JP6713590B1 - Method for producing dry solid containing fine cellulose fibers - Google Patents

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Abstract

【課題】水等の溶媒に対する再分散性に優れる微細セルロース繊維含有乾燥固形物を簡易的に製造する微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法は、低圧条件下で比較的低温な状態で乾燥させる工程を含む。そして、本発明の一態様で製造した微細セルロース繊維含有乾燥固形物は、スルホ基に基づく硫黄導入量が0.5mmol/g以上の微細セルロース繊維を含有するので、透明性、粘度特性、沈殿特性の観点から再分散性に優れている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily producing a dry solid material containing fine cellulose fibers which is excellent in redispersibility in a solvent such as water. A method for producing a dry solid containing fine cellulose fibers of the present invention includes a step of drying under a low pressure condition at a relatively low temperature. Since the fine cellulose fiber-containing dry solid produced in one aspect of the present invention contains fine cellulose fibers having a sulfur introduction amount of 0.5 mmol/g or more based on a sulfo group, transparency, viscosity characteristics, precipitation characteristics From the viewpoint of, the redispersibility is excellent. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、水に対する再分散性に優れる微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a dry solid containing fine cellulose fibers, which has excellent redispersibility in water.

セルロースナノファイバー(CNF)とは、植物由来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、繊維幅がナノメートルオーダー、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 (CNFs) are microfibers obtained by subjecting plant-derived cellulose to nanoprocessing (mechanical defibration, TEMPO-catalyzed oxidation, etc.) and having a fiber width on the order of nanometers and a fiber length of several hundred nm. Since CNF has light weight, high elasticity, high strength, and low linear thermal expansion property, the use of composite materials containing CNF is expected not only in the industrial field but also in various fields such as food field and medical field. ing.

CNFは、通常、水分散状態の植物由来のセルロース(パルプ等)から製造されるため、水分散状態で得られる。この水分散体は、分散安定性を確保するためにCNFに対して数倍〜数百倍の重量の水が含まれており、輸送の際のエネルギーや保存スペースの増大に伴うコストの増大、CNFの使用用途が制限される等、様々な問題点がある。 Since CNF is usually produced from plant-derived cellulose (pulp or the like) in a water-dispersed state, it is obtained in a water-dispersed state. This water dispersion contains several to several hundred times as much water as CNF in order to ensure dispersion stability, and the increase in cost due to the increase in energy and storage space during transportation, There are various problems such as the limited use of CNF.

このため、CNFを乾燥させたり、高濃度に凝集させたりといった処理を施すことが望ましいが、乾燥や濃縮等の過程で、水素結合によりCNF同士が強固に結合してしまい、元のCNF水分散状態に復元し(以後、「再分散」とも表記する)上記CNF本来の特性を発揮させること(以後、この特性を「再分散性」と表記する)は困難であった。このような問題の解決を試みた特許文献としては次のようなものがある。 For this reason, it is desirable to perform treatments such as drying the CNFs or aggregating them to a high concentration, but during the process of drying or concentrating, the CNFs are strongly bound to each other by hydrogen bonds, and the original CNF water dispersion is obtained. It was difficult to restore the state (hereinafter also referred to as “redispersion”) and to exhibit the original characteristics of CNF (hereinafter, this characteristic is referred to as “redispersion”). The following patent documents have tried to solve such problems.

特許文献1には、化学変性したセルロース繊維を解繊して得られるセルロースナノファイバー乾燥固形物を再分散させる際に熱水で処理する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method of treating with dry water the redispersed dry solids of cellulose nanofibers obtained by defibrating chemically modified cellulose fibers.

特開2017−2136号公報JP, 2017-2136, A

しかしながら、特許文献1の技術では、熱水使用によるエネルギーコストや工程の多段階化が必要であるといった問題がある。しかも、特許文献1には、スルホ基が導入された微細セルロース繊維に関しては記載されていない。
本発明は上記事情に鑑み、水等の溶媒に対する再分散性に優れる簡易的な微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法を提供することを課題とする。
However, the technique of Patent Document 1 has a problem in that energy cost due to the use of hot water and a multistage process are required. Moreover, Patent Document 1 does not describe a fine cellulose fiber having a sulfo group introduced therein.
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a simple method for producing a dry solid containing fine cellulose fibers, which is excellent in redispersibility in a solvent such as water.

本発明によれば、下記の[1]〜[3]を提供する。
[1]
スルホン化微細セルロース繊維を乾燥させた再分散性を有する乾燥物を製造する方法であって、パルプを化学的に処理してスルホ基に起因する硫黄導入量が0.5mmol/g〜3.0mmol/gとなるようにスルホン化されたパルプを調製する化学処理工程と、該化学処理工程後のパルプを平均繊維幅が1nm〜1000nmの微細セルロース繊維に微細化する微細化処理工程と、該微細処理工程後の微細化したスルホン化微細セルロース繊維を水に分散させた混合物を水分率が80%以下となるように乾燥する乾燥工程と、を順に行う方法であり、前記化学処理工程が、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、該接触工程後のパルプ(ただし、無水塩化カルシウムを入れたデシケータ内にて減圧乾燥処理した絶乾のパルプを除く。)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1分以上となるように調整し、前記混合物を乾燥する乾燥工程では、前記乾燥温度が、前記スルホン化微細セルロース繊維のスルホ基に起因する硫黄導入量との関係において、以下の(1)〜(3)のいずれかの条件を満たすことを特徴とする微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法。
(1)硫黄導入量が0.5mmol/g以上0.9mmol/gよりも低い前記スルホン化微細セルロース繊維を分散させた前記混合物は、40℃以下で乾燥する。
(2)硫黄導入量が0.9mmol/g以上1.4mmol/gよりも低い前記スルホン化微細セルロース繊維を分散させた前記混合物は、70℃以下で乾燥する。
(3)硫黄導入量が1.4mmol/g以上3.0mmol/g以下の前記スルホン化微細セルロース繊維を分散させた前記混合物は、120℃以下で乾燥する。
[2]
前記微細化処理工程後の微細セルロース繊維を固形分濃度が0.5質量%となるように水に分散させた前記混合物を乾燥前分散液とし、前記乾燥工程後の混合物を固形分濃度が0.5質量%となるように水に分散させた分散液を乾燥後再分散液とした場合の、下記の(1)式より求められる前記乾燥工程後の混合物のB型粘度復元率が30%以上であることを特徴とする[1]記載の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法。
(B型粘度復元率)
B型粘度復元率(%)=(乾燥後再分散液の粘度)/(乾燥前分散液の粘度)×100 ・・・(1)
(粘度:B型粘度計を用いて、25℃、回転数12rpm、3分間回転させることで測定される粘度mPa・s)
[3]
前記混合物を、480hPa以下で減圧乾燥することを特徴とする[1]または[2]に記載の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法。
According to the present invention, the following [1] to [3] are provided.
[1]
A method for producing a dried product having redispersibility, which is obtained by drying sulfonated fine cellulose fibers, wherein the amount of sulfur introduced due to a sulfo group is 0.5 mmol/g to 3.0 mmol by chemically treating pulp. /G to prepare a sulfonated pulp, a fine treatment step for finely treating the pulp after the chemical treatment step into fine cellulose fibers having an average fiber width of 1 nm to 1000 nm, A method of sequentially performing a drying step of drying a mixture obtained by dispersing the refined sulfonated fine cellulose fibers in water after the treatment step so that the water content is 80% or less, wherein the chemical treatment step is A contact step of contacting a reaction liquid in which sulfamic acid having a sulfo group and urea is dissolved in water with respect to pulp fibers constituting the pulp, and pulp after the contact step (however, in a desiccator containing anhydrous calcium chloride Is supplied to the reaction step, and in the reaction step, a step of introducing a sulfo group into a part of the hydroxyl groups of the cellulose constituting the pulp fiber is carried out in order. The reaction step is a step of heating the pulp fiber in a state where the reaction liquid after the contacting step is in contact with the reaction solution to proceed the reaction, and the reaction temperature is 100° C. to 180° C. and the reaction time is 1 minute or more. In the drying step of adjusting the temperature of the sulfonated fine cellulose fiber, the drying temperature may be one of the following (1) to (3) in relation to the amount of sulfur introduced due to the sulfo group of the sulfonated fine cellulose fiber. A method for producing a dry solid containing fine cellulose fibers, which satisfies the above condition.
(1) The mixture in which the sulfonated fine cellulose fiber having a sulfur introduction amount of 0.5 mmol/g or more and lower than 0.9 mmol/g is dispersed is dried at 40° C. or less.
(2) The mixture in which the sulfonated fine cellulose fibers having a sulfur introduction amount of 0.9 mmol/g or more and lower than 1.4 mmol/g are dispersed is dried at 70°C or less.
(3) The mixture in which the sulfonated fine cellulose fibers having a sulfur introduction amount of 1.4 mmol/g or more and 3.0 mmol/g or less are dispersed is dried at 120° C. or less.
[2]
The mixture obtained by dispersing the fine cellulose fibers after the refining treatment step in water so that the solid content concentration becomes 0.5% by mass is used as a pre-drying dispersion, and the mixture after the drying step has a solid content concentration of 0. The B-type viscosity recovery rate of the mixture after the drying step, obtained by the following formula (1), is 30% when the dispersion liquid dispersed in water so as to be 0.5% by mass is dried and then used as a redispersion liquid. The above is the method for producing a dry solid containing fine cellulose fibers according to [1].
(B type viscosity recovery rate)
B-type viscosity recovery rate (%)=(viscosity of redispersion liquid after drying)/(viscosity of dispersion liquid before drying)×100 (1)
(Viscosity: Viscosity mPa·s measured by rotating with a B-type viscometer at 25° C., rotation speed 12 rpm, 3 minutes)
[3]
The method for producing a dry solid containing fine cellulose fibers according to [1] or [2], wherein the mixture is dried under reduced pressure at 480 hPa or less.

本発明によれば、大きな熱エネルギーや添加剤を使用せずとも、再分散性に優れており、簡易的な製造方法で得られる微細セルロース繊維含有乾燥固形物を提供することができる。また、微細セルロース繊維含有乾燥固形物を溶媒へ再分散させた際に、再分散性が良く、透明性、粘度特性が優れる微細セルロース繊維再分散液を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it does not use big heat energy and an additive, it is excellent in redispersibility and can provide the fine cellulose fiber containing dry solid obtained by a simple manufacturing method. Further, it is possible to provide a fine cellulose fiber redispersion liquid having good redispersibility, excellent transparency and viscosity characteristics when the fine cellulose fiber-containing dry solid is redispersed in a solvent.

微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法のフロー図である。It is a flow figure of a manufacturing method of a dry solid content containing fine cellulose fiber. スルホン化微細セルロース繊維分散液と再分散後の微細セルロース繊維再分散液の透明度、粘度特性を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing transparency and viscosity characteristics of a sulfonated fine cellulose fiber dispersion and a fine cellulose redispersion after redispersion. 微細セルロース繊維再分散液における沈殿特性を示した図である。It is the figure which showed the precipitation characteristic in the fine cellulose fiber redispersion liquid. 図3の沈殿特性を硫黄導入量と乾燥温度の関係で示した図である。It is the figure which showed the precipitation characteristic of FIG. 3 by the relationship of the sulfur introduction amount and drying temperature.

本実施形態の微細セルロース繊維含有乾燥固形物、微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法、および微細セルロース繊維再分散液について、順に詳説する。 The fine cellulose fiber-containing dry solid, the method for producing the fine cellulose fiber-containing dry solid of the present embodiment, and the fine cellulose fiber redispersion liquid will be described in detail in order.

<1.微細セルロース繊維含有乾燥固形物>
本実施形態に係る微細セルロース繊維含有乾燥固形物は、微細セルロース繊維を含み、後述の製造方法により好適に製造することができる。具体的には、微細セルロース繊維含有乾燥固形物は、微細セルロース繊維を含む混合物の乾燥物である。当該微細セルロース繊維含有乾燥固形物は水等の溶媒と混合し再分散した微細セルロース繊維再分散液として使用することができる。
<1. Dry solids containing fine cellulose fibers>
The fine cellulose fiber-containing dry solid according to the present embodiment contains fine cellulose fibers and can be suitably produced by the production method described below. Specifically, the fine cellulosic fiber-containing dry solid is a dried product of a mixture containing fine cellulosic fibers. The fine cellulose fiber-containing dry solid can be used as a fine cellulose fiber redispersion liquid obtained by mixing and redispersing with a solvent such as water.

当該微細セルロース繊維含有乾燥固形物における水分率は、特に制限されず、JIS P 8203に準拠して測定し、80%以下であればよく、好ましくは80%以下50%以上であり、より好ましくは50%以下が好ましく、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下、特に好ましくは10%以下である。水分率が高い範囲では、輸送におけるエネルギーやコスト、保存におけるスペースやコストの増大に係る問題の解消に寄与することができない。なお、詳細は後述する。また、水分率(%)の求める式は後述する。 The water content in the dry solid containing the fine cellulose fibers is not particularly limited and may be 80% or less, preferably 80% or less and 50% or more, and more preferably measured according to JIS P 8203. It is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, further preferably 20% or less, and particularly preferably 10% or less. When the moisture content is high, it cannot contribute to solving problems related to increase in energy and cost for transportation and space and cost for storage. The details will be described later. The formula for obtaining the water content (%) will be described later.

「微細セルロース繊維」
微細セルロース繊維とは、植物由来のセルロース原料(パルプ繊維)をナノ化処理(機械的解繊やTEMPO触媒酸化など)した微小繊維である。その特性は、繊維幅がナノメートルオーダー、繊維長が数百nmの結晶性をもち、軽量、高弾性、高強度、低線熱膨張性を有している。
"Fine cellulose fibers"
The fine cellulose fibers are fine fibers obtained by subjecting a plant-derived cellulose raw material (pulp fiber) to nano-processing (mechanical defibration, TEMPO catalytic oxidation, etc.). Its properties are crystallinity with a fiber width of the order of nanometers and a fiber length of several hundred nm, and it has light weight, high elasticity, high strength, and low linear thermal expansion.

本実施形態において、微細セルロース繊維は、水酸基の一部に置換基が導入されており、その置換基がイオン性置換基(例えば、スルホ基、カルボキシル基、リン酸基、亜リン酸基、その他アニオン性基、カチオン性基)であることがより望ましく、イオン性置換基がスルホ基であることがさらに望ましい。イオン性置換基を導入することで、微細セルロース繊維の親水性が増す観点、イオン同士の静電的な反発が生じる観点から、微細セルロース繊維分散液製造における解繊時の省エネルギー化や分散液中での安定した分散性を得られやすくなり、さらに、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物への水の浸透にも寄与でき、再分散性が向上する。
以下では、微細セルロース繊維の水酸基の一部が、スルホ基で置換されたスルホン化微細セルロース繊維を代表として説明する。
In the present embodiment, the fine cellulose fibers have a substituent introduced into a part of the hydroxyl group, and the substituent is an ionic substituent (for example, a sulfo group, a carboxyl group, a phosphoric acid group, a phosphorous acid group, and others. Anionic groups and cationic groups) are more desirable, and ionic substituents are more desirably sulfo groups. By introducing an ionic substituent, from the viewpoint that the hydrophilicity of the fine cellulose fibers is increased, and the electrostatic repulsion between the ions is generated, energy saving and dispersion in the fine cellulose fiber dispersion manufacturing process during dispersion It is easy to obtain stable dispersibility in the above step, and it is possible to contribute to water permeation into the dried solid material containing fine cellulose fibers after drying, and the redispersibility is improved.
Hereinafter, a sulfonated fine cellulose fiber in which a part of the hydroxyl groups of the fine cellulose fiber is substituted with a sulfo group will be described as a representative.

