JP6978403B2 - Fibrous cellulose-containing material, fibrous cellulose-containing liquid composition and molded product - Google Patents
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Description
本発明は、繊維状セルロース含有物、繊維状セルロース含有液状組成物及び成形体に関する。 The present invention relates to a fibrous cellulose-containing material, a fibrous cellulose-containing liquid composition, and a molded product.
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。例えば、微細繊維状セルロースを含むシートや樹脂複合体、増粘剤の開発が進められている。 Conventionally, cellulose fibers have been widely used in clothing, absorbent articles, paper products and the like. As the cellulose fiber, in addition to the fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is also known. Fine fibrous cellulose is attracting attention as a new material, and its uses are wide-ranging. For example, sheets containing fine fibrous cellulose, resin complexes, and thickeners are being developed.
微細繊維状セルロースを例えば増粘剤として使用する場合には、微細繊維状セルロースを分散させた液体を加工工場等に輸送することが行われている。しかし、微細繊維状セルロースを分散させた液体には大量の分散媒が含まれているため、輸送に係る費用が高いという問題がある。このため、輸送コストを削減するために、微細繊維状セルロースを分散させた液体を出来る限り濃縮した形態とすることが望まれている。 When fine fibrous cellulose is used, for example, as a thickener, a liquid in which fine fibrous cellulose is dispersed is transported to a processing factory or the like. However, since the liquid in which the fine fibrous cellulose is dispersed contains a large amount of dispersion medium, there is a problem that the transportation cost is high. Therefore, in order to reduce the transportation cost, it is desired to make the liquid in which the fine fibrous cellulose is dispersed into a concentrated form as much as possible.
例えば、特許文献1及び2には、微細繊維状セルロースと金属成分を含む繊維状セルロース含有物(凝集物)が開示されている。これらの文献における実施例では、得られる繊維状セルロース含有物(凝集物)に、凝集工程で使用される多価金属成分が多く残留している。なお、特許文献3には、無機物からなる陽イオンを含む亜リン酸のエステルが導入されたセルロース微細繊維を含有するセルロース微細繊維含有物が開示されている。特許文献3の実施例では、亜リン酸基の対イオンとして、ナトリウムイオンを含むセルロース繊維が開示されているが、凝集剤としての金属成分の添加はなく、105℃に6時間静置するといった乾燥工程を経てセルロース微細繊維含有物を得ている。
For example,
上述したように、微細繊維状セルロースに多価金属成分を含む凝集剤を添加して、微細繊維状セルロースの濃縮物を得る手法が知られている。このような場合、得られる濃縮物を洗浄することで凝集剤を除去することが考えられるが、特に多価金属成分を含む凝集剤を用いた場合に、凝集剤を取り除ききれないという課題がある。 As described above, a method of adding a flocculant containing a multivalent metal component to fine fibrous cellulose to obtain a concentrate of fine fibrous cellulose is known. In such a case, it is conceivable to remove the flocculant by washing the obtained concentrate, but there is a problem that the flocculant cannot be completely removed, especially when a flocculant containing a polyvalent metal component is used. ..
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、微細繊維状セルロースの分散液に多価金属を含む凝集剤を添加することで繊維状セルロース含有物を得る場合において、金属成分の残存量が低減された繊維状セルロース含有物を提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the present inventors have obtained a fibrous cellulose-containing material by adding a flocculant containing a polyvalent metal to a dispersion of fine fibrous cellulose. The study was carried out for the purpose of providing a fibrous cellulose-containing material in which the residual amount of the metal component was reduced.
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、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する微細繊維状セルロースを含有する繊維状セルロース含有物において、微細繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、微細繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合に、A1/A2の値を0.65以上とすることにより、微細繊維状セルロースの分散液に多価金属を含む凝集剤を添加することで繊維状セルロース含有物を得る場合であっても、多価金属等の金属成分の残存量が低減された繊維状セルロース含有物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。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found that the fibrous cellulose-containing material containing fine fibrous cellulose having a phosphoacid group or a substituent derived from the phosphoxoic acid group is fine. When the amount of the first dissociated acid in the fibrous cellulose is A1 and the total amount of the dissociated acid in the fine fibrous cellulose is A2, the value of A1 / A2 is set to 0.65 or more to disperse the fine fibrous cellulose. Even when a fibrous cellulose-containing material is obtained by adding a flocculant containing a polyvalent metal to the liquid, a fibrous cellulose-containing material in which the residual amount of a metal component such as a polyvalent metal is reduced can be obtained. I found.
Specifically, the present invention has the following configurations.
[1] 繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、多価金属とを含有する繊維状セルロース含有物であって、
繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.65以上である、繊維状セルロース含有物。
[2] 繊維幅が1000nm以下であり、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、多価金属とを含有する繊維状セルロース含有物。
[3] 下記測定条件(a)で測定した全光線透過率が95%以上である、[1]又は[2]に記載の繊維状セルロース含有物;
測定方法(a):
繊維状セルロース含有物にイオン交換水を加えて固形分濃度が0.5質量%の水懸濁液Aを調製する;水懸濁液AのpHを10に調整したのち、2.5m/秒で5分間撹拌する;得られた水懸濁液にイオン交換水を加えて固形分濃度を0.2質量%とし、24時間静置した後、JIS K 7361に準拠して、光路長1cmの条件で全光線透過率を測定する。
[4] 繊維状セルロース含有物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量が5質量%以上である[1]〜[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物。
[5] 固形状である[1]〜[4]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物と、溶媒とを混合してなる繊維状セルロース含有液状組成物。
[7] 繊維状セルロース含有液状組成物中の固形分濃度を0.5質量%以下とし、JIS K 7361に準拠して、光路長1cmの条件で測定した場合の全光線透過率が95%以上である[6]に記載の繊維状セルロース含有液状組成物。
[8] [1]〜[5]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有物、もしくは、[6]又は[7]に記載の繊維状セルロース含有液状組成物から形成される成形体。
[1] A fibrous cellulose-containing product having a fiber width of 1000 nm or less and containing a phospholic acid group or a fibrous cellulose having a substituent derived from a phosphoxoic acid group and a polyvalent metal.
A fibrous cellulose-containing substance having an A1 / A2 value of 0.65 or more when the first dissociative acid amount in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociative acid amount in the fibrous cellulose is A2.
[2] A fibrous cellulose-containing material having a fiber width of 1000 nm or less and containing a phosphite group or a fibrous cellulose having a substituent derived from a phosphite group and a polyvalent metal.
[3] The fibrous cellulose-containing material according to [1] or [2], wherein the total light transmittance measured under the following measurement condition (a) is 95% or more;
Measurement method (a):
Ion-exchanged water is added to the fibrous cellulose-containing material to prepare an aqueous suspension A having a solid content concentration of 0.5% by mass; the pH of the aqueous suspension A is adjusted to 10 and then 2.5 m / sec. Add ion-exchanged water to the obtained water suspension to make the solid content concentration 0.2% by mass, allow it to stand for 24 hours, and then, according to JIS K 7361, have an optical path length of 1 cm. Measure the total light transmittance under the conditions.
[4] The fibrous cellulose-containing material according to any one of [1] to [3], wherein the content of the fibrous cellulose is 5% by mass or more with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material.
[5] The fibrous cellulose-containing substance according to any one of [1] to [4], which is a solid form.
[6] A fibrous cellulose-containing liquid composition obtained by mixing the fibrous cellulose-containing material according to any one of [1] to [5] with a solvent.
[7] When the solid content concentration in the fibrous cellulose-containing liquid composition is 0.5% by mass or less and the total light transmittance is 95% or more when measured under the condition of an optical path length of 1 cm in accordance with JIS K 7361. The fibrous cellulose-containing liquid composition according to [6].
[8] A molded product formed from the fibrous cellulose-containing material according to any one of [1] to [5] or the fibrous cellulose-containing liquid composition according to [6] or [7].
本発明によれば、微細繊維状セルロースの分散液に多価金属を含む凝集剤を添加することで繊維状セルロース含有物を得る場合において、金属成分の残存量が低減された繊維状セルロース含有物を得ることができる。 According to the present invention, when a flocculant containing a polyvalent metal is added to a dispersion of fine fibrous cellulose to obtain a fibrous cellulose-containing material, the residual amount of the metal component is reduced. Can be obtained.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be based on typical embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
(繊維状セルロース含有物)
本発明の第1の態様は、繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、多価金属とを含有する繊維状セルロース含有物に関する。ここで、繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値は0.65以上である。
(Filamentous cellulose-containing material)
A first aspect of the present invention relates to a fibrous cellulose-containing material having a fiber width of 1000 nm or less and containing a phospholic acid group or a substituent derived from a phosphoxoic acid group and a polyvalent metal. Here, when the amount of the first dissociated acid in the fibrous cellulose is A1 and the total amount of the dissociated acid in the fibrous cellulose is A2, the value of A1 / A2 is 0.65 or more.
本発明の第2の態様は、繊維幅が1000nm以下であり、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースと、多価金属とを含有する繊維状セルロース含有物に関する。 A second aspect of the present invention is a fibrous cellulose-containing material having a fiber width of 1000 nm or less and containing a phosphite group or a fibrous cellulose having a substituent derived from the phosphite group and a polyvalent metal. Regarding.
本発明の繊維状セルロース含有物は、上記構成を有するものであるため、多価金属を含むものではあるが、多価金属を含む金属成分の残存量が低減されている。具体的には、本発明の繊維状セルロース含有物を得る際には、微細繊維状セルロースの分散液に多価金属を含む凝集剤を添加することで繊維状セルロース含有物を得ているが、このような場合において、多価金属を含む金属成分の残存量を低減することができる。従来、微細繊維状セルロースの分散液に多価金属を含む凝集剤を添加することで繊維状セルロース含有物を得ることをした場合、濃縮された繊維状セルロース含有物に含まれる凝集剤(多価金属)を洗浄によって除去しきれず、多量の金属成分が残存してしまう場合があった。一方で、濃縮された繊維状セルロース含有物の用途によっては、残存する多価金属等の金属成分が悪影響を及ぼす場合があるため、多価金属等の金属成分を極力除去したいとの要望がある。そこで、本発明においては、上述した第1の態様や第2の態様の構成とすることで、濃縮された繊維状セルロース含有物における金属成分の残存量を低減することを可能とした。 Since the fibrous cellulose-containing material of the present invention has the above-mentioned structure, it contains a polyvalent metal, but the residual amount of the metal component containing the polyvalent metal is reduced. Specifically, when the fibrous cellulose-containing material of the present invention is obtained, the fibrous cellulose-containing material is obtained by adding a flocculant containing a polyvalent metal to the dispersion liquid of the fine fibrous cellulose. In such a case, the residual amount of the metal component including the polyvalent metal can be reduced. Conventionally, when a flocculant containing a polyvalent metal is added to a dispersion of fine fibrous cellulose to obtain a fibrous cellulose-containing material, the flocculant contained in the concentrated fibrous cellulose-containing material (multivalent). In some cases, the metal) could not be completely removed by washing, and a large amount of metal components remained. On the other hand, depending on the use of the concentrated fibrous cellulose-containing material, the remaining metal components such as polyvalent metal may have an adverse effect, so there is a desire to remove the metal components such as polyvalent metal as much as possible. .. Therefore, in the present invention, the configuration of the first aspect and the second aspect described above makes it possible to reduce the residual amount of the metal component in the concentrated fibrous cellulose-containing material.
上述したように、本発明の繊維状セルロース含有物における金属成分の残存量は少ない。具体的には、繊維状セルロース含有物における多価金属含有量は、0.070mmol/g以下であることが好ましく、0.060mmol/g以下であることがより好ましく、0.050mmol/g以下であることがさらに好ましく、0.045mmol/g以下であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロース含有物における多価金属含有量は、0.0001mmol/g以上であることが好ましい。ここで、繊維状セルロース含有物における多価金属含有量は、繊維状セルロース含有物の固形分量1g当たりの多価金属含有量(mmol)である。具体的には、以下のようにして得られた希釈溶液についてICP−AES測定を行うことで多価金属量(mmol)を測定する。測定に供される希釈溶液を得る際には、まず、繊維状セルロース含有物10gを525℃で加熱して灰化させ、1%硝酸5mLで溶解し湿式分解させる。その後、この溶液を0.45μmのフィルターでろ過したのち、超純水を加えて50mLとなるよう定容することで希釈溶液が得られる。ICP−AES測定により測定された多価金属量(mmol)を、供試した繊維状セルロース含有物の固形分量(g)で除すことで、上述した多価金属含有量(mmol/g)が算出される。 As described above, the residual amount of the metal component in the fibrous cellulose-containing material of the present invention is small. Specifically, the polyvalent metal content in the fibrous cellulose-containing material is preferably 0.070 mmol / g or less, more preferably 0.060 mmol / g or less, and 0.050 mmol / g or less. It is more preferably present, and particularly preferably 0.045 mmol / g or less. The polyvalent metal content in the fibrous cellulose-containing material is preferably 0.0001 mmol / g or more. Here, the polyvalent metal content in the fibrous cellulose-containing material is the polyvalent metal content (mmol) per 1 g of the solid content of the fibrous cellulose-containing material. Specifically, the amount of polyvalent metal (mmol) is measured by performing ICP-AES measurement on the diluted solution obtained as follows. To obtain a diluted solution to be used for measurement, first, 10 g of the fibrous cellulose-containing material is heated at 525 ° C. to incinerate it, dissolved in 5 mL of 1% nitric acid, and wet-decomposed. Then, after filtering this solution with a filter of 0.45 μm, ultrapure water is added and the volume is adjusted to 50 mL to obtain a diluted solution. By dividing the amount of polyvalent metal (mmol) measured by ICP-AES measurement by the solid content (g) of the fibrous cellulose-containing material tested, the above-mentioned polyvalent metal content (mmol / g) can be obtained. Calculated.
