JP6153694B1 - Method for producing rubber composition - Google Patents

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Abstract

本発明は、セルロースナノファイバーを含有するゴム組成物において、セルロースナノファイバーの分散性をより高め、引張強度が改善されたゴム組成物を比較的高い固形分濃度において製造する方法を提供することを課題とする。セルロースナノファイバーを含有するゴム組成物の製造方法であって、セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物と、ゴム成分を含有する水分散液を混合する工程を含む、ゴム組成物の製造方法によって、当該課題を解決する。The present invention provides a method for producing a rubber composition containing cellulose nanofibers having a higher dispersibility of cellulose nanofibers and improved tensile strength at a relatively high solid content concentration. Let it be an issue. A method for producing a rubber composition containing cellulose nanofibers, comprising a step of mixing a dry solid containing cellulose nanofibers and an aqueous dispersion containing a rubber component, Solve the problem.

Description

本発明は、ゴム組成物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a rubber composition.

近年、セルロースナノファイバーと呼ばれる、植物繊維をナノレベルまで細かくほぐすことによって製造される素材をゴム組成物に含有させることにより、引張強度などゴム組成物における各種強度を向上させる技術が知られている。   In recent years, a technique called cellulose nanofiber, which improves various strengths in a rubber composition, such as tensile strength, has been known by incorporating into a rubber composition a material produced by finely pulverizing plant fibers to the nano level. .

例えば、特許文献1には、平均径が0.5μm未満のセルロースの短繊維とゴムラテックスとを撹拌混合して得られるゴム/短繊維のマスターバッチが開示されている。この文献によれば、あらかじめ平均繊維径が0.5μm未満の短繊維を水中でフィブリル化させた分散液とし、これをゴムラテックスと混合して乾燥させることにより、短繊維をゴム中に均一に分散させることができ、このゴム/短繊維のマスターバッチを利用することにより、ゴム補強性と耐疲労性のバランスが取れたゴム組成物を得ることが出来るとされている。   For example, Patent Document 1 discloses a rubber / short fiber masterbatch obtained by stirring and mixing cellulose short fibers having an average diameter of less than 0.5 μm and rubber latex. According to this document, a short fiber having an average fiber diameter of less than 0.5 μm is preliminarily fibrillated in water, and this is mixed with a rubber latex and dried to uniformly distribute the short fiber in the rubber. It is said that by using this rubber / short fiber master batch, a rubber composition having a balance between rubber reinforcement and fatigue resistance can be obtained.

しかしながら、この方法では、セルロースナノファイバー水分散液の固形分濃度が数%以下と低いため、これをゴムラテックスに添加すると、混合液全体の固形分濃度が低くなり取り扱いにくい。   However, in this method, since the solid content concentration of the cellulose nanofiber aqueous dispersion is as low as several percent or less, if this is added to the rubber latex, the solid content concentration of the whole mixed solution is lowered and is difficult to handle.

一方、水に分散している状態のセルロースナノファイバーを乾燥させた固形物が知られている。しかし、一度乾燥させたセルロースナノファイバーは、再度水に分散させようとしても十分に再分散しない。セルロースナノファイバーの乾燥固形物を水中で再分散させる手段として、凍結乾燥法や臨界点乾燥法、有機溶剤で置換処理した後に乾燥する方法などの他に、水溶性高分子と混合した後に乾燥する方法(特許文献2)が提案されているが、特許文献2ではゴム組成物に含有させることについては記載されていない。   On the other hand, solids obtained by drying cellulose nanofibers dispersed in water are known. However, once dried cellulose nanofibers are not sufficiently redispersed even if they are dispersed again in water. In addition to freeze-drying, critical point drying, substitution after drying with organic solvents, and other methods for redispersing dried solids of cellulose nanofibers in water, drying is performed after mixing with water-soluble polymers. Although a method (Patent Document 2) has been proposed, Patent Document 2 does not describe inclusion in a rubber composition.

特開2006−206864号公報JP 2006-206864 A 国際公開第2015/107995号International Publication No. 2015/107995

そこで、本発明は、セルロースナノファイバーを含有することにより補強性が十分に改善されたゴム組成物を比較的高い固形分濃度において製造する方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a rubber composition having a sufficiently improved reinforcing property by containing cellulose nanofibers at a relatively high solid content concentration.

本発明は、以下を提供する。
(1)セルロースナノファイバーを含有するゴム組成物の製造方法であって、
セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物と、ゴム成分を含有する水分散液を混合する工程を含む、ゴム組成物の製造方法。
(2)セルロースナノファイバーの分散液から分散媒を除去して前記乾燥固形物を調製する工程をさらに含む、(1)に記載のゴム組成物の製造方法。
(3)前記セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物が、セルロースナノファイバーの絶乾固形分に対して5〜50重量%の水溶性高分子を含む、(1)に記載のゴム組成物の製造方法。
(4)前記セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物が、セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液から分散媒をドラム乾燥機により除去して得られる、(1)又は(3)に記載のゴム組成物の製造方法。
(5)前記セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物が、セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液のpHを9〜11に調整した後に、分散媒を除去して得られる、(1)、(3)又は(4)のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。
(6)前記セルロースナノファイバーの分散液が、セルロースナノファイバーの絶乾固形分に対して5〜50重量%の水溶性高分子を含む、(2)に記載のゴム組成物の製造方法。
(7)前記セルロースナノファイバーの分散液が水溶性高分子を含み、前記調整工程において、当該セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液から分散媒をドラム乾燥機により除去する、(2)又は(6)に記載のゴム組成物の製造方法。
(8)前記セルロースナノファイバーの分散液が水溶性高分子を含み、前記調製工程において、当該セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液のpHを9〜11に調整した後に、分散媒を除去する、(2)、(6)又は(7)のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。
(9)前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーの絶乾重量に対して、0.6〜2.0mmol/gのカルボキシル基量を有する、(1)〜(8)のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。
(10)前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーのグルコース単位当たり0.01〜0.50のカルボキシメチル置換度を有する、(1)〜(8)のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。
(11)前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーのグルコース単位当たり0.01〜0.40のカチオン置換度を有する、(1)〜(8)のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。
(12)前記水溶性高分子がカルボキシメチルセルロース又はその塩である、(3)〜(11)のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。
The present invention provides the following.
(1) A method for producing a rubber composition containing cellulose nanofibers,
The manufacturing method of a rubber composition including the process of mixing the dry solid substance containing a cellulose nanofiber, and the aqueous dispersion containing a rubber component.
(2) The method for producing a rubber composition according to (1), further comprising a step of removing the dispersion medium from the dispersion of cellulose nanofibers to prepare the dry solid.
(3) Manufacture of the rubber composition as described in (1) in which the dry solid substance containing the said cellulose nanofiber contains 5-50 weight% of water-soluble polymer with respect to the absolutely dry solid content of a cellulose nanofiber. Method.
(4) The dry solid containing the cellulose nanofiber is obtained by removing the dispersion medium from the dispersion containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer with a drum dryer. (1) or (3) The manufacturing method of the rubber composition of description.
(5) The dry solid containing the cellulose nanofiber is obtained by adjusting the pH of the dispersion containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer to 9 to 11, and then removing the dispersion medium (1 ), (3) or (4). The method for producing a rubber composition according to any one of (4).
(6) The manufacturing method of the rubber composition as described in (2) in which the dispersion liquid of the said cellulose nanofiber contains 5 to 50 weight% of water-soluble polymer with respect to the absolutely dry solid content of a cellulose nanofiber.
(7) The dispersion of the cellulose nanofiber contains a water-soluble polymer, and in the adjusting step, the dispersion medium is removed from the dispersion containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer by a drum dryer. ) Or the method for producing a rubber composition according to (6).
(8) The dispersion liquid of the cellulose nanofiber contains a water-soluble polymer, and after adjusting the pH of the dispersion liquid containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer to 9 to 11 in the preparation step, The method for producing a rubber composition according to any one of (2), (6), and (7), wherein
(9) The cellulose nanofiber according to any one of (1) to (8), wherein the cellulose nanofiber has a carboxyl group amount of 0.6 to 2.0 mmol / g with respect to the absolute dry weight of the cellulose nanofiber. Of producing a rubber composition.
(10) The rubber composition according to any one of (1) to (8), wherein the cellulose nanofiber has a degree of carboxymethyl substitution of 0.01 to 0.50 per glucose unit of the cellulose nanofiber. Production method.
(11) The production of the rubber composition according to any one of (1) to (8), wherein the cellulose nanofiber has a cation substitution degree of 0.01 to 0.40 per glucose unit of the cellulose nanofiber. Method.
(12) The method for producing a rubber composition according to any one of (3) to (11), wherein the water-soluble polymer is carboxymethylcellulose or a salt thereof.

