JP6887067B1 - 混合液 - Google Patents

混合液 Download PDF

Info

Publication number
JP6887067B1
JP6887067B1 JP2020566010A JP2020566010A JP6887067B1 JP 6887067 B1 JP6887067 B1 JP 6887067B1 JP 2020566010 A JP2020566010 A JP 2020566010A JP 2020566010 A JP2020566010 A JP 2020566010A JP 6887067 B1 JP6887067 B1 JP 6887067B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cellulose
mixed solution
filler
reaction
nanofibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020566010A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021002194A1 (ja
Inventor
武史 中山
武史 中山
眞 松本
眞 松本
伸治 佐藤
伸治 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Paper Industries Co Ltd
Original Assignee
Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=74100552&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP6887067(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Nippon Paper Industries Co Ltd filed Critical Nippon Paper Industries Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP6887067B1 publication Critical patent/JP6887067B1/ja
Publication of JPWO2021002194A1 publication Critical patent/JPWO2021002194A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02Cellulose; Modified cellulose
    • C08L1/04Oxycellulose; Hydrocellulose, e.g. microcrystalline cellulose
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/02Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by the presence of specified groups, e.g. terminal or pendant functional groups
    • C08L101/06Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by the presence of specified groups, e.g. terminal or pendant functional groups containing oxygen atoms
    • C08L101/08Carboxyl groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/02Oxycellulose; Hydrocellulose; Cellulosehydrate, e.g. microcrystalline cellulose
    • C08B15/04Carboxycellulose, e.g. prepared by oxidation with nitrogen dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24Acids; Salts thereof
    • C08K3/26Carbonates; Bicarbonates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32Phosphorus-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/346Clay
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24Acids; Salts thereof
    • C08K3/26Carbonates; Bicarbonates
    • C08K2003/265Calcium, strontium or barium carbonate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32Phosphorus-containing compounds
    • C08K2003/329Phosphorus containing acids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

