JP7010206B2 - Fibrous cellulose - Google Patents

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本発明は、繊維状セルロース、とくに、炭酸カルシウム粉末と混合してコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造するために用いられる繊維状セルロースに関する。 The present invention relates to fibrous cellulose, particularly fibrous cellulose used to mix with calcium carbonate powder to produce a precursor for pumping concrete pumps.

建築物の基礎工事やコンクリート製建築物の建設工事では、コンクリートを所定の場所に打ち込む作業が実施される。
近年では、コンクリートポンプ車を用いて、ホッパーに供給されたコンクリートを所定の打設場所に搬送する方法が広く採用されている。この方法では、コンクリートポンプ車を用いてホッパー内のコンクリートを配管内に圧送し、配管を通してコンクリートを目的の打設場所に搬送する。そして、コンクリートポンプと配管を用いてコンクリートを圧送する場合、ホッパー内に水と圧送用先行剤としてのセメントと混ぜたセメントペーストやモルタルを圧送用先行剤として予め充填しておき、この圧送用先行剤を最初に配管内に送り込み、その後、ホッパー内に生コンクリートを流し込みながら生コンクリートを連続的に配管内に送り込んで圧送する。このように、圧送用先行剤を先に送り込むのは、何も処理せずに硬化前の生コンクリート(流動コンクリート)を導入すると、コンクリートを構成する成分のうち、モルタル分(セメントペースト)だけがポンプや配管内部の表面に付着し、それとともにモルタル分を失ったコンクリートの先端部が次第に分離して配管を閉塞させてしまうことがあるからである。
In the foundation work of a building and the construction work of a concrete building, the work of driving concrete into a predetermined place is carried out.
In recent years, a method of transporting concrete supplied to a hopper to a predetermined casting place by using a concrete pump truck has been widely adopted. In this method, the concrete in the hopper is pumped into the pipe using a concrete pump truck, and the concrete is transported to the target casting place through the pipe. When concrete is pumped using a concrete pump and piping, cement paste or mortar mixed with water and cement as a pumping precursor is pre-filled in the hopper as a pumping precursor, and this pumping precedent is used. The agent is first sent into the pipe, and then the ready-mixed concrete is continuously sent into the pipe and pumped while pouring the ready-mixed concrete into the hopper. In this way, when the pre-hardened ready-mixed concrete (fluid concrete) is introduced without any treatment, only the mortar component (cement paste) among the constituents of the concrete is sent first. This is because the tip of the concrete that adheres to the surface inside the pump or the pipe and has lost the mortar content may gradually separate and block the pipe.

セメントペーストやモルタルを圧送用先行剤として用いる方法では、輸送中やコンクリート打ち込み先での待機中にその硬化反応が進行するため、コンクリート打ち込み作業の綿密な管理計画を立てる必要がある。また、この方法は圧送用先行剤であるセメントペーストやモルタルなどによる所要の効果を得るためにその使用量を多く設定する必要があり、さらに、圧送用先行剤に使用したセメントペーストやモルタルは廃棄の必要があるため、経済性に欠くだけではなく、セメントペーストやモルタルがコンクリートの品質に悪影響を与える可能性が高い。 In the method using cement paste or mortar as a precursor for pumping, the hardening reaction proceeds during transportation or waiting at the concrete driving destination, so it is necessary to make a detailed management plan for the concrete driving work. Further, in this method, it is necessary to set a large amount of the cement paste or mortar used as the pumping precursor in order to obtain the required effect, and further, the cement paste or mortar used as the pumping precursor is discarded. Not only is it not economical, but cement paste and mortar are likely to adversely affect the quality of concrete.

特許文献1には、少量の使用でコンクリートの圧送をなめらかに開始することができるコンクリートポンプ用圧送開始剤を実現することを目的として、吸水性樹脂を含むコンクリートポンプ用圧送開始剤が開示されている。 Patent Document 1 discloses a pressure-feeding initiator for a concrete pump containing a water-absorbent resin, for the purpose of realizing a pressure-feeding initiator for a concrete pump that can smoothly start pumping of concrete with a small amount of use. There is.

特開2000-34461号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-34461

特許文献1に記載された圧送用先行剤では、吸水性樹脂を使用するなど、経済性に劣り、また、使用条件によっては、吸水性樹脂の吸水が十分に行われないなど、問題があった。
本発明は、分散安定性および圧送性に優れた、炭酸カルシウム粉末を含有するコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造するために使用される繊維状セルロースを提供することを目的とする。
The pumping precursor described in Patent Document 1 has problems such as inferior economic efficiency such as using a water-absorbent resin, and insufficient water absorption of the water-absorbent resin depending on the conditions of use. ..
An object of the present invention is to provide a fibrous cellulose used for producing a precursor for pumping a concrete pump containing calcium carbonate powder, which has excellent dispersion stability and pumping property.

本発明者等は、イオン性基で置換され、かつ繊維幅が1000nm以下である微細繊維状変性セルロースを含有する繊維状セルロースを採用することにより、上記の課題が解決されることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の<1>~<7>に関する。
<1> 炭酸カルシウム粉末と混合してコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造するために用いられる繊維状セルロースであって、該繊維状セルロースが、イオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下である微細繊維状変性セルロースを含む、繊維状セルロース。
<2> 前記繊維状セルロースの粘度(固形分濃度0.4%分散液、23℃)が、500mPa・s以上である、<1>に記載の繊維状セルロース。
<3> 前記繊維状セルロースの下記式(1)で表されるチクソトロピックインデックス(TI値)が30以上である、<1>または<2>に記載の繊維状セルロース。
TI値
=(せん断速度1/sにおける粘度)/(せん断速度1000/sにおける粘度) (1)
上記粘度は、23℃、固形分濃度0.4%分散液での粘度である。
<4> 前記コンクリートポンプ圧送用先行剤の固形分中の炭酸カルシウム粉末の含有量が、50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。
<5> 前記炭酸カルシウム粉末100質量部に対する繊維状セルロースの混合量が0.0001質量部以上100質量部以下である、<1>~<4>のいずれかに記載の繊維状セルロース。
<6> 前記炭酸カルシウム粉末が、多孔質炭酸カルシウム粉末を含有する、<1>~<5>のいずれかに記載の繊維状セルロース。
<7> さらに顔料、酸化防止剤、およびpH調整剤から選択される少なくとも1つと混合する、<1>~<6>のいずれかに記載の繊維状セルロース。
The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by adopting fibrous cellulose which is substituted with an ionic group and contains fine fibrous modified cellulose having a fiber width of 1000 nm or less.
That is, the present invention relates to the following <1> to <7>.
<1> A fibrous cellulose used for producing a precursor for concrete pump pumping by mixing with calcium carbonate powder, wherein the fibrous cellulose has an ionic group and a fiber width of 1000 nm or less. Fibrous cellulose, including some fine fibrous modified cellulose.
<2> The fibrous cellulose according to <1>, wherein the viscosity of the fibrous cellulose (solid content concentration 0.4% dispersion, 23 ° C.) is 500 mPa · s or more.
<3> The fibrous cellulose according to <1> or <2>, wherein the fibrous cellulose has a thixotropic index (TI value) of 30 or more represented by the following formula (1).
TI value = (viscosity at shear rate 1 / s) / (viscosity at shear rate 1000 / s) (1)
The above viscosity is the viscosity of a dispersion liquid having a solid content concentration of 0.4% at 23 ° C.
<4> The fibrous cellulose according to any one of <1> to <3>, wherein the content of calcium carbonate powder in the solid content of the concrete pump pumping precursor is 50% by mass or more.
<5> The fibrous cellulose according to any one of <1> to <4>, wherein the mixed amount of the fibrous cellulose with respect to 100 parts by mass of the calcium carbonate powder is 0.0001 part by mass or more and 100 parts by mass or less.
<6> The fibrous cellulose according to any one of <1> to <5>, wherein the calcium carbonate powder contains a porous calcium carbonate powder.
<7> The fibrous cellulose according to any one of <1> to <6>, which is further mixed with at least one selected from a pigment, an antioxidant, and a pH adjuster.

本発明によれば、分散安定性および圧送性に優れた、炭酸カルシウム粉末を含有するコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造するために使用される繊維状セルロースを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fibrous cellulose used for producing a precursor for pumping a concrete pump containing calcium carbonate powder, which is excellent in dispersion stability and pumping property.

図1は、リン酸基を有する繊維状セルロースに対するNaOH滴下量と電気伝導度との関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added to the fibrous cellulose having a phosphoric acid group and the electrical conductivity. 図2は、カルボキシ基を有する繊維状セルロースに対するNaOH滴下量と電気伝導度との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added to the fibrous cellulose having a carboxy group and the electrical conductivity.

[繊維状セルロース]
本発明の繊維状セルロースは、炭酸カルシウム粉末と混合してコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造するために用いられ、該繊維状セルロースが、イオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下である微細繊維状変性セルロース(以下、単に「微細繊維状変性セルロース」ともいう)を含有する。
本発明の繊維状セルロースを、炭酸カルシウムを含有する圧送用先行剤に添加することにより、分散安定性に優れ、かつ、圧送性に優れるコンクリートポンプ圧送用先行剤(以下、「圧送用先行剤」または「先行剤」ともいう)が得られる。
上記の効果が得られる詳細な理由は不明であるが、一部は以下のように推定される。
微細繊維状変性セルロースを含有する繊維状セルロースは、水に添加してスラリー状とすることによって、高い増粘効果および高い粒子分散効果を発揮する。一方で、該スラリーは、チクソトロピー性を有し、せん断応力を受けた場合に粘度が低下する。
炭酸カルシウムと混合してコンクリートポンプ圧送用先行剤とすると、先行剤として実際に配管内に圧送する場合には圧送用先行剤は水を含有するため、これにより、炭酸カルシウムに対して高い分散安定性を付与するとともに、優れた圧送性が得られるものと考えられる。とくに、微細繊維状セルロースがイオン性基を有することにより、炭酸カルシウムに対する高い分散安定性と、優れた圧送性が得られたものと考えられる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
[Fibrous cellulose]
The fibrous cellulose of the present invention is used for producing a precursor for concrete pump pumping by mixing with calcium carbonate powder, and the fibrous cellulose has an ionic group and a fiber width of 1000 nm or less. It contains fine fibrous modified cellulose (hereinafter, also simply referred to as "fine fibrous modified cellulose").
By adding the fibrous cellulose of the present invention to the preceding agent for pumping containing calcium carbonate, the preceding agent for pumping of a concrete pump having excellent dispersion stability and excellent pumping property (hereinafter, "preceding agent for pumping") Or "preceding agent") is obtained.
The detailed reason why the above effect is obtained is unknown, but some are presumed as follows.
The fibrous cellulose containing the fine fibrous modified cellulose exhibits a high thickening effect and a high particle dispersion effect by adding it to water to form a slurry. On the other hand, the slurry has thixotropic properties and its viscosity decreases when it is subjected to shear stress.
When mixed with calcium carbonate to make a precursor for pumping concrete pumps, the precursor for pumping contains water when it is actually pumped into the pipe as a precursor, which results in high dispersion stability with respect to calcium carbonate. It is considered that excellent pumping property can be obtained while imparting sex. In particular, it is considered that the fine fibrous cellulose having an ionic group has obtained high dispersion stability with respect to calcium carbonate and excellent pumping property.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