本発明によれば、セルロースナノファイバーの分散性をより高め、引張強度が改善されたゴム組成物を比較的高い固形分濃度において製造する方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dispersibility of a cellulose nanofiber can be improved and the method of manufacturing the rubber composition in which the tensile strength was improved in a comparatively high solid content concentration can be provided.

本発明において「X〜Y」はその端値であるX及びYを含む。「X又はY」はXかYのいずれか一方、或いはその両方を意味する。
<セルロースナノファイバー>
本発明において、セルロースナノファイバーは、平均繊維径が4〜500nm程度、平均アスペクト比が100以上の微細繊維であり、未変性あるいは化学変性されたセルロース原料を解繊することによって得ることができる。
In the present invention, “X to Y” includes X and Y which are the end values. “X or Y” means either X or Y, or both.
<Cellulose nanofiber>
In the present invention, the cellulose nanofiber is a fine fiber having an average fiber diameter of about 4 to 500 nm and an average aspect ratio of 100 or more, and can be obtained by fibrillating an unmodified or chemically modified cellulose raw material.

セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維径および繊維長を平均することによって得ることができる。また、アスペクト比は下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
本発明では、セルロース原料が未変性であるか、あるいは化学変性されているかについては特に制限されず、化学変性の方法としては、例えば、酸化、エーテル化、リン酸化、エステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化などを行うことができるが、ゴムとの親和性の観点からは、化学変性されていることが好ましく、中でもN−オキシル化合物を用いた酸化、カルボキシメチル化、カチオン化のいずれかであることが、さらに好ましい。
<セルロース原料>
本発明において、セルロース原料としては、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等を起源とするものが知られており、本発明ではそのいずれも使用できる。好ましくは植物又は微生物由来のセルロース繊維であり、より好ましくは植物由来のセルロース繊維である。
The average fiber diameter and average fiber length of cellulose nanofibers can be obtained by averaging the fiber diameter and fiber length obtained from the results of observing each fiber using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). it can. Also, the aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter In the present invention, there is no particular limitation as to whether the cellulose raw material is unmodified or chemically modified. Examples of chemical modification methods include oxidation, etherification, Phosphorylation, esterification, silane coupling, fluorination, cationization and the like can be performed, but from the viewpoint of affinity with rubber, it is preferably chemically modified, and among them, an N-oxyl compound is used. More preferably, it is any of oxidation, carboxymethylation, and cationization.
<Cellulose raw material>
In the present invention, the cellulose raw material may be a plant (for example, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, farmland waste, cloth, pulp (coniferous unbleached kraft pulp (NUKP), coniferous bleached kraft pulp (NBKP), broadleaf tree not yet). Bleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP) thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.), animals (for example, Squirrels), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (Acetobacter)), microbial products, etc. are known, and any of them can be used in the present invention, preferably cellulose fibers derived from plants or microorganisms More preferably, it is a cellulose fiber derived from a plant.

本発明に用いられるセルロース繊維原料の繊維径は特に制限されず、数平均繊維径としては1μmから1mmである。一般的な精製を経たものは50μm程度である。例えばチップ等の数cm大のものを精製したものである場合、リファイナーやビーター等の離解機で機械的処理を行い、50μm程度にすることが好ましい。セルロース原料の分散液は水であることが好ましい。
<酸化>
本発明において、セルロース原料の酸化は公知の方法を用いて行うことができ、特に限定されないが、セルロースナノファイバーの絶乾重量に対して、カルボキシル基の量が0.6mmol/g〜2.0mmol/gになるように調整することが好ましい。
The fiber diameter of the cellulose fiber raw material used in the present invention is not particularly limited, and the number average fiber diameter is 1 μm to 1 mm. What has undergone general purification is about 50 μm. For example, when a chip or the like having a size of several centimeters is refined, it is preferable to perform a mechanical treatment with a disintegrator such as a refiner or a beater to make it about 50 μm. The cellulose raw material dispersion is preferably water.
<Oxidation>
In the present invention, the oxidation of the cellulose raw material can be performed using a known method, and is not particularly limited, but the amount of the carboxyl group is 0.6 mmol / g to 2.0 mmol with respect to the absolute dry weight of the cellulose nanofiber. It is preferable to adjust to / g.

その一例として、セルロースをN−オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で酸化剤を用いて水中で酸化することにより、酸化セルロースを得ることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基またはカルボキシレート基を有するセルロース系ファイバーを得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5重量%以下が好ましい。N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。   As an example, oxidized cellulose is obtained by oxidizing cellulose in water in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. Can do. By this oxidation reaction, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized, and a cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group or a carboxylate group on the surface can be obtained. The concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by weight or less. The N-oxyl compound refers to a compound that can generate a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the target oxidation reaction.

N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01〜10mmolが好ましく、0.01〜1mmolがより好ましく、0.05〜0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1〜4mmol/L程度が好ましい。臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1〜100mmolが好ましく、0.1〜10mmolがより好ましく、0.5〜5mmolがさらに好ましい。   The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount that can oxidize cellulose as a raw material. For example, 0.01 to 10 mmol is preferable, 0.01 to 1 mmol is more preferable, and 0.05 to 0.5 mmol is more preferable with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. Moreover, about 0.1-4 mmol / L is preferable with respect to the reaction system. Bromide is a compound containing bromine, examples of which include alkali metal bromides that can dissociate and ionize in water. Further, an iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used can be selected as long as the oxidation reaction can be promoted. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and still more preferably 0.5 to 5 mmol with respect to 1 g of absolutely dry cellulose.

酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5〜500mmolが好ましく、0.5〜50mmolがより好ましく、1〜25mmolがさらに好ましく、3〜10mmolが最も好ましい。また、例えば、N−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。   As the oxidizing agent, known ones can be used, and for example, halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogen acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide and the like can be used. Of these, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has a low environmental impact. The appropriate amount of the oxidizing agent used is, for example, preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, further preferably 1 to 25 mmol, and most preferably 3 to 10 mmol with respect to 1 g of absolutely dry cellulose. . For example, 1-40 mol is preferable with respect to 1 mol of N-oxyl compounds.

セルロースの酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4〜40℃が好ましく、また15〜30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5〜6時間、例えば、0.5〜4時間程度である。また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。   The cellulose oxidation process allows the reaction to proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40 ° C, and may be room temperature of about 15 to 30 ° C. As the reaction proceeds, a carboxyl group is generated in the cellulose, so that the pH of the reaction solution is reduced. In order to advance the oxidation reaction efficiently, an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution is added to maintain the pH of the reaction solution at about 8 to 12, preferably about 10 to 11. The reaction medium is preferably water because it is easy to handle and hardly causes side reactions. The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually 0.5 to 6 hours, for example, about 0.5 to 4 hours. The oxidation reaction may be performed in two stages. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency is not affected by the reaction inhibition by the salt generated as a by-product in the first-stage reaction. Can be oxidized well.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位及び6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50〜250g/mであることが好ましく、50〜220g/mであることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100重量部とした際に、0.1〜30重量部であることが好ましく、5〜30重量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0〜50℃であることが好ましく、20〜50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1〜360分程度であり、30〜360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度に酸化及び分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。Another example of the carboxylation (oxidation) method is a method of oxidizing by contacting a gas containing ozone and a cellulose raw material. By this oxidation reaction, at least the hydroxyl groups at the 2nd and 6th positions of the glucopyranose ring are oxidized and the cellulose chain is decomposed. Ozone concentration in the ozone containing gas is preferably 50 to 250 g / m 3, more preferably 50~220g / m 3. The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by weight and more preferably 5 to 30 parts by weight when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by weight. The ozone treatment temperature is preferably 0 to 50 ° C, and more preferably 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 to 360 minutes, and preferably about 30 to 360 minutes. When the conditions for the ozone treatment are within these ranges, the cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose is improved. After the ozone treatment, an additional oxidation treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used for the additional oxidation treatment is not particularly limited, and examples thereof include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. For example, these oxidizing agents can be dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and a cellulose raw material can be immersed in the solution for additional oxidation treatment.

