JP5843463B2 - Fibrous material - Google Patents

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Description

本発明は、セルロース繊維及び導電性ポリマーを含有し、高い導電性を有する繊維状物に関する。   The present invention relates to a fibrous material containing cellulose fibers and a conductive polymer and having high conductivity.

従来、有限な資源である石油由来のプラスチック材料が多用されていたが、近年、環境に対する負荷の少ない技術が脚光を浴びるようになり、斯かる技術背景の下、天然に多量に存在するバイオマスであるセルロース繊維を使った材料が注目され、これに関して種々の改良技術が提案されている。   Conventionally, plastic materials derived from petroleum, which is a finite resource, have been widely used, but in recent years, technologies with less environmental impact have come to the spotlight. A material using a certain cellulose fiber has attracted attention, and various improved techniques have been proposed in this regard.

例えば特許文献1には、セルロース繊維等の植物繊維を備える第一成分とポリアニリン等の合成導電性重合体からなる第二成分とを含む、導電性を有する繊維組成物の製造方法が記載されている。特許文献1に記載の技術によれば、導電性重合体に対応する単量体と該重合体のドーピング薬剤としての有機スルホン酸とを水溶液中で反応させて錯体又は塩を形成し、該錯体又は塩を繊維に浸透させた後、重合反応を可能にする触媒又は酸化剤を添加して該単量体を該繊維中で重合(現場重合)させることにより、該単量体の重合体(導電性重合体)が該繊維の表面及び内部にしっかりと付着するようになり、該繊維を用いた湿式抄紙において、繊維ウェブの形成前に該重合体が実質的に水で洗い流されないようになるとされている。   For example, Patent Document 1 describes a method for producing a conductive fiber composition, which includes a first component having plant fibers such as cellulose fibers and a second component made of a synthetic conductive polymer such as polyaniline. Yes. According to the technique described in Patent Document 1, a complex or salt is formed by reacting a monomer corresponding to a conductive polymer and an organic sulfonic acid as a doping agent for the polymer in an aqueous solution. Alternatively, after a salt is infiltrated into the fiber, a catalyst or an oxidizing agent that enables a polymerization reaction is added to polymerize the monomer in the fiber (in situ polymerization), thereby polymerizing the monomer ( The conductive polymer) adheres firmly to the surface and the interior of the fiber so that in wet papermaking using the fiber, the polymer is not substantially washed away with water before forming the fiber web. It is supposed to be.

また本出願人は、先に、平均繊維径200nm以下のセルロース繊維を含み且つ該セルロース繊維を構成するセルロースのカルボキシル基含有量が0.1〜2mmol/gである、ガスバリア用材料を提案した(特許文献2)。このセルロース繊維は、木材パルプ等の天然セルロース繊維をTEMPO触媒の下で酸化処理し、得られた酸化物の分散液をミキサー等で微細化処理することにより得られるもので、従来のナノファイバーと呼ばれる繊維よりも更に微小な繊維径をもつ微細セルロース繊維である。尚、特許文献2には、この微細セルロース繊維やその製造中間体(前記酸化物)を導電性材料に用いることやそのための工夫は記載されていない。   The applicant previously proposed a gas barrier material containing cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm or less and having a carboxyl group content of 0.1 to 2 mmol / g of cellulose constituting the cellulose fibers ( Patent Document 2). This cellulose fiber is obtained by oxidizing natural cellulose fibers such as wood pulp under a TEMPO catalyst, and then refining the resulting oxide dispersion with a mixer or the like. It is a fine cellulose fiber having a finer fiber diameter than the called fiber. Patent Document 2 does not describe the use of this fine cellulose fiber or its production intermediate (the oxide) as a conductive material or any device for that purpose.

特表2006−522233号公報JP 2006-522233 A 特開2009−57552号公報JP 2009-57552 A

特許文献1に記載の技術を利用して得られる繊維組成物は、通常の木材パルプ(機械パルプ、化学パルプ)に導電性重合体が付着してなるものであるところ、該繊維組成物の使用時において、木材パルプから導電性重合体が脱落する不都合が十分に防止されているとは言い難く、導電性材料としての機能を安定的に奏し得ないおそれがあった。   The fiber composition obtained using the technique described in Patent Document 1 is obtained by attaching a conductive polymer to ordinary wood pulp (mechanical pulp, chemical pulp). At times, it is difficult to say that the inconvenience of the conductive polymer falling off from the wood pulp is sufficiently prevented, and the function as the conductive material may not be stably achieved.

従って本発明の課題は、セルロース繊維と導電性ポリマーとを含有する繊維状物であって、導電性ポリマーの脱落が生じ難く、導電性材料として有用な繊維状物を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fibrous material containing cellulose fibers and a conductive polymer, which is less likely to drop off the conductive polymer and is useful as a conductive material.

本発明者らは、特許文献2に記載の微細セルロース繊維(セルロースナノファイバー)を用いた新規な導電性材料について種々検討した結果、該微細セルロース繊維あるいはその製造中間体であるセルロース繊維の酸化物、即ち、セルロースのカルボキシル基含有量が0.1〜3mmol/gであるセルロース繊維(酸化セルロース繊維)に、導電性ポリマーが付着した構造を有する繊維状物が、高い導電性を有し且つ該導電性ポリマーの脱落が生じ難いものであることを知見した。   As a result of various studies on a novel conductive material using the fine cellulose fiber (cellulose nanofiber) described in Patent Document 2, the present inventors have found that the fine cellulose fiber or an oxide of cellulose fiber that is an intermediate for production thereof. That is, a fibrous material having a structure in which a conductive polymer is attached to cellulose fibers (oxidized cellulose fibers) having a carboxyl group content of cellulose of 0.1 to 3 mmol / g has high conductivity and It was found that the conductive polymer is unlikely to fall off.

本発明は、前記知見に基づきなされたもので、カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維と導電性ポリマーとを含む繊維状物、及び該繊維状物を含む成形体を提供することにより、前記課題を解決したものである。   This invention is made | formed based on the said knowledge, and provides the fibrous body containing the cellulose fiber of carboxyl group content 0.1-3 mmol / g, and a conductive polymer, and the molded object containing this fibrous body. This solves the problem.

また本発明は、前記繊維状物の製造方法であって、(i)前記セルロース繊維に酸化剤を吸着させて繊維中間体を得る工程、及び(ii)前記繊維中間体とモノマーとを混合し、該繊維中間体にて該モノマーを重合させて前記導電性ポリマーを得る工程を有する、繊維状物の製造方法を提供することにより、前記課題を解決したものである。   The present invention is also a method for producing the fibrous material, wherein (i) a step of obtaining a fiber intermediate by adsorbing an oxidizing agent to the cellulose fiber, and (ii) mixing the fiber intermediate and a monomer. The above-mentioned problem is solved by providing a method for producing a fibrous material, which comprises a step of polymerizing the monomer with the fiber intermediate to obtain the conductive polymer.

また本発明は、前記繊維状物の製造方法であって、(i)前記セルロース繊維に酸化剤を吸着させて繊維中間体を得る工程、(ii)前記繊維中間体を洗浄する工程、及び(iii)前記繊維中間体とモノマーとを混合し、該繊維中間体にて該モノマーを重合させて前記導電性ポリマーを得る工程を有する、繊維状物の製造方法を提供することにより、前記課題を解決したものである。   Moreover, this invention is a manufacturing method of the said fibrous material, Comprising: (i) The process which makes an oxidizing agent adsorb | suck to the said cellulose fiber, and obtains a fiber intermediate, (ii) The process of wash | cleaning the said fiber intermediate, and ( iii) Providing a method for producing a fibrous material, comprising the steps of mixing the fiber intermediate and a monomer, and polymerizing the monomer in the fiber intermediate to obtain the conductive polymer. It has been solved.

本発明の繊維状物及びこれを含む成形体は、導電性ポリマーの脱落が生じ難く、導電性材料として有用である。また、本発明の繊維状物の製造方法は、本発明の繊維状物を安定的に提供することができる。   The fibrous material of the present invention and a molded body including the fibrous material are less likely to cause the conductive polymer to fall off and are useful as a conductive material. Moreover, the manufacturing method of the fibrous material of this invention can provide the fibrous material of this invention stably.

本発明の繊維状物は、(1)カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維と、(2)導電性ポリマーとの2成分を必須成分と含んでいる。本発明においては、繊維状物にこれら2成分が含有されていれば良く、その含有形態は特に制限されず、繊維状物が所定の導電性を有しうる範囲で適宜の含有形態を選択することができる。本発明の繊維状物におけるこれら2成分の好ましい含有形態は、セルロース繊維に導電性ポリマーが付着した形態である。以下に各成分について詳細に説明する。   The fibrous material of the present invention contains two components, (1) cellulose fiber having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g and (2) a conductive polymer as essential components. In the present invention, it is sufficient that these two components are contained in the fibrous material, and the content is not particularly limited, and an appropriate content is selected as long as the fibrous material can have a predetermined conductivity. be able to. A preferable form of inclusion of these two components in the fibrous material of the present invention is a form in which a conductive polymer is attached to cellulose fibers. Each component will be described in detail below.

本発明に係るセルロース繊維は、カルボキシル基含有量(該セルロース繊維を構成するセルロースのカルボキシル基含有量)が0.1〜3mmol/g、好ましくは0.4〜1.8mmol/g、更に好ましくは0.6〜1.5mmol/gである。本発明の繊維状物は、カルボキシル基含有量が斯かる範囲にあるセルロース繊維を原料として製造され、その結果として、該セルロース繊維を含んで構成されている。カルボキシル基含有量は下記測定方法により測定される。   The cellulose fiber according to the present invention has a carboxyl group content (carboxyl group content of cellulose constituting the cellulose fiber) of 0.1 to 3 mmol / g, preferably 0.4 to 1.8 mmol / g, more preferably. 0.6 to 1.5 mmol / g. The fibrous material of the present invention is produced using cellulose fibers having a carboxyl group content in such a range as a raw material, and as a result, is configured to include the cellulose fibers. The carboxyl group content is measured by the following measuring method.

<カルボキシル基含有量の測定方法>
乾燥質量0.5gのセルロース繊維を100mlビーカーにとり、イオン交換水を加えて全体で55mlとし、そこに0.01M塩化ナトリウム水溶液5mlを加えて分散液を調製し、セルロース繊維が十分に分散するまで該分散液を攪拌する。この分散液に0.1M塩酸を加えてpHを2.5〜3に調整し、自動滴定装置(AUT−50、東亜ディーケーケー(株)製)を用い、0.05M水酸化ナトリウム水溶液を待ち時間60秒の条件で該分散液に滴下し、1分ごとの電導度及びpHの値を測定し、pH11程度になるまで測定を続け、電導度曲線を得る。この電導度曲線から、水酸化ナトリウム滴定量を求め、次指揮により、セルロース繊維のカルボキシル基含有量を算出する。
カルボキシル基含有量(mmol/g)=水酸化ナトリウム滴定量×水酸化ナトリウム水溶液濃度(0.05M)/セルロース繊維の質量(0.5g)
<Measurement method of carboxyl group content>
Take a cellulose fiber with a dry mass of 0.5 g in a 100 ml beaker, add ion-exchanged water to make a total of 55 ml, add 5 ml of 0.01 M sodium chloride aqueous solution to prepare a dispersion, and until the cellulose fibers are sufficiently dispersed The dispersion is stirred. 0.1M hydrochloric acid is added to this dispersion to adjust the pH to 2.5-3, and 0.05M sodium hydroxide aqueous solution is waited for using an automatic titrator (AUT-50, manufactured by Toa DKK Co., Ltd.). The solution is dropped into the dispersion under the condition of 60 seconds, and the conductivity and pH values are measured every minute, and the measurement is continued until the pH is about 11, thereby obtaining an conductivity curve. From this conductivity curve, a sodium hydroxide titration amount is obtained, and the carboxyl group content of the cellulose fiber is calculated by the next command.
Carboxyl group content (mmol / g) = sodium hydroxide titration × sodium hydroxide aqueous solution concentration (0.05 M) / mass of cellulose fiber (0.5 g)

本発明に係るセルロース繊維、即ち、カルボキシル基含有量が0.1〜3mmol/gであるセルロース繊維は、ナノサイズの繊維径をもったセルロース繊維である、セルロースナノファイバーであっても良い。以下、本明細書における「本発明に係るセルロース繊維」という用語には、特に断らない限り、セルロースナノファイバーも含まれる。本発明に係るセルロースナノファイバーの平均繊維径は、好ましくは200nm以下、更に好ましくは50nm以下、特に好ましくは10〜1nmである。平均繊維径は下記測定方法により測定される。   The cellulose fiber according to the present invention, that is, the cellulose fiber having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g may be a cellulose nanofiber which is a cellulose fiber having a nano-sized fiber diameter. Hereinafter, unless otherwise specified, the term “cellulose fiber according to the present invention” in this specification includes cellulose nanofibers. The average fiber diameter of the cellulose nanofiber according to the present invention is preferably 200 nm or less, more preferably 50 nm or less, and particularly preferably 10 to 1 nm. The average fiber diameter is measured by the following measuring method.

