げられる。微細セルロース繊維の表面電荷が正の場合には、微細セルロース繊維分散液に、多価金属の塩を含む凝集剤及びアルカリの少なくとも一方を添加する方法が挙げられる。
(First concentration method)
The aggregation step in the first concentration method is a step of aggregating the fine cellulose fibers contained in the fine cellulose fiber dispersion.
Examples of the method for aggregating the fine cellulose fibers include a method of adding at least one of an aggregating agent containing a polyvalent metal salt and an acid to the fine cellulose fiber dispersion when the surface charge of the fine cellulose fibers is negative. It is done. When the surface charge of the fine cellulose fiber is positive, a method of adding at least one of a flocculant containing a polyvalent metal salt and an alkali to the fine cellulose fiber dispersion may be mentioned.

凝集剤を添加する場合、その添加量は、微細セルロース繊維の固形分100質量部に対して0.5〜300質量部であることが好ましく、1.0〜50質量部であることがより好ましく、2〜30質量部であることがさらに好ましい。凝集剤添加量が前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維を容易に凝集させることができる。しかし、前記上限値を超えて添加しても凝集性はほとんど向上しないので、無益である。
酸を添加する場合、得られる微細セルロース繊維含有物のpHを4.0以下にすることが好ましく、3.0以下にすることがより好ましい。pHが前記上限値以下になるように酸を添加すると、負電荷の微細セルロース繊維を容易に凝集させることができ、濾過時間を短縮でき、短時間に微細セルロース繊維含有物を得ることができる。しかし、酸の添加量が少なく、pHが前記上限値を超える場合には、負電荷の微細セルロース繊維の凝集は弱く、次工程で濾過する際の分散媒除去が困難になる。
アルカリを添加する場合、微細セルロース繊維含有物のpHを10.0以上にすることが好ましく、12.0以上にすることがより好ましい。pHが前記下限値以上になるようにアルカリを添加すると、正電荷の微細セルロース繊維を容易に凝集させることができ、濾過時間を短縮でき、短時間に微細セルロース繊維含有物を得ることができる。しかし、アルカリの添加量が少なく、pHが前記下限値未満の場合には、正電荷の微細セルロース繊維の凝集は弱く、次工程で濾過する際の分散媒除去が困難になる。
When the flocculant is added, the addition amount is preferably 0.5 to 300 parts by mass, more preferably 1.0 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the fine cellulose fiber. More preferably, it is 2-30 mass parts. If the amount of the flocculant added is equal to or greater than the lower limit, the fine cellulose fibers can be easily aggregated. However, adding more than the above upper limit is useless because the cohesion is hardly improved.
When adding an acid, it is preferable to make pH of the fine cellulose fiber containing material obtained into 4.0 or less, and it is more preferable to set it as 3.0 or less. When an acid is added so that the pH is not more than the above upper limit, negatively charged fine cellulose fibers can be easily aggregated, the filtration time can be shortened, and a fine cellulose fiber-containing material can be obtained in a short time. However, when the amount of the acid added is small and the pH exceeds the upper limit, the aggregation of the negatively charged fine cellulose fibers is weak and it is difficult to remove the dispersion medium during filtration in the next step.
When adding an alkali, it is preferable to make pH of a fine cellulose fiber containing material 10.0 or more, and it is more preferable to make it 12.0 or more. When alkali is added so that the pH is equal to or higher than the lower limit, positively charged fine cellulose fibers can be easily aggregated, the filtration time can be shortened, and a fine cellulose fiber-containing material can be obtained in a short time. However, when the amount of alkali added is small and the pH is less than the lower limit, the aggregation of the positively charged fine cellulose fibers is weak and it is difficult to remove the dispersion medium during filtration in the next step.

第1の濃縮法における濾過工程は、凝集工程後の微細セルロース繊維分散液を濾過して分散媒を除去する工程である。
濾過工程における濾過方法としては、濾紙、濾布、樹脂製フィルター等の濾材を用いた公知の濾過方法を適用することができる。
濾材の開口径は、分散媒の分離性と濾過時間の点から、100〜3000nmであることが好ましく、200〜1000nmであることがより好ましい。
The filtration step in the first concentration method is a step of removing the dispersion medium by filtering the fine cellulose fiber dispersion after the aggregation step.
As a filtration method in the filtration step, a known filtration method using a filter medium such as filter paper, filter cloth, or resin filter can be applied.
The opening diameter of the filter medium is preferably 100 to 3000 nm, and more preferably 200 to 1000 nm, from the viewpoint of the separation property of the dispersion medium and the filtration time.

(第2の濃縮法)
第2の濃縮法における加熱工程は、微細セルロース繊維分散液を加熱し、分散媒を揮発させて除去する工程である。
加熱方法としては、上部が開放された容器に微細セルロース繊維分散液を充填し、その容器を加熱する方法、上部が開放された樋を加熱し、その樋に微細セルロース繊維分散液を流す方法、微細セルロース繊維分散液を直接加熱する方法等が挙げられる。
加熱温度は40〜120℃とすることが好ましく、60〜105℃とすることがより好ましい。加熱温度を前記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができ、前記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制及びセルロースの熱による分解を抑制できる。
(Second concentration method)
The heating step in the second concentration method is a step of heating the fine cellulose fiber dispersion to volatilize and remove the dispersion medium.
As a heating method, a container with an open top is filled with a fine cellulose fiber dispersion, the container is heated, a bowl with an open top is heated, and a fine cellulose fiber dispersion is poured into the bowl, The method etc. which heat a fine cellulose fiber dispersion directly are mentioned.
The heating temperature is preferably 40 to 120 ° C, more preferably 60 to 105 ° C. If the heating temperature is at least the lower limit, the dispersion medium can be volatilized quickly, and if it is not more than the upper limit, the cost required for heating and the decomposition of cellulose due to heat can be suppressed.