セルロース系ファイバーのカルボキシル基、カルボキシレート基、アルデヒド基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間をコントロールすることで調整することができる。カルボキシル基量の測定方法は例えば、酸化セルロースの0.5重量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出することができる:
カルボキシル基量〔mmol/g酸化セルロース又はセルロースナノファイバー〕=a〔ml〕×0.05/酸化セルロース重量〔g〕。
The amount of the carboxyl group, carboxylate group, and aldehyde group of the cellulose fiber can be adjusted by controlling the amount of the oxidizing agent added and the reaction time. The carboxyl group content is measured, for example, by preparing 60 ml of a 0.5 wt% slurry (aqueous dispersion) of oxidized cellulose, adding 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, and then adding 0.05 N sodium hydroxide. The electrical conductivity was measured by dropping the aqueous solution until the pH reached 11, and the amount was calculated from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid where the change in electrical conductivity was slow, using the following formula: can do:
Amount of carboxyl group [mmol / g oxidized cellulose or cellulose nanofiber] = a [ml] × 0.05 / oxidized cellulose weight [g].

<カルボキシメチル化>
本発明において、セルロース原料のカルボキシメチル化は公知の方法を用いて行うことができ、特に限定されないが、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度が0.01〜0.50となるように調整することが好ましい。その一例として次のような製造方法を挙げることができるが、従来公知の方法で合成してもよく、市販品を使用してもよい。セルロースを発底原料にし、溶媒に3〜20重量倍の水又は低級アルコール、あるいは双方を使用する。低級アルコールとしては具体的にはメタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、又は2種以上の混合媒体を使用する。なお、混合溶媒とするときの低級アルコールの混合割合は、60〜95重量%である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5〜20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用する。発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0〜70℃、好ましくは10〜60℃、かつ反応時間15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間、マーセル化処理を行う。その後、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05〜10.0倍モル添加し、反応温度30〜90℃、好ましくは40〜80℃、かつ反応時間30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間、エーテル化反応を行う。
<Carboxymethylation>
In the present invention, the carboxymethylation of the cellulose raw material can be performed using a known method, and is not particularly limited. However, the substitution degree of carboxymethyl group per anhydroglucose unit of cellulose is 0.01 to 0.50. It is preferable to adjust to. As an example, the following production method can be mentioned, but it may be synthesized by a conventionally known method or a commercially available product may be used. Cellulose is used as a starting material, and 3 to 20 times by weight of water or lower alcohol or both are used as a solvent. Specifically, as the lower alcohol, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol or the like alone or a mixed medium of two or more kinds is used. In addition, the mixing ratio of the lower alcohol when used as a mixed solvent is 60 to 95% by weight. As the mercerizing agent, 0.5 to 20 times moles of alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide is used per anhydroglucose residue of the bottoming material. A bottoming raw material, a solvent, and a mercerizing agent are mixed and subjected to mercerization treatment at a reaction temperature of 0 to 70 ° C., preferably 10 to 60 ° C., and a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. Thereafter, a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times mol per glucose residue, a reaction temperature of 30 to 90 ° C., preferably 40 to 80 ° C., and a reaction time of 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour. Perform etherification reaction for ~ 4 hours.

グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定方法としては、例えば、次の方法によって得ることができる。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース繊維(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)硝酸メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースにする。3)水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’−(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾重量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F’:0.1NのHSOのファクター
F:0.1NのNaOHのファクター
<カチオン化>
本発明において、セルロース原料のカチオン化は公知の方法を用いて行うことができる。カチオン化により例えば、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム、これらアンモニウム、ホスホニウムまたはスルホニウムを有する基をセルロース分子に有することができるが、アンモニウムを有する基が好ましく、特に、四級アンモニウムを含む基が好ましい。具体的なカチオン化の方法としては、特に限定されないが、一例として、セルロース原料にグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハイドライト又はそのハロヒドリン型などのカチオン化剤と触媒である水酸化アルカリ金属(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)を水又は炭素数1〜4のアルコール、あるいは双方の存在下で反応させることによって、四級アンモニウムを含む基を有する、カチオン変性されたセルロースを得ることができる。なお、この方法において、得られるカチオン変性されたセルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、反応させるカチオン化剤の添加量、水及び炭素数1〜4のアルコールの組成比率をコントロールすることによって、調整することができる。ここでいう置換度とは、セルロースを構成する単位構造(グルコピラノース環)あたりの導入された置換基の個数を示す。言い換えると、「導入された置換基のモル数を、グルコピラノース環の水酸基の総モル数で割った値」として定義する。純粋セルロースは単位構造(グルコピラノース環)あたり3個の置換可能な水酸基を有しているため、本発明のセルロース繊維の置換度の理論最大値は3(最小値は0)である。
As a measuring method of the carboxymethyl substitution degree per glucose unit, it can obtain by the following method, for example. That is, 1) About 2.0 g of carboxymethylated cellulose fiber (absolutely dry) is precisely weighed and put into a 300 mL conical stoppered Erlenmeyer flask. 2) Add 100 mL of a solution of 100 mL of special concentrated nitric acid to 1000 mL of nitric acid methanol and shake for 3 hours to convert the carboxymethyl cellulose salt (CM cellulose) into hydrogenated CM cellulose. 3) Weigh accurately 1.5 to 2.0 g of hydrogenated CM-modified cellulose (absolutely dry) and put into a 300 mL conical flask with a stopper. 4) Wet the hydrogenated CM cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. 5) Back titrate excess NaOH with 0.1N H 2 SO 4 using phenolphthalein as indicator. 6) The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the following formula:
A = [(100 × F ′ − (0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) × F) × 0.1] / (absolute dry weight of hydrogenated CM-modified cellulose (g))
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required for neutralizing 1 g of hydrogenated CM-modified cellulose
F ′: Factor of 0.1 N H 2 SO 4 F: Factor of 0.1 N NaOH <Cationization>
In the present invention, the cationization of the cellulose raw material can be performed using a known method. By cationization, for example, ammonium, phosphonium, sulfonium, groups having these ammonium, phosphonium or sulfonium can be present in the cellulose molecule, but groups having ammonium are preferred, and groups containing quaternary ammonium are particularly preferred. The specific cationization method is not particularly limited, but as an example, a cationizing agent such as glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2hydroxypropyltrialkylammonium hydride or a halohydrin type thereof is used as a cellulose raw material and a catalyst. Cation-modified with a group containing quaternary ammonium by reacting certain alkali metal hydroxides (sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc.) in the presence of water or alcohols having 1 to 4 carbon atoms, or both Cellulose can be obtained. In this method, the degree of cation substitution per glucose unit of the cation-modified cellulose obtained is controlled by controlling the addition amount of the cationizing agent to be reacted, the composition ratio of water and an alcohol having 1 to 4 carbon atoms. Can be adjusted. The degree of substitution herein refers to the number of substituents introduced per unit structure (glucopyranose ring) constituting cellulose. In other words, it is defined as “a value obtained by dividing the number of moles of the introduced substituent by the total number of moles of hydroxyl groups of the glucopyranose ring”. Since pure cellulose has three substitutable hydroxyl groups per unit structure (glucopyranose ring), the theoretical maximum value of the degree of substitution of the cellulose fiber of the present invention is 3 (minimum value is 0).

