JP6582111B1 - Method for producing sulfonated fine cellulose fiber and method for producing sulfonated pulp fiber - Google Patents

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Abstract

【課題】取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維の製造方法および透明性に優れたスルホン化微細セルロース繊維の製造方法を提供する。【解決手段】パルプからセルロースの水酸基の一部がスルホン化したパルプ繊維を製造する方法であって、パルプを化学的に処理する化学処理工程を含んでおり、化学処理工程が、パルプを構成するパルプ繊維に対してスルホ基を有するスルホン化剤と尿素または/およびその誘導体を接触させる接触工程と、接触工程後のパルプ繊維を構成するセルロースの水酸基の一部にスルホ基を導入する反応工程と、を含むので、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維を製造することができる。【選択図】図1A method for producing a sulfonated pulp fiber excellent in handleability and a method for producing a sulfonated fine cellulose fiber excellent in transparency are provided. A method for producing a pulp fiber in which a part of the hydroxyl group of cellulose is sulfonated from pulp includes a chemical treatment step for chemically treating the pulp, and the chemical treatment step constitutes the pulp. A contact step of bringing a sulfonating agent having a sulfo group into contact with the pulp fiber and urea or / and a derivative thereof; a reaction step of introducing a sulfo group into a part of the hydroxyl groups of cellulose constituting the pulp fiber after the contact step; Therefore, a sulfonated pulp fiber excellent in handleability can be produced. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、スルホン化微細セルロース繊維の製造方法およびスルホン化パルプ繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing sulfonated fine cellulose fibers and a method for producing sulfonated pulp fibers.

セルロースナノファイバー(CNF)とは、植物起因のセルロースをナノ化処理(機械的解繊やTEMPO触媒酸化など)した、繊維幅が数〜数十nm、繊維長が数百nmの微小繊維である。CNFが軽量、高弾性、高強度、低線熱膨張性を有していることから、CNFを含有する複合材料の利用が、工業分野のみならず食品分野や医療分野など様々な分野で期待されている。   Cellulose nanofibers (CNF) are microfibers having a fiber width of several to several tens of nanometers and a fiber length of several hundreds of nanometers (such as mechanical fibrillation and TEMPO catalytic oxidation) that are derived from plant-derived cellulose. . Since CNF has light weight, high elasticity, high strength, and low linear thermal expansibility, the use of composite materials containing CNF is expected not only in the industrial field but also in various fields such as the food field and the medical field. ing.

CNFを機械的に解繊処理する場合、セルロース繊維間が水素結合で強固に結合しているため、CNFを得るまでに大きなエネルギーが必要であった。また、得られたCNFは、繊維長等にばらつきが生じるといった問題があった。   When CNF is mechanically defibrated, cellulose fibers are strongly bonded by hydrogen bonds, and thus a large amount of energy is required to obtain CNF. Further, the obtained CNF has a problem that the fiber length and the like vary.

そこで、機械的な解繊処理工程を行う前に、予めパルプを構成するセルロース繊維をある程度ほぐした状態にする化学処理工程を行う製法が開発されている(特許文献1〜4)。この製法を使用すれば、パルプを直接機械処理する製法と比べて少ないエネルギーでCNFを得ることができる。しかも、得られたCNFのサイズのばらつきを抑制できるという利点が得られる。   Then, the manufacturing method which performs the chemical processing process which makes the state which loosened the cellulose fiber which comprises a pulp to some extent before performing a mechanical defibration processing process is developed (patent documents 1-4). If this manufacturing method is used, CNF can be obtained with less energy compared with a manufacturing method in which pulp is directly machined. In addition, there is an advantage that variation in the size of the obtained CNF can be suppressed.

例えば、特許文献1〜3には、パルプを硫酸や過硫酸、塩素系酸化剤などの強酸を用いて化学処理した後、得られたパルプスラリーを解繊機等に供給してCNFを得るという製法が開示されている。
しかしながら、特許文献1〜3のような製法では、化学処理工程において硫酸や過硫酸等を用いるので、取り扱い性の煩雑さに加え、反応後の排水処理の問題や、設備の配管等が腐食するなどの問題が発生している。また、塩素系酸化剤を使用する場合には、反応時に発生する塩素による環境への影響が懸念されている。
For example, Patent Documents 1 to 3 describe a method in which pulp is chemically treated with a strong acid such as sulfuric acid, persulfuric acid, or a chlorine-based oxidizing agent, and then the obtained pulp slurry is supplied to a defibrator or the like to obtain CNF. Is disclosed.
However, in manufacturing methods such as Patent Documents 1 to 3, since sulfuric acid, persulfuric acid, and the like are used in the chemical treatment process, in addition to the complexity of handling, the problem of wastewater treatment after reaction, the piping of facilities, and the like corrode. The problem has occurred. In addition, when a chlorinated oxidant is used, there are concerns about the environmental impact of chlorine generated during the reaction.

一方、特許文献4には、パルプをリン酸塩と尿素を用いて化学処理した後、得られたパルプスラリーを解繊機等に供給してCNFを得るという製法が開示されている。かかる製法を使用すれば、化学処理工程において硫酸などの強酸を使用する場合に発生する問題を解消することができる。しかも、得られたCNFの表面の水酸基の一部にリン酸エステルを導入できるので、水溶媒中での分散性を向上させることができる旨が記載されている。
また、特許文献4には、固形分濃度0.2質量%に調製することにより透明性の高い(ヘイズ値が5〜15%)CNFを製造することができる旨が記載されている。
On the other hand, Patent Document 4 discloses a production method in which pulp is chemically treated with phosphate and urea, and then the obtained pulp slurry is supplied to a defibrator or the like to obtain CNF. If such a manufacturing method is used, the problem which generate | occur | produces when using strong acids, such as a sulfuric acid, in a chemical treatment process can be eliminated. In addition, it is described that the dispersibility in an aqueous solvent can be improved because a phosphate ester can be introduced into a part of the hydroxyl groups on the surface of the obtained CNF.
Patent Document 4 describes that CNF having high transparency (haze value of 5 to 15%) can be produced by adjusting the solid content concentration to 0.2% by mass.

特開2017−43677号公報JP 2017-43677 A 特開2017−8472号公報JP 2017-8472 A 特開2017−25240号公報JP 2017-25240 A 特開2017−25468号公報JP 2017-25468 A

しかるに、特許文献1〜4には、解繊前のパルプ繊維の保水度を調整する技術はもちろん、調整した保水度に基づくパルプ繊維の取り扱いに関する記載もない。   However, Patent Documents 1 to 4 do not include a technique for adjusting the water retention of the pulp fiber before defibration, and there is no description regarding handling of the pulp fiber based on the adjusted water retention.

本発明は上記事情に鑑み、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維の製造方法および透明性に優れたスルホン化微細セルロース繊維の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber excellent in the handleability, and the manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber excellent in transparency in view of the said situation.

(スルホン化パルプ繊維の製造方法)
第1発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、パルプからセルロースの水酸基の一部がスルホン化したパルプ繊維を製造する方法であって、前記パルプを化学的に処理する化学処理工程を含んでおり、該化学処理工程が、前記パルプを構成するパルプ繊維に対してスルホ基を有するスルファミン酸と尿素を水に溶解させた反応液に接触させる接触工程と、該接触工程後の湿潤状態のパルプを反応工程に供給し、該反応工程において、パルプ繊維を構成するセルロースの水酸基の一部にスルホ基を導入する工程と、を順に行い該反応工程は、前記接触工程後の前記反応液が接触した状態の前記パルプ繊維を加熱して反応を進行させる工程であり、該反応温度を100℃〜180℃、反応時間を5分以上となるように調整することを特徴とする。
第2発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、第1発明において、前記反応液は、スルファミン酸と尿素を、濃度(g/L)比において、4:1〜1:2.5となるように含有することを特徴とする。
第3発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、第1発明または第2発明のいずれかに記載の発明において、前記反応工程に供給するパルプは、水分を含んだ状態であることを特徴とする。
第4発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、第1発明、第2発明または第3発明のいずれかに記載の発明において、前記反応工程後に、前記反応工程後のパルプを洗浄する洗浄工程を含むことを特徴とする。
(スルホン化微細セルロース繊維の製造方法)
発明のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法は、パルプからセルロースの水酸基の一部がスルホン化した微細セルロース繊維を製造する方法であって、前記パルプを化学的に処理する化学処理工程と、該化学処理工程後のパルプを微細化する微細化処理工程と、を順に行う方法であり、前記化学処理工程後のパルプが請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法で製造されたスルホン化パルプ繊維を含んでおり、前記微細化処理工程において、前記スルホン化パルプ繊維は、保水度が250%以上のものであることを特徴とする。
第6発明のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法は、第5発明において、前記微細化処理工程において、前記スルホン化パルプ繊維を水溶性溶媒に固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように分散させた状態で微細化することを特徴とする。
(Method for producing sulfonated pulp fiber)
The manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of 1st invention is a method of manufacturing the pulp fiber in which some hydroxyl groups of the cellulose were sulfonated from the pulp, Comprising: The chemical processing process of chemically processing the said pulp is included. The chemical treatment step comprises contacting a pulp fiber constituting the pulp with a reaction solution in which sulfamic acid having a sulfo group and urea are dissolved in water , and a wet pulp after the contact step. fed to the reaction step, in the reaction step, the reaction step is performed with about Engineering you introduce part sulfo group of a hydroxyl group of cellulose, in order to configure the pulp fibers, the reaction solution after the contacting step a step of heating the pulp fibers of the contacted state the reaction to proceed, the reaction temperature 100 ° C. to 180 ° C. and characterized by adjusting the reaction time to be 5 minutes or more
In the method for producing a sulfonated pulp fiber according to the second invention, in the first invention, the reaction solution is such that sulfamic acid and urea are in a concentration (g / L) ratio of 4: 1 to 1: 2.5. It is contained in.
The method for producing a sulfonated pulp fiber of the third invention is characterized in that, in the invention according to either the first invention or the second invention , the pulp supplied to the reaction step is in a state containing moisture. .
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to a fourth aspect of the invention is the invention according to any one of the first aspect, the second aspect, or the third aspect, wherein a washing step of washing the pulp after the reaction step is performed after the reaction step. It is characterized by including.
(Method for producing sulfonated fine cellulose fiber)
The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber of the fifth invention is a method for producing a fine cellulose fiber in which a part of the hydroxyl group of cellulose is sulfonated from the pulp, and a chemical treatment step for chemically treating the pulp; The sulfone manufactured by the manufacturing method in any one of Claims 1-4 which performs the refinement | purification process process which refines | miniaturizes the pulp after this chemical treatment process in order, The pulp after the said chemical treatment process is manufactured. The sulfonated pulp fiber has a water retention of 250% or more in the refinement treatment step .
The manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber of the sixth invention is the fifth invention, wherein the sulfonated pulp fiber is a water-soluble solvent and the solid content concentration is 0.1% by mass to 20% by mass in the micronization treatment step. It is characterized by miniaturization in a dispersed state .

(スルホン化パルプ繊維の製造方法)
第1発明によれば、パルプに対してスルホ基を有するスルホン化剤と尿素を接触させ、反応液の水分がパルプに残った状態で加熱反応させることによって、繊維の内部まで反応を進行させることができる。このため、優れた保水度を有するスルホン化パルプ繊維を製造できるので、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維を製造することができる。しかも、スルホン化パルプ繊維の回収率を向上させることができる。さらに、所定の温度で反応させることにより、スルホン化パルプ繊維の製造効率を向上させることができる。
第2発明によれば、スルホン化剤と尿素を所定の混合比となるように調整することによって、適切な繊維長を有するスルホン化パルプ繊維を製造することができる。しかも、スルホン化パルプ繊維の保水度を適切に制御することができるので、用途に応じたスルホン化パルプ繊維を適切に製造することができる。
第3発明によれば、反応工程を適切に進行させることができる。
発明によれば、スルホン化パルプ繊維の取り扱い性を向上させることができる。
(スルホン化微細セルロース繊維の製造方法)
発明によれば、微細化処理工程へ供するスルホン化パルプ繊維の保水度を所定の値以上とすることにより、微細化処理を効率よく行うことができる。また、パルプに対してスルホ基を有するスルホン化剤と尿素を接触させて反応させることによって、適切な繊維長と透明性とを有するスルホン化微細セルロース繊維を製造することができる。
発明によれば、微細化処理を適切に行うことができる。
(Method for producing sulfonated pulp fiber)
According to the first aspect of the invention, contacting a sulfonating agent and urea having a sulfo group on pulp, by heating the reaction in a state where the moisture of the reaction solution remained in the pulp, the reaction is allowed to proceed until the internal fibers be able to. For this reason, since the sulfonated pulp fiber which has the outstanding water retention degree can be manufactured, the sulfonated pulp fiber excellent in the handleability can be manufactured . In addition, the recovery rate of the sulfonated pulp fibers can be improved. Furthermore, the production efficiency of the sulfonated pulp fiber can be improved by reacting at a predetermined temperature.
According to the second invention, by adjusting the sulfonating agent and urea to a predetermined mixing ratio, it is possible to produce a sulfonated pulp fibers having an appropriate fiber length. And since the water retention of a sulfonated pulp fiber can be controlled appropriately, the sulfonated pulp fiber according to a use can be manufactured appropriately.
According to the 3rd invention, a reaction process can be advanced appropriately.
According to the fourth invention, the handleability of the sulfonated pulp fiber can be improved.
(Method for producing sulfonated fine cellulose fiber)
According to 5th invention, a refinement | miniaturization process can be performed efficiently by making the water retention of the sulfonated pulp fiber provided to a refinement | purification process process into a predetermined value or more. Further, by reacting by contacting a sulfonating agent and urea having a sulfo group on pulp, it is possible to produce a sulfonated fine cellulose fibers having a suitable fiber length and transparency.
According to the sixth aspect of the invention, the miniaturization process can be performed appropriately.

本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維、スルホン化パルプ繊維および誘導体パルプの製造方法の概略フロー図である。It is a schematic flowchart of the manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment, a sulfonated pulp fiber, and a derivative pulp. 実験結果を示した図であり、本実施形態の製法で得られたスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性表を示した図である。It is the figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the characteristic table | surface of the sulfamic acid / urea processing pulp fiber corresponded to the sulfonated pulp fiber obtained by the manufacturing method of this embodiment. 実験結果を示した図であり、本実施形態の製法で得られたスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の乾燥工程を除いた際の特性表を示した図である。It is the figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the characteristic table | surface at the time of remove | excluding the drying process of the sulfamic acid / urea process pulp fiber corresponded to the sulfonated pulp fiber obtained by the manufacturing method of this embodiment. 実験結果を示したグラフであり、硫黄導入量と保水度を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and shows the amount of sulfur introduction, and the water retention. 実験結果を示したグラフであり、保水度を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and shows the water retention. 実験結果を示したグラフであり、繊維長を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and shows the fiber length. 実験結果を示したグラフであり、反応条件(温度と時間)に関するものである。It is the graph which showed the experimental result, and is related with reaction conditions (temperature and time). 実験結果を示したグラフであり、反応条件(温度と時間)に関するものである。It is the graph which showed the experimental result, and is related with reaction conditions (temperature and time). 実験結果を示した図であり、本実施形態の製法で得られたスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維表面の拡大写真である。It is the figure which showed the experimental result, and is the enlarged photograph of the fiber surface of the sulfamic acid / urea treatment pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber obtained by the manufacturing method of this embodiment. 実験結果を示したグラフであり、本実施形態の製法で得られたスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の配向強度に関するものである。It is the graph which showed the experimental result, and relates to the orientation strength of the sulfamic acid / urea treated pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber obtained by the production method of this embodiment. 実験結果を示した図であり、本実施形態の製法で得られたスルホン化パルプ繊維に相当するスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維表面の拡大写真である。It is the figure which showed the experimental result, and is the enlarged photograph of the fiber surface of the sulfamic acid / urea treatment pulp fiber corresponding to the sulfonated pulp fiber obtained by the manufacturing method of this embodiment. 実験結果を示した図であり、解繊状況を示した図である。It is the figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the defibration situation. 実験結果を示した図であり、白色度を示した図である。It is the figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the whiteness. 実験結果を示した図であり、本実施形態の製法で得られたスルホン化微細セルロース繊維に相当するナノセルロース繊維の特性表を示した図である。It is the figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the characteristic table | surface of the nano cellulose fiber equivalent to the sulfonated fine cellulose fiber obtained by the manufacturing method of this embodiment. 実験結果を示した図であり、本実施形態の製法で得られたスルホン化微細セルロース繊維に相当するナノセルロース繊維の乾燥工程を除いた際の特性表を示した図である。It is the figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the characteristic table | surface at the time of removing the drying process of the nano cellulose fiber equivalent to the sulfonated fine cellulose fiber obtained by the manufacturing method of this embodiment. 実験結果を示したグラフであり、透明性に関するものである。It is the graph which showed the experimental result, and is related to transparency. 実験結果を示したグラフであり、透明性に関するものである。It is the graph which showed the experimental result, and is related to transparency. 実験結果を示したグラフであり、重合度を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and shows the polymerization degree. 実験結果を示したグラフである。It is the graph which showed the experimental result. 実験結果を示したグラフであり、保水度と解繊の関係性を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and showed the relationship between water retention and defibration. 実験結果を示したグラフであり、保水度と解繊の関係性を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and showed the relationship between water retention and defibration. 実験結果を示したグラフであり、保水度と解繊の関係性を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and showed the relationship between water retention and defibration. 実験結果を示した図であり、解繊時の固形分濃度と解繊の関係性を示した図である。It is the figure which showed the experimental result, and is the figure which showed the solid content density | concentration at the time of defibration, and the relationship of defibration. 実験結果を示したグラフであり、解繊時の固形分濃度と解繊の関係性を示したものである。It is the graph which showed the experimental result, and shows the relationship between the solid content concentration at the time of defibration, and defibration.

以下では、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維を製造することができるようにしたことに特徴を有している。
また、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法は、透明性に優れ、繊維同士のからみあいを向上させたスルホン化微細セルロース繊維を効率的に製造することができるようにしたことに特徴を有している。
とくに、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法は、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法で製造されたスルホン化パルプ繊維を微細化すれば、簡単にしかも適切に所望の微細セルロース繊維を製造することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of the present embodiment is characterized in that a sulfonated pulp fiber excellent in handleability can be manufactured.
In addition, the method for producing a sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment is characterized in that the sulfonated fine cellulose fiber having excellent transparency and improved entanglement between fibers can be efficiently produced. Have.
In particular, the method for producing the sulfonated fine cellulose fiber according to the present embodiment can be easily and appropriately obtained if the sulfonated pulp fiber produced by the method for producing the sulfonated pulp fiber according to the present embodiment is refined. Fiber can be produced.