(スルホン化微細セルロース繊維)
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)の少なくとも一部の水酸基(−OH基)が下記式(1)で示されるスルホ基で置換(スルホ化)されたものである。
(Sulfonated fine cellulose fiber)
The sulfonated fine cellulose fiber is a fine cellulose fiber in which the cellulose fiber is finely divided, and is at least the cellulose (chain polymer having D-glucose bound to β(1→4) glycoside) constituting the fine cellulose fiber. A part of hydroxyl groups (-OH group) is substituted (sulfolated) with a sulfo group represented by the following formula (1).

(スルホ基)

(−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。)
(Sulfo group)

(−SO 3 ) r ·Z r+ (1)

(Here, r is an independent natural number of 1 to 3, and Z r+ is a hydrogen ion, an alkali metal cation, an ammonium ion, an aliphatic ammonium ion, or an aromatic ammonium ion when r=1. (At least one selected from the group, and when r=2 or 3, at least one selected from the group consisting of an alkaline earth metal cation or a polyvalent metal cation.)

(スルホン化微細セルロース繊維の製造方法)
図1に示すように、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維は、パルプ繊維にスルホ基を導入する化学処理工程S1後に、物理的に機械解繊をする微細化処理工程S2をすることで得ることができる。
一方で、パルプ繊維に微細化処理した後に、化学処理することにより、スルホン化微細セルロース繊維を製造することもできるが、解繊時に要するエネルギーを低減させ製造コストを下げる観点と、繊維幅が小さくかつ均一な微細セルロース繊維を得られやすい観点から、パルプ繊維にスルホ基を導入した後に、微細化処理工程S2を適用することが望ましい。
(Method for producing sulfonated fine cellulose fiber)
As shown in FIG. 1, the sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment is obtained by a chemical treatment step S1 of introducing a sulfo group into a pulp fiber and then a fine treatment step S2 of physically mechanical defibration. be able to.
On the other hand, it is also possible to produce a sulfonated fine cellulose fiber by chemically treating the pulp fiber after finely treating it, but from the viewpoint of reducing the energy required for defibration and reducing the production cost, the fiber width is small. From the viewpoint of easily obtaining uniform fine cellulose fibers, it is desirable to apply the refining treatment step S2 after introducing the sulfo group into the pulp fibers.

(化学処理工程S1)
化学処理工程S1は、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S1Aと、この接触工程S1A後のパルプ繊維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S1Bとを含んでいる。
(Chemical treatment step S1)
The chemical treatment step S1 includes a contact step S1A in which a sulfonating agent having a sulfo group and urea or/and a derivative thereof are brought into contact with pulp fibers, and at least one hydroxyl group of cellulose contained in the pulp fibers after the contact step S1A. Reaction step S1B of introducing a sulfo group into the part.

(反応工程S1B)
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化学処理工程S1における反応工程S1B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S1B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 step S1B)
In the reaction step S1B in the chemical treatment step S1 of the method for producing a sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment, the sulfo group of the sulfonating agent contacted with the hydroxyl group of cellulose contained in the fiber raw material is replaced as described above, In this step, a sulfo group is introduced into the cellulose contained in the fiber raw material.
The reaction step S1B is not particularly limited as long as it is a method capable of performing a sulfonation reaction in which a hydroxyl group of cellulose is replaced with a sulfo group. For example, a sulfo group can be introduced into the cellulose contained in the fiber raw material by heating the fiber raw material impregnated with the reaction solution at a predetermined temperature.

なお、反応工程S1Bに供給する際の繊維原料は、上述したように水分を含んでいれば、とくに限定されない。例えば、反応工程S1Bに供給する際の繊維原料は、接触工程S1A後の水分率が高い状態のものであってもよいし、反応工程S1Bに供給する前に脱水処理等して水分率を低くしてもよいし、後述するように乾燥処理等をしてさらに水分率を低くした状態にしてもよい。言い換えれば、反応工程S1Bに供給する際の繊維原料が、水分を含んでいない以外の状態つまり水分率が1%以上の非絶乾状態であれば、とくに限定されない。 The fiber raw material to be supplied to the reaction step S1B is not particularly limited as long as it contains water as described above. For example, the fiber raw material to be supplied to the reaction step S1B may have a high water content after the contact step S1A, or may be subjected to dehydration treatment or the like to have a low water content before being supplied to the reaction step S1B. Alternatively, as will be described later, the moisture content may be further lowered by performing a drying treatment or the like. In other words, the fiber raw material to be supplied to the reaction step S1B is not particularly limited as long as it is in a state other than that it does not contain water, that is, in a non-absolute dry state having a water content of 1% or more.

本明細書中では、このような水分率が1%以上の非絶乾状態の繊維原料を水分を含んだ状態(つまり湿潤状態)といい、反応液を含浸等させたままの状態のものやある程度脱水処理した状態のものはもちろん、ある程度乾燥処理した状態のものも本願明細書では湿潤状態という。
本明細書中では、絶乾とは、水分率が1%よりも低い状態のものをいう。そして、絶乾にする乾燥処理工程とは、例えば、塩化カルシウムや、無水塩化カルシウム、五酸化二リンなどの乾燥剤を入れたデシケータ等で減圧して乾燥処理(減圧乾燥処理)する工程をいう。つまり、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化学処理工程S1において、反応工程S1Bに供給する前の繊維原料を脱水処理や乾燥処理する場合、当該処理(脱水処理や乾燥処理)は、かかる繊維原料が絶乾状態になる前に処理を完了するものとする。
なお、水分率(%)は下記の式により求めることができる。

水分率(%)=((サンプルの質量−サンプルの固形分質量)/サンプルの質量)×100

(サンプルの質量は、測定に供したサンプル(例えば、上記例では反応工程S1Bに供する際の繊維原料)の質量(g)を意味する。サンプルの固形分質量は、測定に供したサンプルと同量のサンプルを105℃の雰囲気下で2時間、恒量になるまで乾燥させた後に残った固形物(例えば、上記例では反応工程S1Bに供する際の繊維原料を乾燥して恒量の状態となった後の繊維原料)の質量(g)を意味する。)
In the present specification, such a non-absolute dry fiber raw material having a water content of 1% or more is referred to as a water-containing state (that is, a wet state), and a state in which the reaction liquid is still impregnated or the like. In the present specification, not only the state of being dehydrated to some extent, but also the state of being dried to some extent is referred to as a wet state.
In the present specification, absolute dry means that the water content is lower than 1%. Then, the drying treatment step of drying to dryness refers to a step of reducing the pressure with a desiccator containing a desiccant such as calcium chloride, anhydrous calcium chloride, diphosphorus pentoxide or the like (drying under reduced pressure). .. That is, in the chemical treatment step S1 of the method for producing a sulfonated fine cellulose fiber of the present embodiment, when the fiber raw material before being fed to the reaction step S1B is subjected to dehydration treatment or drying treatment, the treatment (dehydration treatment or drying treatment) is The treatment shall be completed before such fiber raw material becomes completely dry.
The water content (%) can be calculated by the following formula.

Moisture content (%)=((mass of sample−mass of solid content of sample)/mass of sample)×100

(The mass of the sample means the mass (g) of the sample used in the measurement (for example, the fiber raw material used in the reaction step S1B in the above example). The mass of the solid content of the sample is the same as that of the sample used in the measurement. The amount of the sample was dried in an atmosphere of 105° C. for 2 hours until it became a constant weight, and the remaining solid matter (for example, in the above example, the fiber raw material used in the reaction step S1B was dried to be a constant weight state). (The latter fiber raw material) means the mass (g).)

(反応工程S1Bにおける反応温度)
反応工程S1Bにおける加熱する温度は、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S1A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挙げることができる。とくに、反応工程S1B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 reaction step S1B)
The heating temperature in the reaction step S1B 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 or hydrolysis reaction of the fiber.
Specifically, any material capable of directly or indirectly heating the fiber raw material after the contact step S1A while satisfying the above requirements may be used. As such a thing, a well-known drier, a decompression drier, a microwave heating device, an autoclave, an infrared heating device, etc. can be mentioned. In particular, since gas may be generated in the reaction step S1B, it is preferable to use a circulating-air type dryer.

なお、接触工程S1A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 S1A is not particularly limited, but for example, if it is heated in the form of a sheet or in a state of being loosened to some extent using the above-mentioned device or the like, the reaction can easily proceed uniformly. preferable.

反応工程S1B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、雰囲気温度は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 reaction step S1B is not particularly limited as long as it satisfies the above requirements. For example, the ambient temperature is preferably 250° C. or lower, more preferably the ambient temperature is 200° C. or lower, and further preferably the ambient temperature is 180° C. or lower. When the atmospheric temperature during heating is higher than 250° C., thermal decomposition occurs as described above, or the discoloration of the fiber proceeds faster. On the other hand, when the heating temperature is lower than 100°C, the reaction time tends to be long.
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. To adjust.

(反応工程S1Bにおける反応時間)
また、反応工程S1B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S1B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いと推察される。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S1B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 reaction step S1B)
The heating time when the above heating method is adopted as the reaction step S1B is not particularly limited.
For example, the heating time in the reaction step S1B is adjusted to 1 minute or more when the reaction temperature is adjusted to fall within the above range. More specifically, it is preferably 5 minutes or longer, more preferably 10 minutes or longer, and further preferably 20 minutes or longer. When the heating time is shorter than 1 minute, it is presumed that the reaction has hardly progressed. On the other hand, even if the heating time is made too long, there is a tendency that improvement in the amount of sulfo groups introduced cannot be expected.
Therefore, the heating time when the above heating method is adopted as the reaction step S1B is not particularly limited, but from the viewpoint of reaction time and operability, it is preferably 5 minutes or more and 300 minutes or less, and more preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less. It is good to say

(スルホン化剤)
スルホン化はスルホン化剤のみでもスルホ基を導入することが可能であるが、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ったり、などの問題が発生することから、尿素または/およびその誘導体を共に化学処理工程S1に供することで、上記問題点を克服することができる。
(Sulfonating agent)
In the sulfonation, it is possible to introduce a sulfo group only with a sulfonating agent, but 1) the time required for introducing the sulfo group becomes long, and 2) the fibers are shortened due to the influence of the acid of the sulfonating agent. Urea and/or its derivative are used together in the chemical treatment step S1 because problems such as easy occurrence and 3) coloring of the fiber after the reaction due to the influence of the acid of the sulfonating agent may occur. Therefore, the above problems can be overcome.

化学処理工程S1に供す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。
The sulfonating agent used in the chemical treatment step S1 is not particularly limited as long as it is a compound having a sulfo group.
Examples thereof include sulfamic acid, sulfamic acid salt, and a sulfuryl compound having a sulfonyl group having two oxygen covalently bonded to sulfur. As the sulfonating agent, these compounds may be used alone or in combination of two or more.

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、安全性が高いといった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。 The sulfonating agent is not particularly limited as long as it is a compound as described above, but has a low acidity as compared with sulfuric acid and the like, high introduction efficiency of a sulfo group, low cost, and high safety from the viewpoint of handleability. It is preferable to use sulfamic acid.

(尿素とその誘導体)
化学処理工程S1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。
(Urea and its derivatives)
Of the urea and its derivatives in the chemical treatment step S1, the urea derivative is not particularly limited as long as it is a compound containing urea.
For example, carboxylic acid amide, a compound compound of isocyanate and amine, thiamide and the like can be mentioned. Note that urea and its derivative may be used alone or as a mixture of both. As the urea derivative, the above compounds may be used alone or in combination of two or more.

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、安全性が高いといった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 derivative are not particularly limited as long as they are the above compounds, but it is preferable to use urea from the viewpoint of handleability such as low cost, little influence of environmental load, and high safety.

(繊維原料)
スルホン化微細セルロース繊維の製造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、稲わら、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。
(Fiber raw material)
The fiber raw material used for producing the sulfonated fine cellulose fiber is not particularly limited as long as it contains cellulose.
For example, wood-based pulp (hereinafter simply referred to as wood pulp), dissolving pulp, cotton-based pulp such as cotton linter, straw, rice straw, bagasse, mulberry, sanpei, hemp, kenaf, and non-wood such as fruits. As the fiber raw material, it is possible to use pulps of the type: cellulose, cellulose isolated from sea squirts, seaweeds, etc.; and pulps of the waste paper type manufactured from waste newspapers, waste magazines, waste cardboard, etc. It is preferable to use wood pulp from the viewpoint of easy 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、各種木材由来のクラフトパルプ(KP)やサルファイトパルプ(SP)等の化学パルプ、サーモメカニカルパルプ(TMP)やグランドパルプ(GP)等の機械パルプ、それらを粉砕した粉末セルロースなどを挙げることができる。漂白済みのクラフトパルプ(NBKPやLBKP等)であれば、製造コストや量産化の観点から好ましい。
There are various types of wood pulp, but there is no particular limitation on the use.
Examples include chemical pulp such as kraft pulp (KP) and sulfite pulp (SP) derived from various woods, mechanical pulp such as thermomechanical pulp (TMP) and ground pulp (GP), and powdered cellulose obtained by crushing them. You can Bleached kraft pulp (NBKP, LBKP, etc.) is preferable from the viewpoint of manufacturing cost and mass production.

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。 When the above pulp is used as the fiber raw material, one type of the above-mentioned types of pulp may be used alone, or two or more types may be mixed and used.

(化学処理工程S1における乾燥工程)
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の化学処理工程S1は、接触工程S1Aと反応工程S1B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S1Bの前処理工程として機能する工程であり、接触工程S1A後の繊維原料の水分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S1A後の繊維原料を湿潤状態のまま反応工程S1B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S1B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S1B前に乾燥工程を設けることが好ましい。
なお、水分率が平衡状態とは、処理施設内における雰囲気中の水分とサンプル中の水分が見かけ上出入りしなくなる状態のことを意味する。
(Drying Step in Chemical Treatment Step S1)
The chemical treatment step S1 of the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present embodiment may include a drying step between the contact step S1A and the reaction step S1B.
This drying step is a step that functions as a pretreatment step of the reaction step S1B, and is a step of drying so that the moisture content of the fiber raw material after the contact step S1A is in an equilibrium state. The fiber raw material after the contact step S1A may be supplied to the reaction step S1B in a wet state and heated, but a part of sulfamic acid, urea or the like may be hydrolyzed. Therefore, in order to appropriately advance the sulfonation reaction in the reaction step S1B, it is preferable to provide a drying step before the reaction step S1B.
The equilibrium state of water content means a state in which the water in the atmosphere and the water in the sample in the treatment facility apparently do not come and go.