<再分散工程>
濃縮工程によって得た微細セルロース繊維含有物は、再分散工程によって微細セルロース繊維分散液に戻される。具体的には、再分散工程では、微細セルロース繊維含有物に分散媒を添加して微細セルロース繊維含有液を調製し、該微細セルロース繊維含有液に分散処理を施して、微細セルロース繊維分散液を再製造する。
再分散工程では、微細セルロース繊維分散液の微細セルロース繊維含有量を0.1〜10質量%にすることが好ましく、0.2〜3質量%にすることがより好ましい。微細セルロース繊維分散液の微細セルロース繊維含有量が前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維の分散安定性が高くなり、前記上限値以下であれば、微細セルロース繊維の粘性が高くなりすぎず、ハンドリングが比較的容易になる。
微細セルロース繊維分散液の微細セルロース繊維含有量は、分散媒の添加量によって調整でき、分散媒の添加量を多くする程、微細セルロース繊維含有量が低くなる。
<Redispersion process>
The fine cellulose fiber-containing material obtained by the concentration step is returned to the fine cellulose fiber dispersion by the redispersion step. Specifically, in the redispersion step, a dispersion medium is added to the fine cellulose fiber-containing material to prepare a fine cellulose fiber-containing liquid, and the fine cellulose fiber-containing liquid is subjected to a dispersion treatment to obtain a fine cellulose fiber dispersion. Remanufacture.
In the redispersion step, the fine cellulose fiber content of the fine cellulose fiber dispersion is preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 0.2 to 3% by mass. If the fine cellulose fiber content of the fine cellulose fiber dispersion is not less than the lower limit, the dispersion stability of the fine cellulose fibers will be high, and if it is not more than the upper limit, the viscosity of the fine cellulose fibers will not be too high, Handling becomes relatively easy.
The fine cellulose fiber content of the fine cellulose fiber dispersion can be adjusted by the addition amount of the dispersion medium. The more the addition amount of the dispersion medium, the lower the fine cellulose fiber content.

また、再分散工程においては、再分散性がより高くなることから、微細セルロース繊維の表面電荷が負の場合には、微細セルロース繊維含有液にアルカリを添加することが好ましい。微細セルロース繊維の表面電荷が正の場合には、酸を添加することが好ましい。再分散工程において添加するアルカリは、上記濃縮工程でのアルカリ処理で使用されるアルカリと同様のものである。また、酸についても上記濃縮工程で使用される酸と同様のものである。   Further, in the redispersion step, redispersibility becomes higher. Therefore, when the surface charge of the fine cellulose fibers is negative, it is preferable to add an alkali to the fine cellulose fiber-containing liquid. When the surface charge of the fine cellulose fiber is positive, it is preferable to add an acid. The alkali added in the redispersion step is the same as the alkali used in the alkali treatment in the concentration step. The acid is the same as the acid used in the concentration step.

微細セルロース繊維の表面電荷が負の場合には、アルカリの添加によって、微細セルロース繊維含有液のpH(23℃)を7以上にすることが好ましく、9以上にすることがより好ましく、11以上にすることがさらに好ましい。微細セルロース繊維含有液のpHを前記下限値以上にすれば、微細セルロース繊維の再分散性がより高くなる。微細セルロース繊維の表面電荷が正の場合には、酸の添加によって、微細セルロース繊維含有液のpH(23℃)を4〜7の範囲内にすることが好ましい。上記範囲内であれば微細セルロース繊維の再分散性がより高くなる。   When the surface charge of the fine cellulose fibers is negative, the pH (23 ° C.) of the fine cellulose fiber-containing liquid is preferably 7 or more, more preferably 9 or more, by addition of alkali, more preferably 11 or more. More preferably. If the pH of the fine cellulose fiber-containing liquid is set to the above lower limit or more, the redispersibility of the fine cellulose fibers becomes higher. When the surface charge of the fine cellulose fibers is positive, it is preferable to adjust the pH (23 ° C.) of the fine cellulose fiber-containing liquid within the range of 4 to 7 by adding an acid. If it is in the said range, the redispersibility of a fine cellulose fiber will become higher.

分散処理に用いる分散装置としては、例えば、上記微細化工程で用いた微細化処理装置と同様のものを使用することができる。微細化処理装置は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記分散装置を2種以上併用する場合には、1つずつを順に使用してもよいし、同時に使用してもよい。
微細セルロース繊維の含有量が高い微細セルロース繊維含有液でも微細セルロース繊維を容易に再分散できる点では、分散装置として超音波分散機を用いることが好ましい。
As a dispersion apparatus used for the dispersion process, for example, the same apparatus as the refinement process apparatus used in the above-described refinement process can be used. One type of miniaturization processing apparatus may be used alone, or two or more types may be used in combination. When two or more kinds of the dispersing devices are used in combination, one by one may be used in sequence or at the same time.
It is preferable to use an ultrasonic disperser as a dispersing device in that the fine cellulose fibers can be easily redispersed even in a fine cellulose fiber-containing liquid having a high content of fine cellulose fibers.

