JP7040576B2 - Method for Producing Fibrous Cellulose, Fibrous Cellulose Dispersion Liquid and Fibrous Cellulose - Google Patents
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Description
本発明は、繊維状セルロース、繊維状セルロース分散液及び繊維状セルロースの製造方法に関する。 The present invention relates to a fibrous cellulose, a fibrous cellulose dispersion, and a method for producing fibrous cellulose.
従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。 Conventionally, cellulose fibers have been widely used in clothing, absorbent articles, paper products and the like. As the cellulose fiber, in addition to the fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is also known. Fine fibrous cellulose is attracting attention as a new material, and its uses are wide-ranging.
微細繊維状セルロースは、例えば、塗料の添加剤として用いられる場合がある。この場合、微細繊維状セルロースは、塗料において粘性調整剤として機能し得る。例えば、特許文献1には、水、粘性調整剤(A)及び鱗片状光輝性顔料(B)を含有する光輝性顔料分散体が開示されている。また、特許文献2には、水、鱗片状アルミニウム顔料及びセルロース系粘性調整剤を含有する光輝性顔料分散体が開示されている。特許文献1及び2では、粘性調整剤としてセルロースナノファイバーを用いることが検討されている。 Fine fibrous cellulose may be used, for example, as an additive for paints. In this case, the fine fibrous cellulose can function as a viscosity modifier in the paint. For example, Patent Document 1 discloses a bright pigment dispersion containing water, a viscosity modifier (A), and a scaly bright pigment (B). Further, Patent Document 2 discloses a bright pigment dispersion containing water, a scaly aluminum pigment, and a cellulosic viscosity modifier. In Patent Documents 1 and 2, it is considered to use cellulose nanofibers as a viscosity adjusting agent.
従来、セルロースナノファイバーは塗料において顔料等の分散性を高める目的で使用されている。しかし、このような塗料について、塗工前にシェアをかけることによる粘度変化(チキソトロピー性)に起因した塗工適性の低下については着目されておらず、塗工適性については、改善の余地があった。 Conventionally, cellulose nanofibers have been used in paints for the purpose of enhancing the dispersibility of pigments and the like. However, with respect to such paints, attention has not been paid to the decrease in coating suitability due to the change in viscosity (thixotropic property) due to the share applied before coating, and there is room for improvement in coating suitability. rice field.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、塗料に添加した際に、優れた塗工適性を発揮し得る微細繊維状セルロースを提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the present inventors have proceeded with studies for the purpose of providing fine fibrous cellulose capable of exhibiting excellent coatability when added to a paint. rice field.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、微細繊維状セルロースを水に分散させて分散液とし、所定条件で撹拌した場合に、撹拌前後の粘度変化率(%)を所定の範囲内とし得る微細繊維状セルロースを得て、該微細繊維状セルロースを塗料に添加することにより、塗料の塗工適性を高め得ることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors disperse fine fibrous cellulose in water to prepare a dispersion liquid, and when the mixture is stirred under predetermined conditions, the rate of change in viscosity before and after stirring ( %) Was obtained within a predetermined range, and it was found that the coating suitability of the paint could be enhanced by adding the fine fibrous cellulose to the paint.
Specifically, the present invention has the following configurations.
[1] 繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースであって、
繊維状セルロースを水に分散させて、23℃における粘度が2500mPa・sの分散液とし、分散液を以下の撹拌条件で撹拌した場合、以下の式で算出される粘度変化率が±50%以内となる繊維状セルロース;
粘度変化率(%)=(撹拌後の粘度-撹拌前の粘度)/撹拌前の粘度×100
(撹拌条件)
23℃における粘度が2500mPa・sの分散液を、直径10cmの円筒状容器の5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して、23℃で24時間撹拌する。
[2] 繊維状セルロースの重合度が300以上500以下である[1]に記載の繊維状セルロース。
[3] 繊維状セルロースはイオン性置換基を有する[1]又は[2]に記載の繊維状セルロース。
[4] 繊維状セルロースにおけるイオン性置換基量が0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下である[3]に記載の繊維状セルロース。
[5] イオン性置換基は、リン酸基またはリン酸基由来の置換基である[3]又は[4]に記載の繊維状セルロース。
[6] 繊維状セルロースを0.4質量%となるように水に分散させて分散液とした場合、分散液の23℃における粘度が200mPa・s以上3000mPa・s以下となる[1]~[5]のいずれかに記載の繊維状セルロース。
[7] 塗料用である[1]~[6]のいずれかに記載の繊維状セルロース。
[8] [1]~[7]のいずれかに記載の繊維状セルロースを水に分散させてなる繊維状セルロース分散液。
[9] セルロース繊維に解繊処理を施して繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを得る工程と、
繊維状セルロースに低チキソ化処理を施す工程とを含む繊維状セルロースの製造方法。
[10] 低チキソ化処理を施す工程は、繊維状セルロースの重合度を300以上500以下にする工程である[9]に記載の繊維状セルロースの製造方法。
[11] 前記低チキソ化処理を施す工程は、オゾン処理工程である[9]又は[10]に記載の繊維状セルロースの製造方法。
[12] 繊維状セルロースを得る工程の前に、セルロース繊維にイオン性置換基を導入する工程をさらに含む[9]~[11]のいずれかに記載の繊維状セルロースの製造方法。
[1] Fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less.
When fibrous cellulose is dispersed in water to prepare a dispersion having a viscosity of 2500 mPa · s at 23 ° C. and the dispersion is stirred under the following stirring conditions, the viscosity change rate calculated by the following formula is within ± 50%. Fibrous cellulose;
Viscosity change rate (%) = (Viscosity after stirring-Viscosity before stirring) / Viscosity before stirring x 100
(Stirring conditions)
A dispersion having a viscosity of 2500 mPa · s at 23 ° C. is placed in a cylindrical container having a diameter of 10 cm to a height of 5 cm, and an elliptical stirrer having a length of 5 cm, a width of 2 cm at the center and a width of 1 cm at the end is used. The center of the liquid surface is maintained in a state of being recessed by 2 cm, and the mixture is stirred at 23 ° C. for 24 hours.
[2] The fibrous cellulose according to [1], wherein the degree of polymerization of the fibrous cellulose is 300 or more and 500 or less.
[3] The fibrous cellulose according to [1] or [2], which has an ionic substituent.
[4] The fibrous cellulose according to [3], wherein the amount of ionic substituents in the fibrous cellulose is 0.10 mmol / g or more and 1.50 mmol / g or less.
[5] The fibrous cellulose according to [3] or [4], wherein the ionic substituent is a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group.
[6] When fibrous cellulose is dispersed in water so as to be 0.4% by mass to prepare a dispersion liquid, the viscosity of the dispersion liquid at 23 ° C. is 200 mPa · s or more and 3000 mPa · s or less [1] to [ 5] The fibrous cellulose according to any one of.
[7] The fibrous cellulose according to any one of [1] to [6] for paints.
[8] A fibrous cellulose dispersion liquid obtained by dispersing the fibrous cellulose according to any one of [1] to [7] in water.
[9] A step of subjecting a cellulose fiber to a defibration treatment to obtain a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less.
A method for producing fibrous cellulose, which comprises a step of applying a thixotropic treatment to fibrous cellulose.
[10] The method for producing fibrous cellulose according to [9], wherein the step of applying the thixotropic treatment is a step of reducing the degree of polymerization of fibrous cellulose to 300 or more and 500 or less.
[11] The method for producing fibrous cellulose according to [9] or [10], wherein the step of applying the thixotropic treatment is an ozone treatment step.
[12] The method for producing fibrous cellulose according to any one of [9] to [11], further comprising a step of introducing an ionic substituent into the cellulose fiber before the step of obtaining fibrous cellulose.
本発明によれば、塗料に添加した際に、優れた塗工適性を発揮し得る微細繊維状セルロースを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain fine fibrous cellulose capable of exhibiting excellent coatability when added to a paint.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be based on typical embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
(微細繊維状セルロース)
本発明は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースに関する。なお、本明細書においては、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを、微細繊維状セルロースともいう。ここで、本発明の繊維状セルロースを水に分散させて、23℃における粘度が2500mPa・sの分散液とし、該分散液を以下の撹拌条件で撹拌した場合、以下の式で算出される粘度変化率が±50%以内となる。
粘度変化率(%)=(撹拌後の粘度-撹拌前の粘度)/撹拌前の粘度×100
(撹拌条件)
23℃における粘度が2500mPa・sの分散液を、直径10cmの円筒状容器の5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して、23℃で24時間撹拌する。
(Fine fibrous cellulose)
The present invention relates to fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less. In the present specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is also referred to as fine fibrous cellulose. Here, when the fibrous cellulose of the present invention is dispersed in water to prepare a dispersion having a viscosity at 23 ° C. of 2500 mPa · s, and the dispersion is stirred under the following stirring conditions, the viscosity calculated by the following formula is used. The rate of change is within ± 50%.
Viscosity change rate (%) = (Viscosity after stirring-Viscosity before stirring) / Viscosity before stirring x 100
(Stirring conditions)
A dispersion having a viscosity of 2500 mPa · s at 23 ° C. is placed in a cylindrical container having a diameter of 10 cm to a height of 5 cm, and an elliptical stirrer having a length of 5 cm, a width of 2 cm at the center and a width of 1 cm at the end is used. The center of the liquid surface is maintained in a state of being recessed by 2 cm, and the mixture is stirred at 23 ° C. for 24 hours.