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S1B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S1B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 raw material in a state where the reaction solution is in contact with the reaction solution S1B at a temperature lower than the heating temperature. The apparatus and the like used in this drying step are not particularly limited, and the dryer or the like used in the above-mentioned reaction step S1B 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、加熱装置内の雰囲気温度が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 step is not particularly limited.
For example, the atmospheric temperature in the heating device is preferably 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, it takes a long time to dry.
Therefore, the atmospheric temperature during heating is preferably 100° C. or lower in order to appropriately carry out the above-mentioned reaction, and from the viewpoint of operability, the atmospheric temperature during heating is preferably 20° C. or higher.

(洗浄工程)
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の化学処理工程における反応工程S1B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)
Further, after the reaction step S1B in the chemical treatment step of the method for producing sulfonated fine cellulose fibers of the present embodiment, a washing step of washing the fiber raw material after the introduction of the sulfo group may be included.

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 surface of the fiber raw material after the introduction of the sulfo group is acidic due to the influence of the sulfonating agent. In addition, the unreacted reaction liquid is also present. Therefore, it is desirable that the reaction be surely completed and the excess reaction solution is removed to bring the reaction solution into a neutral state because the handling property 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。 The 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, it is possible to employ a method of washing with pure water or the like until the fiber raw material after introducing the sulfo group becomes neutral.

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る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。 In addition, neutralization cleaning using alkali or the like may be performed. When such neutralization cleaning is performed, examples of the alkaline compound contained in the alkaline solution include an inorganic alkaline compound and an organic alkaline compound. Examples of the inorganic alkali compound include alkali metal hydroxides, carbonates and phosphates. Examples of the organic alkaline compound include ammonia, aliphatic amines, aromatic amines, aliphatic ammonium, aromatic ammonium, heterocyclic compounds, and hydroxides of heterocyclic compounds.

(微細化処理工程S2)
上記微細化処理工程S2はスルホン化した繊維原料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。そして、この工程S2によりスルホン化微細セルロース繊維分散液が得られる。このスルホン化微細セルロース繊維分散液は、微細化処理工程S2で微細化されたスルホン化微細セルロース繊維が水等の水溶性の溶媒に分散した状態のものである。
この微細化処理工程S2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 processing step S2)
The refining process step S2 is a step of refining the sulfonated fiber raw material into fine fibers of a predetermined size (for example, nano level). Then, in this step S2, a sulfonated fine cellulose fiber dispersion is obtained. This sulfonated fine cellulose fiber dispersion is in a state in which the sulfonated fine cellulose fibers fined in the finening treatment step S2 are dispersed in a water-soluble solvent such as water.
The processing apparatus used in the miniaturization processing step S2 is not particularly limited as long as it has the above-mentioned function. For example, a low pressure homogenizer, a high pressure homogenizer, a grinder (stone mill type crusher), a ball mill, a cutter mill, a jet mill, a short-axis extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, and a household mixer can be used. The processing device is not limited to these devices. Of these, it is preferable to use a high-pressure homogenizer because it can uniformly apply a force to the material and is excellent in homogenization, but it is not limited to such an apparatus.

(スルホ基導入量)
前記スルホ基の導入量は、特に限定されないが、0.5mmol/g〜3.0mmol/gが好ましく、より好ましくは0.6mmol/g〜3.0mmol/g、さらに好ましくは0.8mmol/g〜3.0mmol/g、特に好ましくは1.0mmol/g〜3.0mmol/gである。
(Amount of sulfo group introduced)
The introduction amount of the sulfo group is not particularly limited, but is preferably 0.5 mmol/g to 3.0 mmol/g, more preferably 0.6 mmol/g to 3.0 mmol/g, and further preferably 0.8 mmol/g. ˜3.0 mmol/g, particularly preferably 1.0 mmol/g to 3.0 mmol/g.

スルホ基導入量が0.5mmol/gよりも少ないと、後述する微細セルロース繊維含有乾燥固形物を水等に分散させた際におけるスルホン化微細セルロース繊維の分散性が悪くなり、微細セルロース繊維含有乾燥固形物の水等の溶媒への再分散性も低下する。一方で、スルホ基導入量が3.0mmol/gよりも多いと、スルホン化微細セルロース繊維の結晶性の低下による前記微細セルロース繊維本来の特性の消失が懸念され、スルホ基を導入する際のコストも増大する。 When the introduction amount of the sulfo group is less than 0.5 mmol/g, the dispersibility of the sulfonated fine cellulose fibers when the dried solid substance containing fine cellulose fibers described later is dispersed in water or the like becomes poor, and the fine cellulose fiber-containing dried substance is dried. Redispersibility of the solid matter in a solvent such as water is also reduced. On the other hand, when the introduction amount of the sulfo group is more than 3.0 mmol/g, there is a concern that the original characteristics of the fine cellulose fiber may be lost due to the decrease in the crystallinity of the sulfonated fine cellulose fiber, and the cost for introducing the sulfo group is high. Also increases.

とくに、後述する微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造において、微細化処理工程S2後のスルホン化微細セルロース繊維を含むスルホン化微細セルロース繊維分散液を乾燥する際の乾燥温度との関係では、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の分散性の観点から、以下のようにスルホ基を導入するのが好ましい。
例えば、乾燥温度を40℃以下となる条件で乾燥する場合には、スルホ基の導入量を0.5mmol/g以上0.9mmol/gよりも少なくするのが好ましく、乾燥温度を70℃以下となる条件で乾燥する場合には、スルホ基の導入量を0.9mmol/g以上1.4mmol/gよりも少なくするのが好ましく、乾燥温度を120℃以下となる条件で乾燥する場合には、スルホ基の導入量を1.4mmol/g以上3.0mmol/g以下となるようにするのが好ましい。
また、微細セルロース繊維を含む混合物(スルホン化微細セルロース繊維分散液)を乾燥する際の乾燥温度を同じにした場合には、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の分散性を向上させる上では、スルホ基の導入量が大きくなるようにするのが好ましい。
In particular, in the production of a dry solid containing fine cellulose fibers described below, in relation to the drying temperature at the time of drying the sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid containing the sulfonated fine cellulose fibers after the refining treatment step S2, From the viewpoint of the dispersibility of the dry solid containing fine cellulose fibers, it is preferable to introduce a sulfo group as follows.
For example, when the drying temperature is 40° C. or lower, the introduction amount of the sulfo group is preferably 0.5 mmol/g or more and less than 0.9 mmol/g, and the drying temperature is 70° C. or less. In the case of drying under the following conditions, the introduction amount of the sulfo group is preferably 0.9 mmol/g or more and less than 1.4 mmol/g, and when drying under the condition of the drying temperature of 120° C. or less, It is preferable that the introduced amount of the sulfo group is 1.4 mmol/g or more and 3.0 mmol/g or less.
Further, when the drying temperature for drying the mixture containing the fine cellulose fibers (the sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid) is the same, in order to improve the dispersibility of the dried solid containing fine cellulose fibers, It is preferable that the introduction amount of the sulfo group is large.

(スルホ基導入量の測定方法)
なお、スルホン化微細セルロース繊維のスルホ基導入量は、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した繊維原料からスルホン化微細セルロース繊維を調製する場合には、かかるスルホン化繊維原料の硫黄導入量から求めてもよい。
(Measuring method of sulfo group introduction amount)
The sulfo group introduction amount of the sulfonated fine cellulose fiber is measured by burning a predetermined amount of the sulfonated fine cellulose fiber and measuring the sulfur content in the combustion product by using a combustion ion chromatograph according to IEC 62321. can do. When the sulfonated fine cellulose fiber is prepared from the above-mentioned sulfonated fiber raw material, it may be determined from the amount of sulfur introduced into the sulfonated fiber raw material.

(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、特に限定されないが、電子顕微鏡で観察して1nm〜1000nmであり、好ましくは2nm〜500nm、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。
(Average fiber width of sulfonated fine cellulose fiber)
The average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber is not particularly limited, but it is 1 nm to 1000 nm as observed by an electron microscope, preferably 2 nm to 500 nm, more preferably 2 nm to 100 nm, and further preferably 2 nm to 30 nm. Yes, and more preferably 2 nm to 20 nm.

スルホン化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、スルホン化微細セルロース繊維としての特性(強度や剛性、又は寸法安定性)が発現しなくなる。一方、1000nmを超えるとスルホン化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、スルホン化微細セルロース繊維としての特性(透明性や強度や剛性、又は寸法安定性)が得にくくなる。
また、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。
When the fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber is less than 1 nm, it is dissolved in water as a cellulose molecule, so that the properties (strength, rigidity, or dimensional stability) as the sulfonated fine cellulose fiber are not expressed. On the other hand, if it exceeds 1000 nm, it cannot be said that it is a sulfonated fine cellulose fiber and it is only a fiber contained in ordinary pulp, so that the characteristics (transparency, strength, rigidity, or dimensional stability) as a sulfonated fine cellulose fiber are Hard to get.
Further, 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 becomes larger than 30 nm, it approaches 1/10 of the wavelength of visible light, and when it is combined with a matrix material, refraction and scattering of visible light easily occur at the interface, causing visible light scattering. Therefore, the transparency tends to decrease.

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とくに限定されないが、取り扱い性や透明性が求められる用途の観点から、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。また、透明性の観点から、平均繊維幅が20nm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10nm以下となるように調整する。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(つまり、高い透明性を有していれば、平均繊維幅が小さく十分に微細化されたスルホン化微細セルロース繊維であるとも言うことができる)。 Therefore, although the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber is not particularly limited, it is preferably 2 nm to 30 nm, more preferably 2 nm to 20 nm, and further preferably 2 nm to from the viewpoint of the application in which handleability and transparency are required. It is 10 nm. From the viewpoint of transparency, the average fiber width is preferably adjusted to 20 nm or less, more preferably 10 nm or less. If the average fiber width is adjusted to 10 nm or less, the scattering of visible light can be further reduced, so that a sulfonated fine cellulose fiber having high transparency can be obtained (that is, having high transparency. For example, it can be said that the sulfonated fine cellulose fibers have a small average fiber width and are sufficiently fined).

(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、以下の方法で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。観察は、例えば、走査型プローブ顕微鏡(例えば、島津製作所製;SPM−9700)を用いて行うことができる。そして、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 by the following method.
For example, the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in a solvent such as pure water, and the mixed solution is adjusted so as to have a predetermined mass%. Then, this mixed solution is applied and spin-coated on a PEI (polyethyleneimine)-coated silica substrate, and sulfonated fine cellulose fibers on the silica substrate are observed. The observation can be performed using, for example, a scanning probe microscope (for example, SPM-9700 manufactured by Shimadzu Corporation). Then, 20 sulfonated fine cellulose fibers in the observed image are randomly selected, and the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fibers can be obtained by measuring and averaging the respective fiber widths.

(ヘイズ(Haze)値)
スルホン化微細セルロース繊維分散液および後述する微細セルロース繊維再分散液の透明性は、該分散液のヘイズ値により評価することができる。
(Haze value)
The transparency of the sulfonated fine cellulose fiber dispersion and the fine cellulose fiber redispersion described later can be evaluated by the haze value of the dispersion.

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0.5質量%となるように調整した分散液のヘイズ値は、視認した際に透明性が有していれば、その値はとくに限定されない。
例えば、上記分散液のヘイズ値は、20%以下が好ましく、より好ましくは15%以下であり、さらに好ましくは10%以下である。かかる分散液のヘイズ値が20%よりも高いと透明性を適切に発揮させにくくなる。
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0.5質量%となるように調整した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。
なお、固形分濃度(質量%)は以下の式から求めることができる。

固形分濃度(質量%)=(サンプルの固形分質量/サンプルの質量)×100

(サンプルの固形分質量は、測定に供したサンプルと同量のサンプルを105℃の雰囲気下で2時間、恒量になるまで乾燥させた後に残った固形物(例えば、上記例ではスルホン化微細セルロース繊維を分散させた分散液を乾燥して恒量の状態となった後のスルホン化微細セルロース繊維)の質量(g)を意味する。サンプルの質量は、測定に供したサンプル(例えば、上記例ではスルホン化微細セルロース繊維を分散させた分散液)の質量(g)を意味する。)
Specifically, the haze value of the dispersion liquid adjusted to have a solid content concentration of 0.5% by mass when the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in the dispersion liquid has transparency when visually observed. If so, the value is not particularly limited.
For example, the haze value of the above dispersion liquid is preferably 20% or less, more preferably 15% or less, and further preferably 10% or less. When the haze value of the dispersion is higher than 20%, it becomes difficult to properly exhibit transparency.
Therefore, the sulfonated fine cellulose fiber is preferably prepared so that the haze value of the dispersion liquid adjusted to have a solid content concentration of 0.5% by mass falls within the above range.
The solid content concentration (mass %) can be calculated from the following formula.

Solid content concentration (mass %)=(solid content of sample/mass of sample)×100

(The solid content mass of the sample is the same as the sample used for the measurement, and the solid matter remaining after the sample was dried in an atmosphere of 105° C. for 2 hours until a constant weight was obtained (for example, in the above example, sulfonated fine cellulose). It means the mass (g) of the sulfonated fine cellulose fibers after drying the dispersion liquid in which the fibers are dispersed into a constant weight state, and the mass of the sample means the sample (for example, in the above example) used for the measurement. It means the mass (g) of a dispersion liquid in which sulfonated fine cellulose fibers are dispersed.)

本実施形態に係る分散液とは、スルホン化微細セルロース繊維または後述する微細セルロース繊維含有乾燥固形物が大きな凝集塊を形成することなく溶媒中にばらけた状態にある懸濁液のことである。該分散液の溶媒は、水溶性の溶媒(水溶性溶媒)であればとくに限定されない。例えば、この水溶性溶媒として、水のみの場合のほか、アルコール類、ケトン類、アミン類、カルボン酸類、エーテル類、アミド類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 according to the present embodiment is a suspension in which sulfonated fine cellulose fibers or a dry solid containing fine cellulose fibers described later is dispersed in a solvent without forming large aggregates. The solvent of the dispersion liquid is not particularly limited as long as it is a water-soluble solvent (water-soluble solvent). For example, as the water-soluble solvent, not only water but also alcohols, ketones, amines, carboxylic acids, ethers, amides, etc., and mixtures thereof can be adopted.

(全光線透過率)
全光線透過率は、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製するのが好ましい。かかる分散液の全光線透過率が90%よりも低いと透明性を適切に発揮させにくくなる。
(Total light transmittance)
The total light transmittance is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, when the haze value of the dispersion is in the above range. When the total light transmittance of the dispersion is lower than 90%, it becomes difficult to properly exhibit the transparency.