<微細繊維状変性セルロース>
本発明の繊維状セルロースは、微細繊維状変性セルロースを含有し、該微細繊維状変性セルロースは、繊維幅が1,000nm以下の繊維状セルロースであり、かつ、イオン性基で置換されている。なお、繊維状セルロースおよび微細繊維状変性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。
繊維状セルロースは、微細繊維状変性セルロースを含有し、さらに、繊維幅が1,000nm以下の未変性微細繊維状セルロース、繊維幅が1,000nmを超える未変性繊維状セルロース、繊維幅が1,000nmを超え、イオン性基で置換されている繊維状変性セルロースを含有してもよい。
繊維状セルロース中の微細繊維状変性セルロースの含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%、さらに好ましくは70質量%以上、よりさらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%であってもよい。なお、本発明において、繊維状セルロースとして、微細繊維状変性セルロースと、繊維幅が1000nmを超える未変性繊維状セルロースとを混合して用いる態様や、繊維状セルロースが微細繊維状変性セルロースに加えて、少量の未変性微細繊維状セルロースや、繊維幅が1000nmを超える変性または未変性セルロースを含有する態様を含むものである。
<Fine fibrous modified cellulose>
The fibrous cellulose of the present invention contains fine fibrous modified cellulose, and the fine fibrous modified cellulose is fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less and is substituted with an ionic group. The fiber widths of the fibrous cellulose and the fine fibrous modified cellulose can be measured by, for example, observation with an electron microscope.
The fibrous cellulose contains fine fibrous modified cellulose, further, unmodified fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less, unmodified fibrous cellulose having a fiber width of more than 1,000 nm, and a fiber width of 1,. It may contain fibrous modified cellulose over 000 nm and substituted with ionic groups.
The content of the fine fibrous modified cellulose in the fibrous cellulose is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass, further preferably 70% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and 100% by mass. May be%. In the present invention, as the fibrous cellulose, a mode in which fine fibrous modified cellulose and unmodified fibrous cellulose having a fiber width of more than 1000 nm are mixed and used, and fibrous cellulose is added to the fine fibrous modified cellulose. , A mode containing a small amount of unmodified fine fibrous cellulose and modified or unmodified cellulose having a fiber width of more than 1000 nm.

微細繊維状変性セルロースの繊維幅は、100nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましく、8nm以下であることがさらに好ましい。また、繊維幅は2nm以上であることが好ましい。
微細繊維状変性セルロースの平均繊維幅は、たとえば1000nm以下である。微細繊維状変性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以下であることがとくに好ましい。微細繊維状変性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、微細繊維状変性セルロースによる分散安定性や圧送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、微細繊維状変性セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。
The fiber width of the fine fibrous modified cellulose is preferably 100 nm or less, more preferably 30 nm or less, and further preferably 8 nm or less. Further, the fiber width is preferably 2 nm or more.
The average fiber width of the fine fibrous modified cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of the fine fibrous modified 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. Is particularly preferred. By setting the average fiber width of the fine fibrous modified cellulose to 2 nm or more, it is possible to suppress the dissolution of the fine fibrous modified cellulose in water as a cellulose molecule, and it is easier to exhibit the effects of the fine fibrous modified cellulose on improving dispersion stability and pumping property. can do. The fine fibrous modified cellulose is, for example, monofibrous cellulose.

微細繊維状変性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%以下の微細繊維状変性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、微細繊維状変性セルロースの平均繊維幅とする。
The average fiber width of the fine fibrous modified cellulose is measured as follows, for example, using an electron microscope. First, an aqueous suspension of fine fibrous modified 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 for TEM observation. Use as a sample. 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 fine fibrous modified cellulose.

微細繊維状変性セルロースの繊維長は、とくに限定されないが、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、微細繊維状変性セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、微細繊維状変性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、微細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 fine fibrous modified 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 0.1 μm or more and 600 μm or less. Is even more preferable. By setting the fiber length within the above range, it is possible to suppress the destruction of the crystal region of the fine fibrous modified cellulose. Further, it is possible to set the slurry viscosity of the fine fibrous modified cellulose in an appropriate range. The fiber length of the fine fibrous cellulose can be obtained by, for example, image analysis by TEM, SEM, or AFM.

微細繊維状変性セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、微細繊維状変性セルロースが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。
微細繊維状変性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、分散安定性および圧送性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 fine fibrous modified cellulose preferably has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fine fibrous modified 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 modified 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 dispersion stability and pumping property. 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).

微細繊維状変性セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、とくに限定されないが、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、微細繊維状変性セルロースの水分散体を作製した際に十分な増粘性が得られやすい。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水分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length / fiber width) of the fine fibrous modified 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 obtain sufficient viscosity when an aqueous dispersion of fine fibrous modified cellulose is produced. 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 an aqueous dispersion.

本実施形態における微細繊維状変性セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。とくに、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変性セルロースは、後述する微細繊維状変性セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fine fibrous modified cellulose in the present embodiment has, for example, both a crystalline region and a non-crystalline region. In particular, the fine fibrous modified 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 modified cellulose described later.

本実施形態における微細繊維状変性セルロースは、イオン性基を有する。微細繊維状変性セルロースがイオン性基を有することで、分散媒(水)中における繊維の分散性を向上させ、解繊処理における解繊効率を高めることができる。また、炭酸カルシウム粉末と混合してコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造した場合に、炭酸カルシウムの水中での分散性を向上させるとともに、圧送性の向上に寄与する。
イオン性基としては、たとえばアニオン性基およびカチオン性基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性基としてアニオン性基を有することがとくに好ましい。
また、微細繊維状変性セルロースは、イオン性基に加え、非イオン性基が導入されていてもよく、非イオン性基としては、アルキル基およびアシル基が例示される。
The fine fibrous modified cellulose in this embodiment has an ionic group. Since the fine fibrous modified cellulose has an ionic group, the dispersibility of the fibers in the dispersion medium (water) can be improved, and the defibration efficiency in the defibration treatment can be enhanced. Further, when a precursor for pumping concrete pumps is produced by mixing with calcium carbonate powder, the dispersibility of calcium carbonate in water is improved and the pumping property is improved.
The ionic group may include, for example, one or both of an anionic group and a cationic group. In this embodiment, it is particularly preferable to have an anionic group as the ionic group.
Further, the fine fibrous modified cellulose may have a nonionic group introduced in addition to the ionic group, and examples of the nonionic group include an alkyl group and an acyl group.

イオン性基としてのアニオン性基としては、たとえばリン酸基またはリン酸基に由来する基(単にリン酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する基(単にカルボキシ基ということもある)、およびスルホン基またはスルホン基に由来する基(単にスルホン基ということもある)から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リン酸基およびカルボキシ基から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リン酸基であることがとくに好ましい。 Anionic groups as ionic groups include, for example, a phosphate group or a group derived from a phosphate group (sometimes simply referred to as a phosphate group), a carboxy group or a group derived from a carboxy group (also simply referred to as a carboxy group). There is), and at least one selected from a sulfone group or a group derived from a sulfone group (sometimes simply referred to as a sulfone group), and at least one selected from a phosphate group and a carboxy group. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is a phosphate group.

リン酸基またはリン酸基に由来する基は、たとえば下記式(1)で表される基であり、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸に由来する基として一般化される。
リン酸基は、たとえばリン酸からヒドロキシ基を取り除いたものにあたる、2価の官能基である。具体的には-POで表される基である。リン酸基に由来する基には、リン酸基の塩、リン酸エステル基などの基が含まれる。なお、リン酸基に由来する基は、リン酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)として微細繊維状変性セルロースに含まれていてもよい。また、リン酸基は、たとえば、亜リン酸基(ホスホン酸基)であってもよく、リン酸基に由来する基は、亜リン酸基の塩、亜リン酸エステル基などであってもよい。
The phosphoric acid group or the group derived from the phosphoric acid group is, for example, a group represented by the following formula (1), and is generalized as a phosphoric acid group or a group derived from a phosphoric acid.
The phosphoric acid group is, for example, a divalent functional group obtained by removing a hydroxy group from phosphoric acid. Specifically, it is a group represented by -PO 3 H 2 . The group derived from the phosphoric acid group includes a group such as a salt of a phosphoric acid group and a phosphoric acid ester group. The group derived from the phosphoric acid group may be contained in the fine fibrous modified cellulose as a group (for example, a pyrophosphate group) in which the phosphoric acid group is condensed. Further, the phosphoric acid group may be, for example, a phosphite group (phosphonic acid group), and the group derived from the phosphoric acid group may be a salt of the phosphite group, a phosphite ester group, or the like. good.