本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、パルプを化学処理工程に供することによってスルホン化パルプ繊維を製造する方法であり、この化学処理工程において、供給されたパルプを接触工程で処理した後、反応工程で処理するという方法である。
また、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法は、パルプを化学処理工程に供した後、化学処理工程後のパルプを微細化する微細化処理工程と、を順に行う方法である。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to the present embodiment is a method for producing a sulfonated pulp fiber by subjecting the pulp to a chemical treatment step. In this chemical treatment step, after the supplied pulp is treated in the contact step. In this method, the reaction process is performed.
Moreover, the manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment is a method of performing in order the refinement | purification process process which refines | miniaturizes the pulp after a chemical treatment process, after using a pulp for a chemical treatment process.

まず、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法および本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法を用いて製造されるスルホン化パルプ繊維およびスルホン化微細セルロース繊維の概略を説明する。   First, the outline of the sulfonated pulp fiber and the sulfonated fine cellulose fiber produced by using the sulfonated pulp fiber production method of the present embodiment and the sulfonated fine cellulose fiber production method of the present embodiment will be described.

<スルホン化パルプ繊維>
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法で得られるスルホン化パルプ繊維(以下、単にスルホン化パルプ繊維という)は、複数のセルロース繊維からなるパルプ繊維であって、含有するセルロース繊維を構成するセルロース(D−グルコースがβ(1→4)グリコシド結合した鎖状の高分子)の水酸基(−OH基)の少なくとも一部が下記式(1)で示されるスルホ基でスルホン化されたものである。
<Sulfonated pulp fiber>
A sulfonated pulp fiber (hereinafter simply referred to as a sulfonated pulp fiber) obtained by the method for producing a sulfonated pulp fiber of the present embodiment is a pulp fiber composed of a plurality of cellulose fibers, and cellulose constituting the contained cellulose fiber. At least a part of the hydroxyl group (—OH group) of (a chain polymer in which D-glucose is β (1 → 4) glycosidic bonded) is sulfonated with a sulfo group represented by the following formula (1). .

(−SO ・Zr+ (1)
(ここで、rは、独立した1〜3の自然数であり、Zr+は、r=1のとき、水素イオン、アルカリ金属の陽イオン、アンモニウムイオン、脂肪族アンモニウムイオン、芳香族アンモニウムイオンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。また、r=2または3のとき、アルカリ土類金属の陽イオンまたは多価金属の陽イオンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。)
(—SO 3 ) r · Z r + (1)
(Where r is an independent natural number from 1 to 3, and Z r + is composed of hydrogen ions, alkali metal cations, ammonium ions, aliphatic ammonium ions, and aromatic ammonium ions when r = 1. And at least one selected from the group consisting of alkaline earth metal cations or polyvalent metal cations when r = 2 or 3.)

(スルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入量)
スルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入量は、パルプ繊維がほぐれやすくなる程度に導入されていれば、とくに限定されない。
例えば、スルホン化パルプ繊維1g(質量)あたりの硫黄導入量は、0.42mmol/gよりも高くなるように調整するのが好ましく、より好ましくは、0.42mmol/g〜9.9mmol/gであり、さらに好ましくは0.5mmol/g〜9.9mmol/gであり、さらにより好ましくは0.6mmol/g〜9.9mmol/gである。
スルホン化パルプ繊維1g(質量)あたりの硫黄導入量が0.42mmol/g以下の場合には、スルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士が強く結合した状態が維持されやすい。一方、硫黄導入量が9.9mmol/gに近づくほど結晶性の低下が懸念され、硫黄を導入する際のコストも増加する傾向にある。
したがって、スルホン化パルプ繊維へのスルホ基の導入量、つまりスルホ基に基づく硫黄導入量は、上記範囲となるように調整するのが好ましい。
(Introduced amount of sulfo group in sulfonated pulp fiber)
The introduction amount of the sulfo group in the sulfonated pulp fiber is not particularly limited as long as it is introduced to such an extent that the pulp fiber is easily loosened.
For example, the amount of sulfur introduced per 1 g (mass) of sulfonated pulp fibers is preferably adjusted to be higher than 0.42 mmol / g, more preferably 0.42 mmol / g to 9.9 mmol / g. Yes, more preferably 0.5 mmol / g to 9.9 mmol / g, and even more preferably 0.6 mmol / g to 9.9 mmol / g.
When the amount of sulfur introduced per 1 g (mass) of the sulfonated pulp fiber is 0.42 mmol / g or less, the state in which the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber are strongly bonded is easily maintained. On the other hand, as the sulfur introduction amount approaches 9.9 mmol / g, there is a concern that the crystallinity is lowered, and the cost for introducing sulfur tends to increase.
Therefore, the introduction amount of the sulfo group into the sulfonated pulp fiber, that is, the introduction amount of sulfur based on the sulfo group, is preferably adjusted to be in the above range.

とくに、スルホン化パルプ繊維におけるスルホ基の導入量において、スルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維をばらけ易くするという観点では、0.42mmol/gよりも高く3.0mmol/g以下となるように調整するのが好ましく、より好ましくは0.5mmol/g〜3.0mmol/gであり、さらに好ましくは0.5mmol/g〜2.0mmol/gであり、さらにより好ましくは、0.5mmol/g〜1.5mmol/gである。
また、スルホン化パルプ繊維を解繊して得られる後述する微細セルロース繊維における透明性の観点においても、上記範囲と同様の範囲となるように調整するのが好ましい。
In particular, the amount of sulfo group introduced into the sulfonated pulp fiber is set to be higher than 0.42 mmol / g and not higher than 3.0 mmol / g from the viewpoint of facilitating dispersion of the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber. It is preferable to adjust, more preferably 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g, still more preferably 0.5 mmol / g to 2.0 mmol / g, and still more preferably 0.5 mmol / g. -1.5 mmol / g.
Moreover, it is preferable to adjust so that it may become the same range as the said range also from the viewpoint of the transparency in the fine cellulose fiber mentioned later obtained by defibrating a sulfonated pulp fiber.

(スルホ基の導入量の測定方法)
なお、スルホン化パルプ繊維の硫黄導入量(つまりスルホ基の導入量)は、スルホン化パルプ繊維の所定量を燃焼させて、燃焼イオンクロマトグラフを用いて燃焼物に含まれる硫黄分をIEC 62321に準拠した方法で測定することができる。
(Method for measuring the amount of sulfo group introduced)
The amount of sulfur introduced into the sulfonated pulp fiber (that is, the amount of sulfo group introduced) is determined by burning a predetermined amount of the sulfonated pulp fiber and converting the sulfur content contained in the combustion product into IEC 62321 using a combustion ion chromatograph. It can be measured by a compliant method.

(スルホン化パルプ繊維の保水度)
スルホン化パルプ繊維は、上記硫黄導入量に加えて、所定の保水度を有する点においても特徴を有している。
具体的には、スルホン化パルプ繊維の保水度、つまり遠心脱水後に含有する水分量が、所定の状態となるようにスルホン化パルプ繊維は、調製されている。
このスルホン化パルプ繊維の保水度は、後述する利用目的や用途に応じて適宜調整されていれば、その範囲はとくに限定されない。
例えば、スルホン化パルプ繊維の保水度は、150%以上となるように調整するのが好ましい。より具体的には、200%よりも高くなるように調整するのが好ましく、より好ましくは220%以上であり、さらに好ましくは250%であり、よりさらに好ましくは300%以上であり、さらにより好ましくは500%以上である。
(Water retention of sulfonated pulp fiber)
The sulfonated pulp fiber is characterized in that it has a predetermined water retention degree in addition to the above-described amount of introduced sulfur.
Specifically, the sulfonated pulp fiber is prepared so that the water retention of the sulfonated pulp fiber, that is, the amount of water contained after centrifugal dehydration is in a predetermined state.
The range of the water retention of the sulfonated pulp fiber is not particularly limited as long as it is appropriately adjusted according to the purpose of use and use described later.
For example, the water retention of the sulfonated pulp fibers is preferably adjusted to be 150% or more. More specifically, it is preferably adjusted to be higher than 200%, more preferably 220% or more, still more preferably 250%, still more preferably 300% or more, and even more preferably. Is 500% or more.

ここで、スルホン化パルプ繊維の保水度を高くすれば、繊維中に水分を多く含むような状態となる。かかる状態において、繊維中に含まれた水分がスルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士の結合力に影響を及ぼすものと推察される。つまり、保水度が高くなるように調製したスルホン化パルプ繊維は、スルホン化パルプ繊維の表面を構成する微細繊維同士の結合が弱くなって隣接する微細繊維同士間に隙間が形成され、この形成された隙間に水分が浸入等することによって水分が保持されやすくなっているものと推察される。   Here, if the water retention of the sulfonated pulp fiber is increased, the fiber is in a state of containing a large amount of moisture. In such a state, it is presumed that the moisture contained in the fiber affects the bonding force between the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber. That is, in the sulfonated pulp fiber prepared so as to have a high degree of water retention, the bonding between the fine fibers constituting the surface of the sulfonated pulp fiber becomes weak, and a gap is formed between adjacent fine fibers. It is inferred that moisture is easily retained by the penetration of moisture into the gap.

このため、スルホン化パルプ繊維の保水度を上記のごとき範囲内となるように調製すれば、以下のような利用目的や用途に応じたスルホン化パルプ繊維を調製することができる。   For this reason, if the water retention of the sulfonated pulp fiber is adjusted to be within the above range, the sulfonated pulp fiber can be prepared according to the following purpose and application.

例えば、スルホン化パルプ繊維における脱水性の観点では、繊維内に水分量が少ない状態、つまり保水度が低くなるように調製すればよい。スルホン化パルプ繊維の保水度を低くすることによって、運搬時における輸送コストを抑制することができたり、スルホン化パルプ繊維を製造する際の製造効率や製造コストを抑制できる等の利点が得られる。   For example, from the viewpoint of dewaterability in the sulfonated pulp fiber, it may be prepared so that the moisture content in the fiber is small, that is, the water retention is lowered. By lowering the water retention of the sulfonated pulp fiber, there are obtained advantages such as a reduction in transportation cost during transportation and a reduction in production efficiency and production cost when producing the sulfonated pulp fiber.

一方、スルホン化パルプ繊維を微細化するという観点では、繊維内に水分量が多くなるような状態、つまり保水度が高くなるように調製すればよい。なぜなら、スルホン化パルプ繊維の保水度を高くすることによって、スルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士の結合力を弱くすることができる。すると、スルホン化パルプ繊維の表面や表面に近い内方に位置する部分がフィブリル化しやすくなる。そして、かかる状態のスルホン化パルプ繊維を解繊機等に供すれば、パルプ繊維の微細化がより行い易くなる。つまり、後述するスルホン化パルプ繊維を微細化して微細化セルロース繊維を調製する際に、作業性や効率性を向上させることができるようになるからである。   On the other hand, from the viewpoint of refining the sulfonated pulp fiber, it may be prepared so that the moisture content in the fiber is increased, that is, the water retention is increased. This is because by increasing the water retention of the sulfonated pulp fiber, the bonding force between the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber can be weakened. As a result, the surface of the sulfonated pulp fiber and the portion located inward near the surface are easily fibrillated. Then, if the sulfonated pulp fiber in such a state is subjected to a defibrating machine or the like, it becomes easier to refine the pulp fiber. That is, workability and efficiency can be improved when a sulfonated pulp fiber described later is refined to prepare a refined cellulose fiber.

なお、スルホン化パルプ繊維を微細化する際には、保水度をあまりに高くすると、微細化した繊維の濃度が低くなりすぎたり、収率が低くなるといった傾向が生じる。このため、スルホン化パルプ繊維を微細化した後の微細繊維の収率や濃度等の観点においては、保水度はあまり高くなりすぎないように調整するのが好ましく、例えば、保水度が10,000%以下となるように調整するのが望ましい。   When the sulfonated pulp fiber is refined, if the water retention is too high, the concentration of the refined fiber tends to be too low or the yield tends to be low. For this reason, in terms of the yield and concentration of fine fibers after the sulfonated pulp fibers are refined, it is preferable to adjust the water retention so as not to be too high. For example, the water retention is 10,000. It is desirable to adjust so that it may become less than%.

(保水度の測定方法)
スルホン化パルプ繊維の保水度は、一般的なパルプ繊維の保水度試験(例えば、JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.26:2000に準拠した方法)により求めることができる。
(Measurement method of water retention)
The water retention of the sulfonated pulp fiber can be determined by a general pulp fiber water retention test (for example, a method based on JAPAN TAPPI paper pulp test method No. 26: 2000).

(スルホン化パルプ繊維の平均繊維長)
スルホン化パルプ繊維は、繊維形状が維持される程度の平均繊維長であれば、その長さはとくに限定されない。
具体的には、スルホン化パルプ繊維をスルホン化する前後において、平均繊維長が所定の長さを維持していればよい。より具体的には、スルホン化パルプ繊維にスルホ基を導入する前のパルプ繊維における平均繊維長と、スルホ基を導入した後のスルホン化パルプ繊維の平均繊維長を比較した際、後者(つまりスルホン化パルプ繊維)が前者に比べて50%以上となるように調整するのが好ましく、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは80%以上となるように調整する。言い換えれば、スルホン化パルプ繊維は、原料となるパルプの素材に関わらず、スルホ基を導入する前と後において、平均繊維長が所定の値以上となるように調製されているのである。
(Average fiber length of sulfonated pulp fiber)
The length of the sulfonated pulp fiber is not particularly limited as long as the average fiber length is such that the fiber shape is maintained.
Specifically, the average fiber length may be maintained at a predetermined length before and after sulfonation of the sulfonated pulp fiber. More specifically, when comparing the average fiber length of the pulp fiber before introducing the sulfo group into the sulfonated pulp fiber and the average fiber length of the sulfonated pulp fiber after introducing the sulfo group, the latter (that is, sulfone) It is preferable to adjust so that the pulped fiber) is 50% or more compared to the former, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more. In other words, the sulfonated pulp fiber is prepared so that the average fiber length is not less than a predetermined value before and after the introduction of the sulfo group, regardless of the raw material of the pulp as the raw material.

例えば、原料として木材系のパルプ繊維を使用し、その平均繊維長が2.6mmとした場合、スルホン化パルプ繊維の平均繊維長が、原料のパルプ繊維の平均繊維長の50%以上の長さつまり1.3mm以上となるように調製するのが望ましい。   For example, when wood-based pulp fibers are used as the raw material and the average fiber length is 2.6 mm, the average fiber length of the sulfonated pulp fibers is 50% or more of the average fiber length of the raw pulp fibers. That is, it is desirable to prepare it to be 1.3 mm or more.

(平均繊維長の測定方法)
スルホン化パルプ繊維の平均繊維長は、公知の繊維分析器を用いて測定することができる。公知の繊維分析器として、例えば、ファイバーテスター(ローレンツェン&ベットレー(株)社製)を挙げることができる。
(Measurement method of average fiber length)
The average fiber length of the sulfonated pulp fiber can be measured using a known fiber analyzer. As a known fiber analyzer, for example, a fiber tester (manufactured by Lorenzen & Bettley Co., Ltd.) can be cited.

(白色度)
なお、スルホン化パルプ繊維は、複数のスルホン化パルプ繊維を水溶液に分散させて洗浄した後、乾燥する。この乾燥した際の白色度が所定の範囲となるように調整するのが好ましい。
例えば、スルホン化パルプ繊維は、白色度が30%以上となるように調製してもよく、好ましくは40%以上となるように調製してもよい。白色度が30%以上であれば、着色が目立ちにくくなるので、取り扱い性を向上させることができる。
(Whiteness)
The sulfonated pulp fiber is dried after a plurality of sulfonated pulp fibers are dispersed in an aqueous solution and washed. It is preferable to adjust so that the whiteness at the time of drying becomes a predetermined range.
For example, the sulfonated pulp fiber may be prepared so that the whiteness is 30% or more, and preferably 40% or more. If the degree of whiteness is 30% or more, coloring becomes inconspicuous, and handling properties can be improved.

スルホン化パルプ繊維の白色度は、公知の方法を使用すれば求めることができる。例えば、JIS P 8148:2001(紙、板紙及びパルプ−ISO白色度(拡散青色光反射率))に準拠して測定することができる。   The whiteness of the sulfonated pulp fiber can be determined by using a known method. For example, it can be measured according to JIS P 8148: 2001 (paper, paperboard and pulp-ISO whiteness (diffuse blue light reflectance)).

以上のごとく、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いれば、スルホ基に基づく硫黄導入量を調整することによって、繊維のばらけ易さや後述する微細セルロース繊維の透明度を向上させることができるようになる。しかも、保水度を調整することによって、利用目的や用途に応じたスルホン化パルプ繊維の特性を適宜調整し製造できるので、取り扱い性の自由度を向上させたスルホン化パルプ繊維を製造することができる。さらに、スルホン化パルプ繊維の平均繊維長が所定の値以上となるように調整することによって、より取り扱い性の自由度を向上させたスルホン化パルプ繊維を製造することができるようになる。   As mentioned above, if the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment is used, the transparency of the fine cellulose fiber described later can be improved by adjusting the amount of sulfur introduced based on the sulfo group. become able to. In addition, by adjusting the water retention, the characteristics of the sulfonated pulp fiber can be adjusted as appropriate according to the purpose of use and application, so that the sulfonated pulp fiber with improved flexibility in handling can be manufactured. . Furthermore, by adjusting the average fiber length of the sulfonated pulp fiber to be a predetermined value or more, it becomes possible to produce a sulfonated pulp fiber with a further improved degree of freedom in handling.

<スルホン化微細セルロース繊維>
つぎに、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法で得られるスルホン化微細セルロース繊維(以下、単にスルホン化微細セルロース繊維という)について説明する。
スルホン化微細セルロース繊維は、セルロース繊維が微細化された微細セルロース繊維であって、微細セルロース繊維を構成するセルロース(D−グルコースがβ(1→4)グリコシド結合した鎖状の高分子)の水酸基(−OH基)の少なくとも一部が上記式(1)で示されるスルホ基でスルホン化されたものである。
<Sulfonated fine cellulose fiber>
Next, a sulfonated fine cellulose fiber (hereinafter simply referred to as a sulfonated fine cellulose fiber) obtained by the method for producing a sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment will be described.
The sulfonated fine cellulose fiber is a fine cellulose fiber in which the cellulose fiber is refined, and is a hydroxyl group of cellulose (a chain polymer in which D-glucose is β (1 → 4) glycosidic bond) constituting the fine cellulose fiber. At least a part of (—OH group) is sulfonated with a sulfo group represented by the above formula (1).

(スルホン化微細セルロース繊維におけるスルホ基の導入量)
スルホン化微細セルロース繊維のスルホ基の導入量は、スルホ基に基づく硫黄導入量で表すことができ、透明性や分散性をある程度維持することができれば、その導入量はとくに限定されない。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維1g(質量)あたりの硫黄導入量は、0.4mmol/gよりも高くなるように調整するのが好ましく、より好ましくは、0.42mmol/g〜9.9mmol/gであり、さらに好ましくは0.5mmol/g〜9.9mmol/gであり、さらにより好ましくは0.6mmol/g〜9.9mmol/gである。
(Introduced amount of sulfo group in sulfonated fine cellulose fiber)
The introduction amount of the sulfo group of the sulfonated fine cellulose fiber can be represented by the introduction amount of sulfur based on the sulfo group, and the introduction amount is not particularly limited as long as the transparency and dispersibility can be maintained to some extent.
For example, the amount of sulfur introduced per 1 g (mass) of sulfonated fine cellulose fibers is preferably adjusted to be higher than 0.4 mmol / g, and more preferably 0.42 mmol / g to 9.9 mmol / g. More preferably, it is 0.5 mmol / g to 9.9 mmol / g, and still more preferably 0.6 mmol / g to 9.9 mmol / g.