<平均繊維径の測定方法>
固形分濃度で0.0001質量%のセルロース繊維に水を加えて分散液を調製し、該分散液を、マイカ(雲母)上に滴下して乾燥したものを観察試料として、原子間力顕微鏡(NanoNaVi IIe, SPA400,エスアイアイナノテクノロジー(株)製、プローブは 同社製 SI−DF40Alを使用)を用いて、該観察試料中のセルロース繊維の繊維高さを測定する。セルロース繊維が確認できる顕微鏡画像において、セルロース繊維を5本以上抽出し、それらの繊維高さから平均繊維径を算出する。一般に高等植物から調製されるセルロースナノファイバーの最小単位は36×36の分子鎖がほぼ正方形の形でパッキングされていることから、前記原子間力顕微鏡画像で分析できる高さを繊維の径と見なすことができる。
<Measurement method of average fiber diameter>
Water is added to 0.0001% by mass of cellulose fibers at a solid content concentration to prepare a dispersion, and the dispersion is dropped onto mica (mica) and dried, and an atomic force microscope ( NanoNaVi IIe, SPA400, manufactured by SII Nano Technology, Inc., and the probe uses SI-DF40Al manufactured by the same company), and the fiber height of the cellulose fiber in the observed sample is measured. In a microscopic image in which cellulose fibers can be confirmed, five or more cellulose fibers are extracted, and the average fiber diameter is calculated from the fiber heights. In general, the smallest unit of cellulose nanofibers prepared from higher plants is a 36 × 36 molecular chain packed in a substantially square shape. Therefore, the height that can be analyzed by the atomic force microscope image is regarded as the fiber diameter. be able to.

前記カルボキシル基含有量は、セルロースナノファイバーを安定的に得る上でも重要な要素である。即ち、天然セルロースの生合成の過程においては、通常、ミクロフィブリルと呼ばれるナノファイバーがまず形成され、これらが多束化して高次な固体構造を構築しているところ、本発明で用いるセルロースナノファイバーは、後述するように、これを原理的に利用して得られるものであり、天然由来のセルロース固体原料においてミクロフィブリル間の強い凝集力の原動となっている表面間の水素結合を弱めるために、その一部を酸化し、カルボキシル基に変換することによって得られる。従って、セルロースに存在するカルボキシル基の量の総和(カルボキシル基含有量)が多い方が、より微小な繊維径として安定に存在することができ、また水中においては、電気的な反発力が生じることにより、ミクロフィブリルが凝集を維持せずにばらばらになろうとする傾向が高まり、ナノファイバーの分散安定性がより増大する。前記カルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満では、繊維径200nm以下という微小な繊維径をもつセルロースナノファイバーとして得られ難くなり、また、水等の極性溶媒中における分散安定性が低下するおそれがある。   The carboxyl group content is an important factor in stably obtaining cellulose nanofibers. That is, in the process of biosynthesis of natural cellulose, usually, nanofibers called microfibrils are first formed, and these are bundled to form a higher-order solid structure. Cellulose nanofibers used in the present invention As will be described later, this is obtained by using this in principle, in order to weaken the hydrogen bond between the surfaces, which is the driving force of the strong cohesive force between microfibrils in the naturally-derived cellulose solid raw material. , Part of which is obtained by oxidation and conversion to a carboxyl group. Therefore, the larger the total amount of carboxyl groups present in the cellulose (carboxyl group content), the smaller the fiber diameter, the more stable it can exist, and the electrical repulsive force is generated in water. As a result, the tendency of the microfibrils to break apart without maintaining aggregation is increased, and the dispersion stability of the nanofibers is further increased. When the carboxyl group content is less than 0.1 mmol / g, it is difficult to obtain cellulose nanofibers having a fine fiber diameter of 200 nm or less, and dispersion stability in a polar solvent such as water may be reduced. There is.

本発明の繊維状物は、カルボキシル基含有量が0.1〜3mmol/gの範囲にあるセルロース繊維を含んでいることに起因して、熱分解開始温度が、天然セルロース繊維〔カルボキシル基含有量が前記範囲の下限値(0.1mmol/g)未満のセルロース繊維〕に比して低い。本発明の繊維状物の熱分解開始温度は、好ましくは150〜250℃、更に好ましくは180〜230℃である。従って、該繊維状物に含まれるセルロース繊維がカルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gであるかどうかは、熱分解開始温度を測定することでも判別できる。熱分解開始温度は、熱重量分析装置(例えば、セイコーインスツルメンツ(株)製のTG/DTA6300等)を使用して、下記熱重量分析条件下で繊維状物を熱分解させ、該繊維状物の熱分解開始温度を測定することで測定できる。熱重量分析条件:約10mgの繊維状物を窒素流下において、以下の設定温度で熱重量分析を行う。30℃から500℃まで昇温(速度40℃/分)、500℃で30分保持、500℃から30℃まで降温(速度40℃/分)。   Since the fibrous material of the present invention contains cellulose fibers having a carboxyl group content in the range of 0.1 to 3 mmol / g, the pyrolysis start temperature is a natural cellulose fiber [carboxyl group content. Is lower than the lower limit (0.1 mmol / g) of the above range]. The thermal decomposition start temperature of the fibrous material of the present invention is preferably 150 to 250 ° C, more preferably 180 to 230 ° C. Therefore, whether the cellulose fiber contained in the fibrous material has a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g can also be determined by measuring the thermal decomposition start temperature. The pyrolysis start temperature is determined by thermally decomposing the fibrous material under the following thermogravimetric analysis conditions using a thermogravimetric analyzer (eg, TG / DTA6300 manufactured by Seiko Instruments Inc.). It can be measured by measuring the thermal decomposition starting temperature. Thermogravimetric analysis conditions: Thermogravimetric analysis of about 10 mg of fibrous material under nitrogen flow at the following set temperature. The temperature was raised from 30 ° C. to 500 ° C. (rate 40 ° C./min), held at 500 ° C. for 30 minutes, and the temperature was lowered from 500 ° C. to 30 ° C. (rate 40 ° C./min).

本発明に係るセルロース繊維は、平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、好ましくは10〜1000、更に好ましくは10〜500、特に好ましくは100〜350である。平均アスペクト比が斯かる範囲にあるセルロース繊維を本発明の繊維状物の材料として用いることで、後述する方法によって得られる該繊維状物と成形可能な高分子材料とを含む成形体において、少ない該繊維状物の含有率でも高い導電性が奏される。平均アスペクト比は下記測定方法により測定される。   The cellulose fiber according to the present invention has an average aspect ratio (fiber length / fiber diameter) of preferably 10 to 1000, more preferably 10 to 500, and particularly preferably 100 to 350. By using a cellulose fiber having an average aspect ratio in such a range as a material for the fibrous material of the present invention, the molded body containing the fibrous material obtained by the method described later and a moldable polymer material is small. High conductivity is exhibited even with the content of the fibrous material. The average aspect ratio is measured by the following measurement method.

<平均アスペクト比の測定方法>
平均アスペクト比は、セルロース繊維に水を加えて調製した分散液(セルロース繊維の質量濃度0.005〜0.04質量%)の粘度から算出する。分散液の粘度は、レオメーター(MCR、DG42(二重円筒)、PHYSICA社製)を用いて20℃で測定する。分散液のセルロース繊維の質量濃度と分散液の水に対する比粘度との関係から、下記式(1)によりセルロース繊維のアスペクト比を逆算し、これを平均アスペクト比とする。下記式(1)は、The Theory of Polymer Dynamics,M.DOI and D.F.EDWARDS,CLARENDON PRESS・OXFORD,1986,P312に記載の剛直棒状分子の粘度式(8.138)と、Lb2×ρ=M/NAの関係〔式中、Lは繊維長、bは繊維幅(セルロース繊維断面は正方形とする)、ρはセルロース繊維の濃度(kg/m3)、Mは分子量、NAはアボガドロ数を表す〕から導出される。尚、粘度式(8.138)において、剛直棒状分子=セルロース繊維とした。また、下記式(1)中、ηSPは比粘度、πは円周率、lnは自然対数、Pはアスペクト比(L/b)、γ=0.8、ρSは分散媒の密度(kg/m3)、ρ0はセルロース結晶の密度(kg/m3)、Cはセルロースの質量濃度(C=ρ/ρS)を表す。
<Measuring method of average aspect ratio>
The average aspect ratio is calculated from the viscosity of a dispersion liquid prepared by adding water to cellulose fibers (mass concentration of cellulose fibers: 0.005 to 0.04 mass%). The viscosity of the dispersion is measured at 20 ° C. using a rheometer (MCR, DG42 (double cylinder), manufactured by PHYSICA). From the relationship between the mass concentration of the cellulose fibers in the dispersion and the specific viscosity of the dispersion with respect to water, the aspect ratio of the cellulose fibers is calculated by the following formula (1) to obtain the average aspect ratio. The following formula (1) is obtained from The Theory of Polymer Dynamics, M .; DOI and D.D. F. EDWARDS, CLARENDON PRESS · OXFORD, 1986 , P312 viscosity rigid-rod molecules according to equation (8.138), the relationship wherein the Lb 2 × ρ = M / N A, L is the fiber length, b is fiber width (The cross section of the cellulose fiber is a square), ρ is the concentration of the cellulose fiber (kg / m 3 ), M is the molecular weight, and N A is the Avogadro number. In the viscosity formula (8.138), rigid rod-like molecules = cellulose fibers. In the following formula (1), η SP is the specific viscosity, π is the circumference ratio, ln is the natural logarithm, P is the aspect ratio (L / b), γ = 0.8, ρ S is the density of the dispersion medium ( kg / m 3 ), ρ 0 represents the density of cellulose crystals (kg / m 3 ), and C represents the mass concentration of cellulose (C = ρ / ρ S ).

Figure 0005843463
Figure 0005843463

本発明に係るセルロース繊維(カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維)は、天然セルロース繊維を酸化することにより製造することができるものであり、酸化セルロース繊維である。具体的には、先ず、水中に天然セルロース繊維を分散させたスラリーを調製する。スラリーは、原料となる天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約10〜1000倍量(質量基準)の水を加え、ミキサー等で処理することにより得られる。天然セルロース繊維としては、例えば、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等の木材パルプ;コットンリンター、コットンリントのような綿系パルプ;麦わらパルプ、バガスパルプ等の非木材系パルプ;バクテリアセルロース等が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。天然セルロース繊維は、叩解等の表面積を高める処理が施されていても良い。   The cellulose fiber (cellulose fiber having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g) according to the present invention can be produced by oxidizing natural cellulose fiber, and is an oxidized cellulose fiber. Specifically, first, a slurry in which natural cellulose fibers are dispersed in water is prepared. The slurry is obtained by adding about 10 to 1000 times (mass basis) of water to the natural cellulose fiber (absolute dry basis) as a raw material, and processing with a mixer or the like. Examples of natural cellulose fibers include wood pulp such as softwood pulp and hardwood pulp; cotton pulp such as cotton linter and cotton lint; non-wood pulp such as straw pulp and bagasse pulp; bacterial cellulose and the like. These 1 type can be used individually or in combination of 2 or more types. The natural cellulose fiber may be subjected to a treatment for increasing the surface area such as beating.

次に、水中においてN−オキシル化合物を酸化触媒として天然セルロース繊維を酸化処理する。セルロースの酸化触媒として使用可能なN−オキシル化合物としては、例えば、TEMPO、4−アセトアミド−TEMPO、4−カルボキシ−TEMPO、4−フォスフォノオキシ−TEMPO等を用いることができる。これらN−オキシル化合物の添加は触媒量で十分であり、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して0.1〜10質量%となる範囲である。   Next, natural cellulose fibers are oxidized in water using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst. Examples of N-oxyl compounds that can be used as an oxidation catalyst for cellulose include TEMPO, 4-acetamido-TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO, and the like. A catalytic amount is sufficient for the addition of these N-oxyl compounds, and is usually in a range of 0.1 to 10% by mass with respect to natural cellulose fibers (absolute dry basis) used as a raw material.

前記天然セルロース繊維の酸化処理においては、酸化剤(例えば、次亜ハロゲン酸又はその塩、亜ハロゲン酸又はその塩、過ハロゲン酸又はその塩、過酸化水素、過有機酸等)と、共酸化剤(例えば、臭化ナトリウム等の臭化アルカリ金属)とを併用する。酸化剤としては、特に、次亜塩素酸ナトリウムや次亜臭素酸ナトリウム等のアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩が好ましい。酸化剤の使用量は、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約1〜100質量%となる範囲である。また、共酸化剤の使用量は、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約1〜30質量%となる範囲である。   In the oxidation treatment of the natural cellulose fiber, cooxidation with an oxidizing agent (for example, hypohalous acid or a salt thereof, hypohalous acid or a salt thereof, perhalogenic acid or a salt thereof, hydrogen peroxide, a perorganic acid, etc.) An agent (for example, an alkali metal bromide such as sodium bromide) is used in combination. As the oxidizing agent, alkali metal hypohalites such as sodium hypochlorite and sodium hypobromite are particularly preferable. The amount of the oxidizing agent used is usually in the range of about 1 to 100% by mass with respect to the natural cellulose fiber (absolute dry standard) used as a raw material. Moreover, the usage-amount of a co-oxidant is the range used as about 1-30 mass% normally with respect to the natural cellulose fiber (absolute dry reference | standard) used as a raw material.

また、前記天然セルロース繊維の酸化処理においては、酸化反応を効率良く進行させる観点から、反応液(前記スラリー)のpHは9〜12の範囲で維持されることが望ましい。また、酸化処理の温度(前記スラリーの温度)は、1〜50℃において任意であるが、室温で反応可能であり、特に温度制御は必要としない。また、反応時間は1〜240分間が望ましい。   Moreover, in the oxidation treatment of the natural cellulose fiber, the pH of the reaction solution (the slurry) is preferably maintained in the range of 9 to 12 from the viewpoint of allowing the oxidation reaction to proceed efficiently. The temperature of the oxidation treatment (the temperature of the slurry) is arbitrary at 1 to 50 ° C., but the reaction is possible at room temperature, and no temperature control is required. The reaction time is preferably 1 to 240 minutes.