(ヘイズ値および全光線透過率の測定方法)
ヘイズ値および全光線透過率は、以下のようにして測定することができる。
(Method of measuring haze value and total light transmittance)
The haze value and total light transmittance can be measured as follows.

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分散液ならびに後述する微細セルロース繊維含有乾燥固形物を水等に分散させた微細セルロース繊維再分散液の透明性であるヘイズ値および全光線透過率を求めることができる。 Sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in the above-mentioned dispersion liquid so as to have a predetermined solid content concentration. Then, when this dispersion is measured using a spectrophotometer in accordance with JIS K 7105, the sulfonated fine cellulose fiber dispersion and fine cellulose fibers obtained by dispersing the fine cellulose fiber-containing dry solid described below in water or the like are obtained. The haze value, which is the transparency of the redispersion, and the total light transmittance can be determined.

以上のごとく、スルホン化微細セルロース繊維の平均繊維幅を、上記のごとき範囲となるように調製することにより、優れた透明性を発揮させることができる。このため、スルホン化微細セルロース繊維を利用した複合材料等においては、高い透明性を発揮させることが可能となる。 As described above, excellent transparency can be exhibited by adjusting the average fiber width of the sulfonated fine cellulose fiber so as to fall within the above range. Therefore, high transparency can be exhibited in a composite material or the like using sulfonated fine cellulose fibers.

(粘度特性)
スルホン化微細セルロース繊維分散液の粘度特性は、分散液のB型粘度により評価することができる。
かかる粘度は、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%、温度が25℃としたスルホン化微細セルロース繊維分散液において、測定条件は回転数12rpm、3分の測定条件下で、好ましくは500mPa・s以上であり、より好ましくは1000mPa・s、さらに好ましくは1500mPa・s、特に好ましくは2000mPa・s以上である。
市販されているポリエチレンオキサイドからなる増粘剤では、上記条件(温度25℃、増粘剤濃度0.5%、12rpm)でのB型粘度が100mPa・s以上である。
したがって、スルホン化微細セルロース繊維分散液のB型粘度が上述のような大きい粘度を発揮させることができれば、スルホン化微細セルロース繊維分散液を増粘剤として好適に使用することができる。
(Viscosity characteristics)
The viscosity characteristics of the sulfonated fine cellulose fiber dispersion can be evaluated by the B-type viscosity of the dispersion.
The viscosity is measured in a sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid in which the solid concentration of the sulfonated fine cellulose fiber is 0.5% by mass and the temperature is 25° C., and the measurement conditions are 12 rpm and 3 minutes. It is preferably 500 mPa·s or more, more preferably 1000 mPa·s, further preferably 1500 mPa·s, and particularly preferably 2000 mPa·s or more.
The commercially available thickener made of polyethylene oxide has a B-type viscosity of 100 mPa·s or more under the above conditions (temperature 25°C, thickener concentration 0.5%, 12 rpm).
Therefore, if the B-type viscosity of the sulfonated fine cellulose fiber dispersion can exhibit the large viscosity as described above, the sulfonated fine cellulose fiber dispersion can be preferably used as a thickener.

(B型粘度の測定方法)
B型粘度は、以下のようにして測定することができる。
(Method of measuring B type viscosity)
The B type viscosity can be measured as follows.

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(スルホン化微細セルロース繊維分散液)をJIS Z 8803に準拠したBrookfield粘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分散液ならびに後述する微細セルロース繊維再分散液の粘度を求めることができる。 Sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in the above-mentioned dispersion liquid so as to have a predetermined solid content concentration. Then, when this dispersion liquid (sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid) is measured using a Brookfield viscometer in accordance with JIS Z 8803, the viscosity of the sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid and the fine cellulose fiber redispersion liquid described below can be calculated. You can ask.

また、スルホン化微細セルロース繊維分散液の粘度と、微細セルロース繊維再分散液の粘度に基づいて以下の式から微細セルロース繊維含有乾燥固形物のB型粘度復元率(%)を求めることができる。このB型粘度復元率(%)は、後述する微細セルロース繊維含有乾燥固形物の沈殿特性と相関性を有していることから、微細セルロース繊維含有乾燥固形物の分散性として評価することができる。

(B型粘度復元率(%))=(微細セルロース繊維再分散液の粘度)/(スルホン化微細セルロース繊維分散液の粘度)×100
Further, the B-type viscosity recovery rate (%) of the dry solid containing fine cellulose fibers can be calculated from the following formula based on the viscosity of the sulfonated fine cellulose fiber dispersion and the viscosity of the fine cellulose fiber redispersion. This B-type viscosity recovery rate (%) has a correlation with the precipitation characteristics of the fine cellulose fiber-containing dry solid described below, and can be evaluated as the dispersibility of the fine cellulose fiber-containing dry solid. ..

(B-type viscosity recovery rate (%))=(viscosity of fine cellulose fiber redispersion liquid)/(viscosity of sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid)×100

なお、上記B型粘度復元率(%)の式中における、スルホン化微細セルロース繊維分散液が、特許請求の範囲のB型粘度復元率の「乾燥前分散液」に相当し、微細セルロース繊維再分散液が、特許請求項の範囲のB型粘度復元率の「乾燥後再分散液」に相当する。 In the formula of the B-type viscosity recovery rate (%), the sulfonated fine cellulose fiber dispersion is equivalent to the “pre-drying dispersion” of the B-type viscosity recovery rate in the claims. The dispersion liquid corresponds to the “redispersion liquid after drying” having the B-type viscosity recovery rate in the claims.

<2.微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法>
本実施形態に係る微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法は、金属イオンや、水溶性高分子などの分散剤を添加することなく、上記のごとく調製したスルホン化微細セルロース繊維を水に分散させた分散液であるスルホン化微細セルロース繊維分散液を、上述した所定の水分率以下となるように乾燥させることにより得ることができる。つまり、本実施形態のスルホン化微細セルロース繊維分散液は、スルホン化微細セルロース繊維が水等の水溶性の溶媒に分散した状態のものであり、本実施形態の微細セルロース繊維含有乾燥固形物は、上記スルホン化微細セルロース繊維分散液(この分散液が特許請求の範囲の微細処理工程後の微細化した微細セルロース繊維を水に分散させた「混合物」に相当する)が乾燥した状態のものである。つまり、本実施形態の微細セルロース繊維含有乾燥固形物は、所定の平均繊維幅を有する微細セルロース繊維を含む混合物の乾燥物である。
<2. Method for producing dry solid containing fine cellulose fibers>
The method for producing a finely divided cellulose fiber-containing dry solid according to the present embodiment, metal ions and, without adding a dispersant such as a water-soluble polymer, the sulfonated fine cellulose fibers prepared as described above are dispersed in water. It can be obtained by drying the sulfonated fine cellulose fiber dispersion which is another dispersion so as to have the above-mentioned predetermined water content or less. That is, the sulfonated fine cellulose fiber dispersion of the present embodiment is a state in which the sulfonated fine cellulose fibers are dispersed in a water-soluble solvent such as water, the fine cellulose fiber-containing dry solid of the present embodiment, The sulfonated fine cellulose fiber dispersion (this dispersion corresponds to the "mixture" in which the finely divided fine cellulose fibers after the fine treatment step in the claims are dispersed in water) is in a dried state. .. That is, the dry solid material containing fine cellulose fibers of the present embodiment is a dried product of a mixture containing fine cellulose fibers having a predetermined average fiber width.

なお、スルホン化微細セルロース繊維分散液を乾燥させることによって得られる微細セルロース繊維含有乾燥固形物が、特許請求の範囲の微細セルロース繊維を乾燥させた「乾燥物」に相当する。 In addition, the fine cellulose fiber-containing dry solid obtained by drying the sulfonated fine cellulose fiber dispersion corresponds to the "dry product" obtained by drying the fine cellulose fibers in the claims.

なお、スルホン化微細セルロース繊維分散液を乾燥させるとは、スルホン化微細セルロース繊維分散液から水分を少しでも除去した状態を意味しており、例えば、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の水分率がほぼなくなるような状態はもちろん、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物が以下のように水分を含んだ状態も含む概念である。 Incidentally, drying the sulfonated fine cellulose fiber dispersion means a state in which water is removed from the sulfonated fine cellulose fiber dispersion even a little, for example, the water content of the dried fine cellulose fiber-containing dry solid. It is a concept that includes not only the state in which the ratio almost disappears, but also the state in which the dried solid substance containing fine cellulose fibers contains water as described below.

例えば、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の水分率は、80%以下であればよく、好ましくは80%以下50%以上であり、より好ましくは50%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30%以下であり、さらに好ましくは20%以下であり、特に好ましくは10%以下である。
水分率が高い方が製造効率を向上させることができ、繊維を温和な条件で処理したり、加熱時間を短くできるので繊維へのダメージを小さくすることができる。このため、微細セルロース繊維含有乾燥固形物の品質を向上させることができる。また、水分率を高くすることにより、微細セルロース繊維含有乾燥固形物を水等に分散させた微細セルロース繊維再分散液の透明性を向上させることができる(図2参照)。
一方、輸送や取り扱い性の観点では、水分率が低いほうが好ましい。例えば、水分率は50%以下が好ましく、より好ましくは30%以下であり、さらに好ましくは20%以下であり、さらにより好ましくは10%以下である。
For example, the water content of the dry solid containing fine cellulose fibers after drying may be 80% or less, preferably 80% or less and 50% or more, and more preferably adjusted to 50% or less. It is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and particularly preferably 10% or less.
The higher the water content, the higher the production efficiency, and the fibers can be treated under mild conditions and the heating time can be shortened, so that damage to the fibers can be reduced. Therefore, the quality of the dry solid containing fine cellulose fibers can be improved. Further, by increasing the water content, the transparency of the fine cellulose fiber redispersion liquid in which the fine cellulose fiber-containing dry solid is dispersed in water or the like can be improved (see FIG. 2 ).
On the other hand, from the viewpoint of transportability and handleability, it is preferable that the water content is low. For example, the water content is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, even more preferably 20% or less, and even more preferably 10% or less.

なお、水分率(%)は、JIS P 8203に準拠して、微細セルロース繊維含有乾燥固形物の重量に対する水分量で表すことができる。つまり、水分率(%)は、上記と同じ下記の式から求めることができる。

水分率(%)=((サンプルの質量−サンプルの固形分質量)/サンプルの質量)×100

(サンプルの質量は、測定に供したサンプル(例えば、上記例では微細セルロース繊維含有乾燥固形物)の質量(g)を意味する。サンプルの固形分質量は、測定に供したサンプルと同量のサンプルを105℃の雰囲気下で2時間、恒量になるまで乾燥させた後に残った固形物(例えば、上記例では微細セルロース繊維含有乾燥固形物を乾燥して恒量の状態となった後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物)の質量(g)を意味する。)
The water content (%) can be represented by the water content with respect to the weight of the dry solid material containing fine cellulose fibers according to JIS P8203. That is, the water content (%) can be obtained from the following equation, which is the same as the above.

Moisture content (%)=((mass of sample−mass of solid content of sample)/mass of sample)×100

(The mass of the sample means the mass (g) of the sample (for example, fine cellulose fiber-containing dry solid in the above example) subjected to the measurement. The solid content mass of the sample is the same as that of the sample subjected to the measurement. The solids remaining after drying the sample to a constant weight for 2 hours under an atmosphere of 105° C. (for example, in the above example, the fine cellulose after being dried to a constant weight by drying the fine cellulose fiber-containing dry solid). It means the mass (g) of the fiber-containing dry solid).

(乾燥温度)
スルホン化微細セルロース繊維分散液の乾燥時の温度は、熱によるスルホン化微細セルロース繊維同士の凝集を低減する観点、また、加熱後の変色を防ぐ観点から、120℃以下であればよく、より優れた再分散性を確保する観点からは、好ましくは80℃以下、さらに好ましくは70℃以下、より好ましくは40℃以下、特に好ましくは10℃以下である。特に、40℃以下であれば、スルホン化微細セルロース繊維中の置換基導入量が少ない場合であっても、優れた再分散性を確保することができる。
(Drying temperature)
The temperature at the time of drying the sulfonated fine cellulose fiber dispersion may be 120° C. or lower, from the viewpoint of reducing aggregation of the sulfonated fine cellulose fibers due to heat, and from the viewpoint of preventing discoloration after heating, which is more excellent. From the viewpoint of ensuring redispersibility, the temperature is preferably 80°C or lower, more preferably 70°C or lower, more preferably 40°C or lower, and particularly preferably 10°C or lower. In particular, when the temperature is 40° C. or lower, excellent redispersibility can be ensured even when the amount of substituent introduced into the sulfonated fine cellulose fiber is small.

とくに、分散性と上述したスルホ基の導入量との関係性においては、上述したように、スルホ基の導入量が0.5mmol/g以上0.9mmol/gよりも少ない場合には、乾燥温度を40℃以下となる条件で乾燥するのが好ましく、スルホ基の導入量が0.9mmol/g以上1.4mmol/gよりも少ない場合には、乾燥温度を70℃以下となる条件で乾燥するのが好ましく、スルホ基の導入量が1.4mmol/g以上3.0mmol/g以下の場合には、乾燥温度を120℃以下となる条件で乾燥するのが好ましい。
また、スルホ基の導入量が同じ場合には、乾燥温度を低くすれば分散性を向上させることができる傾向にある。
Particularly, regarding the relationship between the dispersibility and the introduction amount of the sulfo group, as described above, when the introduction amount of the sulfo group is 0.5 mmol/g or more and less than 0.9 mmol/g, the drying temperature is Is preferably dried at a temperature of 40° C. or lower, and when the introduced amount of the sulfo group is 0.9 mmol/g or more and less than 1.4 mmol/g, the drying temperature is 70° C. or lower. When the introduced amount of the sulfo group is 1.4 mmol/g or more and 3.0 mmol/g or less, it is preferable to dry under the condition that the drying temperature is 120° C. or less.
When the introduction amount of the sulfo group is the same, the dispersibility tends to be improved by lowering the drying temperature.

(乾燥方法)
スルホン化微細セルロース繊維分散液の乾燥方法は特に限定されず、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、噴霧乾燥等の公知の方法により微細セルロース繊維含有乾燥固形物を得ることができる。
(Drying method)
The method for drying the sulfonated fine cellulose fiber dispersion is not particularly limited, and the fine cellulose fiber-containing dry solid can be obtained by known methods such as natural drying, heat drying, reduced pressure drying, vacuum drying, and spray drying.