スルホン化微細セルロース繊維1g(質量)あたりの硫黄導入量が0.42mmol/g以下の場合には、繊維間の水素結合が強固なため分散性が低下する傾向にある。その逆に、硫黄導入量が0.42mmol/gよりも高くすることによって分散性が向上させやすくなり、0.5mmol/g以上とすれば電子的反発性をより強くさせることができるので、分散した状態を安定して維持させやすくなる。一方、硫黄導入量が9.9mmol/gに近づくほど結晶性の低下が懸念され、しかも硫黄を導入する際のコストも増加する傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維へのスルホ基の導入量、つまりスルホ基に基づく硫黄導入量は、上記範囲となるように調整するのが好ましい。
When the amount of sulfur introduced per 1 g (mass) of the sulfonated fine cellulose fibers is 0.42 mmol / g or less, the hydrogen bond between the fibers is strong and the dispersibility tends to decrease. On the contrary, dispersibility is easily improved by making the amount of sulfur introduced higher than 0.42 mmol / g, and if it is 0.5 mmol / g or more, the electronic repulsion can be made stronger. This makes it easier to maintain a stable state. On the other hand, as the sulfur introduction amount approaches 9.9 mmol / g, there is a concern that the crystallinity is lowered, and the cost for introducing sulfur tends to increase.
Therefore, the introduction amount of the sulfo group into the sulfonated fine cellulose fiber, that is, the introduction amount of sulfur based on the sulfo group, is preferably adjusted to be in the above range.

とくに、スルホン化微細セルロース繊維へのスルホ基の導入量において、スルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維の分散性の観点では、0.42mmol/gよりも高く3.0mmol/g以下となるように調整するのが好ましく、より好ましくは0.5mmol/g〜3.0mmol/gであり、さらに好ましくは0.5mmol/g〜2.0mmol/gであり、さらにより好ましくは、0.5mmol/g〜1.5mmol/gである。
また、スルホン化微細セルロース繊維の透明性の観点においても、上記範囲と同様の範囲となるように調整するのが好ましい。
In particular, in terms of the amount of sulfo groups introduced into the sulfonated fine cellulose fiber, from the viewpoint of the dispersibility of the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber, it is higher than 0.42 mmol / g and lower than 3.0 mmol / g. It is preferable to adjust, more preferably 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g, still more preferably 0.5 mmol / g to 2.0 mmol / g, and still more preferably 0.5 mmol / g. -1.5 mmol / g.
Moreover, it is preferable to adjust so that it may become the range similar to the said range also from a transparency viewpoint of a sulfonated fine cellulose fiber.

(スルホ基の導入量の測定方法)
なお、スルホン化微細セルロース繊維の硫黄導入量(つまりスルホ基の導入量)は、スルホン化微細セルロース繊維の所定量を燃焼させて、燃焼イオンクロマトグラフを用いて燃焼物に含まれる硫黄分をIEC 62321に準拠した方法で測定することができる。
また、上述したスルホン化パルプ繊維を微細化処理する場合には、かかるスルホン化パルプ繊維の硫黄導入量から求めてもよい。
(Method for measuring the amount of sulfo group introduced)
The amount of sulfur introduced into the sulfonated fine cellulose fiber (that is, the amount of sulfo group introduced) is determined by burning a predetermined amount of the sulfonated fine cellulose fiber and using the combustion ion chromatograph to determine the sulfur content contained in the combustion product by IEC. It can be measured by a method based on 62321.
Further, when the above-described sulfonated pulp fiber is refined, it may be obtained from the amount of sulfur introduced into the sulfonated pulp fiber.

スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長や平均繊維幅は、繊維同士がからみ易く、しかも水系溶媒に分散させた際に透明性を得やすくなるように調製されていれば、その長さや太さはとくに限定されない。   If the average fiber length and average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber are prepared so that the fibers can be easily entangled with each other, and transparency is easily obtained when dispersed in an aqueous solvent, the length and thickness are There is no particular limitation.

(スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長)
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長は、重合度で間接的に表すことができる。
(Average fiber length of sulfonated fine cellulose fiber)
The average fiber length of the sulfonated fine cellulose fiber can be indirectly represented by the degree of polymerization.

スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維長は重合度で280以上となるように調整するのが好ましく、より好ましくは300〜1,000であり、さらに好ましくは300〜600である。   The average fiber length of the sulfonated fine cellulose fibers is preferably adjusted so that the degree of polymerization is 280 or more, more preferably 300 to 1,000, and still more preferably 300 to 600.

スルホン化微細セルロース繊維の重合度が280よりも低いと、繊維長の低下により繊維のからまりが弱くなる。一方、スルホン化微細セルロース繊維の重合度が、600を超えると、分散性が低くなり、スラリー化したときのスラリー粘度が高くなりすぎて分散安定性が低くなる傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維の重合度は、上記範囲内となるように調整するのが好ましい。とくに、繊維同士のからみ易さの観点では、重合度が280以上となるように調製するのが好ましく、分散性や取り扱い性の観点では、重合度が600よりも低くなるように調製するのが好ましい。
If the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber is lower than 280, the entanglement of the fiber becomes weak due to the decrease in fiber length. On the other hand, when the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber exceeds 600, the dispersibility becomes low, and the slurry viscosity when slurried becomes too high and the dispersion stability tends to be low.
Therefore, the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber is preferably adjusted so as to be within the above range. In particular, from the viewpoint of easy entanglement between fibers, it is preferable to prepare so that the degree of polymerization is 280 or more, and from the viewpoint of dispersibility and handleability, it is preferable to prepare so that the degree of polymerization is lower than 600. preferable.

(重合度の測定方法)
この重合度の測定方法は、とくに限定されないが、例えば、銅エチレンジアミン法で測定することができる。具体的には、スルホン化微細セルロース繊維を0.5Mの銅エチレンジアミン溶液に溶解させて、かかる溶液の粘度を粘度法によって測定すれば、スルホン化微細セルロース繊維の重合度を測定することができる。
(Measurement method of degree of polymerization)
Although the measuring method of this polymerization degree is not specifically limited, For example, it can measure by the copper ethylenediamine method. Specifically, the degree of polymerization of the sulfonated fine cellulose fiber can be measured by dissolving the sulfonated fine cellulose fiber in a 0.5 M copper ethylenediamine solution and measuring the viscosity of the solution by a viscosity method.

(スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅)
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、水系溶媒に分散させた際に透明性を得やすい太さであれば、とくに限定されない。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、電子顕微鏡で観察した際に、1nm〜1000nmとなるように調製するのが好ましく、より好ましくは2nm〜500nm、さらにより好ましくは2nm〜100nmであり、さらに好ましくは2nm〜30nmであり、よりさらに好ましくは2nm〜20nmである。
微細セルロース繊維の繊維幅が1nm未満であると、セルロース分子として水に溶解しているため、微細セルロース繊維としての物性(強度や剛性、又は寸法安定性)が発現しにくくなる。一方、1000nmを超えると微細セルロース繊維とは言えず、通常のパルプに含まれる繊維にすぎないため、微細セルロース繊維としての物性(透明性や強度や剛性、又は寸法安定性)が得られにくい傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、上記範囲内となるように調製するのが好ましい。
とくに、スルホン化微細セルロース繊維の取り扱い性や透明性が求められる用途などの観点においては、さらに以下の範囲内となるように調製するのがより好ましい。
(Average fiber width of sulfonated fine cellulose fiber)
The average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber is not particularly limited as long as it is thick enough to obtain transparency when dispersed in an aqueous solvent.
For example, the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers is preferably adjusted to be 1 nm to 1000 nm when observed with an electron microscope, more preferably 2 nm to 500 nm, and still more preferably 2 nm to 100 nm. More preferably, it is 2 nm-30 nm, More preferably, it is 2 nm-20 nm.
When the fiber width of the fine cellulose fiber is less than 1 nm, the cellulose is dissolved in water as cellulose molecules, so that physical properties (strength, rigidity, or dimensional stability) as the fine cellulose fiber are difficult to be expressed. On the other hand, if it exceeds 1000 nm, it cannot be said that it is a fine cellulose fiber, but is merely a fiber contained in normal pulp, and physical properties (transparency, strength, rigidity, or dimensional stability) as a fine cellulose fiber tend not to be obtained. It is in.
Therefore, it is preferable to prepare the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber so as to be within the above range.
In particular, it is more preferable to prepare the sulfonated fine cellulose fiber so as to fall within the following range from the viewpoint of handling and transparency required for the sulfonated fine cellulose fiber.

スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅が、30nmよりも大きくなるとアスペクト比が低下して、繊維同士のからみあいが減少する傾向にある。さらに、平均繊維幅が、30nmよりも大きくなると可視光の波長の1/10に近づき、マトリックス材料と複合した場合には界面で可視光の屈折及び散乱が生じ易く、可視光の散乱が生じてしまい、透明性が低下する傾向にある。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、取り扱い性や透明性の観点においては、2nm〜30nmが好ましく、より好ましくは2nm〜20nmであり、さらに好ましくは2nm〜10nmである。
とくに、透明性の観点では、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅が20nm以下となるように調製するのが好ましく、より好ましくは10nm以下となるように調製する。平均繊維幅が10nm以下となるように調製すれば、可視光の散乱をより少なくできるので、高い透明性を有するスルホン化微細セルロース繊維を得ることができる。
When the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers is larger than 30 nm, the aspect ratio tends to decrease and the entanglement between the fibers tends to decrease. Furthermore, when the average fiber width is larger than 30 nm, it approaches 1/10 of the wavelength of visible light, and when combined with a matrix material, visible light is easily refracted and scattered at the interface, causing visible light scattering. Therefore, the transparency tends to decrease.
Therefore, the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber is preferably 2 nm to 30 nm, more preferably 2 nm to 20 nm, and still more preferably 2 nm to 10 nm, from the viewpoint of handleability and transparency.
In particular, from the viewpoint of transparency, the sulfonated fine cellulose fibers are preferably prepared so that the average fiber width is 20 nm or less, more preferably 10 nm or less. If the average fiber width is adjusted to be 10 nm or less, scattering of visible light can be reduced, so that a sulfonated fine cellulose fiber having high transparency can be obtained.

(平均繊維幅の測定方法)
スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅は、公知の技術を用いて測定することができる。
例えば、スルホン化微細セルロース繊維を純水等の溶媒に分散させて、所定の質量%となるように混合溶液を調整する。そしてこの混合溶液を、PEI(ポリエチレンイミン)をコーティングしたシリカ基盤上にスピンコートを行い、このシリカ基盤上のスルホン化微細セルロース繊維を観察する。
観察方法としては、例えば、走査型プローブ顕微鏡(例えば、島津製作所製;SPM−700)を用いることができる。得られた観察画像中のスルホン化微細セルロース繊維をランダムに20本選び、各繊維幅を測定し平均化すればスルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅を求めることができる。
(Measurement method of average fiber width)
The average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber can be measured using a known technique.
For example, sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in a solvent such as pure water, and the mixed solution is adjusted to a predetermined mass%. The mixed solution is spin-coated on a silica substrate coated with PEI (polyethyleneimine), and the sulfonated fine cellulose fibers on the silica substrate are observed.
As the observation method, for example, a scanning probe microscope (for example, manufactured by Shimadzu Corporation; SPM- 9 700) can be used. The average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers can be determined by randomly selecting 20 sulfonated fine cellulose fibers in the obtained observation image and measuring and averaging each fiber width.

(ヘイズ(Haze)値)
スルホン化微細セルロース繊維の透明性は、スルホン化微細セルロース繊維を分散液に分散させた状態の分散液のヘイズ値により評価することができる。
具体的には、スルホン化微細セルロース繊維を分散液に分散させた際の固形分濃度が所定の濃度となるように調整した分散液を視認した際の透明性をヘイズ値で評価することができる。
スルホン化微細セルロース繊維を分散させた分散液の固形分濃度は、とくに限定されないが、例えば、0.1質量%〜20質量%となるように調製することができる。そして、かかる分散液のヘイズ値が、20%以下であれば、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維は透明性を有しているといえる。逆をいうと、固形物濃度が上記範囲内となるように調製した分散液のヘイズ値が20%よりも高い場合には、透明性が適切に発揮されにくい状態にあるといえる。
(Haze value)
The transparency of the sulfonated fine cellulose fiber can be evaluated by the haze value of the dispersion in which the sulfonated fine cellulose fiber is dispersed in the dispersion.
Specifically, the transparency when the dispersion liquid adjusted so that the solid content concentration when the sulfonated fine cellulose fiber is dispersed in the dispersion liquid becomes a predetermined concentration can be evaluated by the haze value can be evaluated. .
Although the solid content concentration of the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed is not particularly limited, for example, it can be prepared to be 0.1% by mass to 20% by mass. And if the haze value of this dispersion liquid is 20% or less, it can be said that the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment has transparency. In other words, when the haze value of the dispersion prepared so that the solid concentration is within the above range is higher than 20%, it can be said that the transparency is hardly exhibited properly.

例えば、スルホン化微細セルロース繊維を分散させた分散液の固形分濃度が0.2質量%〜0.5質量%となるように調製した場合、この分散液のヘイズ値が20%以下であれば透明性を適正に発揮させた状態となっており、より好ましくは15%以下であり、さらに好ましくは10%以下であればより透明性を有するスルホン化微細セルロース繊維となっている。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維は、固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように調製した分散液のヘイズ値が20%以下となるように調製するのが好ましく、より好ましくは固形分濃度が0.2質量%〜0.5質量%となるように調整した際の分散液のヘイズ値が上記範囲となるように調製するのが好ましい。
For example, when the solid content concentration of the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed is 0.2% by mass to 0.5% by mass, the haze value of the dispersion liquid is 20% or less. It is in a state where the transparency is properly exhibited, more preferably 15% or less, and even more preferably 10% or less, and the sulfonated fine cellulose fiber has more transparency.
Therefore, the sulfonated fine cellulose fibers are preferably prepared such that the haze value of the dispersion prepared so that the solid content concentration is 0.1% by mass to 20% by mass is 20% or less, more preferably. It is preferable to prepare so that the haze value of the dispersion when the solid content concentration is adjusted to be 0.2% by mass to 0.5% by mass is in the above range.

なお、分散液は、水系溶媒であればとくに限定されない。例えば、水系溶媒として、水のみの場合のほか、アルコール、ケトン、アミン、カルボン酸、エーテル、アミドなどやこれらの混合物などを採用することができる。   The dispersion is not particularly limited as long as it is an aqueous solvent. For example, as the aqueous solvent, in addition to water alone, alcohol, ketone, amine, carboxylic acid, ether, amide, or a mixture thereof can be employed.

(ヘイズ値の測定方法)
ヘイズ値は、下のようにして測定することができる。
上述した分散液にスルホン化微細セルロース繊維を所定の固形分濃度となるように分散させる。そして、この分散液をJIS K 7105に準拠して分光光度計を用いて測定すれば、スルホン化微細セルロース繊維の透明性であるヘイズ値を求めることができる。
(Measurement method of haze value)
The haze value can be measured as follows.
The sulfonated fine cellulose fiber is dispersed in the dispersion liquid described above so as to have a predetermined solid content concentration. And if this dispersion liquid is measured using a spectrophotometer based on JISK7105, the haze value which is transparency of a sulfonated fine cellulose fiber can be calculated | required.

(全光線透過率の測定方法)
なお、上記分散液のヘイズ値が上記範囲内において、全光線透過率が90%以上であり、より好ましくは95%以上となるように調整するのが好ましい。
全光線透過率は、下のようにして測定することができる。
上述した分散液にスルホン化微細セルロース繊維を所定の固形分濃度となるように分散させる。そして、この分散液を、JIS K 7105に準拠して分光光度計を用いて測定すれば、スルホン化微細セルロース繊維の全光線透過率を求めることができる。
(Measurement method of total light transmittance)
In addition, it is preferable to adjust so that the total light transmittance is 90% or more, more preferably 95% or more, in the haze value of the dispersion.
The total light transmittance can be measured as follows.
The sulfonated fine cellulose fiber is dispersed in the dispersion liquid described above so as to have a predetermined solid content concentration. And if this dispersion liquid is measured using a spectrophotometer based on JISK7105, the total light transmittance of a sulfonated fine cellulose fiber can be calculated | required.

以上のごとく、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法を用いれば、優れた透明性を発揮し、しかも繊維同士のからみやすさを向上させたスルホン化微細セルロース繊維を製造することができる。   As described above, if the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present embodiment is used, it is possible to produce sulfonated fine cellulose fibers that exhibit excellent transparency and improve the entanglement between the fibers. .

<誘導体パルプ>
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いて製造した複数のスルホン化パルプ繊維を集合させれば、スルホ基が導入したパルプ繊維を含む誘導体パルプとすることができる。
この誘導体パルプは、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いて製造した複数のスルホン化パルプ繊維のみを集合させたものであってもよいし、セルロース以外の材質からなる繊維(例えば、ポリビニルアルコール(PVA)や、ポリエステル等の合成繊維、羊毛等の天然繊維など)や、他のパルプ繊維等を含有するように集合させてもよい。
なお、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いて製造した複数のスルホン化パルプ繊維の含有率が高くなるよう調整すれば、上述したスルホン化パルプ繊維と同様の効果を発揮させやすくなるので好ましい。
<Derivative pulp>
If a plurality of sulfonated pulp fibers manufactured using the method for manufacturing a sulfonated pulp fiber of the present embodiment are assembled, a derivative pulp containing pulp fibers into which sulfo groups are introduced can be obtained.
This derivative pulp may be a collection of only a plurality of sulfonated pulp fibers produced using the method for producing sulfonated pulp fibers of the present embodiment, or a fiber made of a material other than cellulose (for example, Polyvinyl alcohol (PVA), synthetic fibers such as polyester, natural fibers such as wool), other pulp fibers, and the like may be contained.
In addition, if it adjusts so that the content rate of the several sulfonated pulp fiber manufactured using the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment may become high, it will become easy to exhibit the effect similar to the sulfonated pulp fiber mentioned above. Therefore, it is preferable.

<本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法および本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法の詳細>
上述したスルホン化パルプ繊維は、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いて製造される。
具体的には、上述したようにパルプを化学処理工程に供し、化学処理工程に供されたパルプは、接触工程、反応工程の順に処理される。
また、スルホン化微細セルロース繊維は、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法を用いて製造される。具体的には、上述したようにパルプを化学処理工程、微細化処理工程の順に処理される。
<Details of the method for producing the sulfonated pulp fiber of the present embodiment and the method for producing the sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment>
The sulfonated pulp fiber described above is manufactured using the method for manufacturing the sulfonated pulp fiber of the present embodiment.
Specifically, as described above, the pulp is subjected to the chemical treatment step, and the pulp subjected to the chemical treatment step is processed in the order of the contact step and the reaction step.
The sulfonated fine cellulose fibers are produced using the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of this embodiment. Specifically, as described above, the pulp is processed in the order of the chemical treatment step and the refinement treatment step.