前記天然セルロース繊維の酸化処理後、精製処理を実施し、未反応の酸化剤や各種副生成物等の、前記スラリー中に含まれる酸化セルロース繊維及び水以外の不純物を除去する。この精製処理は、例えば水洗とろ過を繰り返す精製法によって実施することができ、その際に用いる精製装置は特に制限されない。こうして、目的とする酸化セルロース繊維(カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維)が得られる。酸化セルロース繊維の形態は特に制限されず、例えば乾燥した繊維状や粉末状にすることができる。酸化セルロース繊維は、前記酸化処理により天然セルロース繊維におけるセルロース構成単位のC6位の水酸基がアルデヒド基を経由してカルボキシル基へと選択的に酸化されており、前記酸化処理の出発物質である天然セルロース繊維に比して、カルボキシル基含有量が増加している。   After the oxidation treatment of the natural cellulose fiber, a purification treatment is performed to remove impurities other than the oxidized cellulose fiber and water contained in the slurry, such as unreacted oxidant and various by-products. This purification treatment can be carried out, for example, by a purification method that repeats washing with water and filtration, and the purification device used in that case is not particularly limited. In this way, the target oxidized cellulose fiber (cellulose fiber having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g) is obtained. The form of the oxidized cellulose fiber is not particularly limited, and can be, for example, a dried fiber or powder. In the oxidized cellulose fiber, the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose constituent unit in the natural cellulose fiber is selectively oxidized to a carboxyl group through an aldehyde group by the oxidation treatment, and natural cellulose which is a starting material for the oxidation treatment Compared to the fiber, the carboxyl group content is increased.

本発明では、セルロース繊維として、このような天然セルロース繊維の酸化処理によって得られた酸化セルロース繊維をそのまま用いることもできるが、前述したように、ナノサイズの繊維径をもった(平均繊維径が好ましくは200nm以下である)セルロースナノファイバーを用いることもできる。セルロースナノファイバーは、前記酸化セルロース繊維を原料として次の方法により製造することができるものであり、酸化セルロース繊維の一種である。即ち、本発明で用いるセルロースナノファイバーは、天然セルロース繊維を酸化して酸化セルロース繊維を得る酸化反応工程、及び該酸化セルロース繊維を微細化処理する微細化工程を含む製造方法により得ることができる。前記酸化反応工程は、前記酸化処理と同じであり、通常、前記精製処理を含む。   In the present invention, as the cellulose fiber, an oxidized cellulose fiber obtained by oxidation treatment of such natural cellulose fiber can be used as it is, but as described above, it has a nano-sized fiber diameter (the average fiber diameter is Cellulose nanofibers (preferably 200 nm or less) can also be used. The cellulose nanofiber can be produced by the following method using the oxidized cellulose fiber as a raw material, and is a kind of oxidized cellulose fiber. That is, the cellulose nanofibers used in the present invention can be obtained by a production method including an oxidation reaction step of oxidizing natural cellulose fibers to obtain oxidized cellulose fibers, and a refining step of refining the oxidized cellulose fibers. The oxidation reaction step is the same as the oxidation treatment, and usually includes the purification treatment.

前記微細化工程では、天然セルロース繊維の前記酸化処理及び前記精製処理によって得られた酸化セルロース繊維を、水等の溶媒中に分散させてこれに微細化処理を施す。酸化セルロース繊維は斯かる微細化工程を経ることにより、平均繊維径及び平均アスペクト比がそれぞれ前記範囲にあるセルロースナノファイバーとされる。   In the refinement step, the oxidized cellulose fiber obtained by the oxidation treatment and the purification treatment of the natural cellulose fiber is dispersed in a solvent such as water and subjected to the refinement treatment. Oxidized cellulose fibers are made into cellulose nanofibers having an average fiber diameter and an average aspect ratio in the above-mentioned range by passing through such a refinement step.

前記微細化処理において、分散媒としての溶媒は通常は水が好ましいが、水以外にも目的に応じて水に可溶な有機溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類等)を使用しても良く、これらの混合物も好適に使用できる。また、微細化処理で使用する分散機としては、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等を用いることができる。また、微細化処理における酸化セルロース繊維の固形分濃度は50質量%以下が好ましい。該固形分濃度が50質量%を超えると、分散に極めて高いエネルギーを必要とするため好ましくない。   In the above-mentioned micronization treatment, the solvent as the dispersion medium is usually preferably water, but water-soluble organic solvents (alcohols, ethers, ketones, etc.) may be used in addition to water depending on the purpose. These mixtures can also be suitably used. Examples of the disperser used in the miniaturization process include a disaggregator, a beater, a low pressure homogenizer, a high pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short shaft extruder, a twin screw extruder, and an ultrasonic stirrer. A home juicer mixer or the like can be used. The solid content concentration of the oxidized cellulose fiber in the refining treatment is preferably 50% by mass or less. When the solid content concentration exceeds 50% by mass, it is not preferable because extremely high energy is required for dispersion.

前記微細化工程後に得られるセルロースナノファイバーの形態としては、必要に応じ、固形分濃度を調整した懸濁液状、あるいは乾燥処理した粉末状(但し、セルロース繊維が凝集した粉末状であり、セルロース粒子を意味するものではない)とすることもできる。尚、懸濁液状にする場合、分散媒として水のみを使用しても良く、水と他の有機溶媒(例えば、エタノール等のアルコール類)や界面活性剤、酸、塩基等との混合溶媒を使用しても良い。   As the form of the cellulose nanofibers obtained after the above-mentioned micronization step, it is a suspension in which the solid content concentration is adjusted, or a powder that has been subjected to a drying treatment (however, a powder in which cellulose fibers are aggregated, and cellulose particles Does not mean that). In the case of a suspension, only water may be used as a dispersion medium, and a mixed solvent of water and other organic solvents (for example, alcohols such as ethanol), surfactants, acids, bases, etc. May be used.

このような天然セルロース繊維の酸化処理及び微細化処理により、セルロース構成単位のC6位の水酸基がアルデヒド基を経由してカルボキシル基へと選択的に酸化され、前記カルボキシル基含有量が0.1〜3mmol/gのセルロースからなる、平均繊維径が好ましくは200nm以下の微細化された高結晶性セルロース繊維(セルロースナノファイバー)を得ることができる。この高結晶性セルロース繊維は、セルロースI型結晶構造を有している。これは、本発明で用いるセルロースナノファイバーが、I型結晶構造を有する天然由来のセルロース固体原料が表面酸化され微細化された繊維であることを意味する。即ち、天然セルロース繊維は、その生合成の過程において生産されるミクロフィブリルと呼ばれる微細な繊維が多束化して高次な固体構造を構築しており、そのミクロフィブリル間の強い凝集力(表面間の水素結合)を、前記酸化処理によるアルデヒド基あるいはカルボキシル基の導入によって弱め、更に前記微細化処理を経ることで、セルロースナノファイバーが得られる。そして、前記酸化処理の条件を調整することにより、前記カルボキシル基含有量を所定範囲内にて増減させ、極性を変化させたり、該カルボキシル基の静電反発や前記微細化処理により、セルロース繊維の平均繊維径、平均繊維長、平均アスペクト比等を制御することができる。   By such oxidation treatment and refinement treatment of natural cellulose fiber, the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose constituent unit is selectively oxidized to a carboxyl group via an aldehyde group, and the carboxyl group content is 0.1 to 0.1. Highly crystalline cellulose fibers (cellulose nanofibers) made of 3 mmol / g cellulose and having an average fiber diameter of preferably 200 nm or less can be obtained. This highly crystalline cellulose fiber has a cellulose I-type crystal structure. This means that the cellulose nanofiber used in the present invention is a fiber obtained by surface-oxidizing and refining a naturally-derived cellulose solid raw material having an I-type crystal structure. In other words, natural cellulose fibers have a high-order solid structure in which fine fibers called microfibrils produced in the process of biosynthesis are bundled to form a high-order solid structure. The cellulose nanofibers can be obtained by weakening the hydrogen bond) by introducing the aldehyde group or carboxyl group by the oxidation treatment, and further through the refinement treatment. Then, by adjusting the conditions of the oxidation treatment, the carboxyl group content is increased or decreased within a predetermined range, the polarity is changed, or the electrostatic repulsion of the carboxyl group or the refinement treatment is performed on the cellulose fiber. The average fiber diameter, average fiber length, average aspect ratio, etc. can be controlled.

本発明の繊維状物は、カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維(酸化セルロース繊維)に加えて、導電性ポリマーを含んでいる。本発明の繊維状物において、導電性ポリマーは、好ましくは、酸化セルロース繊維に付着しており、導電性ポリマーと酸化セルロース繊維とが一体となっている。後述する本発明の繊維状物の製造方法によれば、酸化セルロース繊維(セルロースナノファイバー)の表面に導電性ポリマーが均一に付着した形態の繊維状物が安定的に得られる。   The fibrous material of the present invention contains a conductive polymer in addition to cellulose fibers (oxidized cellulose fibers) having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g. In the fibrous material of the present invention, the conductive polymer is preferably attached to the oxidized cellulose fiber, and the conductive polymer and the oxidized cellulose fiber are integrated. According to the method for producing a fibrous material of the present invention described later, a fibrous material having a conductive polymer uniformly attached to the surface of oxidized cellulose fiber (cellulose nanofiber) can be stably obtained.

本発明に係る導電性ポリマーとしては、導電性を有する高分子材料として公知のものを特に制限なく用いることができ、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオフェン等が挙げられ、これらの1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも特に、セルロース繊維への付着性の観点から、ポリピロール及びポリアニリンからなる群から選択される1種以上が好ましい。   As the conductive polymer according to the present invention, a known polymer material having conductivity can be used without particular limitation, and examples thereof include polypyrrole, polyaniline, polyacetylene, polythiophene, and the like. Or in combination of two or more. Among these, in particular, at least one selected from the group consisting of polypyrrole and polyaniline is preferable from the viewpoint of adhesion to cellulose fibers.

本発明の繊維状物における導電性ポリマーの含有量は、好ましくは10〜90質量%、更に好ましくは30〜80質量%である。本発明の繊維状物は、特に実用上十分な導電性(帯電防止性)を発揮しうる観点から、その表面抵抗率が104〜108Ω/□(又はΩ/sq.、以後Ω/□と表記する)、とりわけ105Ω/□未満のレベルにあることが好ましい。表面抵抗率が同値であれば、導電性ポリマーの含有量は低い方が好ましく、表面抵抗率を前記範囲にする観点から、導電性ポリマーの含有量は前記範囲にあることが好ましい。導電性ポリマーの含有量は、後述する繊維状物の製造前後の重量変化や、熱重量分析による熱分解温度の違いを利用して算出できる。繊維状物の表面抵抗率は、後述する方法によって測定され、該繊維状物を含む本発明の成形体の表面抵抗率と等しい。 The content of the conductive polymer in the fibrous material of the present invention is preferably 10 to 90% by mass, more preferably 30 to 80% by mass. The fibrous material of the present invention has a surface resistivity of 10 4 to 10 8 Ω / □ (or Ω / sq., Hereinafter referred to as Ω / sq.), Particularly from the viewpoint of exhibiting practically sufficient conductivity (antistatic property). In particular, it is preferably at a level of less than 10 5 Ω / □. If the surface resistivity is the same value, the content of the conductive polymer is preferably low, and the content of the conductive polymer is preferably in the above range from the viewpoint of setting the surface resistivity in the above range. The content of the conductive polymer can be calculated by using a change in weight before and after the production of the fibrous material described later and a difference in thermal decomposition temperature by thermogravimetric analysis. The surface resistivity of the fibrous material is measured by a method described later, and is equal to the surface resistivity of the molded article of the present invention including the fibrous material.

本発明の繊維状物は、前述した酸化セルロース繊維及び導電性ポリマーに加えて、好ましくは鉄イオンを含んでおり、該鉄イオンは、本発明の繊維状物において該酸化セルロース繊維のカルボキシル基に吸着している。より具体的には、後述する本発明の繊維状物の製造方法においては、酸化セルロース上で(酸化セルロースの表面及び/又は内部で)モノマーを重合させて導電性ポリマーを得る工程を実施し且つ該工程に先立ち、該酸化セルロース繊維に酸化剤を吸着させて繊維中間体を得る工程を実施しており、この酸化剤として鉄イオン(第二鉄イオン:Fe3+)が好ましく用いられるところ、斯かる製造方法によって得られる繊維状物においては、前記繊維中間体を得る工程において酸化セルロース繊維のセルロース構成単位のC6位のカルボキシル基に第二鉄イオンが吸着することにより、該C6位がCOO- Fe3+となっている。鉄イオンの吸着量は、例えば蛍光X線分析、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)等の元素分析によって測定される。 The fibrous material of the present invention preferably contains an iron ion in addition to the oxidized cellulose fiber and the conductive polymer described above, and the iron ion is added to the carboxyl group of the oxidized cellulose fiber in the fibrous material of the present invention. Adsorbed. More specifically, in the method for producing a fibrous product of the present invention, which will be described later, a step of polymerizing a monomer on oxidized cellulose (on the surface and / or inside of oxidized cellulose) to obtain a conductive polymer and Prior to this step, a step of obtaining a fiber intermediate by adsorbing an oxidizing agent to the oxidized cellulose fiber is performed, and iron ion (ferric ion: Fe 3+ ) is preferably used as this oxidizing agent. In the fibrous material obtained by such a production method, ferric ions are adsorbed on the carboxyl group at the C6 position of the cellulose constituent unit of the oxidized cellulose fiber in the step of obtaining the fiber intermediate, so that the C6 position is COO. - it has become a Fe 3+. The amount of iron ions adsorbed is measured by elemental analysis such as fluorescent X-ray analysis or inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES).