特に、上記のように乾燥温度が低いほうが微細セルロース繊維含有乾燥固形物の再分散性が良好である観点から、比較的低温な条件下での乾燥においても乾燥時間を短縮できる、減圧雰囲気下または真空雰囲気下で乾燥させる方法を採ることが望ましい。
減圧雰囲気下または真空雰囲気下の圧力は、例えば、80℃の水の飽和水蒸気圧付近である480hPa以下、より好ましくは70℃の水の飽和水蒸気圧付近である320hPa以下、さらに好ましくは40℃の水の飽和水蒸気圧付近である75hPa以下、特に好ましくは10℃の水の飽和水蒸気圧付近である15hPa以下等の減圧または真空条件を挙げることができる。
In particular, as the drying temperature is low as described above, the redispersibility of the fine cellulose fiber-containing dry solid is good, and the drying time can be shortened even in the drying under a relatively low temperature condition, under a reduced pressure atmosphere or It is desirable to adopt a method of drying in a vacuum atmosphere.
The pressure in the reduced pressure atmosphere or the vacuum atmosphere is, for example, 480 hPa or less, which is near the saturated vapor pressure of water at 80° C., more preferably 320 hPa or less, which is near the saturated vapor pressure of water at 70° C., and more preferably 40° C. A reduced pressure or vacuum condition such as 75 hPa or less, which is near the saturated steam pressure of water, and particularly preferably 15 hPa or less, which is near the saturated steam pressure of water at 10° C., can be mentioned.

なお、本明細書では、真空装置等の乾燥雰囲気下を減圧できる装置を用いて減圧状態にした乾燥方法を減圧乾燥といい、この減圧乾燥は、雰囲気圧をより低くした真空乾燥を含む概念である。そして、本明細書では、真空装置を使用することで達成できる100Pa以下のような雰囲気圧下での乾燥を真空乾燥という。 In this specification, a drying method in which a device under reduced pressure is used in a dry atmosphere such as a vacuum device is referred to as reduced pressure drying, and this reduced pressure drying is a concept including vacuum drying with a lower atmospheric pressure. is there. Further, in the present specification, drying under an atmospheric pressure of 100 Pa or less that can be achieved by using a vacuum device is referred to as vacuum drying.

なお、本実施形態の微細セルロース繊維含有乾燥固形物では、上述したように乾燥する際に再分散時の分散性を発揮させるための特別の分散剤を添加する必要はないが、例えば、上述したアルミニウムイオンやカルシウムイオン等の金属等のほかに、グリセリンやその誘導体、エチレングリコールやイソプロパノール等のアルコール類などを分散剤として含有させてもよい。この場合、再分散性をより向上させることが可能となる。 In addition, in the fine cellulose fiber-containing dry solid of the present embodiment, it is not necessary to add a special dispersant for exhibiting the dispersibility at the time of redispersion when drying as described above, but for example, as described above In addition to metals such as aluminum ions and calcium ions, glycerin and its derivatives, alcohols such as ethylene glycol and isopropanol may be contained as a dispersant. In this case, the redispersibility can be further improved.

(再分散方法)
上記微細セルロース繊維再分散液は、微細セルロース繊維含有乾燥固形物に水等の溶媒を加え、微細セルロース繊維含有乾燥固形物含有液を得た後、当該混合液を撹拌することにより得られたものである。つまり、微細セルロース繊維再分散液は、微細セルロース繊維含有乾燥固形物が水等の水溶性の溶媒に分散した状態のものである。
(Redispersion method)
The fine cellulose fiber redispersion is obtained by adding a solvent such as water to the fine cellulose fiber-containing dry solid to obtain a fine cellulose fiber-containing dry solid-containing liquid, and then stirring the mixed liquid. Is. That is, the fine cellulose fiber redispersion liquid is a state in which the fine cellulose fiber-containing dry solid is dispersed in a water-soluble solvent such as water.

上記撹拌を行う際の撹拌方法は、手動でのシェイク、または、撹拌機能を有する装置で比較的低エネルギーで再分散させることができる。例えば、撹拌の際に用いられる装置としては、自動式シェイカー、マグネティックスターラー、超音波動子、家庭用ミキサー、その他の各種撹拌子を有する攪拌機が挙げられるが、特に限定されない。 As a stirring method for performing the above stirring, manual shaking or a device having a stirring function can be used for redispersion with relatively low energy. For example, the device used for stirring includes, but is not particularly limited to, an automatic shaker, a magnetic stirrer, an ultrasonic oscillator, a household mixer, and other agitators having various agitators.

なお、撹拌機能を有する装置として、微細セルロース繊維を製造する際に用いられるような比較的高エネルギーな装置を使用してもよく、例えば、粉砕機能を有する石臼を用いたグラインダー、ジェットミル、均質化機能を有するホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、静止型攪拌機であるスタティックミキサー、分散機能を有するメディアミル等の装置を挙げることができるが、特に限定されない。 As a device having a stirring function, a device having relatively high energy such as that used when producing fine cellulose fibers may be used. For example, a grinder using a stone mill having a crushing function, a jet mill, a homogenizer. Examples thereof include a homogenizer having a functionalizing function, a high-pressure homogenizer, a static mixer that is a static stirrer, and a media mill having a dispersing function, but are not particularly limited.

<3.微細セルロース繊維再分散液>
本実施形態に係る微細セルロース繊維再分散液とは、上述したように微細セルロース繊維含有乾燥固形物を水等の水溶性の溶媒(水溶性溶媒)へ撹拌等により分散させた分散液である。
水溶性溶媒へ再分散後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の固形分濃度は、特に限定されず、再分散後の微細セルロース繊維再分散液の用途に応じて適宜調整することができる。
<3. Fine cellulose fiber redispersion>
The fine cellulose fiber redispersion liquid according to the present embodiment is a dispersion liquid in which the fine cellulose fiber-containing dry solid matter is dispersed in a water-soluble solvent (water-soluble solvent) such as water by stirring or the like as described above.
The solid content concentration of the fine cellulose fiber-containing dry solid after redispersion in the water-soluble solvent is not particularly limited, and can be appropriately adjusted according to the application of the fine cellulose fiber redispersion liquid after redispersion.

再分散に使用する溶媒は、微細セルロース繊維再分散液の使用用途を限定させないために、水が好ましく、特に純水が好ましい。
水以外の溶媒であっても使用用途に応じて好適な溶媒を選択することができ、例えば、溶解度パラメーターに大きな差がない、極性有機溶媒が挙げられる。極性有機溶媒には、アルコール類、ケトン類、エーテル類、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられるが、特に限定されない。
The solvent used for redispersion is preferably water, and particularly preferably pure water, so as not to limit the use application of the fine cellulose fiber redispersion liquid.
Even if a solvent other than water is used, a suitable solvent can be selected according to the intended use, and examples thereof include polar organic solvents having no large difference in solubility parameter. Examples of the polar organic solvent include alcohols, ketones, ethers, and dimethyl sulfoxide (DMSO), but are not particularly limited.

(再分散性の評価)
微細セルロース繊維含有乾燥固形物の再分散性は、微細セルロース繊維含有乾燥固形物を水へ再分散させた、微細セルロース繊維再分散液と微細セルロース含有固形物のヘイズ値または全光線透過率またはB型粘度または沈殿特性の少なくとも一項目を測定し比較することで評価できる。
再分散性が良いというのは、
1)再分散後と乾燥前を比較して、全光線透過率の差が小さい場合、
2)再分散後と乾燥前を比較して、ヘイズ値の差が小さい場合、
3)再分散後と乾燥前を比較して、粘度の差が小さい場合(つまり粘度の復元率が高い場合)、
4)沈殿特性試験において、再分散後に凝集等が見られない場合
の何れか一つまたは複数の所見を得られることをいう。
(Evaluation of redispersibility)
The redispersibility of the fine cellulose fiber-containing dry solid is the haze value or the total light transmittance or B of the fine cellulose fiber redispersion liquid and the fine cellulose-containing solid obtained by redispersing the fine cellulose fiber-containing dry solid in water. It can be evaluated by measuring and comparing at least one item of mold viscosity or precipitation characteristics.
Good redispersibility means that
1) When the difference in total light transmittance is small as compared with that after redispersion and before drying,
2) When the difference in haze value is small by comparing after re-dispersion and before drying,
3) When the difference in viscosity between the re-dispersion and before drying is small (that is, when the recovery rate of viscosity is high),
4) It means that any one or a plurality of findings can be obtained when aggregation is not observed after redispersion in the precipitation characteristic test.

上記沈殿特性とは、微細セルロース繊維含有乾燥固形物を水へ再分散させ一定時間経過後(例えば一昼夜)の微細セルロース繊維再分散液中のスルホン化微細セルロース繊維の凝集による粗大繊維や沈降状態を観察することにより確認できる。 The precipitation property means that coarse fibers or a sedimented state due to aggregation of sulfonated fine cellulose fibers in a fine cellulose fiber redispersion liquid after redispersing a dry solid substance containing fine cellulose fibers in water for a certain period of time (for example, one day). It can be confirmed by observing.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
<スルホン化微細セルロース繊維分散液の製造>
針葉樹クラフトパルプ(丸住製紙製NBKP)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、実験に供した。
(Example 1)
<Production of sulfonated fine cellulose fiber dispersion>
Softwood kraft pulp (NBKP made by Marusumi Paper) was used. Hereinafter, the NBKP used in the experiment will be simply described as pulp. The pulp was washed with a large amount of pure water, drained with a 200-mesh sieve, and the solid content concentration was measured.

(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、本実施形態の化学処理工程の接触工程に相当する。
(Chemical treatment process)
Pulp was added to the reaction solution prepared as follows and stirred to form a slurry. The step of adding pulp to the reaction liquid to form a slurry corresponds to the contact step of the chemical treatment step of the present embodiment.

(反応液の調製工程)
スルホン化剤と尿素または/およびその誘導体が以下の固形分濃度となるように調製した。
実験では、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、1:2.5となるように混合し水溶液を調整した。
(Preparation process of reaction solution)
The sulfonating agent and urea or/and its derivative were prepared so as to have the following solid content concentrations.
In the experiment, sulfamic acid (purity 98.5%, manufactured by Fuso Kagaku Kogyo) was used as a sulfonating agent, and urea or a derivative thereof was used as a urea solution (purity 99%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, model number; special grade reagent). It was used. The mixture ratio of both was adjusted to be 1:2.5 in the concentration ratio (g/L) to prepare an aqueous solution.

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))=200/500
Specifically, sulfamic acid and urea were mixed as follows.
Sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L))=200/500

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50gを加えて、スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/500(1:2.5)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250重量部となるように加えた。
An example of preparation of the reaction solution is shown below.
100 ml of water was added to the container. Then, 20 g of sulfamic acid and 50 g of urea were added to this container to prepare a reaction liquid having a sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L)) of 200/500 (1:2.5). .. That is, urea was added to 250 parts by weight with respect to 100 parts by weight of sulfamic acid.

実験では、この調製した反応液に対してパルプを絶乾重量にして2gを加えた。つまり、上記スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))が200/500(1:2.5)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2500重量部となるように調製した。 In the experiment, 2 g of pulp was added to the prepared reaction liquid to an absolute dry weight. That is, in the case of the reaction solution having a sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L)) of 200/500 (1:2.5), sulfamic acid is 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of pulp. By weight, urea was adjusted to 2500 parts by weight.

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)に入れて以下の式より求めた水分率(%)が平衡状態になるまで乾燥した。
サンプルの秤量は、秤量瓶を使用した測定方法で行った。秤量には電子天秤(新光電子株式会社製、型番;RJ−320)を用いた。

水分率(%)=((サンプルの質量−サンプルの固形分質量)/サンプルの質量)×100

サンプル:ろ紙から剥がしたパルプ
サンプルの質量:ろ紙から剥がしたパルプを乾燥機に供した質量(g)
サンプルの固形分質量:ろ紙から剥がしたパルプを乾燥機に供した質量(g)と同量のろ紙から剥がしたパルプを、105℃の雰囲気下で2時間、恒量になるまで乾燥させた後に残った固形物の質量(g)であり、乾燥方法はJIS P 8225 に準拠した方法により行った。
The slurry prepared by adding pulp to the reaction liquid was stirred for 10 minutes using a stir bar. After stirring, the slurry was suction filtered using a filter paper (No. 2). The suction filtration was performed until the solution stopped dropping. After suction filtration, the pulp was peeled from the filter paper, and the filtered pulp was placed in a dryer (manufactured by Isuzu Seisakusho, model number: VTR-115) in which the temperature of the thermostatic chamber was set to 50°C, and the moisture content (% ) Was equilibrated to dryness.
The sample was weighed by a measuring method using a weighing bottle. An electronic balance (manufactured by Shinko Denshi KK, model number; RJ-320) was used for weighing.

Moisture content (%)=((mass of sample−mass of solid content of sample)/mass of sample)×100

Sample: Weight of pulp peeled from filter paper: Weight of pulp peeled from filter paper in a dryer (g)
Mass of solid content of sample: Pulp peeled from filter paper in the same amount as the mass (g) of pulp peeled from filter paper in a dryer is left for 2 hours under an atmosphere of 105° C. until a constant weight is obtained, and remains. It is the mass (g) of the solid matter, and the drying method was performed according to JIS P 8225.

なお、水分率(%)が平衡状態になるまで乾燥するとは、処理施設内における雰囲気中の水分とサンプル中の水分が見かけ上出入りしなくなる状態となった時点を終点とした。例えば、所定の時間、サンプルを重量が既知の秤量瓶中で乾燥させたのち、乾燥装置内で秤量瓶の蓋をし、サンプルを秤量瓶内に入れたまま乾燥機から取り出し、乾燥剤を入れたデシケータ等に入れて放熱させた後、サンプルの重量(サンプル入りの秤量瓶の重量‐秤量瓶の重量)を測定した。乾燥の終点は、測定した2回の重量の変化量が乾燥開始時の重量に対して1%以内となった状態とした(ただし、2回目の重量の測定は1回目に要した乾燥時間の半分以上とした)。 The term "drying until the moisture content (%) reaches an equilibrium state" was defined as the end point when the moisture in the atmosphere in the treatment facility and the moisture in the sample apparently stopped coming and going. For example, after drying the sample in a weighing bottle of known weight for a predetermined time, cover the weighing bottle in the drying device, remove the sample from the dryer while the sample is still in the weighing bottle, and add the desiccant. The sample was placed in a desiccator or the like to radiate heat, and then the weight of the sample (weight of weighing bottle containing sample−weight of weighing bottle) was measured. The end point of the drying was a state in which the amount of change in the weight measured twice was within 1% of the weight at the start of drying (however, the measurement of the weight of the second time was performed in the drying time of the first time). More than half).

水分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:120℃、加熱時間:20分
After the water content reached an equilibrium state, a heating reaction was performed. For the heating reaction, a dryer (manufactured by Isuzu Seisakusho, model number: VTR-115) was used. The reaction conditions are as follows.
Temperature of constant temperature bath: 120℃, heating time: 20 minutes

加熱反応後、反応させたパルプを固形分で1質量%以下となるように純水で希釈し、過剰量の炭酸水素ナトリウムを添加することにより中和後、純水で十分に洗浄して、スルファミン酸/尿素処理パルプ懸濁液を調製した。 After the heating reaction, the reacted pulp is diluted with pure water so as to have a solid content of 1% by mass or less, neutralized by adding an excess amount of sodium hydrogen carbonate, and thoroughly washed with pure water. A sulfamic acid/urea treated pulp suspension was prepared.

