JP6816837B1 - 分散液 - Google Patents

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Abstract

【課題】透明性に優れ、かつカールが抑制されたシートを提供する。【解決手段】繊維幅が1000nm以下であり、イオン性置換基を有する繊維状セルロースを含む分散液であって、繊維状セルロースの含有量が分散液の全質量に対して3.0質量%以上であり、下記条件(a)により算出した前記分散液のTI値が1以上80000以下である、分散液に関する。条件(a):レオメーターを用い、前記分散液のせん断速度1sec-1の条件における粘度(η1)と、前記分散液のせん断速度1000sec-1の条件における粘度(η2)を測定し、下記式によりTI値を算出する。TI値=η1/η2【選択図】なし

Description

本発明は、分散液に関する。具体的には、本発明は、微細繊維状セルロースを含有する分散液に関する。
従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。
微細繊維状セルロースを製造する際には、セルロース原料を含むスラリーを解繊処理(機械処理)することが行われている。例えば、特許文献1には、セルロース原料を酵素で処理する工程と、酵素処理後のセルロース原料を解繊する工程を含有する微細繊維の製造方法が開示されている。ここでは、酵素処理を行うことでセルロース原料を充分に微細化し、微細繊維の収率を高めることが検討されている。また、特許文献1では、繊維長が長く、かつアスペクト比の大きな微細繊維を製造することを目的としている。
また、特許文献2には、平均繊維幅が200nm以下であり、重合度が50以上500以下であり、所定の極性基を有する微細繊維状セルロースが開示されている。ここでは、エマルション樹脂と混ぜ合わせた際に凝集物を形成しにくい微細繊維状セルロースを得ることが検討されている。なお、特許文献2の実施例では、重合度が248〜454であり、0.5%濃度における粘度が108〜740の分散液が得られている。
国際公開第2013/176033号 特開2014−34673号公報
微細繊維状セルロースを含む分散液の用途は多岐にわたり、その加工方法についても種々の検討がなされている。例えば、微細繊維状セルロース分散液を塗工もしくは抄紙することで微細繊維状セルロース含有シートを形成することが検討されている。しかしながら、従来の微細繊維状セルロース分散液からシートを形成しようした場合、得られるシートの透明性が劣ったり、シートにカールが発生したりすることが本発明者らの検討により明らかとなった。
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、透明性に優れ、かつカールが抑制されたシートを提供することを目的として検討を進めた。
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、繊維幅が1000nm以下であり、イオン性置換基を有する繊維状セルロースを含む分散液において、繊維状セルロースの含有量を分散液の全質量に対して3.0質量%以上とし、かつ、分散液のTI値を1以上80000以下とすることにより、透明性に優れ、かつカールが抑制されたシートが得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[1] 繊維幅が1000nm以下であり、イオン性置換基を有する繊維状セルロースを含む分散液であって、
繊維状セルロースの含有量が分散液の全質量に対して3.0質量%以上であり、
下記条件(a)により算出した分散液のTI値が1以上80000以下である、分散液;
条件(a):レオメーターを用い、分散液のせん断速度1sec-1の条件における粘度(η1)と、分散液のせん断速度1000sec-1の条件における粘度(η2)を測定し、下記式によりTI値を算出する。
TI値=η1/η2
[2] 繊維状セルロースの含有量が分散液の全質量に対して4.0質量%以上である、[1]に記載の分散液。
[3] 繊維状セルロースの含有量が分散液の全質量に対して5.0質量%以上である、[1]に記載の分散液。
[4] 繊維状セルロースの含有量が分散液の全質量に対して6.0質量%以上である、[1]に記載の分散液。
[5] イオン性置換基は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基である、[1]〜[4]のいずれかに記載の分散液。
[6] 分散液を0.2質量%濃度とした際のヘーズが95%以下である、[1]〜[5]のいずれかに記載の分散液。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載の分散液から形成されるシート。
本発明によれば、透明性に優れ、かつカールが抑制されたシートを得ることができる。
図1は、シートの耐カール性を評価する方法を説明する図である。 図2は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。 図3は、カルボキシ基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。
(分散液)
本発明は、繊維幅が1000nm以下であり、イオン性置換基を有する繊維状セルロースを含む分散液に関する。本発明の分散液においては、繊維状セルロースの含有量が分散液の全質量に対して3.0質量%以上であり、下記条件(a)により算出したTI値が1以上80000以下である。
条件(a):レオメーターを用い、分散液のせん断速度1sec-1の条件における粘度(η1)と、分散液のせん断速度1000sec-1の条件における粘度(η2)を測定し、下記式によりTI値を算出する。
TI値=η1/η2
なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロースともいう。また、微細繊維状セルロースを含む分散液を、微細繊維状セルロース分散液もしくは微細繊維状セルロース含有スラリーともいう。
本発明の分散液は上記構成を有する分散液であるため、透明性に優れ、かつカールが抑制されたシートを形成することができる。従来、微細繊維状セルロースを3.0質量%以上含む分散液においては、その粘度が高いために、このような分散液からシートを形成することができないか、もしくはシートを形成したとしても、そのシートはカール幅が大きいものであった。また、形成されたシートにおいては、透明性が劣る場合があった。しかしながら、本発明においては、微細繊維状セルロース分散液の濃度を高濃度とし、かつこのような高濃度の分散液のTI値を所定範囲にコントロールすることにより、分散液から形成されるシートの透明性と耐カール性を高めることに成功した。このように、本発明の分散液からシートを形成した際には、高透明で、かつカールが抑制されたシートが得られる。
本発明の分散液から形成されるシートにおいては、カールの発生が抑制されている。すなわち、本発明の分散液から形成されるシートは耐カール性に優れている。耐カール性を評価する際には、まず、評価用のシートを形成する。具体的には、微細繊維状セルロースの固形分質量が100質量部、ポリエチレンオキサイドの固形分質量が20質量部となるように各成分を分散した溶液を混合して塗工液を作製する。次いで、得られるシート(上記塗工液の固形分から構成される層)の仕上がり厚みが40μmになるように塗工液を計量してシートを形成する。次いで、得られた微細繊維状セルロース含有シートを幅15mm×長さ130mmの試験片となるように切り出し、図1に示すように、試験片50の一方の短辺を含む端部を幅30mm×長さ30mm×高さ25mmのカール試験用治具55で支持し(治具から長さ100mmの試験片が露出する)、温度23℃、相対湿度50%の環境下にて、水平な台の上に試験片の幅方向が台に対して垂直になるよう(試験片の長手方向が台に対して平行になるよう)に静置する。そして、試験片50の末端のカール幅を測定し、カール幅C0(図1におけるC0の距離)とする。24時間静置後再度カール幅を測定しC1(図1におけるC1の距離)とし、C1−C0をカール量とする。このように測定されたカール幅から、カール量C1−C0の値算出した場合、C1−C0は、25mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましい。なお、C1−C0は0mmであってもよい。そして、カールが25mm以下である場合に、シートの耐カール性に優れていると判定できる。
なお、本発明の分散液はシートの用途に限定されるものではない。本発明の分散液は、高濃度の分散液として、さらなる用途の拡大が期待される。
また、本発明の分散液は、微細繊維状セルロースを高濃度で含む分散液であるため、その保管コストや輸送コストの大幅な削減が可能となる。従来、微細繊維状セルロースを含む分散液においては、微細繊維状セルロースの濃度は、2質量%程度であった。一方で、本発明の分散液では、微細繊維状セルロースの含有量を3.0質量%以上もの高濃度とすることが可能となったため、保管コストや輸送コストの大幅な削減が可能となり、さらに、分散液の生産効率を高めることもできる。
微細繊維状セルロースの含有量は分散液の全質量に対して3.0質量%以上であればよく、4.0質量%以上であることが好ましく、5.0質量%以上であることがより好ましく、6.0質量%以上であることがさらに好ましい。なお、分散液中における微細繊維状セルロースの含有量の上限値は特に限定されるものではないが、例えば20質量%とすることができる。このように、本発明の分散液は、高濃度の微細繊維状セルロース分散液である。分散液における微細繊維状セルロースの含有量を上記範囲内とすることにより、分散液からシートを形成した際には、シートの耐カール性をより効果的に高めることができる。これは、高濃度の微細繊維状セルロース分散液からシートを形成することにより、シート製造工程への持込水分量を減らすことができ、これにより加熱時の熱収縮の発生を抑制できるためであると考えられる。
分散液のTI値は1以上であればよく、10以上であることが好ましく、30以上であることがより好ましく、50以上であることがさらに好ましく、70以上であることが一層好ましく、100以上であることが特に好ましい。また、分散液のTI値は80,000以下であればよく、70,000以下であることが好ましく、50,000以下であることがより好ましく、30,000であることがさらに好ましく、20,000以下であることが特に好ましい。分散液のTI値を上記範囲内とすることにより、分散液からシートを形成した際には、シートの耐カール性をより効果的に高めることができる。
ここで、分散液のTI値は下記条件(a)により算出される値である。
条件(a):レオメーターを用い、分散液のせん断速度1sec-1の条件における粘度(η1)と、分散液のせん断速度1000sec-1の条件における粘度(η2)を測定し、下記式によりTI値を算出する。
TI値=η1/η2
具体的に、粘度(η1)と粘度(η2)は、下記の条件で測定される。測定に用いられるレオメーターとしては例えば、HAAKE社製、RheoStress6000を用いることができる。
測定温度:23℃
測定治具:コーンプレート(直径40mm、角度1°)
せん断速度:0.001〜1000sec-1
データ点数:100点
データ分布:Log間隔
測定時間:5分
分散液のせん断速度1sec-1の条件における粘度(η1)は、1Pa・s以上であることが好ましく、10Pa・s以上であることがより好ましく、50Pa・s以上であることがさらに好ましい。せん断速度1sec-1の条件における粘度(η1)は、5,000Pa・s以下であることが好ましく、4,000Pa・s以下であることがより好ましく、3,000Pa・s以下であることがさらに好ましい。また、分散液のせん断速度1000sec-1の条件における粘度(η2)は、0.007Pa・s以上であることが好ましく、0.01Pa・s以上であることがより好ましく、0.05Pa・s以上であることがさらに好ましい。せん断速度1000sec-1の条件における粘度(η2)は、100Pa・s以下であることが好ましく、50Pa・s以下であることがより好ましく、10Pa・s以下であることがさらに好ましい。