本発明の繊維状物は、例えば次のようにして製造することができる。本実施態様の製造方法は、(i)カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維(酸化セルロース繊維)に酸化剤を吸着させて繊維中間体を得る工程、及び(ii)前記繊維中間体とモノマーとを混合し、該繊維中間体にて該モノマーを重合させて導電性ポリマーを得る工程を有する。   The fibrous material of the present invention can be produced, for example, as follows. The production method of this embodiment comprises (i) a step of obtaining a fiber intermediate by adsorbing an oxidizing agent to cellulose fibers (oxidized cellulose fibers) having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g, and (ii) the fibers A step of mixing an intermediate and a monomer and polymerizing the monomer in the fiber intermediate to obtain a conductive polymer;

本実施態様の前記(i)の工程においては、先ず、水中に酸化セルロース繊維(あるいはセルロースナノファイバー)を分散させたスラリーを調製する。スラリーは、原料となる酸化セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約10〜1000倍量(質量基準)の水を加え、攪拌することにより得られる。次に、このスラリーに酸化剤を添加し、混合攪拌する。酸化剤としては、例えば、第二鉄イオン(Fe3+)、二クロム酸イオン、ヨウ素酸、過硫酸イオン等の酸化剤を用いることができ、従って、水中でこれらのイオンを形成する化合物を用いることができる。例えば、水中で3価の鉄イオン(第二鉄イオン)を形成する塩化第二鉄(FeCl3)は、酸化剤として本発明で好ましく用いられる。酸化セルロース繊維のスラリー(水分散液)に酸化剤としての塩化第二鉄を添加すると、塩化第二鉄由来の第二鉄イオン(Fe3+)が、酸化セルロース繊維のセルロース構成単位のC6位のカルボキシル基(COONa)におけるナトリウムイオン(Na+)とイオン交換され、該C6位にCOO- Fe3+として吸着される。こうして、酸化セルロース繊維に酸化剤が吸着してなる、繊維中間体が得られる。 In the step (i) of the present embodiment, first, a slurry in which oxidized cellulose fibers (or cellulose nanofibers) are dispersed in water is prepared. The slurry is obtained by adding about 10 to 1000 times (mass basis) of water to the oxidized cellulose fiber (absolute dry basis) as a raw material and stirring. Next, an oxidizing agent is added to the slurry and mixed and stirred. As the oxidizing agent, for example, oxidizing agents such as ferric ion (Fe 3+ ), dichromate ion, iodic acid, persulfate ion can be used. Therefore, compounds that form these ions in water can be used. Can be used. For example, ferric chloride (FeCl 3 ) that forms trivalent iron ions (ferric ions) in water is preferably used in the present invention as an oxidizing agent. When ferric chloride as an oxidizing agent is added to the slurry (aqueous dispersion) of oxidized cellulose fibers, ferric chloride-derived ferric ions (Fe 3+ ) are in the C6 position of the cellulose constituent unit of the oxidized cellulose fibers. It is ion-exchanged with sodium ion (Na + ) in the carboxyl group (COONa) of CO 2 and adsorbed as COO Fe 3+ at the C6 position. Thus, a fiber intermediate is obtained in which the oxidizing agent is adsorbed on the oxidized cellulose fiber.

本実施態様の前記(i)の工程において、酸化剤の添加量は、酸化セルロース繊維100質量部に対して、好ましくは10〜2000質量部、更に好ましくは50〜1000質量部である。   In the step (i) of the present embodiment, the addition amount of the oxidizing agent is preferably 10 to 2000 parts by mass, more preferably 50 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the oxidized cellulose fiber.

続いて、本実施態様の前記(ii)の工程においては、前記繊維中間体のスラリーに、導電性ポリマーに対応するモノマー(例えば導電性ポリマーがポリピロールであればピロール)及びドープ剤を添加し、常温下、スターラー等で混合攪拌する。モノマー及びドープ剤のスラリーへの添加順序は特に制限されず、これらを同時に添加しても良い。モノマー及びドープ剤をスラリーに添加することによって、該モノマーの重合反応が開始される。重合反応時間は、モノマーの種類等にもよるが、通常0.5〜24時間程度である。重合反応中は、スラリーを攪拌しておくことが好ましい。   Subsequently, in the step (ii) of this embodiment, a monomer corresponding to the conductive polymer (for example, pyrrole if the conductive polymer is polypyrrole) and a dopant are added to the slurry of the fiber intermediate, Mix and stir with a stirrer at room temperature. The order of adding the monomer and the dopant to the slurry is not particularly limited, and these may be added simultaneously. By adding monomer and dopant to the slurry, the polymerization reaction of the monomer is initiated. The polymerization reaction time is usually about 0.5 to 24 hours, although it depends on the type of monomer. It is preferable to stir the slurry during the polymerization reaction.

ドープ剤は、例えばポリピロールのような、二重結合と単結合とが交互に並んだ共役構造を有する導電性高分子に対し、電荷のキャリアとして働くことで、繊維状物に高い導電性を付与するために用いられるものである。ドープ剤としては、モノマーとしてピロールを用いる場合、有機スルホン酸、例えば、2−ナフタレンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等を用いることができる。   The dopant acts as a charge carrier for a conductive polymer with a conjugated structure in which double bonds and single bonds are arranged alternately, such as polypyrrole, to give high conductivity to the fibrous material. It is used to do. As a dopant, when pyrrole is used as a monomer, an organic sulfonic acid such as 2-naphthalenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, benzenesulfonic acid and the like can be used.

本実施態様の前記(ii)の工程において、モノマーの添加量は、最終的に得られる繊維状物における導電性ポリマーの含有量が前記範囲となるように調整することが好ましい。また、ドープ剤の添加量は、モノマー100質量部に対して、好ましくは10〜200質量部、更に好ましくは50〜100質量部である。   In the step (ii) of this embodiment, it is preferable to adjust the amount of the monomer added so that the content of the conductive polymer in the finally obtained fibrous material is within the above range. Moreover, the addition amount of the dopant is preferably 10 to 200 parts by mass, and more preferably 50 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer.

前記(ii)の工程では、導電性ポリマーに対応するモノマーに、前記(i)の工程で得られた繊維中間体(酸化剤が吸着された酸化セルロース繊維)を反応場とする、いわゆるインサイト重合(現場重合)させ、その結果として、該繊維中間体に付着した導電性ポリマーを得る。例えば、酸化剤として第二鉄イオン(塩化第二鉄)、モノマーとしてピロール、ドープ剤として2−ナフタレンスルホン酸をそれぞれ用いた場合、前記(ii)の工程では、繊維中間体のセルロース構成単位のC6位における、第二鉄イオンが吸着したカルボキシル基を反応場として、該繊維中間体の表面及び/又は内部にてピロールの重合反応が起こり、これにより該繊維中間体に付着した導電性ポリマーとしてのポリピロールが生成される。こうして生成されたポリピロールは、繊維中間体の表面に均一に付着しており、該表面にポリピロールの薄膜が形成される。   In the step (ii), the monomer corresponding to the conductive polymer uses the fiber intermediate obtained in the step (i) (oxidized cellulose fiber adsorbed with an oxidizing agent) as a reaction field, so-called insight. Polymerization (in-situ polymerization) results in a conductive polymer attached to the fiber intermediate. For example, when ferric ion (ferric chloride) is used as the oxidizing agent, pyrrole is used as the monomer, and 2-naphthalenesulfonic acid is used as the doping agent, in the step (ii), the cellulose constituent unit of the fiber intermediate is used. A pyrrole polymerization reaction takes place on the surface and / or inside of the fiber intermediate using the carboxyl group adsorbed with ferric ions at the C6 position as a conductive polymer, and as a result, a conductive polymer attached to the fiber intermediate. Of polypyrrole is produced. The polypyrrole thus produced is uniformly attached to the surface of the fiber intermediate, and a thin film of polypyrrole is formed on the surface.

前記重合反応の終了後、前記スラリー中の沈殿物を十分な量のイオン交換水で洗浄することで、目的とする繊維状物が得られる。繊維状物の形態は特に制限されず、例えば乾燥した繊維状や粉末状にすることができる。   After the completion of the polymerization reaction, the precipitate in the slurry is washed with a sufficient amount of ion-exchanged water to obtain the target fibrous material. The form of the fibrous material is not particularly limited, and can be, for example, a dried fibrous or powdery form.

繊維状物は、洗浄後の繊維状物が水に分散した分散液の形態として用いることもできる。その際、導電性高分子の多くは疎水性であるため、界面活性剤等を用いて適宜分散処理を施しても構わない。例えば、洗浄後の繊維状物をイオン交換水で0.2質量%とし、ドデシル硫酸ナトリウム及びポリビニルピロリドンを加えた後に、超音波分散機等で処理を行うことで、分散性の高い繊維状物の分散液が得られる。   The fibrous material can also be used in the form of a dispersion in which the washed fibrous material is dispersed in water. At that time, since many of the conductive polymers are hydrophobic, they may be appropriately dispersed using a surfactant or the like. For example, the fibrous material after washing is 0.2% by mass with ion-exchanged water, sodium dodecyl sulfate and polyvinyl pyrrolidone are added, and then treated with an ultrasonic disperser or the like, whereby a highly dispersible fibrous material. A dispersion is obtained.

本発明の繊維状物の製造方法は、前記実施態様に制限されない。例えば、前記実施態様において、前記(i)の工程後で前記(ii)の工程前に、前記(i)の工程で得られた繊維中間体(セルロース構成単位のC6位のカルボキシル基に酸化剤が吸着した酸化セルロース繊維)を洗浄する工程を実施しても良い。より具体的には、前記(i)の工程で得られた繊維中間体のスラリー(水分散液)を、ろ過や遠心分離といった固液分離法により、酸化剤が吸着した酸化セルロース繊維と酸化剤が溶解した水とに分離・洗浄する。酸化剤が吸着した酸化セルロース繊維を洗浄した後、これを再度水に分散させ、その後前記(ii)の工程において導電性ポリマーの重合を行う。この洗浄工程を実施することで、酸化剤は繊維表面又は内部に吸着したもののみ存在し、反応溶媒である水の中には酸化剤が存在しなくなるので、前記導電性ポリマーの重合は繊維表面又は内部でのみ進行する。このような繊維中間体の洗浄工程を実施することによって、得られた繊維状物は導電性ポリマーの脱落が生じ難いという効果が奏される。同時に、溶媒中で重合した導電性ポリマーのみの組成物(すなわち、セルロース繊維に付着していない導電性ポリマー)が少ないため、モノマー添加量に対する該繊維状物の製造効率が高く、反応後の排水の汚染を低減できるという効果が付随する。   The manufacturing method of the fibrous material of this invention is not restrict | limited to the said embodiment. For example, in the embodiment, after the step (i) and before the step (ii), the fiber intermediate obtained in the step (i) (the oxidant is added to the carboxyl group at the C6 position of the cellulose constituent unit). You may implement the process of wash | cleaning the oxidized cellulose fiber which adsorb | sucked. More specifically, the oxidized cellulose fiber adsorbed with the oxidizing agent and the oxidizing agent by the solid-liquid separation method such as filtration or centrifugation of the fiber intermediate slurry (aqueous dispersion) obtained in the step (i). Separated and washed with water. After washing the oxidized cellulose fiber adsorbed with the oxidizing agent, it is dispersed again in water, and then the conductive polymer is polymerized in the step (ii). By carrying out this washing step, only the oxidant adsorbed on the fiber surface or inside is present, and no oxidant is present in the reaction solvent water. Therefore, the polymerization of the conductive polymer is performed on the fiber surface. Or it progresses only inside. By carrying out such a fiber intermediate washing step, the obtained fibrous material has an effect that the conductive polymer is less likely to fall off. At the same time, since the composition of only the conductive polymer polymerized in the solvent (that is, the conductive polymer not attached to the cellulose fiber) is small, the production efficiency of the fibrous material with respect to the added amount of monomer is high, and the wastewater after the reaction This is accompanied by the effect that the contamination of the water can be reduced.

以上のようにして得られる本発明の繊維状物は、導電性ポリマーが付着する基材として機能するセルロース繊維(セルロースナノファイバー)が、カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維(酸化セルロース繊維)であるため、導電性ポリマーがセルロース繊維の表面に均一に付着し、そのため、特許文献1に記載の繊維組成物の如き、天然セルロース繊維(カルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満のセルロース繊維)及び導電性ポリマーを含む従来の導電性繊維状物に比して、導電性ポリマーの脱落率が低い。より具体的には、本発明の繊維状物は、下記方法によって測定される導電性ポリマーの脱落率が、好ましくは50%以下、更に好ましくは30%以下であり、導電性ポリマーの脱落が生じ難い。   The fibrous material of the present invention obtained as described above is a cellulose fiber (cellulose nanofiber) that functions as a base material to which a conductive polymer adheres, and has a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g. Oxidized cellulose fiber), the conductive polymer uniformly adheres to the surface of the cellulose fiber. Therefore, as in the fiber composition described in Patent Document 1, natural cellulose fiber (carboxyl group content is 0.1 mmol / g). Less than cellulose fibers) and a conductive polymer containing a conductive polymer, the dropout rate of the conductive polymer is low. More specifically, in the fibrous material of the present invention, the dropout rate of the conductive polymer measured by the following method is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and the dropout of the conductive polymer occurs. hard.