本発明において、カチオン化されたセルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は0.01〜0.40であることが好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.01より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、繊維形態を維持できなくなり、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。グルコース単位当たりのカチオン置換度は、試料(カチオン変性されたセルロース)を乾燥させた後に、全窒素分析計TN−10(三菱化学(株)製)で窒素含有量を測定し、次式により算出することができる。ここで言う置換度とは、無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値を表している。   In the present invention, the degree of cation substitution per glucose unit of cationized cellulose is preferably 0.01 to 0.40. By introducing a cationic substituent into cellulose, the celluloses repel each other electrically. For this reason, the cellulose which introduce | transduced the cation substituent can be nano-defibrated easily. In addition, when the cation substitution degree per glucose unit is smaller than 0.01, nano-defibration cannot be sufficiently performed. On the other hand, if the degree of cation substitution per glucose unit is larger than 0.40, the fiber form cannot be maintained because it swells or dissolves and may not be obtained as a nanofiber. The degree of cation substitution per glucose unit is calculated by the following equation after measuring the nitrogen content with a total nitrogen analyzer TN-10 (Mitsubishi Chemical Corporation) after drying the sample (cation-modified cellulose). can do. The degree of substitution referred to here represents the average value of the number of moles of substituents per mole of anhydroglucose unit.

カチオン置換度=(162×N)/(1−151.6×N)
N:窒素含有量
<解繊>
本発明において、解繊する装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いて前記水分散体に強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、前記水分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。また、高圧ホモジナイザーでの解繊及び分散処理に先立って、必要に応じて、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて、上記のセルロースナノファイバーに予備処理を施すことも可能である。
Degree of cation substitution = (162 × N) / (1-151.6 × N)
N: Nitrogen content <defibration>
In the present invention, an apparatus for defibrating is not particularly limited, but a strong shearing force is applied to the aqueous dispersion using an apparatus such as a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high pressure type, a roll mill type, or an ultrasonic type. Is preferred. In particular, for efficient defibration, it is preferable to use a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer that can apply a pressure of 50 MPa or more to the aqueous dispersion and can apply a strong shearing force. The pressure is more preferably 100 MPa or more, and further preferably 140 MPa or more. In addition, prior to defibration and dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, if necessary, the cellulose nanofibers are pretreated using a known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer. Is also possible.

上記の処理で解繊する場合、セルロース繊維原料としての固形分濃度は0.1重量%以上、好ましくは0.2重量%以上、特に0.3重量%以上、且つ10重量%以下、特に6重量%以下であることが好ましい。固形分濃度が低過ぎると、処理するセルロース繊維原料の量に対して液量が多くなり過ぎ効率が悪く、固形分濃度が高過ぎると流動性が悪くなる。   In the case of defibration by the above treatment, the solid content concentration as the cellulose fiber raw material is 0.1 wt% or more, preferably 0.2 wt% or more, particularly 0.3 wt% or more, and 10 wt% or less, particularly 6 It is preferable that it is below wt%. When the solid content concentration is too low, the amount of liquid is too large with respect to the amount of the cellulose fiber raw material to be processed, resulting in poor efficiency, and when the solid content concentration is too high, the fluidity is deteriorated.

<水溶性高分子>
本発明において、水溶性高分子とは水に溶解する高分子化合物をいい、例えば、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ローカストビーンガム、ジェランガム、ゲランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、ジェランガム、ペクチン、グァーガム及びコロイダルシリカ並びにそれら1つ以上の混合物をいう。この中でも、カルボキシメチルセルロース又はその塩を用いることが親和性の点から好ましい。水溶性高分子としてのカルボキシメチルセルロースは、カルボキシメチル基が導入されたセルロースナノファイバーとは異なる。
<Water-soluble polymer>
In the present invention, the water-soluble polymer refers to a polymer compound that dissolves in water, such as cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean. Gum, Alginic acid, Alginate, Pullulan, Starch, Hard starch, Scrap flour, Positive starch, Phosphorylated starch, Corn starch, Arabic gum, Locust bean gum, Gellan gum, Gellan gum, Polydextrose, Pectin, Chitin, Water-soluble chitin, Chitosan, Casein , Albumin, soy protein lysate, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, sodium polyacrylate, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino , Polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, rosin sizing agent, petroleum resin sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide polyamine resin, polyethyleneimine, polyamine, vegetable gum, polyethylene oxide , Hydrophilic cross-linked polymers, polyacrylates, starch polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, gellan gum, pectin, guar gum and colloidal silica and mixtures of one or more thereof. Among these, it is preferable from the point of affinity to use carboxymethylcellulose or its salt. Carboxymethyl cellulose as a water-soluble polymer is different from cellulose nanofibers into which a carboxymethyl group has been introduced.

<乾燥固形物>
本発明において、乾燥固形物とは、セルロースナノファイバーの分散液から当該分散媒を除去して得られた固形物をいう。本発明において乾燥固形物とは、絶乾状態のものまたは湿潤状態のものをいい、固形物中に分散媒が12重量%以下存在するものをいう。具体的には、セルロースナノファイバー又はこれと前記量以下の分散媒からなる乾燥固形物、あるいはセルロースナノファイバーと水溶性高分子又はこれらと前記量以下の分散媒からなる乾燥固形物が挙げられる。分散媒としては水や水性有機溶媒が挙げられるが、水が好ましい。分散媒を除去するとは、分散液を脱水(脱分散媒)又は乾燥すること等により分散媒を除くことを意味する。
<Dry solid>
In the present invention, the dry solid refers to a solid obtained by removing the dispersion medium from a dispersion of cellulose nanofibers. In the present invention, the dry solid refers to a completely dry or wet state, and refers to a solid medium having a dispersion medium of 12% by weight or less. Specifically, the dry solid substance which consists of a cellulose nanofiber or this and a dispersion medium below this amount, or the dry solid substance which consists of a cellulose nanofiber and a water-soluble polymer or these and a dispersion medium below this amount is mentioned. Examples of the dispersion medium include water and aqueous organic solvents, but water is preferable. Removing the dispersion medium means removing the dispersion medium by dehydrating (dedispersing medium) or drying the dispersion.

本発明において、前記水分散液に、固体又は液体の水溶性高分子を溶解または分散してもよい。また、前記分散液のpHを9〜11に調整した後に、脱水又は乾燥することによってゴム組成物とセルロースナノファイバーの親和性が良好である乾燥固形物を得ることができる。本発明において、セルロースナノファイバーの分散液とは分散媒中にセルロースナノファイバーが分散している液をいう。   In the present invention, a solid or liquid water-soluble polymer may be dissolved or dispersed in the aqueous dispersion. Moreover, after adjusting the pH of the dispersion to 9 to 11, a dry solid having good affinity between the rubber composition and the cellulose nanofiber can be obtained by dehydration or drying. In the present invention, the dispersion of cellulose nanofibers refers to a liquid in which cellulose nanofibers are dispersed in a dispersion medium.