再分散工程では、再製造した微細セルロース繊維分散液に含まれる微細セルロース繊維の平均繊維幅Bと、上記濃縮工程に供した微細セルロース繊維分散液に含まれる微細セルロース繊維の平均繊維幅Aとの比(B/A)が好ましくは0.5〜2.0、より好ましくは0.5〜1.0になるように、分散処理条件、アルカリもしくは酸添加条件を選択する。B/Aが前記範囲内にあれば、再製造した微細セルロース繊維分散液に含まれる微細セルロース繊維の平均繊維幅が、濃縮工程に供した微細セルロース繊維分散液に含まれる微細セルロース繊維の繊維幅とほぼ同等もしくは細くなる。そのため、再製造した微細セルロース繊維分散液に含まれる微細セルロース繊維は、本来の微細セルロース繊維としての特性(高強度や高剛性、高寸法安定性、樹脂と複合化した際の高分散性、透明性)を得やすい。   In the redispersion step, the average fiber width B of the fine cellulose fibers contained in the remanufactured fine cellulose fiber dispersion and the average fiber width A of the fine cellulose fibers contained in the fine cellulose fiber dispersion subjected to the concentration step Dispersion treatment conditions, alkali or acid addition conditions are selected so that the ratio (B / A) is preferably 0.5 to 2.0, more preferably 0.5 to 1.0. If B / A is within the above range, the average fiber width of the fine cellulose fibers contained in the regenerated fine cellulose fiber dispersion is the fiber width of the fine cellulose fibers contained in the fine cellulose fiber dispersion subjected to the concentration step. It is almost the same as or thinner. Therefore, the fine cellulose fibers contained in the re-produced fine cellulose fiber dispersion have the characteristics as the original fine cellulose fibers (high strength, high rigidity, high dimensional stability, high dispersibility when combined with resin, transparent Easy to obtain).

<作用効果>
本発明では、精製工程によって微細セルロース繊維分散液を精製して粗大繊維を除去するため、微細セルロース繊維の外観を良好にできると共に物性を向上させることができる。微細セルロース繊維を樹脂やゴム等に配合した複合材料においては、粗大繊維は破壊の開始点になりやすい。そのため、精製工程によって粗大繊維を除去することにより、破壊の開始点が少なくなるため、複合材料の強度の低下やばらつきを防ぐことができる。
また、本発明者らが調べたところ、孔径20μm以下のスクリーンでろ過する処理や遠心力1000〜5000Gで遠心分離する第1の精製処理では、充分に精製できないが、エネルギー消費量は少なめであった。一方、遠心力10000〜20000Gで遠心分離する第2の精製処理では、充分に精製できるが、エネルギー消費量が多くなった。
本発明では、エネルギー消費の少ない第1の精製処理によって粗く微細化した後に第2の精製処理によって精製するため、微細セルロース繊維を円滑に精製することができる。そのため、精製に要するエネルギー消費量を抑えつつ、得られる微細セルロース繊維の繊維幅を充分に小さくできる。
<Effect>
In this invention, since a fine cellulose fiber dispersion liquid is refine | purified by a refinement | purification process and a coarse fiber is removed, the external appearance of a fine cellulose fiber can be made favorable and a physical property can be improved. In a composite material in which fine cellulose fibers are blended with resin, rubber or the like, coarse fibers are likely to be the starting point of destruction. For this reason, by removing coarse fibers by the refining step, the starting point of destruction is reduced, so that a decrease in strength and variation of the composite material can be prevented.
In addition, when the present inventors investigated, it was not possible to sufficiently purify by the process of filtering with a screen having a pore diameter of 20 μm or less or the first purification process of centrifuging at a centrifugal force of 1000 to 5000 G, but the energy consumption was small. It was. On the other hand, in the 2nd refinement | purification process centrifuged by the centrifugal force 10000-20000G, although it can fully refine | purify, the energy consumption increased.
In the present invention, fine cellulose fibers can be smoothly refined because they are coarsely refined by the first refining process with low energy consumption and then refined by the second refining process. Therefore, the fiber width of the obtained fine cellulose fiber can be sufficiently reduced while suppressing the energy consumption required for purification.