<導電性ポリマーの脱落率の測定方法>
測定対象の繊維(繊維状物)に対して導電性ポリマーの脱落処理を施し、該脱落処理前後の該繊維の重量から、下記式により脱落率(%)を算出する。脱落処理は次のようにして実施する。約0.05gの繊維(繊維状物)を該繊維の800倍量の水に添加してスラリーを得、ミキサー((株)日本精機製作所製、商品名:EXCEL HOMOGENIZER)を用いて該スラリーを5000rpmで1分間攪拌した後、該繊維をガラスフィルター(孔径16μm)でろ過し、続けて100gのイオン交換水でろ過する。該繊維を乾燥させた後、該繊維の重量(脱落処理後の繊維の乾燥重量)を測定する。
導電性ポリマーの脱落率(%)={(脱落処理前の繊維の乾燥重量−脱落処理後の繊維の乾燥重量)/脱落処理前の繊維の乾燥重量}×100
<Measuring method of dropout rate of conductive polymer>
The fiber (fibrous object) to be measured is subjected to a dropping treatment of the conductive polymer, and the dropping rate (%) is calculated from the weight of the fiber before and after the dropping process by the following formula. The drop-off process is performed as follows. About 0.05 g of fiber (fibrous material) is added to 800 times the amount of water of the fiber to obtain a slurry, and the slurry is mixed using a mixer (manufactured by Nippon Seiki Seisakusho, trade name: EXCEL HOMOGENIZER). After stirring for 1 minute at 5000 rpm, the fiber is filtered through a glass filter (pore size 16 μm) and subsequently filtered through 100 g of ion-exchanged water. After the fibers are dried, the weight of the fibers (dry weight of the fibers after the dropping process) is measured.
Dropping rate of conductive polymer (%) = {(dry weight of fiber before dropping process−dry weight of fiber after dropping process) / dry weight of fiber before dropping process} × 100

また前述したように、本発明の繊維状物における導電性ポリマーの含有量は、繊維状物の製造前後の重量変化や、フーリエ変換型赤外分光法(FT−IR)、熱重量分析による熱分解温度の違いを利用して算出することができ、具体的には例えば、繊維状物の製造前後の固形分重量変化から、次のようにして導電性ポリマーの含有量を算出することができる。即ち、前記(i)の工程で使用した前記酸化セルロース繊維の固形分重量をA(g)、前記(ii)の工程後イオン交換水で洗浄して得られた繊維状物の固形分重量をB(g)とした場合、導電性ポリマーの含有量C(%)は次式によって算出される。C={(B−A)/B}×100   In addition, as described above, the content of the conductive polymer in the fibrous material of the present invention is the weight change before and after the production of the fibrous material, the Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), the heat by thermogravimetric analysis. It can be calculated using the difference in decomposition temperature. Specifically, for example, the content of the conductive polymer can be calculated from the change in the weight of the solid content before and after the production of the fibrous material as follows. . That is, the solid content weight of the oxidized cellulose fiber used in the step (i) is A (g), and the solid content weight of the fibrous material obtained by washing with ion-exchanged water after the step (ii) is In the case of B (g), the conductive polymer content C (%) is calculated by the following equation. C = {(B−A) / B} × 100

ところで、導電性ポリマーがセルロース繊維表面の一部に偏在した場合、非導電性であるセルロースが露出するために、導電性ポリマー含有量あたりの導電性が低くなるが、本発明の繊維状物は、導電性ポリマーがセルロース繊維の表面に均一に付着して構成されていることに起因して、導電性ポリマー含有量あたりの導電性が高く、従って、導電性ポリマー含有量あたりの表面抵抗率が低い。より具体的には、本発明の繊維状物は、導電性ポリマー含有量あたりの表面抵抗率が、好ましくは108Ω/□以下、更に好ましくは104〜106Ω/□である。 By the way, when the conductive polymer is unevenly distributed on a part of the cellulose fiber surface, the non-conductive cellulose is exposed, so the conductivity per content of the conductive polymer is lowered. Due to the fact that the conductive polymer is uniformly adhered to the surface of the cellulose fiber, the conductivity per conductive polymer content is high, and therefore the surface resistivity per conductive polymer content is high. Low. More specifically, the fibrous material of the present invention has a surface resistivity per conductive polymer content of preferably 10 8 Ω / □ or less, more preferably 10 4 to 10 6 Ω / □.

繊維状物の表面抵抗率及び導電性ポリマー含有量あたりの表面抵抗率は、それぞれ、次のようにして測定・算出される。繊維状物の表面抵抗率については、測定対象の繊維状物を後述する方法(溶融混練法、キャスト法、湿式抄紙法、含浸法等)で任意の形状に成形して成形体を得、表面抵抗計(ADVANTEST社製、R8340A、200Vで測定)を用いて、該成形体の表面抵抗率D(Ω/□)を測定し、その測定値を当該繊維状物の表面抵抗率とする。また、導電性ポリマー含有量あたりの表面抵抗率は、測定対象の繊維状物(前記成形体)中の導電性ポリマーの含有量C(%)を用いて次式により算出される。導電性ポリマー含有量あたりの表面抵抗率=D×C/100   The surface resistivity of the fibrous material and the surface resistivity per conductive polymer content are measured and calculated as follows. Regarding the surface resistivity of the fibrous material, the fibrous material to be measured is molded into an arbitrary shape by a method described later (melt kneading method, casting method, wet papermaking method, impregnation method, etc.) to obtain a molded body. Using a resistance meter (measured by ADVANTEST, R8340A, 200V), the surface resistivity D (Ω / □) of the molded body is measured, and the measured value is defined as the surface resistivity of the fibrous material. Further, the surface resistivity per conductive polymer content is calculated by the following equation using the conductive polymer content C (%) in the fibrous material to be measured (the molded article). Surface resistivity per conductive polymer content = D × C / 100

本発明の繊維状物は、導電性ポリマーの脱落が生じ難く、導電性材料として有用であり、例えば、電磁波シールド材、帯電防止剤、電池電極材料、タッチパネル電極膜等に好適である。また、本発明の繊維状物は、セルロース繊維の表面に導電性ポリマーが付着した構成をとることで、ポリピロール等の導電性ポリマーを単独で用いた(繊維を併用しない)導電性材料に比して、シート化や立体化が容易で成形性に優れており、また、セルロース繊維が骨材として機能するため、強度的にも優れている。また、特に、セルロース繊維としてセルロースナノファイバーを用いた場合には、そうして得られた本発明の繊維状物を、透明な樹脂と混合した場合に、該樹脂の透明性を維持しつつ、該樹脂に実用上十分な導電性(帯電防止性)を付与することが可能である。   The fibrous material of the present invention is less likely to cause the conductive polymer to fall off, and is useful as a conductive material. For example, it is suitable for an electromagnetic shielding material, an antistatic agent, a battery electrode material, a touch panel electrode film, and the like. In addition, the fibrous material of the present invention has a structure in which a conductive polymer is attached to the surface of cellulose fiber, so that it is compared with a conductive material using a conductive polymer such as polypyrrole alone (without using fibers). Thus, it is easy to form and form a sheet, and is excellent in moldability. Also, since the cellulose fiber functions as an aggregate, it is excellent in strength. In particular, when cellulose nanofibers are used as the cellulose fibers, when the fibrous material of the present invention thus obtained is mixed with a transparent resin, while maintaining the transparency of the resin, It is possible to impart practically sufficient conductivity (antistatic property) to the resin.

次に、本発明の成形体について説明する。本発明の成形体は、前述した本発明の繊維状物を含んでいるもので、該繊維状物のみから構成されていても良く、あるいは該繊維状物に加えて更に、成形可能な高分子材料を含んで構成されていても良い。   Next, the molded product of the present invention will be described. The molded body of the present invention includes the above-described fibrous material of the present invention, and may be composed only of the fibrous material, or in addition to the fibrous material, a moldable polymer. You may be comprised including material.

本発明の成形体が、前述した本発明の繊維状物のみから構成される場合(成形可能な高分子材料を含んでいない場合)、該成形体は、公知のキャスト法や湿式抄紙法により、フィルムやシート等の薄状物に成形することができる。キャスト法を利用した場合、例えば、溶媒中に繊維状物を分散又は溶解させた流動物を、基材上に流延塗布し、溶媒を除去して膜を得、該膜に熱プレスをかけることにより、目的とする薄膜状(フィルム状)の成形体が得られる。また、湿式抄紙法では、先ず、繊維状物のスラリー(水分散液)を調製し、常法に従って該スラリーを湿式抄紙機の網の上に流して薄く平にすることで、湿潤状態のシート状成形体(湿潤ウエブ)を形成し、この湿潤ウエブに、必要に応じ脱水処理を施した後、乾燥処理を施すことにより、目的とする薄膜状(シート状)の成形体が得られる。キャスト法は、本発明の繊維状物を構成する酸化セルロース繊維がセルロースナノファイバーである場合に特に好適であり、湿式抄紙法は、該酸化セルロース繊維がセルロースナノファイバーではない場合に特に好適である。   When the molded body of the present invention is composed only of the above-described fibrous material of the present invention (when it does not contain a moldable polymer material), the molded body is obtained by a known casting method or wet papermaking method. It can be formed into a thin product such as a film or sheet. When the casting method is used, for example, a fluid obtained by dispersing or dissolving a fibrous material in a solvent is cast-coated on a substrate, the solvent is removed to obtain a film, and the film is subjected to hot press As a result, a desired thin-film (film-like) shaped body is obtained. In the wet papermaking method, first, a fibrous slurry (aqueous dispersion) is prepared, and according to a conventional method, the slurry is poured onto a wet papermaking machine to make it thin and flat. A shaped molded body (wet web) is formed, and the wet web is subjected to a dehydration treatment as necessary, followed by a drying treatment, whereby a desired thin film (sheet-like) shaped body is obtained. The casting method is particularly suitable when the oxidized cellulose fiber constituting the fibrous material of the present invention is a cellulose nanofiber, and the wet papermaking method is particularly preferable when the oxidized cellulose fiber is not a cellulose nanofiber. .

本発明の成形体において、本発明の繊維材料と併用される「成形可能な高分子材料」は、高分子材料単独あるいは高分子材料と他の材料との混合物に必要な加工を施して得られた、所定形状の物体が、その所定形状を一定時間以上保持し得る場合の、その高分子材料を意味する。例えば、通常のプラスチック成形に使用可能な化石資源由来の樹脂は、「成形可能な高分子材料」に含まれる。成形可能な高分子材料は、必要な加工(高分子材料をその本来の形態とは異なる形態にするための処理)を経て所定形状の物体とすることができるものであり、具体的には、熱可塑性を有するもの、熱硬化性を有するもの、有機溶媒に溶解するもの、有機溶媒に分散するもの、水に溶解するもの、水に分散するもの等が挙げられる。成形可能な高分子材料を用いることで、本発明の成形体は、フィルムやシート等の薄状物あるいは箱やボトル等の立体容器、情報家電の筐体、自動車等のボディ等に成形することができる。   In the molded body of the present invention, the “moldable polymer material” used in combination with the fiber material of the present invention is obtained by subjecting the polymer material alone or a mixture of the polymer material and other materials to the necessary processing. In addition, it means a polymer material in a case where an object having a predetermined shape can hold the predetermined shape for a certain period of time. For example, a resin derived from a fossil resource that can be used for ordinary plastic molding is included in the “moldable polymer material”. The moldable polymer material can be made into an object having a predetermined shape through necessary processing (processing for making the polymer material different from its original form). Specifically, Those having thermoplasticity, those having thermosetting properties, those soluble in an organic solvent, those dispersed in an organic solvent, those soluble in water, those dispersed in water, and the like can be mentioned. By using a moldable polymer material, the molded article of the present invention can be molded into thin objects such as films and sheets, three-dimensional containers such as boxes and bottles, housings for information appliances, bodies of automobiles, etc. Can do.

本発明で用いる成形可能な高分子材料(以下、単に、高分子材料ともいう)としては、a)バイオマス由来の高分子及びb)合成高分子が挙げられる。バイオマス由来の高分子は、生物から得られる有機性高分子で化石資源を除いたものであり、本発明に係るセルロース繊維(酸化セルロース繊維)と同様に生分解性を有するものも含まれる。バイオマス由来の高分子として好ましいものとして、例えば、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸、ポリ(3−ヒドロキシブタン酸)、バイオポリエチレン、バイオポリプロピレン、バイオポリエチレンテレフタレート、バイオポリカーボネート等の熱可塑性のものが挙げられる。   Examples of moldable polymer materials used in the present invention (hereinafter also simply referred to as polymer materials) include a) biomass-derived polymers and b) synthetic polymers. Biomass-derived polymers are organic polymers obtained from living organisms, excluding fossil resources, and include those having biodegradability similar to cellulose fibers (oxidized cellulose fibers) according to the present invention. Preferred examples of the biomass-derived polymer include thermoplastics such as polylactic acid (PLA), polyglycolic acid, poly (3-hydroxybutanoic acid), biopolyethylene, biopolypropylene, biopolyethylene terephthalate, and biopolycarbonate. Can be mentioned.

前記バイオマス由来の高分子としては、前記のPLA等以外に、多糖類を用いることもできる。多糖類としては、パルプが挙げられ、例えば、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等の木材パルプ;麻、竹、藁、ケナフ等の非木材パルプ;コットンリンター、コットンリント等の綿系パルプ等が挙げられる。また、本発明で使用可能なパルプ以外の多糖類としては、例えば、レーヨン等の再生セルロース、デンプン、キチン、キトサン、三酢酸セルロース(TAC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の多糖類、多糖類誘導体等が挙げられる。これらの多糖類は、何れも非熱可塑性である。   In addition to the PLA and the like, polysaccharides can also be used as the biomass-derived polymer. Examples of the polysaccharide include pulp, such as wood pulp such as softwood pulp and hardwood pulp; non-wood pulp such as hemp, bamboo, straw and kenaf; cotton pulp such as cotton linter and cotton lint. It is done. Examples of polysaccharides other than pulp that can be used in the present invention include, for example, regenerated cellulose such as rayon, polysaccharides such as starch, chitin, chitosan, cellulose triacetate (TAC), and carboxymethylcellulose (CMC), and polysaccharide derivatives. Etc. These polysaccharides are all non-thermoplastic.