本発明において、セルロースナノファイバーと水溶性高分子を含有する乾燥固形物中の水溶性高分子の配合量は、セルロースナノファイバーの絶乾固形分に対して、5〜50重量%であることが好ましい。5重量%未満であると十分な再分散性の効果が発現しにくい。一方、50重量%を超えるとセルロースナノファイバーの特徴である粘度特性、分散安定性の低下などの問題が生じうる。また、セルロースナノファイバーと水溶性高分子を含有した乾燥固形物はゴム成分との親和性(分散性)高くなる理由は明らかではないが、ゴム成分とセルロースナノファイバーを混合する際、水溶性高分子がゴム成分中に溶解し、粘度が上昇する。この結果として、撹拌時において高いずり応力が加わることにより、ゴム成分中にとセルロースナノファイバーが均一に分散させることができると推測される。   In the present invention, the blending amount of the water-soluble polymer in the dry solid containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer is 5 to 50% by weight with respect to the absolutely dry solid content of the cellulose nanofiber. preferable. If it is less than 5% by weight, the effect of sufficient redispersibility is hardly exhibited. On the other hand, when it exceeds 50% by weight, problems such as a decrease in viscosity characteristics and dispersion stability, which are characteristics of cellulose nanofibers, may occur. Also, it is not clear why dry solids containing cellulose nanofibers and water-soluble polymers have high affinity (dispersibility) with the rubber component, but when mixing the rubber component and cellulose nanofibers, Molecules dissolve in the rubber component and the viscosity increases. As a result, it is presumed that cellulose nanofibers can be uniformly dispersed in the rubber component by applying a high shear stress during stirring.

上記分散液あるいは混合液の脱水又は乾燥方法としては、従来公知のものであればよく、例えば、スプレードライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、及び真空乾燥を挙げることができる。本発明方法で具体的に用いる乾燥装置の例としては、以下のようなものである。すなわち、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置等、回分式の箱型乾燥装置、通気乾燥装置、真空箱型乾燥装置、及び撹拌乾燥装置等の乾燥装置を単独で又は2つ以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ドラム乾燥装置を用いることが、均一に被乾燥物に熱エネルギーを直接供給するためエネルギー効率の点から好ましい。また、ドラム乾燥装置は必要以上に熱を加えずに、直ちに乾燥物を回収できる点からも好ましい。   As a method for dehydrating or drying the dispersion or the mixed solution, any conventionally known method may be used, and examples thereof include spray drying, pressing, air drying, hot air drying, and vacuum drying. Examples of the drying apparatus specifically used in the method of the present invention are as follows. That is, continuous tunnel dryer, band dryer, vertical dryer, vertical turbo dryer, multi-stage disk dryer, aeration dryer, rotary dryer, air dryer, spray dryer dryer, spray dryer , Cylindrical dryers, drum dryers, screw conveyor dryers, rotary dryers with heating tubes, vibration transport dryers, batch-type box dryers, aeration dryers, vacuum box dryers, stirring dryers, etc. These drying apparatuses can be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use a drum drying apparatus from the viewpoint of energy efficiency because the heat energy is uniformly supplied directly to an object to be dried. The drum drying apparatus is also preferable in that it can immediately collect a dried product without applying heat more than necessary.

<ゴム成分>
ゴム成分とはゴムの原料であって架橋してゴムとなるものをいう。天然ゴム用のゴム成分および合成ゴム用のゴム成分が存在するが、本発明においてはいずれを用いてもよく、また両者を組合せてもよい。便宜上、天然ゴム用等のゴム成分を「天然ゴムポリマー」等という。
<Rubber component>
The rubber component is a raw material of rubber and is crosslinked to become rubber. Although there are a rubber component for natural rubber and a rubber component for synthetic rubber, either one may be used in the present invention, or both may be combined. For convenience, rubber components for natural rubber and the like are referred to as “natural rubber polymers” and the like.

天然ゴム(NR)ポリマーとしては、化学修飾を施さない狭義の天然ゴムポリマー;塩素化天然ゴムポリマー、クロロスルホン化天然ゴムポリマー、エポキシ化天然ゴムポリマー等の化学修飾した天然ゴムポリマー;水素化天然ゴムポリマー;脱タンパク天然ゴムポリマーが挙げられる。合成ゴムポリマーとしては例えば、ブタジエンゴム(BR)ポリマー、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)ポリマー、イソプレンゴム(IR)ポリマー、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)ポリマー、クロロプレンゴムポリマー、スチレン−イソプレン共重合体ゴムポリマー、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴムポリマー、イソプレン−ブタジエン共重合体ゴムポリマー等のジエン系ゴムポリマー;ブチルゴム(IIR)ポリマー、エチレン−プロピレンゴム(EPM、EPDM)ポリマー、アクリルゴム(ACM)ポリマー、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)ポリマー、フッ素ゴム(FKM)ポリマー、シリコーンゴム(Q)ポリマー、ウレタンゴム(U)ポリマー、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)ポリマー等の非ジエン系ゴムポリマーが挙げられる。これらのゴムポリマーは一種のみ使用してもよいし、複数種を併用してもよい。これらの中でもジエン系ゴムが好ましい。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Natural rubber (NR) polymer is a natural rubber polymer in a narrow sense without chemical modification; natural rubber polymer chemically modified such as chlorinated natural rubber polymer, chlorosulfonated natural rubber polymer, epoxidized natural rubber polymer; Rubber polymer; deproteinized natural rubber polymer. Examples of synthetic rubber polymers include butadiene rubber (BR) polymer, styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) polymer, isoprene rubber (IR) polymer, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) polymer, chloroprene rubber polymer, styrene-isoprene copolymer. Diene rubber polymers such as polymer rubber polymer, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber polymer, isoprene-butadiene copolymer rubber polymer; butyl rubber (IIR) polymer, ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM) polymer, acrylic rubber (ACM) polymer, epichlorohydrin rubber (CO, ECO) polymer, fluoro rubber (FKM) polymer, silicone rubber (Q) polymer, urethane rubber (U) polymer, chlorosulfonated polyethylene Down (CSM) non-diene-based rubber polymers such as polymers. These rubber polymers may be used alone or in combination. Among these, diene rubber is preferable. These may be used alone or in combination of two or more.

本発明において、上記ゴム成分は、ゴム成分の水分散液(ラテックス)として使用することが好ましい。ここでゴム成分を含有する水分散液(ラテックス)とは、水の液中にゴム成分の微粒子が安定に分散した系(エマルジョン)のことであり、ゴム成分の固形分濃度は通常30〜70%程度である。また、ゴム成分の水分散液のpHは7〜12であることが好ましい。   In the present invention, the rubber component is preferably used as an aqueous dispersion (latex) of the rubber component. Here, the aqueous dispersion (latex) containing the rubber component is a system (emulsion) in which fine particles of the rubber component are stably dispersed in the aqueous solution, and the solid content concentration of the rubber component is usually 30 to 70. %. Moreover, it is preferable that pH of the aqueous dispersion of a rubber component is 7-12.

ゴム成分に前記セルロースナノファイバーと水溶性高分子を含有する乾燥固形物を混合する場合、ゴム成分の絶乾固形分に対して、当該セルロースナノファイバーの重量比率が1〜50重量%であることが好ましい。当該比率が1重量%未満であると架橋ゴム組成物としたときに十分な引張強度の向上効果が発現しない。一方、当該比率が50重量%を超えるとゴム組成物の加工性が低下する。   When a dry solid containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer is mixed with the rubber component, the weight ratio of the cellulose nanofiber is 1 to 50% by weight with respect to the absolutely dry solid content of the rubber component. Is preferred. When the ratio is less than 1% by weight, a sufficient tensile strength improvement effect is not exhibited when a crosslinked rubber composition is obtained. On the other hand, when the ratio exceeds 50% by weight, the processability of the rubber composition decreases.

本工程で得られる混合物の全固形分濃度の下限は20重量%以上が好ましく、30重量%以上がより好ましく、40重量%以上がさらに好ましい。また、当該濃度の上限は100重量%以下が好ましく、90重量%以下がより好ましく、80重量%以下がさらに好ましい。本発明の製造方法は、従来検討されなかったセルロースナノファイバーを含む分散液から分散媒を除去して得た乾燥固形物をゴム成分との混合に供することで、固形分濃度が高い混合物を調製する。このため、本発明の製造方法は作業効率及び生産性に優れる。また、高固形分濃度で分散させることによりセルロースナノファイバーに十分なせん断応力がかかり、再分散性が良化することにより、機械的強度に優れたゴム組成物を高い作業効率及び生産性で製造することを達成した。   The lower limit of the total solid concentration of the mixture obtained in this step is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and further preferably 40% by weight or more. Further, the upper limit of the concentration is preferably 100% by weight or less, more preferably 90% by weight or less, and further preferably 80% by weight or less. The production method of the present invention prepares a mixture having a high solid content concentration by subjecting a dry solid obtained by removing a dispersion medium from a dispersion containing cellulose nanofibers, which has not been studied in the past, to mixing with a rubber component. To do. For this reason, the manufacturing method of this invention is excellent in work efficiency and productivity. Also, by dispersing at a high solid content concentration, sufficient shear stress is applied to the cellulose nanofibers, and redispersibility is improved to produce a rubber composition with excellent mechanical strength with high work efficiency and productivity. Achieved that.