なお、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法では、微細化処理工程に供給されるパルプとして、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いて製造されたパルプ繊維を使用することができる。
以下では、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法として、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いて製造されたスルホン化パルプ繊維を微細化処理工程に供給されるパルプの代表として説明する。
In addition, in the manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment, the pulp fiber manufactured using the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment is used as the pulp supplied to the refinement treatment step. Can do.
Below, as a manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment, the representative of the pulp supplied with the sulfonated pulp fiber manufactured using the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment to a refinement | miniaturization process process. Will be described.

また、スルホン化微細セルロース繊維は、繊維原料を直接、微細化処理工程に供給して微細セルロース繊維を得て、かかる微細セルロース繊維を構成するセルロースの水酸基の少なくとも一部をスルホ基で置換して製造してもよいし、代表として以下に示す方法で製造したスルホン化パルプ繊維を微細化して調製してもよい。後者の方法を採用すれば、微細化処理工程を行うだけで所望のスルホン化パルプ繊維を製造することができるという利点が得られる。   In addition, the sulfonated fine cellulose fiber is obtained by supplying the fiber raw material directly to the fine treatment step to obtain a fine cellulose fiber, and substituting at least a part of the hydroxyl groups of cellulose constituting the fine cellulose fiber with a sulfo group. The sulfonated pulp fiber manufactured by the method shown below as a representative may be refined and prepared. If the latter method is adopted, an advantage that a desired sulfonated pulp fiber can be produced only by carrying out a fine treatment step is obtained.

上述した誘導体パルプは、上述したように、実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いて製造された複数のスルホン化パルプ繊維の集合体とすれば調製することができるので、その製法については割愛する。
なお、以下に示す製造方法は一例にすぎず、上述した特性を有するスルホン化パルプ繊維およびスルホン化微細セルロース繊維を製造することができる方法であれば、以下の方法に限定されない。
As described above, the derivative pulp described above can be prepared as an aggregate of a plurality of sulfonated pulp fibers manufactured using the method for manufacturing a sulfonated pulp fiber of the embodiment. Omit.
In addition, the manufacturing method shown below is only an example, and if it is a method which can manufacture the sulfonated pulp fiber and sulfonated fine cellulose fiber which have the characteristic mentioned above, it will not be limited to the following method.

(スルホン化パルプ繊維の製造方法)
各工程を順に具体的に説明する。
まず、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法について説明する。
このスルホン化パルプ繊維の製造方法は、図1に示すように、セルロースを含む繊維原料を以下に示す方法で化学的に処理する化学処理工程を含んでいる。
(Method for producing sulfonated pulp fiber)
Each process will be specifically described in order.
First, the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment is demonstrated.
As shown in FIG. 1, this sulfonated pulp fiber production method includes a chemical treatment step in which a fiber raw material containing cellulose is chemically treated by the method shown below.

(化学処理工程)
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法における化学処理工程は、セルロースを含む繊維原料に対してスルホ基を有するスルホン化剤と尿素または/およびその誘導体を接触させる接触工程と、この接触工程後の繊維原料に含まれるセルロースの水酸基の少なくとも一部にスルホ基を導入する反応工程とを含んでいる。
つまり、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法は、繊維原料に含まれるセルロースにスルホ基を導入させる方法において、尿素または/およびその誘導体を用いる点に特徴を有している。このため、以下に示すような従来の製法では得られなかった優れた効果を奏する。
(Chemical treatment process)
The chemical treatment step in the method for producing a sulfonated pulp fiber of the present embodiment includes a contact step in which a sulfonating agent having a sulfo group and urea or / and a derivative thereof are brought into contact with a fiber raw material containing cellulose, and after this contact step. And a reaction step of introducing a sulfo group into at least a part of the hydroxyl groups of cellulose contained in the fiber raw material.
That is, the method for producing a sulfonated pulp fiber of this embodiment is characterized in that urea or / and a derivative thereof is used in a method for introducing a sulfo group into cellulose contained in a fiber raw material. For this reason, the outstanding effect which was not obtained with the conventional manufacturing method as shown below is produced.

一般的に、繊維原料に含まれるセルロースにスルホ基を導入するだけであれば、繊維原料にスルホン化剤のみを接触させた状態で加熱処理すれば行うことができる。
しかし、スルホン化剤のみで反応させた場合には、1)スルホ基の導入に要する時間が長くなったり、2)スルホン化剤の酸の影響により繊維の短繊維化が起こりやすくなったり、3)スルホン化剤の酸の影響により反応後の繊維に着色が生じてしまう、この着色を処理するために様々な化学処理を行う必要があり着色除去に労力とコストがかかる、などの問題が発生する。
Generally, if only a sulfo group is introduced into cellulose contained in a fiber raw material, the heat treatment can be performed in a state where only the sulfonating agent is brought into contact with the fiber raw material.
However, when the reaction is carried out using only the sulfonating agent, 1) the time required for introduction of the sulfo group becomes long, 2) the fiber is easily shortened due to the influence of the acid of the sulfonating agent, and 3 ) Coloring occurs in the fiber after the reaction due to the influence of the acid of the sulfonating agent, and various chemical treatments need to be performed to treat this coloring. To do.

一方、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法では、上述したように、繊維原料に対してスルホン化剤のほかに尿素または/およびその誘導体を接触させる方法を採用している。このため、従来技術のようにスルホン化剤のみで反応させた際に生じる上記1)〜3)などの問題を解決することができる。   On the other hand, in the method for producing a sulfonated pulp fiber of the present embodiment, as described above, a method of bringing urea or / and a derivative thereof into contact with the fiber raw material in addition to the sulfonating agent is employed. For this reason, the problems 1) to 3) and the like that occur when the reaction is carried out only with the sulfonating agent as in the prior art can be solved.

具体的には、スルホン化剤と尿素または/およびその誘導体を所定の割合で接触させた後、反応させることによって、
A)スルホ基の導入量を促進させることができる。つまり、尿素を触媒として機能させることによって、反応時間を短くすることができ、
B)一方で、酸による短繊維化という作用を尿素によって抑制することができる。つまり、酸による繊維の短繊維化を防止することができ、
C)酸による繊維の着色を尿素によって抑制することができる。つまり、酸で処理したにも関わらず繊維への着色を抑制した繊維を調製できる、という従来では得られなかった効果を奏するようにしたことに特徴を有している。
しかも、D)得られるスルホン化パルプ繊維は、上述したような保水度を有するように調整することができるという効果も奏する。
Specifically, by bringing a sulfonating agent and urea or / and a derivative thereof into contact with each other at a predetermined ratio and then reacting them,
A) The introduction amount of the sulfo group can be promoted. In other words, by making urea function as a catalyst, the reaction time can be shortened,
B) On the other hand, the action of shortening fiber by acid can be suppressed by urea. That is, it is possible to prevent the fiber from being shortened by the acid,
C) The coloring of the fiber by an acid can be suppressed by urea. In other words, the present invention is characterized in that an effect that has not been obtained in the past can be prepared, in which a fiber in which coloring to the fiber is suppressed despite treatment with an acid can be prepared.
And D) The sulfonated pulp fiber obtained also has the effect that it can adjust so that it may have a water retention as mentioned above.

なお、繊維への着色については、繊維の白色度で表すことができる。   In addition, about the coloring to a fiber, it can represent with the whiteness of a fiber.

また、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法では、スルホン化パルプ繊維の保水度を制御することによって、さらに以下のような利点が得られる。   Moreover, in the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment, the following advantages are further obtained by controlling the water retention of the sulfonated pulp fiber.

パルプなどの繊維を解繊機等を用いて微細化してナノファイバー等の微細繊維を製造する際には、経済的にも環境的にも微細化効率が非常に重要となる。
通常、このような微細化処理工程で行われる効率化向上の方法としては、微細化前の繊維の重合度を低下させて(つまり解繊機等に供給する繊維の繊維長を短くして)解繊機等に供給した際の解繊等への負荷を低下させるという方法が採用されている。
かかる方法では、微細化効率を向上させることができるものの、得られる微細繊維の平均繊維長が短くなるといった問題が生じている。
一方、得られる微細繊維の平均繊維長を長くするには、微細化前の繊維の重合度を高く維持した状態(つまり解繊機等に供給する繊維の繊維長を長くした状態)で解繊機等に供給する必要がある。
かかる方法では、微細繊維の繊維長をある程度は長くできるものの、繊維が非常に硬い状態(例えば、繊維を構成する微細繊維同士が強固に結合しているような状態)となっているので、解繊機等では容易に微細化することができない。このため、解繊する際に多大なエネルギー(例えば、高圧ホモジナイザーを用いた場合にはその圧力を200MPa以上にする)と時間(例えば、高速カッターを有する剪断装置(エムテクニック社製、クレアミックス)を用いた場合には30分程度)を要することになり、作業効率の悪化はもちろん、微細化効率も非常に悪くなるといった問題が生じる。しかも、均質な繊維長を有する微細繊維を得にくいといった問題も発生している。
When producing fine fibers such as nanofibers by refining fibers such as pulp using a defibrator or the like, the refining efficiency is very important both economically and environmentally.
In general, as a method for improving the efficiency performed in such a refinement treatment step, the degree of polymerization of the fiber before refinement is reduced (that is, the fiber length of the fiber supplied to the defibrator is shortened). A method of reducing the load on defibration or the like when supplied to a textile machine or the like is employed.
Although this method can improve the miniaturization efficiency, there is a problem that the average fiber length of the obtained fine fibers is shortened.
On the other hand, in order to increase the average fiber length of the fine fibers obtained, a defibrator or the like in a state in which the degree of polymerization of the fibers before miniaturization is maintained high (that is, the fiber length of fibers supplied to the defibrator is increased) Need to supply.
In this method, although the fiber length of the fine fiber can be increased to some extent, the fiber is in a very hard state (for example, a state in which the fine fibers constituting the fiber are firmly bonded to each other). It cannot be easily miniaturized by a fine machine or the like. For this reason, a large amount of energy (for example, when using a high-pressure homogenizer, the pressure is set to 200 MPa or more) and time (for example, a shearing device having a high-speed cutter (Cleamix, manufactured by MTechnic Co., Ltd.)) In the case of using, the problem of about 30 minutes) is required, and not only the working efficiency is deteriorated, but also the miniaturization efficiency is extremely deteriorated. Moreover, there is a problem that it is difficult to obtain fine fibers having a uniform fiber length.

これに対して、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法では、上述したようにスルホン化パルプ繊維が所定の保水度を有するように制御しながら調製することによって、上記のような従来の問題を解決することができるようになる。   On the other hand, in the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber according to the present embodiment, as described above, the sulfonated pulp fiber is prepared while being controlled so as to have a predetermined water retention degree. Will be able to solve.

例えば、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法で製造したスルホン化パルプ繊維の保水度を高くすることによって、上述したようにスルホン化パルプ繊維を構成する微細繊維同士の結合力を弱めて、スルホン化パルプ繊維の表面や表面に近い内方に位置する部分をフィブリル化させやすくなる。すると、スルホン化パルプ繊維を構成する繊維同士をほぐれやすくすることができるので、微細化処理する際に要するエネルギーを小さくすることができる。例えば、高圧ホモジナイザーを用いて微細化処理する場合にはその圧力を低くしたり、処理回数(パス数)を少なくしたりすることができる。したがって、エネルギー量の削減による環境への負荷を低減することができる。
しかも、微細化処理をスムースに行うことができるので、微細化処理に要する時間を短くできるので、生産性を向上させることができる。言い換えれば、生産性を向上させることができるので、製造コスト(生産コスト)を従来の技術で製造する場合と比べて安価にできるようになる。
For example, by increasing the water retention of the sulfonated pulp fiber produced by the method for producing the sulfonated pulp fiber of the present embodiment, the bonding strength between the fine fibers constituting the sulfonated pulp fiber as described above is weakened, It becomes easy to fibrillate the surface of the sulfonated pulp fiber and the portion located inward near the surface. Then, since the fiber which comprises a sulfonated pulp fiber can be made easy to loosen, the energy required when performing a refinement | miniaturization process can be made small. For example, when miniaturization is performed using a high-pressure homogenizer, the pressure can be lowered, or the number of treatments (number of passes) can be reduced. Therefore, the load on the environment due to the reduction in the amount of energy can be reduced.
In addition, since the miniaturization process can be performed smoothly, the time required for the miniaturization process can be shortened, so that productivity can be improved. In other words, the productivity can be improved, so that the manufacturing cost (production cost) can be reduced as compared with the case of manufacturing by the conventional technology.

逆に、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法で製造したスルホン化パルプ繊維の保水度を低くすれば、以下のような利点が得られる。
スルホン化パルプ繊維の保水度が低くなるように製造すれば、かかる繊維中の水分量を少なくできるので、脱水性を向上させることができる。この場合、脱水がし易くなるので、固形分濃度が高いスルホン化パルプ繊維を製造することができる。すると、製造したスルホン化パルプ繊維を運搬する際における輸送コストを抑制することができるようになる。
しかも、製造工程において、スルホン化パルプ繊維を洗浄する工程を含む場合には、洗浄工程後の脱水がし易くなるので、操作性および作業性を向上させることができる。このため、上記目的でスルホン化パルプ繊維を製造する場合には、生産性を向上させることができる。言い換えれば、生産性を向上させることができるので、製造コスト(生産コスト)を従来の技術で製造する場合と比べて安価にできるようになる。
Conversely, if the water retention of the sulfonated pulp fiber produced by the method for producing the sulfonated pulp fiber of the present embodiment is lowered, the following advantages can be obtained.
If it manufactures so that the water retention of a sulfonated pulp fiber may become low, since the moisture content in this fiber can be decreased, dewaterability can be improved. In this case, since dehydration is facilitated, a sulfonated pulp fiber having a high solid content concentration can be produced. Then, the transportation cost at the time of conveying the manufactured sulfonated pulp fiber can be suppressed.
In addition, when the production process includes a step of washing the sulfonated pulp fiber, dehydration after the washing step is facilitated, so that operability and workability can be improved. For this reason, when manufacturing a sulfonated pulp fiber for the said objective, productivity can be improved. In other words, the productivity can be improved, so that the manufacturing cost (production cost) can be reduced as compared with the case of manufacturing by the conventional technology.

したがって、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法では、製造したスルホン化パルプ繊維の保水度を調製することによって、供給先の求めに応じてスルホン化パルプ繊維の状態を適宜調整したスルホン化パルプを製造することができる。   Therefore, in the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment, the state of the sulfonated pulp fiber is appropriately adjusted according to the demand of the supplier by adjusting the water retention of the manufactured sulfonated pulp fiber. Can be manufactured.

まとめると、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法を用いれば、上記のごときA)〜D)の効果を奏するスルホン化パルプ繊維を製造することができるので、品質安定性に優れ、取り扱い性に優れたスルホン化パルプ繊維を高い回収率(例えば、70%以上の回収率)で製造することができる。
しかも、高品質なスルホン化パルプ繊維を安定して製造することができるので、所望の利用目的や用途に応じたスルホン化パルプ繊維を効率よく生産することができる。さらに、その製造コストも抑制することができる。
In summary, the use of the method for producing a sulfonated pulp fiber of the present embodiment makes it possible to produce a sulfonated pulp fiber having the effects A) to D) as described above. Can be produced with a high recovery rate (for example, a recovery rate of 70% or more).
And since a high quality sulfonated pulp fiber can be manufactured stably, the sulfonated pulp fiber according to a desired utilization purpose and application can be produced efficiently. Furthermore, the manufacturing cost can also be suppressed.

以下、化学処理工程の各工程をより具体的に説明する。   Hereinafter, each process of a chemical treatment process is demonstrated more concretely.

(接触工程)
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における接触工程は、セルロースを含む繊維原料に対してスルホン化剤と尿素または/およびその誘導体を接触させる工程である。この接触工程は、上記接触を起こさせることができる方法であれば、とくに限定されない。
例えば、スルホン化剤と尿素または/およびその誘導体を共存させた反応液に繊維原料を浸漬等させて反応液を含浸させてもよいし、繊維原料に対してかかる反応液を塗布してもよいし、繊維原料に対してスルホン化剤と尿素または/およびその誘導体をそれぞれ別々に塗布したり、含浸させたりしてもよい。
これらの方法のうち、上記反応液に繊維原料を浸漬させて繊維原料に反応液を含浸させる方法を採用すれば、均質にスルホン化剤と尿素または/およびその誘導体を繊維原料に対して接触させることができるので好ましい。
(Contact process)
The contact step in the chemical treatment step of the method for producing a sulfonated pulp fiber of this embodiment is a step of bringing a sulfonating agent and urea or / and a derivative thereof into contact with a fiber raw material containing cellulose. This contact step is not particularly limited as long as it is a method capable of causing the contact.
For example, the fiber raw material may be immersed in a reaction liquid in which a sulfonating agent and urea or / and a derivative thereof coexist to impregnate the reaction liquid, or the reaction liquid may be applied to the fiber raw material. The sulfonating agent and urea or / and derivatives thereof may be separately applied to or impregnated into the fiber raw material.
Of these methods, if a method of immersing the fiber raw material in the reaction liquid and impregnating the fiber raw material with the reaction liquid is employed, the sulfonating agent and urea or / and derivatives thereof are uniformly brought into contact with the fiber raw material. This is preferable.

(反応液の混合比)
また、上記反応液に繊維原料を浸漬させて繊維原料に反応液を含浸させる方法を採用する場合、反応液に含まれるスルホン化剤と尿素または/およびその誘導体の混合比は、とくに限定されない。
(Reaction mixture ratio)
Moreover, when the method of immersing the fiber raw material in the reaction liquid and impregnating the fiber raw material with the reaction liquid is employed, the mixing ratio of the sulfonating agent and urea or / and its derivative contained in the reaction liquid is not particularly limited.

例えば、スルホン化剤と尿素または/およびその誘導体は、濃度比(g/L)において、4:1(1:0.25)、2:1(1:0.5)、1:1、1:2.5となるように調整するこができる。
例えば、スルホン化剤と尿素を純水に溶解してそれぞれの濃度が、200g/Lと100g/Lになるように調整すれば、濃度比(g/L)において、スルホン化剤:尿素が2:1の反応液を調製することができる。言い換えれば、尿素は、スルファミン酸100重量部に対して50重量部となるように調製すれば、スルホン化剤:尿素が2:1の反応液を調製することができる。また、スルホン化剤と尿素を純水に溶解してそれぞれの濃度が、200g/Lと500g/Lになるように調整すれば、濃度比(g/L)において、スルホン化剤:尿素が1:2.5の反応液を調製することができる。
For example, the sulfonating agent and urea or / and derivatives thereof are 4: 1 (1: 0.25), 2: 1 (1: 0.5), 1: 1, 1 in a concentration ratio (g / L). : It can be adjusted to be 2.5.
For example, if the sulfonating agent and urea are dissolved in pure water and the respective concentrations are adjusted to 200 g / L and 100 g / L, the sulfonating agent: urea is 2 in the concentration ratio (g / L). : 1 reaction solution can be prepared. In other words, if urea is prepared to be 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of sulfamic acid, a reaction solution having a sulfonating agent: urea ratio of 2: 1 can be prepared. Further, if the sulfonating agent and urea are dissolved in pure water and the respective concentrations are adjusted to 200 g / L and 500 g / L, the sulfonating agent: urea is 1 in the concentration ratio (g / L). : 2.5 reaction solution can be prepared.