分散液を0.2質量%濃度とした際のヘーズは、95%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましく、80%以下であることがさらに好ましく、70%以下であることが一層好ましく、50%以下であることがより一層好ましく、30%以下であることがさらに一層好ましく、10%以下であることが特に好ましく、5%以下であることが最も好ましい。なお、分散液を0.2質量%濃度とした際のヘーズは、0%であってもよい。分散液のヘーズを測定する際には、微細繊維状セルロースの濃度を0.2質量%に調整した後にヘーズを測定する。分散液のヘーズは、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG−40、逆光路)に濃度を0.2質量%に調整した分散液を入れ、JIS K 7136に準拠し、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて測定される値である。なお、測定対象の分散液は測定前に、23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置する。また、ヘーズ測定の際のゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。0.2質量%濃度の分散液のヘーズを上記範囲内とすることにより、透明性に優れたシートを形成しやすくなる。
分散液の粘度を測定する際には、微細繊維状セルロース分散液を、希釈をせずに粘度を測定する。分散液の粘度はB型粘度計を用いて、23℃で、回転速度0.3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値である。B型粘度計としては、例えば、BLOOKFIELD社製、デジタル粘度計DV2Tを用いることができる。
分散液を3.0質量%濃度とした際の粘度は、1,000万mPa・s以下であることが好ましく、900万mPa・s以下であることがより好ましく、800万mPa・s以下であることがさらに好ましい。また、分散液を3.0質量%濃度とした際の粘度は、10万mPa・s以上であることが好ましく、20万mPa・s以上であることがより好ましく、30万mPa・s以上であることがさらに好ましい。
分散液を6.0質量%濃度とした際の粘度は、5,000万mPa・s以下であることが好ましく、3,000万mPa・s以下であることがより好ましく、2,000万mPa・s以下であることがさらに好ましい。また、分散液を6.0質量%濃度とした際の粘度は、50万mPa・s以上であることが好ましく、70万mPa・s以上であることがより好ましく、100万mPa・s以上であることがさらに好ましい。
分散液を13.0質量%濃度とした際の粘度は、1億mPa・s以下であることが好ましく、5,000万mPa・s以下であることがより好ましく、3,000万mPa・s以下であることがさらに好ましい。また、分散液を13.0質量%濃度とした際の粘度は、100万mPa・s以上であることが好ましく、500万mPa・s以上であることがより好ましく、1000万mPa・s以上であることがさらに好ましい。
本発明の分散液は、微細繊維状セルロースと分散媒とを含む分散液であることが好ましい。分散媒は、特に限定されるものではないが、水を含むことが好ましく、水を主成分として含む溶媒であることがより好ましい。すなわち、本発明の分散液は、微細繊維状セルロースを含む水分散液であることが好ましい。なお、分散媒は有機溶媒であってもよい。有機溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチルピロリドン(NMP)、アニリン、ピリジン、キノリン、ルチジン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジオキサン、エタノール、イソプロパノール等を挙げることができる。また、分散媒としては、これらの有機溶媒と水を混合した混合溶媒を用いることもできる。
本発明の分散液は、微細繊維状セルロースを3.0質量%以上含む高濃度分散液であるが、濃縮工程を経ずに得られる分散液である。また、本発明の分散液は、例えば、微細繊維状セルロースの固形状体を再分散させて得られた分散液とも区別される。すなわち、本発明の分散液は濃縮分散液でもなく、かつ濃縮還元分散液でもない。本発明の分散液は、後述するような解繊処理工程を経て得られた分散液そのものである。このため、本発明の分散液には凝集剤等の濃縮及び濃縮還元に関与する成分が含まれない。
ここで、従来技術においては、分散液に凝集剤を添加したり、加熱濃縮したりすることにより、微細繊維状セルロースの濃度を高めることが検討されている。しかしながら、このように凝集剤や加熱濃縮を行うと微細繊維状セルロースが不均一に凝集し、場合によっては凝集物が形成されるため、分散液のTI値が80000を超えることが本発明者らの検討により明らかとなった。また、凝集物等を再分散させることで得られる分散液においても、微細繊維状セルロースが不均一に分散するため、分散液のTI値を所望の範囲とすることができない。一方で、本発明においては、濃縮工程を経ずに得られる分散液を用いているため、均一性の高い分散液を得ることができる。また、分散液のTI値を1以上80000以下の範囲内とすることができる。このため、本発明の分散液から、例えばシートを形成した際には、透明性が高く、耐カール性に優れたシートが得られる。
(繊維状セルロース)
本発明の分散液は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることがより好ましく、8nm以下であることがさらに好ましい。
繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば1000nm以下である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることが特に好ましい。繊維状セルロースの平均繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、繊維状セルロースによる強度や剛性、寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。
繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、たとえば0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上800μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。
繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば30以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロース(微細繊維状セルロース)は、セルロースナノファイバー(CNF)であり、繊維状セルロース(微細繊維状セルロース)にはセルロースナノクリスタル(CNC)は含まれないものとする。セルロースナノクリスタル(CNC)の軸比(繊維長/繊維幅)は通常
10以上30以下程度である。また、繊維状セルロースの軸比を上記下限値以上とすることにより、たとえば繊維状セルロースを水分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。
本実施形態における繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が上記範囲内にある微細繊維状セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。
本実施形態における繊維状セルロースは、イオン性置換基を有する。イオン性置換基としては、たとえばアニオン性基およびカチオン性基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性置換基としてアニオン性基を有することが特に好ましい。
イオン性置換基としてのアニオン性基としては、たとえばリンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する置換基(単にカルボキシ基ということもある)、およびスルホン基またはスルホン基に由来する置換基(単にスルホン基ということもある)から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基およびカルボキシ基から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リンオキソ酸基であることが特に好ましい。イオン性置換基としてリンオキソ酸基を繊維状セルロースに導入することにより、透明性の高い分散液を得やすくなり、結果としてより透明性に優れたシートが得られやすくなる。
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基である。リンオキソ酸基は、たとえばリン酸からヒドロキシ基を取り除いたものにあたる、2価の官能基である。具体的には−PO32で表される基である。リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基の塩、リンオキソ酸エステル基などの置換基が含まれる。なお、リンオキソ酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)として繊維状セルロースに含まれていてもよい。また、リンオキソ酸基は、たとえば、亜リン酸基(ホスホン酸基)であってもよく、リンオキソ酸基に由来する置換基は、亜リン酸基の塩、亜リン酸エステル基などであってもよい。
式(1)中、a、bおよびnは自然数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αnおよびα’のうちa個がO-であり、残りはR,ORのいずれかである。なお、各αnおよびα’の全てがO-であっても構わない。Rは、各々、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。また、nは1であることが好ましい。
飽和−直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、又はn−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロピル基、又はt−ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−分岐鎖状炭化水素基としては、i−プロペニル基、又は3−ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和−環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又はアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。なお、βb+は有機オニウムイオンであってもよく、この場合、有機アンモニウムイオンであることが特に好ましい。
繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.50mmol/g以下であることが一層好ましく、2.00mmol/g以下であることがより一層好ましく、1.50mmol/g以下であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、1.00mmol/g以上であってもよく、1.00mmol/g未満であってもよい。ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性置換基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。イオン性置換基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、イオン性置換基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを高濃度で含みつつも、ヘーズ値が所定範囲内の分散液が得られやすくなる。
繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。
図2は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図2の上側部に示すような滴定曲線を得る。図2の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図2の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図2において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W−1)×A/1000}
A[mmol/g]:繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の総解離酸量)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
図3は、イオン性置換基としてカルボキシ基を有する繊維状セルロースを含有する分散液に対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有する分散液を強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図3の上側部に示すような滴定曲線を得る。図3の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図3の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ確認され、この極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図3における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の繊維状セルロースを含有する分散液中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出する。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量であることから、酸型の繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(C型))を求めることができる。すなわち、下記計算式によって算出する。
カルボキシ基量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W−1)×(カルボキシ基量(酸型))/1000}
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
滴定法によるイオン性置換基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低いイオン性置換基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5〜30秒に10〜50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。
微細繊維状セルロースの重合度は800以下であることが好ましく、700以下であることがより好ましく、450以下であることがさらに好ましく、300以下であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロースの重合度は100以上であることが好ましく、150以上であることがさらに好ましい。微細繊維状セルロースの重合度を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを高濃度で含みつつも、TI値が所定範囲内の分散液が得られやすくなる。
微細繊維状セルロースの重合度は、Tappi T230に従い測定されたパルプ粘度から計算した値である。具体的には、測定対象の微細繊維状セルロースを、銅エチレンジアミン水溶液に分散させて測定した粘度(ηXとする)、及び分散媒体のみで測定したブランク粘度(η0とする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定する。
ηsp=(ηX/η0)−1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の微細繊維状セルロースの濃度を示す。
さらに、下記式から重合度(DP)を算出する。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
(微細繊維状セルロースの製造方法)
<繊維原料>
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料(セルロース繊維)から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、広葉樹溶解パルプ(LDKP、LDSP)、針葉樹溶解パルプ(NDKP、NDSP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の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。上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。中でも、針葉樹由来のパルプは、後述する解繊処理時の解繊性が良好であり、分散液とした際の透明性がより向上するため好ましく用いられる。
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。
<リンオキソ酸基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程を含む。イオン性置換基導入工程としては、例えば、リンオキソ酸基導入工程が挙げられる。リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
本実施形態に係るリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが特に限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リン酸基の導入効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩または亜リン酸、亜リン酸のナトリウム塩、亜リン酸のカリウム塩、亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、または亜リン酸、亜リン酸ナトリウムがより好ましい。
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1−フェニル尿素、1−ベンジル尿素、1−メチル尿素、および1−エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。
リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。
繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.50mmol/g以下であることが一層好ましく、2.00mmol/g以下であることがより一層好ましく、1.50mmol/g以下であることが特に好ましい。なお、リンオキソ酸基の導入量は、1.00mmol/g以上であってもよく、1.00mmol/g未満であってもよい。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。また、リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを高濃度で含みつつも、ヘーズ値が所定範囲内の分散液が得られやすくなる。
<カルボキシ基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、カルボキシ基導入工程を含んでもよい。カルボキシ基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、特に限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、特に限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。
カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、特に限定されないが、たとえば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。
カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、たとえばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、たとえばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、繊維原料としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、たとえば繊維原料としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。
繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましく、2.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.00mmol/g以下であることが一層より好ましく、1.50mmol/g以下であることがより一層さらに好ましく、1.00mmol/g以下であることが特に好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを高濃度で含みつつも、ヘーズ値が所定範囲内の分散液が得られやすくなる。
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてイオン性置換基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりイオン性置換基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、イオン性置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるイオン性置換基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばイオン性置換基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、イオン性置換基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性置換基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったイオン性置換基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。例えば、イオン性置換基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。
<解繊処理>
イオン性置換基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理(機械処理)することにより、微細繊維状セルロースが得られる。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
解繊処理工程においては、たとえばイオン性置換基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。
解繊処理時のセルロース繊維の濃度は適宜設定できるが、本発明においては、解繊処理時のセルロース繊維の濃度は3.0質量%以上であることが好ましく、4.0質量%以上であることがより好ましく、5.0質量%以上であることがさらに好ましく、6.0質量%以上であることが特に好ましい。また、解繊処理時のセルロース繊維の濃度の上限は特に限定されるものではないが、例えば、20.0質量%としてもよい。本発明においては、解繊処理時のセルロース繊維の濃度を上記範囲内とすることにより、透明性に優れたシートであって、カールが抑制されたシートが得られやすくなる。