<ゴム組成物>
本発明のゴム組成物は、ゴム成分と前記乾燥固形物を混合したものから、ラテックス又は乾燥固形物に由来する水等を除去することで製造される。乾燥固形物が水以外の分散媒を含むときは、ゴム成分と前記乾燥固形物を混合したものから水及び当該分散媒を除去する。本発明において、水又は分散媒を「液状媒体」ともいう。液状媒体を除去する方法は特に制限されず、前記混合物をオーブンでそのまま乾燥してもよく、或いは凝固させてから脱水又は乾燥してもよい。また、この際にpHを2〜6に調整してもよい。
<Rubber composition>
The rubber composition of the present invention is produced by removing water or the like derived from latex or dry solid from a mixture of the rubber component and the dry solid. When the dry solid contains a dispersion medium other than water, the water and the dispersion medium are removed from the mixture of the rubber component and the dry solid. In the present invention, water or a dispersion medium is also referred to as a “liquid medium”. The method for removing the liquid medium is not particularly limited, and the mixture may be dried as it is in an oven, or may be dehydrated or dried after coagulation. At this time, the pH may be adjusted to 2-6.

本発明において、上記ゴム組成物とその他の必要なゴムや配合剤とを、たとえばゴム用混練機等を用いて従来公知の方法で混合し、従来公知の方法で架橋(硫黄を用いる場合は「加硫」ともいう)することが可能である。本発明においてゴム組成物は、架橋前の組成物及び架橋した組成物を含むが、架橋する前の組成物を「未架橋ゴム組成物」、架橋後の組成物を「架橋ゴム組成物」ともいう。   In the present invention, the rubber composition and other necessary rubbers and compounding agents are mixed by a conventionally known method using, for example, a rubber kneader or the like, and crosslinked by a conventionally known method (when sulfur is used, “ Vulcanization)). In the present invention, the rubber composition includes a composition before crosslinking and a crosslinked composition. The composition before crosslinking is referred to as “uncrosslinked rubber composition”, and the composition after crosslinking is also referred to as “crosslinked rubber composition”. Say.

本発明のゴム組成物には、上記した成分以外に、従来ゴム工業で使用される他の配合剤として、たとえば、補強剤、シランカップリング剤、加硫剤、ステアリン酸、加硫促進剤、加硫促進助剤、オイル、硬化レジン、ワックス、老化防止剤などを配合できる。   In the rubber composition of the present invention, in addition to the components described above, other compounding agents conventionally used in the rubber industry include, for example, reinforcing agents, silane coupling agents, vulcanizing agents, stearic acid, vulcanization accelerators, Vulcanization accelerators, oils, curing resins, waxes, anti-aging agents, and the like can be added.

補強剤としては、タイヤ用途で用いられるものをいずれも好適に使用できるが、特に、カーボンブラックおよびシリカの少なくともいずれかを用いることが好ましい。   As the reinforcing agent, any of those used in tire applications can be suitably used, but it is particularly preferable to use at least one of carbon black and silica.

本発明の加硫ゴム組成物は、特に用途は制限されないが、その特性からタイヤ用に好適である。例えば、乗用車用、トラック用、バス用、重車両用などの空気入りタイヤとして使用することができる。   The use of the vulcanized rubber composition of the present invention is not particularly limited, but is suitable for tires due to its characteristics. For example, it can be used as a pneumatic tire for passenger cars, trucks, buses, heavy vehicles and the like.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
<酸化セルロースナノファイバーの製造>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)500g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)780mgと臭化ナトリウム75.5gを溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を6.0mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。上記の工程で得られた酸化パルプを水で1.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150MPa)で3回処理して、セルロースナノファイバー分散液を得た。得られた繊維は、平均繊維径が4nm、アスペクト比が150であった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these.
<Manufacture of oxidized cellulose nanofiber>
Add 500 g of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from coniferous trees (absolutely dry) to 500 ml of an aqueous solution in which 780 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 75.5 g of sodium bromide are dissolved, until the pulp is uniformly dispersed Stir. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system to 6.0 mmol / g to initiate the oxidation reaction. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 3M sodium hydroxide aqueous solution was sequentially added to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system no longer changed. The reaction mixture was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). The pulp yield at this time was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g. The oxidized pulp obtained in the above step was adjusted to 1.0% (w / v) with water and treated three times with an ultrahigh pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) to obtain a cellulose nanofiber dispersion. The obtained fiber had an average fiber diameter of 4 nm and an aspect ratio of 150.

<カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造>
パルプを混ぜることが出来る撹拌機に、パルプ(NBKP(針葉樹晒クラフトパルプ)、日本製紙製)を乾燥重量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥重量で111g加え、パルプ固形分が20%(w/v)になるように水を加えた。その後、30℃で30分攪拌した後にモノクロロ酢酸ナトリウムを216g(有効成分換算)添加した。30分撹拌した後に、70℃まで昇温し1時間撹拌した。その後、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度0.25のカルボキシルメチル化したパルプを得た。その後、カルボキシメチル化したパルプを水で固形分1%(w/v)とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、150MPaの圧力で5回処理することにより解繊し、カルボキシメチル化セルロース繊維とした。得られた繊維は、平均繊維径が50nm、アスペクト比が120であった。
<Production of carboxymethylated cellulose nanofiber>
In a stirrer capable of mixing pulp, 200 g of dry pulp (NBKP (conifer bleached kraft pulp), manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and 111 g of sodium hydroxide by dry weight are added, and the pulp solid content is 20% (w / v Water was added so that Thereafter, after stirring at 30 ° C. for 30 minutes, 216 g of sodium monochloroacetate (in terms of active ingredient) was added. After stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C. and stirred for 1 hour. Thereafter, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain a carboxymethylated pulp having a carboxymethyl substitution degree of 0.25 per glucose unit. Thereafter, the carboxymethylated pulp was made into 1% (w / v) solid content with water, and fibrillated by treating with a high pressure homogenizer 5 times at 20 ° C. and a pressure of 150 MPa to obtain carboxymethylated cellulose fibers. The obtained fiber had an average fiber diameter of 50 nm and an aspect ratio of 120.

<カチオン化セルロースナノファイバーの製造>
パルプを攪拌することができるパルパーに、パルプ(NBKP、日本製紙(株)製)を乾燥重量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥重量で24g加え、パルプ固形濃度が15%になるように水を加えた。その後、30℃で30分撹拌した後に70℃まで昇温し、カチオン化剤として3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドを200g(有効成分換算)添加した。1時間反応した後に、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカチオン置換度0.05のカチオン変性されたセルロースを得た。その後、カチオン変性したパルプを固形濃度1%(w/v)とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、140MPaの圧力で2回処理した。得られた繊維は、平均繊維径が50nm、アスペクト比が120であった。
<Manufacture of cationized cellulose nanofiber>
Add pulp (NBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) in dry weight of 200g and sodium hydroxide in dry weight of 24g to pulper that can stir the pulp, and add water so that the pulp solid concentration is 15%. It was. Then, after stirring for 30 minutes at 30 ° C., the temperature was raised to 70 ° C., and 200 g (in terms of active ingredient) of 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride was added as a cationizing agent. After reacting for 1 hour, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain cation-modified cellulose having a cation substitution degree of 0.05 per glucose unit. Thereafter, the cation-modified pulp was treated at a solid concentration of 1% (w / v) and treated twice with a high-pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 140 MPa. The obtained fiber had an average fiber diameter of 50 nm and an aspect ratio of 120.