混合液は、(1)分散剤、(2)セルロースナノファイバー、および(3)フィラーを含有する。

Description

本発明は、セルロースナノファイバー、及びフィラーを含有する混合液に関する。
ナノメートルの領域すなわち原子や分子のスケールにおいて物質を自在に制御する技術であるナノテクノロジーから様々な便利な新素材やデバイスが生み出されることが期待される。植物繊維を細かく解すことで得られるセルロースナノファイバーもその一つであり、このセルロースナノファイバーは、非常に結晶性が高く、低い熱膨張係数と高い弾性率を特徴とし、高いアスペクト比を有するため、強度付与、形状安定化等の機能を付与する添加剤として効果が期待されている。さらに、分散液の状態では擬塑性やチキソトロピー性といった粘度特性を有し、増粘剤などの添加剤としても効果が期待されている。
このセルロースナノファイバーに関する様々な開発や研究が行われており、例えば、特許文献1には、セルロースの水酸基の一部にカルボキシ基が導入された数平均繊維径が2〜150nmの微細セルロース繊維(セルロースナノファイバー)が開示されている。
このセルロースナノファイバーは、強度付与や形状安定性等の機能を有する他、低せん断速度における粘度が高く、高せん断速度における粘度が低い特性を有するため、食品、医薬・化粧品、日用品、土木・建材、製紙、塗料・インキ、その他工業用材料など様々な分野において、高機能な増粘剤として用いられている。これらの分野では、フィラーを含む混合液を用いることがあり、セルロースナノファイバーを増粘剤として添加することにより、フィラーの分散安定性が向上することがわかってきた。
特開2008−1728号公報
しかしながら、さらにフィラーの分散安定性に優れた、セルロースナノファイバーを含有する混合液が求められていた。
このため、本発明は、フィラーの分散安定性に優れるセルロースナノファイバーを含有する混合液を提供することを目的とする。
本発明は以下の〔1〕〜〔8〕を提供する。
〔1〕以下の(1)〜(3)を含有する混合液。
(1)分散剤
(2)セルロースナノファイバー
(3)フィラー
〔2〕前記分散剤が、アニオン性高分子化合物である〔1〕記載の混合液。
〔3〕前記アニオン性高分子化合物が、カルボキシ基を有する高分子化合物またはリン酸基を有する高分子化合物である〔2〕記載の混合液。
〔4〕前記セルロースナノファイバーが、アニオン変性セルロースナノファイバーである〔1〕〜〔3〕に記載の混合液。
〔5〕前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、酸化セルロースナノファイバーである〔4〕記載の混合液。
〔6〕前記酸化セルロースナノファイバーのカルボキシ基量が、0.4〜1.0 mmol/gである〔5〕記載の混合液。
〔7〕前記セルロースナノファイバーの添加量が、濃度0.1質量%以上である〔1〕〜〔6〕に記載の混合液。
〔8〕72時間静置した後の離水率が、1%未満である〔1〕〜〔7〕に記載の混合液。
本発明によれば、フィラーの分散安定性に優れるセルロースナノファイバーを含有する混合液を提供することができる。
本発明の混合液は、(1)分散剤、(2)セルロースナノファイバー、及び(3)フィラーを含有することを特徴としている。
(1)分散剤
分散剤としては、本発明の効果を奏する限り特に制限なく用いることができ、例えば、カルボン酸系、ウレタン系、アクリル樹脂系、ポリエーテル系、ポリエステル系、脂肪酸系など、いずれの低分子・高分子化合物も用いることができる。本発明の混合液に配合するフィラーとセルロースナノファイバーの性質を考慮して、良好な分散性を得られる化合物を選択することが好ましい。なお、セルロースナノファイバーは水酸基を多く含有するため、分散剤に疎水基が多く含まれると分散性を阻害するおそれがある。また、アニオン性、カチオン性、ノニオン性の種類についても、いずれの種類でも用いることができる。分散剤としては、1種類を単独で用いても良いし、2種類以上を混合して用いても良い。
なお、本発明に用いる分散剤としては、(2)で説明するセルロースナノファイバーを含まない。
分散剤として、アニオン性の高分子化合物を用いる場合は、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、硫酸エステル基などの官能基を有する高分子化合物を用いることができ、それぞれの官能基のpKa(酸解離係数)より高いpHで使用することでアニオン性基となり、アニオン性セルロースナノファイバー分散液を凝集させることなく混合液を調整できる。調整する混合液のpHや必要な塩基性度に応じて、適宜官能基を選択すればよい。
カルボキシ基を有する高分子化合物としては、ポリカルボン酸、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸等が例示される。ポリカルボン酸としては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、スチレン・無水マレイン酸共重合物、オレフィン・無水マレイン酸共重合物などが挙げられる。分散剤としてカルボキシ基を有する高分子化合物を用いる場合、カルボキシ基は金属塩型でもよいし、アンモニウム塩型でも良い。本発明の混合液を、耐水性を求められる用途に使用する場合には、アンモニウム塩型を適宜選択することができる。
リン酸基を有する高分子化合物としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、ポリオキシエチレンフェニルエーテルリン酸、アルキルリン酸エステル等が挙げられる。
ポリエーテル系の化合物としては、プルロニックポリエーテル、ポリエーテルジアルキルエステル、ポリエーテルジアルキルエーテル、ポリエーテルエポキシ変性物、ポリエーテルアミン等が挙げられ、例えばポリオキシエチレンやポリオキシプロピレンの比率を変えることで、親水性・疎水性のバランスを調整することができる。ウレタン系の化合物としては、ウレタン会合型の化合物等が挙げられ、例えば主骨格のポリウレタンに、側鎖としてポリエステル鎖あるいはポリエーテル鎖とすることで、相溶性や立体障害安定性を調整することができる。また脂肪酸系の化合物としては、脂肪族アルコール硫酸塩、脂肪族アミン、脂肪族エステル等が挙げられる。
本発明の混合液に対する分散剤の添加量は、フィラーを充分に分散可能な量を添加すればよく、フィラー100質量部に対して0.01〜25質量部が好ましく、0.1〜10質量部がより好ましい。
(2)セルロースナノファイバー
本発明において、セルロースナノファイバー(CNF)は、セルロース原料であるパルプなどがナノメートルレベルまで微細化されたもので、繊維径が3〜500nm程度の微細繊維である。セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維径および繊維長を平均することによって得ることができる。セルロースナノファイバーは、パルプに機械的な力を加えて微細化することで得られ、あるいは、アニオン変性したセルロース(カルボキシル化したセルロース(酸化セルロースとも呼ぶ)、カルボキシメチル化したセルロース、リン酸エステル基を導入したセルロース等)、カチオン変性したセルロースなどの化学変性により得られた変性セルロースを解繊することによって得ることができる。微細繊維の平均繊維長と平均繊維径は、酸化処理、解繊処理により調整することができる。
本発明に用いるセルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、通常50以上である。上限は特に限定されないが、通常は1000以下、より好ましくは700以下、さらに好ましくは500以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
<セルロース原料>
セルロースナノファイバーの原料であるセルロース原料の由来は、特に限定されないが、例えば、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、晒クラフトパルプ(BKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等が挙げられる。セルロース原料としては、これらのいずれかであってもよいし2種類以上の組み合わせであってもよいが、好ましくは植物又は微生物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)であり、より好ましくは植物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)である。
セルロース原料の数平均繊維径は特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹クラフトパルプの場合は30〜60μm程度、広葉樹クラフトパルプの場合は10〜30μm程度である。その他のパルプの場合、一般的な精製を経たものは50μm程度である。例えばチップ等の数cm大のものを精製したものである場合、リファイナー、ビーター等の離解機で機械的処理を行い、50μm程度に調整することが好ましい。
<化学変性>
本発明においては、変性セルロースとして、アニオン変性されたものを用いてもよいし、カチオン変性して得られたものを用いてもよく、本発明の混合液に配合するフィラーや分散剤の種類に併せて、フィラーの分散が良好となるような変性セルロースとすることが好ましい。例えば、分散剤としてアニオン性高分子化合物を用いる場合は、フィラーの凝集を抑制するための相乗効果が得られやすい観点から、アニオン変性セルロースナノファイバーを選択することが好ましい。
アニオン変性により導入される官能基としては、カルボキシ基、カルボキシメチル基、スルホン基、リン酸エステル基、ニトロ基が挙げられる。中でも、カルボキシ基、カルボキシメチル基、リン酸エステル基が好ましく、カルボキシ基がより好ましい。
(カルボキシル化)