本発明においては、微細繊維状セルロースを分散液とし、上記条件で撹拌を行った場合の粘度変化率を±50%以内とすることにより、塗料に添加した際に、優れた塗工適性を発揮し得る微細繊維状セルロースが得られる。本発明の微細繊維状セルロースを分散した分散液は、低チキソトロピー性を有しているため、優れた塗工適性を発揮することができる。例えば、本発明の微細繊維状セルロースを含む塗料を保管したり、輸送した場合であっても塗料の粘度変化が抑制されているため、塗工時の液ダレが抑制され、かつ顔料等の添加剤の沈降を抑制することができる。また、本発明の微細繊維状セルロースを含む塗料を長時間撹拌するなどして、塗料に比較的強いシェアをかけた場合であっても、塗料の粘度が低下することで生じる液ダレや、顔料等の添加剤の沈降を効果的に抑制することができる。 In the present invention, by using fine fibrous cellulose as a dispersion and setting the viscosity change rate within ± 50% when stirring under the above conditions, excellent coating suitability is exhibited when added to paints. A possible fine fibrous cellulose is obtained. Since the dispersion liquid in which the fine fibrous cellulose of the present invention is dispersed has low thixotropy, it can exhibit excellent applicability. For example, even when the paint containing the fine fibrous cellulose of the present invention is stored or transported, the change in the viscosity of the paint is suppressed, so that liquid dripping during coating is suppressed and pigments and the like are added. The sedimentation of the agent can be suppressed. Further, even when the paint containing the fine fibrous cellulose of the present invention is stirred for a long time to give a relatively strong share to the paint, liquid dripping and pigments caused by a decrease in the viscosity of the paint It is possible to effectively suppress the sedimentation of additives such as.
本発明の微細繊維状セルロースは、塗料用として用いられることが好ましく、上述したように塗料の塗工適性を高めることができる。また、本発明の微細繊維状セルロースを塗料の添加剤として用いた場合、塗工後の意匠性や強度を向上させることもできる。このため、塗料を塗工することで形成される塗工層は、優れた意匠性や耐傷性を発揮することができる。 The fine fibrous cellulose of the present invention is preferably used for paints, and as described above, the applicability of paints can be improved. Further, when the fine fibrous cellulose of the present invention is used as an additive for a paint, it is possible to improve the design and strength after coating. Therefore, the coating layer formed by applying the paint can exhibit excellent designability and scratch resistance.
上記式で算出される分散液の粘度変化率は、±50%以内であればよく、±40%以内であることが好ましく、±30%以内であることがより好ましく、±25%以内であることがさらに好ましく、±20%以内であることが特に好ましい。なお、上記式で算出される分散液の粘度変化率は、0%であってもよい。通常、分散液にシェアをかけることで分散液の粘度は低下する場合が多いため、上記式で算出される粘度変化率はマイナスの値となることが多い。すなわち、分散液の粘度変化率は、-50%以上0%以下であることが好ましく、-40%以上0%以下であることがより好ましく、-30%以上0%以下であることがさらに好ましく、-25%以上0%以下であることが一層好ましく、-20%以上0%以下であることが特に好ましい。なお、上記式で算出される分散液の粘度変化率は、例えば、微細繊維状セルロースに対する処理の種類や条件、微細繊維状セルロースの重合度とイオン性置換基量などをそれぞれ適切な範囲にコントロールすることで達成される。 The viscosity change rate of the dispersion calculated by the above formula may be within ± 50%, preferably within ± 40%, more preferably within ± 30%, and within ± 25%. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is within ± 20%. The viscosity change rate of the dispersion liquid calculated by the above formula may be 0%. Usually, the viscosity of the dispersion liquid is often lowered by applying a share to the dispersion liquid, so that the viscosity change rate calculated by the above formula is often a negative value. That is, the viscosity change rate of the dispersion is preferably -50% or more and 0% or less, more preferably -40% or more and 0% or less, and further preferably -30% or more and 0% or less. , -25% or more and 0% or less is more preferable, and -20% or more and 0% or less is particularly preferable. The rate of change in viscosity of the dispersion calculated by the above formula is controlled within appropriate ranges, for example, the type and conditions of treatment for fine fibrous cellulose, the degree of polymerization of fine fibrous cellulose, and the amount of ionic substituents. It is achieved by doing.
本明細書において、分散液の粘度変化率の算出に用いられる撹拌前後の粘度は、B型粘度計を用いて、23℃で、回転速度6rpmとし、測定開始から1分後の粘度値である。B型粘度計としては、例えば、BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVTを用いることができる。撹拌前の粘度は、粘度が約2500mPa・sとなるように調整した分散液の粘度であるため、分散液の粘度の実測値は2500mPa・sとなることが好ましいが、±15%程度の誤差が生じていてもよい。すなわち、粘度変化率の算出式において、撹拌前の粘度とは、粘度が約2500mPa・sとなるように調整した分散液の実測粘度であり、B型粘度計を用いて、23℃で、回転速度6rpmとし、測定開始から1分後の実測粘度値である。但し、撹拌前の粘度を測定する際には、直径10cmの円筒状容器に微細繊維状セルロース分散液を5cmの高さまで入れ、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌し、撹拌終了時から1分後に測定を行う。また、撹拌前の分散液の粘度を約2500mPa・sに調整する際には、用いる微細繊維状セルロースの添加量を適宜調整する。例えば、分散液の全質量に対する微細繊維状セルロースの含有量を0.3~3.0質量%に調整することで、撹拌前の分散液の粘度を約2500mPa・sに調整することができる。 In the present specification, the viscosity before and after stirring used for calculating the viscosity change rate of the dispersion liquid is the viscosity value 1 minute after the start of measurement at 23 ° C. and a rotation speed of 6 rpm using a B-type viscometer. .. As the B-type viscometer, for example, an analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD can be used. Since the viscosity before stirring is the viscosity of the dispersion adjusted so that the viscosity is about 2500 mPa · s, the measured value of the viscosity of the dispersion is preferably 2500 mPa · s, but an error of about ± 15%. May have occurred. That is, in the calculation formula of the viscosity change rate, the viscosity before stirring is the measured viscosity of the dispersion liquid adjusted so that the viscosity is about 2500 mPa · s, and is rotated at 23 ° C. using a B-type viscometer. It is a measured viscosity value 1 minute after the start of measurement at a speed of 6 rpm. However, when measuring the viscosity before stirring, put the fine fibrous cellulose dispersion into a cylindrical container with a diameter of 10 cm to a height of 5 cm, stir with a disperser at 1500 rpm for 5 minutes, and 1 minute from the end of stirring. The measurement will be made later. Further, when adjusting the viscosity of the dispersion liquid before stirring to about 2500 mPa · s, the amount of the fine fibrous cellulose used is appropriately adjusted. For example, by adjusting the content of the fine fibrous cellulose with respect to the total mass of the dispersion liquid to 0.3 to 3.0% by mass, the viscosity of the dispersion liquid before stirring can be adjusted to about 2500 mPa · s.
粘度変化率の算出式において、撹拌後の粘度を測定する際には、まず、撹拌前の粘度測定に供された分散液を撹拌子によってさらに撹拌する。この際は、撹拌前分散液を直径10cmの円筒状容器に微細繊維状セルロース分散液を5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して24時間撹拌する。なお、撹拌時の液温は23℃を保つようにする。そして、撹拌終了時から1分後に、B型粘度計を用いて粘度を測定し、23℃で、回転速度6rpmとし、測定開始から1分後の粘度値を撹拌後の粘度とする。 In the calculation formula of the viscosity change rate, when measuring the viscosity after stirring, first, the dispersion liquid used for the viscosity measurement before stirring is further stirred by a stirrer. In this case, the pre-stirring dispersion is placed in a cylindrical container with a diameter of 10 cm, and the fine fibrous cellulose dispersion is placed up to a height of 5 cm. While maintaining a state in which the center of the liquid surface is recessed by 2 cm, the mixture is stirred for 24 hours. The liquid temperature during stirring should be maintained at 23 ° C. Then, 1 minute after the end of stirring, the viscosity is measured using a B-type viscometer, the rotation speed is 6 rpm at 23 ° C., and the viscosity value 1 minute after the start of measurement is the viscosity after stirring.
本発明の微細繊維状セルロースを0.4質量%となるように水に分散させて分散液とした場合、分散液の23℃における粘度は、200mPa・s以上であることが好ましく、300mPa・s以上であることがより好ましく、350mPa・s以上であることがさらに好ましく、400mPa・s以上であることが特に好ましい。また、分散液の23℃における粘度は、3000mPa・s以下であることが好ましく、2500mPa・s以下であることがより好ましい。微細繊維状セルロース濃度が0.4質量%の分散液の粘度は、B型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定することができる。測定条件は23℃とし、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度を測定する。 When the fine fibrous cellulose of the present invention is dispersed in water so as to be 0.4% by mass to prepare a dispersion, the viscosity of the dispersion at 23 ° C. is preferably 200 mPa · s or more, preferably 300 mPa · s. The above is more preferable, 350 mPa · s or more is further preferable, and 400 mPa · s or more is particularly preferable. The viscosity of the dispersion liquid at 23 ° C. is preferably 3000 mPa · s or less, and more preferably 2500 mPa · s or less. The viscosity of the dispersion having a fine fibrous cellulose concentration of 0.4% by mass can be measured using a B-type viscometer (analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD). The measurement conditions are 23 ° C., the rotation speed is 3 rpm, and the viscosity is measured 3 minutes after the start of measurement.