本発明においては、多価金属含有量は上記上限値以下であり、その含有量が低く抑えられている。但し、多価金属の一部は多価金属イオンとして繊維状セルロース含有物中に残存している。これは、リンオキソ酸基がアニオン性基であるため、多価金属イオンの少なくとも一部は、リンオキソ酸基と静電相互作用によりイオン結合を形成することで、微量が残留するためである。しかし、本発明においては、A1/A2の値を0.65以上とするか、もしくは、繊維状セルロースがリンオキソ酸基として亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有することにより、繊維状セルロース含有物中に残留する多価金属含有量を極力減らすことができる。このように、本発明の繊維状セルロース含有物においては、多価金属含有量が抑えられているため、例えば、後工程で繊維状セルロース含有物を加工した場合であっても、多価金属成分に由来する分散液における沈殿の生成や成形体の脆化等を抑制することができる。 In the present invention, the polyvalent metal content is not more than the above upper limit value, and the content is kept low. However, a part of the polyvalent metal remains as polyvalent metal ions in the fibrous cellulose-containing material. This is because the phosphorus oxo acid group is an anionic group, and at least a part of the polyvalent metal ion forms an ionic bond by electrostatic interaction with the phosphorus oxo acid group, so that a trace amount remains. However, in the present invention, the value of A1 / A2 is set to 0.65 or more, or the fibrous cellulose has a phosphite group or a substituent derived from the phosphite group as a phosphoric acid group. The content of polyvalent metal remaining in the fibrous cellulose-containing material can be reduced as much as possible. As described above, in the fibrous cellulose-containing material of the present invention, the polyvalent metal content is suppressed, so that the polyvalent metal component is contained even when the fibrous cellulose-containing material is processed in a subsequent step, for example. It is possible to suppress the formation of precipitates and the embrittlement of the molded product in the dispersion liquid derived from.
本発明の繊維状セルロース含有物は、溶媒への再分散性にも優れている。具体的には、繊維状セルロース含有物を溶媒に再分散させた場合、再分散液中で沈降物を生成しない。このため、微細繊維状セルロースを溶媒中に分散させて得られるスラリーは高透明である。例えば、下記測定条件(a)で測定した全光線透過率は、95%以上であることが好ましく、96%以上であることがより好ましい。
測定方法(a):
繊維状セルロース含有物にイオン交換水を加えて固形分濃度が0.5質量%の水懸濁液Aを調製する。水懸濁液AのpHを10に調整したのち、2.5m/秒で5分間撹拌する。得られた水懸濁液にイオン交換水を加えて固形分濃度を0.2質量%とし、24時間静置した後、JIS K 7361に準拠して、光路長1cmの条件で全光線透過率を測定する。
The fibrous cellulose-containing material of the present invention is also excellent in redispersibility in a solvent. Specifically, when the fibrous cellulose-containing material is redispersed in a solvent, no precipitate is formed in the redispersion liquid. Therefore, the slurry obtained by dispersing fine fibrous cellulose in a solvent is highly transparent. For example, the total light transmittance measured under the following measurement condition (a) is preferably 95% or more, and more preferably 96% or more.
Measurement method (a):
Ion-exchanged water is added to the fibrous cellulose-containing material to prepare an aqueous suspension A having a solid content concentration of 0.5% by mass. After adjusting the pH of the aqueous suspension A to 10, the mixture is stirred at 2.5 m / sec for 5 minutes. Ion-exchanged water was added to the obtained aqueous suspension to make the solid content concentration 0.2% by mass, and after allowing to stand for 24 hours, the total light transmittance was set to 1 cm in optical path length in accordance with JIS K 7361. To measure.
測定方法(a)において、固形分濃度が0.5質量%の水懸濁液Aを調製する際には、まず、繊維状セルロース含有物をイオン交換水に添加し、固形分濃度が0.5質量%のスラリー100gを得る。そして、得られたスラリーをマグネチックスターラーで5分間撹拌して水懸濁液Aとする。水懸濁液AのpHを10に調整する際には、マグネチックスターラーで同様に撹拌を行いながら1N水酸化ナトリウムを滴下する。その後、ディスパーザーを用いて、1500rpm(2.5m/s)で5分間撹拌し、24時間後、スラリーをイオン交換水で固形分濃度が0.2質量%になるように希釈し、ディスパーザーにて、1500rpm(2.5m/s)で5分間撹拌する。次いで、得られたスラリーについて脱泡処理した後に23℃の環境下で24時間静置し、JIS K 7361に準拠して全光線透過率を測定する。この際に用いるヘーズメータとしては、村上色彩技術研究所社製のHM−150を用いることができる。また、脱泡処理を行う際には、自転公転型スーパーミキサーを用いることができ、例えば、シンキー社製のARE−250を用いて、2200rpmで、2分間撹拌することで脱泡処理を行うことができる。なお、全光線透過率を測定する際には、光路長1cmの液体用ガラスセルを用い、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。 In the measuring method (a), when preparing the aqueous suspension A having a solid content concentration of 0.5% by mass, first, the fibrous cellulose-containing substance is added to the ion-exchanged water, and the solid content concentration is 0. Obtain 100 g of a 5% by mass slurry. Then, the obtained slurry is stirred with a magnetic stirrer for 5 minutes to obtain a water suspension A. When adjusting the pH of the aqueous suspension A to 10, 1N sodium hydroxide is added dropwise with the same stirring with a magnetic stirrer. Then, using a disperser, the mixture is stirred at 1500 rpm (2.5 m / s) for 5 minutes, and after 24 hours, the slurry is diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration becomes 0.2% by mass, and the disperser is used. Stir at 1500 rpm (2.5 m / s) for 5 minutes. Then, after defoaming the obtained slurry, it is allowed to stand in an environment of 23 ° C. for 24 hours, and the total light transmittance is measured according to JIS K 7361. As the haze meter used at this time, HM-150 manufactured by Murakami Color Technology Research Institute can be used. Further, when performing the defoaming treatment, a rotation / revolution type super mixer can be used. For example, the defoaming treatment is performed by stirring at 2200 rpm for 2 minutes using ARE-250 manufactured by Shinky Co., Ltd. Can be done. When measuring the total light transmittance, a glass cell for liquid having an optical path length of 1 cm is used, and the zero point measurement is performed with ion-exchanged water contained in the glass cell.
繊維状セルロース含有物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量は5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることがさらに好ましい。なお、繊維状セルロース含有物の全質量に対する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95質量%とすることができる。なお、繊維状セルロース含有物における繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロースの質量を、繊維状セルロース含有物の質量で除すことで算出した値である。ただし、繊維状セルロースの質量は、繊維状セルロースが有するアニオン性基の対イオンが水素イオン(H+)であると仮定した際の質量とする。ここで、繊維状セルロースの質量は、繊維状セルロースを、適切な方法で抽出し、この操作を経た後に残る固形分が繊維状セルロースの質量となる。抽出方法としては、例えば、酸処理によって、微細繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基の対イオンとして存在する成分を塩として選択的に抽出する方法などが挙げられる。 The content of the fibrous cellulose with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and further preferably 15% by mass or more. The upper limit of the content of the fibrous cellulose with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material is not particularly limited, but may be, for example, 95% by mass. The content of fibrous cellulose in the fibrous cellulose-containing material is a value calculated by dividing the mass of fibrous cellulose by the mass of the fibrous cellulose-containing material. However, the mass of the fibrous cellulose is the mass assuming that the counterion of the anionic group of the fibrous cellulose is a hydrogen ion (H +). Here, the mass of the fibrous cellulose is the mass of the fibrous cellulose, which is the solid content remaining after the fibrous cellulose is extracted by an appropriate method and undergoes this operation. Examples of the extraction method include a method of selectively extracting a component existing as a counterion of a phosphorus oxo acid group of fine fibrous cellulose as a salt by acid treatment.
本発明の繊維状セルロース含有物においては、水の含有量は少ない方が好ましい。繊維状セルロース含有物における水の含有量は、繊維状セルロース含有物の全質量に対して、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることがさらに好ましい。また、繊維状セルロース含有物における水の含有量は0質量%であってもよい。なお、繊維状セルロース含有物中の水分含有量は、繊維状セルロース含有物を水分計(エー・アンド・デイ社製、MS−70)に200mg載せ、140℃で加熱することで測定することができる。測定された水分量から繊維状セルロース含有物中の水分含有量を算出することができる。 In the fibrous cellulose-containing material of the present invention, it is preferable that the content of water is small. The content of water in the fibrous cellulose-containing material is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and 85% by mass or less with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing material. It is more preferable to have. Further, the content of water in the fibrous cellulose-containing material may be 0% by mass. The water content in the fibrous cellulose-containing material can be measured by placing 200 mg of the fibrous cellulose-containing material on a moisture meter (MS-70, manufactured by A & D Co., Ltd.) and heating at 140 ° C. can. The water content in the fibrous cellulose-containing material can be calculated from the measured water content.
本発明の繊維状セルロース含有物は、液状であってもよく、固形状やゲル状であってもよい。中でも、本発明の繊維状セルロース含有物は、固形状であることが好ましい。また、本発明の繊維状セルロース含有物は、シート等の成形体を形成するために用いられることが好ましい。すなわち、本発明の繊維状セルロース含有物は、成形体形成用組成物であることが好ましく、シート形成用組成物であることが好ましい。 The fibrous cellulose-containing material of the present invention may be in the form of a liquid, or may be in the form of a solid or a gel. Above all, the fibrous cellulose-containing material of the present invention is preferably in a solid state. Further, the fibrous cellulose-containing material of the present invention is preferably used for forming a molded product such as a sheet. That is, the fibrous cellulose-containing material of the present invention is preferably a composition for forming a molded body, and preferably a composition for forming a sheet.
本発明の繊維状セルロース含有物が固形状である場合、その形態は特に限定されるものではないが、例えば、シート状物や粉粒物であることが好ましく、粉粒物であることがより好ましい。ここで、粉粒物は、粉状及び/又は粒状の物質である。なお、粉状物質は、粒状物質よりも小さいものをいう。一般的には、粉状物質は粒子径が1nm以上0.1mm未満の微粒子をいい、粒状物質は、粒子径が0.1mm以上10mm以下の粒子をいうが、特に限定されない。なお、本明細書においては、粉粒物は粉体と呼ぶこともある。本明細書における粉粒物の粒子径はレーザー回折法を用いて測定・算出することができる。具体的には、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置(Microtrac3300EXII、日機装株式会社)を用いて測定した値とする。 When the fibrous cellulose-containing material of the present invention is in a solid state, its form is not particularly limited, but for example, it is preferably a sheet-like material or a powder or granule, and more preferably a powder or granule. preferable. Here, the powder or granular material is a powdery and / or granular substance. The powdery substance is smaller than the granular substance. Generally, the powdery substance refers to fine particles having a particle size of 1 nm or more and less than 0.1 mm, and the granular substance refers to particles having a particle size of 0.1 mm or more and 10 mm or less, but is not particularly limited. In the present specification, the powder or granular material may be referred to as powder. The particle size of the powder or granular material in the present specification can be measured and calculated by using a laser diffraction method. Specifically, it is a value measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (Microtrac 3300EXII, Nikkiso Co., Ltd.).
(繊維状セルロース)
本発明の繊維状セルロース含有物は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを含有する。ここで、繊維状セルロースの繊維幅は1000nm以下である。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることが好ましく、8nm以下であることがより好ましい。これにより、有機溶媒に対する分散性をより効果的に高めることができる。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呼ぶこともある。
(Fibrous cellulose)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention contains a phospholic acid group or a fibrous cellulose having a substituent derived from a phosphoxoic acid group. Here, the fiber width of the fibrous cellulose is 1000 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is preferably 100 nm or less, more preferably 8 nm or less. Thereby, the dispersibility in the organic solvent can be enhanced more effectively. In the present specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less may be referred to as fine fibrous cellulose.
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。 The fiber width of the fibrous cellulose can be measured, for example, by observation with an electron microscope. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, further preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more and 10 nm or less. Especially preferable. By setting the average fiber width of the fibrous cellulose to 2 nm or more, it is possible to suppress the dissolution of the cellulose molecule in water and make it easier to exhibit the effects of the fibrous cellulose on improving strength, rigidity and dimensional stability. can. The fibrous cellulose is, for example, monofibrous cellulose.
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。
The average fiber width of fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to be a sample for TEM observation. And. If it contains wide fibers, an SEM image of the surface cast on the glass may be observed. Next, observation is performed using an electron microscope image at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times, or 50,000 times depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions and magnification should be adjusted so as to satisfy the following conditions.