本発明において、変性セルロースとしてカルボキシル化(酸化)したセルロースを用いる場合、カルボキシル化セルロース(酸化セルロースとも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。カルボキシル化の際には、アニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、カルボキシ基の量が0.2〜1.55mmol/gとなるように調整することが好ましく、0.4〜1.0mmol/gになるように調整することがより好ましい。カルボキシ基の量が少なすぎると、高透明で均一なナノファイバー分散液を得るために解繊に多大なエネルギーが必要となる。高透明なナノファイバー分散液は、未解繊繊維等の粗大物の残存が少ないため、混合液の外観を損ねることが無い。また、カルボキシ基の量が多すぎると、酸化薬品を過剰に添加して反応することによる繊維の劣化で生じるナノファイバー分散液の粘度低下や、撹拌処理による粘度保持率の低下が懸念される。カルボキシ基量と粘度保持率の関係は必ずしも定かではないが、低い変性度の変性パルプを十分に解繊した方が、化学的に表面処理されていない水酸基を持つ箇所が露出し、酸化CNFの表面電荷の減少に加えて酸化CNF同士が相互的に水素結合を形成しやすくなり低せん断での粘度が保持されると推定される。
カルボキシ基量の測定方法の一例を以下に説明する。酸化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mLを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定する。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出することができる。
カルボキシ基量〔mmol/g酸化セルロース〕=a〔mL〕×0.05/酸化セルロース質量〔g〕
カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N−オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物もしくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシ基(−COOH)またはカルボキシレート基(−COO)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。
N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4−ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。
N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01〜10mmolが好ましく、0.01〜1mmolがより好ましく、0.05〜0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1〜4mmol/L程度が好ましい。
臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1〜100mmolが好ましく、0.1〜10mmolがより好ましく、0.5〜5mmolがさらに好ましい。
酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。酸化剤の使用量としては、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5〜500mmolが好ましく、0.5〜50mmolがより好ましく、1〜25mmolがさらに好ましく、3〜10mmolが最も好ましい。また、例えば、N−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。
セルロースの酸化は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4〜40℃が好ましく、また15〜30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシ基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8〜12、好ましくは10〜11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱容易性や、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。
酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5〜6時間、例えば、0.5〜4時間程度である。
また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。
カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50〜250g/mであることが好ましく、50〜220g/mであることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100質量部とした際に、0.1〜30質量部であることが好ましく、5〜30質量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0〜50℃であることが好ましく、20〜50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1〜360分程度であり、30〜360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。
酸化セルロースのカルボキシ基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。
(カルボキシメチル化)
本発明において、変性セルロースとして、カルボキシメチル化したセルロースを用いる場合、カルボキシメチル化したセルロースは、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシメチル化することにより得てもよいし、市販品を用いてもよい。いずれの場合も、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度が0.01〜0.50となるものが好ましい。そのようなカルボキシメチル化したセルロースを製造する方法の一例として次のような方法を挙げることができる。セルロースを発底原料にし、溶媒として3〜20質量倍の水及び/又は低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、又は2種以上の混合媒体を使用する。なお、低級アルコールを混合する場合の低級アルコールの混合割合は、60〜95質量%である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5〜20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用する。発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0〜70℃、好ましくは10〜60℃、かつ反応時間15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間、マーセル化処理を行う。その後、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05〜10.0倍モル添加し、反応温度30〜90℃、好ましくは40〜80℃、かつ反応時間30分〜10時間、好ましくは1時間〜4時間、エーテル化反応を行う。
なお、本明細書において、セルロースナノファイバーの調製に用いる変性セルロースの一種である「カルボキシメチル化したセルロース」は、水に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものをいう。したがって、本明細書において分散剤として例示した水溶性高分子の一種であるカルボキシメチルセルロースとは区別される。「カルボキシメチル化したセルロース」の水分散液を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができる。一方、水溶性高分子の一種であるカルボキシメチルセルロースの水分散液を観察しても、繊維状の物質は観察されない。また、「カルボキシメチル化したセルロース」はX線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるが、水溶性高分子のカルボキシメチルセルロースではセルロースI型結晶はみられない。
(リン酸エステル化)
化学変性セルロースとして、リン酸エステル化したセルロースを使用できる。当該セルロースは、前述のセルロース原料にリン酸系化合物Aの粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸系化合物Aの水溶液を添加する方法により得られる。
リン酸系化合物Aとしては、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。これらの中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、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、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらは1種、あるいは2種以上を併用できる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、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がより好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応の均一性が高まり、かつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物Aは水溶液として用いることが好ましい。リン酸系化合物Aの水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3〜7が好ましい。
リン酸エステル化セルロースの製造方法の一例として以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1〜10質量%のセルロース原料の分散液に、リン酸系化合物Aを撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物Aの添加量はリン元素量として、0.2〜500質量部であることが好ましく、1〜400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物Aの割合が前記下限値以上であれば、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。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるのでコスト面から好ましくない。