<実施例1>
上記の酸化セルロースナノファイバーの0.7重量%水分散液にカルボキシメチルセルロース(商品名:F350HC−4)を、セルロースナノファイバーに対して30重量%添加し、TKホモミキサー(12,000rpm)で60分間撹拌した。この水分散液に、水酸化ナトリウム水溶液0.5重量%を加え、pHを9に調整した後、蒸気圧力0.5MPa.G、ドラム回転数2rpmのドラム乾燥機D0405(カツラギ工業)で乾燥し、水分量5重量%のセルロースナノファイバーとカルボキシメチルセルロースの混合乾燥固形物を得た。ゴムラテックス(商品名:HAラテックス、レヂテックス社、固形分濃度65重量%)100gの絶乾固形分に対して、前記混合乾燥固形物を絶乾相当で5重量%混合し、TKホモミキサー(8000rpm)で60分間撹拌して混合物を得た。当該混合物は全固形分濃度が68.25重量%と非常に高かった。この混合物を、70℃の加熱オーブン中で10時間乾燥させることにより、マスターバッチを得た。
<Example 1>
Carboxymethylcellulose (trade name: F350HC-4) was added to the 0.7% by weight aqueous dispersion of the above oxidized cellulose nanofibers in an amount of 30% by weight with respect to the cellulose nanofibers, and the mixture was added at 60 with a TK homomixer (12,000 rpm). Stir for minutes. To this aqueous dispersion, 0.5% by weight of an aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the pH to 9, and then a vapor pressure of 0.5 MPa. G, and dried with a drum dryer D0405 (Katsuragi Industry Co., Ltd.) with a drum rotation speed of 2 rpm to obtain a mixed dry solid of cellulose nanofibers and carboxymethylcellulose having a water content of 5% by weight. 100 g of rubber latex (trade name: HA latex, Residex, solid content concentration: 65% by weight) is mixed with 5% by weight of the above-mentioned mixed dry solid in a dry dry equivalent, and TK homomixer (8000 rpm) ) For 60 minutes to obtain a mixture. The mixture had a very high total solids concentration of 68.25% by weight. This mixture was dried in a heating oven at 70 ° C. for 10 hours to obtain a master batch.

上記の方法により得たマスターバッチに対し、酸化亜鉛、ステアリン酸をマスターバッチ中のゴム成分に対しそれぞれ6重量%、0.5重量%混合し、オープンロール(関西ロール株式会社製)にて、30℃で10分間混練することによって混練物を得た。この混練物に対し、硫黄および加硫促進剤(BBS、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド)を、混練物中のゴム成分に対しそれぞれ3.5重量%、0.7重量%加え、オープンロール(関西ロール株式会社製)を用い、30℃で10分間混練して、未加硫ゴム組成物のシートを得た。得られた未加硫ゴム組成物のシートを、金型にはさみ、150℃で10分間プレス加硫することにより、厚さ2mmの加硫ゴムシートを得た。得られた加硫ゴムシートを、所定の形状の試験片に裁断し、JIS K6251「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に従い、引張強度を示すものとして、100%ひずみ時、および300%ひずみ時における応力、破断強度をそれぞれ測定した。各々の数値が大きい程、加硫ゴム組成物が良好に補強されており、機械強度に優れることを示す。   For the master batch obtained by the above method, zinc oxide and stearic acid are mixed in an amount of 6% by weight and 0.5% by weight, respectively, with respect to the rubber component in the master batch. A kneaded material was obtained by kneading at 30 ° C. for 10 minutes. Sulfur and a vulcanization accelerator (BBS, Nt-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) were added to the kneaded product at 3.5 wt% and 0.7 wt%, respectively, with respect to the rubber component in the kneaded product. % And using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.), kneading at 30 ° C. for 10 minutes to obtain a sheet of an unvulcanized rubber composition. The obtained unvulcanized rubber composition sheet was sandwiched between molds and press vulcanized at 150 ° C. for 10 minutes to obtain a vulcanized rubber sheet having a thickness of 2 mm. The obtained vulcanized rubber sheet was cut into a test piece having a predetermined shape, and according to JIS K6251 “vulcanized rubber and thermoplastic rubber—how to obtain tensile properties”, indicating tensile strength, at 100% strain, The stress at 300% strain and the breaking strength were measured. The larger each value, the better the vulcanized rubber composition is reinforced and the better the mechanical strength.

本例では、全固形分濃度が68.25重量%と非常に高い混合物を用いて加硫ゴム組成物を製造したが、ゴムマトリックス中でのセルロースナノファイバーの分散が良好であり、表1に示すとおり優れた機械的特性が得られた。
<実施例2>
セルロースナノファイバーを、上記の方法で製造したカルボキシメチル化セルロースナノファイバーに変更した以外は、実施例1と同様に行った。
<実施例3>
セルロースナノファイバーを、上記の方法で製造したカチオン化セルロースナノファイバーに変更した以外は、実施例1と同様に行った。
<実施例4>
セルロースナノファイバーの水分散液を乾燥する際に、カルボキシメチルセルロースを混合せずにセルロースナノファイバー単体で乾燥した以外は、実施例1と同様にして行った。
In this example, a vulcanized rubber composition was produced using a mixture having a total solid content of 68.25% by weight, which was very high, and the cellulose nanofibers were well dispersed in the rubber matrix. As shown, excellent mechanical properties were obtained.
<Example 2>
It carried out similarly to Example 1 except having changed the cellulose nanofiber into the carboxymethylated cellulose nanofiber manufactured by said method.
<Example 3>
It carried out similarly to Example 1 except having changed the cellulose nanofiber into the cationized cellulose nanofiber manufactured by said method.
<Example 4>
When the aqueous dispersion of cellulose nanofibers was dried, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the cellulose nanofibers were dried alone without mixing carboxymethylcellulose.

<比較例1>
実施例1において、マスターバッチを得る際に、セルロースナノファイバーとカルボキシメチルセルロースの混合乾燥固形物を用いなかった以外は、実施例1と同様にして行った。
<比較例2>
実施例1において、マスターバッチを得る際に、セルロースナノファイバー乾燥固形物を用いる代わりに、未乾燥のセルロースナノファイバー水分散液(固形分濃度1.0重量%)を用いた以外は、実施例1と同様にして行った。ゴム成分に対するセルロースナノファイバーの量は実施例1と同じであった。
<比較例3>
実施例2において、マスターバッチを得る際に、セルロースナノファイバー乾燥固形物を用いる代わりに、未乾燥のセルロースナノファイバー水分散液(固形分濃度1.0重量%)を用いた以外は、実施例2と同様にして行った。ゴム成分に対するセルロースナノファイバーの量は実施例2と同じであった。
<比較例4>
実施例3において、マスターバッチを得る際に、セルロースナノファイバー乾燥固形物を用いる代わりに、未乾燥のセルロースナノファイバー水分散液(固形分濃度1.0重量%)を用いた以外は、実施例3と同様にして行った。ゴム成分に対するセルロースナノファイバーの量は実施例3と同じであった。
<Comparative Example 1>
In Example 1, when obtaining a masterbatch, it carried out like Example 1 except not using the mixed dry solid substance of a cellulose nanofiber and carboxymethylcellulose.
<Comparative example 2>
In Example 1, when obtaining a master batch, instead of using a dried cellulose nanofiber solid material, an undried cellulose nanofiber aqueous dispersion (solid content concentration: 1.0% by weight) was used. 1 was performed. The amount of cellulose nanofibers relative to the rubber component was the same as in Example 1.
<Comparative Example 3>
In Example 2, when obtaining a masterbatch, instead of using a dried cellulose nanofiber solid material, an undried cellulose nanofiber aqueous dispersion (solid content concentration: 1.0% by weight) was used except that Performed in the same manner as 2. The amount of cellulose nanofibers relative to the rubber component was the same as in Example 2.
<Comparative example 4>
In Example 3, when obtaining a masterbatch, instead of using a dried cellulose nanofiber solid material, an undried cellulose nanofiber aqueous dispersion (solid content concentration: 1.0% by weight) was used. This was carried out in the same manner as in 3. The amount of cellulose nanofibers relative to the rubber component was the same as in Example 3.