また、本発明で用いる合成高分子(成形可能な高分子材料)は、化石資源から得られる有機性高分子であり、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ナイロン樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The synthetic polymer (moldable polymer material) used in the present invention is an organic polymer obtained from a fossil resource. For example, polyolefin resin, polystyrene resin, nylon resin, methacrylic resin, polyvinyl alcohol (PVA). And thermoplastic resins such as acrylonitrile, butadiene, and styrene resins; and thermosetting resins such as epoxy resins, phenol resins, urea resins, and polyimide resins. These resins can be used singly or in combination of two or more.

本発明の成形体における成形可能な高分子材料の含有量は、成形体に高い機械的強度及び導電性を付与する観点から、成形体の全質量に対して、好ましくは40〜99.99質量%、更に好ましくは80〜99質量%である。   The content of the moldable polymer material in the molded body of the present invention is preferably 40 to 99.99 mass relative to the total mass of the molded body from the viewpoint of imparting high mechanical strength and conductivity to the molded body. %, More preferably 80 to 99% by mass.

本発明の成形体が、前述した本発明の繊維状物及び成形可能な高分子材料の両成分を含んで構成される場合、その構成は、1)繊維状物を主体とする層(繊維状物の含有量が1質量%以上の層)と高分子材料を主体とする層(高分子材料の含有量が99質量%以上の層)とが積層された多層構造であっても良く、あるいは2)繊維状物と高分子材料とが成形体全体に略均一に分散した構造(両成分が何れも実質的に偏在しておらず、繊維材料を主体とする層や高分子材料を主体とする層を有していない構造)であっても良い。   When the molded product of the present invention is configured to include both the above-described fibrous material of the present invention and a moldable polymer material, the configuration is as follows: 1) A layer mainly composed of a fibrous material (fibrous material) A multilayer structure in which a layer having a content of 1% by mass or more) and a layer mainly composed of a polymer material (a layer having a polymer material content of 99% by mass or more) are laminated, or 2) A structure in which the fibrous material and the polymer material are dispersed substantially uniformly throughout the molded body (both components are not substantially unevenly distributed, mainly a layer mainly composed of a fiber material or a polymer material) It may be a structure that does not have a layer to perform.

本発明の成形体は、必要に応じ、前述した2成分(繊維状物、高分子材料)以外の他の成分、例えば、ガラスやコンクリートに代表される、粘土鉱物、無機物、金属物等の無機材料を含んでいても良い。   The molded body of the present invention may contain other components other than the above-described two components (fibrous materials, polymer materials) as necessary, for example, inorganic materials such as clay minerals, inorganic materials, and metal materials represented by glass and concrete. It may contain material.

本発明の成形体は任意の形状に成形可能であり、例えばフィルムやシート等の薄状物、直方体や立方体等のブロック状その他の立体形状として提供される。   The molded body of the present invention can be molded into an arbitrary shape, and is provided as a thin object such as a film or a sheet, a block shape such as a rectangular parallelepiped or a cube, or other three-dimensional shapes.

本発明の成形体が、繊維状物及び成形可能な高分子材料の両成分を含んで構成される場合、該成形体は、例えば、繊維状物と高分子材料とを混合して均一混合物を得た後、該均一混合物を任意の形状に成形することによって製造することができる。   When the molded body of the present invention is configured to include both components of a fibrous material and a moldable polymer material, for example, the molded body can be obtained by mixing a fibrous material and a polymer material to form a uniform mixture. After being obtained, it can be produced by molding the uniform mixture into an arbitrary shape.

本発明の成形体の原料として用いる繊維状物の形態としては、繊維状物と共に併用される高分子材料や混錬に用いる装置等を考慮し、粉末状(但し、繊維状物が凝集した粉末状であり、球形の粒子状物を意味するものではない)、懸濁液状などから任意に選択できる。   As the form of the fibrous material used as the raw material of the molded product of the present invention, in consideration of the polymer material used together with the fibrous material, the apparatus used for kneading, etc. And does not mean a spherical particulate material), a suspension, or the like.

前記粉末状の繊維状物としては、例えば、繊維状物の水分散液をそのまま乾燥させた乾燥物;該乾燥物を機械処理で粉末化したもの;該凝集物の未乾燥物;繊維状物の水分散液を公知のスプレードライ法により粉末化したもの;繊維状物の水分散液を公知のフリーズドライ法により粉末化したもの等が挙げられる。前記スプレードライ法は、繊維状物の水分散液を気中で噴霧し乾燥させる方法である。   Examples of the fibrous fibrous material include a dried product obtained by directly drying an aqueous dispersion of the fibrous product; a powder obtained by pulverizing the dried product by mechanical processing; an undried product of the aggregate; and a fibrous product. And an aqueous dispersion obtained by pulverizing an aqueous dispersion of a fibrous material by a known freeze-drying method. The spray drying method is a method in which an aqueous dispersion of a fibrous material is sprayed in the air and dried.

また、前記懸濁液状の繊維状物としては、繊維状物の水分散液をそのまま使用することもできるし、あるいは前記粉末状の繊維状物を任意の媒体に分散させたものを使用することもできる。前記媒体は、混合される高分子材料や後述する混合、成形の方法によって適宜選択することができる。例えば、高分子材料としてポリビニルアルコール(PVA)を用い且つ後述するキャスト法によって成形体を製造する場合、前記媒体として水やアルコールを用いることができる。   Further, as the suspension-like fibrous substance, an aqueous dispersion of the fibrous substance can be used as it is, or a powder-like fibrous substance dispersed in an arbitrary medium is used. You can also. The medium can be appropriately selected depending on the polymer material to be mixed and the mixing and molding methods described later. For example, when polyvinyl alcohol (PVA) is used as the polymer material and a molded body is produced by a casting method described later, water or alcohol can be used as the medium.

繊維状物と共に本発明で併用される高分子材料が、バイオマス由来の高分子のうち熱可塑性のもの(例えばポリ乳酸)、あるいは合成高分子である場合には、例えば、加熱されて溶融状態の高分子材料に繊維状物を添加し、該高分子材料が溶融状態を維持しているうちにこれらを混錬し、こうして得られた均一混合物を成形する方法(以下、溶融混錬法ともいう)により、本発明の成形体を製造することができる。その場合、混練装置としては、例えば単軸軸混練押出機、二軸混練押出機、加圧ニーダー等の公知の装置が使用できる。例えば、高分子材料としてポリ乳酸の如き熱可塑性樹脂を用いる場合、前記粉末状の繊維状物を、溶融状態の該熱可塑性樹脂中に添加した後、二軸混錬機を用いて該粉末状の繊維状物を該熱可塑性樹脂中に均一分散させて樹脂ペレットを得、該樹脂ペレットを加熱圧縮することにより、シート状の成形体が得られる。あるいは、公知のプラスチック成形法、具体的には射出成形、注形成形、押出成形、ブロー成形、延伸成形、発泡成形等を利用して、ブロック状その他の立体形状を有する成形体を得ることができる。   When the polymer material used in combination with the fibrous material in the present invention is a thermoplastic polymer derived from biomass (for example, polylactic acid) or a synthetic polymer, for example, it is heated and melted. A method of adding a fibrous material to a polymer material, kneading these while the polymer material is maintained in a molten state, and forming a uniform mixture thus obtained (hereinafter also referred to as a melt kneading method) ), The molded article of the present invention can be produced. In that case, as a kneading apparatus, for example, a known apparatus such as a single-shaft kneading extruder, a twin-screw kneading extruder, or a pressure kneader can be used. For example, when a thermoplastic resin such as polylactic acid is used as the polymer material, the powdery fibrous material is added to the molten thermoplastic resin, and then the powdery material is obtained using a biaxial kneader. The fibrous material is uniformly dispersed in the thermoplastic resin to obtain resin pellets, and the resin pellets are heated and compressed to obtain a sheet-like molded body. Alternatively, by using a known plastic molding method, specifically injection molding, casting, extrusion molding, blow molding, stretch molding, foam molding, etc., a molded body having a block shape or other three-dimensional shape can be obtained. it can.

また、溶融混錬法以外の成形体の製造方法として、キャスト法が挙げられる。キャスト法は、溶媒中に繊維状物及び高分子材料を分散又は溶解させた混合流動物を、基材上に流延塗布し、溶媒を除去して膜を得、該膜に熱プレスをかけて、薄膜状の成形体を得る方法である。例えば、有機溶媒中に溶解させた高分子材料に、前記粉末状の繊維状物を添加し混合流動物を得、該混合流動物からキャスト法によって成形体の膜状あるいはシート状物を得ることができる。キャスト法は、高分子材料の種類を問わず、前述したバイオマス由来の高分子及び合成高分子の全てに幅広く適用することができる。   Moreover, the casting method is mentioned as a manufacturing method of molded objects other than the melt kneading method. The casting method is a method in which a mixed fluid in which a fibrous material and a polymer material are dispersed or dissolved in a solvent is cast-coated on a substrate, the solvent is removed to obtain a film, and the film is subjected to hot pressing. Thus, this is a method for obtaining a thin-film shaped product. For example, a powdered fibrous material is added to a polymer material dissolved in an organic solvent to obtain a mixed fluid, and a molded film or sheet is obtained from the mixed fluid by a casting method. Can do. The casting method can be widely applied to all the biomass-derived polymers and synthetic polymers described above, regardless of the type of polymer material.

キャスト法において、基材上に流延塗布された混合流動物から溶媒を除去する方法としては、例えば、基材として液透過性基材(例えば、厚み方向に貫通する液透過孔を多数有する多孔性基材)を用いる方法が挙げられる。この方法では、混合流動物を液透過性基材上に塗布することにより、該混合流動物中の溶媒は多孔性基材を透過して除去され、固形分(繊維状物及び高分子材料)は多孔性基材上にこし取られる。また、別の溶媒除去法として、混合流動物を基材上に流延塗布した後、該混合流動物を自然乾燥又は熱風乾燥等の乾燥法により乾燥する方法が挙げられる。また、キャスト法において、溶媒除去後に得られた膜に対して実施する熱プレスは、例えば、金属板を用いた押圧式、ロータリー式等公知の装置を用いて行うことができる。   In the casting method, as a method for removing the solvent from the mixed fluid applied on the base material, for example, a liquid-permeable base material (for example, a porous material having a large number of liquid-permeable holes penetrating in the thickness direction). A method using a conductive substrate). In this method, by applying the mixed fluid onto the liquid-permeable substrate, the solvent in the mixed fluid is removed by permeating through the porous substrate, and the solid content (fibrous material and polymer material) is removed. Is scraped onto the porous substrate. Another solvent removal method includes a method in which the mixed fluid is cast-coated on a substrate and then the mixed fluid is dried by a drying method such as natural drying or hot air drying. Moreover, in the casting method, the hot pressing performed on the film obtained after removing the solvent can be performed using a known apparatus such as a pressing type or a rotary type using a metal plate, for example.

また、本発明の成形体は、湿式抄紙法により製造することもできる。湿式抄紙法は、繊維状物と共に本発明で併用される高分子材料が、バイオマス由来の高分子の一種である多糖類(例えばパルプ等の非熱可塑性のもの)である場合に特に有効である。湿式抄紙法では、先ず、繊維状物と高分子材料(多糖類)とを均一混合させたスラリーを得、常法に従って該スラリーを湿式抄紙機の網の上に流して薄く平にすることで、湿潤状態のシート状成形体(湿潤ウエブ)を形成する。この湿潤ウエブに、必要に応じ脱水処理を施した後、乾燥処理を施すことにより、シート状の成形体が得られる。   Moreover, the molded object of this invention can also be manufactured by the wet papermaking method. The wet papermaking method is particularly effective when the polymer material used in combination with the fibrous material in the present invention is a polysaccharide (for example, non-thermoplastic material such as pulp) which is a kind of polymer derived from biomass. . In the wet papermaking method, first, a slurry in which a fibrous material and a polymer material (polysaccharide) are uniformly mixed is obtained, and according to a conventional method, the slurry is flowed on a net of a wet papermaking machine to make it thin and flat. A wet sheet-like molded body (wet web) is formed. The wet web is subjected to a dehydration treatment as necessary, followed by a drying treatment, whereby a sheet-like molded body is obtained.

湿式抄紙法において、前記湿潤ウエブの脱水・乾燥処理は、例えば、通常の湿式抄紙法における抄紙工程のプレスパート及びドライヤーパートを利用して行うことができる。具体的には、先ず、プレスパートにおいて、湿潤ウエブに必要に応じフェルト(毛布)を当てて上下から圧縮することで、該ウエブ中の水分を搾り取り、次いで、ドライヤーパートにおいて、乾燥手段を用いて、脱水処理がなされた湿潤繊維ウエブを乾燥する。こうして、シート状の成形体が得られる。乾燥手段に特に制限は無く、ヤンキードライヤーやエアースルードライヤー等を用いることができる。また、湿式抄紙機は、例えば、長網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、オントップ抄紙機、ハイブリッド抄紙機、丸網抄紙機等を用いることができる。尚、湿式抄紙法は、シート状の成形体の製造のみならず、所望の立体形状の成形体の製造にも利用可能である。   In the wet papermaking method, the dewatering / drying treatment of the wet web can be performed using, for example, a press part and a dryer part in a papermaking process in a normal wet papermaking method. Specifically, first, in the press part, the wet web is pressed with a felt (blanket) as necessary and compressed from above and below to squeeze out the water in the web, and then in the dryer part, a drying means is used. Then, the wet fiber web that has been dehydrated is dried. Thus, a sheet-like molded body is obtained. There is no particular limitation on the drying means, and a Yankee dryer or an air-through dryer can be used. As the wet paper machine, for example, a long paper machine, a twin wire paper machine, an on-top paper machine, a hybrid paper machine, a round paper machine and the like can be used. The wet papermaking method can be used not only for the production of a sheet-like molded product but also for the production of a desired three-dimensional shaped product.