この際、セルロース原料、リン酸系化合物Aの他に、これ以外の化合物Bの粉末や水溶液を混合してもよい。化合物Bは特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃〜赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、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が、特に限定されない。この中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。化合物Bの添加量はセルロース原料の固形分100質量部に対して、2〜1000質量部が好ましく、100〜700質量部がより好ましい。反応温度は0〜95℃が好ましく、30〜90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1〜600分程度であり、30〜480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100〜170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100〜170℃で加熱処理することが好ましい。
リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001〜0.40であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース原料は煮沸した後、冷水で洗浄されることが好ましい。
(カチオン化)
化学変性セルロースとして、前記カルボキシル化セルロースをさらにカチオン化したセルロースを使用することができる。当該カチオン変性されたセルロースは、前記カルボキシル化セルロース原料に、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハライドまたはそのハロヒドリン型などのカチオン化剤と、触媒である水酸化アルカリ金属(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)を、水または炭素数1〜4のアルコールの存在下で反応させることによって得ることができる。
グルコース単位当たりのカチオン置換度は0.02〜0.50であることが好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.02より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.50より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たカチオン変性されたセルロース原料は洗浄されることが好ましい。当該カチオン置換度は、反応させるカチオン化剤の添加量、水または炭素数1〜4のアルコールの組成比率によって調整できる。
本発明において、セルロース原料をアニオン変性して得られるアニオン変性セルロースが塩型である場合には、塩型の種類は問わないが、ナトリウムやアンモニウムなど、解繊性、分散性が良好な塩を選択することが好ましい。
<解繊>
本発明において、解繊する装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いて前記水分散体に強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、前記水分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。また、高圧ホモジナイザーでの解繊・分散処理に先立って、必要に応じて、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて、上記のCNFに予備処理を施すことも可能である。解繊装置での処理(パス)回数は、1回でもよいし2回以上でもよく、2回以上が好ましい。
分散処理においては通常、溶媒に変性セルロースを分散する。溶媒は、変性セルロースを分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒(例えば、メタノール等の親水性の有機溶媒)、それらの混合溶媒が挙げられる。セルロース原料が親水性であることから、溶媒は水であることが好ましい。
分散体中の変性セルロースの固形分濃度は、通常は0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上である。これにより、セルロース繊維原料の量に対する液量が適量となり効率的である。上限は、通常10質量%以下、好ましくは6質量%以下である。これにより流動性を保持することができる。
解繊処理又は分散処理に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて行えばよい。
解繊工程を経て得られた変性セルロースナノファイバーが塩型の場合は、そのまま用いても良いし、鉱酸を用いた酸処理や、陽イオン交換樹脂を用いた方法等により酸型として用いても良い。また、カチオン性添加剤を用いた方法により疎水性を付与して用いても良い。
本発明に用いるセルロースナノファイバーは、改質剤を添加しても構わない。例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーについては、含窒素化合物、含燐化合物、オニウムイオンなどを、セルロースナノファイバー表面のアニオン基に結合させ、極性等の性質を変更することにより、溶媒への親和性や、フィラーの分散性を調整することができる。
本発明においては、アニオン変性セルロースを解繊して得られたアニオン変性セルロースナノファイバーに酸型が存在する場合には、フィラーの分散性が悪化するおそれがあるため、適宜、水酸化ナトリウムやアンモニウムなどの塩基性化合物を追添加して、塩型としてもよい。
本発明の混合液を塗料などに用いる場合であって、混合液の塗布・乾燥後に得られる塗膜に対して耐水性が求められる場合には、例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーとして、アンモニウム塩型のものを用いると、乾燥時にアンモニアが揮発し、酸型となり、塗膜が耐水化するため好ましい。
Figure 0006887067
本発明の混合液に対するセルロースナノファイバーの添加量は、添加量が多いほどフィラーの沈降防止の効果が高くなる利点があり、多すぎると混合液が大きく増粘し扱いづらくなる。この観点から混合液中のCNFの固形分濃度は0.01〜5質量%が好ましく、濃度0.1〜0.5質量%がより好ましい。
(3)フィラー
本発明に用いるフィラーとしては、無機系フィラー、有機系フィラーのいずれでもよい。粒子状、扁平状、繊維状などの形状も問わない。
無機系フィラーとして、炭酸カルシウム(軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム)、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、クレー(カオリン、焼成カオリン、デラミカオリン)、タルク、マイカ、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、二酸化チタン、ケイ酸ナトリウムと鉱酸から製造されるシリカ(ホワイトカーボン、シリカ/炭酸カルシウム複合体、シリカ/二酸化チタン複合体)、白土、ベントナイト、珪藻土、硫酸カルシウム、ゼオライトなどの無機化合物、アルミニウム、酸化アルミニウム、銅、亜鉛、鉄、ニッケル、スズなどの金属または合金、脱墨工程から得られる灰分を再生して利用する無機系フィラーおよび再生する過程でシリカや炭酸カルシウムと複合体を形成した無機系フィラーなどが挙げられる。炭酸カルシウム−シリカ複合物としては、炭酸カルシウムおよび/または軽質炭酸カルシウム−シリカ複合物以外に、ホワイトカーボンのような非晶質シリカを併用しても良い。
有機系フィラーとしては、尿素−ホルマリン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、微小中空粒子、アクリルアミド複合体、木材由来の物質(微細繊維、ミクロフィブリル繊維、粉体ケナフ)、変性不溶化デンプン、未糊化デンプンなどが挙げられる。
上記フィラーは、1種類を単独で用いても良いし、2種類以上を混合して用いても良い。
本発明の混合液には、必要に応じて、防腐剤、表面調整剤などの界面活性剤、バインダー樹脂、耐水化剤、増粘剤などを添加しても良い。
本発明においては、混合液に対して少量の分散剤を添加することにより、セルロースナノファイバーによるフィラーの沈降防止効果が向上する。特に、粒子径が大きく高アスペクト比なフィラーであるほど、凝集したときに粗大な凝集物となり、沈降性が高くなるため、分散剤の添加効果が現れやすいものである。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<離水率>
実施例及び比較例で得られた混合液の内、50mLをJIS R 3505に準拠した容量50mLのメスシリンダーに注ぎ、72時間静置した後、目視にてメスシリンダー中の混合液の上部の透明な部分の液体の量を読み取った。その後、下式により離水率を算出した。結果は表1に示した。
離水率(%):(透明な部分の液体の量(mL)/混合液の全量(mL))×100
<粒子径及び粒子径分布の均一性>
実施例及び比較例で得られた混合液の内、残りの50mLを3日間静置した後、容器の底の方からサンプルを採取した。得られたサンプルは、レーザー回折式粒度分布測定装置(マスターサイザー3000、マルバーン社製)を用いて、体積平均粒子径(D10、D50、D90)を測定した。D10は、体積平均粒子径による粒子径分布において、最小値から積算して10%が含まれる粒子径であり、D50は、最小値から積算して50%が含まれる粒子径であり、D90は、最小値から積算して90%が含まれる粒子径である。なお、この測定においては、分散溶媒としてイオン交換水を使用し、超音波は使用せず、ポンプによる循環を行った。
また、粒子径の測定と同じ装置、同じサンプルを用いて、粒子径分布の均一性を測定した。粒子径分布の均一性は、下式のように表される。
Figure 0006887067