Figure 0007010206000001
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式(1)中、a、bおよびnは自然数である(ただし、a=b×mである)。α,α,・・・,αおよびα’のうちa個がOであり、残りはR,ORのいずれかである。なお、各αおよびα’の全てがOであっても構わない。Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。
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、またはn-ブチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、またはt-ブチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、またはシクロヘキシル基等が挙げられるが、とくに限定されない。
不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、またはアリル基等が挙げられるが、とくに限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、または3-ブテニル基等が挙げられるが、とくに限定されない。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、とくに限定されない。芳香族基としては、フェニル基、またはナフチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。
In equation (1), a, b and n are natural numbers (where a = b × m). Of α 1 , α 2 , ..., α n and α', a is O , and the rest is either R or OR. It is also possible that all of each α n and α'are O . 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, and an unsaturated-branched chain hydrocarbon, respectively. A hydrogen group, an unsaturated-cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or an inducing group thereof.
Examples of the saturated-linear hydrocarbon group include, but are not limited to, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group and the like. 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, but are not limited to, an i-propenyl group, a 3-butenyl group and the like. 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または側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、またはアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加または置換した状態の官能基が挙げられるが、とくに限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数はとくに限定されないが、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 it 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 phosphate 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+は有機物または無機物からなる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、また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、も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、もしくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、または水素イオン等が挙げられるが、とくに限定されない。これらは1種または2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物または無機物からなる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、またはカリウムのイオンが好ましいが、とくに限定されない。 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 does not easily yellow when the fiber raw material containing β is heated and is easily industrially used, but is not particularly limited.

繊維状セルロースにおけるイオン性基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維状セルロースにおけるイオン性基の導入量は、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、3.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、3.00mmol/g以下であることがよりさらに好ましい。イオン性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、微細繊維状変性セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、イオン性基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースが分散安定性や圧送性の向上に対して良好な特性を発揮することができる。
ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性基の対イオンが水素イオン(H)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。
The amount of the ionic group introduced in the fibrous cellulose is, for example, preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, and 0.50 mmol / g per 1 g (mass) of the fibrous cellulose. It is more preferably g or more, and particularly preferably 1.00 mmol / g or more. Further, the amount of the ionic group introduced in the fibrous cellulose is 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 50 mmol / g or less, and even more preferably 3.00 mmol / g or less. By setting the amount of the ionic group introduced within the above range, it is possible to facilitate the miniaturization of the fiber raw material and enhance the stability of the fine fibrous modified cellulose. Further, by setting the introduction amount of the ionic group within the above range, the fibrous cellulose can exhibit good characteristics for improving the dispersion stability and the pumping property.
Here, the denominator in the unit mmol / g indicates the mass of the fibrous cellulose when the counterion of the ionic group is a hydrogen ion (H + ).

繊維状セルロースに対するイオン性基の導入量は、たとえば伝導度滴定法により測定することができる。伝導度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伝導度の変化を求めることにより、導入量を測定する。
図1は、リン酸基を有する繊維状セルロースに対するNaOH滴下量と電気伝導度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電気伝導度の変化を観察し、図1に示すような滴定曲線を得る。図1に示すように、最初は急激に電気伝導度が低下する(以下、「第1領域」という)。その後、わずかに伝導度が上昇を始める(以下、「第2領域」という)。さらにその後、伝導度の増分が増加する(以下、「第3領域」という)。なお、第2領域と第3領域の境界点は、伝導度の2回微分値、すなわち伝導度の増分(傾き)の変化量が最大となる点で定義される。このように、滴定曲線には、3つの領域が現れる。このうち、第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の強酸性基量と等しく、第2領域で必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の弱酸性基量と等しくなる。リン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上弱酸性基が失われ、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、強酸性基量は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。このため、単にリン酸基導入量(またはリン酸基量)または置換基導入量(または置換基量)と言った場合は、強酸性基量のことを表す。従って、上記で得られた滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リン酸基導入量(mmol/g)となる。
The amount of the ionic group introduced into the fibrous cellulose can be measured, for example, by a conductivity titration method. In the measurement by the conductivity titration method, the introduction amount is measured by determining the change in conductivity while adding an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution to the obtained slurry containing fibrous cellulose.
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped and the electrical conductivity with respect to fibrous cellulose having a phosphoric acid group.
The amount of phosphoric 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 electrical conductivity is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution to obtain a titration curve as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the electrical conductivity drops sharply at first (hereinafter referred to as "first region"). After that, the conductivity begins to increase slightly (hereinafter referred to as "second region"). After that, the increment of conductivity increases (hereinafter referred to as "third region"). The boundary point between the second region and the third region is defined by the point where the second derivative value of the conductivity, that is, the amount of change in the increment (slope) of the conductivity is maximized. Thus, three regions appear on the titration curve. Of these, the amount of alkali required in the first region is equal to the amount of strongly acidic groups in the slurry used for titration, and the amount of alkali required in the second region is equal to the amount of weakly acidic groups in the slurry used for titration. Will be equal. When the phosphoric acid group causes condensation, the weakly acidic group is apparently lost, 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 is consistent with the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. Therefore, when the term simply refers to the amount of phosphate group introduced (or the amount of phosphate group) or the amount of substituent introduced (or the amount of substituent), it means the amount of strongly acidic group. Therefore, the value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve obtained above by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphoric acid group introduced (mmol / mmol /). g).

なお、上述のリン酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の繊維状セルロースが有するリン酸基量(以降、リン酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リン酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するリン酸基量(以降、リン酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リン酸基量(C型)=リン酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1000}
A[mmol/g]:繊維状セルロースが有するリン酸基由来の総アニオン量(リン酸基の強酸性基量と弱酸性基量を足した値)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
Since the denominator of the above-mentioned phosphoric acid group introduction amount (mmol / g) indicates the mass of the acid-type fibrous cellulose, the phosphoric acid group amount of the acid-type fibrous cellulose (hereinafter referred to as the phosphoric acid group amount). (Called (acid type))). On the other hand, when the counterion of the phosphate group is replaced with an arbitrary cation C so as to have a charge equivalent, the denominator is converted to the mass of fibrous cellulose when the cation C is a counterion. This makes it possible to determine the amount of phosphate groups (hereinafter, the amount of phosphate groups (C type)) possessed by fibrous cellulose whose cation C is a counterion.
That is, it is calculated by the following formula.
Phosphoric acid group amount (C type) = Phosphoric acid group amount (acid type) / {1+ (W-1) x A / 1000}
A [mmol / g]: Total anion amount derived from the phosphate group of the fibrous cellulose (the sum of the strong acid group amount and the weakly acidic group amount of the phosphoric acid group).
W: Formulated amount of cation C per valence (for example, Na is 23, Al is 9)

図2は、カルボキシ基を有する繊維状セルロースに対するNaOH滴下量と電気伝導度の関係を示すグラフである。
繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有する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電気伝導度の変化を観察し、図2に示すような滴定曲線を得る。なお、必要に応じて、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。滴定曲線は、図2に示すように、電気伝導度が減少した後、伝導度の増分(傾き)がほぼ一定となるまでの第1領域と、その後に伝導度の増分(傾き)が増加する第2領域に区分される。なお、第1領域、第2領域の境界点は、伝導度の2回微分値、すなわち伝導度の増分(傾き)の変化量が最大となる点で定義される。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の微細繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、カルボキシ基の導入量(mmol/g)となる。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added to the fibrous cellulose having a carboxy group and the electrical conductivity.
The amount of the carboxy 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 electrical conductivity is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution to obtain a titration curve as shown in FIG. If necessary, the same defibration treatment as the defibration treatment step described later may be performed on the measurement target. In the titration curve, as shown in FIG. 2, after the electrical conductivity decreases, the first region until the increase (slope) of the conductivity becomes almost constant, and then the increase (slope) of the conductivity increases. It is divided into the second area. The boundary point between the first region and the second region is defined by the point where the second derivative value of the conductivity, that is, the amount of change in the increment (slope) of the conductivity is maximized. The value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated is the amount of carboxy group introduced (the amount of carboxy group introduced). mmol / g).

なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量であることから、酸型の繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
カルボキシ基量(C型)
=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1000}
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
Since the denominator of the above-mentioned carboxy group introduction amount (mmol / g) is the mass of the acid type fibrous cellulose, the carboxy group amount of the acid type fibrous cellulose (hereinafter, the carboxy group amount (acid type)). ) Is shown. On the other hand, when the counterion of the carboxy group is replaced with an arbitrary cation C so as to have a charge equivalent, the denominator is converted to the mass of fibrous cellulose when the cation C is a counterion. Therefore, the amount of carboxy group (hereinafter, the amount of carboxy group (C type)) possessed by the fibrous cellulose in which the cation C is a counter ion can be obtained.
That is, it is calculated by the following formula.
Amount of carboxy group (C type)
= Carboxy group amount (acid type) / {1+ (W-1) × (carboxy group amount (acid type)) / 1000}
W: Formulated amount of cation C per valence (for example, Na is 23, Al is 9)

なお、滴定法によるイオン性基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液の滴定間隔が短すぎる場合、本来より低い置換基量となることがあるため、適切な滴定間隔、たとえば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を30秒に50μLずつ滴定するなどが望ましい。 In the measurement of the ionic group amount by the titration method, if the titration interval of the sodium hydroxide aqueous solution is too short, the titration interval may be lower than the original amount. Therefore, an appropriate titration interval, for example, 0.1N water. It is desirable to titrate 50 μL of the aqueous sodium oxide solution every 30 seconds.

<微細繊維状変性セルロースの製造方法>
(セルロースを含む繊維原料)
微細繊維状変性セルロースは、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、とくに限定されないが、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、とくに限定されないが、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、とくに限定されないが、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、とくに限定されないが、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変性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変性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変性セルロースを用いると、該微細繊維状変性セルロースを含有するスラリーの粘度が高くなる傾向がある。
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。
<Manufacturing method of fine fibrous modified cellulose>
(Fiber raw material containing cellulose)
The fine fibrous modified cellulose is produced from a fiber raw material containing cellulose.
The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but it is preferable to use pulp 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 used 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. In addition, among wood pulps, from the viewpoint of high cellulose ratio and high yield of fine fibrous modified cellulose during defibration treatment, long fiber fine fibrous modified cellulose with small decomposition of cellulose in pulp and large axial ratio is available. From the viewpoint obtained, for example, chemical pulp is more preferable, and kraft pulp and sulfite pulp are further preferable. When fine fibrous modified cellulose having a large axial ratio is used, the viscosity of the slurry containing the fine fibrous modified cellulose tends to increase.
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.