また、本発明の成形体は、含浸法により製造することもできる。即ち、本発明の成形体は、前述した本発明の繊維状物を主体とする繊維集合体に、高分子材料を含む液を含浸して得られたものであっても良い。この繊維集合体は、高分子材料(繊維状物を構成する導電性ポリマーを除く)を実質的に含有していない、シート状又は所望の立体形状の繊維集合体であり、例えば公知の湿式抄紙法あるいはパルプモールド成形法により製造することができる。含浸法を利用した成形体の製造方法においては、前記繊維集合体を高分子材料を含む液に浸し、該繊維集合体の内部にまで該液を浸透させる。高分子材料を含む液は、高分子材料を水等の適当な溶媒に分散又は溶解させて得られる。前記繊維集合体を高分子材料を含む液に浸した後、該繊維集合体を自然乾燥又は熱風乾燥等の乾燥法により乾燥することにより、所望の形状の成形体が得られる。   Moreover, the molded object of this invention can also be manufactured by the impregnation method. That is, the molded article of the present invention may be obtained by impregnating a fiber assembly mainly composed of the above-described fibrous material of the present invention with a liquid containing a polymer material. This fiber assembly is a sheet-like or desired three-dimensional fiber assembly that does not substantially contain a polymer material (excluding the conductive polymer constituting the fibrous material). Or a pulp mold forming method. In the method for producing a molded body using the impregnation method, the fiber assembly is immersed in a liquid containing a polymer material, and the liquid is infiltrated into the fiber assembly. The liquid containing the polymer material is obtained by dispersing or dissolving the polymer material in an appropriate solvent such as water. After the fiber assembly is immersed in a liquid containing a polymer material, the fiber assembly is dried by a drying method such as natural drying or hot air drying to obtain a molded body having a desired shape.

また、本発明によれば、透明性の高い成形体を提供することが可能である。特に、高分子材料としてポリビニルアルコールを用いた場合には、比較的少量(含有量5質量%以下)の繊維状物で高い導電性及び機械的強度を発現させることができるため、ポリビニルアルコールが本来有する高い透明性を損なわずに、実用上十分な導電性及び機械的強度を有する成形体が得られる。   Moreover, according to this invention, it is possible to provide a molded object with high transparency. In particular, when polyvinyl alcohol is used as the polymer material, high conductivity and mechanical strength can be expressed with a relatively small amount of fibrous material (content of 5% by mass or less). A molded article having practically sufficient conductivity and mechanical strength can be obtained without impairing the high transparency.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は斯かる実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to such examples.

〔酸化セルロース繊維の製造方法〕
原料となる天然セルロース繊維として針葉樹晒しクラフトパルプ(フレッチャー チャレンジ カナダ製、CSF650ml)を用い、酸化触媒としてTEMPO(ALDRICH製、Free radical、98%製)を用い、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウム(和光純薬工業(株)、Cl:5%製)を用い、共酸化剤として臭化ナトリウム(和光純薬工業(株)製)を用いた。天然セルロース繊維100gにイオン交換水9900gを加えて十分に攪拌してスラリーを得、該スラリーに、TEMPOを対パルプ1.25質量%、臭化ナトリウムを対パルプ12.5質量%、次亜塩素酸ナトリウムを対パルプ28.4質量%、それぞれこの順で添加し、更にpHスタッドを用い、0.5Mの水酸化ナトリウムの滴下にてスラリーのpHを10.5に保持し、温度20〜0℃で天然セルロース繊維の酸化処理を行った。120分間の酸化時間で水酸化ナトリウムの滴下を停止し、酸化処理後の天然セルロース繊維をイオン交換水にて十分に洗浄し、脱水処理を行った。こうして、カルボキシル基含有量1.2mmol/gの酸化セルロース繊維を得た。
[Method for producing oxidized cellulose fiber]
Soft cellulose bleached kraft pulp (Fletcher Challenge Canada, CSF 650 ml) is used as the raw natural cellulose fiber, TEMPO (ALDRICH, Free radical, 98%) is used as the oxidation catalyst, and sodium hypochlorite (Japanese sum) Kobunyaku Kogyo Co., Ltd., Cl: 5%) was used, and sodium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as a co-oxidant. 9900 g of ion-exchanged water is added to 100 g of natural cellulose fibers and sufficiently stirred to obtain a slurry. In the slurry, TEMPO is 1.25% by mass of pulp, sodium bromide is 12.5% by mass of pulp, hypochlorite. 28.4% by mass of sodium acid to pulp was added in this order, and the pH of the slurry was maintained at 10.5 by adding 0.5 M sodium hydroxide dropwise using a pH stud, and the temperature was 20 to 0. The natural cellulose fiber was oxidized at 0 ° C. The dropping of sodium hydroxide was stopped after an oxidation time of 120 minutes, and the natural cellulose fiber after the oxidation treatment was sufficiently washed with ion-exchanged water and dehydrated. Thus, an oxidized cellulose fiber having a carboxyl group content of 1.2 mmol / g was obtained.

〔セルロースナノファイバーの製造方法〕
前記〔酸化セルロース繊維の製造方法〕で得られた酸化セルロース繊維10g(固形分換算)とイオン交換水990gとを、ミキサー(大阪ケミケル(株)製、Vita-mix-Blender ABSOLUTE)にて120分間攪拌した(即ち微細化処理時間120分間)。こうして、平均繊維径4nm、カルボキシル基含有量1.2mmol/gのセルロースナノファイバーの懸濁液(固形分濃度1.0質量%)を得た。
[Method for producing cellulose nanofiber]
Oxidized cellulose fiber 10 g (converted to solid content) obtained in [Oxidized cellulose fiber production method] and 990 g of ion-exchanged water were mixed for 120 minutes with a mixer (Vita-mix-Blender ABSOLUTE, manufactured by Osaka Chemikel Co., Ltd.). Stirring was performed (that is, the fine processing time was 120 minutes). Thus, a suspension of cellulose nanofibers having an average fiber diameter of 4 nm and a carboxyl group content of 1.2 mmol / g (solid content concentration of 1.0% by mass) was obtained.

〔実施例1〕
前記〔セルロースナノファイバーの製造方法〕で得られたセルロースナノファイバーを用い、酸化剤として塩化第二鉄を用い、導電性ポリマーに対応するモノマーとしてピロールを用い、ドープ剤として2−ナフタレンスルホン酸を用い、前述した本発明の繊維状物の製造方法に準じた方法で繊維状物を製造した。より具体的には、イオン交換水で0.2質量%に希釈したセルロースナノファイバー分散液500gに、100gのイオン交換水に溶解した塩化第二鉄10gを加えて30分攪拌した後、更に、100gのイオン交換水に分散したピロール10.9gと100gのイオン交換水に溶解した2−ナフタレンスルホン酸10.9gとを添加し、常温で12時間攪拌した。反応終了後、繊維状物を含む分散液50gずつをコニカルチューブに入れ、遠心機(ユニバーサル冷却遠心機5922、久保田商事製)を用い10,000rpmで10分間遠心分離した。遠心分離後のコニカルチューブにイオン交換水40gを加えて、再度遠心分離で洗浄した後、繊維状物を回収した。こうして得られた繊維状物の重量から導電性ポリマーの含有量を算出した。更に、得られた繊維状物のみからキャスト法により成形体を製造した。より具体的には、イオン交換水40gに繊維状物0.2gを加えて攪拌した。また別容器で0.2gのドデシル硫酸ナトリウムと0.3gのポリビニルピロリドンとを水100gに溶解した。この溶液0.2gを繊維状物の分散液に添加した後、該分散液を超音波ホモジナイザーで30秒間処理し、次いで、該分散液をポリスチレン製シャーレ(φ90mm)に注ぎ、室温環境下で2週間静置して乾燥した。こうして得られた薄膜状の成形体を実施例1のサンプルとした。
[Example 1]
Using the cellulose nanofibers obtained in the above [Method for producing cellulose nanofiber], using ferric chloride as the oxidizing agent, using pyrrole as the monomer corresponding to the conductive polymer, and using 2-naphthalenesulfonic acid as the doping agent The fibrous material was produced by a method according to the method for producing the fibrous material of the present invention described above. More specifically, after adding 10 g of ferric chloride dissolved in 100 g of ion-exchanged water to 500 g of cellulose nanofiber dispersion diluted to 0.2% by mass with ion-exchanged water and stirring for 30 minutes, 10.9 g of pyrrole dispersed in 100 g of ion-exchanged water and 10.9 g of 2-naphthalenesulfonic acid dissolved in 100 g of ion-exchanged water were added and stirred at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, 50 g of the dispersion containing the fibrous material was placed in a conical tube and centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes using a centrifuge (Universal Cooling Centrifuge 5922, manufactured by Kubota Corporation). After adding 40 g of ion-exchanged water to the conical tube after centrifugation and washing again by centrifugation, the fibrous material was recovered. The content of the conductive polymer was calculated from the weight of the fibrous material thus obtained. Furthermore, the molded object was manufactured only from the obtained fibrous material by the casting method. More specifically, 0.2 g of fibrous material was added to 40 g of ion-exchanged water and stirred. In another container, 0.2 g of sodium dodecyl sulfate and 0.3 g of polyvinylpyrrolidone were dissolved in 100 g of water. After 0.2 g of this solution was added to the dispersion of the fibrous material, the dispersion was treated with an ultrasonic homogenizer for 30 seconds, and then the dispersion was poured into a polystyrene petri dish (φ90 mm). Let stand for a week and dry. The thin film-like molded body thus obtained was used as a sample of Example 1.

〔実施例2〕
重合反応時間を4時間とした以外は実施例1と同様にして繊維状物を製造し、該繊維状物を用いてキャスト法により薄膜状の成形体を製造し、これを実施例2のサンプルとした。
[Example 2]
A fibrous material was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymerization reaction time was changed to 4 hours, and a thin film-like molded product was produced by a casting method using the fibrous material. It was.

〔実施例3〕
重合反応時間を1時間とした以外は実施例1と同様にして繊維状物を製造し、該繊維状物を用いてキャスト法により薄膜状の成形体を製造し、これを実施例3のサンプルとした。
Example 3
A fibrous material was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymerization reaction time was set to 1 hour, and a thin film-like molded product was produced by a casting method using the fibrous material. It was.

〔実施例4〕
繊維中間体を洗浄する工程を実施した以外は実施例1と同様にして繊維状物を製造した。具体的には、実施例1と同様に、セルロースナノファイバー分散液に塩化第二鉄を添加して30分攪拌後、その分散液を50gずつコニカルチューブに入れ、遠心機(ユニバーサル冷却遠心機5922、久保田商事製)を用い10,000rpmで10分間遠心分離して、溶媒中に含まれる酸化剤を除去した。回収した繊維中間体に500gのイオン交換水を加えた。その後は、実施例1と同様に酸化剤、ドープ剤を加えて繊維状物を得た。そして、実施例1と同様にして、得られた繊維状物を用いてキャスト法により薄膜状の成形体を製造し、これを実施例4のサンプルとした。
Example 4
A fibrous material was produced in the same manner as in Example 1 except that the step of washing the fiber intermediate was performed. Specifically, in the same manner as in Example 1, ferric chloride was added to the cellulose nanofiber dispersion and stirred for 30 minutes, and then 50 g of the dispersion was put into a conical tube and centrifuged (universal cooling centrifuge 5922). The product was centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes to remove the oxidizing agent contained in the solvent. 500 g of ion-exchanged water was added to the recovered fiber intermediate. Thereafter, an oxidizing agent and a dopant were added in the same manner as in Example 1 to obtain a fibrous material. Then, in the same manner as in Example 1, a thin film-like molded body was produced by the casting method using the obtained fibrous material, and this was used as a sample of Example 4.

〔実施例5〕
セルロースナノファイバーに代えて前記〔酸化セルロース繊維の製造方法〕で得られた酸化セルロース繊維を用いた以外は実施例1と同様にして繊維状物を製造した。得られた繊維状物を用いて湿式抄紙法により薄膜状の成形体を製造し、これを実施例5のサンプルとした。実施例5の湿式抄紙法による成形体の製造は、より具体的には、繊維状物0.4gを40gのイオン交換水に分散してスラリーを得。該スラリーをガラスフィルター(SHIBATA、25GP100)を用いて減圧ろ過し、湿潤ウエブを得た。この湿潤ウエブを恒温槽で10分間乾燥して、繊維状物の薄膜状の成形体を製造した。
Example 5
A fibrous material was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxidized cellulose fiber obtained in the above [Method for producing oxidized cellulose fiber] was used instead of the cellulose nanofiber. Using the obtained fibrous material, a thin-film shaped product was produced by a wet papermaking method, and this was used as a sample of Example 5. More specifically, in the production of a molded article by the wet papermaking method of Example 5, 0.4 g of a fibrous material was dispersed in 40 g of ion-exchanged water to obtain a slurry. The slurry was filtered under reduced pressure using a glass filter (SHIBATA, 25GP100) to obtain a wet web. This wet web was dried in a thermostatic bath for 10 minutes to produce a fibrous thin film-like molded body.

〔実施例6〕
繊維中間体を洗浄する工程を実施した以外は実施例5と同様にして繊維状物を製造し、該繊維状物を用いて湿式抄紙法により薄膜状の成形体を製造し、これを実施例6のサンプルとした。
Example 6
A fibrous material is produced in the same manner as in Example 5 except that the step of washing the fiber intermediate is carried out, and a thin-film shaped product is produced by a wet papermaking method using the fibrous material. Six samples were used.