また、イオン性置換基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのイオン性置換基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。
<低粘度化処理>
本発明の微細繊維状セルロースの製造方法は、上述したような工程に加えて、さらに低粘度化処理を施す工程を含むことが好ましい。具体的には、上述したように、適宜処理を施したセルロース繊維に解繊処理を施して繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを得る工程と、繊維状セルロースに低粘度化処理を施す工程とを含むことが好ましい。すなわち、本発明の微細繊維状セルロースの製造方法は、例えば、セルロース繊維に解繊処理を施した後に、低粘度化処理を施す工程を含むことが好ましい。なお、解繊処理工程の前に低粘度化処理を施してもよく、例えば、解繊処理の前に低粘度化処理を施した後に、さらに解繊処理の後に低粘度化処理を施してもよい。また、低粘度化処理を施した後に、解繊処理を行い、さらに低粘度化処理を施した後に、再び解繊処理工程を行ってもよい。中でも、より効果的に低粘度化するために、解繊処理の後に低粘度化処理を施すことが好ましい。
低粘度化処理時の微細繊維状セルロースもしくはセルロース繊維の濃度は適宜設定できるが、解繊処理時のセルロース繊維の濃度と同様の濃度であることが好ましい、例えば、低粘度化処理時の微細繊維状セルロースもしくはセルロース繊維の濃度は3.0質量%以上であることが好ましく、4.0質量%以上であることがより好ましく、5.0質量%以上であることがさらに好ましく、6.0質量%以上であることが特に好ましい。また、低粘度化処理時の微細繊維状セルロースもしくはセルロース繊維の濃度の上限は特に限定されるものではないが、例えば、20.0質量%としてもよい。本発明においては、低粘度化処理時のセルロース繊維の濃度を上記範囲内とすることにより、透明性に優れたシートであって、カールが抑制されたシートが得られやすくなる。
低粘度化処理を施す工程としては、例えば、オゾン処理工程、酵素処理工程、酸処理工程、亜臨界水処理工程等を挙げることができる。低粘度化処理を施す工程は、オゾン処理工程、酵素処理工程及び酸処理工程から選択される少なくとも1種であることが好ましく、オゾン処理工程及び酵素処理工程から選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。
オゾン処理工程では、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)にオゾンを添加する。オゾンを添加する際には、例えば、オゾン/酸素混合気体として添加することが好ましい。この際、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)中に含まれる微細繊維状セルロース1gに対するオゾン添加率は、1.0×10-4g以上とすることが好ましく、1.0×10-3g以上とすることがより好ましく、1.0×10-2g以上とすることがさらに好ましい。なお、微細繊維状セルロース1gに対するオゾン添加率は、1.0×101g以下とすることが好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)にオゾンを添加した後には、10℃以上50℃以下の条件下で10秒以上10分以下撹拌を行い、その後、1分以上100分以下静置することが好ましい。
酵素処理工程では、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に酵素を添加する。この際に用いる酵素は、セルラーゼ系酵素であることが好ましい。セルラーゼ系酵素は、セルロースの加水分解反応機能を有する触媒ドメインの高次構造に基づく糖質加水分解酵素ファミリーに分類される。セルラーゼ系酵素はセルロース分解特性によってエンド型グルカナーゼ(endo−glucanase)とセロビオヒドロラーゼ(cellobiohydrolase)に大別される。エンド型グルカナーゼはセルロースの非晶部分や可溶性セロオリゴ糖、又はカルボキシメチルセルロースのようなセルロース誘導体に対する加水分解性が高く、それらの分子鎖を内側からランダムに切断し、重合度を低下させる。これに対して、セロビオヒドロラーゼはセルロースの結晶部分を分解し、セロビオースを与える。また、セロビオヒドロラーゼはセルロース分子の末端から加水分解し、エキソ型或いはプロセッシブ酵素とも呼ばれる。酵素処理工程において使用する酵素は特に限定されるものではないが、エンド型グルカナーゼを使用することが好ましい。
酵素処理工程では、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が0.1nkat以上となるよう酵素を添加することが好ましく、1.0nkat以上となるよう酵素を添加することがより好ましく、10nkat以上となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が100000nkat以下となるよう酵素を添加することが好ましく、50000nkat以下となるよう酵素を添加することがより好ましく10000nkat以下となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に酵素を添加した後には、0℃以上80℃未満の条件下で1分以上100時間以下処理を行い、その後、80℃以上の条件下に置くなどして酵素を失活させることが好ましい。
酸処理工程は、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸、スルホン酸(例えばメタンスルホン酸)等と混合する工程である。中でも、酸処理工程は、次亜塩素酸と混合する工程(次亜塩素酸処理工程)であることが好ましい。次亜塩素酸処理工程では、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に次亜塩素酸ナトリウムも用いることができる。次亜塩素酸ナトリウムの添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-4g以上であることが好ましく、1.0×10-3g以上であることがより好ましく、1.0×10-2g以上であることがさらに好ましく、1.0×10-1g以上であることが特に好ましい。また、次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×102g以下であることが好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に次亜塩素酸ナトリウムを添加した後には、10℃以上50℃以下の条件下で1分以上10時間以下撹拌を行うことが好ましい。
低粘度化処理工程の後には、さらに解繊処理工程を設けることが好ましい。中でも、低粘度化処理工程の前後に解繊処理工程を設けることが好ましい。この場合、解繊処理工程としては、上述した工程と同様の工程を例示することができるが、中でも、低粘度化処理工程後の解繊処理工程では、高圧ホモジナイザー又は超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。
なお、本発明は、イオン性置換基を有するセルロース繊維を解繊処理する工程と、低粘度化処理とを少なくとも1工程ずつ含む、微細繊維状セルロースの製造方法に関するものであってもよい。この場合、微細繊維状セルロースの製造方法は、解繊処理工程、低粘度化処理工程及び解繊処理工程をこの順で含むものであってもよく、低粘度化処理工程、解繊処理工程、低粘度化処理工程及び解繊処理工程をこの順で含むものであってもよい。なお、最初の解繊処理工程もしくは低粘度化処理工程の前には、上述したようなイオン性置換基導入工程や洗浄工程、アルカリ処理工程等が設けられることが好ましい。このような微細繊維状セルロースの製造方法において、低粘度化処理工程は、オゾン処理工程、酵素処理工程、次亜塩素酸処理工程及び亜臨界水処理工程から選択される少なくとも1種であることが好ましく、オゾン処理工程及び酵素処理工程から選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。
(添加剤)
本発明の分散液は、上述したような微細繊維状セルロースと分散媒に加えて、他の添加剤を含有していてもよい。他の添加剤としては、例えば、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、防腐剤(例えば、フェノキシエタノール)等を挙げることができる。また、繊維状セルロース分散液は、任意成分としては、親水性高分子、親水性低分子、有機イオン等を含有していてもよい。
親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましく、含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等の親水性高分子が挙げられる。
親水性低分子は、親水性の含酸素有機化合物であることが好ましく、多価アルコールであることがさらに好ましい。多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等が挙げられる。
有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn−プロピルオニウムイオン、テトラn−ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。
(分散液の製造方法)
本発明は、上述した微細繊維状セルロース分散液の製造方法に関するものであってもよい。微細繊維状セルロース分散液の製造方法は、イオン性置換基を有するセルロース繊維を解繊処理する工程(解繊処理工程)と、低粘度化処理する工程(低粘度化処理工程)とを含む。ここで、解繊処理工程における、セルロース繊維の濃度は3.0質量%以上であることが好ましく、4.0質量%以上であることがより好ましく、5.0質量%以上であることがさらに好ましく、6.0質量%以上であることが特に好ましい。また、低粘度化処理工程における、微細繊維状セルロースもしくはセルロース繊維の濃度も上記と同様に、3.0質量%以上であることが好ましく、4.0質量%以上であることがより好ましく、5.0質量%以上であることがさらに好ましく、6.0質量%以上であることが特に好ましい。
低粘度化処理する工程は解繊処理工程の前に設けられてもよく、解繊処理工程の後に設けられてもよい。また、低粘度化処理する工程は、解繊処理工程の前後に設けられてもよい。例えば、解繊処理の前に低粘度化処理を施した後に、さらに解繊処理の後に低粘度化処理を施してもよい。また、低粘度化処理を施した後に、解繊処理を行い、さらに低粘度化処理を施した後に、再び解繊処理工程を行ってもよい。中でも、低粘度化処理する工程は、解繊処理工程の後に設けられることが好ましい。なお、低粘度化処理としては、上述したような処理が挙げられる。
本発明の分散液の製造方法においては、解繊処理工程と低粘度化処理工程の両方を含み、かつ解繊処理工程におけるセルロース繊維を高濃度とすることにより、繊維状セルロースの含有量が分散液の全質量に対して3.0質量%以上の高濃度分散液を得ることに成功した。また、本発明の分散液の製造方法では、このような解繊処理工程に加え低粘度化処理工程を設けることにより、分散液のTI値を1以上80000以下とすることが可能となる。
なお、本発明の分散液の製造方法においては、解繊処理工程における、セルロース繊維の濃度を3.0質量%以上とすることにより、解繊処理工程の後に得られた微細繊維状セルロース分散液の濃度を3.0質量%以上とすることができる。このため、本発明の分散液の製造方法においては、濃縮工程を設ける必要がない。本発明の分散液の製造方法は、濃縮工程を有さないものであることが好ましい。なお、濃縮工程としては、凝集剤を用いて濃縮を行う工程や、加熱濃縮する工程、等が挙げられる。