以下、本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>
(化学処理工程)
セルロース繊維原料として、カルボキシ基含有量0.06mmol/g、固形分濃度30質量%(水分70質量%)、絶乾質量換算で20gの広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)を用意した。上記LBKPを容器内に収容し、その容器にオゾン濃度200g/mのオゾン・酸素混合気体を30L導入し、25℃で2分間振とうした。このときのオゾン添加率はパルプ乾燥質量に対して30質量%であった。6時間静置した後、容器内のオゾンおよび空気を除去してオゾン酸化処理を終了した。処理終了後、イオン交換水で懸濁させ、加圧ろ過装置を用いて圧力0.5kg/cmにて脱水し、再度イオン交換水にて懸濁させて脱水するという操作を洗浄水のpHが6以上になるまで繰り返し、固形分濃度20質量%のオゾン酸化パルプを得た。この操作を10回繰り返し、それらを混合して絶乾質量換算で200gのオゾン酸化パルプを得た。
次いで、オゾン酸化パルプ1000g(絶乾質量換算で200g)に対し、塩酸によりpHを4〜5に調整した0.3質量%の亜塩素酸ナトリウム水溶液を2000g(セルロース繊維の絶乾質量に対して、亜塩素酸ナトリウムとして3質量%相当)添加し、70℃で3時間反応させて追酸化処理を施した。追酸化処理終了後、イオン交換水で懸濁させ、加圧ろ過装置で脱水し、再度イオン交換水にて懸濁させて脱水するという操作を洗浄水のpHが6以上になるまで繰り返して酸化処理パルプを得た。
上記酸化処理パルプ(絶乾質量換算で200g)にイオン交換水を添加して、固形分濃度2質量%の分散液を調製した。この分散液に水酸化ナトリウムを、水酸化ナトリウム濃度が0.3質量%になるよう添加し、5分間攪拌した後、室温で30分静置した。処理終了後、イオン交換水で懸濁させ、加圧ろ過装置で脱水し、再度イオン交換水にて懸濁させて脱水するという操作を洗浄水のpHが6以上になるまで繰り返してアルカリ処理パルプを含む分散液を得た。
<Example 1>
(Chemical treatment process)
As a cellulose fiber raw material, 20 g of hardwood bleached kraft pulp (LBKP) having a carboxy group content of 0.06 mmol / g, a solid content concentration of 30% by mass (water content of 70% by mass), and an absolute dry mass conversion was prepared. The LBKP was placed in a container, and 30 L of an ozone / oxygen mixed gas having an ozone concentration of 200 g / m 3 was introduced into the container and shaken at 25 ° C. for 2 minutes. The ozone addition rate at this time was 30 mass% with respect to the pulp dry mass. After standing for 6 hours, ozone and air in the container were removed, and the ozone oxidation treatment was completed. After the treatment, the operation of suspending in ion-exchanged water, dehydrating at a pressure of 0.5 kg / cm 2 using a pressure filtration device, and suspending again in ion-exchanged water and dehydrating is performed. Was repeated until 6 or more, and an ozone-oxidized pulp having a solid content concentration of 20% by mass was obtained. This operation was repeated 10 times, and they were mixed to obtain 200 g of ozone-oxidized pulp in terms of absolute dry mass.
Next, 1000 g of ozone-oxidized pulp (200 g in terms of absolute dry mass), 2000 g of 0.3 mass% sodium chlorite aqueous solution adjusted to pH 4 to 5 with hydrochloric acid (relative to the absolute dry mass of cellulose fibers) , Equivalent to 3% by mass as sodium chlorite) and reacted at 70 ° C. for 3 hours for additional oxidation treatment. After completion of the post-oxidation treatment, the operation of suspending in ion exchange water, dehydrating with a pressure filtration device, suspending again in ion exchange water and dehydrating is repeated until the pH of the washing water reaches 6 or higher. A treated pulp was obtained.
Ion exchange water was added to the oxidized pulp (200 g in terms of absolute dry mass) to prepare a dispersion having a solid content concentration of 2% by mass. Sodium hydroxide was added to this dispersion so that the sodium hydroxide concentration was 0.3% by mass, and the mixture was stirred for 5 minutes and then allowed to stand at room temperature for 30 minutes. After the treatment is completed, the suspension is suspended in ion-exchanged water, dehydrated with a pressure filtration device, suspended in ion-exchanged water and dehydrated again until the pH of the washing water reaches 6 or higher. A dispersion containing was obtained.

(異物除去工程)
次いで、前記アルカリ処理パルプを含む分散液を、開放振動型スクリーンである熊谷理機工業製の試験用フラットスクリーンに投入した。スクリーンとしては、スリット幅が0.25mmのスリット型目孔のものを用いた。
次いで、スクリーンを通過した分散液を回収し、加圧ろ過装置で脱水して、異物除去処理を施した分散液を得た。
(Foreign substance removal process)
Next, the dispersion liquid containing the alkali-treated pulp was put into a test flat screen manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., which is an open vibration type screen. As the screen, a screen having a slit-type eye with a slit width of 0.25 mm was used.
Next, the dispersion liquid that passed through the screen was collected and dehydrated with a pressure filtration device to obtain a dispersion liquid that had been subjected to foreign matter removal treatment.

(微細化工程)
次いで、異物除去処理を施したアルカリ処理パルプを含む分散液にイオン交換水を加えて、セルロース繊維濃度1.0質量%のセルロース繊維原料分散液を調製した。このセルロース繊維原料分散液から、500g(絶乾質量換算で5g)を取り出し、高圧ホモジナイザー(NiroSoavi社「Panda Plus 2000」)で、120MPa×1パス処理を行った。この操作を20回繰り返し、それらを混合することで、120MPa×1パス処理を行った分散液10000g(絶乾質量換算で100g)を得た。次いで、該分散液を、高速回転式分散機(エム・テクニック社製、クレアミックス−2.2S)を用いて、ローター回転数21500回転/分、ローター回転周速34m/秒の条件で1分間微細化処理して、微細セルロース繊維分散液を得た。
(Miniaturization process)
Subsequently, ion-exchange water was added to the dispersion liquid containing the alkali-treated pulp which performed the foreign material removal process, and the cellulose fiber raw material dispersion liquid with a cellulose fiber density | concentration of 1.0 mass% was prepared. From this cellulose fiber raw material dispersion, 500 g (5 g in terms of absolute dry mass) was taken out and subjected to a 120 MPa × 1 pass treatment with a high-pressure homogenizer (“Panda Plus 2000” manufactured by NiroSoavi). By repeating this operation 20 times and mixing them, 10000 g (100 g in terms of absolute dry mass) of a dispersion subjected to 120 MPa × 1 pass treatment was obtained. Next, the dispersion was used for 1 minute under the conditions of a rotor rotational speed of 21,500 rpm and a rotor rotational peripheral speed of 34 m / second using a high-speed rotary disperser (CL Technique-2.2S manufactured by M Technique Co., Ltd.). The fine cellulose fiber dispersion liquid was obtained by refinement treatment.