ここで、diは、各分画の粒子径であり、d50は、粒子径分布の中央値であり、Viは、各分画の体積である。均一性は、粒子径分布の中央値からの絶対偏差の尺度であり、1以下であることが好ましい。
得られた粒子径及び粒子径分布の均一性の結果は、表1に示した。
<透明度>
本明細書において、透明度は、酸化CNFを固形分1%(w/v)の水分散体とした際の、波長660nmの光の透過率をいうものとする。製造例で得られた酸化CNFの透明度は、CNF分散体(固形分1%(w/v)、分散媒:水)を調製し、UV−VIS分光光度計UV−1800(島津製作所製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて、660nm光の透過率を測定することにより求めた。
<安定性試験>
製造例で得られた1.0質量%の酸化セルロースナノファイバー水分散液210gを600mLのプラスチック容器に測りとった後、濃度が0.7%になるように脱イオン水を添加して撹拌(1000rpm、5分間)することで、0.7質量%の酸化CNF水分散液300gを得た。また、濃度を調整した直後に、B型粘度計を用いて6rpm、1分間の条件で、B型粘度を測定した(撹拌前の粘度)。
B型粘度を測定し終えた酸化CNF水分散液300gをディスパーで30分間撹拌(1000rpm、23℃)した。30分間撹拌した直後に、B型粘度計を用いて6rpm、1分間の条件で、B型粘度を測定した(撹拌後の粘度)。
粘度保持率は下式により求められる。
粘度保持率(%)=(撹拌後の粘度/撹拌前の粘度)×100
<製造例1>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)20mg(絶乾1gのセルロースに対し0.025mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、次亜塩素酸ナトリウムが2.2mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水で洗浄することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は93%であり、酸化反応に要した時間は60分、カルボキシ基量(以下、「変性度」ということがある)は0.75mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、高圧ホモジナイザーを用いて、透明度が十分に高くなるまで解繊処理を実施して、透明度が88%である酸化セルロースナノファイバー水分散液を得た。平均繊維径は4nm、アスペクト比は280であった。この酸化CNF水分散液に対し安定性試験を実施し、撹拌前と撹拌後のB型粘度の値を得た。このときの粘度保持率は50%であった。
<製造例2>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、次亜塩素酸ナトリウムが6.0mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水で洗浄することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシ基量は1.51mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、高圧ホモジナイザーを用いて解繊処理を実施することで、透明度が95.0%である酸化セルロースナノファイバー水分散液を得た。平均繊維径は3nm、アスペクト比は250であった。この酸化CNF水分散液に対し安定性試験を実施し、撹拌前と撹拌後のB型粘度の値を得た。このときの粘度保持率は39%であった。
<製造例3>
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)20mg(絶乾1gのセルロースに対し0.025mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、次亜塩素酸ナトリウムが1.3mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水で洗浄することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は99%であり、酸化反応に要した時間は50分、カルボキシ基量は0.42mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、高圧ホモジナイザーを用いて、透明度が十分に高くなるまで解繊処理を実施することで、透明度が75.2%である酸化セルロースナノファイバー水分散液を得た。平均繊維径は4nm、アスペクト比は380であった。この酸化CNF水分散液に対し安定性試験を実施し、撹拌前と撹拌後のB型粘度の値を得た。このときの粘度保持率は88%であった。
<実施例1>
上記で得られた製造例1の酸化セルロースナノファイバー水分散液をCNF固形分相当で0.2質量%用意し、ホモミキサーで3000rpmで撹拌を行いながら、分散剤としてポリカルボン酸(商品名:アロンT−50、東亜合成株式会社製)を固形分で0.1質量%含有するように添加し、続いてフィラーとしてカオリン(商品名:バリサーフHX、イメリス社製)10質量%と水を加え、混合液を100mL調製した。得られた混合液について、離水率、粒子径、及び粒子径の均一性を測定した。
<実施例2−6、実施例8−9、実施例12−16>
用いた酸化セルロースナノファイバー水分散液のカルボキシ基量及び添加濃度、分散剤の種類及び添加濃度、及びフィラーの種類を表1に示す通り変更して、実施例1と同様にして混合液を調製した。得られた混合液について、離水率、粒子径、及び粒子径の均一性を測定した。
<実施例7>
製造例1で得られた酸化されたパルプを塩酸でpH2.4に調整後、イオン交換水で2回洗浄した。その後、酸化されたパルプの固形分4gに対して、ポリエーテルアミン(JEFFAMINE(登録商標) M1000)を3.2g添加し、400gになるようイオン交換水で調整し、製造例1と同様に高圧ホモジナイザーで解繊処理を行い、透明度が90%である酸化セルロースナノファイバー水分散液を得た。平均繊維径は4nm、アスペクト比は275であった。この酸化CNF水分散液に対し安定性試験を実施し、撹拌前と撹拌後のB型粘度の値を得た。このときの粘度保持率は52%であった。この酸化セルロースナノファイバー分散液に、実施例1と同様にフィラーとしてカオリン(商品名:バリサーフHX、イメリス社製)10質量%と水を加え、混合液を100mL調製した。得られた混合液について、離水率、粒子径、及び粒子径の均一性を測定した。
<実施例10>
製造例2で得られた酸化セルロースナノファイバー水分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして混合液を100mL調製した。得られた混合液について、離水率、粒子径、及び粒子径の均一性を測定した。
<実施例11>
製造例3で得られた酸化セルロースナノファイバー水分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして混合液を100mL調製した。得られた混合液について、離水率、粒子径、及び粒子径の均一性を測定した。
<比較例1−比較例5>
分散剤を添加せず、酸化セルロースナノファイバーの添加濃度、並びに、フィラーの種類及び添加濃度を表1に示す通り変更して、実施例1と同様にして混合液を調製した。得られた混合液について、離水率、粒子径、及び粒子径の均一性を測定した。
<比較例6−比較例11>
セルロースナノファイバーを添加せず、分散剤の種類及び添加濃度、並びに、フィラーの種類及び添加濃度を表1に示す通り変更して、実施例1と同様にして混合液を調製した。得られた混合液について、離水率、粒子径、及び粒子径の均一性を測定した。
なお、実施例及び比較例で使用した分散剤、フィラーの詳細は、以下の通りである。
(分散剤)
・製品名:アロンT−50、ポリアクリル酸ナトリウム、固形分43%、東亜合成株式会社製
・名称:ポリカルボン酸A、固形分36.0%
ここで、ポリカルボン酸Aは、下記の方法で製造した。
温度計、撹拌装置、還流装置、窒素導入管および滴下装置を備えたガラス反応容器に水148部、および、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノアリルエーテル(エチレンオキサイドの平均付加モル数37個、プロピレンオキサイドの平均付加モル数3個、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム付加)94部(5モル%)を仕込み、撹拌下で反応容器を窒素置換し、窒素雰囲気下で80℃に昇温した。その後、メタクリル酸35部(40モル%)、アクリル酸5部(7モル%)、メトキシポリエチレングリコールメタアクリレート(エチレンオキサイドの平均付加モル数25個)63部(5モル%)、ヒドロキシプロピルアクリレート60部(43モル%)、3−メルカプトプロピオン酸8部、水165部を混合したモノマー水溶液と、過硫酸アンモニウム3部および水47部の混合液とを、各々2時間で、80℃に保持した反応容器に連続滴下した。さらに、温度を100℃に保持した状態で1時間反応させることにより共重合体(ポリカルボン酸A)の水溶液を得た。
・製品名:アロンA30SL、ポリアクリル酸アンモニウム、固形分40%、東亜合成株式会社製
・製品名:アロンA−6114、カルボン酸系共重合体(アンモニウム塩)、固形分40%、東亜合成株式会社製
・製品名:FS600LC、カルボキシメチルセルロース、粉末状、日本製紙株式会社製
・製品名:JEFFAMINE(登録商標) M1000、ポリエーテルアミン、ハンツマン社製
・製品名:ディスパロンAQ−330、ポリエーテルリン酸エステル、有効成分100%、楠本化成株式会社製
・製品名:デモールEP、高分子ポリカルボン酸、固形分25%、花王株式会社製
(フィラー)
・製品名:バリサーフHX、カオリン、粒径%:64(<2μm)、株式会社イメリス ミネラルズ・ジャパン製
・製品名:カルライトKT、炭酸カルシウム、一次粒子径:300nm(電子顕微鏡観察値)、白石工業株式会社製
・製品名:A−21S、マイカ、体積平均粒子径:23μm、アスペクト比:70、株式会社ヤマグチマイカ製
・製品名:A−11、マイカ、体積平均粒子径:3μm、株式会社ヤマグチマイカ製
・製品名:B−82、マイカ、体積平均粒子径:180μm、アスペクト比:100、株式会社ヤマグチマイカ製
Figure 0006887067
表1からわかるように、(1)分散剤、(2)セルロースナノファイバー、および(3)フィラーを含有する混合液においては、離水率が低く、フィラーの分散安定性に優れる結果であり、粒子径分布の均一性にも優れるものであった(実施例1〜16)。
一方、(2)セルロースナノファイバーおよび(3)フィラーを含有するが、(1)分散剤を含有しない場合は、離水率の値が大きく、フィラーの分散安定性に劣る結果であり、実施例と比較して粒子径の測定結果に違いがみられた(比較例1〜5)。具体的には、フィラーをカオリン及びマイカとした場合は、粒子径分布の均一性の数値が高いものであり、均一性が悪化した。マイカとして大粒径のB−82を用いた比較例5においては、粒子径D10の値が大きいものであった。フィラーを炭酸カルシウムとした場合は、粒子径D10、D50の値が大きいものであった。
また、(2)セルロースナノファイバーを含有せず、(1)分散剤および(3)フィラーを含有する場合は、離水率の値が大きく、フィラーの分散安定性に劣る結果であった(比較例6〜11)。
上記の結果より、微細なセルロースナノファイバーは、フィラー中に入り込むことにより、フィラーの沈降を阻害すると考えられる。アニオン変性セルロースナノファイバーの場合には、この沈降防止効果のみならず、アニオン性の分散剤としても、少なからず機能すると考えられる。
ただし、セルロースナノファイバーの存在下であっても、フィラーとして水中で凝集が起こりやすいものを用いた場合、セルロースナノファイバーのアニオン性の分散剤としての機能のみでは、フィラーの凝集防止効果として不充分となり、凝集が起こる。凝集したフィラーは、沈降しやすい状態となり、セルロースナノファイバーの存在下であっても離水が起こるものと考えられる。セルロースナノファイバーと分散剤を併用することにより、フィラーの凝集を抑え、沈降を防止する効果を得ることができる。