(反応液の接触量)
また、繊維原料に接触させる反応液の量は、とくに限定されない。
例えば、反応液と繊維原料を接触させた状態において、反応液に含まれるスルホン化剤が、繊維原料の乾燥重量100重量部に対して、1重量部〜20,000重量部であり、反応液に含まれる尿素または/およびその誘導体が、繊維原料の乾燥重量100重量部に対して、1重量部〜100,000重量部となるように調製することができる。
(Reaction liquid contact amount)
Moreover, the quantity of the reaction liquid contacted with a fiber raw material is not specifically limited.
For example, in the state where the reaction liquid and the fiber raw material are in contact, the sulfonating agent contained in the reaction liquid is 1 part by weight to 20,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the dry weight of the fiber raw material. Can be prepared such that urea or / and a derivative thereof is 1 to 100,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the dry weight of the fiber raw material.

なお、保水度は、上述したような一般的な試験方法(例えば、JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.26:2000に準拠した方法)で求めることができる。   In addition, a water retention degree can be calculated | required with the general test methods (For example, the method based on JAPAN TAPPI paper pulp test method No.26: 2000) as mentioned above.

(反応工程)
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における反応工程は、上述したように繊維原料に含まれるセルロースの水酸基に接触させたスルホン化剤のスルホ基を置換して、繊維原料に含まれるセルロースにスルホ基を導入する工程である。
この反応工程は、セルロースの水酸基にスルホ基を置換するスルホン化反応が可能な方法であれば、とくに限定されない。例えば、上記反応液を含浸させた繊維原料を所定の温度で加熱すれば、繊維原料に含まれるセルロースにスルホ基を導入することができる。
(Reaction process)
The reaction step in the chemical treatment step of the method for producing the sulfonated pulp fiber of the present embodiment replaces the sulfo group of the sulfonating agent brought into contact with the hydroxyl group of cellulose contained in the fiber raw material, as described above, to the fiber raw material. This is a step of introducing a sulfo group into the contained cellulose.
This reaction step is not particularly limited as long as it is a method capable of sulfonation reaction in which a sulfo group is substituted for a hydroxyl group of cellulose. For example, if a fiber raw material impregnated with the reaction liquid is heated at a predetermined temperature, a sulfo group can be introduced into cellulose contained in the fiber raw material.

(反応工程における反応温度)
反応工程における加熱温度は、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、上記繊維原料を構成するセルロースにスルホ基を導入できる温度であれば、とくに限定されない。具体的には、接触工程後の繊維原料を直接的または間接的に上記要件を満たしながら加熱することができるものであればよい。このようなものとしては、公知の乾燥機や、減圧乾燥機、マイクロ波加熱装置、オートクレーブ、赤外線加熱装置等を採用することができる。とくに、反応工程において、ガスが発生する可能性があるので、循環送風式の乾燥機を使用するのが好ましい。
(Reaction temperature in the reaction process)
The heating temperature in the reaction step is not particularly limited as long as it is a temperature at which a sulfo group can be introduced into the cellulose constituting the fiber raw material while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reaction of the fiber. Specifically, any material that can heat the fiber raw material after the contacting step directly or indirectly while satisfying the above requirements may be used. As such a thing, a well-known dryer, a vacuum dryer, a microwave heating apparatus, an autoclave, an infrared heating apparatus etc. are employable. In particular, since a gas may be generated in the reaction process, it is preferable to use a circulation blower type dryer.

なお、接触工程後の繊維原料の形状はとくに限定されないが、例えば、シート状にしたものや、ある程度ほぐした状態で上記機器等を用いて加熱すれば、反応を均一に進行させやすくなるので好ましい。   The shape of the fiber raw material after the contacting step is not particularly limited, but for example, heating in the form of a sheet or using the above equipment in a somewhat loosened state is preferable because the reaction can easily proceed uniformly. .

反応工程における加熱温度は、上記要件を満たせば、とくに限定されない。
例えば、雰囲気温度が250℃以下が好ましく、より好ましくは雰囲気温度が200℃以下であり、さらに好ましくは雰囲気温度が180℃以下である。加熱時における雰囲気温度が250℃よりも高くなると、上述したように熱分解が起こったり、繊維の変色の進行が早くなったりする。一方、加熱温度が100℃よりも低くなると、反応時間が長くなる傾向にある。したがって、作業性の観点から、加熱時における加熱温度(具体的には雰囲気温度)が100℃以上250℃以下、より好ましくは100℃以上200℃以下、さらに好ましくは100℃以上180℃以下となるように調整する。
The heating temperature in the reaction step is not particularly limited as long as the above requirements are satisfied.
For example, the atmospheric temperature is preferably 250 ° C. or lower, more preferably the atmospheric temperature is 200 ° C. or lower, and further preferably the atmospheric temperature is 180 ° C. or lower. When the atmospheric temperature at the time of heating is higher than 250 ° C., as described above, thermal decomposition occurs or the progress of discoloration of the fibers is accelerated. On the other hand, when the heating temperature is lower than 100 ° C., the reaction time tends to be longer. Therefore, from the viewpoint of workability, the heating temperature during heating (specifically, the ambient temperature) is 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and further preferably 100 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. Adjust as follows.

(反応工程における反応時間)
また、反応工程として上記加熱方法を採用した場合の加熱時間は、とくに限定されない。例えば、反応工程における加熱時間は、反応温度を上記範囲となるように調整した場合、1分以上となるように調整する。より具体的には、5分以上が好ましく、より好ましくは10分以上であり、さらに好ましくは20分以上とする。
加熱時間が1分よりも短い場合は、反応がほとんど進行していなと推察される。一方、加熱時間をあまり長くしてもスルホ基の導入量の向上が期待できない傾向にある。
したがって、反応工程として上記加熱方法を採用した場合の加熱時間は、とくに限定されないが、反応時間や操作性の観点から、5分以上300分以内が好ましく、より好ましくは5分以上120分以内とするのがよい。
(Reaction time in the reaction process)
Moreover, the heating time at the time of employ | adopting the said heating method as a reaction process is not specifically limited. For example, the heating time in the reaction step is adjusted to be 1 minute or longer when the reaction temperature is adjusted to be in the above range. More specifically, it is preferably 5 minutes or more, more preferably 10 minutes or more, and further preferably 20 minutes or more.
When the heating time is shorter than 1 minute, it is assumed that the reaction hardly proceeds. On the other hand, even if the heating time is too long, improvement in the amount of sulfo group introduced tends not to be expected.
Accordingly, the heating time when the above heating method is adopted as the reaction step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 300 minutes or less, more preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less from the viewpoint of reaction time or operability. It is good to do.

(スルホン化剤)
反応工程におけるスルホン化剤は、スルホ基を有する化合物であればとくに限定されない。例えば、スルファミン酸、スルファミン酸塩、硫黄と共有結合する2つの酸素を持つスルホニル基を有するスルフリル化合物などを挙げることができる。
なお、スルホン化剤として、これらの化合物を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
スルホン化剤は、上記のような化合物であればとくに限定されないが、硫酸等と比べて酸性度が低く、スルホ基の導入効率が高く、低コストで、安全性が高いので取り扱い性の観点から、スルファミン酸を採用するのが好ましい。
(Sulfonating agent)
The sulfonating agent in the reaction step is not particularly limited as long as it is a compound having a sulfo group. Examples thereof include sulfamic acid, sulfamate, and a sulfuryl compound having a sulfonyl group having two oxygens covalently bonded to sulfur.
In addition, as a sulfonating agent, these compounds may be used independently and may be used in mixture of 2 or more types.
The sulfonating agent is not particularly limited as long as it is a compound as described above. However, from the viewpoint of handleability, the acidity is low compared to sulfuric acid and the like, the introduction efficiency of sulfo group is high, the cost is low, and the safety is high. It is preferable to employ sulfamic acid.

(尿素とその誘導体)
反応工程における尿素とその誘導体のうち、尿素の誘導体は、尿素を含有する化合物であればとくに限定されない。例えば、カルボン酸アミド、イソシアネートとアミンの複合化合物、チアミドなどを挙げることができる。なお、尿素とその誘導体は、それぞれ単独で用いてもよいし、両者を混合して用いてもよい。また、尿素の誘導体は、上記化合物を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
尿素とその誘導体は、上記のような化合物であればとくに限定されないが、低コストで、環境負荷の影響が少なく、安全性が高いので取り扱い性の観点から、尿素を採用するのが好ましい。
(Urea and its derivatives)
Of urea and derivatives thereof in the reaction step, the urea derivative is not particularly limited as long as it is a compound containing urea. For example, carboxylic acid amide, a composite compound of isocyanate and amine, thiamide, and the like can be given. Urea and its derivatives may be used alone or in combination. As the urea derivative, the above compounds may be used singly or in combination of two or more.
Urea and its derivatives are not particularly limited as long as they are compounds as described above, but it is preferable to employ urea from the viewpoint of handling because it is low in cost, has little influence on environmental impact, and has high safety.

(繊維原料)
スルホン化パルプ繊維の製造方法に用いられる繊維原料は、セルロースを含むものであればとくに限定されない。
例えば、木材系のパルプ(以下単に木材パルプという)や、溶解パルプ、コットンリンタなどの綿系のパルプ、麦わらや、バガス、楮、三椏、麻、ケナフのほか、果物等などの非木材系のパルプ、ホヤや海藻などから単離されるセルロースや、新聞古紙、雑誌古紙やダンボール古紙などから製造された古紙系のパルプなどのパルプを繊維原料として使用することができる。なお、入手のし易さの観点から、木材パルプを使用することが好ましい。
(Textile raw material)
The fiber raw material used for the manufacturing method of a sulfonated pulp fiber will not be specifically limited if it contains a cellulose.
For example, wood-based pulp (hereinafter simply referred to as “wood pulp”), cotton-based pulp such as dissolving pulp and cotton linter, straw, bagasse, straw, sardine, hemp, kenaf, and non-wood-based fruits such as fruits Pulp such as cellulose isolated from pulp, sea squirts, seaweed, etc., and waste paper pulp produced from waste newspaper, magazine waste paper, cardboard waste paper, etc. can be used as the fiber raw material. In addition, it is preferable to use a wood pulp from a viewpoint of availability.

この木材パルプには、様々な種類が存在するが、使用に際してとくに限定されない。例えば、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)などの製紙用パルプなどを挙げることができる。
なお、繊維原料として、上記パルプを使用する場合に上述した種類のパルプ1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
There are various types of wood pulp, but there are no particular limitations on the use. Examples thereof include papermaking pulp such as coniferous kraft pulp (NBKP), hardwood kraft pulp (LBKP), and thermomechanical pulp (TMP).
In addition, when using the said pulp as a fiber raw material, 1 type of pulp of the kind mentioned above may be used independently, and 2 or more types may be mixed and used.

(乾燥工程)
本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程は、接触工程と反応工程の間に乾燥工程を含んでいてもよい。
この乾燥工程は、反応工程の前処理工程として機能する工程であり、接触工程後の繊維原料の含水率が平衡状態となるように乾燥する工程である。接触工程後の繊維原料を湿潤状態のまま反応工程に供給して加熱してもよいが、スルファミン酸や尿素等の一部が加水分解を受ける可能性がある。このため、反応工程におけるスルホン化反応を適切に進行させる上では、反応工程前に乾燥工程を設けることが好ましい。
(Drying process)
The chemical treatment process of the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment may include a drying process between the contact process and the reaction process.
This drying step is a step that functions as a pretreatment step of the reaction step, and is a step of drying so that the moisture content of the fiber raw material after the contacting step is in an equilibrium state. The fiber raw material after the contacting step may be supplied to the reaction step and heated in a wet state, but some of sulfamic acid, urea and the like may be hydrolyzed. For this reason, in order to appropriately advance the sulfonation reaction in the reaction step, it is preferable to provide a drying step before the reaction step.

この乾燥工程は、反応液を接触させた状態の繊維原料を反応工程における加熱温度よりも低い温度で乾燥することによって、反応溶液の溶媒を除去する工程である。この乾燥工程に用いられる装置等は、とくに限定されず、上述した反応工程で用いられる乾燥機等を使用することができる。   This drying step is a step of removing the solvent of the reaction solution by drying the fiber material in contact with the reaction solution at a temperature lower than the heating temperature in the reaction step. The apparatus etc. which are used for this drying process are not specifically limited, The dryer etc. which are used by the reaction process mentioned above can be used.

この乾燥工程における乾燥温度は、とくに限定されない。例えば、加熱温度は、雰囲気温度が100℃以下が好ましく、より好ましくは20℃以上100℃以下であり、さらに好ましくは、50℃以上100℃以下である。加熱時における雰囲気温度が100℃よりも高くなると、スルホン化剤等の分解が起こる可能性がある。一方、加熱時における雰囲気温度が20℃よりも低いと、乾燥に時間がかかる。
したがって、上述した反応を適切に行う上では加熱時における雰囲気温度が100℃以下が好ましく、操作性の観点では加熱時における雰囲気温度が20℃以上が好ましい。
The drying temperature in this drying process is not particularly limited. For example, the heating temperature is preferably an atmospheric temperature of 100 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. If the atmospheric temperature during heating is higher than 100 ° C., the sulfonating agent or the like may be decomposed. On the other hand, if the atmospheric temperature during heating is lower than 20 ° C., drying takes time.
Accordingly, the atmospheric temperature during heating is preferably 100 ° C. or lower for appropriately performing the above-described reaction, and the atmospheric temperature during heating is preferably 20 ° C. or higher from the viewpoint of operability.

(洗浄工程)
また、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における反応工程の後には、スルホ基を導入した後の繊維原料を洗浄する洗浄工程を含んでもよい。
(Washing process)
Moreover, after the reaction process in the chemical treatment process of the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment, you may include the washing | cleaning process which wash | cleans the fiber raw material after introduce | transducing a sulfo group.

スルホ基を導入した後の繊維原料は、スルホン化剤の影響により表面が酸性になっている。また、未反応の反応液も存在した状態となっている。このため、反応を確実に終了させ、余分な反応液を除去して中性状態にすれば、取り扱い性を向上させることができるようなるので望ましい。   The fiber raw material after introducing the sulfo group has an acidic surface due to the influence of the sulfonating agent. Further, unreacted reaction liquid is also present. For this reason, it is desirable that the reaction can be surely completed and the excess reaction solution is removed to a neutral state, so that the handleability can be improved.

この洗浄工程は、スルホ基を導入した後の繊維原料がほぼ中性になるようにできれば、とくに限定されない。
例えば、スルホ基を導入した後の繊維原料が中性になるまで純水等で洗浄するという方法を採用することができる。
This washing step is not particularly limited as long as the fiber raw material after introducing the sulfo group can be made almost neutral.
For example, a method of washing with pure water or the like until the fiber raw material after introducing the sulfo group becomes neutral can be employed.

また、アルカリ等を用いた中和洗浄を行ってもよい。かかる中和洗浄を行う場合、アルカリ溶液に含まれアルカリ化合物としては、無機アルカリ化合物、有機アルカリ化合物などを挙げることができる。そして、無機アルカリ化合物としては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等を挙げることができる。有機アルカリ化合物としては、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物、複素環式化合物の水酸化物などを挙げることができる。   Further, neutralization washing using an alkali or the like may be performed. In the case of performing such neutralization washing, examples of the alkali compound contained in the alkali solution include an inorganic alkali compound and an organic alkali compound. Examples of the inorganic alkali compound include alkali metal hydroxides, carbonates, and phosphates. Examples of the organic alkali compound include ammonia, aliphatic amine, aromatic amine, aliphatic ammonium, aromatic ammonium, heterocyclic compound, and heterocyclic compound hydroxide.

(スルホン化微細セルロース繊維の製造方法)
スルホン化微細セルロース繊維は、図1に示すように、上記のごとく調製したスルホン化パルプ繊維を本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法における微細化処理工程に供給し、微細化することによって得られる。
(Method for producing sulfonated fine cellulose fiber)
As shown in FIG. 1, the sulfonated fine cellulose fiber is supplied by supplying the sulfonated pulp fiber prepared as described above to the refinement treatment step in the method for producing the sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment. can get.

(微細化処理工程)
本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法における微細化処理工程は、スルホン化パルプ繊維を微細化して所定の大きさの(例えば、ナノレベル)微細繊維にする工程である。
この微細化処理工程に用いられる処理装置は、上記機能を有するものであれば、とくに限定されない。例えば、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー(石臼型粉砕機)、ボールミル、カッターミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用のミキサーなどを使用することができるが、処理装置は、これらの装置に限定されるものはない。
これらのうち、材料に均等に力を加えることができ、均質化に優れているという点で、高圧ホモジナイザーを用いるのが望ましいが、かかる装置に限定されない。
(Miniaturization process)
The refinement treatment step in the method for producing the sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment is a step of making the sulfonated pulp fiber finer into a predetermined size (for example, nano-level) fine fiber.
The processing apparatus used for this refinement | miniaturization process process will not be specifically limited if it has the said function. For example, a low pressure homogenizer, a high pressure homogenizer, a grinder (stone mill type grinder), a ball mill, a cutter mill, a jet mill, a short screw extruder, a twin screw extruder, an ultrasonic stirrer, a household mixer, etc. can be used. The processing apparatus is not limited to these apparatuses.
Of these, it is desirable to use a high-pressure homogenizer in terms of being able to apply force evenly to the material and being excellent in homogenization, but is not limited to such an apparatus.

微細化処理工程において、高圧ホモジナイザーを用いる場合、上述した製法で得られたスルホン化パルプ繊維を水などの水溶性溶媒に分散させた状態で供給する。なお、以下では、スルホン化パルプ繊維を分散させた状態の溶液をスラリーという。
このスラリーのスルホン化パルプ繊維の固形分濃度は、とくに限定されない。例えば、このスラリーのスルホン化パルプ繊維の固形分濃度が、0.1質量%〜20質量%となるように調整した溶液を高圧ホモジナイザー等の処理装置に供給すればよい。
When a high-pressure homogenizer is used in the refinement treatment step, the sulfonated pulp fiber obtained by the above-described production method is supplied in a state dispersed in a water-soluble solvent such as water. Hereinafter, a solution in which sulfonated pulp fibers are dispersed is referred to as slurry.
The solid content concentration of the sulfonated pulp fiber of this slurry is not particularly limited. For example, the solution adjusted so that the solid content concentration of the sulfonated pulp fiber in the slurry may be 0.1% by mass to 20% by mass may be supplied to a processing apparatus such as a high-pressure homogenizer.