(用途)
本発明の分散液は、微細繊維状セルロースを高濃度で含む分散液である。このため、微細繊維状セルロースを高濃度で添加したい用途に特に好ましく用いられる。例えば、本発明の微細繊維状セルロースは、食品、化粧品、セメント、塗料(自動車、船舶、航空機等の乗り物塗装用、建材用、日用品用など)、インク、医薬品などへの添加物として用いることができる。また、本発明の微細繊維状セルロースは、樹脂系材料やゴム系材料に添加したりすることができる。
また、微細繊維状セルロースを高濃度で含む本発明の分散液からシートや塗膜を形成した場合には、得られるシートや塗膜の機械的強度を高めることができる。例えば、シートや塗膜の引張強度や引張弾性率をより効果的に高めることができる。さらに、本発明の分散液は高透明であるため、得られるシートや塗膜の透明性を高めることもできる。このように本発明の微細繊維状セルロース分散液はシート形成用分散液であることが好ましく、本発明は、上述した微細繊維状セルロースを含むシートに関するものであってもよい。
さらに、微細繊維状セルロースを高濃度で含む本発明の分散液からシートや塗膜を形成した場合には、高坪量のシートや塗膜を得ることができる。
本発明の分散液からシートを製造する際には、分散液を基材上に塗工する塗工工程、または分散液を抄紙する抄紙工程を含むことが好ましい。
塗工工程では、たとえば繊維状セルロースを含むスラリー(塗工液)を基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離することによりシートを得ることができる。塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。また、抄紙工程は、抄紙機によりスラリーを抄紙することにより行われる。抄紙工程で用いられる抄紙機としては、とくに限定されないが、たとえば長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、またはこれらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等の公知の抄紙方法を採用してもよい。
本発明の分散液から形成されたシートには、さらに、樹脂層や無機層が積層されてもよい。
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
<製造例1>
〔リン酸化微細繊維状セルロース分散液の製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
これにより得られたリン酸化パルプに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基に基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。
また、得られたリン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が3質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、シングルディスクリファイナー(熊谷理機工業社製)で1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<製造例2>
製造例1で得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、シングルディスクリファイナー(熊谷理機工業社製)で1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<製造例3>
製造例1で得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が13質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<製造例4>
製造例1で得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<製造例5>
[TEMPO酸化微細繊維状セルロース分散液の製造]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を水10000質量部に分散させた。次いで、1.0gのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウムが3.8mmolになるように、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム溶液を加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
この脱水シートに対して、残存するアルデヒド基の追酸化処理を次のようにして行った。乾燥質量100質量部相当の上記脱水シートを、0.1mol/L酢酸緩衝液(pH4.8)10000質量部に分散させた。次いで80質量%の亜塩素酸ナトリウム113質量部を加え、直ちに密閉した後、マグネチックスターラーを用いて500rpmで撹拌しながら室温で48時間反応させ、パルプスラリーを得た。
次いで、得られた追酸化済みTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、追酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
また、得られたTEMPO酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が3質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、シングルディスクリファイナー(熊谷理機工業社製)で1回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<製造例6>
製造例5で得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、シングルディスクリファイナー(熊谷理機工業社製)で1回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<製造例7>
製造例5で得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が13質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<製造例8>
製造例5で得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<製造例9>
〔亜リン酸化微細繊維状セルロース分散液の製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、亜リン酸(ホスホン酸)と尿素の混合水溶液を添加して、亜リン酸(ホスホン酸)33質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調製し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースに亜リン酸基を導入し、亜リン酸化パルプを得た。
次いで、得られた亜リン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、亜リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後の亜リン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後の亜リン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下の亜リン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該亜リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施された亜リン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後の亜リン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
これにより得られた亜リン酸化パルプに対しFT−IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに(亜)リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。また、得られた亜リン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が3質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、シングルディスクリファイナー(熊谷理機工業社製)で1回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<製造例10>
製造例9で得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、シングルディスクリファイナー(熊谷理機工業社製)で1回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<製造例11>
製造例9で得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が13質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<製造例12>
製造例9で得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<製造例13>
製造例1のパルプを王子製紙社製広葉樹溶解パルプ(ドライシート)とした以外、同様の処理を行い、リン酸化パルプを得た。得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<製造例14>
製造例13で得られたリン酸化パルプの固形分濃度が13質量%となるようにスラリーを調製した以外は、製造例13と同様の方法で微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。
<製造例15>
製造例5のパルプを王子製紙社製広葉樹溶解パルプ(未乾燥)とした以外、同様の処理を行い、TEMPO酸化パルプを得た。得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が13質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<製造例16>
製造例9のパルプを王子製紙社製広葉樹溶解パルプ(ドライシート)とした以外、同様の処理を行い、亜リン酸化パルプを得た。得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<製造例17>
製造例16で得られた亜リン酸化パルプの固形分濃度が13質量%となるようにスラリーを調製した以外は、製造例16と同様の方法で微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。
<製造例18>
[前加水分解]
針葉樹材チップを絶乾質量で300g採取し、水道水10リットルに一晩浸漬した。その後、チップを取り出して400メッシュの篩に空け、濾別した。この脱水後のチップを2.5リットル容量のオートクレーブに入れ、液質量比(絶乾後のチップの質量を1とした場合)が3になるように水道水を加えた後、165℃で30分間加熱し、前加水分解を行った。この時のPファクターは380であった。
[蒸解]
前加水分解後、オートクレーブの脱気コックから廃ガスを抜き出し、オートクレーブ内の圧力が0になったことを確認した後、処理後のチップを400メッシュの篩に空け、濾別した。濾別後のチップを再度2.5リットル容量のオートクレーブに入れ、液比が5となるように蒸解液を加え、蒸解温度165℃、蒸解時間120分の条件下でクラフト蒸解を行なった。蒸解液は、チップの絶乾質量に対して活性アルカリを21質量%含み、硫化度は28%であった。蒸解後、黒液とパルプを分離し、パルプを8カットのスクリーンプレートを備えたフラットスクリーンで精選して、蒸解後パルプを得た。