Claims (7)

  1. 以下の(1)〜(3)を含有する混合液。
    (1)分散剤
    (2)アニオン変性セルロースナノファイバー
    (3)フィラー(ただし、コロイダルシリカを除く)
  2. 前記分散剤が、アニオン性高分子化合物である請求項1記載の混合液。
  3. 前記アニオン性高分子化合物が、カルボキシ基を有する高分子化合物またはリン酸基を有する高分子化合物である請求項2記載の混合液。
  4. 前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、酸化セルロースナノファイバーである請求項1〜3の何れか一項に記載の混合液。
  5. 前記酸化セルロースナノファイバーのカルボキシ基量が、0.4〜1.0 mmol/gである請求項4記載の混合液。
  6. 前記アニオン変性セルロースナノファイバーの添加量が、濃度0.1質量%以上である請求項1〜5の何れか一項に記載の混合液。
  7. 72時間静置した後の離水率が、1%未満である請求項1〜6の何れか一項に記載の混合液。
JP2020566010A 2019-07-03 2020-06-17 混合液 Active JP6887067B1 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019124096 2019-07-03
JP2019124096 2019-07-03
JP2020010469 2020-01-27
JP2020010469 2020-01-27
PCT/JP2020/023667 WO2021002194A1 (ja) 2019-07-03 2020-06-17 混合液