(1) A straight line X is drawn at an arbitrary position in the observation image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y that intersects the straight line perpendicularly is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
The width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is visually read with respect to the observation image satisfying the above conditions. In this way, at least three sets of observation images of surface portions that do not overlap each other are obtained. Next, for each image, the width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is read. As a result, at least 20 fibers × 2 × 3 = 120 fibers are read. Then, the average value of the read fiber widths is taken as the average fiber width of the fibrous cellulose.
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。 The fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. preferable. By setting the fiber length within the above range, it is possible to suppress the destruction of the crystal region of the fibrous cellulose. It is also possible to set the slurry viscosity of the fibrous cellulose in an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be obtained by, for example, image analysis by TEM, SEM, or AFM.
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)。 The fibrous cellulose preferably has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified in the diffraction profile obtained from the wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ = 1.5418 Å) monochromatic with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. The ratio of the type I crystal structure to the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, still more preferably 50% or more. As a result, even better performance can be expected in terms of heat resistance and the development of a low coefficient of linear thermal expansion. The crystallinity is determined by a conventional method from the X-ray diffraction profile measured and the pattern (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
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20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。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを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。 The axial ratio (fiber length / fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 10000 or less, and more preferably 50 or more and 1000 or less. By setting the axial ratio to the above lower limit value or more, it is easy to form a sheet containing fine fibrous cellulose. By setting the axial ratio to the above upper limit value or less, it is preferable in that handling such as dilution becomes easy when, for example, fibrous cellulose is treated as a dispersion liquid.
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。特に、結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が高い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。 The fibrous cellulose in this embodiment has, for example, both a crystalline region and a non-crystalline region. In particular, fine fibrous cellulose having both a crystalline region and a non-crystalline region and having a high axial ratio is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described later.
繊維状セルロース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(単にリンオキソ酸基ということもある)を有する。なお、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。 The fibrous cellulose has a phosphate group or a substituent derived from the phosphorus oxo acid group (sometimes referred to simply as a phosphorus oxo acid group). The substituent derived from the phosphorus oxo acid group includes a substituent such as a salt of the phosphorus oxo acid group and a phosphorus oxo acid ester group.
繊維状セルロースにおけるリンオキソ酸基の導入量(リンオキソ酸基量)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、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/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おけるリンオキソ酸基の導入量は、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い。ここで、単位mmol/gは、リンオキソ酸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1gあたりの置換基量を示す。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。さらに、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、繊維状セルロースの溶媒に対する分散性をより効果的に高めることができる。 The amount of phosphoxoic acid groups introduced into the fibrous cellulose (the amount of phosphoxoic acid groups) is preferably 0.10 mmol / g or more, and more preferably 0.20 mmol / g or more, for example, per 1 g (mass) of the fibrous cellulose. It is more preferably 0.50 mmol / g or more, and particularly preferably 1.00 mmol / g or more. The amount of the phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose is, for example, preferably 5.20 mmol / g or less per 1 g (mass) of the fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol / g or less. It is more preferably 00 mmol / g or less. Here, the unit mmol / g indicates the amount of substituents per 1 g of mass of fibrous cellulose when the counter ion of the phosphorus oxo acid group is a hydrogen ion (H +). By setting the amount of the phosphorus oxo acid group introduced within the above range, it is possible to facilitate the miniaturization of the fiber raw material and enhance the stability of the fibrous cellulose. Furthermore, by setting the amount of the phosphorus oxo acid group introduced within the above range, the dispersibility of the fibrous cellulose in the solvent can be more effectively enhanced.
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。 The amount of the phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose can be measured by, for example, a neutralization titration method. In the measurement by the neutralization titration method, the introduction amount is measured by determining the change in pH while adding an alkali such as an aqueous solution of sodium hydroxide to the obtained slurry containing fibrous cellulose.
図1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1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1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1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1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。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped and the pH of a fibrous cellulose-containing slurry having a phosphoric acid group. The amount of the phosphorus oxo acid group introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, the slurry containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, the same defibration treatment as the defibration treatment step described later may be performed on the measurement target before the treatment with the strong acid ion exchange resin.
Next, the change in pH is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 1 is obtained. The titration curve shown in the upper part of FIG. 1 plots the measured pH with respect to the amount of alkali added, and the titration curve shown in the lower part of FIG. 1 plots the pH with respect to the amount of alkali added. The increment (differential value) (1 / mmol) is plotted. In this neutralization titration, two points are confirmed in which the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkaline drop) becomes maximum in the curve plotting the measured pH with respect to the amount of alkali added. Of these, the maximum point of the increment obtained first when alkali is added is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, and the amount of alkali required from the first end point to the second end point. The amount is equal to the amount of the second dissociating acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for the titration, and the amount of alkali required from the start of the titration to the second end point is the total amount of the dissociating acid in the slurry used for the titration. Will be equal. Then, the value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol / g). The amount of phosphorus oxo acid group introduced (or the amount of phosphorus oxo acid group) simply means the amount of the first dissociated acid.
In FIG. 1, the region from the start of titration to the first end point is referred to as a first region, and the region from the first end point to the second end point is referred to as a second region. For example, when the phosphoric acid group is a phosphoric acid group and the phosphoric acid group causes condensation, the amount of weakly acidic groups in the phosphoric acid group (also referred to as the second dissociated acid amount in the present specification) is apparently. It decreases, and the amount of alkali required for the second region is smaller than the amount of alkali required for the first region. On the other hand, the amount of strongly acidic groups in the phosphorus oxo acid group (also referred to as the first dissociated acid amount in the present specification) is the same as the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. When the phosphorous acid group is a phosphorous acid group, the weakly acidic group does not exist in the phosphorous acid group, so that the amount of alkali required for the second region is reduced or the amount of alkali required for the second region is reduced. May be zero. In this case, there is only one point on the titration curve where the pH increment is maximum.
なお、滴定法によるリンオキソ酸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、本来より低いリンオキソ酸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、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滴定するなどが望ましい。 In the measurement of the amount of phosphorus oxo acid groups by the titration method, accurate values such as when the amount of one drop of sodium hydroxide aqueous solution is too large or when the titration interval is too short, the amount of phosphorus oxo acid groups is lower than originally obtained. It may not be obtained. As an appropriate dropping amount and titration interval, for example, it is desirable to titrate 10 to 50 μL of a 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution every 5 to 30 seconds. Further, in order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing slurry, for example, it is desirable to perform titration while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of titration.
本発明の第1の態様において、繊維状セルロースにおける第1解離酸量(mmol/g)をA1とし、繊維状セルロースにおける総解離酸量(mmol/g)をA2とした場合、A1/A2の値は0.65以上であればよく、0.68以上であることが好ましく、0.70以上であることがより好ましく、0.80以上であることがさらに好ましい。また、A1/A2の値の上限値は1.00であることが好ましい。ここで、繊維状セルロースにおける第1解離酸量(A1)は、上述した滴定曲線において、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)で除した値である。すなわち、第1解離酸量(A1)は第1段階で電離し、中和される酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。また、繊維状セルロースにおける総解離酸量(A2)は滴定開始から第2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)で除した値である。すなわち、総解離酸量(A2)は全段階で電離し、中和される全ての酸の物質量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値である。このため、A1/A2の値が1に近いほど弱酸量(リンオキソ酸基における弱酸性基量など)が少ないことを意味する。本発明の第1の態様では、A1/A2の値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分散液に多価金属を含む凝集剤を添加することで繊維状セルロース含有物を得る場合であっても、金属成分の残存量が低減された繊維状セルロース含有物を得ることができる。 In the first aspect of the present invention, when the first dissociative acid amount (mmol / g) in the fibrous cellulose is A1 and the total dissociation acid amount (mmol / g) in the fibrous cellulose is A2, it is A1 / A2. The value may be 0.65 or more, preferably 0.68 or more, more preferably 0.70 or more, and even more preferably 0.80 or more. Further, the upper limit of the values of A1 / A2 is preferably 1.00. Here, the amount of the first dissociating acid (A1) in the fibrous cellulose is the amount of alkali (mmol) required from the start to the first end point of the titration in the above-mentioned titration curve, and the solid content (g) in the slurry to be titrated. ) Divided by. That is, the first dissociated acid amount (A1) is a value obtained by dividing the substance amount (mmol) of the acid that is ionized and neutralized in the first step by the solid content (g) in the slurry to be titrated. The total amount of dissociated acid (A2) in the fibrous cellulose is a value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated. That is, the total dissociated acid amount (A2) is a value obtained by dividing the substance amount (mmol) of all the acids that are ionized and neutralized at all stages by the solid content (g) in the slurry to be titrated. Therefore, the closer the value of A1 / A2 is to 1, the smaller the amount of weak acid (such as the amount of weakly acidic group in the phosphorus oxo acid group). In the first aspect of the present invention, by setting the value of A1 / A2 within the above range, a flocculant containing a polyvalent metal is added to the dispersion liquid of fine fibrous cellulose to obtain a fibrous cellulose-containing substance. Even in this case, it is possible to obtain a fibrous cellulose-containing material in which the residual amount of the metal component is reduced.
なお、A1/A2の値は、リン酸基が縮合した場合、亜リン酸基が存在する場合、どちらの場合でも1に近づく。A1/A2が1に近づく要因が、リン酸基の縮合か、亜リン酸基の存在か、どちらに因るものか判断する方法としては、例えば、酸加水分解などのリン酸の縮合構造を切断する処理を行ってから上記の滴定操作を行う方法、酸化処理などの亜リン酸基をリン酸基へ変換する処理を行ってから上記の滴定操作を行う方法などが挙げられる。 The value of A1 / A2 approaches 1 in both cases when the phosphate group is condensed and when the phosphite group is present. As a method for determining whether the factor that causes A1 / A2 to approach 1 is the condensation of a phosphoric acid group or the presence of a phosphite group, for example, a phosphoric acid condensation structure such as acid hydrolysis is used. Examples thereof include a method of performing the above-mentioned titration operation after performing a cutting treatment, and a method of performing the above-mentioned titration operation after performing a treatment of converting a phosphite group into a phosphate group such as an oxidation treatment.
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。なお、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。また、リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基が縮合した基(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。 The phosphate group or the substituent derived from the phosphorusoxo acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). The substituent derived from the phosphorus oxo acid group includes a substituent such as a salt of the phosphorus oxo acid group and a phosphorus oxo acid ester group. Further, the substituent derived from the phosphorus oxo acid group may be contained in the fibrous cellulose as a group (for example, a pyrophosphate group) in which the phosphorus oxo acid group is condensed.
式(1)中、a、b及びnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αn及びα’のうちa個がO-であり、残りはR、ORのいずれかである。ここで、Rは、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。Rはセルロース分子鎖に由来する基であってもよい。中でも、αn又はα’のいずれかはRであることが好ましく、Rは水素原子であることが特に好ましい。また、nは1であることが好ましい。すなわち、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、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基であることが好ましい。 In the formula (1), a, b and n are natural numbers, and m is an arbitrary number (where a = b × m). α 1, α 2, ···, a number of alpha n and alpha 'is O - a and the remainder is either R, the OR. Here, R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched chain hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated-linear hydrocarbon group, or an unsaturated-branched chain. A hydrocarbon group, an unsaturated-cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or an inducing group thereof. R may be a group derived from a cellulose molecular chain. Among them, either α n or α'is preferably R, and it is particularly preferable that R is a hydrogen atom. Further, n is preferably 1. That is, the phosphoric acid group or the substituent derived from the phosphoric acid group is preferably a phosphite group or a substituent derived from the phosphite group.
本発明の第2の態様においては、繊維状セルロースは、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基を有する。すなわち、式(1)中、αn及びα’のうちa個がO-であり、αn又はα’のいずれかはRである。中でもRは水素原子であることが好ましい。 In the second aspect of the present invention, the fibrous cellulose has a phosphite group or a substituent derived from the phosphite group. That is, in the equation (1), a of α n and α'are O − , and either α n or α'is R. Above all, R is preferably a hydrogen atom.
なお、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基の一部は、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基であってもよく、また、リンオキソ酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)であってもよい。このように、繊維状セルロースが、亜リン酸基又は亜リン酸基に由来する置換基(以下、単に亜リン酸基ともいう)と、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基(以下、単にリン酸基ともいう)の両方を置換基として有する場合は、式(1)で表される置換基のうち亜リン酸基の割合は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましい。 In addition, a part of the substituent derived from a phosphoric acid group or a phosphoric acid group may be a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group, or a group in which a phosphoric acid group is condensed (for example, pyrophosphate). It may be a group). As described above, the fibrous cellulose has a phosphite group or a substituent derived from a phosphite group (hereinafter, also simply referred to as a phosphite group) and a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group (hereinafter, simply referred to as a phosphite group). , Simply referred to as a phosphate group), the proportion of the subphosphate group among the substituents represented by the formula (1) is preferably 30% by mass or more, preferably 40% by mass. % Or more, more preferably 50% by mass or more.