[漂白]
蒸解後パルプを絶乾質量で70g採取し、絶乾パルプの全質量に対して苛性ソーダを2.0質量%添加し、次いでイオン交換水で希釈してパルプ濃度を10質量%に調整した。このスラリーを間接加熱式オートクレーブに入れ、99.9%の圧縮酸素ガスを注入してゲージ圧力を0.5MPaとし、100℃で60分間、酸素晒を行った。酸素晒終了後、ゲージ圧力が0.05MPa以下になるまで減圧し、パルプをオートクレーブから取り出し、イオン交換水7リットルを用いて洗浄した後、脱水した。このようにして、酸素晒後パルプを得た。
酸素晒後パルプを絶乾質量で60g採取し、プラスチック袋に入れ、イオン交換水を添加してパルプ濃度を10質量%に調整した。その後、絶乾パルプの全質量に対して1.8質量%の二酸化塩素を添加し、温度が70℃の恒温水槽に70分間浸漬した(D0段処理)。D0段処理後に得られたパルプをイオン交換水で3質量%に希釈した後、ブフナーロートで脱水、洗浄した。D0段処理後のパルプをプラスチック袋に入れ、イオン交換水を加えてパルプ濃度を10質量%に調整した後、絶乾パルプの全質量に対して苛性ソーダを1.0質量%、過酸化水素を0.3質量%となるように添加してよく混合した。その後、温度が70℃の恒温水槽に100分間浸漬してE/P段処理を行った。得られたパルプをイオン交換水で3質量%に希釈した後、ブフナーロートで脱水、洗浄した。E/P段処理後のパルプをプラスチック袋に入れ、イオン交換水を用いてパルプ濃度10質量%に調整した後、絶乾パルプの全質量に対して二酸化塩素を0.3質量%添加し、温度が70℃の恒温水槽に80分間浸漬し、D1段漂白処理を行った。得られたパルプをイオン交換水で3質量%に希釈した後、ブフナーロートで脱水、洗浄し、漂白パルプを得た。
[リン酸化]
この漂白パルプを使用し、製造例1と同様の処理を行い、リン酸化パルプを得た。
[解繊]
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<製造例19>
製造例18で得られたリン酸化パルプの固形分濃度が13質量%となるようにスラリーを調製した以外は、製造例18と同様の方法で微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。
<製造例20>
製造例18の漂白パルプを用いた以外は、製造例5と同様の処理を行い、TEMPO酸化パルプを得た。得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<製造例21>
製造例20で得られたTEMPO酸化パルプの固形分濃度が13質量%となるようにスラリーを調製した以外は、製造例20と同様の方法で微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。
<製造例22>
製造例18の漂白パルプを用いた以外は、製造例9と同様の処理を行い、亜リン酸化パルプを得た。得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が13質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<製造例23>
製造例1のパルプをセニブラ社製広葉樹クラフトパルプ(ドライシート)とした以外は、製造例1と同様の処理を行い、リン酸化パルプを得た。得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<製造例24>
製造例23で得られたリン酸化パルプの固形分濃度が13質量%となるようにスラリーを調製した以外は、製造例23と同様の方法で微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。
<製造例25>
製造例5の原料パルプをセニブラ社製広葉樹クラフトパルプ(ドライシート)とし、ここにイオン交換水を添加しパルプ濃度が2質量%のスラリーとした。ディスパーザー4000rpmでよく攪拌し、パルプスラリーとした後、メッシュ袋にてよく脱水しウェットパルプを得た。得られたウェットパルプに対して製造例5と同様の処理を行い、TEMPO酸化パルプを得た。得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<製造例26>
製造例25で得られたTEMPO酸化パルプの固形分濃度が13質量%となるようにスラリーを調製した以外は、製造例25と同様の方法で微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。
<製造例27>
製造例9の原料パルプをセニブラ社製広葉樹クラフトパルプ(ドライシート)とした以外は、製造例9と同様の処理を行い、亜リン酸化パルプを得た。得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gだった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<製造例28>
製造例27で得られた亜リン酸化パルプの固形分濃度が13質量%となるようにスラリーを調製した以外は、製造例27と同様の方法で微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例1>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3質量%、固形分30g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。
得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例2>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3質量%、固形分30g)に対して、16500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例3>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3.5質量%、固形分35g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を145g添加し、室温でよく混ぜた。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して0.5質量部であった。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例4>
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3質量%、固形分30g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例5>
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3質量%、固形分30g)に対して、16500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。微細繊維状セルロース分散液を得た。次いで、温度を100℃とし、酵素を熱失活させた。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例6>
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3.5質量%、固形分35g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を145g添加し、室温でよく混ぜた。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して0.5質量部であった。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例7>
製造例9で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3質量%、固形分30g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例8>
製造例9で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3質量%、固形分30g)に対して、16500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例9>
製造例9で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度3.5質量%、固形分35g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を145g添加し、室温でよく混ぜた。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して0.5質量部であった。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、3質量%であった。
<実施例10>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例11>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例12>
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例13>
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例14>
製造例10で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例15>
製造例10で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例16>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた微細繊維状セルロース分散液をさらに湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例17>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、71500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液をさらに湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例18>
製造例7で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた微細繊維状セルロース分散液をさらに湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例19>
製造例7で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、71500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液をさらに湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例20>
製造例11で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた微細繊維状セルロース分散液をさらに湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例21>
製造例11で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、71500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液をさらに湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例22>