(精製工程)
得られた微細セルロース繊維分散液にイオン交換水を加えてセルロース濃度を0.5質量%に調整した後、濃度調整した2400mlの分散液を、遠心力3,000Gで1分間遠心分離(遠心分離機:コクサン社製「H−2000B」)した。これにより得た上澄みを回収し、その上澄みを、同じ遠心分離機を用いて遠心力12,000Gで1分間遠心分離し、上澄み液を回収した。
(Purification process)
After adding ion-exchanged water to the obtained fine cellulose fiber dispersion to adjust the cellulose concentration to 0.5% by mass, the concentration-adjusted 2400 ml dispersion is centrifuged (centrifugated) at a centrifugal force of 3,000 G for 1 minute. Machine: “H-2000B” manufactured by Kokusan Co., Ltd.). The supernatant thus obtained was recovered, and the supernatant was centrifuged at a centrifugal force of 12,000 G for 1 minute using the same centrifuge to recover the supernatant.

<実施例2>
精製工程において、遠心力3,000Gで1分間遠心分離する代わりに、孔径10μmのスクリーンを用いてセルロース濃度0.5質量%の微細セルロース繊維分散液を濾過した以外は実施例1と同様にして、上澄み液を得た。
<Example 2>
In the purification step, instead of centrifuging for 1 minute at a centrifugal force of 3,000 G, the same procedure as in Example 1 was conducted except that a fine cellulose fiber dispersion having a cellulose concentration of 0.5 mass% was filtered using a screen having a pore diameter of 10 μm. A supernatant was obtained.

<実施例3>
(化学処理工程)
リン酸二水素ナトリウム二水和物1.69g、リン酸水素二ナトリウム1.21gを3.39gの水に溶解させ、リン酸系化合物の水溶液(以下、「リン酸化試薬」という。)を得た。このリン酸化試薬のpHは25℃で6.0であった。
実施例1で用いたものと同様のLBKPを含水率80質量%になるようイオン交換水で希釈し、セルロース繊維原料分散液を得た。このセルロース繊維原料分散液200gに前記リン酸化試薬83.9g(乾燥パルプ100質量部に対してリン元素量として20質量部)を加え、105℃の送風乾燥機(ヤマト科学株式会社 DKM400)で15分に一度混練しながら質量が恒量となるまで乾燥させた。次いで、150℃の送風乾燥機で1時間加熱処理して、セルロースにリン酸基を導入した。
次いで、リン酸基を導入したセルロースに4000mlのイオン交換水を加えて攪拌し、加圧ろ過装置を用いて脱水した。この操作を3回繰り返した。脱水後のパルプを4000mlのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1Nの水酸化ナトリウム水溶液70mlを少しずつ添加し、pHが12〜13のアルカリ処理パルプ分散液を得た。その後、このアルカリ処理パルプ分散液を加圧ろ過装置で脱水し、再度イオン交換水を加えて加圧ろ過装置で脱水するという操作を、洗浄液のpHが7以下になるまで繰り返して、セルロース繊維原料分散液を得た。
<Example 3>
(Chemical treatment process)
1.69 g of sodium dihydrogen phosphate dihydrate and 1.21 g of disodium hydrogen phosphate are dissolved in 3.39 g of water to obtain an aqueous solution of a phosphoric acid compound (hereinafter referred to as “phosphorylation reagent”). It was. The pH of this phosphorylating reagent was 6.0 at 25 ° C.
LBKP similar to that used in Example 1 was diluted with ion-exchanged water so that the water content was 80% by mass to obtain a cellulose fiber raw material dispersion. To 200 g of this cellulose fiber raw material dispersion, 83.9 g of the phosphorylating reagent (20 parts by mass as the amount of phosphorus element with respect to 100 parts by mass of dried pulp) is added, and the mixture is 15 by a blow dryer (Yamato Scientific Co., Ltd. DKM400) at 105 ° C. It was dried until the mass became constant while kneading once a minute. Subsequently, it heat-processed with the 150 degreeC ventilation drying machine for 1 hour, and introduce | transduced the phosphate group into the cellulose.
Next, 4000 ml of ion-exchanged water was added to the cellulose into which phosphate groups had been introduced, and the mixture was stirred and dehydrated using a pressure filtration device. This operation was repeated three times. The dehydrated pulp was diluted with 4000 ml of ion-exchanged water, and 70 ml of 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little with stirring to obtain an alkali-treated pulp dispersion having a pH of 12 to 13. Thereafter, the operation of dehydrating this alkali-treated pulp dispersion with a pressure filtration device, adding ion-exchanged water again and dehydrating with a pressure filtration device is repeated until the pH of the washing liquid becomes 7 or less, and the cellulose fiber raw material A dispersion was obtained.

(異物除去工程、微細化工程、精製工程)
異物除去工程、微細化工程、精製工程を実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
(Foreign substance removal process, refinement process, purification process)
The supernatant of the fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except for the foreign matter removing step, the finening step, and the purification step.