上述のようなイオン性基を導入した微細繊維状変性セルロースを得るためには、上述したセルロースを含む繊維原料にイオン性基を導入するイオン性基導入工程、洗浄工程、アルカリ処理工程(中和工程)、解繊処理工程をこの順で有することが好ましく、洗浄工程の代わりに、または洗浄工程に加えて、酸処理工程を有していてもよい。イオン性基導入工程としては、リン酸基導入工程およびカルボキシ基導入工程が例示される。以下、それぞれについて説明する。 In order to obtain the above-mentioned fine fibrous modified cellulose into which an ionic group has been introduced, an ionic group introduction step, a washing step, and an alkali treatment step (neutralization) in which the ionic group is introduced into the above-mentioned fiber raw material containing cellulose Step), it is preferable to have a defibration treatment step in this order, and an acid treatment step may be provided instead of the washing step or in addition to the washing step. Examples of the ionic group introduction step include a phosphoric acid group introduction step and a carboxy group introduction step. Each will be described below.

(イオン性基導入工程)
〔リン酸基導入工程〕
リン酸基導入工程は、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、リン酸基導入繊維が得られることとなる。
(Ionic group introduction process)
[Phosphate group introduction process]
In the phosphoric acid group introduction step, at least one compound (hereinafter, also referred to as “compound A”) selected from compounds capable of introducing a phosphoric acid group by reacting with a hydroxyl group of a fiber raw material containing cellulose is used to introduce cellulose. This is a process of acting on the fiber raw material contained therein. By this step, a phosphate group-introduced fiber can be obtained.

本実施形態に係るリン酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態または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、とく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、とくに限定されないが、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、とく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、とくに限定されないが、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。
In the phosphate 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.
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であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが、とくに限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、たとえば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、たとえばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。
これらのうち、リン酸基の導入の効率が高く、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、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、またはリン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはリン酸二水素アンモニウムがより好ましい。
The compound A used in this embodiment may be any compound having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose, and may be phosphoric acid or a salt thereof, phosphoric acid or a salt thereof, dehydration condensed phosphoric acid or a salt thereof. Examples thereof include salts and anhydrous phosphoric acid (diphosphoric pentoxide), but the present invention is not particularly limited. 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. Examples of the phosphorous acid include 99% phosphorous acid (phosphonic acid). 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. Examples of the phosphate, sulphate, and dehydration-condensed phosphate include phosphoric acid, sulphite, or lithium salt of dehydration-condensed phosphoric acid, sodium salt, potassium salt, ammonium salt, and the like. It can be a sum.
Of these, phosphoric acid and phosphoric acid are highly efficient in introducing phosphoric acid groups, are more likely to improve defibration efficiency in the defibration process described later, are low in cost, and are easy to apply industrially. A sodium salt, a potassium salt of phosphoric acid, or an ammonium salt of phosphoric acid is preferable, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, or ammonium dihydrogen phosphate is more preferable.

繊維原料に対する化合物Aの添加量は、とくに限定されないが、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、上述のとおり尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、とくに限定されないが、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 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.
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、とく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.

リン酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加または混合した後、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を用いることができる。
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物A等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等を混練また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等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等が表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分および化合物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、たと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。
In the phosphoric 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 the phosphate 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 bed drying device, and an air stream. A drying device, a vacuum drying device, an infrared heating device, a far infrared heating device, and a microwave heating device can be used.
In the heat treatment according to the present embodiment, for example, a method of adding compound A or the like to a thin sheet-shaped fiber raw material by a method such as impregnation and then heating, or a method of kneading or stirring the fiber raw material and compound A or the like with a kneader or the like. It is possible to adopt a method of heating while heating. This makes it possible to suppress uneven concentration of the compound A or the like in the fiber raw material and 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 or the like is attracted to the water molecules by the surface tension and similarly moves to the surface of the fiber raw material (that is, the concentration unevenness of the compound A). It is considered that this is due to the fact that it can be suppressed.
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 (phosphoric acid 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. 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 phosphoric acid group introduced can be within a preferable range by setting the heating temperature and the heating time within appropriate ranges.

リン酸基導入工程は、少なくとも1回行えばよいが、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、リン酸基導入工程を2回行う場合が挙げられる。 The phosphoric acid group introduction step may be performed at least once, but may be repeated twice or more. By performing the phosphoric acid group introduction step two or more times, many phosphoric 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 phosphoric acid group introduction step is performed twice.

繊維原料に対するリン酸基の量は、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以上であることがとくに好ましい。また、繊維原料に対するリン酸基の導入量は、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。リン酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状変性セルロースの安定性を高めることができる。 The amount of the phosphate group with respect to the fiber raw material is, for example, preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, and 0.50 mmol / g or more per 1 g (mass) of fibrous cellulose. Is more preferable, and 1.00 mmol / g or more is particularly preferable. The amount of phosphoric acid group introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 5.20 mmol / g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol / g or less, and 3.00 mmol or less. It is more preferably / g or less. By setting the amount of the phosphoric 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 fine fibrous modified cellulose.

〔カルボキシ基導入工程〕
カルボキシ基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
[Carboxy group introduction process]
The carboxy group introduction step has an oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, TEMPO oxidation treatment, a compound having a group derived from carboxylic acid or a derivative thereof, or a group derived from carboxylic acid with respect to the fiber raw material containing cellulose. It is carried out by treatment with an acid anhydride of a compound or a derivative thereof.

カルボン酸由来の基を有する化合物としては、とくに限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、とくに限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、とくに限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。
カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、とくに限定されないが、たとえば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、とくに限定されないが、たとえばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。
The compound having a group derived from a carboxylic acid is not particularly limited, and for example, a dicarboxylic acid compound such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid, citric acid, aconitic acid and the like. Examples include tricarboxylic acid compounds. The derivative of the compound having a group derived from a carboxylic acid is not particularly limited, and examples thereof include an acid anhydride derivative of the compound having a carboxy group and an acid anhydride derivative of the compound having a carboxy group. The imide of the acid anhydride of the compound having a carboxy group is not particularly limited, and examples thereof include an imide of a dicarboxylic acid compound such as maleimide, succinic acidimide, and phthalateimide.
The acid anhydride of the compound having a group derived from a carboxylic acid is not particularly limited, but for example, a dicarboxylic acid compound such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, and itaconic anhydride. Acid anhydride is mentioned. The derivative of the acid anhydride of the compound having a group derived from carboxylic acid is not particularly limited, but for example, a compound having a carboxy group such as dimethylmaleic acid anhydride, diethylmaleic acid anhydride, diphenylmaleic acid anhydride and the like. Examples thereof include those in which at least a part of the hydrogen atom of the acid anhydride is substituted with a substituent such as an alkyl group or a phenyl group.

カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、たとえばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、たとえばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、繊維原料としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。
また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、たとえば繊維原料としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。
When the TEMPO oxidation treatment is performed in the carboxy group introduction step, it is preferable to perform the treatment under conditions of pH 6 or more and 8 or less, for example. Such a treatment is also referred to as a neutral TEMPO oxidation treatment. The neutral TEMPO oxidation treatment includes, for example, sodium phosphate buffer (pH = 6.8), pulp as a fiber raw material, TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) as a catalyst, and the like. This can be done by adding a nitroxy radical and sodium hypochlorite as a sacrificial reagent. Further, by coexisting with sodium chlorite, the aldehyde generated in the oxidation process can be efficiently oxidized to the carboxy group.
Further, the TEMPO oxidation treatment may be carried out under the condition that the pH is 10 or more and 11 or less. Such a treatment is also referred to as an alkaline TEMPO oxidation treatment. The alkaline TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding a nitroxy radical such as TEMPO as a catalyst, sodium bromide as a co-catalyst, and sodium hypochlorite as an oxidizing agent to pulp as a fiber raw material. ..

繊維原料に対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、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、0.90mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、2.5mmol/g以下であることが好ましく、2.20mmol/g以下であることがより好ましく、2.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。 The amount of carboxy group introduced into the fiber raw material varies depending on the type of substituent, but for example, when a carboxy group is introduced by TEMPO oxidation, it is preferably 0.10 mmol / g or more per 1 g (mass) of fibrous cellulose. It is more preferably 0.20 mmol / g or more, further preferably 0.50 mmol / g or more, and particularly preferably 0.90 mmol / g or more. Further, it is preferably 2.5 mmol / g or less, more preferably 2.20 mmol / g or less, and further preferably 2.00 mmol / g or less. In addition, when the substituent is a carboxymethyl group, it may be 5.8 mmol / g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose.

(洗浄工程)
本実施形態における微細繊維状変性セルロースの製造方法においては、必要に応じてイオン性基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりイオン性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、とくに限定されない。
(Washing process)
In the method for producing fine fibrous modified cellulose in the present embodiment, a washing step can be performed on the ionic group-introduced fiber, if necessary. The washing step is performed by washing the ionic 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)
微細繊維状変性セルロースを製造する場合、イオン性基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、イオン性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、とくに限定されないが、たとえばアルカリ溶液中に、イオン性基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、とくに限定されず、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。
(Alkaline treatment process)
In the case of producing fine fibrous modified cellulose, the ionic group-introduced fiber may be treated with an alkali between the ionic group-introducing step and the defibration treatment step described later. The alkaline treatment method is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the ionic group-introduced fiber in an alkaline solution.
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、とくに限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。
アルカリ処理工程におけるイオン性基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、とくに限定されないが、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、とくに限定されないが、たとえばイオン性基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。
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 ionic 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 ionic 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、イオン性基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったイオン性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 ionic group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the ionic 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 ionic group-introduced fiber with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.

(酸処理工程)
微細繊維状変性セルロースを製造する場合、イオン性基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、イオン性基導入繊維に対して酸処理を行ってもよい。たとえば、イオン性基導入工程、酸処理、アルカリ処理および解繊処理をこの順で行ってもよい。
酸処理の方法としては、とくに限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中にイオン性基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、とくに限定されないが、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、とくに限定されないが、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とくに好ましい。
(Acid treatment process)
In the case of producing fine fibrous modified cellulose, the ionic group-introduced fiber may be acid-treated between the step of introducing the ionic group and the defibration treatment step described later. For example, the ionic group introduction step, the acid treatment, the alkali treatment and the defibration treatment may be performed in this order.
The acid treatment method is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the ionic group-introduced fiber 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 liquid, 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、とくに限定されないが、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、とくに限定されないが、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、とくに限定されないが、たとえばイオン性基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 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 ionic group-introduced fiber. Is more preferable.

(解繊処理工程)
イオン性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、とくに限定されないが、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 processing process)
Fine fibrous cellulose can be obtained by defibrating the ionic 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 pulverized media and have less risk of contamination.