〔実施例7〕
実施例2の繊維状物、及び成形可能な高分子材料として合成高分子であるポリビニルアルコール(クラレ製、PVA403)を用い、下記方法により薄膜状の成形体を製造し、これを実施例7のサンプルとした。より具体的には、実施例2で成形体を得るのに使用した分散液に、1%のPVA403水溶液を1g加えて攪拌し、この分散液を、厚さ25μmのポリエチレンテレフタレートフィルムの表面にバーコーターを用いて、湿潤膜厚100μmになるように塗布して塗膜を形成した。この塗膜を2時間室温で乾燥させ、目的とする薄膜状の成形体を得た。成形体に含まれる繊維状物の含有量は、仕込み量に基づいて計算したところ、5%であった。
Example 7
Using the fibrous material of Example 2 and polyvinyl alcohol (made by Kuraray, PVA403), which is a synthetic polymer, as a moldable polymer material, a thin film-like molded product was produced by the following method. A sample was used. More specifically, 1 g of 1% PVA403 aqueous solution was added to the dispersion used to obtain the molded body in Example 2 and stirred, and this dispersion was applied to the surface of a 25 μm thick polyethylene terephthalate film. Using a coater, a coating film was formed by applying a wet film thickness of 100 μm. This coating film was dried at room temperature for 2 hours to obtain a desired thin film-like molded body. The content of the fibrous material contained in the molded body was 5% when calculated based on the charged amount.

〔実施例8〕
繊維状物の含有量を10質量%とした以外は実施例7と同様にして薄膜状の成形体を製造し、これを実施例8のサンプルとした。
Example 8
A thin film-like molded body was produced in the same manner as in Example 7 except that the content of the fibrous material was 10% by mass, and this was used as a sample of Example 8.

〔比較例1〕
前記〔セルロースナノファイバーの製造方法〕で得られたセルロースナノファイバーをそのまま繊維状物として用いた以外は実施例1と同様にしてキャスト法により薄膜状の成形体を製造し、これを比較例1のサンプルとした。
[Comparative Example 1]
A thin film-like molded product was produced by the casting method in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofiber obtained in the above [Production method of cellulose nanofiber] was used as it was as a fibrous material. Samples of

〔比較例2〕
前記〔酸化セルロース繊維の製造方法〕で得られた酸化セルロース繊維をそのまま繊維状物として用いた以外は実施例5と同様にして湿式抄紙法により薄膜状の成形体を製造し、これを比較例2のサンプルとした。
[Comparative Example 2]
A thin film-like molded product was produced by the wet papermaking method in the same manner as in Example 5 except that the oxidized cellulose fiber obtained in the above [Production Method of Oxidized Cellulose Fiber] was used as it was as a fibrous material. Two samples were used.

〔比較例3〕
セルロースナノファイバーに代えてカルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満の天然セルロース繊維(針葉樹晒しクラフトパルプ、フレッチャー チャレンジ カナダ製、CSF650ml)を用いた以外は実施例1と同様にして繊維状物を製造し、該繊維状物を用いて実施例5と同様の湿式抄紙法により薄膜状の成形体を製造し、これを比較例3のサンプルとした。
[Comparative Example 3]
A fibrous material was obtained in the same manner as in Example 1 except that natural cellulose fibers (conifer bleached kraft pulp, manufactured by Fletcher Challenge Canada, CSF 650 ml) having a carboxyl group content of less than 0.1 mmol / g were used instead of cellulose nanofibers. A thin film-like molded body was manufactured by the same wet papermaking method as in Example 5 using the fibrous material, and this was used as a sample of Comparative Example 3.

〔比較例4〕
セルロースナノファイバーに代えてカルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満の天然セルロース繊維(針葉樹晒しクラフトパルプ、フレッチャー チャレンジ カナダ製、CSF650ml)を用いた以外は実施例4と同様にして繊維状物を製造し、該繊維状物を用いて実施例5と同様の湿式抄紙法により薄膜状の成形体を製造し、これを比較例4のサンプルとした。
[Comparative Example 4]
A fibrous material was obtained in the same manner as in Example 4 except that natural cellulose fibers having a carboxyl group content of less than 0.1 mmol / g (conifer bleached kraft pulp, Fletcher Challenge Canada, CSF 650 ml) were used instead of cellulose nanofibers. A thin film-like molded body was manufactured by the same wet papermaking method as in Example 5 using the fibrous material, and this was used as a sample of Comparative Example 4.

〔比較例5〕
セルロース繊維を用いずに以下の手順で導電性ポリマー粒子を製造した。具体的には、イオン交換水500gに、100gのイオン交換水の溶解した塩化第二鉄10gを加えて30分攪拌した後、更に、100gのイオン交換水の溶解したピロール10.9gと100gのイオン交換水の溶解した2−ナフタレンスルホン酸10.9gとを添加し、更に、ポリビニルピロリドン0.5gを加えて常温で12時間攪拌した。反応後は直径約20nmの粒子のエマルション状の分散液が得られた。こうして得られた分散液から実施例1と同様にキャスト法により薄膜状の成形体を得ようとしたが、強度不足で成形不能であった。
[Comparative Example 5]
Conductive polymer particles were produced by the following procedure without using cellulose fibers. Specifically, after adding 10 g of ferric chloride dissolved in 100 g of ion-exchanged water to 500 g of ion-exchanged water and stirring for 30 minutes, 10.9 g of pyrrole dissolved in 100 g of ion-exchanged water and 100 g of 2-Naphthalenesulfonic acid (10.9 g) dissolved in ion-exchanged water was added, and polyvinylpyrrolidone (0.5 g) was further added, followed by stirring at room temperature for 12 hours. After the reaction, an emulsion dispersion of particles having a diameter of about 20 nm was obtained. A thin film-like molded product was obtained from the dispersion thus obtained by a casting method in the same manner as in Example 1, but it was impossible to mold due to insufficient strength.

〔比較例6〕
繊維状物を用いなかった(繊維状物の含有量を0質量%とした)以外は実施例7と同様にして薄膜状の成形体を製造し、これを比較例6のサンプルとした。
[Comparative Example 6]
A thin film-like molded body was produced in the same manner as in Example 7 except that the fibrous material was not used (the content of the fibrous material was 0% by mass), and this was used as a sample of Comparative Example 6.

〔評価〕
実施例及び比較例のサンプル(成形体)について、表面抵抗率及び導電性ポリマー含有量あたりの表面抵抗率をそれぞれ前記方法により測定・算出した。また、各サンプルの原料となる繊維状物に関して、カルボキシル基含有量、平均繊維径、導電性ポリマーの脱落率をそれぞれ前記方法により測定した。これらの結果を下記表1及び表2に示す。
[Evaluation]
For the samples (molded bodies) of Examples and Comparative Examples, the surface resistivity and the surface resistivity per conductive polymer content were measured and calculated by the methods described above. Moreover, regarding the fibrous material used as the raw material of each sample, the carboxyl group content, the average fiber diameter, and the dropping rate of the conductive polymer were measured by the above methods. These results are shown in Tables 1 and 2 below.

Figure 0005843463
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Figure 0005843463
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表1に示す結果から明らかなように、カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維と導電性ポリマーとを含む本発明の繊維状物から製造された、実施例1〜6の成形体は、何れも表面抵抗率が107(Ω/□)以下であり、導電性ポリマーを含まない比較例1、及びカルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満のセルロース繊維を用いた比較例3に比べて高い導電性を示した。特にセルロースナノファイバーを用いた実施例1及び2は導電性が高かった。実施例1と実施例4との比較、もしくは実施例5と実施例6との比較から明らかなように、繊維中間体の洗浄工程を経ると、導電性ポリマーの含有量が減少するため導電性は低下するが、導電性ポリマーの脱落率を低下させることができた。これはセルロース繊維表面で重合された導電性ポリマーが多く、物理的に捕捉されているだけの導電性ポリマーが少ないことによるものと推察される。比較例3は、カルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満のセルロース繊維を用いているため、物理的に捕捉されているだけの導電性ポリマーによって導電性は発現しているが、実施例5及び6に比べて導電性ポリマーの脱落率が高い。また、比較例4もカルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満のセルロース繊維を用いていることに起因して、繊維中間体の洗浄工程によって酸化剤が全て洗浄されるため、導電性ポリマーはほとんど重合されなかった。また、セルロース繊維を含まない比較例5では成形不能で成形体が得られなかったことから、セルロース繊維が導電性ポリマーの骨材としても有効であることが分かる。 As is apparent from the results shown in Table 1, the moldings of Examples 1 to 6 produced from the fibrous material of the present invention containing cellulose fibers having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g and a conductive polymer. Each of the bodies has a surface resistivity of 10 7 (Ω / □) or less, Comparative Example 1 containing no conductive polymer, and Comparative Example using cellulose fibers having a carboxyl group content of less than 0.1 mmol / g Compared to 3, it showed higher conductivity. In particular, Examples 1 and 2 using cellulose nanofibers had high conductivity. As is clear from the comparison between Example 1 and Example 4 or the comparison between Example 5 and Example 6, when the fiber intermediate is washed, the content of the conductive polymer decreases, so that the conductivity is reduced. However, the dropout rate of the conductive polymer could be reduced. This is presumably due to the fact that there are many conductive polymers polymerized on the surface of the cellulose fiber and there are few conductive polymers that are physically captured. In Comparative Example 3, since cellulose fibers having a carboxyl group content of less than 0.1 mmol / g are used, the conductivity is expressed by the conductive polymer that is only physically captured. Compared with No. 6 and No. 6, the dropping rate of the conductive polymer is high. In addition, since Comparative Example 4 also uses cellulose fibers having a carboxyl group content of less than 0.1 mmol / g, all the oxidizing agent is washed by the washing step of the fiber intermediate. Almost no polymerization. Further, in Comparative Example 5 containing no cellulose fiber, it was impossible to mold and a molded product was not obtained. Therefore, it can be seen that cellulose fiber is also effective as an aggregate of a conductive polymer.

表2に示す結果から明らかなように、カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維と導電性ポリマーとを含む本発明の繊維状物及び高分子材料としてのPVAを含む、実施例7及び8の成形体は、繊維状物を含まずPVA単体からなる比較例6に比べて高い導電性を示した。この結果から、本発明の繊維状物が成形用樹脂への導電性フィラーとして機能していることが分かる。   As is apparent from the results shown in Table 2, Examples containing the fibrous material of the present invention containing cellulose fibers having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g and a conductive polymer and PVA as a polymer material. The molded bodies of 7 and 8 showed higher electrical conductivity than Comparative Example 6 made of PVA alone without containing a fibrous material. From this result, it can be seen that the fibrous material of the present invention functions as a conductive filler to the molding resin.

Claims (8)

カルボキシル基含有量0.1〜3mmol/gのセルロース繊維と導電性ポリマーとを含む繊維状物であって、
前記セルロース繊維に酸化剤吸着さ状態で、前記導電性ポリマーに対応するモノマーを混合し重合させる工程を経て得られる繊維状物。
A fibrous material containing a cellulose fiber having a carboxyl group content of 0.1 to 3 mmol / g and a conductive polymer,
The cellulose fibers in a state in which an oxidizing agent is adsorbed into the fibrous product obtained through a step of mixing the monomer corresponding to the conductive polymer polymerization.
前記セルロース繊維がセルロースナノファイバーである請求項1記載の繊維状物。   The fibrous material according to claim 1, wherein the cellulose fibers are cellulose nanofibers. 前記導電性ポリマーが、ポリピロール及びポリアニリンからなる群から選択される1種以上である請求項1又は2記載の繊維状物。   The fibrous material according to claim 1 or 2, wherein the conductive polymer is at least one selected from the group consisting of polypyrrole and polyaniline. 前記導電性ポリマーの含有量が10〜90質量%である請求項1〜3の何れか一項に記載の繊維状物。   Content of the said conductive polymer is 10-90 mass%, The fibrous material as described in any one of Claims 1-3. 前記セルロース繊維のカルボキシル基に鉄イオンが吸着している請求項1〜4の何れか一項に記載の繊維状物。   The fibrous material according to any one of claims 1 to 4, wherein iron ions are adsorbed on a carboxyl group of the cellulose fiber. 請求項1〜5の何れか一項に記載の繊維状物を含む成形体。   The molded object containing the fibrous material as described in any one of Claims 1-5. 請求項1記載の繊維状物の製造方法であって、(i)前記セルロース繊維に酸化剤を吸着させて繊維中間体を得る工程、及び(ii)前記繊維中間体とモノマーとを混合し、該繊維中間体にて該モノマーを重合させて前記導電性ポリマーを得る工程を有する、繊維状物の製造方法。   It is a manufacturing method of the fibrous material of Claim 1, Comprising: (i) The process which makes an oxidant adsorb | suck to the said cellulose fiber, and obtains a fiber intermediate, (ii) The said fiber intermediate and a monomer are mixed, A method for producing a fibrous material, comprising a step of polymerizing the monomer with the fiber intermediate to obtain the conductive polymer. 請求項1記載の繊維状物の製造方法であって、(i)前記セルロース繊維に酸化剤を吸着させて繊維中間体を得る工程、(ii)前記繊維中間体を洗浄する工程、及び(iii)前記繊維中間体とモノマーとを混合し、該繊維中間体にて該モノマーを重合させて前記導電性ポリマーを得る工程を有する、繊維状物の製造方法。   The method for producing a fibrous material according to claim 1, wherein (i) a step of adsorbing an oxidizing agent on the cellulose fiber to obtain a fiber intermediate, (ii) a step of washing the fiber intermediate, and (iii) ) A method for producing a fibrous material, comprising the steps of mixing the fiber intermediate and a monomer and polymerizing the monomer in the fiber intermediate to obtain the conductive polymer.
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