<実施例4>
(化学処理工程)
実施例1で用いたものと同様のLBKPを105℃で3時間乾燥させて水分3質量%以下の乾燥パルプを得た。次いで、その乾燥パルプ200gと無水マレイン酸200g(乾燥パルプ100質量部に対して100質量部)とをオートクレーブに充填し、150℃で2時間処理した。次いで、無水マレイン酸で処理されたパルプにイオン交換水4000gを添加し、加圧ろ過装置を用いて脱水した。この操作を3回繰り返した。脱水後のパルプを4000mlのイオン交換水に分散させて、無水マレイン酸処理パルプ分散液を得た。
次いで、無水マレイン酸処理パルプ分散液を攪拌しながら、4Nの水酸化ナトリウム水溶液500mLを少しずつ添加してpHを12〜13に調整して、パルプをアルカリ処理した。その後、pHが8以下になるまで、アルカリ処理後のパルプを、加圧ろ過装置を用いて洗浄して、セルロース繊維原料分散液を得た。
<Example 4>
(Chemical treatment process)
The same LBKP as used in Example 1 was dried at 105 ° C. for 3 hours to obtain a dry pulp having a moisture content of 3% by mass or less. Next, 200 g of the dried pulp and 200 g of maleic anhydride (100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dried pulp) were filled in an autoclave and treated at 150 ° C. for 2 hours. Next, 4000 g of ion-exchanged water was added to the pulp treated with maleic anhydride and dehydrated using a pressure filtration device. This operation was repeated three times. The dehydrated pulp was dispersed in 4000 ml of ion exchange water to obtain a maleic anhydride treated pulp dispersion.
Next, while stirring the maleic anhydride-treated pulp dispersion, 500 mL of 4N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little to adjust the pH to 12-13, and the pulp was alkali-treated. Thereafter, the pulp after the alkali treatment was washed using a pressure filtration device until the pH became 8 or less to obtain a cellulose fiber raw material dispersion.

(異物除去工程、微細化工程、精製工程)
異物除去工程、微細化工程、精製工程を実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
(Foreign substance removal process, refinement process, purification process)
The supernatant of the fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except for the foreign matter removing step, the finening step, and the purification step.

<実施例5>
(化学処理工程)
実施例1で用いたものと同様のLBKPを絶乾質量換算で200g用意した。これを、20gの臭化ナトリウム、3.2gのTEMPO触媒(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシラジカル)を溶解させたイオン交換水17000mlに分散させた。64.5g/Lの次亜塩素酸ナトリウム水溶液580mlを、0.1M塩酸にてpH10に調整し、これを、TEMPO触媒を含むイオン交換水に分散させたLBKPに添加して反応を開始させた。反応は室温で行った。反応中、pHが低下していったが、随時20g/L水酸化ナトリウム水溶液を添加しながらpHを10に保持した。反応を開始して4時間経過すると、pHが低下しなくなったため、この時点で反応終了とした。反応終了後、イオン交換水で懸濁させ、加圧ろ過装置で脱水し、再度イオン交換水を加えて加圧ろ過装置で脱水するという操作を、洗浄液のpHが7以下になるまで繰り返した。これにより、TEMPO酸化パルプを得た。
上記TEMPO酸化パルプに、亜塩素酸ナトリウム180g、酢酸600g、イオン交換水7000mlを添加し、20g/L水酸化ナトリウム水溶液にてpHを4.5に調整した。室温にて48時間保持して反応させた。反応終了後、イオン交換水で懸濁させ、加圧ろ過装置で脱水し、再度イオン交換水を加えて加圧ろ過装置で脱水するという操作を、洗浄液のpHが6以上になるまで繰り返して、セルロース繊維原料分散液を得た。
<Example 5>
(Chemical treatment process)
200 g of LBKP similar to that used in Example 1 was prepared in terms of absolute dry mass. This was dispersed in 17000 ml of ion-exchanged water in which 20 g of sodium bromide, 3.2 g of TEMPO catalyst (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical) was dissolved. 580 ml of 64.5 g / L sodium hypochlorite aqueous solution was adjusted to pH 10 with 0.1 M hydrochloric acid, and this was added to LBKP dispersed in ion-exchanged water containing a TEMPO catalyst to initiate the reaction. . The reaction was performed at room temperature. During the reaction, the pH decreased, but the pH was maintained at 10 while adding a 20 g / L aqueous sodium hydroxide solution as needed. After 4 hours from the start of the reaction, the pH was not lowered, so the reaction was terminated at this point. After completion of the reaction, the operation of suspending in ion exchange water, dehydrating with a pressure filtration device, adding ion exchange water again and dehydrating with a pressure filtration device was repeated until the pH of the washing solution became 7 or less. Thereby, TEMPO oxidized pulp was obtained.
180 g of sodium chlorite, 600 g of acetic acid, and 7000 ml of ion-exchanged water were added to the TEMPO oxidized pulp, and the pH was adjusted to 4.5 with a 20 g / L aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was held for 48 hours at room temperature. After completion of the reaction, suspend in ion-exchanged water, dehydrate in a pressure filtration device, repeat the operation of adding ion-exchanged water again and dehydrating in a pressure filtration device until the pH of the cleaning solution becomes 6 or more, A cellulose fiber raw material dispersion was obtained.

(異物除去工程、微細化工程、精製工程)
異物除去工程、微細化工程、精製工程を実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
(Foreign substance removal process, refinement process, purification process)
The supernatant of the fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except for the foreign matter removing step, the finening step, and the purification step.

<実施例6>
(化学処理工程)
実施例1で用いたものと同様のLBKPを絶乾質量換算で200g用意した。そのLBKPをイオン交換水で希釈して濃度3質量%にし、0.1質量%硫酸でpH6に調整し、50℃になるまで水浴で温めた。次いで、温めたLBKPを含む液に、酵素optimaseCX7L(Genencor社製)をパルプ(固形分換算)に対して3質量%添加し、50℃、1時間撹拌しながら反応させて、酵素処理を施した。その後、95℃以上、20分間加熱して、酵素を失活させて、酵素処理分散液を得た。その酵素処理分散液を、セルロース含有量が1質量%における電導度が10μS/cm以下になるまで、イオン交換水での懸濁と加圧ろ過装置での脱水を繰り返して、セルロース繊維原料分散液を得た。
<Example 6>
(Chemical treatment process)
200 g of LBKP similar to that used in Example 1 was prepared in terms of absolute dry mass. The LBKP was diluted with ion-exchanged water to a concentration of 3% by mass, adjusted to pH 6 with 0.1% by mass sulfuric acid, and warmed in a water bath until 50 ° C. was reached. Next, the enzyme optimase CX7L (manufactured by Genencor) was added to the liquid containing warm LBKP by 3% by mass with respect to the pulp (in terms of solid content), and reacted with stirring at 50 ° C. for 1 hour to perform the enzyme treatment. . Then, it heated at 95 degreeC or more for 20 minutes, the enzyme was deactivated, and the enzyme treatment dispersion liquid was obtained. The enzyme-treated dispersion is repeatedly suspended in ion-exchanged water and dehydrated with a pressure filtration device until the conductivity at a cellulose content of 1% by mass is 10 μS / cm or less, and the cellulose fiber raw material dispersion Got.