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6887067B1 true JP6887067B1 (ja) 2021-06-16
JPWO2021002194A1 JPWO2021002194A1 (ja) 2021-09-13

Family

ID=74100552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020566010A Active JP6887067B1 (ja) 2019-07-03 2020-06-17 混合液

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220227998A1 (ja)
EP (1) EP3995543A4 (ja)
JP (1) JP6887067B1 (ja)
CN (1) CN113728045A (ja)
CA (1) CA3143494A1 (ja)
TW (2) TWI817248B (ja)
WO (1) WO2021002194A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270623A1 (ja) * 2021-06-25 2022-12-29 王子ホールディングス株式会社 繊維状セルロース含有組成物、セメントスラリー、セメント組成物及びセメント硬化体

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015107995A1 (ja) * 2014-01-17 2015-07-23 日本製紙株式会社 アニオン変性セルロースナノファイバーの乾燥固形物及びその製造方法
WO2016043146A1 (ja) * 2014-09-17 2016-03-24 国立大学法人名古屋大学 熱伝導性組成物及びその製造方法
JP2017128664A (ja) * 2016-01-20 2017-07-27 日本製紙株式会社 ポリウレタン樹脂組成物、及びその製造方法
JP2018016745A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 日本製紙株式会社 繊維性成形品製造用の成形材料およびそれを用いた成形品
JP2018070835A (ja) * 2016-11-02 2018-05-10 互応化学工業株式会社 ポリエステル樹脂組成物
JP2020033487A (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 株式会社ネオス 塗料組成物及び塗膜ならびに物品