例えば、スルホン化パルプ繊維の固形分濃度が0.5質量%となるように調整したスラリーを高圧ホモジナイザー等の処理装置に供給すれば、同じ固形分濃度のスルホン化微細セルロース繊維が水溶性溶媒に分散した状態の分散液を得ることができる。つまり、この場合であればスルホン化微細セルロース繊維の固形分濃度が0.5質量%となるように調整された分散液を得ることができる。   For example, if a slurry adjusted so that the solid content concentration of the sulfonated pulp fiber is 0.5% by mass is supplied to a processing apparatus such as a high-pressure homogenizer, the sulfonated fine cellulose fiber having the same solid content concentration becomes a water-soluble solvent. A dispersion in a dispersed state can be obtained. That is, in this case, a dispersion liquid adjusted so that the solid content concentration of the sulfonated fine cellulose fiber is 0.5% by mass can be obtained.

また、微細化処理工程において供給されるスルホン化パルプ繊維の保水度は、上記装置等で微細化し易いように調整されていれば、とくに限定されない。
例えば、微細化の処理効率や使用エネルギーの削減といった観点では、保水度を高くなるように調製したスルホン化パルプ繊維を使用するのが望ましい。このような観点では、スルホン化パルプ繊維の保水度としては、150%以上となるように調整するのが好ましい。とくに、200%よりも高くなるように調製されたものを用いるのが好ましく、より好ましくは220%以上であり、さらに好ましくは250%であり、よりさらに好ましくは300%以上であり、さらにより好ましくは500%となるように調製されたものを用いるのがよい。
ただし、保水度が10,000%よりも高くなるとスルホン化処理後のスルホン化パルプ繊維の回収率が低下する傾向にある。
したがって、微細化効率の観点および回収率の観点においては、微細化処理工程に供給する際のスルホン化パルプ繊維の保水度は、150%〜10,000%が好ましく、より好ましくは200%〜10,000%であり、さらに好ましくは220%〜10,000%であり、さらにより好ましくは250%〜5,000%であり、よりさらに好ましくは250%〜2,000%である。
Moreover, the water retention of the sulfonated pulp fiber supplied in a refinement | purification process process will not be specifically limited if it is adjusted so that it may be easily refined with the said apparatus.
For example, it is desirable to use a sulfonated pulp fiber prepared so as to increase the water retention level from the viewpoint of reduction in processing efficiency and reduction in energy consumption. From such a viewpoint, it is preferable to adjust the water retention of the sulfonated pulp fiber to be 150% or more. In particular, it is preferable to use one prepared to be higher than 200%, more preferably 220% or more, further preferably 250%, still more preferably 300% or more, and still more preferably. It is preferable to use one prepared so as to be 500%.
However, when the water retention is higher than 10,000%, the recovery rate of the sulfonated pulp fiber after the sulfonation treatment tends to be lowered.
Therefore, from the viewpoint of the refinement efficiency and the recovery rate, the water retention of the sulfonated pulp fiber when supplied to the refinement treatment step is preferably 150% to 10,000%, more preferably 200% to 10%. 1,000%, more preferably 220% to 10,000%, even more preferably 250% to 5,000%, and even more preferably 250% to 2,000%.

なお、微細化処理工程に供するスルホン化パルプ繊維の保水度が高い場合には、以下の利点も得らえる。   In addition, when the water retention degree of the sulfonated pulp fiber used for a refinement | miniaturization process process is high, the following advantages can also be acquired.

微細化処理工程に供するスルホン化パルプ繊維の保水度が高いほど繊維は膨張しているので繊維はほぐれ易くなっている。このため、上述したように微細化処理工程で用いる解繊機等の微細化効率を向上させることはもちろん、用いる解繊機等内で繊維が詰まるなどの不具合の発生を抑制できるという利点が得られる。このため、スムースな微細化(解繊)を行うことができるので、より高濃度のパルプ繊維を解繊機等で処理することができる。
しかも、スムースな微細化(解繊)を行うことができるようになるので、微細化処理工程に要する時間をより短縮することができる。例えば、解繊機を使用する場合には少ない回数のパスで微細化することができる。
The higher the water retention of the sulfonated pulp fiber that is subjected to the micronization treatment step, the more the fiber expands, so the fiber is more easily loosened. For this reason, as described above, there is an advantage in that the occurrence of problems such as clogging of fibers in the defibrator to be used can be suppressed as well as the efficiency of the defibrator used in the defibrating process is improved. For this reason, since smooth refinement | miniaturization (defibration) can be performed, a higher concentration pulp fiber can be processed with a defibrating machine etc.
In addition, since smooth refinement (defibration) can be performed, the time required for the refinement process can be further shortened. For example, when a defibrator is used, it can be refined with a small number of passes.

本発明の製造方法を用いることによってスルホン化微細セルロース繊維およびスルホン化パルプ繊維を製造することができることを確認した。   It was confirmed that sulfonated fine cellulose fibers and sulfonated pulp fibers can be produced by using the production method of the present invention.

(実験1)
実験1では、繊維原料として、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)(平均繊維長が2.6mm)を使用した。以下では、実験に供したNBKPを単にパルプとして説明する。
パルプは、大量の純水で洗浄後、200メッシュのふるいで水を切り、固形分濃度を測定後、乾燥させることなく実験に供した。
(Experiment 1)
In Experiment 1, softwood kraft pulp (NBKP) (average fiber length of 2.6 mm) was used as a fiber raw material. Below, NBKP used for experiment is demonstrated only as a pulp.
The pulp was washed with a large amount of pure water, drained with a 200-mesh sieve, measured for solid content, and then subjected to an experiment without drying.

(化学処理工程)
パルプを以下のように調製した反応液に加え撹拌してスラリー状にした。
なお、パルプを反応液に加えてスラリー状にする工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における接触工程に相当する。
(Chemical treatment process)
The pulp was added to the reaction solution prepared as follows and stirred to form a slurry.
In addition, the process of adding a pulp to a reaction liquid and making it into a slurry form is equivalent to the contact process in the chemical treatment process of the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment.

(反応液の調製)
スルホン化剤と尿素または/およびその誘導体が以下の濃度となるように調製した。
実験1では、スルホン化剤として、スルファミン酸(純度98.5%、扶桑化学工業製)を使用し、尿素またはその誘導体として、尿素溶液(純度99%、和光純薬工業製、型番;特級試薬)を使用した。
両者の混合比は、濃度比(g/L)において、4:1(1:0.25)、2:1(1:0.5)、1:1、1:2.5となるように混合し水溶液を調整した。
(Preparation of reaction solution)
The sulfonating agent and urea or / and derivatives thereof were prepared to the following concentrations.
In Experiment 1, sulfamic acid (purity 98.5%, manufactured by Fuso Chemical Industries) was used as a sulfonating agent, and urea solution (purity 99%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, model number; special grade reagent) as urea or a derivative thereof. )It was used.
The mixing ratio of the two is 4: 1 (1: 0.25), 2: 1 (1: 0.5), 1: 1, 1: 2.5 in the concentration ratio (g / L). The aqueous solution was prepared by mixing.

具体的には、スルファミン酸と尿素は、以下のように混合した。
スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/50、200/100、200/200、200/500、50/25、100/50、200/100
反応液の調製の一例を以下に示す。
容器に水100mlを加えた。ついで、この容器にスルファミン酸20g、尿素10gを加えて、スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/100(1:0.5)の反応液を調製した。つまり、尿素は、スルファミン酸100重量部に対して50重量部となるように加えた。
Specifically, sulfamic acid and urea were mixed as follows.
Sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/50, 200/100, 200/200, 200/500, 50/25, 100/50, 200/100
An example of the preparation of the reaction solution is shown below.
100 ml of water was added to the container. Next, 20 g of sulfamic acid and 10 g of urea were added to this container to prepare a reaction solution having a sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of 200/100 (1: 0.5). . That is, urea was added to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of sulfamic acid.

実験1では、この調製した反応液に対してパルプ2g(乾燥重量)を加えた。
つまり、上記スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/100(1:0.5)の反応液の場合、スルファミン酸はパルプ100重量部に対して、1000重量部、尿素は500重量部となるように調製した。
In Experiment 1, 2 g (dry weight) of pulp was added to the prepared reaction solution.
That is, in the case of a reaction solution having a sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of 200/100 (1: 0.5), the amount of sulfamic acid is 1000 with respect to 100 parts by weight of pulp. Part by weight and urea were prepared to be 500 parts by weight.

なお、比較例A、A2として、反応液をスルファミン酸濃度200g/Lとして尿素を添加しない比較サンプル(スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/0)を調製した。尿素を添加しない以外は、他の実験例と同様の操作を行った。
また、ブランクパルプとして、反応液に接触させていないNBKPを使用した。
As Comparative Examples A and A2, a comparative sample (sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/0) in which the reaction solution was sulfamic acid concentration 200 g / L and urea was not added was used. Prepared. The same operation as in the other experimental examples was performed except that urea was not added.
Moreover, NBKP which was not made to contact the reaction liquid was used as a blank pulp.

反応液にパルプを添加して調製したスラリーを10分間撹拌子を用いて撹拌した。撹拌後、スラリーをろ紙(No.2)を用いて吸引ろ過した。吸引ろ過は溶液が滴下しなくなるまで行った。
吸引ろ過後、ろ紙からパルプを剥がし、ろ過したパルプを恒温槽の温度を50℃に設定した乾燥機(いすゞ製作所製、型番;VTR−115)に入れて含水率が平衡状態になるまで乾燥した。つまり、加熱反応の前に乾燥を行った状態のものを次工程に供給した。なお、以下では、この乾燥を行った条件のものを単に「乾燥工程有条件」という。
なお、このろ過後のパルプを乾燥させる工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における乾燥工程に相当する。
The slurry prepared by adding pulp to the reaction solution was stirred for 10 minutes using a stirring bar. After stirring, the slurry was suction filtered using a filter paper (No. 2). Suction filtration was performed until no solution dropped.
After suction filtration, the pulp is peeled off from the filter paper, and the filtered pulp is put into a dryer (model number: VTR-115, manufactured by Isuzu Seisakusho) in which the temperature of the thermostatic bath is set to 50 ° C. and dried until the water content becomes an equilibrium state. . That is, the thing dried before the heating reaction was supplied to the next process. In the following, the conditions under which the drying is performed are simply referred to as “conditions for drying process”.
In addition, the process of drying the pulp after this filtration is equivalent to the drying process in the chemical treatment process of the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment.

含水率が平衡状態になった後、加熱反応を行った。
加熱反応は、乾燥機(いすゞ製作所製、型番;VTR−115)を用いた。
反応条件は以下の通りである。
恒温槽の温度:100℃、120℃、140℃、加熱時間:5分、25分、60分、120分
なお、この加熱反応が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における反応工程に相当する。
After the water content reached an equilibrium state, a heating reaction was performed.
A drying machine (manufactured by Isuzu Seisakusho, model number: VTR-115) was used for the heating reaction.
The reaction conditions are as follows.
Temperature of constant temperature bath: 100 ° C., 120 ° C., 140 ° C., heating time: 5 minutes, 25 minutes, 60 minutes, 120 minutes Note that this heating reaction is a chemical treatment step of the method for producing sulfonated pulp fibers of this embodiment. This corresponds to the reaction step in.

加熱反応後、反応させたパルプを中性になるまで純水で洗浄して、スルファミン酸/尿素処理パルプを調製した。   After the heating reaction, the reacted pulp was washed with pure water until neutrality to prepare a sulfamic acid / urea treated pulp.

なお、反応させたパルプを中性になるまで純水で洗浄する工程が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法の化学処理工程における洗浄工程に相当する。
また、スルファミン酸/尿素処理パルプが本実施形態の誘導体パルプに相当し、スルファミン酸/尿素処理パルプを構成する反応パルプ繊維が、本実施形態のスルホン化パルプ繊維の製造方法で得られるスルホン化パルプ繊維に相当する。
In addition, the process of wash | cleaning the reacted pulp with a pure water until it becomes neutral corresponds to the washing | cleaning process in the chemical treatment process of the manufacturing method of the sulfonated pulp fiber of this embodiment.
Further, the sulfamic acid / urea-treated pulp corresponds to the derivative pulp of this embodiment, and the reactive pulp fiber constituting the sulfamic acid / urea-treated pulp is a sulfonated pulp obtained by the method for producing a sulfonated pulp fiber of this embodiment. Corresponds to fiber.

なお、乾燥工程を省略する場合は、吸引ろ過後、ろ紙からパルプを剥がしたものをそのまま加熱反応に供した。つまり、加熱反応の前に上述したような乾燥を行わず、直接次工程の加熱反応に供給した。次工程の加熱反応の反応条件は、上述と同様の条件下で行った。なお、以下では、この乾燥を行わなかった条件のものを単に「乾燥工程無条件」という。   In addition, when omitting a drying process, what peeled the pulp from the filter paper after suction filtration was used for the heating reaction as it was. In other words, the drying as described above was not performed before the heating reaction, and was directly supplied to the heating reaction in the next step. The reaction conditions for the heating reaction in the next step were the same as described above. In the following, the condition in which the drying is not performed is simply referred to as “drying process unconditional”.

(微細化処理工程)
高圧ホモジナイザー(GEAニロソアビ社製、型番;Panda Plus 200)を用いてスルファミン酸/尿素処理パルプのナノ化を行い、ナノセルロースを調製した。
高圧ホモジナイザーの処理条件は、以下の通りとした。
スルファミン酸/尿素処理パルプは、固形分濃度が0.5質量%となるように調製したものを高圧ホモジナイザーに供給した。圧力は、120〜140MPaとした。
なお、各スルファミン酸/尿素処理パルプは、高圧ホモジナイザーで3パス処理することによってナノセルロース繊維を得た。
(Miniaturization process)
A sulfamic acid / urea-treated pulp was nanosized by using a high-pressure homogenizer (manufactured by GEA Niroso-Avi Corp., model number: Panda Plus 200) to prepare nanocellulose.
The processing conditions of the high pressure homogenizer were as follows.
The sulfamic acid / urea-treated pulp was prepared so as to have a solid content concentration of 0.5% by mass and supplied to a high-pressure homogenizer. The pressure was 120 to 140 MPa.
Each sulfamic acid / urea-treated pulp was subjected to 3-pass treatment with a high-pressure homogenizer to obtain nanocellulose fibers.

なお、この高圧ホモジナイザーを用いた解繊操作が、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法における微細化処理工程に相当する。そして、得られたナノセルロース繊維が、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法で得られるスルホン化微細セルロース繊維に相当する。   Note that the defibrating operation using this high-pressure homogenizer corresponds to the refinement treatment step in the method for producing the sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment. And the obtained nano cellulose fiber is corresponded to the sulfonated fine cellulose fiber obtained with the manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment.

(パルプ収率)
化学処理前後でのパルプの収率を以下の式から求めた。
化学処理後のパルプの回収は300meshワイヤーを用いて行った。

収率=化学処理工程後に回収したパルプの固形分重量/化学処理工程前に仕込んだパルプの固形分重量
(Pulp yield)
The yield of pulp before and after chemical treatment was determined from the following formula.
The pulp after chemical treatment was collected using a 300 mesh wire.

Yield = solid weight of pulp recovered after chemical treatment step / solid weight of pulp charged before chemical treatment step

(元素分析(硫黄))
化学処理後のパルプに含まれる硫黄分を燃焼イオンクロマトグラフにより求めた。測定方法はIEC 62321の測定条件に準拠して測定した。
燃焼装置:三菱ケミカルアナリテック社製、型番;AQF−2100 H
イオンクロマト:サーモフィッシャーサイエンス社製、型番;ICS−1600
(Elemental analysis (sulfur))
The sulfur content contained in the pulp after chemical treatment was determined by combustion ion chromatography. The measurement method was based on the measurement conditions of IEC 62321.
Combustion device: manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech, model number: AQF-2100 H
Ion chromatography: manufactured by Thermo Fisher Science Co., model number: ICS-1600

(保水度の測定)
化学処理後の繊維の保水度の測定は、TAPPI No.26に準拠して行った。
(Measurement of water retention)
The water retention of the fiber after chemical treatment was measured using TAPPI No. 26.

(FE−SEMを用いた繊維形態の観察)
化学処理後のパルプの表面観察は、FE−SEM(日本電子(株)社製、型番;JSM−7610)を用いて行った。試料は、微細繊維分散液の溶媒をt−ブチルアルコールに置換し、凍結乾燥したものをオスミウムによりコーティングして観察に供した。
(Observation of fiber form using FE-SEM)
The surface of the pulp after chemical treatment was observed using FE-SEM (manufactured by JEOL Ltd., model number: JSM-7610). The sample was subjected to observation by substituting the solvent of the fine fiber dispersion with t-butyl alcohol and coating the lyophilized product with osmium.

(繊維の配向性の測定)
パルプのFE−SEM画像を画像解析し、繊維の配向性を評価した。
画像解析ソフトにはFiberOri8s03を用いた。このソフトは紙表面の繊維配向を学術的に評価することにも用いられている。
(Measurement of fiber orientation)
Image analysis of the FE-SEM image of the pulp was performed to evaluate the fiber orientation.
FiberOri8s03 was used as the image analysis software. This software is also used for academic evaluation of fiber orientation on the paper surface.

(白色度の測定)
白色度の測定は、JIS P 8148:2001 紙、板紙及びパルプ−ISO白色度(拡散青色光反射率)に準拠して測定した。
測定に用いるサンプルは、化学処理後のパルプを水で洗浄し、凍結乾燥後のものを用いた。
(Measurement of whiteness)
The whiteness was measured according to JIS P 8148: 2001 paper, paperboard and pulp-ISO whiteness (diffuse blue light reflectance).
As the sample used for the measurement, the pulp after chemical treatment was washed with water and lyophilized.

(SPMを用いた繊維形態の観察および繊維幅の測定)
高圧ホモジナイザー処理後のスルホン化微細セルロース繊維を純水で固形分濃度0.001〜0.005質量%に調製し、PEI(ポリエチレンイミン)をコーティングしたシリカ基盤上にスピンコートを行った。
このシリカ基盤上のナノセルロースの観察を、走査型プローブ顕微鏡(島津製作所製、型番;SPM−700)を用いて行った。
繊維幅の測定は、観察画像中の繊維をランダムに20本選び測定した。
(Observation of fiber form and measurement of fiber width using SPM)
The sulfonated fine cellulose fibers after the high-pressure homogenizer treatment were prepared with pure water to a solid content concentration of 0.001 to 0.005% by mass, and spin-coated on a silica substrate coated with PEI (polyethyleneimine).
The observation of nano-cellulose on the silica base, a scanning probe microscope (manufactured by Shimadzu Corporation, model number; SPM- 9 700) was performed using.
The fiber width was measured by randomly selecting 20 fibers in the observed image.