(異物除去工程、微細化工程、精製工程)
異物除去工程、微細化工程、精製工程を実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
(Foreign substance removal process, refinement process, purification process)
The supernatant of the fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except for the foreign matter removing step, the finening step, and the purification step.

<実施例7>
(化学処理工程)
実施例1で用いたものと同様のLBKPを、ナイアガラビーター(容量23リットル、東西精器社製)で200分間叩解し、パルプ分散液(パルプ濃度2質量%)を得た。得られたパルプ分散液を遠心脱水機(株式会社コクサン製)により、12000rpm、15分の条件で脱液して、パルプ濃度を25質量%にまで濃縮した。次に、回転数を800rpmに調節した攪拌装置(IKA社製)に、その濃縮した分散液を乾燥質量で60質量部、水酸化ナトリウムを7質量部、イソプロピルアルコール(IPA)を2352質量部、水を588質量部仕込んだ。次いで、30℃で30分混合攪拌した後に、80℃まで昇温し、カチオン化剤としてグリシジルトリメチルアンモニウムクロライドを有効分換算で120質量部添加した。そして、1時間反応させた後に、反応物を取り出して中和、洗浄、濃縮して、25質量%濃度のカチオン化パルプを含むセルロース繊維原料分散液を得た。
<Example 7>
(Chemical treatment process)
LBKP similar to that used in Example 1 was beaten with a Niagara beater (capacity: 23 liters, manufactured by Tozai Seiki Co., Ltd.) for 200 minutes to obtain a pulp dispersion (pulp concentration: 2% by mass). The obtained pulp dispersion was drained with a centrifugal dehydrator (manufactured by Kokusan Co., Ltd.) under the conditions of 12000 rpm and 15 minutes, and the pulp concentration was concentrated to 25% by mass. Next, in a stirrer (manufactured by IKA) whose rotation speed is adjusted to 800 rpm, the concentrated dispersion is 60 parts by mass by dry mass, 7 parts by mass of sodium hydroxide, 2352 parts by mass of isopropyl alcohol (IPA), 588 parts by mass of water was charged. Subsequently, after mixing and stirring at 30 ° C. for 30 minutes, the temperature was raised to 80 ° C., and 120 parts by mass of glycidyltrimethylammonium chloride as a cationizing agent was added in terms of effective amount. And after making it react for 1 hour, the reaction material was taken out, neutralized, wash | cleaned, and concentrated, and the cellulose fiber raw material dispersion liquid containing the cationized pulp of a 25 mass% density | concentration was obtained.

(異物除去工程、微細化工程、精製工程)
異物除去工程、微細化工程、精製工程を実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
(Foreign substance removal process, refinement process, purification process)
The supernatant of the fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except for the foreign matter removing step, the finening step, and the purification step.

<比較例1>
精製工程において、12,000G,1分間の遠心分離を省略した以外は実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
<Comparative Example 1>
In the purification step, a supernatant of a fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that centrifugation at 12,000 G for 1 minute was omitted.

<比較例2>
精製工程において、12,000G,1分間の遠心分離を省略した以外は実施例2と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
<Comparative example 2>
In the purification step, a supernatant of a fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 2 except that the centrifugation at 12,000 G for 1 minute was omitted.

<比較例3>
精製工程において、3,000G,1分間の遠心分離を省略した以外は実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
<Comparative Example 3>
In the purification step, a supernatant of a fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the centrifugation at 3,000 G for 1 minute was omitted.

<比較例4>
精製工程において、12,000G,1分間の遠心分離を省略し、3,000G,1分間の遠心分離を10分にした以外は実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
<Comparative example 4>
In the purification step, the supernatant of the fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the centrifugation at 12,000 G for 1 minute was omitted and the centrifugation at 3,000 G for 1 minute was made 10 minutes. Obtained.

<比較例5>
精製工程において、3,000G,1分間の遠心分離を省略し、12,000G,1分間の遠心分離を10分にした以外は実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
<Comparative Example 5>
In the purification step, the supernatant of the fine cellulose fiber dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the centrifugation at 3,000 G for 1 minute was omitted and the centrifugation at 12,000 G for 1 minute was made 10 minutes. Obtained.

<比較例6>
精製工程において、3,000Gで1分間遠心分離した後に12,000Gで1分間遠心分離する代わりに、1,000Gで1分間遠心分離した後に3,000Gで1分間遠心分離した以外は実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
<Comparative Example 6>
Example 1 except that in the purification step, instead of centrifuging at 3,000 G for 1 minute and then at 12,000 G for 1 minute, centrifuging at 1,000 G for 1 minute and then centrifuging at 3,000 G for 1 minute In the same manner as above, a supernatant of a fine cellulose fiber dispersion was obtained.