式(1)のRで表される飽和−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。 Examples of the saturated-linear hydrocarbon group represented by R in the formula (1) include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group and the like, but are not particularly limited. Examples of the saturated-branched chain hydrocarbon group include an i-propyl group and a t-butyl group, but the group is not particularly limited. Examples of the saturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not limited to, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group and the like. Examples of the unsaturated-linear hydrocarbon group include, but are not limited to, a vinyl group, an allyl group and the like. Examples of the unsaturated-branched chain hydrocarbon group include an i-propenyl group and a 3-butenyl group, but the group is not particularly limited. Examples of the unsaturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not limited to, a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group and the like. Examples of the aromatic group include, but are not limited to, a phenyl group, a naphthyl group and the like.
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。 Further, as the inducing group in R, a functional group in which at least one of functional groups such as a carboxy group, a hydroxy group, or an amino group is added or substituted with respect to the main chain or side chain of the above-mentioned various hydrocarbon groups. The group is mentioned, but is not particularly limited. The number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R to the above range, the molecular weight of the phosphorus oxo acid group can be set to an appropriate range, the penetration into the fiber raw material is facilitated, and the yield of the fine cellulose fiber is increased. You can also do it.
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。 β b + is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance. Examples of monovalent or higher cations composed of organic substances include aliphatic ammonium or aromatic ammonium, and examples of monovalent or higher valent cations composed of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium, and lithium. Examples thereof include cations of divalent metals such as calcium and magnesium, hydrogen ions and the like, but the present invention is not particularly limited. These may be applied alone or in combination of two or more. The monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance is preferably sodium or potassium ion which is hard to yellow when the fiber raw material containing β is heated and is easily industrially used, but is not particularly limited.
繊維状セルロースが亜リン酸基を置換基として有することは、繊維状セルロースを含有する分散液について赤外線吸収スペクトルの測定を行い、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に基づく吸収を観察することで確認できる。また、繊維状セルロースが亜リン酸基を置換基として有することは、NMRを用いて化学シフトを確認する方法や、元素分析に各種の滴定法を組み合わせる方法が挙げられる。 The fact that fibrous cellulose has a phosphite group as a substituent means that the infrared absorption spectrum of the dispersion containing fibrillar cellulose is measured, and phosphon, which is a metamorphic form of the phosphite group , is measured around 1210 cm -1. It can be confirmed by observing the absorption of the acid group based on P = O. Further, the fact that fibrous cellulose has a phosphite group as a substituent includes a method of confirming a chemical shift using NMR and a method of combining various titration methods with elemental analysis.
なお、繊維状セルロース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に加えて、他のアニオン性基を有していてもよい。このようなアニオン性基としては、例えば、パルプが元来含むカルボキシ基等を挙げることができる。 In addition, the fibrous cellulose may have another anionic group in addition to the phosphoxoic acid group or the substituent derived from the phosphoxoic acid group. Examples of such anionic groups include carboxy groups originally contained in pulp.
<微細繊維状セルロースの製造工程>
<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)、溶解パルプ(DP)、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。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
<Manufacturing process of fine fibrous cellulose>
<Fiber raw material>
Fine fibrous cellulose is produced from a fiber raw material containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but pulp is preferably used because it is easily available and inexpensive. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. The wood pulp is not particularly limited, but is, for example, broadleaf kraft pulp (LBKP), coniferous kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolved pulp (DP), soda pulp (AP), and unbleached kraft pulp (UKP). ) And chemical pulp such as oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemiground wood pulp (CGP), crushed wood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. Examples include mechanical pulp. The non-wood pulp is not particularly limited, and examples thereof include cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, and non-wood pulp such as hemp, straw and bagasse. The deinking pulp is not particularly limited, and examples thereof include deinking pulp made from recycled paper. As the pulp of this embodiment, one of the above may be used alone, or two or more of them may be mixed and used. Among the above pulps, for example, wood pulp and deinked pulp are preferable from the viewpoint of availability. Further, among wood pulps, it is possible to obtain long-fiber fine fibrous cellulose having a large cellulose ratio and a high yield of fine fibrous cellulose during defibration treatment, and having a small decomposition of cellulose in the pulp and a large axial ratio. From the viewpoint, for example, chemical pulp is more preferable, and kraft pulp and sulfite pulp are further preferable. It should be noted that the viscosity tends to be high when the fine fibrous cellulose of long fibers having a large axial ratio is used.
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。 As the fiber raw material containing cellulose, for example, cellulose contained in ascidians and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can also be used. Further, instead of the fiber raw material containing cellulose, a fiber formed by a linear nitrogen-containing polysaccharide polymer such as chitin or chitosan can also be used.
<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、リンオキソ酸基導入工程を含む。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。
<Linoxo acid group introduction process>
The step of producing the fine fibrous cellulose includes a step of introducing a phosphorus oxo acid group. In the phosphorus oxo acid group introduction step, at least one compound (hereinafter, also referred to as “compound A”) selected from compounds capable of introducing a phosphorus oxo acid group by reacting with a hydroxyl group of a fiber raw material containing cellulose is used as cellulose. It is a step of acting on a fiber raw material containing. By this step, a phosphorus oxo acid group-introduced fiber can be obtained.
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。 In the phosphorus oxo acid group introduction step according to the present embodiment, the reaction between the fiber raw material containing cellulose and compound A is carried out in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter, also referred to as “compound B”). You may. On the other hand, the reaction of the fiber raw material containing cellulose with the compound A may be carried out in the absence of the compound B.
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。 As an example of the method of allowing the compound A to act on the fiber raw material in the coexistence with the compound B, there is a method of mixing the compound A and the compound B with the fiber raw material in a dry state, a wet state or a slurry state. Of these, since the reaction uniformity is high, it is preferable to use a fiber raw material in a dry state or a wet state, and it is particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but is preferably cotton-like or thin sheet-like, for example. Examples of the compound A and the compound B include a method of adding the compound A and the compound B to the fiber raw material in the form of a powder or a solution dissolved in a solvent, or in a state of being heated to a melting point or higher and melted. Of these, since the reaction uniformity is high, it is preferable to add the solution in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly in the state of an aqueous solution. Further, the compound A and the compound B may be added to the fiber raw material at the same time, may be added separately, or may be added as a mixture. The method for adding the compound A and the compound B is not particularly limited, but when the compound A and the compound B are in the form of a solution, the fiber raw material may be immersed in the solution to absorb the liquid and then taken out, or the fiber raw material may be taken out. The solution may be dropped into the water. Further, a required amount of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or an excess amount of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, respectively, and then the surplus compound A and compound B may be added by pressing or filtering. It may be removed.
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が挙げられるが、化合物Aは、少なくとも亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩を含む。亜リン酸基を有する化合物としては亜リン酸を挙げることができ、亜リン酸としては、たとえば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。亜リン酸の塩としては、亜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、リンオキソ酸基の導入の効率が高く、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、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、または亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく、亜リン酸がより好ましい。なお、化合物Aは、亜リン酸基を有する化合物及び/又はその塩に加えて、リン酸基を有する化合物及び/又はその塩、脱水縮合リン酸及び/又はその塩、無水リン酸(五酸化二リン)等を含んでもよい。この場合、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。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。 Examples of the compound A used in this embodiment include compounds having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose, and the compound A contains at least a compound having a phosphorous acid group and / or a salt thereof. .. Examples of the compound having a phosphite group include phosphite, and examples of the phosphite include 99% phosphoric acid (phosphonic acid). Examples of the salt of phosphite include a lithium salt of phosphite, a sodium salt, a potassium salt, an ammonium salt and the like, and these can have various neutralization degrees. Of these, from the viewpoints that the efficiency of introducing a phosphoric acid group is high, the defibration efficiency is more likely to be improved in the defibration step described later, the cost is low, and it is easy to apply industrially, phosphoric acid and phosphite are easily applied. A sodium salt of acid, a potassium salt of phosphoric acid, or an ammonium salt of phosphoric acid is preferable, and phosphoric acid is more preferable. In addition, the compound A includes a compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof, a compound having a phosphoric acid group and / or a salt thereof, a dehydration condensed phosphoric acid and / or a salt thereof, and an anhydrous phosphoric acid (pentoxide). Dirin) and the like may be included. In this case, as the phosphoric acid, those having various puritys can be used, and for example, 100% phosphoric acid (normal phosphoric acid) or 85% phosphoric acid can be used. The dehydration-condensed phosphoric acid is one in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed by a dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid.
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。 The amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted to the phosphorus atomic weight, the amount of phosphorus atom added to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. It is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and further preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atom added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by setting the addition amount of the phosphorus atom to the fiber raw material to be equal to or less than the above upper limit value, the effect of improving the yield and the cost can be balanced.
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。
The compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives as described above. Examples of compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, 1-ethylurea and the like.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, compound B is preferably used as an aqueous solution. Further, from the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
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。 The amount of compound B added to the fiber raw material (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less. It is more preferably 100% by mass or more and 350% by mass or less.
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。 In the reaction between the fiber raw material containing cellulose and compound A, for example, amides or amines may be contained in the reaction system in addition to compound B. Examples of the amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like. Among these, triethylamine in particular is known to act as a good reaction catalyst.
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、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。 In the phosphorus oxo acid group introduction step, it is preferable to add or mix the compound A or the like to the fiber raw material and then heat-treat the fiber raw material. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which a phosphorus oxo acid group can be efficiently introduced while suppressing the thermal decomposition and hydrolysis reaction of the fiber. The heat treatment temperature is, for example, preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and further preferably 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. In addition, equipment having various heat media can be used for the heat treatment, for example, a stirring drying device, a rotary drying device, a disk drying device, a roll type heating device, a plate type heating device, a fluidized layer drying device, and an air flow. A drying device, a vacuum drying device, an infrared heating device, a far infrared heating device, a microwave heating device, and a high frequency drying device can be used.
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。 In the heat treatment according to the present embodiment, for example, a method of adding compound A to a thin sheet-shaped fiber raw material by a method such as impregnation and then heating, or a method of heating while kneading or stirring the fiber raw material and compound A with a kneader or the like. Can be adopted. This makes it possible to suppress unevenness in the concentration of compound A in the fiber raw material and to more uniformly introduce the phosphoric acid group onto the surface of the cellulose fiber contained in the fiber raw material. This is because when the water molecules move to the surface of the fiber raw material due to drying, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by the surface tension and also moves to the surface of the fiber raw material (that is, the concentration unevenness of the compound A is caused. It is considered that this is due to the fact that it can be suppressed.
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。 Further, the heating device used for the heat treatment always keeps the water content retained by the slurry and the water content generated by the dehydration condensation (phosphate esterification) reaction between the compound A and the hydroxyl group contained in the cellulose or the like in the fiber raw material. It is preferable that the device can be discharged to the outside of the device system. Examples of such a heating device include a ventilation type oven and the like. By constantly discharging the water in the apparatus system, it is possible to suppress the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond, which is the reverse reaction of the phosphate esterification, and also to suppress the acid hydrolysis of the sugar chain in the fiber. can. Therefore, it is possible to obtain fine fibrous cellulose having a high axial ratio.
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。 The heat treatment time is preferably 1 second or more and 300 minutes or less, more preferably 1 second or more and 1000 seconds or less, and 10 seconds or more and 800 seconds or less after the water is substantially removed from the fiber raw material. Is more preferable. In the present embodiment, the amount of the phosphorus oxo acid group introduced can be within a preferable range by setting the heating temperature and the heating time within appropriate ranges.
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。本実施形態においては、好ましい態様の一例として、リンオキソ酸基導入工程を2回行う場合が挙げられる。 The phosphorus oxo acid group introduction step may be performed at least once, but may be repeated twice or more. By performing the phosphorus oxo acid group introduction step two or more times, many phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material. In the present embodiment, as an example of a preferable embodiment, there is a case where the phosphorus oxo acid group introduction step is performed twice.
<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、必要に応じてリンオキソ酸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リンオキソ酸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。
<Washing process>
In the method for producing fine fibrous cellulose in the present embodiment, a washing step can be performed on the phosphorus oxo acid group-introduced fiber, if necessary. The washing step is performed by washing the phosphoric acid group-introduced fibers with, for example, water or an organic solvent. Further, the cleaning step may be performed after each step described later, and the number of cleaning steps performed in each cleaning step is not particularly limited.
<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、リンオキソ酸基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、リンオキソ酸基導入繊維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、リンオキソ酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkaline treatment process>
In the case of producing fine fibrous cellulose, the phosphoric acid group-introduced fiber may be treated with an alkali between the phosphorus oxo acid group-introducing step and the defibration treatment step described later. The method of the alkaline treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in an alkaline solution.
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。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of its high versatility. Further, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent containing water, a polar organic solvent exemplified by alcohol, and the like, and more preferably an aqueous solvent containing at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or an aqueous solution of potassium hydroxide is preferable because of its high versatility.
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リンオキソ酸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、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶乾質量に対して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。 The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and more preferably 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. The immersion time of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10,000% by mass or less, for example, with respect to the absolute dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. Is more preferable.