本発明の繊維状セルロースは、繊維幅が1000nm以下である微細繊維状セルロースである。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることがより好ましく、8nm以下であることがさらに好ましい。 The fibrous cellulose of the present invention is a fine fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is more preferably 100 nm or less, further preferably 8 nm or less.
繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば1000nm以下である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることがとくに好ましい。繊維状セルロースの平均繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、繊維状セルロースによる強度や剛性、寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。 The fiber width of the fibrous cellulose can be measured, for example, by observation with an electron microscope. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, further preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more and 10 nm or less. Especially preferable. By setting the average fiber width of the fibrous cellulose to 2 nm or more, it is possible to suppress the dissolution of the cellulose molecule in water and make it easier to exhibit the effects of the fibrous cellulose on improving strength, rigidity and dimensional stability. can. The fibrous cellulose is, for example, monofibrous cellulose.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。 The average fiber width of fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to be a sample for TEM observation. And. If it contains wide fibers, an SEM image of the surface cast on the glass may be observed. Next, observation is performed using an electron microscope image at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times, or 50,000 times depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions and magnification should be adjusted so as to satisfy the following conditions.
(1)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。
(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.
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。 The width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is visually read with respect to the observation image satisfying the above conditions. In this way, at least three sets of observation images of surface portions that do not overlap each other are obtained. Next, for each image, the width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is read. As a result, at least 20 fibers × 2 × 3 = 120 fibers are read. Then, the average value of the read fiber widths is taken as the average fiber width of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースの繊維長は、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、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. preferable. By setting the fiber length within the above range, it is possible to suppress the destruction of the crystal region of the fibrous cellulose. It is also possible to set the slurry viscosity of the fibrous cellulose in an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be obtained by, for example, image analysis by TEM, SEM, or AFM.
繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 The fibrous cellulose preferably has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified in the diffraction profile obtained from the wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ = 1.5418 Å) monochromatic with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. The ratio of the type I crystal structure to the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, still more preferably 50% or more. As a result, even better performance can be expected in terms of heat resistance and the development of a low coefficient of linear thermal expansion. The crystallinity is determined by a conventional method from the X-ray diffraction profile measured and the pattern (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、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、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。また、溶媒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 fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 10000 or less, and more preferably 50 or more and 1000 or less. By setting the axial ratio to the above lower limit value or more, it is easy to form a sheet containing fine fibrous cellulose. Further, it is easy to obtain sufficient viscosity when the solvent dispersion 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繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。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セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fibrous cellulose in this embodiment has, for example, both a crystalline region and a non-crystalline region. In particular, fine fibrous cellulose having both a crystalline region and a non-crystalline region and having a high axial ratio is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described later.
本実施形態における繊維状セルロースは、たとえばイオン性置換基および非イオン性置換基のうちの少なくとも一種を有する。分散媒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観点からは、繊維状セルロースがイオン性置換基を有することがより好ましい。イオン性置換基としては、たとえばアニオン性基およびカチオン性基のいずれか一方または双方を含むことができる。また、非イオン性置換基としては、たとえばアルキル基およびアシル基などを含むことができる。本実施形態においては、イオン性置換基としてアニオン性基を有することがとくに好ましい。 The fibrous cellulose in this embodiment has, for example, at least one of an ionic substituent and a nonionic substituent. From the viewpoint of improving the dispersibility of the fibers in the dispersion medium and increasing the defibration efficiency in the defibration treatment, it is more preferable that the fibrous cellulose has an ionic substituent. The ionic substituent may include, for example, one or both of an anionic group and a cationic group. Further, as the nonionic substituent, for example, an alkyl group and an acyl group can be included. In this embodiment, it is particularly preferable to have an anionic group as the ionic substituent.
イオン性置換基としてのアニオン性基としては、たとえばリン酸基またはリン酸基に由来する置換基(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置換基(単にカルボキシ基ということもある)、およびスルホン基またはスルホン基に由来する置換基(単にスルホン基ということもある)から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リン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。リン酸基を有する微細繊維状セルロースは、塗料に添加した際に、より優れた塗工適性を発揮することができる。 Examples of the anionic group as an ionic substituent include a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group (sometimes referred to simply as a phosphate group), a carboxy group or a substituent derived from a carboxy group (simply a carboxy group). It is preferably at least one selected from a sulfone group or a substituent 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 preferably one kind, and particularly preferably a phosphate group. Fine fibrous cellulose having a phosphoric acid group can exhibit more excellent coatability when added to a paint.
リン酸基またはリン酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基であり、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸に由来する置換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-PO3H2で表される基である。リン酸基に由来する置換基には、リン酸基の塩、リン酸エステル基などの置換基が含まれる。なお、リン酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)として繊維状セルロースに含まれていてもよい。また、リン酸基は、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置換基は、亜リン酸基の塩、亜リン酸エステル基などであってもよい。
The substituent derived from the phosphoric acid group or the phosphoric acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1), and is generalized as a phosphoric acid group or a substituent derived from the 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 . Substituents derived from phosphoric acid groups include substituents such as salts of phosphoric acid groups and phosphoric acid ester groups. The substituent derived from the phosphate group may be contained in the fibrous cellulose as a group (for example, a pyrophosphate group) in which the phosphate group is condensed. Further, the phosphoric acid group may be, for example, a phosphite group (phosphonic acid group), and the substituent derived from the phosphoric acid group is a salt of the phosphite group, a phosphite ester group, or the like. May be good.
式(1)中、a、b及びnは自然数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αn及びα’のうちa個がO-であり、残りはR,ORのいずれかである。なお、各αn及び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。 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 αn 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.
飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、又はn-ブチル基等が挙げられるが、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、又は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、又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、又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、又は3-ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、とくに限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、とくに限定されない。 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 an i-propenyl group and a 3-butenyl group, but the group is not particularly limited. Examples of the unsaturated-cyclic hydrocarbon group include, but are not limited to, a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group and the like. Examples of the aromatic group include, but are not limited to, a phenyl group, a naphthyl group and the like.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、またはアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又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特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リン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、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、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対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましく、2.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.00mmol/g以下であることが一層好ましく、1.50mmol/g以下であることがより一層好ましく、1.00mmol/g以下であることがとくに好ましい。ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性置換基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。イオン性置換基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、イオン性置換基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを塗料に添加した際の塗料のチキソトロピー性を低下させることができ、これにより塗工適性をより効果的に高めることができる。 The amount of the ionic substituent introduced into the fibrous cellulose is, for example, preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, and 0.40 mmol / g per 1 g (mass) of the fibrous cellulose. It is more preferably / g or more, and particularly preferably 0.60 mmol / g or more. The amount of the ionic substituent introduced into the fibrous cellulose is, for example, preferably 3.65 mmol / g or less, more preferably 3.00 mmol / g or less per 1 g (mass) of the fibrous cellulose. It is more preferably .50 mmol / g or less, further preferably 2.00 mmol / g or less, further preferably 1.50 mmol / g or less, and particularly preferably 1.00 mmol / g or less. preferable. Here, the denominator in the unit mmol / g indicates the mass of the fibrous cellulose when the counterion of the ionic substituent is a hydrogen ion (H + ). By setting the amount of the ionic substituent to be introduced within the above range, it is possible to facilitate the miniaturization of the fiber raw material and enhance the stability of the fibrous cellulose. Further, by setting the introduction amount of the ionic substituent within the above range, the thixotropy property of the paint material when fine fibrous cellulose is added to the paint material can be lowered, which makes the coating suitability more effective. Can be enhanced.
繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば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。 The amount of the ionic substituent 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.
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。したがって、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。 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 the phosphate 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).
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。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. 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) = Amount of carboxy group (acid type) / {1+ (W-1) x (amount of carboxy group (acid type)) / 1000}
W: Formulated amount of cation C per valence (for example, Na is 23, Al is 9)
なお、滴定法による置換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、例えば、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 amount of substituents by the titration method, if the titration interval of the aqueous sodium hydroxide solution is too short, the amount of substituents may be lower than the original amount. Therefore, an appropriate titration interval, for example, 0.1N hydroxide. It is desirable to titrate 50 μL of the aqueous sodium solution every 30 seconds.
微細繊維状セルロースの重合度は、300以上であることが好ましく、320以上であることがより好ましく、340以上であることがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロースの重合度は、500以下であることが好ましく、490以下であることがより好ましく、460以下であることがさらに好ましい。微細繊維状セルロースの重合度を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを塗料に添加した際の塗料のチキソトロピー性を低下(低チキソ化)させることができ、これにより塗工適性をより効果的に高めることができる。 The degree of polymerization of the fine fibrous cellulose is preferably 300 or more, more preferably 320 or more, and even more preferably 340 or more. The degree of polymerization of the fine fibrous cellulose is preferably 500 or less, more preferably 490 or less, and further preferably 460 or less. By setting the degree of polymerization of the fine fibrous cellulose within the above range, the thixotropy of the paint when the fine fibrous cellulose is added to the paint can be lowered (lower thixotropy), thereby improving the coating suitability. Can be effectively enhanced.
微細繊維状セルロースの重合度は、Tappi T230に従い測定されたパルプ粘度から計算した値である。具体的には、測定対象の微細繊維状セルロースを、銅エチレンジアミン水溶液に分散させて測定した粘度(η1とする)、及び分散媒体のみで測定したブランク粘度(η0とする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定する。
ηsp=(η1/η0)-1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の微細繊維状セルロースの濃度を示す。
さらに、下記式から重合度(DP)を算出する。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
The degree of polymerization of the fine fibrous cellulose is a value calculated from the pulp viscosity measured according to Tappi T230. Specifically, the viscosity (referred to as η1) measured by dispersing the fine fibrous cellulose to be measured in a copper ethylenediamine aqueous solution and the blank viscosity (referred to as η0) measured only with a dispersion medium are measured and then the ratio. Viscosity (ηsp) and intrinsic viscosity ([η]) are measured according to the following formulas.