解繊処理工程においては、たとえばイオン性基導入繊維を、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、とくに限定されないが、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、非プロトン極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF),ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。
解繊処理時の微細繊維状変性セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、イオン性基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、たとえば水素結合性のある尿素などのイオン性基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。
In the defibration treatment step, for example, it is preferable to dilute the ionic 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.
The solid content concentration of the fine fibrous modified cellulose during the defibration treatment can be appropriately set. Further, the slurry obtained by dispersing the ionic group-introduced fiber in a dispersion medium may contain a solid content other than the ionic group-introduced fiber such as urea having a hydrogen bond property.

<繊維状セルロースの物性>
(粘度)
本発明において、繊維状セルロースを固形分濃度が0.4%(0.4質量%)に調整した分散液(スラリー)の23℃における粘度は、炭酸カルシウム粉末の分散安定性をより向上させる観点から、好ましくは500mPa・s以上、より好ましくは1.0×10mPa・s以上であり、さらに好ましくは3×10mPa・s以上、よりさらに好ましくは5.0×10mPa・s以上であり、同様の観点から、好ましくは1×10mPa・s以下、より好ましくは7×10mPa・s以下、さらに好ましくは5×10mPa・s以下、よりさらに好ましくは3.5×10mPa・s以下、よりさらに好ましくは2.5×10mPa・s以下、よりさらに好ましくは1.5×10mPa・s以下である。
上記の粘度は、繊維状セルロースの固形分濃度を0.4%に調整したスラリーを1500rpmで5分間、ディスパーサーにて撹拌した後、測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した後、B型粘度計を用いて23℃、回転数3rpmの条件で測定する。より具体的には、たとえばB型粘度計であるBLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVTを用いることができる。測定条件は、たとえば液温23℃にて、粘度計の回転数は3rpmにて測定を行い、測定開始から3分のときの粘度値を当該分散液の粘度とする。なお、上記分散液は、繊維状セルロースが完全に溶解していてもよく、分散状態であってもよい。
<Physical characteristics of fibrous cellulose>
(viscosity)
In the present invention, the viscosity of the dispersion liquid (slurry) prepared by adjusting the solid content concentration of fibrous cellulose to 0.4% (0.4% by mass) at 23 ° C. is a viewpoint of further improving the dispersion stability of the calcium carbonate powder. Therefore, it is preferably 500 mPa · s or more, more preferably 1.0 × 10 3 mPa · s or more, still more preferably 3 × 10 3 mPa · s or more, still more preferably 5.0 × 10 3 mPa · s. From the same viewpoint as above, preferably 1 × 10 5 mPa · s or less, more preferably 7 × 10 4 mPa · s or less, still more preferably 5 × 10 4 mPa · s or less, still more preferably 3. It is 5 × 10 4 mPa · s or less, more preferably 2.5 × 10 4 mPa · s or less, and even more preferably 1.5 × 10 4 mPa · s or less.
The above viscosity is determined by stirring a slurry in which the solid content concentration of fibrous cellulose is adjusted to 0.4% at 1500 rpm for 5 minutes with a disperser, and then in an environment of 23 ° C. and 50% relative humidity before measurement. After allowing to stand for a while, the measurement is performed using a B-type viscometer under the conditions of 23 ° C. and a rotation speed of 3 rpm. More specifically, for example, an analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD, which is a B-type viscometer, can be used. The measurement conditions are, for example, a liquid temperature of 23 ° C. and a viscometer rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of measurement is taken as the viscosity of the dispersion liquid. The dispersion liquid may be completely dissolved in fibrous cellulose or may be in a dispersed state.

(TI値)
本発明において、繊維状セルロースの下記式(1)で表されるチクソトロピックインデックス(TI値)は、より圧送性に優れる先行剤を得る観点から、好ましくは30以上、より好ましくは50以上、さらに好ましくは60以上、よりさらに好ましくは75以上、よりさらに好ましくは90以上である。
そして、上限はとくに限定されないが、繊維状セルロースの入手容易性および先行剤の分散安定性の観点から、好ましくは600以下、より好ましくは500以下、さらに好ましくは400以下、よりさらに好ましくは350以下である。
TI値
=(せん断速度1/sにおける粘度)/(せん断速度1000/sにおける粘度) (1)
上記粘度は、23℃、固形分濃度0.4%分散液での粘度である。
TI値は、実施例に記載の方法により測定される。
(TI value)
In the present invention, the thixotropic index (TI value) represented by the following formula (1) of the fibrous cellulose is preferably 30 or more, more preferably 50 or more, and further, from the viewpoint of obtaining a precursor having more excellent pumping property. It is preferably 60 or more, more preferably 75 or more, and even more preferably 90 or more.
The upper limit is not particularly limited, but is preferably 600 or less, more preferably 500 or less, still more preferably 400 or less, still more preferably 350 or less, from the viewpoint of availability of fibrous cellulose and dispersion stability of the precursor. Is.
TI value = (viscosity at shear rate 1 / s) / (viscosity at shear rate 1000 / s) (1)
The above viscosity is the viscosity of a dispersion liquid having a solid content concentration of 0.4% at 23 ° C.
The TI value is measured by the method described in the examples.

[コンクリートポンプ圧送用先行剤]
本発明の繊維状セルロースは、炭酸カルシウム粉末と混合してコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造するために使用される。
本発明において、コンクリートポンプ圧送用先行剤は、通常粉末状またはペースト状であり、使用前に水を加えて分散し、これにより得られる分散液として、コンクリートポンプのホッパー内に投入される。なお、「コンクリートポンプ圧送用先行剤」は、粉末状の状態のみを意味するものではなく、水中に分散された分散液となっているものをも意味する。
従って、本発明において、繊維状セルロースがウェットパウダー状等の粉末状であり、炭酸カルシウムと混合して、全体として粉末状である圧送用先行剤として存在するものであってもよく、繊維状セルロースが分散液の状態(スラリー状)であり、炭酸カルシウムを含む粉末を水分散液とする際に、繊維状セルロースを含有する分散液(スラリー)を添加して、炭酸カルシウムと混合して、先行剤(分散液)としてもよい。
[Preceding agent for pumping concrete pump]
The fibrous cellulose of the present invention is used to mix with calcium carbonate powder to produce a precursor for pumping concrete pumps.
In the present invention, the precursor for pumping a concrete pump is usually in the form of powder or paste, and water is added and dispersed before use, and the dispersion liquid obtained thereby is charged into the hopper of the concrete pump. The "preceding agent for pumping concrete pump" does not mean only a powdery state, but also means a dispersion liquid dispersed in water.
Therefore, in the present invention, the fibrous cellulose may be in the form of a powder such as a wet powder, mixed with calcium carbonate, and may exist as an overall powdery precursor for pumping, and the fibrous cellulose may be present. Is the state of the dispersion liquid (slurry), and when the powder containing calcium carbonate is used as the aqueous dispersion, the dispersion liquid (slurry) containing fibrous cellulose is added, mixed with calcium carbonate, and preceded. It may be used as an agent (dispersion liquid).

本発明において、炭酸カルシウム粉末100質量部に対する繊維状セルロースの混合量は、分散安定性および圧送性に優れる先行剤を得る観点から、好ましくは0.0001質量部以上、より好ましくは0.001質量部以上、さらに好ましくは0.01質量部以上であり、そして、同様の観点から、好ましくは100質量部以下、より好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、よりさらに好ましくは0.1質量部以下である。
なお、繊維状セルロースの混合量は、乾燥した繊維状セルロースとしての混合量を意味する。
In the present invention, the mixing amount of the fibrous cellulose with respect to 100 parts by mass of the calcium carbonate powder is preferably 0.0001 part by mass or more, more preferably 0.001 part by mass, from the viewpoint of obtaining a precursor having excellent dispersion stability and pumping property. More than parts, more preferably 0.01 parts by mass or more, and from the same viewpoint, preferably 100 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, still more preferably 1 part by mass or less, still more preferably 0. .1 part by mass or less.
The mixed amount of the fibrous cellulose means the mixed amount as the dried fibrous cellulose.

本発明において、先行剤は、少なくとも炭酸カルシウムを含有する。
先行剤の固形分中の炭酸カルシウムの含有量は、分散性および圧送性に優れる観点、並びにコンクリート配管の閉塞を抑制する観点から、好ましくは50質量%、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、よりさらに好ましくは80質量%以上であり、そして、好ましくは99.9質量%以下である。
In the present invention, the precursor contains at least calcium carbonate.
The content of calcium carbonate in the solid content of the precursor is preferably 50% by mass, more preferably 60% by mass or more, still more preferably, from the viewpoint of excellent dispersibility and pumpability, and from the viewpoint of suppressing blockage of the concrete pipe. Is 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and preferably 99.9% by mass or less.

炭酸カルシウムとしては、沈降性炭酸カルシウムのような軽質炭酸カルシウムであってもよく、また、石灰石を粉砕した重質炭酸カルシウムであってもよく、とくに限定されないが、先行剤として優れた性能を得る観点から、粒子径が小さな炭酸カルシウム粉末であることが好ましい。また、粒度調整や成分調整を行った炭酸カルシウム粉末を使用してもよい。
これらの中でも、先行剤として優れた性能を発揮する観点から、多孔質炭酸カルシウム粉末を含有することが好ましい。多孔質炭酸カルシウムとしては、たとえば、生コンスラッジを粒度調整および成分調整して得られた多孔質炭酸カルシウムが挙げられる。
さらに、炭酸カルシウム粉末として、沈降性炭酸カルシウムのように、粒子形状が均一な微粉末炭酸カルシウムを含有してもよい。
The calcium carbonate may be light calcium carbonate such as precipitated calcium carbonate, or heavy calcium carbonate obtained by crushing limestone, and is not particularly limited, but obtains excellent performance as a precursor. From the viewpoint, it is preferable that the calcium carbonate powder has a small particle size. Further, calcium carbonate powder whose particle size and composition have been adjusted may be used.
Among these, it is preferable to contain porous calcium carbonate powder from the viewpoint of exhibiting excellent performance as a precursor. Examples of the porous calcium carbonate include porous calcium carbonate obtained by adjusting the particle size and composition of raw concrete.
Further, the calcium carbonate powder may contain fine powdered calcium carbonate having a uniform particle shape, such as precipitated calcium carbonate.