Figure 0006153694

上記の結果から、セルロースナノファイバーと水溶性高分子の混合乾燥固形物を用いた実施例1〜3およびセルロースナノファイバーの乾燥固形物を用いた実施例4では、セルロースナノファイバーを用いなかった比較例1、未乾燥のセルロースナノファイバー水分散液を用いた比較例2〜4に比べ、100%、300%ひずみ時における応力、破断強度が明らかに大きいことから、加硫ゴム組成物が良好に補強されており、機械強度に優れることが分かる。これは、ゴム成分とセルロースナノファイバーの混合物において固形分濃度が高いため、撹拌時に十分なずり応力(せん断応力)が発生して、セルロースナノファイバーの分散性を高めたためと推察される。さらに本発明は、固形分濃度の高い混合物から加硫ゴム組成物を得ることができるため生産性及び作業性に優れていることも明らかである。
Figure 0006153694

From the above results, in Examples 1 to 3 using a mixed dry solid of cellulose nanofibers and a water-soluble polymer and in Example 4 using a dry solid of cellulose nanofibers, comparison was made without using cellulose nanofibers. Compared to Example 1 and Comparative Examples 2 to 4 using an undried cellulose nanofiber aqueous dispersion, the stress at 100% and 300% strain and the breaking strength are clearly large, so that the vulcanized rubber composition is excellent. It can be seen that it is reinforced and has excellent mechanical strength. This is presumably because the mixture of the rubber component and the cellulose nanofiber has a high solid content concentration, so that a sufficient shear stress (shear stress) is generated at the time of stirring and the dispersibility of the cellulose nanofiber is increased. Furthermore, since the vulcanized rubber composition can be obtained from the mixture having a high solid content concentration, the present invention is clearly excellent in productivity and workability.

Claims (15)

セルロースナノファイバーを含有するゴム組成物の製造方法であって、
セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物と、ゴム成分を含有する水分散液を混合する工程を含む、ゴム組成物の製造方法。
A method for producing a rubber composition containing cellulose nanofibers,
The manufacturing method of a rubber composition including the process of mixing the dry solid substance containing a cellulose nanofiber, and the aqueous dispersion containing a rubber component.
セルロースナノファイバーの分散液から分散媒を除去して前記乾燥固形物を調製する工程をさらに含む、請求項1に記載のゴム組成物の製造方法。   The manufacturing method of the rubber composition of Claim 1 which further includes the process of removing a dispersion medium from the dispersion liquid of a cellulose nanofiber, and preparing the said dry solid substance. 前記セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物が、セルロースナノファイバーの絶乾固形分に対して5〜50重量%の水溶性高分子を含む、請求項1に記載のゴム組成物の製造方法。   The manufacturing method of the rubber composition of Claim 1 in which the dry solid containing the said cellulose nanofiber contains 5-50 weight% of water-soluble polymer with respect to the absolutely dry solid content of a cellulose nanofiber. 前記セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物が、セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液から分散媒をドラム乾燥機により除去して得られる、請求項1又は3に記載のゴム組成物の製造方法。   The rubber composition according to claim 1 or 3, wherein the dry solid containing the cellulose nanofibers is obtained by removing a dispersion medium from a dispersion containing cellulose nanofibers and a water-soluble polymer with a drum dryer. Manufacturing method. 前記セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物が、セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液のpHを9〜11に調整した後に、分散媒を除去して得られる、請求項1、3又は4のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。   The dry solid containing the cellulose nanofibers is obtained by removing the dispersion medium after adjusting the pH of the dispersion containing the cellulose nanofibers and the water-soluble polymer to 9-11. Or the manufacturing method of the rubber composition as described in any one of 4. 前記セルロースナノファイバーの分散液が、セルロースナノファイバーの絶乾固形分に対して5〜50重量%の水溶性高分子を含む、請求項2に記載のゴム組成物の製造方法。   The manufacturing method of the rubber composition of Claim 2 in which the dispersion liquid of the said cellulose nanofiber contains 5-50 weight% of water-soluble polymer with respect to the absolutely dry solid content of a cellulose nanofiber. 前記セルロースナノファイバーの分散液が水溶性高分子を含み、前記調整工程において、当該セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液から分散媒をドラム乾燥機により除去する、請求項2又は6に記載のゴム組成物の製造方法。   The dispersion of the cellulose nanofiber contains a water-soluble polymer, and in the adjusting step, the dispersion medium is removed from the dispersion containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer by a drum dryer. The manufacturing method of the rubber composition as described in above. 前記セルロースナノファイバーの分散液が水溶性高分子を含み、前記調製工程において、当該セルロースナノファイバー及び水溶性高分子を含有する分散液のpHを9〜11に調整した後に、分散媒を除去する、請求項2、6又は7のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。   The dispersion liquid of the cellulose nanofiber contains a water-soluble polymer, and after the pH of the dispersion liquid containing the cellulose nanofiber and the water-soluble polymer is adjusted to 9 to 11 in the preparation step, the dispersion medium is removed. The manufacturing method of the rubber composition as described in any one of Claim 2, 6, or 7. 前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーの絶乾重量に対して、0.6〜2.0mmol/gのカルボキシル基量を有する、請求項1又は2に記載のゴム組成物の製造方法。 The manufacturing method of the rubber composition of Claim 1 or 2 with which the said cellulose nanofiber has the amount of carboxyl groups of 0.6-2.0 mmol / g with respect to the absolute dry weight of a cellulose nanofiber. 前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーのグルコース単位当たり0.01〜0.50のカルボキシメチル置換度を有する、請求項1又は2に記載のゴム組成物の製造方法。 The manufacturing method of the rubber composition of Claim 1 or 2 with which the said cellulose nanofiber has 0.01-0.50 carboxymethyl substitution degree per glucose unit of a cellulose nanofiber. 前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーのグルコース単位当たり0.01〜0.40のカチオン置換度を有する、請求項1又は2に記載のゴム組成物の製造方法。 The manufacturing method of the rubber composition of Claim 1 or 2 with which the said cellulose nanofiber has a cation substitution degree of 0.01-0.40 per glucose unit of a cellulose nanofiber. 前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーの絶乾重量に対して、0.6〜2.0mmol/gのカルボキシル基量を有する、請求項3〜8のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。The rubber composition according to any one of claims 3 to 8, wherein the cellulose nanofiber has a carboxyl group amount of 0.6 to 2.0 mmol / g with respect to the dry weight of the cellulose nanofiber. Production method. 前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーのグルコース単位当たり0.01〜0.50のカルボキシメチル置換度を有する、請求項3〜8のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。The manufacturing method of the rubber composition as described in any one of Claims 3-8 in which the said cellulose nanofiber has 0.01-0.50 carboxymethyl substitution degree per glucose unit of a cellulose nanofiber. 前記セルロースナノファイバーが、セルロースナノファイバーのグルコース単位当たり0.01〜0.40のカチオン置換度を有する、請求項3〜8のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。The method for producing a rubber composition according to any one of claims 3 to 8, wherein the cellulose nanofiber has a cation substitution degree of 0.01 to 0.40 per glucose unit of the cellulose nanofiber. 前記水溶性高分子がカルボキシメチルセルロース又はその塩である、請求項3〜8、12〜14のいずれか一項に記載のゴム組成物の製造方法。
The method for producing a rubber composition according to any one of claims 3 to 8 , and 12 to 14 , wherein the water-soluble polymer is carboxymethyl cellulose or a salt thereof.
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