ηsp = (η1 / η0) -1
[Η] = ηsp / (c (1 + 0.28 × ηsp))
Here, c in the formula indicates the concentration of fine fibrous cellulose at the time of viscosity measurement.
Further, the degree of polymerization (DP) is 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".
本発明においては、特に、微細繊維状セルロースの重合度を300以上500以下とし、かつ微細繊維状セルロースにおけるイオン性置換基量を0.4mmol/g以上1.0mmol/g以下とすることにより、微細繊維状セルロースを塗料に添加した際の塗料のチキソトロピー性をより一層低下させることができ、これにより塗料の塗工適性をより効果的に高めることができる。微細繊維状セルロースの重合度とイオン性置換基量を適切な範囲とすることが、微細繊維状セルロースを分散させた分散液が低チキソトロピー性を示すことに寄与し、これにより塗料の塗工適性が高まるものと考えられる。 In the present invention, in particular, the degree of polymerization of the fine fibrous cellulose is set to 300 or more and 500 or less, and the amount of ionic substituents in the fine fibrous cellulose is set to 0.4 mmol / g or more and 1.0 mmol / g or less. The thixotropic property of the paint when the fine fibrous cellulose is added to the paint can be further lowered, and thereby the coating suitability of the paint can be more effectively improved. Setting the degree of polymerization of fine fibrous cellulose and the amount of ionic substituents in appropriate ranges contributes to the low thixotropy of the dispersion liquid in which fine fibrous cellulose is dispersed, which makes it suitable for coating paints. Is expected to increase.
(微細繊維状セルロースの製造方法)
<繊維原料>
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。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セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
(Manufacturing method of fine fibrous cellulose)
<Fiber raw material>
Fine fibrous cellulose is produced from a fiber raw material containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but 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. Further, among wood pulps, it is possible to obtain long-fiber fine fibrous cellulose having a large cellulose ratio and a high yield of fine fibrous cellulose during defibration treatment, and having a small decomposition of cellulose in the pulp and a large axial ratio. From the viewpoint, for example, chemical pulp is more preferable, and kraft pulp and sulfite pulp are further preferable. It should be noted that the viscosity tends to be high when the fine fibrous cellulose of long fibers having a large axial ratio is used.
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As the fiber raw material containing cellulose, for example, cellulose contained in ascidians and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can also be used. Further, instead of the fiber raw material containing cellulose, a fiber formed by a linear nitrogen-containing polysaccharide polymer such as chitin or chitosan can also be used.
<リン酸基導入工程>
微細繊維状セルロースがリン酸基を有する場合、微細繊維状セルロースの製造工程は、リン酸基導入工程を含む。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。
<Phosphoric acid group introduction process>
When the fine fibrous cellulose has a phosphoric acid group, the step of producing the fine fibrous cellulose includes a step of introducing a phosphoric acid group. 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 contained in a fiber raw material containing cellulose is introduced into cellulose. It is a step of acting on a fiber raw material containing. 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、尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。 In the 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.
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、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、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、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。 As an example of the method of allowing the compound A to act on the fiber raw material in the coexistence with the compound B, there is a method of mixing the compound A and the compound B with the fiber raw material in a dry state, a wet state or a slurry state. Of these, since the reaction uniformity is high, it is preferable to use a fiber raw material in a dry state or a wet state, and it is particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but is preferably cotton-like or thin sheet-like, for example. Examples of the compound A and the compound B include a method of adding the compound A and the compound B to the fiber raw material in the form of a powder or a solution dissolved in a solvent, or in a state of being heated to a melting point or higher and melted. Of these, since the reaction uniformity is high, it is preferable to add the solution in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly in the state of an aqueous solution. Further, the compound A and the compound B may be added to the fiber raw material at the same time, may be added separately, or may be added as a mixture. The method for adding the compound A and the compound B is not particularly limited, but when the compound A and the compound B are in the form of a solution, the fiber raw material may be immersed in the solution to absorb the liquid and then taken out, or the fiber raw material may be taken out. The solution may be dropped into the water. Further, a required amount of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or an excess amount of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, respectively, and then the surplus compound A and compound B may be added by pressing or filtering. It may be removed.
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物が挙げられ、具体的には、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが、特に限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、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、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リン酸基の導入の効率が高く、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。 Examples of the compound A used in this embodiment include compounds having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose, and specifically, phosphoric acid or a salt thereof, phosphoric acid or a salt thereof, and dehydration condensation. Examples thereof include phosphoric acid or a salt thereof, 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 selected from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphoric acid group, easy improvement of defibration efficiency in the defibration process described later, low cost, and easy industrial application. 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、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted to the phosphorus atomic weight, the amount of phosphorus atom added to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. It is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and further preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atom added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by setting the addition amount of the phosphorus atom to the fiber raw material to be equal to or less than the above upper limit value, the effect of improving the yield and the cost can be balanced.
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
The compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives as described above. Examples of compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, 1-ethylurea and the like.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, compound B is preferably used as an aqueous solution. Further, from the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、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 amount of compound B added to the fiber raw material (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less. It is more preferably 100% by mass or more and 350% by mass or less.
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction between the fiber raw material containing cellulose and compound A, for example, amides or amines may be contained in the reaction system in addition to compound B. Examples of the amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like. Among these, triethylamine in particular is known to act as a good reaction catalyst.
リン酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リン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。 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 layer 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.
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリン酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to the present embodiment, for example, a method of adding compound A to a thin sheet-shaped fiber raw material by a method such as impregnation and then heating, or a method of heating while kneading or stirring the fiber raw material and compound A with a kneader or the like. Can be adopted. This makes it possible to suppress uneven concentration of compound A 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 is attracted to the water molecules by the surface tension and also moves to the surface of the fiber raw material (that is, the concentration unevenness of the compound A is caused. It is considered that this is due to the fact that it can be suppressed.
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 Further, the heating device used for the heat treatment always keeps water retained by the slurry and water 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 of the device system. Examples of such a heating device include a ventilation type oven and the like. By constantly discharging the water in the apparatus system, it is possible to suppress the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond, which is the reverse reaction of the phosphate esterification, and also to suppress the acid hydrolysis of the sugar chain in the fiber. can. Therefore, it is possible to obtain fine fibrous cellulose having a high axial ratio.
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リン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回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリン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 phosphate group introduction step is performed twice.
繊維状セルロースに対するリン酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維状セルロースに対するリン酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましく、2.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.00mmol/g以下であることが一層好ましく、1.50mmol/g以下であることがより一層好ましく、1.00mmol/g以下であることがとくに好ましい。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、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。また、イオン性置換基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを塗料に添加した際の塗料のチキソトロピー性を低下させることができ、これにより塗工適性をより効果的に高めることができる。 The amount of the phosphoric acid group introduced into the fibrous cellulose is, for example, preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, and 0.40 mmol / g per 1 g (mass) of the fine fibrous cellulose. It is more preferably / g or more, and particularly preferably 0.60 mmol / g or more. The amount of the phosphoric acid group introduced into the fibrous cellulose is, for example, preferably 3.65 mmol / g or less, more preferably 3.00 mmol / g or less per 1 g (mass) of the fine fibrous cellulose. It is more preferably .50 mmol / g or less, further preferably 2.00 mmol / g or less, further preferably 1.50 mmol / g or less, and particularly preferably 1.00 mmol / g or less. preferable. 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 cellulose. Further, by setting the introduction amount of the ionic substituent within the above range, the thixotropy property of the paint material when fine fibrous cellulose is added to the paint material can be lowered, which makes the coating suitability more effective. Can be enhanced.
<カルボキシ基導入工程>
微細繊維状セルロースがカルボキシ基を有する場合、微細繊維状セルロースの製造工程は、カルボキシ基導入工程を含む。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>
When the fine fibrous cellulose has a carboxy group, the step of producing the fine fibrous cellulose includes a step of introducing a carboxy group. 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、特に限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、特に限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。 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.
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、特に限定されないが、たとえばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。 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、例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。 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.
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。 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. ..
繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、2.50mmol/g以下であることが好ましく、2.00mmol/g以下であることがより好ましく、1.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以下であることがとくに好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを塗料に添加した際の塗料のチキソトロピー性を低下させることができ、これにより塗工適性をより効果的に高めることができる。 The amount of carboxy group introduced into fibrous cellulose varies depending on the type of substituent, but for example, when a carboxy group is introduced by TEMPO oxidation, it may be 0.10 mmol / g or more per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. It is more preferably 0.20 mmol / g or more, further preferably 0.40 mmol / g or more, and particularly preferably 0.60 mmol / g or more. The amount of the carboxy group introduced into the fibrous cellulose is preferably 2.50 mmol / g or less, more preferably 2.00 mmol / g or less, and further preferably 1.50 mmol / g or less. , 1.00 mmol / g or less is particularly preferable. In addition, when the substituent is a carboxymethyl group, it may be 5.8 mmol / g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. By setting the amount of the carboxy group introduced within the above range, it is possible to facilitate the miniaturization of the fiber raw material and enhance the stability of the fibrous cellulose. Further, by setting the introduction amount of the carboxy group within the above range, the thixotropy property of the paint material when fine fibrous cellulose is added to the paint material can be lowered, thereby more effectively improving the coating suitability. Can be done.