本発明において、先行剤は、炭酸カルシウム粉末および繊維状セルロースに加えて、その他の成分を含有してもよい。
その他の成分としては、炭酸カルシウム以外の無機粉体、吸水性樹脂、水溶性樹脂、顔料、酸化防止剤、pH調整剤などが例示される。本発明において、繊維状セルロースは、顔料、酸化防止剤、およびpH調整剤からなる群から選択される少なくとも1つと混合することがより好ましい。
上記炭酸カルシウム以外の無機粉体としては、水酸化カルシウム、ハイドロタルサイト、酸化カルシウムなどが例示される。また、顔料としては、無機顔料および有機顔料のいずれでもよい。顔料を含有することにより、排出される先行剤の視認性を向上させ、先行剤の排出終了をモニターすることが容易となる。有機顔料としては、視認性の観点から、有機系蛍光顔料がとくに好ましい。
また、酸化防止やpH調整を目的として、エリソルビン酸等の酸化防止剤やpH調整剤を添加してもよい。酸化防止剤、pH調整剤等を添加することにより、先行剤の分散性をより改善するとともに、配管中の腐食や、コンクリートに混入した時の影響が低減される。
In the present invention, the precursor may contain other components in addition to the calcium carbonate powder and fibrous cellulose.
Examples of other components include inorganic powders other than calcium carbonate, water-absorbent resins, water-soluble resins, pigments, antioxidants, pH adjusters and the like. In the present invention, the fibrous cellulose is more preferably mixed with at least one selected from the group consisting of pigments, antioxidants, and pH regulators.
Examples of the inorganic powder other than calcium carbonate include calcium hydroxide, hydrotalcite, and calcium oxide. Further, the pigment may be either an inorganic pigment or an organic pigment. By containing the pigment, the visibility of the preceding agent to be discharged is improved, and it becomes easy to monitor the end of discharging of the preceding agent. As the organic pigment, an organic fluorescent pigment is particularly preferable from the viewpoint of visibility.
Further, an antioxidant such as erythorbic acid or a pH adjusting agent may be added for the purpose of preventing oxidation and adjusting the pH. By adding an antioxidant, a pH adjuster, or the like, the dispersibility of the precursor is further improved, and the corrosion in the piping and the influence when mixed in concrete are reduced.

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。従って、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.

各実施例および比較例で使用した繊維状セルロースは次の製造例により、製造したものを用いた。
(製造例1)
(リン酸基導入パルプの作製)
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/mシート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。この原料パルプに対してリン酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸基導入パルプ(以下、「リン酸化パルプ」ともいう)を得た。次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
これにより得られたリン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基に基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。また、後述する測定方法で測定されるリン酸基量(強酸性基量)は、1.45mmol/gだった。また、得られたリン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
As the fibrous cellulose used in each Example and Comparative Example, those produced according to the following production examples were used.
(Manufacturing Example 1)
(Preparation of phosphate group-introduced pulp)
As raw material pulp, Oji Paper's softwood kraft pulp (solid content 93% by mass, basis weight 208 g / m 2 sheets, separated and measured according to JIS P 8121, Canadian standard drainage degree (CSF) is 700 mL) It was used. The raw material pulp was subjected to phosphorylation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea is added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the raw material pulp to obtain 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water. To obtain a chemical-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165 ° C. for 200 seconds to introduce a phosphate group into the cellulose in the pulp, and the phosphate group-introduced pulp (hereinafter, also referred to as “phosphorylated pulp”) was introduced. Obtained. Then, the obtained phosphorylated pulp was washed. The washing treatment is carried out by repeating the operation of pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of phosphorylated pulp, stirring the pulp dispersion liquid so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. went. When the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
Next, the phosphorylated pulp after washing was neutralized as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little with stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. .. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain a phosphorylated pulp that had been neutralized. Next, the phosphorylated pulp after the neutralization treatment was subjected to the above washing treatment.
The infrared absorption spectrum of the phosphorylated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption based on the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphate group was added to the pulp. The amount of phosphoric acid group (strong acid group amount) measured by the measuring method described later was 1.45 mmol / g. Further, when the obtained phosphorylated pulp was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, it was found at two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that it had cellulose type I crystals.

(繊維状セルロース分散液の作製)
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状変性セルロースを含む繊維状セルロース分散液1を得た。X線回折により、この微細繊維状変性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、微細繊維状変性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繊維状セルロースのリン酸基量(強酸性基量)は1.45mmol/g、重合度は680であった。
(Preparation of fibrous cellulose dispersion)
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated once with a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fibrous cellulose dispersion 1 containing fine fibrous modified cellulose. By X-ray diffraction, it was confirmed that this fine fibrous modified cellulose maintained the cellulose type I crystal. Moreover, when the fiber width of the fine fibrous modified cellulose was measured using a transmission electron microscope, it was 3 to 5 nm.
The amount of phosphoric acid group (strong acid group amount) of the fibrous cellulose measured by the measuring method described later was 1.45 mmol / g, and the degree of polymerization was 680.

(製造例2)
製造例1において、繊維状セルロースの重合度が590となるように湿式微粒化装置で200MPaの圧力にて2回処理した以外は、製造例1と同様に行い繊維状セルロース分散液2を得た。
(Manufacturing Example 2)
In Production Example 1, the fibrous cellulose dispersion 2 was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the fibrous cellulose was treated twice at a pressure of 200 MPa with a wet atomizing device so that the degree of polymerization of the fibrous cellulose was 590. ..

(製造例3)
製造例1において、繊維状セルロースの重合度が499となるように湿式微粒化装置で200MPaの圧力にて4回処理した以外は、製造例1と同様に行い繊維状セルロース分散液3を得た。
(Manufacturing Example 3)
In Production Example 1, the fibrous cellulose dispersion 3 was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the fibrous cellulose was treated four times at a pressure of 200 MPa with a wet atomizing device so that the degree of polymerization of the fibrous cellulose was 499. ..

(製造例4)
製造例1において、繊維状セルロースの重合度が459となるように湿式微粒化装置で200MPaの圧力にて6回処理した以外は、製造例1と同様に行い繊維状セルロース分散液4を得た。
(Manufacturing Example 4)
In Production Example 1, the fibrous cellulose dispersion 4 was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the fibrous cellulose was treated 6 times at a pressure of 200 MPa with a wet atomizing device so that the degree of polymerization of the fibrous cellulose was 459. ..

(製造例5)
(リン酸基導入パルプの作製)
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/mシート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。この原料パルプに対してリン酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸基導入パルプ(リン酸化パルプ)を得た。次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。洗浄後のリン酸化パルプに対して、さらに上記リン酸化処理、上記洗浄処理をこの順に1回ずつ行った。
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
これにより得られたリン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基に基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。また、後述する測定方法で測定されるリン酸基量(強酸性基量)は、2.00mmol/gだった。また、得られたリン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
(Manufacturing Example 5)
(Preparation of phosphate group-introduced pulp)
As raw material pulp, Oji Paper's softwood kraft pulp (solid content 93% by mass, basis weight 208 g / m 2 sheets, separated and measured according to JIS P 8121, Canadian standard drainage degree (CSF) is 700 mL) It was used. The raw material pulp was subjected to phosphorylation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea is added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the raw material pulp to obtain 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water. To obtain a chemical-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165 ° C. for 200 seconds to introduce a phosphate group into the cellulose in the pulp to obtain a phosphate group-introduced pulp (phosphorylated pulp). Then, the obtained phosphorylated pulp was washed. The washing treatment is carried out by repeating the operation of pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of phosphorylated pulp, stirring the pulp dispersion liquid so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. went. When the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set. The phosphorylated pulp after washing was further subjected to the phosphorylation treatment and the washing treatment once in this order.
Next, the phosphorylated pulp after washing was neutralized as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little with stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. .. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain a phosphorylated pulp that had been neutralized. Next, the phosphorylated pulp after the neutralization treatment was subjected to the above washing treatment.
The infrared absorption spectrum of the phosphorylated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption based on the phosphate group was observed near 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphate group was added to the pulp. The amount of phosphoric acid group (strong acid group amount) measured by the measuring method described later was 2.00 mmol / g. Further, when the obtained phosphorylated pulp was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, it was found at two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that it had cellulose type I crystals.

(繊維状セルロース分散液の作製)
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて1回処理し、微細繊維状変性セルロースを含む繊維状セルロース分散液5を得た。X線回折により、この微細繊維状変性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、微細繊維状変性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繊維状セルロースのリン酸基量(強酸性基量)は2.00mmol/g、重合度は625であった。
(Preparation of fibrous cellulose dispersion)
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated once with a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fibrous cellulose dispersion 5 containing fine fibrous modified cellulose. By X-ray diffraction, it was confirmed that this fine fibrous modified cellulose maintained the cellulose type I crystal. Moreover, when the fiber width of the fine fibrous modified cellulose was measured using a transmission electron microscope, it was 3 to 5 nm.
The amount of phosphoric acid group (strong acid group amount) of the fibrous cellulose measured by the measuring method described later was 2.00 mmol / g, and the degree of polymerization was 625.

(製造例6)
製造例5において、繊維状セルロースのリン酸基量が2.00mmol/g、重合度が536となるように湿式微粒化装置で200MPaの圧力にて2回処理した以外は、製造例1と同様に行い繊維状セルロース分散液6を得た。
(Manufacturing Example 6)
In Production Example 5, the same as in Production Example 1 except that the fibrous cellulose was treated twice with a wet atomizer at a pressure of 200 MPa so that the amount of phosphoric acid group was 2.00 mmol / g and the degree of polymerization was 536. To obtain a fibrous cellulose dispersion liquid 6.

(製造例7)
製造例5において、繊維状セルロースのリン酸基量が2.00mmol/g、重合度が482となるように湿式微粒化装置で200MPaの圧力にて4回処理した以外は、製造例5と同様に行い繊維状セルロース分散液7を得た。
(Manufacturing Example 7)
In Production Example 5, the same as in Production Example 5 except that the fibrous cellulose was treated four times with a wet atomizer at a pressure of 200 MPa so that the amount of phosphoric acid group was 2.00 mmol / g and the degree of polymerization was 482. To obtain a fibrous cellulose dispersion 7.