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、リンオキソ酸基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、リンオキソ酸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リンオキソ酸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。 In order to reduce the amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment step, the phosphoric acid group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the phosphoric acid group introduction step and before the alkaline treatment step. After the alkali treatment step and before the defibration treatment step, it is preferable to wash the alkali-treated phosphoroxoic acid group-introduced fibers with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、リンオキソ酸基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、リンオキソ酸基導入繊維に対して酸処理を行ってもよい。例えば、リンオキソ酸基導入工程、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。
<Acid treatment process>
In the case of producing fine fibrous cellulose, an acid treatment may be performed on the phosphoric acid group-introduced fiber between the step of introducing the phosphoric acid group and the defibration treatment step described later. For example, the phosphorus oxo acid group introduction step, the acid treatment, the alkali treatment and the defibration treatment may be performed in this order.
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。 The method of the acid treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the fiber raw material in an acidic liquid containing an acid. The concentration of the acidic liquid used is not particularly limited, but is preferably, for example, 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic solution used is not particularly limited, but is preferably 0 or more and 4 or less, and more preferably 1 or more and 3 or less. As the acid contained in the acidic solution, for example, an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid or the like can be used. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chloric acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid and the like. Examples of the sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid and the like. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
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乾質量に対して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。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10,000% by mass or less, for example, with respect to the absolute dry mass of the fiber raw material. Is more preferable.
<解繊処理>
リンオキソ酸基導入繊維を解繊処理工程で解繊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。
<Defibration treatment>
Fine fibrous cellulose can be obtained by defibrating the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in the defibration treatment step. In the defibration treatment step, for example, a defibration treatment apparatus can be used. The defibration processing device is not particularly limited, but for example, a high-speed defibrator, a grinder (stone mill type crusher), a high-pressure homogenizer or an ultra-high pressure homogenizer, a high-pressure collision type crusher, a ball mill, a bead mill, a disc type refiner, a conical refiner, and a twin shaft. A kneader, a vibration mill, a homomixer under high speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater can be used. Among the above-mentioned defibration processing devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, and an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by crushed media and have less risk of contamination.
解繊処理工程においては、たとえばリンオキソ酸基導入繊維を、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。 In the defibration treatment step, for example, it is preferable to dilute the phosphorus oxo acid group-introduced fiber with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more selected from water and an organic solvent such as a polar organic solvent can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but for example, alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol and glycerin. Examples of the ketone include acetone, methyl ethyl ketone (MEK) and the like. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monon-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether and the like. Examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate and the like. Examples of the aprotonic polar solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、リンオキソ酸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リンオキソ酸基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration treatment can be appropriately set. Further, the slurry obtained by dispersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in a dispersion medium may contain a solid content other than the phosphorus oxo acid group-introduced fiber such as urea having a hydrogen bond property.
(多価金属)
本発明の繊維状セルロース含有物は、多価金属を含有する。本明細書において、多価金属は、2価以上の金属である。繊維状セルロース含有物中に含まれる多価金属は、多価金属イオンであってもよい。リンオキソ酸基は、アニオン性基であるため、多価金属イオンの少なくとも一部は、リンオキソ酸基と静電相互作用によりイオン結合を形成していてもよい。また、繊維状セルロース含有物中には、遊離した多価金属元素や多価金属イオンが存在していてもよい。
(Multivalent metal)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention contains a polyvalent metal. In the present specification, a multivalent metal is a metal having a divalent value or higher. The multivalent metal contained in the fibrous cellulose-containing material may be a polyvalent metal ion. Since the phosphorus oxo acid group is an anionic group, at least a part of the polyvalent metal ion may form an ionic bond by electrostatic interaction with the phosphorus oxo acid group. In addition, liberated polyvalent metal elements and polyvalent metal ions may be present in the fibrous cellulose-containing material.
多価金属は、後述する繊維状セルロース含有物の製造工程の凝集工程において、金属塩として添加される成分に由来する。このような金属塩は、微細繊維状セルロースを凝集させる働きをするため、凝集剤と呼ぶこともできる。多価金属を含む金属塩としては、例えば、硫酸アルミニウム(硫酸バンド)、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化銅、硫酸銅、塩化鉄、硫酸鉄、塩化鉛、硫化鉛等が挙げられる。2価以上の金属成分を含む金属塩としては、上記塩のうち1種のみが添加されてもよく、2種以上が添加されてもよい。中でも、2価以上の金属成分を含む金属塩としては、硫酸アルミニウム(硫酸バンド)、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化カルシウム及び硫酸カルシウムから選択される少なくとも1種を用いることが好ましく、塩化アルミニウム及び塩化カルシウムから選択される少なくとも1種を用いることがより好ましい。 The polyvalent metal is derived from a component added as a metal salt in the agglutination step of the manufacturing process of the fibrous cellulose-containing material described later. Since such a metal salt has a function of aggregating fine fibrous cellulose, it can also be called an aggregating agent. Examples of metal salts containing polyvalent metals include aluminum sulfate (sulfate band), aluminum chloride, polyaluminum chloride, calcium chloride, magnesium chloride, calcium sulfate, magnesium sulfate, copper chloride, copper sulfate, iron chloride, iron sulfate, and the like. Examples include lead chloride and lead sulfide. As the metal salt containing a divalent or higher metal component, only one of the above salts may be added, or two or more of the above salts may be added. Among them, as the metal salt containing a divalent or higher valent metal component, it is preferable to use at least one selected from aluminum sulfate (aluminum band), aluminum chloride, polyaluminum chloride, calcium chloride and calcium sulfate, and aluminum chloride and It is more preferable to use at least one selected from calcium chloride.
(任意成分)
本発明の繊維状セルロース含有物は、さらに任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、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、防腐剤等を挙げることができる。また、繊維状セルロース含有物は、任意成分として、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。
(Optional ingredient)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention may further contain an optional component. Examples of the optional component include defoaming agents, lubricants, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, stabilizers, surfactants, preservatives and the like. Further, the fibrous cellulose-containing material may contain a hydrophilic polymer, a hydrophilic low molecule, an organic ion or the like as optional components.
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)等が挙げられる。 The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fibers), and examples of the oxygen-containing organic compound include polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, and modification. Distillate, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (acetoacetylated polyvinyl alcohol, etc.), polyvinylpyrrolidone, polyvinylmethyl ether, polyacrylic acid salts, acrylic acid alkyl ester copolymer, urethane-based copolymer, cellulose derivative (hydroxyethyl cellulose, carboxy) Ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc.) and the like.
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。 The hydrophilic small molecule is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound, and more preferably a polyhydric alcohol. Examples of the polyhydric alcohol include glycerin, sorbitol, ethylene glycol and the like.
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。 Examples of the organic ion include tetraalkylammonium ion and tetraalkylphosphonium ion. Examples of the tetraalkylammonium ion include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion and lauryltrimethyl. Examples thereof include ammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, stearyltrimethylammonium ion, octyldimethylethylammonium ion, lauryldimethylethylammonium ion, didecyldimethylammonium ion, lauryldimethylbenzylammonium ion and tributylbenzylammonium ion. Examples of the tetraalkylphosphonium ion include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Further, examples of the tetrapropyl onium ion and the tetrabutyl onium ion include tetra n-propyl onium ion and tetra n-butyl onium ion, respectively.
また、任意成分としては、吸湿剤を挙げることもできる。吸湿剤としては、例えば、シリカゲル、ゼオライト、アルミナ、セピオライト、酸化カルシウム、ケイソウ土、活性炭、活性白土、ホワイトカーボン、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、酢酸カリウム、第二リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム等が挙げられる。 Moreover, as an optional component, a hygroscopic agent can also be mentioned. Examples of the hygroscopic agent include silica gel, zeolite, alumina, sepiolite, calcium oxide, clay clay, activated charcoal, activated clay, white carbon, calcium chloride, magnesium chloride, potassium acetate, sodium dibasic phosphate, sodium citrate and the like. Be done.
(繊維状セルロース含有物の製造方法)
繊維状セルロース含有物の製造工程は、微細繊維状セルロース含有スラリーに、多価金属塩を添加する工程を含む。具体的には、上述した解繊処理工程で得られた微細繊維状セルロース含有スラリーに、上述したような多価金属塩を添加する。この際、多価金属塩は、多価金属塩を含有した水溶液として添加することが好ましい。
(Manufacturing method of fibrous cellulose-containing material)
The step of producing the fibrous cellulose-containing material includes a step of adding a polyvalent metal salt to the fine fibrous cellulose-containing slurry. Specifically, the polyvalent metal salt as described above is added to the fine fibrous cellulose-containing slurry obtained in the above-mentioned defibration treatment step. At this time, it is preferable to add the polyvalent metal salt as an aqueous solution containing the polyvalent metal salt.
多価金属塩を添加する工程は、微細繊維状セルロースを金属成分によって凝集させるため、凝集工程とも呼ばれる。凝集工程では、分散液中に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、多価金属を含む金属塩を1質量部以上となるように添加することが好ましく、5質量部以上となるように添加することがより好ましい。また、分散液中に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、多価金属を含む金属塩を100質量部以下となるように添加することが好ましく、50質量部以下となるように添加することがより好ましい。 The step of adding the polyvalent metal salt is also called an agglomeration step because the fine fibrous cellulose is agglomerated by the metal component. In the agglomeration step, it is preferable to add a metal salt containing a polyvalent metal in an amount of 1 part by mass or more to 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose contained in the dispersion liquid, so that the amount is 5 parts by mass or more. It is more preferable to add to. Further, it is preferable to add a metal salt containing a polyvalent metal to 100 parts by mass or less of the fine fibrous cellulose contained in the dispersion liquid so as to be 100 parts by mass or less, and to add 50 parts by mass or less. It is more preferable to do so.
凝集工程は、多価金属塩を添加し、撹拌を行った後に濾過工程をさらに含むことが好ましい。このような濾過工程を設けることで、濃縮物を得ることができる。濾過工程で使用する濾材は特に限定されないが、ステンレス製、濾紙、ポリプロピレン製、ナイロン製、ポリエチレン製、ポリエステル製などの濾材を使用できる。酸を使用することもあるため、ポリプロピレン製の濾材が好ましい。濾材の通気度は低いほど歩留りが高まるため、30cm3/cm2・sec以下、より好ましくは10cm3/cm2・sec以下、さらに好ましくは1cm3/cm2・sec以下である。 The agglomeration step preferably further includes a filtration step after adding a polyvalent metal salt and stirring. By providing such a filtration step, a concentrate can be obtained. The filter medium used in the filtration step is not particularly limited, but a filter medium made of stainless steel, filter paper, polypropylene, nylon, polyethylene, polyester or the like can be used. Polypropylene filter media are preferred because acids may be used. The lower the air permeability of the filter medium, the higher the yield. Therefore, the yield is 30 cm 3 / cm 2 · sec or less, more preferably 10 cm 3 / cm 2 · sec or less, and further preferably 1 cm 3 / cm 2 · sec or less.
濾過工程はさらに圧縮工程を含んでもよい。圧縮工程では、圧搾装置を用いることもできる。このような装置としては、ベルトプレス、スクリュープレス、フィルタープレスなど一般的なプレス装置を用いることができ、装置は特に限定されない。圧縮時の圧力は0.2MPa以上であることが好ましく、0.4MPa以上であることがより好ましい。 The filtration step may further include a compression step. A squeezing device can also be used in the compression step. As such a device, a general press device such as a belt press, a screw press, or a filter press can be used, and the device is not particularly limited. The pressure at the time of compression is preferably 0.2 MPa or more, and more preferably 0.4 MPa or more.
濾過工程の後には、酸添加工程を含んでもよい。繊維状セルロース含有物の製造方法では、微細繊維状セルロースを含む分散液に多価金属成分を添加し、その後に酸を添加することにより2価以上の金属成分の少なくとも一部が除去される。酸添加工程で添加する酸成分は、無機酸および有機酸のいずれであってもよい。無機酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等が挙げられる。有機酸としては、ギ酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、フマル酸、グルコン酸等が挙げられる。中でも、硫酸及び塩酸から選択される少なくとも1種を添加することが好ましい。使用する酸成分(酸性液)の濃度は特に限定されないが、5N以下であることが好ましく、1N以下であることがより好ましい。酸性液の濃度を上記範囲とすることにより、セルロースの分解による劣化を抑制することができる。なお、上記酸のうち少なくとも一部が繊維状セルロース含有物に残留してもよい。 The filtration step may be followed by an acid addition step. In the method for producing a fibrous cellulose-containing material, a polyvalent metal component is added to a dispersion liquid containing fine fibrous cellulose, and then an acid is added to remove at least a part of the divalent or higher metal component. The acid component added in the acid addition step may be either an inorganic acid or an organic acid. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like. Examples of the organic acid include malic acid, acetic acid, citric acid, malic acid, lactic acid, adipic acid, sebacic acid, stearic acid, maleic acid, succinic acid, tartrate acid, fumaric acid, gluconic acid and the like. Above all, it is preferable to add at least one selected from sulfuric acid and hydrochloric acid. The concentration of the acid component (acidic liquid) used is not particularly limited, but is preferably 5N or less, and more preferably 1N or less. By setting the concentration of the acidic liquid in the above range, deterioration due to decomposition of cellulose can be suppressed. At least a part of the above acids may remain in the fibrous cellulose-containing material.