(ヘイズ値の測定および全光線透過率の測定)
ヘイズ値の測定および全光線透過率の測定は、スルホン化微細セルロース繊維を純水で、固形分濃度が0.5質量%となるように調製して測定溶液とした。
なお、微細化処理工程において、固形分濃度が0.5質量%となるように調製したスルファミン酸/尿素処理パルプを高圧ホモジナイザーに供給して得られたスルホン化微細セルロース繊維においては、得られたスルホン化微細セルロース繊維が分散した分散液の濃度は供給前の固形分濃度と同じであることから、そのまま測定溶液として測定に供した。
測定溶液を分取して分光光度計(日本分光(株)社製、型番;V−570)を用いて測定した。なお、測定方法は、JIS K 7105の方法に準拠して行った。
なお、上記測定溶液が、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法における分散液に相当する。
(Measurement of haze value and total light transmittance)
For the measurement of the haze value and the measurement of the total light transmittance, sulfonated fine cellulose fibers were prepared with pure water so as to have a solid content concentration of 0.5% by mass to obtain a measurement solution.
In the pulverization treatment step, in the sulfonated fine cellulose fiber obtained by supplying the sulfamic acid / urea-treated pulp prepared so that the solid content concentration becomes 0.5% by mass to the high-pressure homogenizer, it was obtained. Since the concentration of the dispersion liquid in which the sulfonated fine cellulose fibers were dispersed was the same as the solid content concentration before the supply, it was directly subjected to measurement as a measurement solution.
The measurement solution was collected and measured using a spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, model number: V-570). In addition, the measuring method was performed based on the method of JISK7105.
In addition, the said measurement solution corresponds to the dispersion liquid in the manufacturing method of the sulfonated fine cellulose fiber of this embodiment.

(重合度の測定)
JIS P 8215(1998)に従い、スルホン化微細セルロース繊維の極限粘度(固有粘度)を測定した。その後、固有粘度(η)から、下記式により、スルホン化微細セルロース繊維の重合度(DP)を算出した。なお、この重合度は、粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。

DP=1.75×[η]
(Measurement of degree of polymerization)
According to JIS P 8215 (1998), the intrinsic viscosity of the sulfonated fine cellulose fiber was measured. Thereafter, the degree of polymerization (DP) of the sulfonated fine cellulose fiber was calculated from the intrinsic viscosity (η) by the following formula. This degree of polymerization is sometimes referred to as “viscosity average degree of polymerization” because it is an average degree of polymerization measured by the viscosity method.

DP = 1.75 × [η]

(実験結果) (Experimental result)

(スルファミン酸/尿素処理パルプの実験結果)
図2、図3は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性表である。
図2は、加熱反応前に乾燥を行った条件下(乾燥工程有条件)でのスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性表である。
図3は、加熱反応前に乾燥を行わなかった条件下(乾燥工程無条件)でのスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性表である。
図4〜図8は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の特性を具体的に示したものである。
図4は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量(mmol/g)および保水度(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図である。
図5は、乾燥工程無条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図である。
図6(A)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のパルプ繊維長(mm)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図であり、図6(B)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の化学処理前後の繊維長維持率(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図である。
図7は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量(mmol/g)と反応温度との関係を示した図である。
図8(A)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維長(mm)と反応温度と処理時間の関係を示した図であり、図8(B)は、乾燥工程有条件下で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の化学処理前後の繊維長維持率(%)と反応温度と処理時間の関係を示した図である。
(Experimental results of sulfamic acid / urea treated pulp)
2 and 3 are characteristic tables of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers.
FIG. 2 is a characteristic table of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers under the condition of drying before heating reaction (conditions with a drying step).
FIG. 3 is a characteristic table of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers under conditions where drying was not performed before the heating reaction (unconditional drying process).
4 to 8 specifically show the characteristics of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers.
FIG. 4 shows the amount of sulfur introduced (mmol / g) and water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under the conditions of the drying process and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) of the reaction solution) It is the figure which showed the relationship with / (g / L)).
FIG. 5 shows the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained without the drying step and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of the reaction solution. It is the figure which showed the relationship.
FIG. 6A shows the pulp fiber length (mm) of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under the drying process conditions and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L) of the reaction solution. 6 (B) shows the fiber length maintenance rate (%) before and after chemical treatment of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under the drying process conditions and the reaction solution. It is the figure which showed the relationship with sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)).
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of sulfur introduced (mmol / g) and reaction temperature of sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained under conditions with a drying process.
FIG. 8 (A) is a diagram showing the relationship between the fiber length (mm), reaction temperature, and treatment time of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers obtained under the drying process conditions, and FIG. It is the figure which showed the relationship between the fiber length maintenance factor (%) before and behind the chemical treatment of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber obtained on the conditions with a drying process, reaction temperature, and processing time.

実験結果から、スルファミン酸と尿素の濃度比において、尿素の混合割合を調整することによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量(例えば図4参照)を0.56mmol/g〜0.97mmol/gに調整することができることが確認できた。
また、図4または図5に示すように、スルファミン酸と尿素の濃度比において、尿素の混合割合を調整することによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度を250%〜4600%の範囲で調整することができることが確認できた。
つまり、スルファミン酸と尿素の濃度比を調整することによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量および保水度を制御できることが確認できた。
From the experimental results, by adjusting the mixing ratio of urea in the concentration ratio of sulfamic acid and urea, the amount of sulfur introduced into the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (see, for example, FIG. 4) is 0.56 mmol / g to 0.97 mmol. It was confirmed that it was possible to adjust to / g.
Moreover, as shown in FIG. 4 or FIG. 5, by adjusting the mixing ratio of urea in the concentration ratio of sulfamic acid and urea, the water retention of sulfamic acid / urea-treated pulp fiber is in the range of 250% to 4600%. It was confirmed that adjustment was possible.
That is, it was confirmed that by adjusting the concentration ratio of sulfamic acid and urea, the amount of sulfur introduced and the water retention of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber can be controlled.

なお、図4および図5に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量と保水度は、似たような傾向となったことから、両者間には何らかの関係性があるものと推察された。   As shown in FIGS. 4 and 5, the sulfur introduction amount and water retention of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber tend to be similar, and therefore there is some relationship between the two. Inferred.

図6に示すように、尿素を混合しなかった比較例Aと比べて、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維長を長くできることが確認できた。つまり、尿素を混合することによって、スルファミン酸による短繊維化を防止できることが確認できた。しかも、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維長を、反応前と比較してほぼ同じ長さに維持できることが確認できた。   As shown in FIG. 6, it was confirmed that the fiber length of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber can be increased as compared with Comparative Example A in which urea was not mixed. In other words, it was confirmed that the shortening of fibers by sulfamic acid can be prevented by mixing urea. Moreover, it was confirmed that the fiber length of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber can be maintained at substantially the same length as before the reaction.

図7、図8に示すように、加熱温度や加熱時間を調整することによって、硫黄導入量および繊維長が制御できることが確認できた。
図7に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量を0.5mmol/g以上とするには、120℃または140℃の条件下において、15分以上とすればよく、両者よりも温度が低い100℃の条件下においては、35分以上とすればよいことが確認できた。
また、図8に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の繊維長を長くするには、温度が低い条件のものが好ましいことが確認できた。
As shown in FIGS. 7 and 8, it was confirmed that the amount of sulfur introduced and the fiber length could be controlled by adjusting the heating temperature and the heating time.
As shown in FIG. 7, in order to make the sulfur introduction amount of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber 0.5 mmol / g or more, it may be 15 minutes or more under the condition of 120 ° C. or 140 ° C. However, it was confirmed that the temperature should be 35 minutes or longer under the low temperature condition of 100 ° C.
Moreover, as shown in FIG. 8, in order to lengthen the fiber length of a sulfamic acid / urea processing pulp fiber, it has confirmed that the thing of the conditions with low temperature is preferable.

図9は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(乾燥工程有、反応条件:温度120℃、時間25分)の表面拡大写真である。
図9(A)〜(D)は、それぞれスルファミン酸/尿素比が200/50(1:0.25)、200/100(1:0.5)、200/200(1:1)、200/500(1:2.5)の表面拡大写真である。
図9(E)は、比較例として示したNBKPの表面拡大写真である。
FIG. 9 is an enlarged photograph of the surface of sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (with drying process, reaction condition: temperature 120 ° C., time 25 minutes).
9A to 9D show that the sulfamic acid / urea ratio is 200/50 (1: 0.25), 200/100 (1: 0.5), 200/200 (1: 1), 200, respectively. It is a surface enlarged photograph of / 500 (1: 2.5).
FIG. 9E is an enlarged surface photograph of NBKP shown as a comparative example.

図9(A)〜(D)のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の硫黄導入量は、それぞれ(A)0.56mmol/g、(B)0.84mmol/g、(C)0.97mmol/g、(D)0.65mmol/gであった。
図9(A)〜(D)のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の保水度は、それぞれ(A)980%、(B)1920%、(C)1120%、(D)250%であった。
The sulfur introduction amounts of the sulfamic acid / urea-treated pulp fibers in FIGS. 9A to 9D are (A) 0.56 mmol / g, (B) 0.84 mmol / g, and (C) 0.97 mmol / g, respectively. (D) 0.65 mmol / g.
The water retention of the sulfamic acid / urea treated pulp fibers of FIGS. 9A to 9D was (A) 980%, (B) 1920%, (C) 1120%, and (D) 250%, respectively.

図10はスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の表面繊維の配向度を示した図であり、図11はスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維(乾燥工程有、反応条件:温度120℃、時間25分)の表面拡大写真である。
図11(A)〜(D)は、それぞれスルファミン酸/尿素比が200/50(1:0.25)、200/100(1:0.5)、200/200(1:1)、200/500(1:2.5)の表面拡大写真である。
図11(E)は、比較例として示したNBKPの表面拡大写真である。
図11(A)〜(D)のスルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の配向度は、それぞれ(A)1.18、(B)1.04、(C)1.10、(D)1.30であった。
FIG. 10 is a diagram showing the degree of orientation of the surface fibers of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber, and FIG. 11 shows the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber (with drying process, reaction condition: temperature 120 ° C., time 25 minutes). It is a surface enlarged photograph.
11 (A) to 11 (D) show that the sulfamic acid / urea ratio is 200/50 (1: 0.25), 200/100 (1: 0.5), 200/200 (1: 1), 200, respectively. It is a surface enlarged photograph of / 500 (1: 2.5).
FIG. 11E is an enlarged photograph of the surface of NBKP shown as a comparative example.
The orientation degrees of the sulfamic acid / urea treated pulp fibers of FIGS. 11 (A) to (D) are (A) 1.18, (B) 1.04, (C) 1.10, and (D) 1.30, respectively. Met.

本測定方法では、配向度(配向強度)が1.1以下は無配向であり、1.1〜1.2はやや配向しており、1.2以上は強い配向となっていると判断されている。   In this measurement method, an orientation degree (orientation strength) of 1.1 or less is non-oriented, 1.1 to 1.2 is slightly oriented, and 1.2 or more is judged to be strongly oriented. ing.

この実験結果から、スルファミン酸と尿素の濃度比において、反応液の尿素の混合割合を低くすることによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の表面の繊維の配向性をランダムな状態にさせることができることが確認できた。その逆に、尿素の混合割合を大きくすると、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の表面の繊維の配向性が整った状態にさせることができることが確認できた。つまり、スルファミン酸と尿素の濃度比を調整することによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の表面の繊維配向性を制御できることが確認できた。   From this experimental result, the orientation ratio of the fibers on the surface of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber can be made random by reducing the mixing ratio of urea in the reaction solution in the concentration ratio of sulfamic acid and urea. Was confirmed. On the contrary, it was confirmed that when the mixing ratio of urea was increased, the fiber orientation on the surface of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber could be made uniform. That is, it was confirmed that the fiber orientation on the surface of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber can be controlled by adjusting the concentration ratio of sulfamic acid and urea.

また、この実験結果から、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の表面繊維の配向度は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のフィブリル化の程度を示す指標にできることが確認できた。そして、配向度と保水度は同様の傾向を示すことが確認されたことから(例えば、図4と図10を参照)、保水度を調整することによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維のフィブリル化を制御できることが確認できた。   Further, from this experimental result, it was confirmed that the degree of orientation of the surface fibers of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber can be used as an index indicating the degree of fibrillation of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber. And since it was confirmed that the orientation degree and the water retention degree show the same tendency (for example, see FIG. 4 and FIG. 10), the fibrillation of the sulfamic acid / urea treated pulp fiber can be achieved by adjusting the water retention degree. It was confirmed that it can be controlled.

図12は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の解繊処理のし易さを確認した図である。
スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維は、解繊回数3回(3パス)で平均繊維幅を20nm以下にできることが確認できた。
一方、化学処理を行っていない微細繊維(つまりブランクパルプのNBKP)は、解繊回数20回(20パス)しても平均繊維幅が30nm〜50nmであり、平均繊維幅20nm以下にすることはできなかった。
FIG. 12 is a diagram confirming the ease of defibration treatment of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers.
It was confirmed that the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber could have an average fiber width of 20 nm or less after 3 times of defibration (3 passes).
On the other hand, fine fibers not subjected to chemical treatment (that is, NBKP of blank pulp) have an average fiber width of 30 nm to 50 nm even when defibrated 20 times (20 passes), and the average fiber width is set to 20 nm or less. could not.

なお、図12の写真は、解繊後の微細繊維をFE−SEMで観察し、観察画像中の繊維幅の測定状況を示したものである。繊維の幅の測定には5万倍の拡大写真を用いた。画像内の繊維幅(例えば、図12の白抜き矢印で示した繊維の幅)の測定方法として、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に二本引き、これらの直線と交錯する繊維の幅を目視で計測した。平均繊維幅は50本の繊維の平均値から求めた。   In addition, the photograph of FIG. 12 shows the measurement condition of the fiber width in an observation image, observing the fine fiber after defibration with FE-SEM. An enlarged photo of 50,000 times was used for the measurement of the fiber width. As a method of measuring the fiber width in the image (for example, the fiber width indicated by the white arrow in FIG. 12), two diagonal lines are drawn on the observation image, and two straight lines passing through the intersection of the diagonal lines are arbitrarily drawn. The width of the fiber intersecting with these straight lines was measured visually. The average fiber width was determined from the average value of 50 fibers.

図13は、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の白色度を示した図である。
反応液に尿素を混合することによって、スルファミン酸による繊維への着色を抑制できることが確認できた。
また、スルファミン酸と尿素の濃度比において、尿素の混合割合を調整することによって、スルファミン酸/尿素処理パルプ繊維の白色度を制御できることが確認できた。
FIG. 13 is a graph showing the whiteness of sulfamic acid / urea-treated pulp fibers.
It was confirmed that the coloration of the fiber by sulfamic acid can be suppressed by mixing urea with the reaction solution.
It was also confirmed that the whiteness of the sulfamic acid / urea-treated pulp fiber can be controlled by adjusting the mixing ratio of urea in the concentration ratio of sulfamic acid and urea.

(ナノセルロース繊維の実験結果)
図14、図15は、ナノセルロース繊維の特性表である。
図14は、乾燥を行った条件下(乾燥工程有条件)で得られたナノセルロース繊維の特性表である。
図15は、乾燥を行わなかった条件下(乾燥工程無条件)で得られたナノセルロース繊維の特性表である。
図16〜図18は、ナノセルロースの特性を具体的に示したものである。
図16は、乾燥工程有条件下で得られたナノセルロース繊維の全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図である。
図17は、乾燥工程無条件下で得られたナノセルロース繊維の全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図である。
図18は、乾燥工程有条件下で得られたナノセルロース繊維の重合度(つまりナノセルロース繊維の平均繊維長に相当するもの)と反応液のスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))との関係を示した図である。
(Experimental results of nanocellulose fibers)
14 and 15 are characteristic tables of nanocellulose fibers.
FIG. 14 is a characteristic table of nanocellulose fibers obtained under the condition of drying (conditions for drying process).
FIG. 15 is a characteristic table of nanocellulose fibers obtained under the condition where drying was not performed (the drying process was unconditional).
16 to 18 specifically show the characteristics of nanocellulose.
FIG. 16 shows the total light transmittance (%) and haze value (%) of the nanocellulose fiber obtained under the drying process conditions and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L) of the reaction solution. It is the figure which showed the relationship with)).
FIG. 17 shows the total light transmittance (%) and haze value (%) of the nanocellulose fiber obtained without any drying process and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L) of the reaction solution. It is the figure which showed the relationship with)).
FIG. 18 shows the degree of polymerization of nanocellulose fibers obtained under the drying process conditions (that is, equivalent to the average fiber length of nanocellulose fibers) and the sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / ( It is the figure which showed the relationship with g / L)).

なお、比較例B、比較例Cとして、反応液をスルファミン酸濃度200g/Lとして尿素を添加しない比較サンプル(スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/0)を調製した。尿素を添加しない以外は、他の実験例と同様の操作を行った。   In addition, as Comparative Example B and Comparative Example C, the reaction solution was set to a sulfamic acid concentration of 200 g / L, and a comparative sample without adding urea (sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) = 200/0. ) Was prepared. The same operation as in the other experimental examples was performed except that urea was not added.

図14に示すように、ナノセルロース繊維の平均繊維幅は、すべて20nm以下に調製できることが確認できた。
また、図14、図15、図16、図17に示すように、測定溶液(つまり分散液)のナノセルロース繊維の固形分濃度が0.5質量%となるように調製した場合、全てにおいて全光線透過率(%)が90%以上となっており、しかもヘイズ値(%)が、15%以下のナノセルロース繊維を調製することができることが確認できた。
つまり、分散液における分散性を向上させ、しかも非常に高い透明度を有するナノセルロース繊維を調製することができることが確認できた。
As shown in FIG. 14, it was confirmed that the average fiber width of the nanocellulose fibers can be adjusted to 20 nm or less.
In addition, as shown in FIGS. 14, 15, 16, and 17, when prepared so that the solid content concentration of the nanocellulose fiber of the measurement solution (that is, the dispersion) was 0.5% by mass, It was confirmed that a nanocellulose fiber having a light transmittance (%) of 90% or more and a haze value (%) of 15% or less can be prepared.
That is, it was confirmed that nanocellulose fibers having improved dispersibility in the dispersion and having very high transparency can be prepared.

なお、透明性が求められている市販の樹脂フィルムにおいて、高い透明性を有するメタクリル製のフィルムの全光線透過率(%)は90%程度であり、汎用樹脂であるポリエチレン製のフィルムのヘイズ値(%)は20%程度であることから、実験で得られたナノセルロース繊維は、従来の市販品と同程度またはそれ以上の品質を有していることが確認できた。   In addition, in the commercially available resin film in which transparency is required, the total light transmittance (%) of the film made of methacryl having high transparency is about 90%, and the haze value of the polyethylene film which is a general-purpose resin Since (%) is about 20%, it was confirmed that the nanocellulose fibers obtained in the experiment had the same or higher quality as the conventional commercial products.