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてイオン性置換基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりイオン性置換基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、とくに限定されない。
<Washing process>
In the method for producing fine fibrous cellulose in the present embodiment, a washing step can be performed on the ionic substituent-introduced fiber, if necessary. The washing step is performed by washing the ionic substituent-introduced fiber with, for example, water or an organic solvent. Further, the cleaning step may be performed after each step described later, and the number of cleaning steps performed in each cleaning step is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、イオン性置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkaline treatment process>
In the case of producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be treated with an alkali between the step of introducing an ionic substituent and the step of defibration treatment described later. The alkaline treatment method is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the ionic substituent-introduced fiber in an alkaline solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of its high versatility. Further, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent containing water, a polar organic solvent exemplified by alcohol, and the like, and more preferably an aqueous solvent containing at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or an aqueous solution of potassium hydroxide is preferable because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるイオン性置換基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばイオン性置換基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 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 substituent-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 substituent-introduced fiber. The following 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、イオン性置換基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性置換基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったイオン性置換基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment step, the ionic substituent-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the ionic substituent 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 substituent-introduced fiber with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。例えば、イオン性置換基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment process>
In the case of producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be acid-treated between the step of introducing an ionic substituent and the defibration treatment step described later. For example, the ionic substituent introduction step, the acid treatment, the alkali treatment and the defibration treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることがとくに好ましい。 The method of the acid treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the fiber raw material in an acidic liquid containing an acid. The concentration of the acidic liquid used is not particularly limited, but is preferably, for example, 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic solution used is not particularly limited, but is preferably 0 or more and 4 or less, and more preferably 1 or more and 3 or less. As the acid contained in the acidic 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、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10,000% by mass or less, for example, with respect to the absolute dry mass of the fiber raw material. Is more preferable.
<解繊処理>
イオン性置換基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、微細繊維状セルロースが得られる。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Defibration processing>
Fine fibrous cellulose can be obtained by defibrating the ionic substituent-introduced fiber in the defibration treatment step. In the defibration processing step, for example, a defibration processing apparatus can be used. The defibration processing device is not particularly limited, but is, 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、たとえばイオン性置換基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、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、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the defibration treatment step, for example, it is preferable to dilute the ionic substituent-introduced fiber with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more selected from water and an organic solvent such as a polar organic solvent can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but for example, alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol and glycerin. Examples of the ketone include acetone, methyl ethyl ketone (MEK) and the like. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monon-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether and the like. Examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate and the like. Examples of the aprotonic polar solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、イオン性置換基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのイオン性置換基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration treatment can be appropriately set. Further, the slurry obtained by dispersing the ionic substituent-introduced fiber in a dispersion medium may contain a solid content other than the ionic substituent-introduced fiber such as urea having a hydrogen bond property.
<低チキソ化処理>
本発明の微細繊維状セルロースの製造方法は、上述したような工程に加えて、さらに低チキソ化処理を施す工程を含むことが好ましい。具体的には、上述したように、適宜処理を施したセルロース繊維に解繊処理を施して繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを得る工程と、繊維状セルロースに低チキソ化処理を施す工程とを含むことが好ましい。すなわち、本発明の微細繊維状セルロースの製造方法は、例えば、セルロース繊維に解繊処理を施した後に、低チキソ化処理を施す工程を含むことが好ましい。なお、解繊処理工程の前には、上述したように、セルロース繊維にイオン性置換基を導入する工程をさらに含むことが好ましく、イオン性置換基を導入する工程の他に、洗浄工程やアルカリ処理工程をさらに含むことも好ましい。
<Low thixotropic treatment>
The method for producing fine fibrous cellulose of the present invention preferably includes a step of further applying a thixotropic treatment in addition to the steps as described above. Specifically, as described above, a step of defibrating the appropriately treated cellulose fiber to obtain a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, and a step of applying a low-tixo treatment to the fibrous cellulose. It is preferable to include. That is, it is preferable that the method for producing fine fibrous cellulose of the present invention includes, for example, a step of subjecting the cellulose fibers to a defibration treatment and then subjecting the thixotropic treatment. As described above, the defibration treatment step preferably further includes a step of introducing an ionic substituent into the cellulose fiber, and in addition to the step of introducing an ionic substituent, a washing step and an alkali. It is also preferable to further include a processing step.
本明細書において、低チキソ化処理を施す工程は、微細繊維状セルロースを含む分散液のチキソトロピー性を低下させるための処理を施す工程である。具体的には、低チキソ化処理を施す工程は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースの重合度を300以上500以下にする工程であることが好ましい。なお、低チキソ化処理を施す工程で得られる微細繊維状セルロースの重合度は、320以上であることがより好ましく、340以上であることがさらに好ましい。また、低チキソ化処理を施す工程で得られる微細繊維状セルロースの重合度は、490以下であることがより好ましく、460以下であることがさらに好ましい。 In the present specification, the step of applying the thixotropic treatment is a step of performing a treatment for reducing the thixotropic property of the dispersion liquid containing fine fibrous cellulose. Specifically, the step of applying the thixotropic treatment is preferably a step of reducing the degree of polymerization of fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less to 300 or more and 500 or less. The degree of polymerization of the fine fibrous cellulose obtained in the step of applying the thixotropic treatment is more preferably 320 or more, and further preferably 340 or more. Further, the degree of polymerization of the fine fibrous cellulose obtained in the step of applying the thixotropic treatment is more preferably 490 or less, and further preferably 460 or less.
低チキソ化処理を施す工程としては、例えば、オゾン処理工程、酵素処理工程、次亜塩素酸処理工程、亜臨界水処理工程等を挙げることができる。低チキソ化処理を施す工程は、オゾン処理工程、酵素処理工程、次亜塩素酸処理工程及び亜臨界水処理工程から選択される少なくとも1種であることが好ましく、オゾン処理工程であることが特に好ましい。 Examples of the step of applying the low-tixo treatment include an ozone treatment step, an enzyme treatment step, a hypochlorous acid treatment step, and a subcritical water treatment step. The step of applying the low-tixo treatment is preferably at least one selected from an ozone treatment step, an enzyme treatment step, a hypochlorous acid treatment step and a subcritical water treatment step, and is particularly preferably an ozone treatment step. preferable.
オゾン処理工程では、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)にオゾンを添加する。オゾンを添加する際には、例えば、オゾン/酸素混合気体として添加することが好ましい。この際、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)中に含まれる微細繊維状セルロース1gに対するオゾン添加率は、1.0×10-4g以上とすることが好ましく、1.0×10-3g以上とすることがより好ましく、1.0×10-2g以上とすることがさらに好ましい。なお、微細繊維状セルロース1gに対するオゾン添加率は、1.0×101g以下とすることが好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)にオゾンを添加した後には、10℃以上50℃以下の条件下で10秒以上10分以下撹拌を行い、その後、1分以上100分以下静置することが好ましい。 In the ozone treatment step, ozone is added to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry). When adding ozone, it is preferable to add it as, for example, an ozone / oxygen mixed gas. At this time, the ozone addition rate to 1 g of the fine fibrous cellulose contained in the fine fibrous cellulose dispersion (slurry) is preferably 1.0 × 10 -4 g or more, preferably 1.0 × 10 -3 g. The above is more preferable, and 1.0 × 10 −2 g or more is further preferable. The ozone addition rate with respect to 1 g of fine fibrous cellulose is preferably 1.0 × 10 1 g or less. After adding ozone to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry), the mixture may be stirred for 10 seconds or more and 10 minutes or less under the conditions of 10 ° C. or more and 50 ° C. or less, and then allowed to stand for 1 minute or more and 100 minutes or less. preferable.
酵素処理工程では、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に酵素を添加する。この際に用いる酵素は、セルラーゼ系酵素であることが好ましい。セルラーゼ系酵素は、セルロースの加水分解反応機能を有する触媒ドメインの高次構造に基づく糖質加水分解酵素ファミリーに分類される。セルラーゼ系酵素はセルロース分解特性によってエンド型グルカナーゼ(endo-glucanase)とセロビオヒドロラーゼ(cellobiohydrolase)に大別される。エンド型グルカナーゼはセルロースの非晶部分や可溶性セロオリゴ糖、又はカルボキシメチルセルロースのようなセルロース誘導体に対する加水分解性が高く、それらの分子鎖を内側からランダムに切断し、重合度を低下させる。これに対して、セロビオヒドロラーゼはセルロースの結晶部分を分解し、セロビオースを与える。また、セロビオヒドロラーゼはセルロース分子の末端から加水分解し、エキソ型或いはプロセッシブ酵素とも呼ばれる。酵素処理工程において使用する酵素は特に限定されるものではないが、エンド型グルカナーゼを使用することが好ましい。 In the enzyme treatment step, the enzyme is added to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry). The enzyme used at this time is preferably a cellulase-based enzyme. Cellulase-based enzymes are classified into the sugar hydrolase family based on the higher-order structure of the catalytic domain having the function of hydrolyzing cellulose. Cellulase-based enzymes are roughly classified into endo-glucanase and cellobiohydrolase according to their cellulolytic properties. Endo-type glucanase is highly hydrolyzable to the amorphous portion of cellulose, soluble cellooligosaccharides, or cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, and randomly cleaves their molecular chains from the inside to reduce the degree of polymerization. In contrast, cellobiohydrolase decomposes the crystalline portion of cellulose to give cellobiose. In addition, cellobiohydrolase is hydrolyzed from the end of the cellulose molecule and is also called an exo-type or processive enzyme. The enzyme used in the enzyme treatment step is not particularly limited, but it is preferable to use endo-type glucanase.