酸添加工程の後には、さらに濾過工程が設けられることが好ましい。このような濾過工程を設けることで、濃縮物を効率よく得ることができる。また、濾過工程は、圧縮工程を含んでいてもよい。 It is preferable that a filtration step is further provided after the acid addition step. By providing such a filtration step, a concentrate can be efficiently obtained. Further, the filtration step may include a compression step.
繊維状セルロース含有物の製造方法は、酸添加工程の後に粉末化工程をさらに含んでもよい。繊維状セルロース含有物の製造方法が粉末化工程を含む場合、ミキサー粉砕、噴霧乾燥、オーブン乾燥、有機溶剤による脱水等の方法を採用することができる。これらの方法は適宜組み合わせて行うこともできる。なお、得られる繊維状セルロース含有物は粉粒体であってもよく、フロック状やフレーク状、ペースト状であってもよい。 The method for producing the fibrous cellulose-containing material may further include a powdering step after the acid addition step. When the method for producing the fibrous cellulose-containing material includes a powdering step, methods such as mixer pulverization, spray drying, oven drying, and dehydration with an organic solvent can be adopted. These methods can also be combined as appropriate. The obtained fibrous cellulose-containing material may be in the form of powders or granules, or may be in the form of flocs, flakes, or pastes.
(繊維状セルロース含有液状組成物)
本発明は、上述した繊維状セルロース含有物と、溶媒と、を混合してなる繊維状セルロース含有液状組成物(以下、単に液状組成物ともいう)に関するものでもある。液状組成物は、上述した微細繊維状セルロース含有物が、分散媒中に分散した繊維状セルロース含有分散液(再分散液)である。
(Liquid composition containing fibrous cellulose)
The present invention also relates to a fibrous cellulose-containing liquid composition (hereinafter, also simply referred to as a liquid composition) formed by mixing the above-mentioned fibrous cellulose-containing material and a solvent. The liquid composition is a fibrous cellulose-containing dispersion liquid (redispersion liquid) in which the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing material is dispersed in a dispersion medium.
溶媒の種類は、特に限定されないが、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合物を挙げることができる。有機溶媒としては、例えば、アルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、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)等が挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−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、エチレングリコール、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等が挙げられる。エーテル類としては、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、エチレングリコールモノt−ブチルエーテル等が挙げられる。 The type of the solvent is not particularly limited, and examples thereof include water, an organic solvent, and a mixture of water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc) and the like. Examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, t-butyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol and glycerin. Examples of the ketone include acetone, methyl ethyl ketone and the like. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, ethylene glycol mono t-butyl ether and the like.
微細繊維状セルロース含有物の再分散は常法により行うことができる。例えば、微細繊維状セルロース含有物に、上記した溶媒を添加して微細繊維状セルロース含有物を含む液を調製する工程と、この微細繊維状セルロース含有物を含む液中の微細繊維状セルロースを分散させる工程により、再分散を行うことができる。微細繊維状セルロース含有物を含む液中の微細繊維状セルロースを分散させる工程に用いる分散装置としては、上記の<解繊処理>において記載した解繊処理装置と同様のものを使用してもよい。 The redispersion of the fine fibrous cellulose-containing material can be carried out by a conventional method. For example, a step of adding the above-mentioned solvent to a fine fibrous cellulose-containing material to prepare a liquid containing the fine fibrous cellulose-containing material, and a step of dispersing the fine fibrous cellulose in the liquid containing the fine fibrous cellulose-containing material. Redispersion can be performed by the step of causing. As the dispersant used in the step of dispersing the fine fibrous cellulose in the liquid containing the fine fibrous cellulose-containing substance, the same disperser as the defibration treatment device described in the above <defibration treatment> may be used. ..
液状組成物における固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、0.01質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましい。また、液状組成物における固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、90質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。 The solid content concentration in the liquid composition is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more, based on the total mass of the liquid composition. Is even more preferable. The solid content concentration in the liquid composition is preferably 90% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, based on the total mass of the liquid composition.
繊維状セルロース含有液状組成物中の固形分濃度を0.5質量%以下とし、JIS K 7361に準拠して、光路長1cmの条件で測定した場合の全光線透過率は95%以上であることが好ましく、98%以上であることがより好ましく、99%以上であることがさらに好ましい。このように、本発明の液状組成物は透明性に優れている。なお、全光線透過率を測定する際に用いるヘーズメータとしては、村上色彩技術研究所社製のHM−150を用いることができる。全光線透過率を測定する際には、光路長1cmの液体用ガラスセルを用い、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。 When the solid content concentration in the fibrous cellulose-containing liquid composition is 0.5% by mass or less and the total light transmittance is 95% or more when measured under the condition of an optical path length of 1 cm in accordance with JIS K 7361. Is preferable, 98% or more is more preferable, and 99% or more is further preferable. As described above, the liquid composition of the present invention is excellent in transparency. As the haze meter used for measuring the total light transmittance, HM-150 manufactured by Murakami Color Technology Research Institute can be used. When measuring the total light transmittance, a glass cell for liquid having an optical path length of 1 cm is used, and the zero point measurement is performed with ion-exchanged water contained in the glass cell.
液状組成物は、さらに樹脂成分を含んでもよい。樹脂成分が親水性樹脂である場合には、液状組成物の溶媒は水系溶媒であってもよく、樹脂成分が疎水性樹脂である場合には、液状組成物の溶媒は有機溶媒であることが好ましい。 The liquid composition may further contain a resin component. When the resin component is a hydrophilic resin, the solvent of the liquid composition may be an aqueous solvent, and when the resin component is a hydrophobic resin, the solvent of the liquid composition may be an organic solvent. preferable.
樹脂の種類は特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、塩素系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、アルコール系樹脂、これらの樹脂の前駆体等を挙げることができる。中でも、樹脂は、フッ素系樹脂、塩素系樹脂、及びアクリル系樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましい。樹脂の前駆体の種類は特に限定されるものではないが、たとえば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の前駆体を挙げることができる。熱可塑性樹脂の前駆体とは、熱可塑性樹脂を製造するために使用されるモノマーや分子量が比較的低いオリゴマーを意味する。また、熱硬化性樹脂の前駆体とは、光、熱、硬化剤の作用によって重合反応または架橋反応を起こして熱硬化性樹脂を形成しうるモノマーや分子量が比較的低いオリゴマーを意味する。 The type of resin is not particularly limited, and examples thereof include thermoplastic resins and thermosetting resins. Examples of the resin include acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyamide resin, silicone resin, fluororesin, chlorine resin, epoxy resin, melamine resin, phenol resin, polyurethane resin, and the like. Examples thereof include diallyl phthalate-based resins, alcohol-based resins, and precursors of these resins. Above all, the resin is preferably at least one selected from a fluorine-based resin, a chlorine-based resin, and an acrylic-based resin. The type of resin precursor is not particularly limited, and examples thereof include precursors of thermoplastic resins and thermosetting resins. The precursor of a thermoplastic resin means a monomer or an oligomer having a relatively low molecular weight used for producing a thermoplastic resin. Further, the precursor of a thermosetting resin means a monomer or an oligomer having a relatively low molecular weight that can cause a polymerization reaction or a cross-linking reaction by the action of light, heat, or a curing agent to form a thermosetting resin.
液状組成物は、樹脂成分として、上述した樹脂種とは別にさらに水溶性高分子や水溶性低分子を含んでいてもよい。水溶性高分子としては、たとえば、キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、プルラン、カラギーナン、ペクチンなどに例示される増粘多糖類、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース等のデンプン類、ポリグリセリン、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩等を挙げることができる。水溶性低分子としては、たとえば、グリセリンやジグリセリン等が挙げられる。 The liquid composition may further contain a water-soluble polymer or a water-soluble low molecule as a resin component in addition to the above-mentioned resin species. Examples of the water-soluble polymer include thickening polysaccharides such as xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, quince seed, alginic acid, purulan, carrageenan, and pectin, cationized starch, raw starch, and oxidation. Examples thereof include starches such as starch, etherified starch, esterified starch, and amylose, and metal salts of polyglycerin, hyaluronic acid, and hyaluronic acid. Examples of the water-soluble small molecule include glycerin and diglycerin.
液状組成物は、さらに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、吸湿剤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、上述したような親水性高分子や有機イオン等を含有していてもよい。 The liquid composition may further contain other additives. Examples of other additives include defoaming agents, lubricants, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, stabilizers, surfactants, preservatives, hygroscopic agents and the like. Further, the fibrous cellulose dispersion liquid may contain a hydrophilic polymer, organic ions and the like as described above as optional components.
(成形体)
本発明は、上述した繊維状セルロース含有物、もしくは上述した液状組成物から形成される成形体に関するものでもある。本明細書において成形体とは、所望の形状となるように成形された固形状体である。成形体としては、例えば、シート、ビーズ、フィラメント等を挙げることができる。中でも、成形体は、シート、ビーズ又はフィラメントであることが好ましい。成形体がビーズ状である場合、ビーズの粒子径は、0.1mm以上10mm以下であることが好ましい。また、成形体がフィラメント状である場合、フィラメントの幅は0.1mm以上10mm以下であることが好ましく、フィラメントの長さは1mm以上10000mm以下であることが好ましい。
(Molded body)
The present invention also relates to a molded product formed from the above-mentioned fibrous cellulose-containing material or the above-mentioned liquid composition. In the present specification, the molded body is a solid body formed so as to have a desired shape. Examples of the molded product include sheets, beads, filaments and the like. Above all, the molded product is preferably a sheet, beads or filament. When the molded product is bead-shaped, the particle size of the beads is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less. When the molded product is in the form of a filament, the width of the filament is preferably 0.1 mm or more and 10 mm or less, and the length of the filament is preferably 1 mm or more and 10000 mm or less.
中でも、成形体はシートであることが好ましい。成形体がシートである場合、シートの厚みは、特に限定されないが、たとえば5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましい。またシートの厚みの上限値は、特に限定されないが、たとえば1000μmとすることができる。シートの厚みは、たとえば触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定することができる。 Above all, the molded body is preferably a sheet. When the molded product is a sheet, the thickness of the sheet is not particularly limited, but is preferably, for example, 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 20 μm or more. The upper limit of the thickness of the sheet is not particularly limited, but may be, for example, 1000 μm. The thickness of the sheet can be measured, for example, with a stylus type thickness gauge (Millitron 1202D manufactured by Marl).
シートのヘーズは、たとえば2%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。一方で、シートのヘーズの下限値は、特に限定されず、たとえば0%であってもよい。ここで、シートのヘーズは、たとえばJIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(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。 The haze of the sheet is, for example, preferably 2% or less, more preferably 1.5% or less, still more preferably 1% or less. On the other hand, the lower limit of the haze of the sheet is not particularly limited and may be, for example, 0%. Here, the haze of the sheet is, for example, a value measured using a haze meter (HM-150 manufactured by Murakami Color Technology Research Institute) in accordance with JIS K 7136.
シートの全光線透過率は、たとえば85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、91%以上であることがさらに好ましい。一方で、シートの全光線透過率の上限値は、特に限定されず、たとえば100%であってもよい。ここで、シートの全光線透過率は、たとえばJIS K 7361に準拠し、ヘーズメータ(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。 The total light transmittance of the sheet is, for example, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 91% or more. On the other hand, the upper limit of the total light transmittance of the sheet is not particularly limited and may be, for example, 100%. Here, the total light transmittance of the sheet is a value measured using, for example, JIS K 7361 and a haze meter (HM-150 manufactured by Murakami Color Technology Research Institute).
シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば10g/m2以上であることが好ましく、20g/m2以上であることがより好ましく、30g/m2以上であることがさらに好ましい。また、シートの坪量は、特に限定されないが、たとえば200g/m2以下であることが好ましく、180g/m2以下であることがより好ましい。ここで、シートの坪量は、たとえばJIS P 8124に準拠し、算出することができる。 The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably, for example, 10 g / m 2 or more, more preferably 20 g / m 2 or more, and further preferably 30 g / m 2 or more. The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 200 g / m 2 or less, and more preferably 180 g / m 2 or less. Here, the basis weight of the sheet can be calculated according to, for example, JIS P 8124.
シートの密度は、特に限定されないが、たとえば0.1g/cm3以上であることが好ましく、0.5g/cm3以上であることがより好ましく、1.0g/cm3以上であることがさらに好ましい。また、シートの密度は、特に限定されないが、たとえば5.0g/cm3以下であることが好ましく、3.0g/cm3以下であることがより好ましい。ここで、シートの密度は、50mm角のシートを23℃、相対湿度50%条件下で24時間調湿した後、シートの厚みおよび質量を測定することにより算出することができる。 The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 0.1 g / cm 3 or more, more preferably 0.5 g / cm 3 or more, and further preferably 1.0 g / cm 3 or more. preferable. The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 5.0 g / cm 3 or less, and more preferably 3.0 g / cm 3 or less. Here, the density of the sheet can be calculated by measuring the thickness and mass of the sheet after adjusting the humidity of a 50 mm square sheet for 24 hours under the conditions of 23 ° C. and 50% relative humidity.