(微細化処理工程)
高圧ホモジナイザー(コスにじゅういち製N2000−2C−045型)を用いてスルファミン酸/尿素処理パルプの解繊を行い、スルホン化微細セルロース繊維分散液を調製した。高圧ホモジナイザーの処理条件は、以下の通りとした。
(Miniaturization process)
The sulfamic acid/urea-treated pulp was defibrated using a high-pressure homogenizer (N2000-2C-045 type manufactured by Kos Nijuichi) to prepare a sulfonated fine cellulose fiber dispersion. The processing conditions of the high pressure homogenizer were as follows.

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。パス回数は目視にて粗大繊維が視認できなくなるまで行った。なお、その際の圧力は、60MPaとした。 The sulfamic acid/urea-treated pulp was supplied to a high-pressure homogenizer prepared so that the solid content concentration was 0.5% by mass. The number of passes was repeated until the coarse fibers could not be visually observed. The pressure at that time was 60 MPa.

(乾燥工程)
得られた固形分濃度が0.5質量%のスルホン化微細セルロース繊維分散液50g(絶乾重量にして0.25g分)をシャーレ上に分取し真空装置(真空ポンプ到達圧力は10Pa)内で水分率が平衡となるまで(水分率10%以下)乾燥(本実施形態の真空乾燥に相当)させ、微細セルロース繊維含有乾燥固形物を得た。乾燥条件は以下の通りである。

真空装置バキューム計指針値:−0.1MPa以下
真空装置内雰囲気温度:40℃
サンプル温度:10℃
(Drying process)
50 g of the sulfonated fine cellulose fiber dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass (0.25 g in terms of absolute dry weight) was dispensed on a petri dish and placed in a vacuum device (vacuum pump ultimate pressure is 10 Pa). Then, it was dried (corresponding to vacuum drying of the present embodiment) until the water content became equilibrium (water content of 10% or less) to obtain a dry solid material containing fine cellulose fibers. The drying conditions are as follows.

Vacuum device vacuum gauge pointer value: -0.1 MPa or less Ambient temperature in vacuum device: 40°C
Sample temperature: 10℃

(再分散工程)
得られた微細セルロース繊維含有乾燥固形物の全量をバイアル瓶に入れ、固形分濃度が0.5質量%となるように純水を加え、30分静置後、10分間強く手動で振り混ぜ微細セルロース繊維含有乾燥固形物を再分散させた微細セルロース繊維再分散液を得た。
後述する評価は、分散液をさらに一昼晩静置した後に実施した。
(Redispersion process)
Put the whole amount of the obtained dry solids containing fine cellulose fibers in a vial, add pure water so that the solid content concentration becomes 0.5% by mass, leave it for 30 minutes, and shake it for 10 minutes with strong manual shaking. A fine cellulose fiber redispersion liquid was obtained by redispersing the dry solid material containing cellulose fibers.
The evaluation described below was carried out after the dispersion liquid was allowed to stand still for 24 hours.

「評価」
(化学処理後のパルプの元素分析(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
"Evaluation"
(Elemental analysis of pulp after chemical treatment (sulfur))
The sulfur content contained in the pulp after the chemical treatment was determined by a combustion ion chromatograph. The measurement method was performed according to the measurement conditions of IEC 62321.

Combustion device: Mitsubishi Chemical Analytech, model number; AQF-2100H
Ion chromatography: Thermo Fisher Science Co., model number; ICS-1600

(スルホン化微細セルロース繊維分散液及び微細セルロース繊維再分散液の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%となるようにスルホン化微細セルロース繊維分散液を調製した。そして調製した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。
(Measurement of haze value and total light transmittance of sulfonated fine cellulose fiber dispersion and fine cellulose fiber redispersion)
For the measurement of the haze value and the total light transmittance, the sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid was prepared with pure water so that the solid content concentration was 0.5% by mass. Then, the prepared solution was sampled and measured using a spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, model number: V-570). The measuring method was based on the method of JIS K 7105.

(スルホン化微細セルロース繊維分散液及び微細セルロース繊維再分散液の粘度測定)
スルホン化微細セルロース繊維分散液及び後述の方法で作成した微細セルロース繊維再分散液の粘度をB型粘度計(英弘精機(株)製、LVDV−I Prime)にて測定した。
具体的には、測定サンプルはそれぞれ固形分濃度が0.5質量%、温度25℃とし、測定条件は回転数12rpm、3分、スピンドルは付属のLVスピンドルとした。
(Viscosity measurement of sulfonated fine cellulose fiber dispersion and fine cellulose fiber redispersion)
The viscosities of the sulfonated fine cellulose fiber dispersion and the fine cellulose fiber redispersion prepared by the method described below were measured with a B-type viscometer (LVDV-I Prime, manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.).
Specifically, each of the measurement samples had a solid content concentration of 0.5 mass% and a temperature of 25° C., the measurement conditions were a rotation speed of 12 rpm and 3 minutes, and the spindle was an attached LV spindle.

B型粘度復元率は以下の式より算出した。

(B型粘度復元率(%))=(微細セルロース繊維再分散液の粘度)/(スルホン化微細セルロース繊維分散液の粘度)×100
The B-type viscosity recovery rate was calculated from the following formula.

(B-type viscosity recovery rate (%))=(viscosity of fine cellulose fiber redispersion liquid)/(viscosity of sulfonated fine cellulose fiber dispersion liquid)×100

(微細セルロース繊維再分散液の沈殿特性)
微細セルロース繊維含有乾燥固形物(絶乾重量0.25g分)をバイアル瓶へ入れ、純水を加え、微細セルロース繊維含有乾燥固形物が固形分濃度0.5質量%となるように調整し、手動にて振り混ぜ、一晩放置し微細セルロース繊維再分散液を得た。得られた分散液は、目視にて沈殿の状態を確認し、以下の通り評価した。

◎:凝集がほとんどなく透明である
○:一部凝集している繊維が見られ若干の白濁があるが、沈降はない
×:凝集している繊維が見られ、さらに沈降している
(Precipitation characteristics of fine cellulose redispersion liquid)
The fine cellulose fiber-containing dry solid (absolute dry weight of 0.25 g) was placed in a vial, pure water was added, and the fine cellulose fiber-containing dry solid was adjusted to have a solid content concentration of 0.5% by mass. The mixture was manually shaken and left overnight to obtain a fine cellulose fiber redispersion liquid. The state of precipitation of the obtained dispersion was visually confirmed and evaluated as follows.

⊚: Transparent with almost no coagulation ○: Partially coagulated fibers are seen with some cloudiness, but no sedimentation ×: Aggregated fibers are seen and further sedimentation

(実施例2)
乾燥工程において、恒温槽の温度を40℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例1と同様にして実施した。
(Example 2)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 1 except that heat drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 40°C.

(実施例3)
反応液の調製工程において、スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/200となるように調整した反応液を用いて、パルプ100重量部に対して、スルファミン酸は1000重量部、尿素は1000重量部となるように調製した以外、実施例1と同様にして実施した。
(Example 3)
In the step of preparing the reaction solution, the reaction solution adjusted so that the sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L))=200/200 was used, and sulfamine was added to 100 parts by weight of pulp. It was carried out in the same manner as in Example 1 except that the acid was adjusted to 1000 parts by weight and the urea was adjusted to 1000 parts by weight.

(実施例4)
乾燥工程において、恒温槽の温度を40℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例3と同様にして実施した。
(Example 4)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 3 except that heat drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 40°C.

(実施例5)
乾燥工程において、恒温槽の温度を70℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例3と同様にして実施した。
(Example 5)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 3 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 70°C.

(実施例6)
反応液の調製工程において、スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/300パルプ100重量部に対して、スルファミン酸は1000重量部、尿素は1500質量部となるように調製した。さらに、加熱工程において、反応温度を160℃、反応時間を1時間とした以外、実施例1と同様にして実施した。
(Example 6)
In the step of preparing the reaction solution, the sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L))=200/300 pulp to 100 parts by weight, the sulfamic acid was 1000 parts by weight, and the urea was 1500 parts by weight. Was prepared. Further, in the heating step, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the reaction temperature was 160° C. and the reaction time was 1 hour.

(実施例7)
乾燥工程において、恒温槽の温度を40℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例6と同様にして実施した。
(Example 7)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 6 except that heat drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 40°C.

(実施例8)
乾燥工程において、恒温槽の温度を70℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例6と同様にして実施した。
(Example 8)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 6 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 70°C.

(実施例9)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例6と同様にして実施した。
(Example 9)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 6 except that heat drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(実施例10)
パルプは実施例1と同様に針葉樹クラフトパルプ(丸住製紙製NBKP)を使用した。パルプは、大量の純水で洗浄後、200メッシュふるいで水を切り、固形分濃度を20重量%とし、実験に供した。
反応液は、純水1Lに対してスルファミン酸が200g、尿素が200gとなるように調製した。つまり、以下のように混合した。
スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/200
(Example 10)
As the pulp, softwood kraft pulp (NBKP manufactured by Marusumi Paper Co., Ltd.) was used as in Example 1. The pulp was washed with a large amount of pure water, drained with a 200-mesh sieve to a solid content concentration of 20% by weight, and used for the experiment.
The reaction liquid was prepared so that 200 g of sulfamic acid and 200 g of urea were added to 1 L of pure water. That is, they were mixed as follows.
Sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L))=200/200

パルプを絶乾重量として10gを計り取り、パルプ100質量部に対して、1000質量部の反応液を含浸させた。具体的には、パルプ絶乾重量10gに対し、反応液の固形分重量100gとなるように混合し、パルプに対して薬液が均一に含浸するように揉み解した。上記反応液が含浸したパルプスラリーを恒温槽の温度が50℃の乾燥機内で、重量変化がなくなるまで(水分率が平衡状態になるまで)乾燥した。この乾燥したパルプを以下の反応条件で加熱反応(スルホン化反応)を行った。
恒温槽の温度:140℃、加熱時間:30分
The pulp was weighed to an absolute dry weight of 10 g, and 1000 parts by mass of the reaction liquid was impregnated with 100 parts by mass of the pulp. Specifically, the pulp was dried to a dry weight of 10 g so that the solid content of the reaction liquid was 100 g, and the pulp was kneaded to uniformly impregnate the chemical liquid. The pulp slurry impregnated with the above reaction solution was dried in a drier having a temperature of 50° C. in a constant temperature bath until the weight change disappeared (until the water content reached an equilibrium state). This dried pulp was subjected to a heating reaction (sulfonation reaction) under the following reaction conditions.
Temperature of constant temperature bath: 140℃, heating time: 30 minutes

加熱反応後、300メッシュふるいを用いて、パルプを洗浄した。具体的には、スルホン化後のパルプを大量の純水で洗浄し、次いで、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で中和した後、再度大量の水で洗浄した。 After the heating reaction, the pulp was washed using a 300 mesh sieve. Specifically, the sulfonated pulp was washed with a large amount of pure water, then neutralized with a saturated sodium hydrogen carbonate solution, and then washed again with a large amount of water.

この洗浄後のスルホン化パルプを固形分濃度が0.5質量%となるように調製し、微細化処理を行った。
微細化処理には、高圧ホモジナイザーを使用した。高圧ホモジナイザーの圧力は60MPaとした。また、パス回数は目視にて粗大繊維が視認できなくなるまで行い。スルホン化微細セルロース繊維を得た。
得られたスルホン化微細セルロース繊維を乾燥して調製した微細セルロース繊維含有乾燥固形物の再分散性試験や評価は、実施例1と同様に実施した。
The sulfonated pulp after this washing was prepared so that the solid content concentration was 0.5% by mass, and subjected to a refining treatment.
A high-pressure homogenizer was used for the miniaturization treatment. The pressure of the high pressure homogenizer was 60 MPa. The number of passes is until the coarse fibers can no longer be visually observed. A sulfonated fine cellulose fiber was obtained.
The redispersibility test and evaluation of the dry solid containing fine cellulose fibers prepared by drying the obtained sulfonated fine cellulose fibers were carried out in the same manner as in Example 1.

すなわち、実施例10では、反応液をパルプ絶乾重量として100質量部に対して固形分重量として1000質量部となるようにした点、反応液をパルプに含浸させた後、吸引ろ過による脱水をすることなく加熱反応に供した点、加熱反応時の温度を140℃とし、加熱反応の時間を30分とした点以外、実施例3と同様にして実施した。 That is, in Example 10, the reaction liquid was made to be 1000 parts by mass as the solid content weight with respect to 100 parts by mass as the dry weight of pulp, and after the reaction liquid was impregnated in the pulp, dehydration by suction filtration was performed. Example 3 was carried out in the same manner as in Example 3, except that the heating reaction was performed without heating, the temperature during the heating reaction was 140° C., and the heating reaction time was 30 minutes.

(実施例11)
乾燥工程において、恒温槽の温度を40℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行った以外、実施例10と同様にして実施した。
(Example 11)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 10 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 40°C.

(実施例12)
乾燥工程において、恒温槽の温度を70℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行った以外、実施例10と同様にして実施した。
(Example 12)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 10 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 70°C.

(実施例13)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行った以外、実施例10と同様にして実施した。
(Example 13)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 10 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(実施例14)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行い、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の水分率が43%となるように調製した以外、実施例13と同様にして実施した。
(Example 14)
In the drying step, heat drying was performed with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105° C., and the moisture content of the dried solid fine cellulose fiber-containing solid was adjusted to 43%. It carried out similarly.

(実施例15)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行い、乾燥後の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の水分率が77%となるように調製した以外、実施例13と同様にして実施した。
(Example 15)
In the drying step, heat drying was performed with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105° C., and the moisture content of the dried solid fine cellulose fiber-containing solid was adjusted to 77%. It carried out similarly.

(実施例16)
パルプは実施例1と同様に針葉樹クラフトパルプ(丸住製紙製NBKP)を使用した。パルプは、大量の純水で洗浄後、200メッシュふるいで水を切り、固形分濃度を20重量%とし、実験に供した。
(Example 16)
As the pulp, softwood kraft pulp (NBKP manufactured by Marusumi Paper Co., Ltd.) was used as in Example 1. The pulp was washed with a large amount of pure water, drained with a 200-mesh sieve to a solid content concentration of 20% by weight, and used for the experiment.