酵素処理工程では、酵素の添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-7g以上であることが好ましく、1.0×10-6g以上であることがより好ましく、1.0×10-5g以上であることがさらに好ましい。また、酵素の添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-2g以下であることが好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に酵素を添加した後には、30℃以上70℃以下の条件下で1分以上10時間以下撹拌を行い、その後、90℃以上の条件下に置くなどして酵素を失活させることが好ましい。 In the enzyme treatment step, the addition rate of the enzyme is preferably 1.0 × 10 -7 g or more, more preferably 1.0 × 10 -6 g or more with respect to 1 g of fine fibrous cellulose, and 1 It is more preferably 0.0 × 10 -5 g or more. The addition rate of the enzyme is preferably 1.0 × 10-2 g or less with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. After adding the enzyme to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry), the mixture is stirred under the conditions of 30 ° C. or higher and 70 ° C. or lower for 1 minute or longer and 10 hours or shorter, and then placed under the conditions of 90 ° C. or higher. It is preferable to inactivate the enzyme.
次亜塩素酸処理工程では、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に次亜塩素酸ナトリウムを添加する。次亜塩素酸ナトリウムの添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-4g以上であることが好ましく、1.0×10-3g以上であることがより好ましく、1.0×10-2g以上であることがさらに好ましく、1.0×10-1g以上であることが特に好ましい。また、次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×102g以下であることが好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に次亜塩素酸ナトリウムを添加した後には、10℃以上50℃以下の条件下で1分以上10時間以下撹拌を行うことが好ましい。 In the hypochlorous acid treatment step, sodium hypochlorite is added to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry). The addition rate of sodium hypochlorite is preferably 1.0 × 10 -4 g or more, more preferably 1.0 × 10 -3 g or more, and more preferably 1.0 × 10 -3 g or more with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. It is more preferably 0 × 10 −2 g or more, and particularly preferably 1.0 × 10 -1 g or more. The addition rate of sodium hypochlorite is preferably 1.0 × 10 2 g or less with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. After adding sodium hypochlorite to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry), it is preferable to stir for 1 minute or more and 10 hours or less under the conditions of 10 ° C. or higher and 50 ° C. or lower.
亜臨界水処理工程では、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に高温高圧処理を施し、亜臨界状態とする。微細繊維状セルロースは亜臨界状態において加水分解される。具体的には、微細繊維状セルロース分散液(スラリー)を反応容器に入れた後、150℃以上500℃以下、好ましくは150℃以上350℃以下となるまで昇温し、反応容器内の圧力を10MPa以上80MPa以下、好ましくは10MPa以上20MPa以下に加圧する。この際の加熱加圧時間は0.1秒以上100秒以下であることが好ましく、3秒以上50秒以下であることがより好ましい。 In the sub-critical water treatment step, the fine fibrous cellulose dispersion (slurry) is subjected to high-temperature and high-pressure treatment to bring it into a sub-critical state. Fine fibrous cellulose is hydrolyzed in a subcritical state. Specifically, after the fine fibrous cellulose dispersion (slurry) is placed in the reaction vessel, the temperature is raised to 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and the pressure in the reaction vessel is increased. Pressurize to 10 MPa or more and 80 MPa or less, preferably 10 MPa or more and 20 MPa or less. The heating and pressurizing time at this time is preferably 0.1 seconds or more and 100 seconds or less, and more preferably 3 seconds or more and 50 seconds or less.
(繊維状セルロース分散液)
本発明は、上述した微細繊維状セルロースを水に分散させてなる繊維状セルロース分散液(微細繊維状セルロース含有スラリーもしくはスラリーともいう)に関するものでもある。繊維状セルロース分散液は、例えば、塗料に添加するために用いられる塗料用分散液であってもよい。
(Fibrous cellulose dispersion)
The present invention also relates to a fibrous cellulose dispersion liquid (also referred to as a fine fibrous cellulose-containing slurry or slurry) obtained by dispersing the above-mentioned fine fibrous cellulose in water. The fibrous cellulose dispersion may be, for example, a dispersion for paints used for addition to paints.
繊維状セルロース分散液中における微細繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロース分散液の全質量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロース分散液の全質量に対して、8.0質量%以下であることが好ましく、7.0質量%以下であることがより好ましく、6.0質量%以下であることがさらに好ましい。 The content of the fine fibrous cellulose in the fibrous cellulose dispersion is preferably 0.1% by mass or more, and preferably 0.3% by mass or more, based on the total mass of the fibrous cellulose dispersion. More preferably, it is more preferably 0.5% by mass or more. The content of the fine fibrous cellulose is preferably 8.0% by mass or less, more preferably 7.0% by mass or less, and more preferably 7.0% by mass or less, based on the total mass of the fibrous cellulose dispersion. It is more preferably 0% by mass or less.
繊維状セルロース分散液を、微細繊維状セルロース濃度が0.4質量%の繊維状セルロース分散液とした場合、該分散液の23℃における粘度は、200mPa・s以上であることが好ましく、300mPa・s以上であることがより好ましく、350mPa・s以上であることがさらに好ましく、400mPa・s以上であることが特に好ましい。また、分散液の23℃における粘度は、3000mPa・s以下であることが好ましく、2500mPa・s以下であることがより好ましい。微細繊維状セルロース濃度が0.4質量%の分散液の粘度は、B型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定することができる。測定条件は23℃とし、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度を測定する。 When the fibrous cellulose dispersion is a fibrous cellulose dispersion having a fine fibrous cellulose concentration of 0.4% by mass, the viscosity of the dispersion at 23 ° C. is preferably 200 mPa · s or more, preferably 300 mPa · s. It is more preferably s or more, further preferably 350 mPa · s or more, and particularly preferably 400 mPa · s or more. The viscosity of the dispersion liquid at 23 ° C. is preferably 3000 mPa · s or less, and more preferably 2500 mPa · s or less. The viscosity of the dispersion having a fine fibrous cellulose concentration of 0.4% by mass can be measured using a B-type viscometer (analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD). The measurement conditions are 23 ° C., the rotation speed is 3 rpm, and the viscosity is measured 3 minutes after the start of measurement.
繊維状セルロース分散液を、微細繊維状セルロース濃度が0.2質量%の繊維状セルロース分散液とした場合、該分散液のヘーズは、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。分散液のヘーズが上記範囲であることは、繊維状セルロース分散液の透明度が高く、微細繊維状セルロースの微細化が良好であることを意味する。このような繊維状セルロース分散液を塗料に添加した場合、塗料は優れた塗工適性を発揮することができる。ここで、繊維状セルロース分散液(微細繊維状セルロース濃度0.2質量%)のヘーズは、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG-40、逆光路)に繊維状セルロース分散液を入れ、JIS K 7136に準拠し、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて測定される値である。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。 When the fibrous cellulose dispersion is a fibrous cellulose dispersion having a fine fibrous cellulose concentration of 0.2% by mass, the haze of the dispersion is preferably 20% or less, preferably 15% or less. Is more preferable, and 10% or less is further preferable. When the haze of the dispersion liquid is in the above range, it means that the transparency of the fibrous cellulose dispersion liquid is high and the fineness of the fine fibrous cellulose is good. When such a fibrous cellulose dispersion is added to the paint, the paint can exhibit excellent coatability. Here, the haze of the fibrous cellulose dispersion (fine fibrous cellulose concentration 0.2% by mass) is placed in a liquid glass cell (manufactured by Fujiwara Seisakusho, MG-40, backlit path) having an optical path length of 1 cm. Is a value measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Technology Research Institute) in accordance with JIS K 7136. The zero point measurement is performed with ion-exchanged water contained in the same glass cell.
繊維状セルロース分散液は、水と、微細繊維状セルロースに加えて他の添加剤を含有していてもよい。他の添加剤としては、例えば、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、防腐剤(例えば、フェノキシエタノール)等を挙げることができる。また、繊維状セルロース分散液は、任意成分としては、親水性高分子や有機イオン等を含有していてもよい。 The fibrous cellulose dispersion may contain water and other additives in addition to the fine fibrous cellulose. Examples of other additives include defoaming agents, lubricants, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, stabilizers, surfactants, preservatives (eg, phenoxyethanol) and the like. Further, the fibrous cellulose dispersion liquid may contain a hydrophilic polymer, organic ions and the like as optional components.
親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましく、含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等の親水性高分子;グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等の親水性低分子が挙げられる。 The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fibers), and examples of the oxygen-containing organic compound include polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, and modification. Distillate, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (acetoacetylated polyvinyl alcohol, etc.), polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyvinylmethyl ether, polyacrylic acid salts, acrylic acid alkyl ester copolymers, urethane copolymers, cellulose derivatives (hydroxyl) Hydrophilic polymers such as ethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose and the like; hydrophilic low molecules such as glycerin, sorbitol and ethylene glycol can be mentioned.
有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn-プロピルオニウムイオン、テトラn-ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。 Examples of the organic ion include tetraalkylammonium ion and tetraalkylphosphonium ion. Examples of the tetraalkylammonium ion include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion and lauryltrimethyl. Examples thereof include ammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, stearyltrimethylammonium ion, octyldimethylethylammonium ion, lauryldimethylethylammonium ion, didecyldimethylammonium ion, lauryldimethylbenzylammonium ion and tributylbenzylammonium ion. Examples of the tetraalkylphosphonium ion include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Further, examples of the tetrapropyl onium ion and the tetrabutyl onium ion include tetra n-propyl onium ion and tetra n-butyl onium ion, respectively.