シート中における繊維状セルロースの含有量は、たとえばシートの全質量に対して、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることがさらに好ましく、10質量%以上であることが特に好ましい。一方で、シート中における繊維状セルロースの含有量の上限値は、特に限定されず、シートの全質量に対して100質量%であってもよく、95質量%であってもよい。 The content of fibrous cellulose in the sheet is, for example, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and 5% by mass or more, based on the total mass of the sheet. Is more preferable, and 10% by mass or more is particularly preferable. On the other hand, the upper limit of the content of fibrous cellulose in the sheet is not particularly limited and may be 100% by mass or 95% by mass with respect to the total mass of the sheet.
シートは、液状組成物に含まれ得る樹脂成分や他の添加剤を含んでいてもよい。また、シートには、水や有機溶媒が含まれていてもよい。 The sheet may contain resin components and other additives that may be contained in the liquid composition. Further, the sheet may contain water or an organic solvent.
(成形体の製造方法)
成形体がシートである場合、シートの製造方法は、後述するように、繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物を基材上に塗工する塗工工程、または当該スラリーを抄紙する抄紙工程を含むことが好ましく、中でも、シートの製造方法は、繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物を基材上に塗工する塗工工程を含むことが好ましい。
(Manufacturing method of molded product)
When the molded body is a sheet, the method for producing the sheet includes a coating step of applying a fibrous cellulose-containing substance or a liquid composition on a substrate, or a papermaking step of making a papermaking of the slurry, as described later. Above all, it is preferable that the method for producing the sheet includes a coating step of coating the fibrous cellulose-containing material or the liquid composition on the substrate.
<塗工工程>
塗工工程では、たとえば繊維状セルロースを含む繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物(以下、単にスラリーともいう)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。また、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。
<Coating process>
In the coating process, for example, a fibrous cellulose-containing material containing fibrous cellulose or a liquid composition (hereinafter, also simply referred to as slurry) is coated on a base material, and a sheet formed by drying the coating material is obtained from the base material. A sheet can be obtained by peeling. Further, by using a coating device and a long base material, sheets can be continuously produced.
塗工工程で用いる基材の材質は、特に限定されないが、繊維状セルロース含有物もしくは液状組成物(スラリー)に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂製のフィルムや板または金属製のフィルムや板が好ましいが、特に限定されない。たとえばポリプロピレン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミ、亜鉛、銅、鉄板の金属のフィルムや板、および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真ちゅうのフィルムや板等を用いることができる。 The material of the base material used in the coating process is not particularly limited, but a material having a high wettability to a fibrous cellulose-containing material or a liquid composition (slurry) can suppress shrinkage of the sheet during drying. Although good, it is preferable to select a sheet in which the sheet formed after drying can be easily peeled off. Of these, a resin film or plate or a metal film or plate is preferable, but is not particularly limited. For example, resin films and plates such as polypropylene, acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polystyrene, polycarbonate, and polyvinylidene chloride, metal films and plates of aluminum, zinc, copper, and iron plates, and their surfaces are oxidized. , Stainless film or plate, brass film or plate, etc. can be used.
塗工工程において、スラリーの粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚みおよび坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠としては、特に限定されないが、たとえば乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。このような観点から、樹脂板または金属板を成形したものがより好ましい。本実施形態においては、たとえばポリプロピレン板、アクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリカーボネート板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛板、銅板、鉄板等の金属板、およびこれらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したものを用いることができる。スラリーを基材に塗工する塗工機としては、特に限定されないが、たとえばロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。シートの厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが特に好ましい。 In the coating process, if the viscosity of the slurry is low and it develops on the base material, a dammed frame is fixed on the base material to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight. You may. The frame for damming is not particularly limited, but it is preferable to select, for example, a frame in which the end portion of the sheet adhering after drying can be easily peeled off. From this point of view, a resin plate or a metal plate molded is more preferable. In the present embodiment, for example, a resin plate such as a polypropylene plate, an acrylic plate, a polyethylene terephthalate plate, a vinyl chloride plate, a polystyrene plate, a polycarbonate plate, a polyvinylidene chloride plate, or a metal plate such as an aluminum plate, a zinc plate, a copper plate, or an iron plate. , And those whose surfaces are oxidized, stainless steel plates, brass plates and the like can be used. The coating machine for coating the slurry on the substrate is not particularly limited, and for example, a roll coater, a gravure coater, a die coater, a curtain coater, an air doctor coater, or the like can be used. A die coater, a curtain coater, and a spray coater are particularly preferable because the thickness of the sheet can be made more uniform.
スラリーを基材へ塗工する際のスラリー温度および雰囲気温度は、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く、15℃以上50℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上40℃以下であることが特に好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、スラリーをより容易に塗工できる。塗工温度が上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The slurry temperature and the atmospheric temperature when the slurry is applied to the substrate are not particularly limited, but are preferably, for example, 5 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and 15 ° C. It is more preferably 50 ° C. or higher, and particularly preferably 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. When the coating temperature is equal to or higher than the above lower limit, the slurry can be coated more easily. When the coating temperature is not more than the above upper limit, the volatilization of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が好ましくは10g/m2以上200g/m2以下となるように、より好ましくは20g/m2以上180g/m2以下となるように、スラリーを基材に塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れたシートが得られる。 In the coating process, the slurry is based so that the finished basis weight of the sheet is preferably 10 g / m 2 or more and 200 g / m 2 or less, and more preferably 20 g / m 2 or more and 180 g / m 2 or less. It is preferable to apply it to the material. By coating so that the basis weight is within the above range, a sheet having excellent strength can be obtained.
塗工工程は、上述のとおり、基材上に塗工したスラリーを乾燥させる工程を含む。スラリーを乾燥させる工程は、特に限定されないが、たとえば非接触の乾燥方法、もしくはシートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせにより行われる。 As described above, the coating step includes a step of drying the slurry coated on the substrate. The step of drying the slurry is not particularly limited, but is performed by, for example, a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof.
非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば熱風、赤外線、遠赤外線もしくは近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、または真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、特に限定されないが、たとえば赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。 The non-contact drying method is not particularly limited, and for example, a method of heating and drying with hot air, infrared rays, far infrared rays or near infrared rays (heat drying method) or a method of vacuum drying (vacuum drying method) is applied. can do. Although the heat drying method and the vacuum drying method may be combined, the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far infrared rays or near infrared rays is not particularly limited, but can be performed by using, for example, an infrared device, a far infrared device or a near infrared device.
加熱乾燥法における加熱温度は、特に限定されないが、たとえば20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができる。また、加熱温度を上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制および繊維状セルロースの熱による変色の抑制を実現できる。 The heating temperature in the heat-drying method is not particularly limited, but is preferably 20 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and more preferably 25 ° C. or higher and 105 ° C. or lower. When the heating temperature is equal to or higher than the above lower limit, the dispersion medium can be rapidly volatilized. Further, when the heating temperature is not more than the above upper limit value, it is possible to suppress the cost required for heating and suppress the discoloration of the fibrous cellulose due to heat.
<抄紙工程>
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、特に限定されないが、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。
<Papermaking process>
The papermaking process is performed by making a slurry with a paper machine. The paper machine used in the paper making process is not particularly limited, and examples thereof include continuous paper machines such as a long net type, a circular net type, and an inclined type, and a multi-layer paper making machine combining these. In the papermaking process, a known papermaking method such as hand-making may be adopted.
抄紙工程は、スラリーをワイヤーにより濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、このシートをプレス、乾燥することにより行われる。スラリーを濾過、脱水する際に用いられる濾布としては、特に限定されないが、たとえば繊維状セルロースは通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないものであることがより好ましい。このような濾布としては、特に限定されないが、たとえば有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、たとえばポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。本実施形態においては、たとえば孔径0.1μm以上20μm以下であるポリテトラフルオロエチレンの多孔膜や、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。 The papermaking process is performed by filtering and dehydrating the slurry with a wire to obtain a wet paper sheet, and then pressing and drying the sheet. The filter cloth used for filtering and dehydrating the slurry is not particularly limited, but it is more preferable that, for example, fibrous cellulose does not pass through and the filtration rate does not become too slow. The filter cloth is not particularly limited, but for example, a sheet made of an organic polymer, a woven fabric, or a porous membrane is preferable. The organic polymer is not particularly limited, but non-cellulosic organic polymers such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. In the present embodiment, for example, a porous membrane of polytetrafluoroethylene having a pore size of 0.1 μm or more and 20 μm or less, polyethylene terephthalate having a pore size of 0.1 μm or more and 20 μm or less, a polyethylene woven fabric, or the like can be mentioned.
シート化工程において、スラリーからシートを製造する方法は、たとえば繊維状セルロースを含むスラリーを無端ベルトの上面に吐出し、吐出されたスラリーから分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備える製造装置を用いて行うことができる。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 In the sheeting step, a method for producing a sheet from a slurry is, for example, a water-squeezed section in which a slurry containing fibrous cellulose is discharged onto the upper surface of an endless belt and a dispersion medium is squeezed from the discharged slurry to generate a web. It can be done using a manufacturing apparatus with a drying section that dries the web to produce a sheet. An endless belt is disposed from the watering section to the drying section, and the web generated in the watering section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.
抄紙工程において用いられる脱水方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられる。これらの中でも、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、さらにロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、抄紙工程において用いられる乾燥方法としては、特に限定されないが、たとえば紙の製造で用いられている方法が挙げられる。これらの中でも、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどを用いた乾燥方法がより好ましい。 The dehydration method used in the papermaking process is not particularly limited, and examples thereof include a dehydration method normally used in the production of paper. Among these, a method of dehydrating with a long net, a circular net, an inclined wire, or the like and then further dehydrating with a roll press is preferable. The drying method used in the papermaking process is not particularly limited, and examples thereof include methods used in the production of paper. Among these, a drying method using a cylinder dryer, a Yankee dryer, hot air drying, a near infrared heater, an infrared heater, or the like is more preferable.
(用途)
本発明の繊維状セルロース含有物は、増粘剤や粒子分散安定剤として使用することができる。本発明の微細繊維状セルロースと溶媒を混合することで、微細繊維状セルロースが均一に分散したシートを形成することができる。また、本発明の繊維状セルロース含有物は、樹脂成分を含む有機溶媒との混合に好ましく用いることもできる。本発明の微細繊維状セルロースと、樹脂成分を含む有機溶媒を混合することで、微細繊維状セルロースが均一に分散した樹脂複合体を形成することができる。同様に微細繊維状セルロース再分散スラリーを用いて製膜し、各種フィルムとして使用することができる。
(Use)
The fibrous cellulose-containing material of the present invention can be used as a thickener or a particle dispersion stabilizer. By mixing the fine fibrous cellulose of the present invention with a solvent, a sheet in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed can be formed. Further, the fibrous cellulose-containing material of the present invention can also be preferably used for mixing with an organic solvent containing a resin component. By mixing the fine fibrous cellulose of the present invention with an organic solvent containing a resin component, a resin composite in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed can be formed. Similarly, a fine fibrous cellulose redispersion slurry can be used to form a film and used as various films.
また、本発明の繊維状セルロース含有物は、例えば、補強剤や添加剤として、セメント、塗料、インク、潤滑剤などに使用することができる。また、繊維状セルロース含有物を基材上に塗工することで得られる成形体は、補強材、内装材、外装材、包装用資材、電子材料、光学材料、音響材料、プロセス材料、輸送機器の部材、電子機器の部材、電気化学素子の部材等の用途にも適している。 Further, the fibrous cellulose-containing material of the present invention can be used, for example, as a reinforcing agent or an additive in cement, paints, inks, lubricants and the like. In addition, the molded product obtained by applying the fibrous cellulose-containing material on the base material is a reinforcing material, an interior material, an exterior material, a packaging material, an electronic material, an optical material, an acoustic material, a process material, and a transportation device. It is also suitable for applications such as members of the above, electronic devices, and electrochemical elements.
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。 Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, amounts used, ratios, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limiting by the specific examples shown below.
<製造例1>
〔微細繊維状セルロース分散液A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。
<Manufacturing example 1>
[Manufacturing of fine fibrous cellulose dispersion A]
As raw material pulp, Oji Paper's softwood kraft pulp (solid content 93% by mass, basis weight 208 g / m 2 sheet form, Canadian standard drainage degree (CSF) measured according to JIS P 8121 by separation is 700 ml) It was used.
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リンオキソ酸基を導入し、リンオキソ酸化パルプ1を得た。
The raw material pulp was subjected to phosphorus oxo oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of phosphorous acid (phosphonic acid) and urea is added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the raw material pulp, and 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid), 120 parts by mass of urea, and 150 parts of water. It was prepared to be parts by mass, and a chemical-impregnated pulp was obtained. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165 ° C. for 250 seconds to introduce a phosphorus oxo acid group into the cellulose in the pulp to obtain phosphorus
次いで、得られたリンオキソ酸化パルプ1に対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、100g(絶乾質量)のリンオキソ酸化パルプ1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。
Then, the obtained phosphorus
次いで、洗浄後のリンオキソ酸化パルプ1に対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリンオキソ酸化パルプ1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以下のリンオキソ酸化パルプスラリー1を得た。次いで、当該リンオキソ酸化パルプスラリー1を脱水して、中和処理が施されたリンオキソ酸化パルプ1を得た。次いで、中和処理後のリンオキソ酸化パルプ1に対して、上記洗浄処理を行った。
Next, the washed phosphorus
これにより得られたリンオキソ酸化パルプ1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。
The infrared absorption spectrum of the phosphorus
また、得られたリンオキソ酸化パルプ1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。
Further, when the obtained
得られたリンオキソ酸化パルプ1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(スギノマシン社製、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を含む微細繊維状セルロース分散液Aを得た。
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorus
X線回折により、得られた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、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、3〜5nmであった。なお、後述する測定方法で測定される第1解離酸量は、1.51mmol/gだった。また、総解離酸量は、1.55mmol/gであった。 By X-ray diffraction, it was confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of the first dissociated acid measured by the measuring method described later was 1.51 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 1.55 mmol / g.