反応液は、純水1Lに対してスルファミン酸が200g、尿素が500gとなるように調製した。つまり、以下のように混合した。
スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/500
The reaction solution was prepared so that 200 g of sulfamic acid and 500 g of urea were added to 1 L of pure water. That is, they were mixed as follows.
Sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L))=200/500

パルプは絶乾重量として10gを計り取り、パルプ100質量部に対して、150質量部の反応液を含浸させた。具体的には、パルプ絶乾重量10gに対し、反応液の固形分重量15gとなるように混合し、パルプに対して薬液が均一に含浸するように揉み解した。
上記反応液が含浸したパルプスラリーを恒温槽の温度が50℃の乾燥機内で、重量変化がなくなるまで乾燥(水分率が平衡状態になるまで)した。この乾燥したパルプを以下の反応条件で加熱反応(スルホン化反応)を行った。
恒温槽の温度:120℃、加熱時間:25分
The pulp was weighed to an absolute dry weight of 10 g, and 150 parts by mass of the reaction liquid was impregnated with 100 parts by mass of the pulp. Specifically, the mixture was mixed so that the dry weight of the pulp was 10 g and the solid content of the reaction liquid was 15 g, and the pulp was kneaded so that the chemical liquid was uniformly impregnated into the pulp.
The pulp slurry impregnated with the reaction solution was dried in a dryer in a thermostatic chamber at a temperature of 50° C. until there was no change in weight (until the moisture content reached an equilibrium state). This dried pulp was subjected to a heating reaction (sulfonation reaction) under the following reaction conditions.
Temperature of constant temperature bath: 120°C, heating time: 25 minutes

加熱反応後、300メッシュふるいを用いて、パルプを洗浄した。具体的には、スルホン化後のパルプを大量の純水で洗浄し、次いで、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で中和した後、再度大量の水で洗浄した。その他操作は、実施例1と同様にして、スルファミン酸/尿素処理パルプ(スルホン化パルプとも言う)を得た。
得られたスルファミン酸/尿素処理パルプは、乾燥させること無く、上記処理をもう一回繰り返し、2回処理したスルホン化パルプを得た。
得られた2回処理したスルホン化パルプを再度スルファミン酸/尿素で反応させた。
After the heating reaction, the pulp was washed using a 300 mesh sieve. Specifically, the sulfonated pulp was washed with a large amount of pure water, then neutralized with a saturated sodium hydrogen carbonate solution, and then washed again with a large amount of water. Other operations were the same as in Example 1 to obtain a sulfamic acid/urea-treated pulp (also referred to as a sulfonated pulp).
The resulting sulfamic acid/urea-treated pulp was not dried but the above treatment was repeated once to obtain a sulfonated pulp treated twice.
The resulting twice-treated sulfonated pulp was again reacted with sulfamic acid/urea.

反応液は、純水1Lに対してスルファミン酸が200g、尿素が200gとなるように調製した。つまり、以下のように混合した。
スルファミン酸/尿素比((g/L)/(g/L))=200/200
The reaction liquid was prepared so that 200 g of sulfamic acid and 200 g of urea were added to 1 L of pure water. That is, they were mixed as follows.
Sulfamic acid/urea ratio ((g/L)/(g/L))=200/200

パルプは絶乾重量として10gを計り取り、パルプ100質量部に対して、150質量部の反応液を含浸させた。具体的には、パルプ絶乾重量10gに対し、反応液の固形分重量15gとなるように混合し、パルプに対して薬液が均一に含浸するように揉み解した。上記反応液が含浸したパルプスラリーを恒温槽の温度が50℃の乾燥機内で、重量変化がなくなるまで(つまり水分率が平衡状態になるまで)乾燥した。この乾燥したパルプを以下の反応条件で加熱反応(スルホン化反応)を行った。
恒温槽の温度:120℃、加熱時間:25分
The pulp was weighed to an absolute dry weight of 10 g, and 150 parts by mass of the reaction liquid was impregnated with 100 parts by mass of the pulp. Specifically, the mixture was mixed so that the dry weight of the pulp was 10 g and the solid content of the reaction liquid was 15 g, and the pulp was kneaded so that the chemical liquid was uniformly impregnated into the pulp. The pulp slurry impregnated with the above reaction liquid was dried in a drier having a temperature of 50° C. in a constant temperature bath until there was no change in weight (that is, until the moisture content was in an equilibrium state). This dried pulp was subjected to a heating reaction (sulfonation reaction) under the following reaction conditions.
Temperature of constant temperature bath: 120°C, heating time: 25 minutes

加熱反応後、300メッシュふるいを用いて、パルプを洗浄した。具体的には、スルホン化後のパルプを大量の純水で洗浄し、次いで、飽和炭酸水素ナトリウム溶液で中和した後、再度大量の水で洗浄した。その他操作は、実施例1と同様にして、スルホン化パルプを得た。 After the heating reaction, the pulp was washed using a 300 mesh sieve. Specifically, the sulfonated pulp was washed with a large amount of pure water, then neutralized with a saturated sodium hydrogen carbonate solution, and then washed again with a large amount of water. Other operations were the same as in Example 1 to obtain a sulfonated pulp.

この得られた3回処理した洗浄後のスルホン化パルプを固形分濃度が0.5質量%となるように調製し、微細化処理を行った。
微細化処理には、高圧ホモジナイザーを使用した。高圧ホモジナイザーの圧力は60MPaとした。また、パス回数は目視にて粗大繊維が視認できなくなるまで行い、スルホン化微細セルロース繊維を得た。
得られたスルホン化微細セルロース繊維を乾燥して調製した微細セルロース繊維含有乾燥固形物の再分散性試験や評価は、実施例1と同様にして実施した。
The sulfonated pulp after the washing, which had been treated three times, was prepared so as to have a solid content concentration of 0.5% by mass, and subjected to a micronization treatment.
A high-pressure homogenizer was used for the miniaturization treatment. The pressure of the high pressure homogenizer was 60 MPa. Further, the number of passes was repeated until the coarse fibers could not be visually observed to obtain sulfonated fine cellulose fibers.
The redispersibility test and evaluation of the dried solid containing fine cellulose fibers prepared by drying the obtained sulfonated fine cellulose fibers were carried out in the same manner as in Example 1.

すなわち、実施例16では、1〜2回目の処理は、反応液をパルプ絶乾重量として100質量部に対して固形分重量として150質量部となるようにした点、反応液をパルプに含浸させた後、吸引ろ過による脱水をすることなく加熱反応に供した点以外、実施例1と同様にしてスルホン化パルプを調製した。
3回目の処理では、反応液をパルプ絶乾重量として100質量部に対して固形分重量として150質量部となるようにした点、反応液をパルプに含浸させた後、吸引ろ過による脱水をすることなく加熱反応に供した点、加熱反応の時間を25分とした点以外、実施例1と同様にしてスルホン化パルプを得た。
That is, in Example 16, the first and second treatments were carried out by impregnating the reaction liquid into the pulp by adjusting the reaction liquid to 150 parts by mass as the solid content relative to 100 parts by mass as the dry weight of the pulp. After that, a sulfonated pulp was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was subjected to a heating reaction without being dehydrated by suction filtration.
In the third treatment, the reaction liquid was made to be 150 parts by mass as the solid content with respect to 100 parts by mass as the dry weight of the pulp, and the pulp was impregnated with the reaction liquid and then dehydrated by suction filtration. A sulfonated pulp was obtained in the same manner as in Example 1, except that the heating reaction was performed without heating and the heating reaction time was 25 minutes.

(実施例17)
乾燥工程において、恒温槽の温度を40℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行った以外、実施例16と同様にして実施した。
なお、この実験では、微細化処理して乾燥工程後に得られた微細セルロース繊維含有乾燥固形物は、水分率が10%以下となるように調製した。
(Example 17)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 16 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 40°C.
In this experiment, the fine cellulose fiber-containing dry solid obtained after the drying process after the micronization treatment was prepared so that the water content was 10% or less.

(実施例18)
乾燥工程において、恒温槽の温度を70℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行った以外、実施例16と同様にして実施した。
なお、この実験では、微細化処理して乾燥工程後に得られた微細セルロース繊維含有乾燥固形物は、水分率が10%以下となるように調製した。
(Example 18)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 16 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 70°C.
In this experiment, the fine cellulose fiber-containing dry solid obtained after the drying process after the micronization treatment was prepared so that the water content was 10% or less.

(実施例19)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行った以外、実施例16と同様にして実施した。
(Example 19)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 16 except that heat drying was carried out with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(実施例20)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行い、乾燥後の水分率を46%とした以外、実施例17と同様にして実施した。
(Example 20)
In the drying step, the drying process was performed in the same manner as in Example 17, except that the drying process was carried out by heating with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105° C., and the moisture content after drying was 46%.

(実施例21)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行い、乾燥後の水分率を75%とした以外、実施例17と同様にして実施した。
(Example 21)
In the drying step, the drying was carried out in the same manner as in Example 17, except that the drying was performed with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105° C., and the moisture content after drying was 75%.

(比較例1)
乾燥工程において、恒温槽の温度を70℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例1と同様にして実施した。
(Comparative Example 1)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 1 except that heat drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 70°C.

(比較例2)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例1と同様にして実施した。
(Comparative example 2)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 1 except that heat drying was performed by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(比較例3)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、実施例3と同様にして実施した。
(Comparative example 3)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Example 3 except that heat drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(比較例4)
反応液の調製工程において、パルプ100重量部に対して、スルファミン酸は250重量部、尿素は125重量部となるように調製した以外、実施例1と同様にして実施した。
(Comparative Example 4)
In the step of preparing the reaction liquid, the same procedure as in Example 1 was carried out except that sulfamic acid was 250 parts by weight and urea was 125 parts by weight with respect to 100 parts by weight of pulp.

(比較例5)
乾燥工程において、恒温槽の温度を40℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、比較例4と同様にして実施した。
(Comparative example 5)
In the drying step, it was carried out in the same manner as Comparative Example 4 except that the drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 40°C.

(比較例6)
乾燥工程において、恒温槽の温度を70℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、比較例4と同様にして実施した。
(Comparative example 6)
In the drying step, it was carried out in the same manner as in Comparative Example 4 except that the drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 70°C.

(比較例7)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、比較例4と同様にして実施した。
(Comparative Example 7)
In the drying step, the drying was performed in the same manner as in Comparative Example 4 except that the drying was performed with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(比較例8)
(リン酸エステル化微細セルロース繊維含有物の作成)
実施例1に供したものと同じNBKPを用い、NBKPの絶乾質量として100質量部に対しリン酸二水素アンモニウム56質量部、尿素150質量部となるように圧搾し、薬液含浸パルプを得た。該薬液含浸パルプを105℃の雰囲気下で乾燥させた後、反応工程として140℃の雰囲気温度下で20分間加熱し、リン酸基を導入した以外、実施例1と同様に実施した。
(Comparative Example 8)
(Preparation of phosphate esterified fine cellulose fiber-containing material)
Using the same NBKP as that used in Example 1, it was squeezed to 100 parts by mass of NBKP as an absolute dry mass of 56 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate and 150 parts by mass of urea to obtain a chemical-impregnated pulp. .. The chemical liquid-impregnated pulp was dried in an atmosphere of 105° C., and then heated in an atmosphere temperature of 140° C. for 20 minutes as a reaction step to introduce a phosphate group, and the same procedure as in Example 1 was carried out.

(リン酸基導入量の測定)
得られた上記リン酸エステル化微細セルロース繊維中のリン酸基量をアルカリ滴定により測定した。具体的には以下のように実施した。前処理として、リン酸エステル化微細セルロース繊維スラリーを、固形分濃度が0.2質量%になるように純水で希釈した後、スラリーに対して10体積%の強酸性イオン交換樹脂を混合し1時間振とうし、目開きが90μmメッシュの金網にてスラリーのみを分離した。
(Measurement of phosphate group introduction amount)
The amount of phosphoric acid groups in the obtained phosphoric acid esterified fine cellulose fibers was measured by alkali titration. Specifically, it was carried out as follows. As a pretreatment, the phosphoric acid esterified fine cellulose fiber slurry was diluted with pure water so that the solid content concentration was 0.2% by mass, and then 10% by volume of a strongly acidic ion exchange resin was mixed with the slurry. The mixture was shaken for 1 hour, and only the slurry was separated with a wire net having a mesh of 90 μm.

上記前処理により分離したスラリーを使用して、アルカリ滴定を行なった。使用したアルカリ溶液は、水酸化ナトリウム水溶液であり、その濃度は0.1Nとした。具体的には、アルカリ滴下毎に電気伝導度を測定し、そのアルカリ滴定量と電気伝導度のプロットから変極点の滴定量を読み取り、その値を測定に供したリン酸エステル化微細セルロース繊維の固形分重量で除することで、リン酸基量を算出した。(なお、リン酸基には強酸性基と弱酸性基が存在し、これに起因して変極点が2点存在するが、本実験では強酸性基量をリン酸基量として表記している。) Alkali titration was performed using the slurry separated by the above pretreatment. The alkaline solution used was an aqueous sodium hydroxide solution, and its concentration was 0.1N. Specifically, the electrical conductivity is measured for each alkali drip, the titer of the inflection point is read from the alkali titer and the plot of the electrical conductivity, and the value of the phosphate esterified fine cellulose fiber used for the measurement is read. The amount of phosphate group was calculated by dividing by the solid content weight. (Note that the phosphoric acid group has a strongly acidic group and a weakly acidic group, and there are two inflection points due to this, but in this experiment, the amount of the strongly acidic group is expressed as the amount of the phosphoric acid group. .)

(比較例9)
乾燥工程において、恒温槽の温度を40℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、比較例8と同様にして実施した。
(Comparative Example 9)
In the drying step, the drying was performed in the same manner as in Comparative Example 8 except that the drying was performed with a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 40°C.

(比較例10)
乾燥工程において、恒温槽の温度を70℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、比較例8と同様にして実施した。
(Comparative Example 10)
In the drying step, it was carried out in the same manner as Comparative Example 8 except that heat drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 70°C.

(比較例11)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行なった以外、比較例8と同様にして実施した。
(Comparative Example 11)
In the drying step, it was carried out in the same manner as Comparative Example 8 except that the drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(比較例12)
<カルボキシ化CNFの製造>
実施例1に供したものと同じNBKPに、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−オキシラジカル(以下TEMPOと記載する)と臭化物を触媒として、次亜塩素酸塩存在下でNBKPにカルボキシ基を導入した。
(Comparative Example 12)
<Production of carboxylated CNF>
In the same NBKP as used in Example 1, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-oxy radical (hereinafter referred to as TEMPO) and bromide were used as catalysts in the presence of hypochlorite. A carboxy group was introduced into NBKP.

具体的には、TEMPO(Sigma Aldrich社)78mgと臭化ナトリウム754mgを水に溶解した水溶液を作製後、NBKPを絶乾重量として5gを加え均一になるまで撹拌し、触媒成分の入ったパルプスラリーを得た。得られたパルプスラリーに2M次亜塩素酸ナトリウム水溶液を16.25mL添加した後、0.5N塩酸水溶液を添加しpH10.3に調整し、酸化反応を開始した。酸化反応中は、pHが経時的に低下していくが、3時間後にpHの低下が確認できなくなったため、この時点で反応終了とみなし、十分に水洗しカルボキシ化パルプを得た。上記カルボキシ化パルプを得た工程以外、実施例9と同様に実施した。 Specifically, 78 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) and 754 mg of sodium bromide were dissolved in water to prepare an aqueous solution, and then 5 g of NBKP as an absolute dry weight was added and stirred until uniform, and a pulp slurry containing a catalyst component was prepared. Got After adding 16.25 mL of 2M sodium hypochlorite aqueous solution to the obtained pulp slurry, 0.5N hydrochloric acid aqueous solution was added and it adjusted to pH 10.3 and started the oxidation reaction. During the oxidation reaction, the pH decreased with time, but the decrease in pH could not be confirmed after 3 hours. Therefore, the reaction was considered to be completed at this point, and the pulp was thoroughly washed with water to obtain carboxylated pulp. The same procedure as in Example 9 was carried out except for the step of obtaining the above-mentioned carboxylated pulp.