(用途)
本発明の微細繊維状セルロースは、増粘剤として各種用途に用いられることが好ましい。例えば、本発明の微細繊維状セルロースは、食品、化粧品、セメント、塗料(自動車、船舶、航空機等の乗り物塗装用、建材用、日用品用など)、インク、医薬品などへの添加物として用いることができる。また、本発明の微細繊維状セルロースは、樹脂系材料やゴム系材料に添加したりすることで、日用品への応用も可能である。中でも、本発明の微細繊維状セルロースは、塗料用微細繊維状セルロースであることが特に好ましい。
(Use)
The fine fibrous cellulose of the present invention is preferably used as a thickener for various purposes. For example, the fine fibrous cellulose of the present invention can be used as an additive to foods, cosmetics, cement, paints (for vehicle painting of automobiles, ships, aircraft, etc., building materials, daily necessities, etc.), inks, pharmaceuticals, and the like. can. Further, the fine fibrous cellulose of the present invention can be applied to daily necessities by adding it to a resin-based material or a rubber-based material. Above all, the fine fibrous cellulose of the present invention is particularly preferably fine fibrous cellulose for paints.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, amounts used, ratios, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limiting by the specific examples shown below.
<製造例1>
〔リン酸化微細繊維状セルロース分散液の製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Manufacturing example 1>
[Manufacturing of phosphorylated fine fibrous cellulose dispersion]
As raw material pulp, softwood kraft pulp made by Oji Paper (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.
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140℃の熱風乾燥機で200秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。 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 140 ° C. for 200 seconds to introduce a phosphate group into the cellulose in the pulp to obtain a phosphorylated pulp.
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。 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.
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。 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.
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。 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.
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。 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.
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(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。 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 with a wet atomizing device (manufactured by Sugino Machine Limited, Starburst) 6 times at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述する測定方法で測定されるリン酸基量(強酸性基量)は、0.80mmol/gだった。 By X-ray diffraction, it was confirmed that this fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. Moreover, when the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope, it was 3 to 5 nm. The amount of phosphoric acid group (strong acid group amount) measured by the measuring method described later was 0.80 mmol / g.
<製造例2>
リン酸化時の薬液含浸パルプの乾燥温度を165℃とした以外は製造例1と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、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。
<Manufacturing example 2>
A fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the drying temperature of the chemical-impregnated pulp at the time of phosphorylation was 165 ° C. The amount of phosphoric acid group (strong acid group amount) measured by the measuring method described later was 1.45 mmol / g.
<製造例3>
中和処理前の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回ずつ行った以外は製造例2と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、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。
<Manufacturing example 3>
A fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 2 except that the phosphorylated pulp after washing before the neutralization treatment was further subjected to the phosphorylation treatment and the washing treatment once in this order. rice field. The amount of phosphoric acid group (strong acid group amount) measured by the measuring method described later was 2.00 mmol / g.
<製造例4>
〔TEMPO酸化微細繊維状セルロース分散液の製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、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1.3mmol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。
<Manufacturing example 4>
[Production of TEMPO Oxidized Fine Fibrous Cellulose Dispersion]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (undried) made by Oji Paper was used. The raw material pulp was subjected to alkaline TEMPO oxidation treatment as follows. First, the above-mentioned raw material 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 10,000 parts by mass of water. It was dispersed in the department. Then, a 13 mass% sodium hypochlorite aqueous solution was added to 1.3 mmol with respect to 1.0 g of pulp to initiate the reaction. 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.
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained TEMPO oxide pulp was washed. The washing treatment is carried out by dehydrating the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring and uniformly dispersing the pulp slurry, and then repeating the operation of filtration and dehydration. rice field. When the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
この脱水シートに対して、残存するアルデヒド基の追酸化処理を次のようにして行った。乾燥質量100質量部相当の上記脱水シートを、0.1mol/L酢酸緩衝液(pH4.8)10000質量部に分散させた。次いで80%亜塩素酸ナトリウム113質量部を加え、直ちに密閉した後、マグネチックスターラーを用いて500rpmで撹拌しながら室温で48時間反応させ、パルプスラリーを得た。 The dehydrated sheet was subjected to additional oxidation treatment of the remaining aldehyde groups as follows. The dehydration sheet corresponding to 100 parts by mass of dry mass was dispersed in 10000 parts by mass of 0.1 mol / L acetate buffer (pH 4.8). Then, 113 parts by mass of 80% sodium chlorite was added, and the mixture was immediately sealed and then reacted at room temperature for 48 hours while stirring at 500 rpm using a magnetic stirrer to obtain a pulp slurry.
次いで、得られた追酸化済みTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、追酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained top-oxidized TEMPO oxide pulp was washed. The cleaning treatment is carried out by dehydrating the pulp slurry after additional oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring and uniformly dispersing the pulp slurry, and then repeating the operation of filtration and dehydration. rice field. When the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
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。 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.
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(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。 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 Limited, Starburst) 6 times at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、0.70mmol/gだった。 By X-ray diffraction, it was confirmed that this fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. Moreover, when the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope, it was 3 to 5 nm. The amount of carboxy group measured by the measuring method described later was 0.70 mmol / g.
<製造例5>
酸化反応時の次亜塩素酸ナトリウム溶液の量を1.0gのパルプに対して3.8mmolとした以外は製造例4と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gだった。
<Manufacturing example 5>
A fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 4 except that the amount of the sodium hypochlorite solution at the time of the oxidation reaction was 3.8 mmol with respect to 1.0 g of pulp. The amount of carboxy group measured by the measuring method described later was 1.30 mmol / g.
<製造例6>
酸化反応時の次亜塩素酸ナトリウム溶液の量を1.0gのパルプに対して10mmolとした以外は製造例4と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.80mmol/gだった。
<Manufacturing example 6>
A fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 4 except that the amount of the sodium hypochlorite solution at the time of the oxidation reaction was 10 mmol with respect to 1.0 g of pulp. The amount of carboxy group measured by the measuring method described later was 1.80 mmol / g.
<実施例1>
(オゾン処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、オゾン濃度200g/m3のオゾン/酸素混合気体を1L加え、密閉容器内において25℃で2分間撹拌したのち、30分間静置した。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-2gであった。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。このようにして、微細繊維状セルロースの低チキソ化を行い、得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 1>
(Low thixotropic by ozone treatment)
To 1000 g of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 (solid content concentration 2% by mass, solid content 20 g), 1 L of an ozone / oxygen mixed gas having an ozone concentration of 200 g / m 3 was added, and the mixture was placed in a closed container. After stirring at 25 ° C. for 2 minutes, the mixture was allowed to stand for 30 minutes. The ozone addition rate at this time was 1.0 × 10-2 g with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. Then, the container was opened and stirred for 5 hours to volatilize the ozone remaining in the dispersion. In this way, the fine fibrous cellulose was reduced to thixotropy, and the viscosity, degree of polymerization, and rate of change in viscosity of the obtained low thixotropy fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例2>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 2>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例3>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 3>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例4>
オゾン濃度40g/m3のオゾン/酸素混合気体を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して2.0×10-3gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 4>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that an ozone / oxygen mixed gas having an ozone concentration of 40 g / m 3 was used. The ozone addition rate at this time was 2.0 × 10 -3 g with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例5>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 5>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 4 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例6>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 6>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 4 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例7>
(酵素処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、酵素含有液(AB Enzymes社製、ECOPULP R、酵素含有量は約5質量%)を1000倍希釈したものを20g添加し、温度50℃で1時間撹拌した。この時の酵素添加率は微細繊維状セルロース1gに対して約5.0×10-5gであった。次いで、温度100℃で1時間撹拌し、酵素を失活させた。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 7>
(Lower thixotropy by enzyme treatment)
The enzyme-containing liquid (manufactured by AB Enzymes, ECOPULPR, enzyme content is about 5% by mass) with respect to 1000 g (solid content concentration 2% by mass, solid content 20 g) of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1. ) Was diluted 1000 times, 20 g was added, and the mixture was stirred at a temperature of 50 ° C. for 1 hour. The enzyme addition rate at this time was about 5.0 × 10-5 g with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. Then, the mixture was stirred at a temperature of 100 ° C. for 1 hour to inactivate the enzyme. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例8>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例7と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 8>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 7 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例9>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例7と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 9>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 7 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例10>
微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、酵素含有液(AB Enzymes社製、ECOPULP R、酵素含有量は約5質量%)を1000倍希釈して4g添加したこと以外は実施例7と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時の酵素添加率は微細繊維状セルロース1gに対して約1.0×10-5gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 10>
The enzyme-containing liquid (AB Enzymes, ECOPULPR, enzyme content is about 5% by mass) is diluted 1000 times with 1000 g of the fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 2% by mass, solid content 20 g). A low-thixized fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 7 except that 4 g was added. The enzyme addition rate at this time was about 1.0 × 10-5 g with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例11>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例10と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 11>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例12>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例10と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 12>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 10 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例13>
(次亜塩素酸ナトリウム処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を170g添加し、室温で1時間撹拌した。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.02gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 13>
(Lower thixotropy by treatment with sodium hypochlorite)
To 1000 g of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 (solid content concentration 2% by mass, solid content 20 g), 170 g of a sodium hypochlorite solution (effective chlorine concentration 12% by mass) was added to room temperature. Was stirred for 1 hour. The addition rate of sodium hypochlorite at this time was 1.02 g with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例14>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例13と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 14>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 13 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例15>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例13と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 15>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 13 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例16>
微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を1.70g添加したこと以外は実施例13と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して1.02×10-2質量部である。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 16>
Example 13 except that 1.70 g of a sodium hypochlorite solution (effective chlorine concentration 12% by mass) was added to 1000 g of a fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 2% by mass, solid content 20 g). Similarly, a low-tixo-formated fine fibrous cellulose dispersion was obtained. The addition rate of sodium hypochlorite at this time is 1.02 × 10-2 parts by mass with respect to 1 part by mass of fine fibrous cellulose. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例17>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例16と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 17>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 16 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例18>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例16と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 18>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 16 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例19>
(亜臨界水処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液を反応器内に入れ、200℃に昇温し、10秒間加熱した。このときの反応器内の圧力は20MPaであった。加熱終了後、反応器を水冷した後、反応器内の低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を回収した。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 19>
(Lower thixotropy by sub-critical water treatment)
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was placed in a reactor, heated to 200 ° C., and heated for 10 seconds. The pressure in the reactor at this time was 20 MPa. After the heating was completed, the reactor was cooled with water, and then the low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion in the reactor was recovered. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例20>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例19と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 20>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 19 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例21>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例19と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 21>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 19 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例22>
加熱時間を1秒間としたこと以外は実施例19と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 22>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 19 except that the heating time was set to 1 second. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例23>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例22と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 23>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 22 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例24>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例22と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 24>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 22 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例25>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 25>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 4 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例26>
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 26>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 5 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<実施例27>
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Example 27>
A low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 6 was used. The viscosity, degree of polymerization and viscosity change rate of the obtained low thixotropic fine fibrous cellulose dispersion were measured by the methods described below.