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2730252B1 (fr) * 1995-02-08 1997-04-18 Generale Sucriere Sa Cellulose microfibrillee et son procede d'obtention a partir de pulpe de vegetaux a parois primaires, notamment a partir de pulpe de betteraves sucrieres.
US6348436B1 (en) * 1996-07-15 2002-02-19 Rhodia Chimie Fluid comprising cellulose nanofibrils and its use for oil mining
JP4998981B2 (ja) 2006-06-20 2012-08-15 国立大学法人 東京大学 微細セルロース繊維
GB201222285D0 (en) * 2012-12-11 2013-01-23 Imerys Minerals Ltd Cellulose-derived compositions
CN104936895A (zh) * 2013-01-24 2015-09-23 日本瑞翁株式会社 碳纳米管分散液及其制造方法、以及碳纳米管组合物及其制造方法
CN103966888B (zh) * 2013-02-05 2016-08-03 金东纸业(江苏)股份有限公司 复合物及其制备方法,应用其的浆料及纸张
EP3260861A4 (en) * 2015-02-17 2019-10-09 Nippon Paper Industries Co., Ltd. METHOD FOR EVALUATING DISPERSION OF CELLULOSE NANOFIBERS
CA3019766C (en) * 2016-04-04 2021-06-15 Kansai Paint Co., Ltd. Bright pigment dispersion and method for forming multilayer coating film
WO2018008700A1 (ja) * 2016-07-07 2018-01-11 日本製紙株式会社 変性セルロースナノファイバーおよびこれを含むゴム組成物
JP7150603B2 (ja) * 2016-08-08 2022-10-11 日本製紙株式会社 セルロースナノファイバー分散液の評価方法
JP7114226B2 (ja) * 2017-06-15 2022-08-08 スターライト工業株式会社 導電性塗工液組成物およびその塗工方法
CN108997622B (zh) * 2018-05-25 2020-12-18 浙江理工大学 具有水诱导形变记忆功能的gop/cnf复合材料的制备方法和测试方法
WO2020111025A1 (ja) * 2018-11-26 2020-06-04 日本製紙株式会社 セルロースナノファイバー含有塗工層を備える紙

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015107995A1 (ja) * 2014-01-17 2015-07-23 日本製紙株式会社 アニオン変性セルロースナノファイバーの乾燥固形物及びその製造方法
WO2016043146A1 (ja) * 2014-09-17 2016-03-24 国立大学法人名古屋大学 熱伝導性組成物及びその製造方法
JP2017128664A (ja) * 2016-01-20 2017-07-27 日本製紙株式会社 ポリウレタン樹脂組成物、及びその製造方法
JP2018016745A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 日本製紙株式会社 繊維性成形品製造用の成形材料およびそれを用いた成形品
JP2018070835A (ja) * 2016-11-02 2018-05-10 互応化学工業株式会社 ポリエステル樹脂組成物
JP2020033487A (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 株式会社ネオス 塗料組成物及び塗膜ならびに物品

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270623A1 (ja) * 2021-06-25 2022-12-29 王子ホールディングス株式会社 繊維状セルロース含有組成物、セメントスラリー、セメント組成物及びセメント硬化体

Also Published As

Publication number Publication date
EP3995543A1 (en) 2022-05-11
US20220227998A1 (en) 2022-07-21
JPWO2021002194A1 (ja) 2021-09-13
TW202106718A (zh) 2021-02-16
WO2021002194A1 (ja) 2021-01-07
TWI803758B (zh) 2023-06-01
CA3143494A1 (en) 2021-01-07
TW202214708A (zh) 2022-04-16
EP3995543A4 (en) 2023-12-20
CN113728045A (zh) 2021-11-30
TWI817248B (zh) 2023-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11591721B2 (en) Acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber and production method thereof
JP6862173B2 (ja) エステル化セルロースナノファイバー分散液の製造方法
JP6951978B2 (ja) アニオン変性セルロースナノファイバー分散液およびその製造方法
JP6887067B1 (ja) 混合液
JP6861972B2 (ja) 乾燥セルロースナノファイバーの製造方法
JP2023013443A (ja) 化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法
WO2021112195A1 (ja) 変性セルロースマイクロフィブリルの製造方法
JP7062334B2 (ja) セラミック用バインダー
JP2021075665A (ja) カルボキシル基とカルボキシル基以外のアニオン性基とを有するセルロースナノファイバー及びその製造方法
US20210179738A1 (en) Oxidized cellulose nanofibers and dispersion of oxidized cellulose nanofibers
JP2020165058A (ja) 複合体の製造方法
WO2020145104A1 (ja) 疎水化アニオン変性セルロースナノファイバー分散体の製造方法および疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物
JP2021109911A (ja) インク組成物
JP7377397B1 (ja) 微細繊維状セルロースの製造方法およびセルロースの解繊方法
JP7477326B2 (ja) 疎水化アニオン変性セルロース又はその解繊物の乾燥固形物、疎水化アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体、並びにそれらの製造方法
JP7426810B2 (ja) 接着剤組成物、その製造方法及び用途
JP2021046509A (ja) 窒化物及びセルロースナノファイバーを含む水性懸濁物、及び塗型剤
JP7199229B2 (ja) 疎水化アニオン変性セルロースナノファイバー分散体の製造方法および疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物
WO2023234129A1 (ja) 微細繊維状セルロースの製造方法およびセルロースの解繊方法
JP2022072707A (ja) 化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維及びその製造方法
JP7432390B2 (ja) 疎水化アニオン変性セルロースナノファイバー分散体及びその製造方法ならびに疎水化アニオン変性セルロースの乾燥固形物及びその製造方法
JP7098467B2 (ja) セルロースナノファイバーの製造方法
JP7239294B2 (ja) アニオン変性セルロースナノファイバーの製造方法
JP2022011982A (ja) 化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法
JP2022051300A (ja) 化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201208

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201208

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20201208

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20210107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210224

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210326

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210517

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6887067

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R157 Certificate of patent or utility model (correction)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R157