(カルボキシル基量の測定)
得られた上記カルボキシ化微細セルロース繊維中のカルボキシ基は、微細化処理前のカルボキシ化パルプをアルカリ滴定することにより測定した。具体的には以下のように実施した。絶乾重量0.3gのカルボキシ化パルプを精秤し、固形分濃度が0.5%になるように純水で希釈した。得られたカルボキシ化パルプスラリーに、0.1M塩酸水溶液を加えpH2.5とした後、アルカリ滴定に供した。使用したアルカリ溶液は、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液であり、pH11となるまで、アルカリ溶液を滴下する毎に電気伝導度を測定することで、アルカリ滴定量と電気伝導度のプロットを得た。得られたプロットから変極点の滴定量を読み取り、その値を測定に供したカルボキシ化パルプの固形分重量で除することで、カルボキシ基量を算出した。
(Measurement of the amount of carboxyl groups)
The carboxy group in the obtained carboxylated fine cellulose fiber was measured by alkali titration of the carboxylated pulp before the grain refining treatment. Specifically, it was carried out as follows. Carboxylated pulp having an absolute dry weight of 0.3 g was precisely weighed and diluted with pure water so that the solid content concentration became 0.5%. The obtained carboxylated pulp slurry was adjusted to pH 2.5 with 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution, and then subjected to alkali titration. The alkaline solution used was a 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution, and the electrical conductivity was measured each time the alkaline solution was dropped until the pH reached 11, thereby obtaining a plot of the alkaline titration amount and the electrical conductivity. .. The amount of carboxy groups was calculated by reading the titration amount at the inflection point from the obtained plot and dividing the value by the weight of the solid content of the carboxylated pulp used for the measurement.

(比較例13)
(亜リン酸エステル化微細セルロース繊維含有物の作成)
実施例1に供したものと同じNBKPを用い、反応のための薬品を、パルプ100質量部に対して、亜リン酸水素ナトリム・5水和物130質量部、尿素108質量部し、反応工程として180℃の雰囲気温度下で過熱した以外、実施例9と同様にして実施した。
(Comparative Example 13)
(Preparation of Phosphite Esterified Fine Cellulose Fiber-Containing Material)
Using the same NBKP as that used in Example 1, the reaction chemicals were added to 100 parts by mass of pulp, 130 parts by mass of sodium hydrogen phosphite pentahydrate, 108 parts by mass of urea, and a reaction step. Was carried out in the same manner as in Example 9 except that it was heated at an ambient temperature of 180°C.

(亜リン酸基導入量の測定)
得られた上記亜リン酸エステル化微細セルロース繊維分散液中の亜リン酸基量は、比較例10と同様にして測定した。
(Measurement of phosphite group introduction amount)
The amount of phosphite groups in the obtained phosphorous acid esterified fine cellulose fiber dispersion was measured in the same manner as in Comparative Example 10.

なお、前述した実施例と比較例は、微細セルロース繊維分散液を分散剤等の添加物を使用せずに乾燥させたものである。 In the above-mentioned Examples and Comparative Examples, fine cellulose fiber dispersions were dried without using additives such as dispersants.

(比較例14)
化学修飾が施されていない微細セルロース繊維(株式会社スギノマシン社製、BiNFi−s、FMa‐10002)を水に分散させた分散液を乾燥工程に供し、乾燥固形物を調製した。この調製した乾燥固形物の再分散性試験や評価は、実施例1と同様にして実施した。
具体的には、上記スギノマシン社製の微細セルロース繊維(製品出荷時の固形分濃度が2質量%)を、固形分濃度0.5重量%になるように純水と混合し、均一になるまでシェイキングし、一晩放置した。この一晩放置後の分散液を乾燥工程に供して乾燥固形物を調製した。
(Comparative Example 14)
A fine solid cellulose fiber (BiFiFi-s, FMa-1002, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) that had not been chemically modified was dispersed in water, and the dispersion was subjected to a drying step to prepare a dry solid. The redispersibility test and evaluation of this prepared dry solid were carried out in the same manner as in Example 1.
Specifically, the fine cellulose fibers manufactured by Sugino Machine Ltd. (the solid content concentration at the time of product shipment is 2% by mass) are mixed with pure water so that the solid content concentration becomes 0.5% by weight, and the mixture is homogenized. Shaking until left overnight. The dispersion liquid after standing overnight was subjected to a drying step to prepare a dried solid substance.

(比較例15)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行った以外、比較例14と同様にして実施した。
(Comparative Example 15)
In the drying step, it was carried out in the same manner as Comparative Example 14 except that the drying was carried out by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105°C.

(比較例16)
乾燥工程において、恒温槽の温度を105℃に設定した乾燥機で加熱乾燥を行い、乾燥後の水分率を85%とした以外、比較例15と同様にして実施した。
(Comparative Example 16)
In the drying step, the drying was performed in the same manner as in Comparative Example 15 except that the drying was performed by a dryer in which the temperature of the constant temperature bath was set to 105° C. and the moisture content after drying was 85%.

(結果)
図2には、比較例4、実施例1、実施例3、実施例10〜実施例16、実施例18〜実施例21、比較例8、比較例14〜比較例16の測定結果(微細セルロース繊維分散液と再分散後の微細セルロース繊維再分散液の透明度、粘度特性等)を示す。
図3には、実施例および比較例の評価試験の結果を示す。
図4には、評価試験結果をスルホ基導入量(硫黄導入量)と乾燥温度との関係で示した。なお、図4中において、「○」は実施例を示し、「×」は比較例を示している。
(result)
FIG. 2 shows the measurement results of Comparative Example 4, Example 1, Example 3, Example 10 to Example 16, Example 18 to Example 21, Comparative Example 8, and Comparative Example 14 to Comparative Example 16 (fine cellulose). The transparency and viscosity characteristics of the fiber dispersion and the redispersed fine cellulose fiber are shown.
FIG. 3 shows the results of evaluation tests of Examples and Comparative Examples.
In FIG. 4, the evaluation test results are shown by the relationship between the sulfo group introduction amount (sulfur introduction amount) and the drying temperature. In FIG. 4, “◯” indicates an example and “x” indicates a comparative example.

図2、図3に示すように、本願発明では、分散剤等の添加剤を使用していないにもかかわらず、再分散後の凝集した繊維の沈降が見られず、さらに、再分散後においても粘度特性や透明性(全光線透過率、ヘイズ値)が大きく低下しておらず、優れた再分散性を有していることがわかる。
なお、図2に示すように、比較例14〜比較例16に示すように化学修飾を行っていない微細セルロース繊維の場合には、乾燥固形物を分散させた再分散液の評価試験はいずれも「×」であり、「凝集している繊維が見られ、さらに沈降している」という結果となった。しかも乾燥固形物の水分率を85%となるように調製した場合でも同様の評価となった。このため、いずれの乾燥固形物を分散させた再分散液においても、透明度(全光線透過率およびヘイズ値)も粘度に関しても適切に測定することができなかった。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, in the present invention, even though no additive such as a dispersant is used, no sedimentation of aggregated fibers after redispersion is observed, and further, after redispersion, Also, it can be seen that the viscosity property and the transparency (total light transmittance, haze value) are not significantly lowered, and that they have excellent redispersibility.
As shown in FIG. 2, in the case of the fine cellulose fibers not chemically modified as shown in Comparative Examples 14 to 16, all the evaluation tests of the redispersed liquid in which the dried solid matter is dispersed are performed. The result was "x" and "agglomerated fibers were seen and further settled". Moreover, the same evaluation was made when the water content of the dried solid was adjusted to 85%. For this reason, the transparency (total light transmittance and haze value) and the viscosity of the redispersion liquid in which any of the dry solids is dispersed could not be appropriately measured.

本発明の微細セルロース繊維含有乾燥固形物、および、微細セルロース繊維再分散液は、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岐にわたる用途に好適に用いることができ、これらの分野に用いられる複合化材料の原料などとしても好適に用いることができる。特に、本発明の微細セルロース繊維再分散液は、再分散後であるにもかかわらず、優れた透明性を確保しており、透明フィルム、光学ディスプレイ等の透明基材として好適に用いることができる。また、高い粘性を有しているため、化粧品、食品、医薬品、塗料、インク、セメント、その他生活用品や工業用品の増粘剤として好適に用いることができる。 The fine cellulose fiber-containing dry solid of the present invention, and the fine cellulose fiber redispersion can be suitably used for various applications in various fields such as the industrial field, the food field, the medical field, and the cosmetic field. It can also be suitably used as a raw material of a composite material used in the field of. In particular, the fine cellulose fiber redispersion liquid of the present invention ensures excellent transparency even after redispersion, and can be suitably used as a transparent substrate such as a transparent film and an optical display. .. Further, since it has a high viscosity, it can be suitably used as a thickener for cosmetics, foods, pharmaceuticals, paints, inks, cements, and other household products and industrial products.

Claims (3)

スルホン化微細セルロース繊維を乾燥させた再分散性を有する乾燥物を製造する方法であって、
パルプを化学的に処理してスルホ基に起因する硫黄導入量が0.5mmol/g〜3.0mmol/gとなるようにスルホン化されたパルプを調製する化学処理工程と、
該化学処理工程後のパルプを平均繊維幅が1nm〜1000nmの微細セルロース繊維に微細化する微細化処理工程と、
該微細処理工程後の微細化したスルホン化微細セルロース繊維を水に分散させた混合物を水分率が80%以下となるように乾燥する乾燥工程と、
を順に行う方法であり、
前記化学処理工程が、
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、
該接触工程後のパルプ(ただし、無水塩化カルシウムを入れたデシケータ内にて減圧乾燥処理した絶乾のパルプを除く。)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1分以上となるように調整し、
前記混合物を乾燥する乾燥工程では、
前記乾燥温度が、前記スルホン化微細セルロース繊維のスルホ基に起因する硫黄導入量との関係において、以下の(1)〜(3)のいずれかの条件を満たす
ことを特徴とする微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法。

(1)硫黄導入量が0.5mmol/g以上0.9mmol/gよりも低い前記スルホン化微細セルロース繊維を分散させた前記混合物は、40℃以下で乾燥する。
(2)硫黄導入量が0.9mmol/g以上1.4mmol/gよりも低い前記スルホン化微細セルロース繊維を分散させた前記混合物は、70℃以下で乾燥する。
(3)硫黄導入量が1.4mmol/g以上3.0mmol/g以下の前記スルホン化微細セルロース繊維を分散させた前記混合物は、120℃以下で乾燥する。
A method for producing a dried product having redispersibility obtained by drying a sulfonated fine cellulose fiber,
A chemical treatment step of chemically treating the pulp to prepare a sulfonated pulp such that the amount of sulfur introduced due to the sulfo group is 0.5 mmol/g to 3.0 mmol/g ;
A refining treatment step of refining the pulp after the chemical treatment step into fine cellulose fibers having an average fiber width of 1 nm to 1000 nm;
A drying step of drying the mixture obtained by dispersing the finely divided sulfonated fine cellulose fibers in water after the fine treatment step so that the water content is 80% or less;
Is done in order,
The chemical treatment step,
A contacting step of contacting a sulfamic acid having a sulfo group and urea with a reaction liquid dissolved in water with respect to the pulp fibers constituting the pulp;
The pulp after the contacting step (however, except the absolutely dried pulp which has been dried under reduced pressure in a desiccator containing anhydrous calcium chloride) is supplied to the reaction step, and in the reaction step, the cellulose constituting the pulp fiber is removed. The step of introducing a sulfo group into a part of the hydroxyl groups, and sequentially,
The reaction step is
In the step of heating the pulp fibers in a state where the reaction liquid is in contact with the reaction solution after the contacting step, to proceed the reaction,
The reaction temperature is adjusted to 100° C. to 180° C. and the reaction time is adjusted to 1 minute or more,
In the drying step of drying the mixture,
The drying temperature is, in relation to the sulfur introduced amount due to sulpho groups of the sulfonated fine cellulose fibers, the following (1) to (3) either condition is satisfied fine cellulose fiber-containing, wherein the Method for producing dried solid matter.

(1) The mixture in which the sulfonated fine cellulose fiber having a sulfur introduction amount of 0.5 mmol/g or more and lower than 0.9 mmol/g is dispersed is dried at 40° C. or less.
(2) The mixture in which the sulfonated fine cellulose fibers having a sulfur introduction amount of 0.9 mmol/g or more and less than 1.4 mmol/g are dispersed is dried at 70°C or less.
(3) The mixture in which the sulfonated fine cellulose fibers having a sulfur introduction amount of 1.4 mmol/g or more and 3.0 mmol/g or less are dispersed is dried at 120° C. or less.
前記微細化処理工程後の微細セルロース繊維を固形分濃度が0.5質量%となるように水に分散させた前記混合物を乾燥前分散液とし、前記乾燥工程後の混合物を固形分濃度が0.5質量%となるように水に分散させた分散液を乾燥後再分散液とした場合の、下記の(1)式より求められる前記乾燥工程後の混合物のB型粘度復元率が30%以上である
ことを特徴とする請求項1記載の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法。

(B型粘度復元率)
B型粘度復元率(%)=(乾燥後再分散液の粘度)/(乾燥前分散液の粘度)×100 ・・・(1)
(粘度:B型粘度計を用いて、25℃、回転数12rpm、3分間回転させることで測定される粘度mPa・s)
The mixture obtained by dispersing the fine cellulose fibers after the refining treatment step in water so that the solid content concentration becomes 0.5% by mass is used as a pre-drying dispersion, and the mixture after the drying step has a solid content concentration of 0. The B-type viscosity recovery rate of the mixture after the drying step, obtained by the following formula (1), is 30% when the dispersion liquid dispersed in water so as to be 0.5% by mass is used as a redispersion liquid after drying. It is above, The manufacturing method of the dry solid material containing a fine cellulose fiber of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

(B type viscosity recovery rate)
B-type viscosity recovery rate (%)=(viscosity of redispersion liquid after drying)/(viscosity of dispersion liquid before drying)×100 (1)
(Viscosity: Viscosity mPa·s measured by rotating with a B-type viscometer at 25° C., rotation speed 12 rpm, 3 minutes)
前記混合物を、480hPa以下で減圧乾燥する
ことを特徴とする請求項1または2記載の微細セルロース繊維含有乾燥固形物の製造方法。
The method for producing a dry solid containing fine cellulose fibers according to claim 1 or 2, wherein the mixture is dried under reduced pressure at 480 hPa or less.
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