(製造例8)
製造例5において、繊維状セルロースのリン酸基量が2.00mmol/g、重合度が444となるように湿式微粒化装置で200MPaの圧力にて6回処理した以外は、製造例5と同様に行い繊維状セルロース分散液8を得た。
(Manufacturing Example 8)
Same as Production Example 5 except that the fibrous cellulose was treated with a wet atomizer at a pressure of 200 MPa 6 times so that the amount of phosphoric acid group was 2.00 mmol / g and the degree of polymerization was 444. The fibrous cellulose dispersion 8 was obtained.

(製造例9)
(亜リン酸基導入パルプの作製)
リン酸二水素アンモニウムの代わりに亜リン酸(ホスホン酸)33質量部を用いた以外は、製造例1と同様に操作を行い、亜リン酸基導入パルプ(以下、「亜リン酸化パルプ」ともいう。)を得た。
次いで、得られた亜リン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、亜リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するように撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。濾液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、洗浄後の亜リン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後の亜リン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずる添加することにより、pHが12以上13以下の亜リン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該亜リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施された亜リン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後の亜リン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
これにより得られた亜リン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。
また、得られた亜リン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
(Manufacturing Example 9)
(Preparation of phosphite-introduced pulp)
The same operation as in Production Example 1 was carried out except that 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate. I got.).
Then, the obtained subphosphorylated pulp was washed. In the washing treatment, the pulp dispersion obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of subphosphorized pulp is stirred so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtration and dehydration are repeated. I went by that. When the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
Next, the dephosphorylated pulp after washing was neutralized as follows. First, the washed subphosphorylated pulp is diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N sodium hydroxide aqueous solution is slightly added while stirring to obtain a subphosphorylated pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. Obtained. Then, the subphosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain a neutralized subphosphorylated pulp. Next, the subphosphorylated pulp after the neutralization treatment was subjected to the above washing treatment.
The infrared absorption spectrum of the subphosphorylated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P = O of the phosphonic acid group, which is a metamorphic form of the phosphorous acid group, was observed near 1210 cm -1 , and the phosphorous acid group (phosphonic acid group) was added to the pulp. Was confirmed.
In addition, when the obtained subphosphorylated pulp 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.

(繊維状セルロース分散液の作製)
得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状変性セルロースを含む繊維状セルロース分散液9を得た。X線回折により、この微細繊維状変性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、微細繊維状変性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繊維状セルロースの亜リン酸基量(強酸性基量)は1.80mmol/g、重合度は430であった。
(Preparation of fibrous cellulose dispersion)
Ion-exchanged water was added to the obtained subphosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated with a wet atomizing device (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., Starburst) 6 times at a pressure of 200 MPa to obtain a fibrous cellulose dispersion 9 containing fine fibrous modified cellulose. By X-ray diffraction, it was confirmed that this fine fibrous modified cellulose maintained the cellulose type I crystal. Moreover, when the fiber width of the fine fibrous modified cellulose was measured using a transmission electron microscope, it was 3 to 5 nm.
The amount of phosphorous acid group (strong acid group amount) of the fibrous cellulose measured by the measuring method described later was 1.80 mmol / g, and the degree of polymerization was 430.

(製造例10)
(カルボキシ基導入パルプの作製)
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/mシート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。この原料パルプに対してTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部とを、水10,000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して10mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプ(以下、「TEMPO酸化パルプ」ともいう)に対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5,000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。濾液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
また、得られたTEMPO酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
(Manufacturing Example 10)
(Preparation of carboxy group-introduced pulp)
As raw material pulp, Oji Paper's softwood kraft pulp (solid content 93% by mass, basis weight 208 g / m 2 sheets, separated and measured according to JIS P 8121, Canadian standard drainage degree (CSF) is 700 mL) It was used. The raw material pulp was subjected to TEMPO oxidation treatment as follows.
First, the above raw pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl), and 10 parts by mass of sodium bromide are added to 10 parts of water. It was dispersed in 000 parts by mass. Then, a 13 mass% sodium hypochlorite aqueous solution was added to 1.0 g of pulp so as to be 10 mmol, and the reaction was started. During the reaction, a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to keep the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered to be completed when no change was observed in the pH.
Next, the obtained carboxy group-introduced pulp (hereinafter, also referred to as “TEMPO oxide pulp”) was washed. In the washing treatment, the pulp slurry after TEMPO oxidation is dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then 5,000 parts by mass of ion-exchanged water is poured, stirred and uniformly dispersed, and then filtered and dehydrated is repeated. Was done by. When the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
Further, when the obtained TEMPO oxide pulp was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, it was found at two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that it had cellulose type I crystals.

(繊維状セルロース分散液の作製)
得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置((株)スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状変性セルロースを含む繊維状セルロース分散液10を得た。
なお、後述する測定方法で測定される繊維状セルロースのカルボキシ基量は1.80mmol/g、重合度は336であった。
(Preparation of fibrous cellulose dispersion)
Ion-exchanged water was added to the obtained TEMPO oxide pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated with a wet atomizing device (manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., Starburst) 6 times at a pressure of 200 MPa to obtain a fibrous cellulose dispersion containing fine fibrous modified cellulose.
The amount of carboxy group of the fibrous cellulose measured by the measuring method described later was 1.80 mmol / g, and the degree of polymerization was 336.

<測定方法>
(繊維状セルロース分散液のイオン性基量の測定)
繊維状セルロースのイオン性基量は、対象となる微細繊維状変性セルロースを含む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、上記微細繊維状変性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)製、コンディショニング済)を加え、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微細繊維状セルロース含有スラリーに、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を、30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測することにより行った。イオン性基量(mmol/g)は、計測結果のうち図1または2に示す第1領域に相当する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して算出した。
<Measurement method>
(Measurement of ionic group amount of fibrous cellulose dispersion)
The amount of ionic group of fibrous cellulose is a fibrous cellulose prepared by diluting a fibrous cellulose dispersion containing a target fine fibrous modified cellulose with ion-exchanged water so that the content is 0.2% by mass. The contained slurry was treated with an ion exchange resin and then titrated with an alkali to measure the content.
For the treatment with the ion exchange resin, a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) having a volume of 1/10 was added to the fine fibrous modified cellulose-containing slurry and shaken. After that, it was poured onto a mesh having an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry.
For titration using alkali, a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution is added to the fine fibrous cellulose-containing slurry treated with an ion exchange resin once every 30 seconds by 50 μL, and the electrical conductivity shown by the slurry is shown. This was done by measuring the change in the value of. The ionic group amount (mmol / g) is the alkali amount (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in FIGS. 1 or 2 in the measurement results, and the solid content (g) in the slurry to be titrated. Calculated by dividing.

(繊維状セルロースの重合度の測定)
繊維状セルロースの重合度は、Tappi T230に従い測定した。すなわち、測定対象の繊維状セルロースを分散媒に分散させて測定した粘度度(ηとする)、および分散媒体のみで測定したブランク粘度(ηとする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定した。
ηSP=(η/η)-1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の繊維状セルロースの濃度を示す。
さらに、下記式から繊維状セルロースの重合度(DP)を算出した。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
(Measurement of polymerization degree of fibrous cellulose)
The degree of polymerization of fibrous cellulose was measured according to Tappi T230. That is, after measuring the viscosity measured by dispersing the fibrous cellulose to be measured in a dispersion medium (referred to as η 1 ) and the blank viscosity measured using only the dispersion medium (referred to as η 0 ), the specific viscosity (referred to as η 0). sp ) and intrinsic viscosity ([η]) were measured according to the following formula.
η SP = (η 1 / η 0 ) -1
[Η] = η sp / (c (1 + 0.28 × η sp ))
Here, c in the formula indicates the concentration of fibrous cellulose at the time of viscosity measurement.
Furthermore, the degree of polymerization (DP) of the fibrous cellulose was calculated from the following formula.
DP = 1.75 × [η]
Since this degree of polymerization is the average degree of polymerization measured by the viscosity method, it is sometimes referred to as "viscosity average degree of polymerization".

(繊維状セルロース分散液の粘度の測定)
繊維状セルロース分散液の粘度は、次のように測定した。まず、繊維状セルロース分散液を固形分濃度が0.4%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて1,500rpmで5分間撹拌した。次いで、これにより得られた分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
(Measurement of viscosity of fibrous cellulose dispersion)
The viscosity of the fibrous cellulose dispersion was measured as follows. First, the fibrous cellulose dispersion was diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration was 0.4%, and then stirred with a disperser at 1,500 rpm for 5 minutes. Next, the viscosity of the dispersion liquid thus obtained was measured using a B-type viscometer (analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD). The measurement conditions were a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of the measurement was taken as the viscosity of the dispersion. The dispersion to be measured was allowed to stand in an environment of 23 ° C. and a relative humidity of 50% for 24 hours before the measurement. The liquid temperature of the dispersion liquid at the time of measurement was 23 ° C.

(レオメーターによる繊維状セルロース分散液の粘度の測定)
繊維状セルロース分散液をイオン交換水で固形分濃度0.4%に希釈した後、レオメーター(HAAKE社製、RheoStress6000)を用いて粘度を測定した。なお、せん断速度については、下記の条件で変化させた。
測定温度:23℃
測定治具:コーンプレート(直径40mm、角度1°)
せん断速度:0.001~1000sec-1
データ点数:100点
データ分布:Log間隔
測定時間:5分
(Measurement of viscosity of fibrous cellulose dispersion with a leometer)
The fibrous cellulose dispersion was diluted with ion-exchanged water to a solid content concentration of 0.4%, and then the viscosity was measured using a leometer (RheoStress6000, manufactured by HAAKE). The shear rate was changed under the following conditions.
Measurement temperature: 23 ° C
Measuring jig: Cone plate (diameter 40 mm, angle 1 °)
Shear velocity: 0.001 to 1000 sec -1
Number of data points: 100 points Data distribution: Log interval Measurement time: 5 minutes

(TI値の算出)
粘度をレオメーターにより測定し、せん断速度1sec-1の条件で測定した粘度の値(η)を、せん断速度1,000sec-1の条件で測定した粘度の値(η)で除して得られる値を、チキソトロピックインデックス値(TI値)とした。
すなわち、TI値は下記式で定義した。
TI値=η/η
η1:せん断速度1sec-1の条件で測定した粘度
η2:せん断速度1,000sec-1の条件で測定した粘度
(Calculation of TI value)
The viscosity is measured with a leometer and the viscosity value (η 1 ) measured under the condition of shear rate 1 sec -1 is divided by the viscosity value (η 2 ) measured under the condition of shear rate 1,000 sec -1 . The obtained value was taken as a thixotropic index value (TI value).
That is, the TI value was defined by the following formula.
TI value = η 1 / η 2
η1: Viscosity measured under the condition of shear rate 1 sec -1 η2: Viscosity measured under the condition of shear rate 1,000 sec -1

(モデル圧送用先行剤の作製)
(実施例1)
多孔質炭酸カルシウム100質量部、水200質量部を混合し、そこへ繊維状セルロース分散液1を固形分として0.015質量部添加し、よく混合し、モデル圧送用先行剤を作製した。
(Preparation of precursor for model pumping)
(Example 1)
100 parts by mass of porous calcium carbonate and 200 parts by mass of water were mixed, 0.015 parts by mass of fibrous cellulose dispersion 1 was added as a solid content, and the mixture was well mixed to prepare a precursor for model pumping.