<比較例7>
精製工程において、3,000G,1分間の遠心分離と12,000G,1分間の遠心分離の順序を入れ替えて、12,000Gで1分間遠心分離した後に3,000Gで1分間遠心分離した以外は実施例1と同様にして、微細セルロース繊維分散液の上澄み液を得た。
<Comparative Example 7>
In the purification step, the order of centrifugation at 3,000 G for 1 minute and that at 12,000 G for 1 minute were changed, and the mixture was centrifuged at 12,000 G for 1 minute and then centrifuged at 3,000 G for 1 minute. In the same manner as in Example 1, a supernatant of a fine cellulose fiber dispersion was obtained.

(評価)
上澄み液に含まれる微細セルロース繊維の平均繊維幅を上記段落0009に記載の方法で測定した。それら測定結果を表1に示す。
また、得られた微細セルロース繊維の平均繊維幅が50μm以下であった場合のみ、精製工程において1kgの微細セルロース繊維を製造するのに要する電力原単位を、微細セルロース繊維量と遠心分離機の消費電力量より求めた。その結果を表1に示す。なお、表1の電力原単位の欄の「−」は未測定であることを意味している。
(Evaluation)
The average fiber width of fine cellulose fibers contained in the supernatant was measured by the method described in paragraph 0009 above. The measurement results are shown in Table 1.
In addition, only when the average fiber width of the obtained fine cellulose fibers is 50 μm or less, the basic unit of electric power required to produce 1 kg of fine cellulose fibers in the purification process is determined by the amount of fine cellulose fibers and the consumption of the centrifuge. Obtained from the amount of electric power. The results are shown in Table 1. In addition, “-” in the column of the power consumption unit in Table 1 means that it has not been measured.

Figure 0005807632
Figure 0005807632

精製工程において3000Gの遠心分離の後に12000Gの遠心分離をおこなった実施例1〜7では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできた上に、精製に要する電力消費量が少なかった。
精製工程において3000Gの遠心分離をおこなった後に、12000Gの遠心分離をおこなわなかった比較例1では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできなかった。
精製工程においてスクリーンによるろ過をおこなった後に、12000Gの遠心分離をおこなわなかった比較例2では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできなかった。
精製工程において3000Gの遠心分離をおこなわずに12000Gの遠心分離をおこなった比較例3では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできなかった。
精製工程において3000Gの遠心分離を10分間のみおこなった比較例4では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできなかった。
精製工程において12000Gの遠心分離を10分間のみおこなった比較例5では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできたが、精製に要する電力消費量が多かった。
精製工程において1000Gの遠心分離の後に3000Gの遠心分離をおこなった比較例6では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできなかった。
12000Gの遠心分離を3000Gの遠心分離よりも先にした比較例7では、微細セルロース繊維の平均繊維幅を充分に小さくできなかった。
In Examples 1 to 7, which were subjected to 12000 G centrifugation after 3000 G centrifugation in the purification step, the average fiber width of the fine cellulose fibers could be sufficiently reduced, and the power consumption required for purification was small.
In Comparative Example 1 in which the 12000 G centrifugation was not performed after the 3000 G centrifugation in the purification step, the average fiber width of the fine cellulose fibers could not be sufficiently reduced.
In Comparative Example 2 in which 12000 G centrifugation was not performed after filtration through a screen in the purification process, the average fiber width of the fine cellulose fibers could not be sufficiently reduced.
In Comparative Example 3 in which the 12000 G centrifugation was performed without performing the 3000 G centrifugation in the purification step, the average fiber width of the fine cellulose fibers could not be sufficiently reduced.
In Comparative Example 4 in which centrifugation at 3000 G was performed only for 10 minutes in the purification step, the average fiber width of the fine cellulose fibers could not be sufficiently reduced.
In Comparative Example 5, in which the 12,000 G centrifugation was performed for 10 minutes in the purification step, the average fiber width of the fine cellulose fibers could be sufficiently reduced, but the power consumption required for purification was large.
In Comparative Example 6, in which the centrifugal separation of 3000 G was performed after the centrifugal separation of 1000 G in the purification process, the average fiber width of the fine cellulose fibers could not be sufficiently reduced.
In Comparative Example 7 in which the 12000G centrifugation was performed before the 3000G centrifugation, the average fiber width of the fine cellulose fibers could not be sufficiently reduced.

Claims (1)

セルロース繊維を含むセルロース繊維原料分散液に、セルロース繊維の平均繊維幅が2〜50nmになるように微細化処理を施して微細セルロース繊維分散液を得る微細化工程と、前記微細セルロース繊維分散液に第1の精製処理を施した後に第2の精製処理を施す精製工程とを有し、
前記第1の精製処理は、微細セルロース繊維分散液を、目開き20μm以下のスクリーンでろ過する処理、及び、遠心力1000〜5000Gで遠心分離する処理の少なくとも一方であり、
第2の精製処理は、第1の精製処理を施した微細セルロース繊維分散液を、遠心力10000〜20000Gで遠心分離する処理である、微細セルロース繊維の製造方法。
A refinement step for obtaining a fine cellulose fiber dispersion by subjecting the cellulose fiber raw material dispersion containing cellulose fibers to a refinement treatment so that the average fiber width of the cellulose fibers is 2 to 50 nm, and the fine cellulose fiber dispersion A purification step of performing a second purification treatment after the first purification treatment,
The first purification process is at least one of a process of filtering the fine cellulose fiber dispersion with a screen having an opening of 20 μm or less, and a process of centrifuging with a centrifugal force of 1000 to 5000 G.
The second purification treatment is a method for producing fine cellulose fibers, which is a treatment of centrifuging the fine cellulose fiber dispersion subjected to the first purification treatment with a centrifugal force of 10,000 to 20,000 G.
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