製造例1で得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリー1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させ、繊維状セルロース分散液を得た。得られた繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例23>
製造例1で得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリー1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られたスラリーを湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理した後、酵素処理を進めた。その後200MPaの圧力にて3回処理し100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例24>
製造例5で得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリー1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させ、繊維状セルロース分散液を得た。得られた繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例25>
製造例5で得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリー1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られたスラリーを湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理した後、酵素処理を進めた。その後200MPaの圧力にて3回処理し100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例26>
製造例9で得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリー1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させ、繊維状セルロース分散液を得た。得られた繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例27>
製造例9で得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリー1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られたスラリーを湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理した後、酵素処理を進めた。その後200MPaの圧力にて3回処理し100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例28>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例29>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例30>
製造例4で得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度7.5質量%スラリーを調整した。このスラリーを湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液とした後、この分散液1000g(固形分濃度7.5質量%、固形分75g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を250g 添加し、室温でよく混ぜた。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して0.4質量部であった。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例31>
製造例8で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合でオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例32>
製造例8で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例33>
製造例8で得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度7.5質量%スラリーを調整した。このスラリーを湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液とした後、この分散液1000g(固形分濃度7.5質量%、固形分75g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を250g添加し、室温で撹拌した。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して0.4質量部であった。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例34>
製造例12で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例35>
製造例12で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例36>
製造例12で得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度7.5質量%スラリーを調整した。このスラリーを湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液とした後、微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度7.5質量%、固形分75g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を250g添加し、室温で撹拌した。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して0.4質量部であった。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例37>
製造例13で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例38>
製造例18で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例39>
製造例14で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、71500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例40>
製造例19で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例41>
製造例20で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例42>
製造例15で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、71500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例43>
製造例16で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例44>
製造例22で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、71500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例45>
製造例23で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)において、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例46>
製造例24で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、104000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して800nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例47>
製造例25で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、48000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して800nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例48>
製造例26で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例49>
製造例27で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、微細繊維状セルロース1質量部に対して0.2質量部の割合となるようにオゾンを添加し、密閉容器内において25℃で撹拌したのち、30分間静置した。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例50>
製造例28で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、104000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して800nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液を湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理した後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例51>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度6質量%、固形分60g)に対して、33000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。その後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
<実施例52>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、71500nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して550nkatとなるようにした。その後、100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例53>
製造例7で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例54>
製造例11で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例55>
製造例14で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例56>
製造例15で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例57>
製造例17で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例58>
製造例19で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例59>