(実施例2~10)
繊維状セルロース分散液1の代わりに、上記製造例2~10により得られた繊維状セルロース分散液2~10をそれぞれ使用した以外は、実施例1と同様にして、モデル圧送用先行剤を作製した。
(Examples 2 to 10)
A precursor for model pumping was prepared in the same manner as in Example 1 except that the fibrous cellulose dispersions 2 to 10 obtained in Production Examples 2 to 10 were used instead of the fibrous cellulose dispersion 1. did.

(比較例1)
繊維状セルロース分散液1の代わりに、繊維状セルロース分散液11((株)スギノマシン製、IMa-10002)を使用した以外は、実施例1と同様にして、モデル圧送用先行剤を作製した。
(Comparative Example 1)
A precursor for model pumping was prepared in the same manner as in Example 1 except that the fibrous cellulose dispersion 11 (manufactured by Sugino Machine Limited, IMa-1002) was used instead of the fibrous cellulose dispersion 1. ..

(比較例2)
グアーガム(東京化成工業(株)製)を使用した以外は、実施例1と同様にして、モデル圧送用先行剤を作製した。
(Comparative Example 2)
A precursor for model pumping was prepared in the same manner as in Example 1 except that guar gum (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used.

(参考例)
繊維状セルロース分散液1の代わりに、水を使用した以外は実施例1と同様にして、モデル圧送用先行剤を作製した。
(Reference example)
A precursor for model pumping was prepared in the same manner as in Example 1 except that water was used instead of the fibrous cellulose dispersion 1.

<評価方法>
(分散安定性評価)
実施例1~10、比較例1および2、並びに参考例のモデル圧送用先行剤を固形分濃度1%となるようにイオン交換水で希釈し、10mLスクリューバイアル瓶(アズワン(株)製)に分取して5分間静置した。バイアル瓶底面から液面までの距離は3cmとした。以下の評価基準で分散安定性を評価した。結果を表1に示す。
A:分離することなく、良好な分散安定性を示す
B:若干の分離はあるものの、使用上問題ない分散安定性を示す
C:著しい分離が見られ、使用できない
また、実施例1および比較例1について、スクリュー瓶内の液面と分離によって生じる水との界面の間の距離を計測した。結果を表2に示す。
<Evaluation method>
(Dispersion stability evaluation)
Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 and 2, and the model pumping precursor of the reference example were diluted with ion-exchanged water so as to have a solid content concentration of 1%, and placed in a 10 mL screw vial bottle (manufactured by AS ONE Co., Ltd.). It was separated and allowed to stand for 5 minutes. The distance from the bottom of the vial to the liquid level was 3 cm. The dispersion stability was evaluated according to the following evaluation criteria. The results are shown in Table 1.
A: Good dispersion stability without separation B: Dispersion stability with some separation but no problem in use C: Significant separation is observed and cannot be used. Also, Example 1 and Comparative Example. For No. 1, the distance between the liquid level in the screw bottle and the interface with water generated by the separation was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 0007010206000002
Figure 0007010206000002

Figure 0007010206000003
Figure 0007010206000003

[結果]
表1に示すように、実施例1、3、4、7、8のモデル圧送用先行剤の希釈液では経時に伴う炭酸カルシウムの分離が見られず、良好な分散安定性を示した。また、実施例2、5、6、9、10では、若干の分離はあるものの、使用上問題ない分散安定性を示した。一方、比較例および参考例では、著しい分離が見られた。
また、表2に示すように、スクリュー瓶内の液面と分離によって生じる水との境界面の間の距離は、比較例1に比べて実施例1で顕著に少なく、長時間静置しても分離を抑制して、高い分散安定性を示すことが示された。
上記の結果から、イオン性基で置換された微細繊維状変性セルロースを含有する繊維状セルロースを添加した圧送用先行剤では、炭酸カルシウムの分散安定性が向上することが示された。
[result]
As shown in Table 1, in the diluted solution of the model pumping precursor of Examples 1, 3, 4, 7, and 8, no separation of calcium carbonate was observed with time, and good dispersion stability was shown. Further, in Examples 2, 5, 6, 9, and 10, although there was some separation, the dispersion stability was shown to be no problem in use. On the other hand, significant separation was observed in the comparative examples and the reference examples.
Further, as shown in Table 2, the distance between the liquid level in the screw bottle and the boundary surface between the water generated by the separation is significantly smaller in Example 1 than in Comparative Example 1, and the bottle is allowed to stand for a long time. It was also shown to suppress separation and show high dispersion stability.
From the above results, it was shown that the dispersion stability of calcium carbonate was improved in the pumping precursor to which the fibrous cellulose containing the fine fibrous modified cellulose substituted with an ionic group was added.

(圧送性評価)
50mLディスポシリンジ(テルモ(株)製)に実施例1、比較例1および2、並びに参考例のモデル圧送用先行剤を10g詰め、全量の押出に要した時間を計測した。このときの押出圧力は約0.1kPaであった。結果を表3に示す。
(Evaluation of pumpability)
A 50 mL disposable syringe (manufactured by Terumo Corporation) was packed with 10 g of Example 1, Comparative Examples 1 and 2, and a model pumping precursor of Reference Example, and the time required for extrusion of the entire amount was measured. The extrusion pressure at this time was about 0.1 kPa. The results are shown in Table 3.

Figure 0007010206000004
Figure 0007010206000004

[結果]
実施例1は所要時間が30秒程度とスムーズに押出せたことを示しており、微粒子の分散安定化に効果的に作用していることが示唆された。一方、比較例1および2、並びに参考例1では、実施例1の2倍以上の押出時間が必要であった。
本発明の繊維状セルロースを含有する圧送用先行剤では、分散安定性に優れるとともに、圧送時にはより低い圧力で圧送可能であることが示された。
[result]
Example 1 showed that the required time was about 30 seconds and the extrusion was smooth, suggesting that it effectively acts on the dispersion stabilization of the fine particles. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 and Reference Example 1, an extrusion time more than twice that of Example 1 was required.
It was shown that the precursor for pumping containing the fibrous cellulose of the present invention is excellent in dispersion stability and can be pumped at a lower pressure during pumping.

本発明の繊維状セルロースにより、分散安定性および圧送性に優れた、炭酸カルシウム粉末を含有するコンクリートポンプ圧送用先行剤を提供することができ、少量の使用で、配管を通してコンクリートの圧送を円滑に開始することが期待される。 The fibrous cellulose of the present invention can provide a precursor for pumping concrete pumps containing calcium carbonate powder, which has excellent dispersion stability and pumping property, and can smoothly pump concrete through piping with a small amount of use. Expected to start.

Claims (7)

炭酸カルシウム粉末と混合してコンクリートポンプ圧送用先行剤を製造するために用いられる繊維状セルロースであって、
該繊維状セルロースが、イオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下である微細繊維状変性セルロースを含む、繊維状セルロース。
A fibrous cellulose used to produce a precursor for pumping concrete pumps by mixing with calcium carbonate powder.
The fibrous cellulose comprising a fine fibrous modified cellulose having an ionic group and a fiber width of 1000 nm or less.
前記繊維状セルロースの粘度(固形分濃度0.4%分散液、23℃)が、500mPa・s以上である、請求項1に記載の繊維状セルロース。 The fibrous cellulose according to claim 1, wherein the fibrous cellulose has a viscosity (solid content concentration 0.4% dispersion, 23 ° C.) of 500 mPa · s or more. 前記繊維状セルロースの下記式(1)で表されるチクソトロピックインデックス(TI値)が30以上である、請求項1または2に記載の繊維状セルロース。
TI値
=(せん断速度1/sにおける粘度)/(せん断速度1000/sにおける粘度) (1)
上記粘度は、23℃、固形分濃度0.4%分散液での粘度である。
The fibrous cellulose according to claim 1 or 2, wherein the fibrous cellulose has a thixotropic index (TI value) represented by the following formula (1) of 30 or more.
TI value = (viscosity at shear rate 1 / s) / (viscosity at shear rate 1000 / s) (1)
The above viscosity is the viscosity of a dispersion liquid having a solid content concentration of 0.4% at 23 ° C.
前記コンクリートポンプ圧送用先行剤の固形分中の炭酸カルシウム粉末の含有量が、50質量%以上である、請求項1~3のいずれかに記載の繊維状セルロース。 The fibrous cellulose according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of calcium carbonate powder in the solid content of the preceding agent for pumping concrete pump is 50% by mass or more. 前記炭酸カルシウム粉末100質量部に対する繊維状セルロースの混合量が0.0001質量部以上100質量部以下である、請求項1~4のいずれかに記載の繊維状セルロース。 The fibrous cellulose according to any one of claims 1 to 4, wherein the mixed amount of the fibrous cellulose with respect to 100 parts by mass of the calcium carbonate powder is 0.0001 part by mass or more and 100 parts by mass or less. 前記炭酸カルシウム粉末が、多孔質炭酸カルシウム粉末を含有する、請求項1~5のいずれかに記載の繊維状セルロース。 The fibrous cellulose according to any one of claims 1 to 5, wherein the calcium carbonate powder contains a porous calcium carbonate powder. さらに顔料、酸化防止剤、およびpH調整剤から選択される少なくとも1つと混合する、請求項1~6のいずれかに記載の繊維状セルロース。 The fibrous cellulose according to any one of claims 1 to 6, further mixed with at least one selected from pigments, antioxidants, and pH regulators.
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