図18に示すように、ナノセルロース繊維は、重合度386〜478となるように調製できることが確認できた。この値は、スルファミン酸のみの条件下で得られナノセルロース繊維(比較例B)と比べて高くできることが確認できた。つまり、反応液において尿素を混合することによって、ナノセルロース繊維の重合度(つまり繊維長)を向上させることができることが確認できた。言い換えれば、繊維間のからみあいがし易いナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
なお、重合度を400、グルコース1分子の軸方向の長さを約5Å(約0.5nm)とした場合、繊維長が約200nmのナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
As shown in FIG. 18, it was confirmed that the nanocellulose fibers can be prepared to have a polymerization degree of 386 to 478. It was confirmed that this value can be increased as compared with the nanocellulose fiber (Comparative Example B) obtained under the condition of only sulfamic acid. That is, it was confirmed that the polymerization degree (that is, fiber length) of the nanocellulose fiber can be improved by mixing urea in the reaction solution. In other words, it was confirmed that nanocellulose fibers that are easily entangled between fibers can be prepared.
It was confirmed that nanocellulose fibers having a fiber length of about 200 nm could be prepared when the degree of polymerization was 400 and the length of one glucose molecule in the axial direction was about 5 mm (about 0.5 nm).

図19は、スルファミン酸に類似した化合物を反応液として使用した場合の実験結果を示した図である。
実験では、スルファミン酸に類似した化合物として、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)を使用した。実験方法としては、スルファミン酸の代わりに硫酸水素アンモニウムを用いた以外は同様の方法で行った。
図19に示すように、解繊回数3回(3パス)では、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)/尿素系パルプ繊維を解繊することができなかった。
かかる実験結果から、尿素は、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)を用いたスルホン化において、スルファミン酸/尿素の系と同様の機能(例えば、触媒として機能など)を発揮しないか、または発揮しても十分に機能していないことが確認できた。
したがって、スルファミン酸/尿素の系では、硫酸塩(硫酸水素アンモニウム)を用いてスルホン化する場合と比べて、微細化効率を向上させることができ、しかも、スルホン化の程度を向上させることができることが確認できた。
FIG. 19 is a diagram showing experimental results when a compound similar to sulfamic acid is used as a reaction solution.
In the experiment, sulfate (ammonium hydrogen sulfate) was used as a compound similar to sulfamic acid. As an experimental method, the same method was used except that ammonium hydrogen sulfate was used instead of sulfamic acid.
As shown in FIG. 19, the sulfate (ammonium hydrogen sulfate) / urea-based pulp fiber could not be defibrated when the number of defibration was three times (three passes).
From these experimental results, urea does not exhibit or does not exhibit the same function (for example, function as a catalyst) as the sulfamic acid / urea system in sulfonation using sulfate (ammonium hydrogen sulfate). It was confirmed that it was not functioning sufficiently.
Therefore, in the sulfamic acid / urea system, the efficiency of refinement can be improved and the degree of sulfonation can be improved as compared to sulfonation using sulfate (ammonium hydrogen sulfate). Was confirmed.

(実験2)
実験2では、スルファミン酸/尿素処理パルプの保水度を調整することによって、解繊をし易くできることを確認した。
(Experiment 2)
In Experiment 2, it was confirmed that defibration can be facilitated by adjusting the water retention of the sulfamic acid / urea-treated pulp.

実験2では、実験1で得られたスルファミン酸/尿素処理パルプを固形分濃度が0.2質量%となるように調製したスラリーを高圧ホモジナイザーに供給して、得られたナノセルロース繊維の分散液に含まれる繊維残存率に基づいて解繊のし易さを評価した。
また、かかる固形分濃度における全光線透過率(%)およびヘイズ値(%)もそれぞれ確認した。
高圧ホモジナイザー(株式会社コスにじゅういち社製、型番;N2000−2C−045型)を用い、予備解繊として処理圧力10MPaで2回、50MPaで1回処理した。この予備解繊を行ったものを解繊処理した。解繊処理は、処理圧力を、実験1の約半分の60MPaとした。
なお、高圧ホモジナイザー以外の装置は、実験1で使用した装置を使用した。
また、実験2の測定方法において、実験1と重複する説明については割愛する。
In Experiment 2, a slurry prepared by adjusting the sulfamic acid / urea-treated pulp obtained in Experiment 1 to a solid content concentration of 0.2% by mass was supplied to a high-pressure homogenizer, and the resulting nanocellulose fiber dispersion was obtained. The easiness of defibration was evaluated based on the fiber residual ratio contained in the.
Further, the total light transmittance (%) and haze value (%) at the solid content concentration were also confirmed.
Using a high-pressure homogenizer (manufactured by Kos Nijuichi Co., Ltd., model number: N2000-2C-045 type), pre-defibration was performed twice at a treatment pressure of 10 MPa and once at 50 MPa. This preliminary defibrating was defibrated. In the defibrating treatment, the treatment pressure was set to 60 MPa, which is about half of Experiment 1.
The apparatus used in Experiment 1 was used as the apparatus other than the high-pressure homogenizer.
In the measurement method of Experiment 2, the description overlapping with Experiment 1 is omitted.

(繊維残存率(%))
高圧ホモジナイザーで解繊処理した後に得られたナノセルロース繊維の分散液に含まれる未解繊の繊維の割合を以下の方法によって算出した。
未解繊の繊維の繊維残存率(%)は、解繊処理前と後における固形分0.05g中の測定繊維に基づいて算出した。
使用した装置は、ファイバーテスター(ローレンツェン&ベットレー(株)社製)である。
(Fiber remaining rate (%))
The proportion of undefibrated fibers contained in the dispersion of nanocellulose fibers obtained after defibrating with a high-pressure homogenizer was calculated by the following method.
The fiber residual ratio (%) of undefibrated fibers was calculated based on measured fibers in a solid content of 0.05 g before and after defibrating treatment.
The apparatus used is a fiber tester (manufactured by Lorenzen & Bettley Co., Ltd.).

まず、上記装置を使用して、解繊処理前のスルファミン酸/尿素処理パルプを固形分濃度が0.2質量%となるように調製したスラリーから、固形分0.05g中に測定可能な繊維が何本存在しているかを測定した。
ついで、上記装置を使用して、解繊処理後のナノセルロース繊維の分散液から、固形分0.05g中に測定可能な繊維が何本存在しているかを測定した。
そして、繊維残存率(%)=(解繊処理後の測定値/解繊処理前の測定値)×100を求めた。
First, fibers that can be measured in a solid content of 0.05 g from a slurry in which the sulfamic acid / urea-treated pulp before defibration treatment is prepared to have a solid content concentration of 0.2% by mass using the above-described apparatus. Measured how many are present.
Next, using the above apparatus, the number of measurable fibers in a solid content of 0.05 g was measured from the dispersion of nanocellulose fibers after defibration treatment.
And fiber residual ratio (%) = (measured value after defibrating treatment / measured value before defibrating treatment) × 100 was obtained.

(実験結果)
図20は、スルファミン酸/尿素処理パルプの保水度(%)と繊維残存率(%)および高圧ホモジナイザーのパス数との関係を示した図である。
なお、繊維残存率(%)が10%以下の場合には、分散液中に含まれる繊維を目視観察で確認することはできなかった。
(Experimental result)
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp, the fiber residual ratio (%), and the number of passes of the high-pressure homogenizer.
When the fiber residual ratio (%) was 10% or less, the fibers contained in the dispersion could not be confirmed by visual observation.

図20に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプの保水度(%)が高いほど繊維残存率(%)が低くなることが確認できた。そして、保水度(%)が980%、1120%および1920%のスルファミン酸/尿素処理パルプでは、処理圧力が60MPa下、1回のパスで透明度が高いナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。しかも、保水度(%)が250%のスルファミン酸/尿素処理パルプであっても、2回のパスによって高い透明度を有するナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。   As shown in FIG. 20, it was confirmed that the higher the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp, the lower the fiber residual ratio (%). Then, it was confirmed that nanocellulose fibers having high transparency can be prepared in one pass under a treatment pressure of 60 MPa with sulfamic acid / urea treated pulp having a water retention (%) of 980%, 1120% and 1920%. Moreover, it was confirmed that nanocellulose fibers having high transparency can be prepared by two passes even in the case of sulfamic acid / urea-treated pulp having a water retention (%) of 250%.

また、図21に示すように、スルファミン酸/尿素処理パルプの保水度(%)が比較例Dよりも高ければ、1回のパスで、、高い全光線透過率(%)を有するナノセルロース繊維を調製することができることが確認できた。
さらに、図22に示すように、2回のパスによってヘイズ値(%)が15%以下のナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。とくに、スルファミン酸/尿素処理パルプの保水度(%)が1000%以上の場合には、1回のパスでヘイズ値(%)が5%以下のナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
Further, as shown in FIG. 21, if the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp is higher than that of Comparative Example D, the nanocellulose fiber having a high total light transmittance (%) in one pass. It was confirmed that can be prepared.
Furthermore, as shown in FIG. 22, it was confirmed that nanocellulose fibers having a haze value (%) of 15% or less can be prepared by two passes. In particular, when the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp was 1000% or more, it was confirmed that nanocellulose fibers having a haze value (%) of 5% or less could be prepared in one pass.

なお、比較例Dでは、解繊処理後に得られた分散液は、沈殿物が多量に含まれ濁った状態であった。そして、図21、図22に示すように、比較例Dのヘイズ値(%)がほぼ100%であり、全光線透過率(%)が40%以下であったことから、本条件下での解繊では比較例Dを適切に解繊することができないことが確認できた。
また、パス回数を増加させて解繊を行った場合にも比較例Dでは十分な解繊結果が得られなかった。
In Comparative Example D, the dispersion obtained after the defibrating treatment was cloudy with a large amount of precipitates. And as shown in FIGS. 21 and 22, the haze value (%) of Comparative Example D was almost 100%, and the total light transmittance (%) was 40% or less. It was confirmed that the defibration cannot properly defibrate Comparative Example D.
In addition, when defibration was performed by increasing the number of passes, Comparative Example D did not provide a sufficient defibration result.

実験2の実験結果より、反応液に尿素を混合する製法を採用することによって、従来の技術では想定されなかった解繊圧力であっても解繊を容易に行うことができるスルファミン酸/尿素処理パルプを調製できることが確認できた。
しかも、スルファミン酸/尿素処理パルプの保水度(%)を比較例の180%よりも高くし、かつスルファミン酸/尿素処理パルプの硫黄導入量を比較例の0.42mmol/gよりも高くなるように調製すれば、透明性の高いナノセルロース繊維を容易に調製(製造)することができることが確認できた。
とくに、スルファミン酸/尿素処理パルプの保水度(%)が1000%以上となるように調製すれば、解繊圧力60MPa下、1回のパスで容易にヘイズ値(%)が5%以下のナノセルロース繊維を調製できることが確認できた。
From the experimental results of Experiment 2, by adopting a manufacturing method in which urea is mixed into the reaction solution, sulfamic acid / urea treatment can be easily performed even at a defibration pressure that was not assumed in the prior art. It was confirmed that the pulp could be prepared.
Moreover, the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp is made higher than 180% of the comparative example, and the sulfur introduction amount of the sulfamic acid / urea-treated pulp is made higher than 0.42 mmol / g of the comparative example. It was confirmed that nanocellulose fibers having high transparency can be easily prepared (manufactured).
In particular, if the water retention (%) of the sulfamic acid / urea-treated pulp is adjusted to be 1000% or more, nano particles having a haze value (%) of 5% or less can be easily obtained in one pass under a defibration pressure of 60 MPa. It was confirmed that cellulose fibers could be prepared.

(スルファミン酸/尿素処理パルプの固形分濃度と得られるナノセルロース繊維への影響について)
図23および図24は、高圧ホモジナイザーに供給するスラリー中のスルファミン酸/尿素処理パルプの固形分濃度と得られるナノセルロース繊維への影響について確認したものである。
この実験では、上述したスルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/100(1:0.5)の反応液を用いて上記のごとき製法(乾燥工程有、反応条件:温度120℃、時間25分、保水度1920%)で調製したスルファミン酸/尿素処理パルプを固形分濃度が、それぞれ0.5質量%と0.2質量%となるように調製したスラリーを高圧ホモジナイザーに供給した。そして、得られたナノセルロース繊維の品質を全光線透過率(%)、ヘイズ値(%)および解繊後の未解繊繊維数で評価した。
(Effects of solid content of sulfamic acid / urea-treated pulp and resulting nanocellulose fibers)
FIG. 23 and FIG. 24 confirm the influence of the solid content concentration of the sulfamic acid / urea-treated pulp in the slurry supplied to the high-pressure homogenizer and the resulting nanocellulose fibers.
In this experiment, the above-described manufacturing method (with a drying step, using a reaction solution having a sulfamic acid / urea ratio ((g / L) / (g / L)) of 200/100 (1: 0.5)) described above. Slurry prepared with sulfamic acid / urea-treated pulp prepared under reaction conditions: temperature 120 ° C., time 25 minutes, water retention level 1920%) so that the solid content concentrations are 0.5 mass% and 0.2 mass%, respectively. Was fed to a high pressure homogenizer. And the quality of the obtained nano cellulose fiber was evaluated by total light transmittance (%), haze value (%), and the number of undefibrated fibers after defibration.

なお、未解繊繊維数は、解繊処理後における固形分0.05g中の未解繊の繊維をファイバーテスター(ローレンツェン&ベットレー(株)社製)で測定して固形分0.05g中に測定可能な繊維が何本存在しているかを計測した。   The number of undefibrated fibers is determined by measuring the undefibrated fibers in 0.05 g of solid content after defibrating treatment with a fiber tester (manufactured by Lorenzen & Bettley Co., Ltd.). The number of measurable fibers was measured.

(実験結果)
図23および図24の実験結果に示すように、解繊時における1パス処理、2パス処理においても、いずれも全光線透過率(%)が約100%であり、ヘイズ値(%)が5%と以下であった。また、未解繊繊維数においては、1パス処理ではいずれも30本以下であり大きな差は確認できなかった。
したがって、高圧ホモジナイザーに供給するスラリー中のスルファミン酸/尿素処理パルプの固形分濃度は、0.2質量%〜0.5質量%の範囲内においては、解繊のし易さに影響を与えないことが確認できた。そして、得られたナノセルロース繊維においても、その品質に影響を与えないことが確認できた。
(Experimental result)
As shown in the experimental results of FIGS. 23 and 24, the total light transmittance (%) is about 100% and the haze value (%) is 5 in both the 1-pass treatment and the 2-pass treatment during defibration. % And below. Further, in the number of undefibrated fibers, all were 30 or less in one pass treatment, and a large difference could not be confirmed.
Therefore, the solid content concentration of the sulfamic acid / urea-treated pulp in the slurry supplied to the high-pressure homogenizer does not affect the ease of defibration within the range of 0.2% by mass to 0.5% by mass. I was able to confirm. And also in the obtained nano cellulose fiber, it has confirmed that the quality was not affected.

本発明のスルホン化パルプ繊維の製造方法、スルホン化微細セルロース繊維の製造方法は、工業分野や、食品分野、医療分野、化粧品分野など様々な分野で多くの用途に好適に用いることができ、しかもこれらの分野に用いられる複合化材料の原料の製造方法として適している。
The production method of the sulfonated pulp fiber and the production method of the sulfonated fine cellulose fiber of the present invention can be suitably used for many applications in various fields such as the industrial field, food field, medical field, cosmetic field, It is suitable as a method for producing a composite material used in these fields.

Claims (6)

パルプからセルロースの水酸基の一部がスルホン化したパルプ繊維を製造する方法であって、
前記パルプを化学的に処理する化学処理工程を含んでおり、
該化学処理工程が、
前記パルプを構成するパルプ繊維に対してスルホ基を有するスルファミン酸と尿素を水に溶解させた反応液に接触させる接触工程と、
該接触工程後の湿潤状態のパルプを反応工程に供給し、該反応工程において、パルプ繊維を構成するセルロースの水酸基の一部にスルホ基を導入する工程と、を順に行い
該反応工程は、
前記接触工程後の前記反応液が接触した状態の前記パルプ繊維を加熱して反応を進行させる工程であり、
該反応温度を100℃〜180℃、反応時間を5分以上となるように調整する
ことを特徴とするスルホン化パルプ繊維の製造方法。
A method for producing a pulp fiber in which a part of hydroxyl groups of cellulose is sulfonated from pulp,
A chemical treatment step for chemically treating the pulp,
The chemical treatment step is
Contacting with a reaction solution in which sulfamic acid having a sulfo group and urea are dissolved in water with respect to pulp fibers constituting the pulp; and
Pulp in a wet state after the contacting step is fed to the reaction step, performed in said reaction step, and as engineering you introduce a sulfo group in a part of the hydroxyl groups of the cellulose constituting the pulp fibers, the order
The reaction step includes
It is a step of heating the pulp fiber in a state where the reaction liquid after the contact step is in contact to advance the reaction,
A method for producing a sulfonated pulp fiber, wherein the reaction temperature is adjusted to 100C to 180C and the reaction time is adjusted to 5 minutes or more .
前記反応液は、
スルファミン酸と尿素を、濃度(g/L)比において、4:1〜1:2.5となるように含有する
ことを特徴とする請求項1記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The reaction solution is
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claim 1, wherein sulfamic acid and urea are contained so as to have a concentration (g / L) ratio of 4: 1 to 1: 2.5.
前記反応工程に供給するパルプは、水分を含んだ状態である
ことを特徴とする請求項1または2記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claim 1 or 2, wherein the pulp supplied to the reaction step contains moisture .
前記反応工程後に、前記反応工程後のパルプを洗浄する洗浄工程を含む
ことを特徴とする請求項1、2または3記載のスルホン化パルプ繊維の製造方法。
The method for producing a sulfonated pulp fiber according to claim 1, 2 or 3, further comprising a washing step for washing the pulp after the reaction step after the reaction step.
パルプからセルロースの水酸基の一部がスルホン化した微細セルロース繊維を製造する方法であって、
前記パルプを化学的に処理する化学処理工程と、該化学処理工程後のパルプを微細化する微細化処理工程と、を順に行う方法であり、
前記化学処理工程後のパルプが請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法で製造されたスルホン化パルプ繊維を含んでおり、
前記微細化処理工程において、
前記スルホン化パルプ繊維は、保水度が250%以上のものである
ことを特徴とするスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
A method for producing fine cellulose fibers in which a part of hydroxyl groups of cellulose is sulfonated from pulp,
A chemical treatment step for chemically treating the pulp, and a refinement treatment step for refining the pulp after the chemical treatment step, in order,
The pulp after the said chemical treatment process contains the sulfonated pulp fiber manufactured with the manufacturing method in any one of Claims 1-4 ,
In the miniaturization process,
The method for producing a sulfonated fine cellulose fiber, wherein the sulfonated pulp fiber has a water retention value of 250% or more .
前記微細化処理工程において、
前記スルホン化パルプ繊維を水溶性溶媒に固形分濃度が0.1質量%〜20質量%となるように分散させた状態で微細化する
ことを特徴とする請求項5記載のスルホン化微細セルロース繊維の製造方法。
In the miniaturization process,
The sulfone according to claim 5, wherein the sulfonated pulp fiber is refined in a state in which the sulfonated pulp fiber is dispersed in a water-soluble solvent so as to have a solid content concentration of 0.1% by mass to 20% by mass. For producing modified fine cellulose fiber.
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