製造例21で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例60>
製造例22で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例52と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例61>
製造例24で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度13質量%、固形分130g)に対して、104000nkatの活性を有する酵素含有液を添加し温度50℃で酵素処理した。この時の酵素添加量は微細繊維状セルロース1gに対して800nkatとなるようにした。得られた微細繊維状セルロース分散液100℃にして熱失活させ、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、13質量%であった。
<実施例62>
製造例26で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例61と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
<実施例63>
製造例28で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外、実施例61と同様の方法で微細繊維状セルロース分散液を得た。
実施例1〜63の微細繊維状セルロースはX線回折により、セルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、これらの微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、いずれも3〜5nmの微細繊維状セルロースを含んでいた。
<比較例1>
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)にイオン交換水を添加し、固形分濃度が6質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。この微細繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの濃度は、6質量%であった。
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、この分散液に含まれる微細繊維状セルロースの数平均繊維幅は1000nm以下であった。
<比較例2>
製造例1で得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて5回処理し、微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<比較例3>
比較例2と同様の方法で得られた微細繊維状セルロース分散物を、50℃で加熱しながら、微細繊維状セルロースの濃度が6質量%になるまで濃縮して微細繊維状セルロースを含む繊維状セルロース分散液を得た。また、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<比較例4>
比較例2と同様の方法で得られた微細繊維状セルロースの分散を0.4質量%に希釈した。希釈液100mLに対して濃縮剤として塩化カルシウム1gを加えてゲル化させ、濾過後、ろ紙にて圧搾した。0.1N塩酸水溶液100mLに30分間浸漬後、濾過し、固形分濃度20質量%の濃縮物を得た。得られた濃縮物の濃度が6%となるよう、イオン交換水で希釈した後、撹拌したが、均一な分散液は得られなかった。
<測定>
〔リンオキソ酸基量の測定〕
微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図2)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値をリンオキソ酸基量(mmol/g)とした。
〔カルボキシ基量の測定〕
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測することにより行った。カルボキシ基量(mmol/g)は、計測結果のうち図3に示す第1領域に相当する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して算出した。
〔微細繊維状セルロース分散液のレオメーターによる粘度の測定〕
実施例1〜63及び比較例1〜3で得た微細繊維状セルロース分散液の粘度を、レオメーター(HAAKE社製、RheoStress6000)を用いて測定した。なお、せん断速度については、下記の条件で変化させた。
測定温度:23℃
測定治具:コーンプレート(直径40mm、角度1°)
せん断速度:0.001〜1000sec-1
データ点数:100点
データ分布:Log間隔
測定時間:5分
<TI値の算出>
上述した方法で微細繊維状セルロース分散液の粘度を測定し、せん断速度1sec-1の条件で測定した粘度の値(η1)を、せん断速度1000sec-1の条件で測定した粘度の値(η2)で除して得られる値を、増粘剤のチキソトロピックインデックス値(TI値)とした。
すなわち、TI値は下記式で算出した。
TI値=η1/η2
η1:せん断速度1sec-1の条件で測定した粘度
η2:せん断速度1000sec-1の条件で測定した粘度
〔微細繊維状セルロースの比粘度および重合度の測定〕
微細繊維状セルロースの比粘度および重合度は、Tappi T230に従い測定した。すなわち、測定対象の微細繊維状セルロースを分散媒に分散させて測定した粘度(ηXとする)、および分散媒体のみで測定したブランク粘度(η0とする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定した。
ηsp=(ηX/η0)−1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時のセルロース繊維の濃度を示す。
さらに、下記式から微細繊維状セルロースの重合度(DP)を算出した。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
〔微細繊維状セルロース分散液のヘーズの測定〕
実施例1〜63及び比較例1〜3で得た微細繊維状セルロース分散液のヘーズの測定は微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM−150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG−40、逆光路)を用いて、JIS K 7136に準拠して測定した。 なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
<評価>
[微細繊維状セルロース分散液の目視評価]
実施例1〜63及び比較例1〜3得られた微細繊維状セルロース分散液をそれぞれ固形分濃度が3質量%になるようにイオン交換水で希釈した。次いで、自転公転型スーパーミキサー(シンキー社製、ARE−250)にて脱泡処理を行った。その後、目視にて分散液の透明性を評価した。評価基準としては、分散液をガラスセルに入れて、片面に11ポイントの文字を記載した紙を置いて、以下の基準で評価した。
A:反対面から見た際に、明確に文字が判読できる
B:ややぼやけるが、文字は判読できる
C:ぼやけて、文字が判読できないが、文字があることはわかる
D:全く解読できない
<評価用シートの作製>
イオン交換水に、ポリエチレンオキサイド(住友精化社製、PEO−3P)を5質量%になるように加え、撹拌して溶解させポリエチレンオキサイド水溶液を得た。次いで、実施例1〜63及び比較例1〜3で得られた微細繊維状セルロース分散液と上記ポリエチレンオキサイド水溶液を微細繊維状セルロース(固形分):ポリエチレンオキサイド(固形分)=100質量部:20質量部の比率となるように混合した。また、実施例1〜9では固形分濃度が2.5質量%、実施例10〜15、22〜38、41、43、45、47、49、51、比較例1、3、4では固形分濃度が5質量%、実施例16〜21、39、40、42、44、46、48、50、52〜63では固形分濃度が10質量%、比較例2では固形分濃度が1.5質量%となるよう適宜イオン交換水で希釈し塗工液とした。次いで、得られるシート(上記塗工液の固形分から構成される層)の仕上がり厚みが40μmになるように塗工液を計量して、市販のポリカーボネート板に塗工し、100℃の乾燥機にて30分乾燥した。なお、所定の坪量となるようポリカーボネート板上には堰止用の金枠(内寸が180mm×180mm、高さ5cmの金枠)を配置した。次いで、上記ポリカーボネート板から乾燥後のシートを剥離し、微細繊維状セルロース含有シートを得た。
[シートの透明性評価]
得られた微細繊維状セルロース含有シートのヘーズ測定は、JIS K 7136に準拠し、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて測定した。
シートのヘーズは、下記の基準で判断した。なお、シートのヘーズが95%未満である場合に、透明性が良好であると判定した。
A:0以上5%未満
B:5%以上30%未満
C:30%以上95%未満
D:95%以上
[シートのカール性評価]
上述した方法で得られた微細繊維状セルロース含有シートを幅15mm×長さ130mmの試験片となるように切り出した。図1に示すように、試験片50の一方の短辺を含む端部を幅30mm×長さ30mm×高さ25mmのカール試験用治具55で支持し(治具から長さ100mmの試験片が露出する)、温度23℃、相対湿度50%の環境下にて、水平な台の上に試験片の幅方向が台に対して垂直になるよう(試験片の長手方向が台に対して平行になるよう)に静置した。そして、試験片50の末端のカール幅を測定し、カール幅C0(図1におけるC0の距離)とした。24時間静置後再度カール幅を測定しC1(図1におけるC1の距離)とし、C1−C0をカール量とした。
カール量は、次の基準で判断した。なお、カール量が25mm以下である場合に耐カール性が良好であると判定した。
A:5mm以下
B:5mm超25mm以下
C:25mm超
実施例では、高濃度の微細繊維状セルロース分散液が得られており、このような分散液からカールが抑制されたシートが形成されていた。これは、高濃度の微細繊維状セルロース分散液からシートを形成することで、持込水分量を少なくすることができ、乾燥時の熱収縮を抑制できるものと考えられる。なお、比較例4では、均一なサンプルが作製できず、粘度等の測定が行うことができなかった。
50 試験片
55 試験用治具

Claims (5)

  1. 繊維幅が1000nm以下であり、イオン性置換基を有する繊維状セルロースを含む分散液であって、
    前記繊維状セルロースの含有量が前記分散液の全質量に対して5.0質量%以上であり、
    下記条件(a)により算出した前記分散液のTI値が100以上80000以下であり、
    下記条件(a)で測定した粘度(η1)が50Pa・s以上3,000Pa・s以下であり、
    下記条件(a)で測定した粘度(η2)が0.01Pa・s以上10Pa・s以下である、分散液;
    条件(a):レオメーターを用い、前記分散液のせん断速度1sec−1の条件における粘度(η1)と、前記分散液のせん断速度1000sec−1の条件における粘度(η2)を測定し、下記式によりTI値を算出する。
    TI値=η1/η2
  2. 前記繊維状セルロースの含有量が前記分散液の全質量に対して6.0質量%以上である、請求項1に記載の分散液。
  3. 前記イオン性置換基は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基である、請求項1又は2に記載の分散液。
  4. 前記分散液を0.2質量%濃度とした際のヘーズが95%以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載の分散液。
  5. 請求項1〜のいずれか1項に記載の分散液から形成されるシート。
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