<製造例2>
〔微細繊維状セルロース分散液Bの製造〕
薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒加熱した以外は、製造例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプ2及び微細繊維状セルロース分散液Bを得た。
<Manufacturing example 2>
[Manufacturing of fine fibrous cellulose dispersion B]
これにより得られたリンオキソ酸化パルプ1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。
The infrared absorption spectrum of the phosphorus
X線回折により、得られた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、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、3〜5nmであった。なお、後述する測定方法で測定される第1解離酸量は1.20mmol/gだった。また、総解離酸量は、1.22mmol/gであった。 By X-ray diffraction, it was confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of the first dissociated acid measured by the measuring method described later was 1.20 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 1.22 mmol / g.
<製造例3>
〔微細繊維状セルロース分散液Cの製造〕
亜リン酸(ホスホン酸)33質量部の代わりに、リン酸二水素アンモニウム45質量部を用い、165℃の熱風乾燥機での乾燥時間を200秒とした以外は、製造例1と同様に操作を行い、リンオキソ酸化パルプ3および微細繊維状セルロース分散液Cを得た。
<Manufacturing example 3>
[Manufacturing of fine fibrous cellulose dispersion C]
The operation was the same as in Production Example 1 except that 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate was used instead of 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) and the drying time in a hot air dryer at 165 ° C. was set to 200 seconds. , Phosphonic oxide pulp 3 and fine fibrous cellulose dispersion C were obtained.
これにより得られたリンオキソ酸化パルプ3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付近にリン酸基のP=O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。 The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo oxide pulp 3 thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption of the phosphate group based on P = O was observed around 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphate group was added to the pulp.
また、得られたリンオキソ酸化パルプ3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。 Further, when the obtained phosphoric oxide pulp 3 was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, two positions were found: 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. A typical peak was confirmed in, and it was confirmed that it had cellulose type I crystals.
X線回折により、得られた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、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、3〜5nmであった。なお、後述する測定方法で測定される第1解離酸量は、1.45mmol/gだった。また、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。 By X-ray diffraction, it was confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of the first dissociated acid measured by the measuring method described later was 1.45 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol / g.
<製造例4>
〔微細繊維状セルロース分散液Dの製造〕
亜リン酸(ホスホン酸)33質量部の代わりに、リン酸19質量部および亜リン酸(ホスホン酸)16質量部を用いた以外は、製造例1と同様にして、リンオキソ酸化パルプ4及び微細繊維状セルロース分散液Dを得た。
<Manufacturing example 4>
[Manufacturing of fine fibrous cellulose dispersion D]
これにより得られたリンオキソ酸化パルプ4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、1230cm-1付近にリン酸基の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)およびリン酸基が付加されていることが確認された。
The infrared absorption spectrum of the phosphorus
X線回折により、得られた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、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、3〜5nmであった。なお、後述する測定方法で測定される第1解離酸量は1.60mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.25mmol/gであった。 By X-ray diffraction, it was confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of the first dissociated acid measured by the measuring method described later was 1.60 mmol / g. The total amount of dissociated acid was 2.25 mmol / g.
<実施例1>
微細繊維状セルロースの分散液A500gに、0.5質量%の塩化カルシウム水溶液500gを添加して1分間撹拌したのち、濾過した。次いで、濾別した固形分を濾紙にて圧搾し、固形分濃度が20質量%の濃縮物1を得た。濃縮物1を0.1N塩酸水溶液1000gに30分間浸漬したのち、濾過した。次いで、濾別した固形分を濾紙にて圧搾し、固形分濃度が20質量%の濃縮物2を得た。濃縮物2を、ミキサー(岩谷産業社製、ミルサー800DG)を用いて粉砕することで、固形分濃度が20質量%の繊維状セルロース含有物Aを得た。
<Example 1>
To 500 g of the dispersion liquid A of fine fibrous cellulose, 500 g of a 0.5 mass% calcium chloride aqueous solution was added, stirred for 1 minute, and then filtered. Then, the solid content separated by filtration was squeezed with a filter paper to obtain a
<実施例2>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに、微細繊維状セルロース分散液Bを用いたこと以外は実施例1と同様にして、繊維状セルロース含有物Bを得た。
<Example 2>
In Example 1, a fibrous cellulose-containing material B was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion B was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion A.
<実施例3>
実施例1において、塩化カルシウムの代わりに塩化アルミニウムを用いたこと以外は実施例1と同様にして、繊維状セルロース含有物Cを得た。
<Example 3>
A fibrous cellulose-containing material C was obtained in the same manner as in Example 1 except that aluminum chloride was used instead of calcium chloride in Example 1.
<実施例4>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに、微細繊維状セルロース分散液Dを用いたこと以外は実施例1と同様にして、繊維状セルロース含有物Dを得た。
<Example 4>
In Example 1, a fibrous cellulose-containing material D was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion D was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion A.
<比較例1>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに微細繊維状セルロース分散液Cを用いたこと以外は実施例1と同様にして、繊維状セルロース含有物Eを得た。
<Comparative Example 1>
In Example 1, the fibrous cellulose-containing material E was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion C was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion A.
<比較例2>
比較例1において、塩化カルシウムの代わりに塩化アルミニウムを用いたこと以外は比較例1と同様にして、繊維状セルロース含有物Fを得た。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 1, a fibrous cellulose-containing material F was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that aluminum chloride was used instead of calcium chloride.
<評価方法>
〔第1解離酸量と総解離酸量の測定〕
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1)。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)で除した値を第1解離酸量(mmol/g)とした。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(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。
<Evaluation method>
[Measurement of first dissociated acid amount and total dissociated acid amount]
The amount of phosphoxoic acid group of the fine fibrous cellulose is a fibrous form prepared by diluting the fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water so that the content is 0.2% by mass. The cellulose-containing slurry was treated with an ion-exchange resin and then titrated with an alkali for measurement.
For the treatment with the ion exchange resin, a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; Organo Corporation, conditioned) with a volume of 1/10 is added to the above fibrous cellulose-containing slurry, and the mixture is shaken for 1 hour. This was done by pouring onto a mesh with an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry.
For titration using alkali, change in pH value indicated by the slurry is measured while adding 10 μl of 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry treated with an ion exchange resin every 5 seconds. I went by doing. Titration was performed while blowing nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of titration. In this neutralization titration, two points are observed where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkaline drop) becomes maximum in the curve plotting the measured pH with respect to the amount of alkali added. Of these, the maximum point of the increment obtained first when alkali is added is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point (FIG. 1). The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used for titration. Further, the amount of alkali required from the start of titration to the second end point becomes equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used for titration. The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the amount of first dissociating acid (mmol / g). Further, the value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was taken as the total amount of dissociated acid (mmol / g).
〔多価金属含有量の分析〕
実施例及び比較例で得た繊維状セルロース含有物を10g取り、525℃で加熱して灰化させ、1%硝酸5mLで溶解し、湿式分解させた。この溶液を0.45μmのフィルターでろ過したのち、超純水を加えて50mLとなるよう定容したもので、ICP−AES測定を行った。繊維状セルロース含有物中における多価金属含有量(mmol/g)は、ICP−AES測定により得られた多価金属量(mmol)を、供試した繊維状セルロース含有物の固形分量(g)で除して算出した。
[Analysis of multivalent metal content]
10 g of the fibrous cellulose-containing material obtained in Examples and Comparative Examples was taken, heated at 525 ° C. for incineration, dissolved in 5 mL of 1% nitric acid, and wet-decomposed. After filtering this solution with a 0.45 μm filter, ultrapure water was added and the volume was adjusted to 50 mL, and ICP-AES measurement was performed. The polyvalent metal content (mmol / g) in the fibrous cellulose-containing material is the polyvalent metal content (mmol) obtained by ICP-AES measurement, and the solid content (g) of the fibrous cellulose-containing material tested. Calculated by dividing by.
〔再分散性の評価〕
実施例及び比較例で得た繊維状セルロース含有物をイオン交換水に添加し、固形分濃度が0.5質量%のスラリー100gを得た。得られたスラリーをマグネチックスターラーで5分間撹拌したのち、同様に撹拌しながら1N水酸化ナトリウムを滴下し、スラリーのpHを10に調整した。このスラリーをディスパーザー(プライミクス社製、TKロボミックス)にて、1500rpm(2.5m/s)で5分間撹拌した。24時間後、スラリーをイオン交換水で固形分濃度が0.2質量%になるように希釈し、ディスパーザーにて、1500rpm(2.5m/s)で5分間撹拌した。得られたスラリーを50mL容量のガラススクリュービンに入れ、自転公転型スーパーミキサー(シンキー社製、ARE−250)にて、2200rpmで、2分間撹拌し、脱泡処理を行った。23℃の環境下で24時間静置した後、JIS K 7361に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて全光線透過率を測定した。測定の際には、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG−40、逆光路)にスラリーを入れ、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。
[Evaluation of redispersibility]
The fibrous cellulose-containing substances obtained in Examples and Comparative Examples were added to ion-exchanged water to obtain 100 g of a slurry having a solid content concentration of 0.5% by mass. The obtained slurry was stirred with a magnetic stirrer for 5 minutes, and then 1N sodium hydroxide was added dropwise with the same stirring to adjust the pH of the slurry to 10. This slurry was stirred with a disperser (TK Robomix manufactured by Primix Corporation) at 1500 rpm (2.5 m / s) for 5 minutes. After 24 hours, the slurry was diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration became 0.2% by mass, and the slurry was stirred with a disperser at 1500 rpm (2.5 m / s) for 5 minutes. The obtained slurry was placed in a glass screw bottle having a capacity of 50 mL and stirred at 2200 rpm for 2 minutes with a rotation / revolution type super mixer (ARE-250 manufactured by Shinky Co., Ltd.) to perform defoaming treatment. After allowing to stand for 24 hours in an environment of 23 ° C., the total light transmittance was measured using a haze meter (HM-150 manufactured by Murakami Color Technology Research Institute) in accordance with JIS K 7361. At the time of measurement, the slurry was placed in a glass cell for liquid (manufactured by Fujiwara Seisakusho, MG-40, backlight path) having an optical path length of 1 cm, and the measurement was performed. The zero point measurement was performed with ion-exchanged water contained in the same glass cell.
実施例で得られた繊維状セルロース含有物においては、金属成分の残存量が低減されていた。 In the fibrous cellulose-containing material obtained in the examples, the residual amount of the metal component was reduced.
Claims (8)
前記繊維状セルロースにおける第1解離酸量をA1とし、前記繊維状セルロースにおける総解離酸量をA2とした場合、A1/A2の値が0.65以上であり、
前記多価金属の含有量は、0.070mmol/g以下である、繊維状セルロース含有物。 A fibrous cellulose-containing product having a fiber width of 1000 nm or less and containing a phospholic acid group or a fibrous cellulose having a substituent derived from a phosphoxoic acid group and a polyvalent metal.
Wherein the first dissociation acid amount in the fibrous cellulose and A1, when the total dissociated acid amount in the fibrous cellulose was A2, Ri der value of A1 / A2 is 0.65 or more,
A fibrous cellulose-containing material having a polyvalent metal content of 0.070 mmol / g or less.
前記多価金属の含有量は、0.070mmol/g以下である、繊維状セルロース含有物。 A fibrous cellulose-containing product having a fiber width of 1000 nm or less and containing a phosphite group or a fibrous cellulose having a substituent derived from a phosphite group and a polyvalent metal .
A fibrous cellulose-containing material having a polyvalent metal content of 0.070 mmol / g or less .
測定方法(a):
繊維状セルロース含有物にイオン交換水を加えて固形分濃度が0.5質量%の水懸濁液Aを調製する;水懸濁液AのpHを10に調整したのち、2.5m/秒で5分間撹拌する;得られた水懸濁液にイオン交換水を加えて固形分濃度を0.2質量%とし、24時間静置した後、JIS K 7361に準拠して、光路長1cmの条件で全光線透過率を測定する。 The fibrous cellulose-containing material according to claim 1 or 2, wherein the total light transmittance measured under the following measurement condition (a) is 95% or more;
Measurement method (a):
Ion-exchanged water is added to the fibrous cellulose-containing material to prepare an aqueous suspension A having a solid content concentration of 0.5% by mass; the pH of the aqueous suspension A is adjusted to 10 and then 2.5 m / sec. Add ion-exchanged water to the obtained water suspension to make the solid content concentration 0.2% by mass, allow it to stand for 24 hours, and then, according to JIS K 7361, have an optical path length of 1 cm. Measure the total light transmittance under the conditions.
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