<比較例1>
製造例1において得られたリン酸化パルプ100g(固形分濃度20質量%、固形分20g)に対して、オゾン濃度200g/m3のオゾン/酸素混合気体を1L加え、密閉容器内において25℃で2分間撹拌したのち、30分間静置した。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-2gであった。その後、リン酸化パルプを洗浄し、残存するオゾンを除去した。次いで、得られたパルプを用いて固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 1>
To 100 g of phosphorylated pulp obtained in Production Example 1 (solid content concentration 20% by mass, solid content 20 g), 1 L of an ozone / oxygen mixed gas having an ozone concentration of 200 g / m 3 was added, and the temperature was 25 ° C. in a closed container. After stirring for 2 minutes, the mixture was allowed to stand for 30 minutes. The ozone addition rate at this time was 1.0 × 10-2 g with respect to 1 g of fine fibrous cellulose. Then, the phosphorylated pulp was washed to remove residual ozone. Then, the obtained pulp was used 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 Limited, Starburst) 6 times at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing fine fibrous cellulose. The obtained fine fibrous cellulose dispersion was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described later.
<比較例2>
製造例2において得られたリン酸化パルプを用いたこと以外は比較例1と同様にして、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 2>
A fine fibrous cellulose dispersion containing fine fibrous cellulose was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the phosphorylated pulp obtained in Production Example 2 was used. The obtained fine fibrous cellulose dispersion was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described later.
<比較例3>
製造例3において得られたリン酸化パルプを用いたこと以外は比較例1と同様にして、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 3>
A fine fibrous cellulose dispersion containing fine fibrous cellulose was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the phosphorylated pulp obtained in Production Example 3 was used. The obtained fine fibrous cellulose dispersion was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described later.
<比較例4>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 4>
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described later.
<比較例5>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 5>
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described later.
<比較例6>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 6>
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described later.
<比較例7>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 7>
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 4 was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described later.
<比較例8>
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 8>
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 5 was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described below.
<比較例9>
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度及び粘度変化率を後述した方法により測定した。
<Comparative Example 9>
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 6 was used as it was, and the viscosity, the degree of polymerization and the rate of change in viscosity were measured by the methods described below.
<測定>
〔リン酸基量の測定〕
微細繊維状セルロースのリン酸基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、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。リン酸基量(mmol/g)は、計測結果のうち図1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>
[Measurement of phosphate group amount]
The amount of phosphoric acid group of the fine fibrous cellulose is a fibrous form prepared by diluting the fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose with ion exchange water so that the content is 0.2% by mass. The cellulose-containing slurry was treated with an ion exchange resin and then titrated with an alkali for measurement.
For the treatment with the ion exchange resin, a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; Organo Corporation, conditioned) with a volume of 1/10 is added to the above fibrous cellulose-containing slurry, and the mixture is shaken for 1 hour. This was done by pouring onto a mesh with an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry.
For titration using alkali, a 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution is added to the 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. For the amount of phosphoric acid group (mmol / g), the amount of alkali (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in FIG. 1 of the measurement results is divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated. Calculated.
〔カルボキシ基量の測定〕
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測することにより行った。カルボキシ基量(mmol/g)は、計測結果のうち図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 of carboxy group amount]
The amount of carboxy group of the fine fibrous cellulose is a fibrous cellulose prepared by diluting the fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water so that the content is 0.2% by mass. The 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; Organo Corporation, conditioned) with a volume of 1/10 is added to the above fibrous cellulose-containing slurry, and the mixture is shaken for 1 hour. This was done by pouring onto a mesh with an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry.
In the titration using alkali, 50 μL of 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution is added to the fibrous cellulose-containing slurry treated with an ion exchange resin once every 30 seconds to obtain the electrical conductivity of the slurry. This was done by measuring the change in value. For the carboxy group amount (mmol / g), the alkali amount (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in FIG. 2 of the measurement results is divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated. Calculated.
〔微細繊維状セルロース分散液の粘度の測定〕
微細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、微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度が0.4質量%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1500rpm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 fine fibrous cellulose dispersion]
The viscosity of the fine fibrous cellulose dispersion was measured as follows. First, the fine fibrous cellulose dispersion was diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration was 0.4% by mass, and then stirred with a disperser at 1500 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.
〔微細繊維状セルロースの比粘度および重合度の測定〕
微細繊維状セルロースの比粘度および重合度は、Tappi T230に従い測定した。測定対象のセルロース繊維を分散媒に分散させて測定した粘度(η1とする)、および分散媒体のみで測定したブランク粘度(η0とする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定した。
ηsp=(η1/η0)-1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の微細繊維状セルロースの濃度を示す。
さらに、下記式から微細繊維状セルロースの重合度(DP)を算出した。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
[Measurement of specific viscosity and degree of polymerization of fine fibrous cellulose]
The specific viscosity and degree of polymerization of the fine fibrous cellulose were measured according to Tappi T230. After measuring the viscosity (referred to as η1) measured by dispersing the cellulose fiber to be measured in a dispersion medium and the blank viscosity (referred to as η0) measured only with the dispersion medium, the specific viscosity (ηsp) and the intrinsic viscosity ([ η]) was measured according to the following formula.
ηsp = (η1 / η0) -1
[Η] = ηsp / (c (1 + 0.28 × ηsp))
Here, c in the formula indicates the concentration of fine fibrous cellulose at the time of viscosity measurement.
Further, the degree of polymerization (DP) of the fine 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".
〔微細繊維状セルロース分散液の粘度変化率の測定〕
微細繊維状セルロース分散液の粘度変化率は、次のように測定した。
(撹拌前粘度の測定)
まず、後述する方法で測定した場合の粘度が約2500mPa・sとなるように、微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で希釈し、直径10cmの円筒状容器に微細繊維状セルロース分散液を5cmの高さまで入れ、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌した。撹拌終了時から1分後に、得られた微細繊維状セルロース分散液の粘度を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6rpmとし、測定開始から1分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定時の分散液の液温は23℃であった。
(撹拌子による撹拌)
次いで、得られた粘度約2500mPa・sの微細繊維状セルロース分散液を直径10cmの円筒状容器に微細繊維状セルロース分散液を5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して24時間撹拌した。撹拌中の分散液の液温は23℃であった。
(撹拌後粘度の測定)
撹拌子による撹拌終了時から1分後に、微細繊維状セルロース分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて直ちに測定した。測定条件は、回転速度6rpmとし、測定開始から1分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定時の分散液の液温は23℃であった。
(粘度変化率の計算)
以下の式で撹拌子による撹拌前後の粘度変化率を算出した。
粘度変化率(%)=(撹拌後粘度-撹拌前粘度)/撹拌前粘度×100
[Measurement of viscosity change rate of fine fibrous cellulose dispersion]
The rate of change in viscosity of the fine fibrous cellulose dispersion was measured as follows.
(Measurement of viscosity before stirring)
First, the fine fibrous cellulose dispersion is diluted with ion-exchanged water so that the viscosity when measured by the method described later is about 2500 mPa · s, and the fine fibrous cellulose dispersion is 5 cm in a cylindrical container having a diameter of 10 cm. It was put into the height of the above, and stirred with a disperser at 1500 rpm for 5 minutes. One minute after the end of stirring, the viscosity of the obtained fine fibrous cellulose dispersion was measured using a B-type viscometer (analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD). The measurement conditions were a rotation speed of 6 rpm, and the viscosity value 1 minute after the start of measurement was taken as the viscosity of the dispersion. The temperature of the dispersion at the time of measurement was 23 ° C.
(Stirring with a stirrer)
Next, the obtained fine fibrous cellulose dispersion having a viscosity of about 2500 mPa · s was placed in a cylindrical container having a diameter of 10 cm, and the fine fibrous cellulose dispersion was placed up to a height of 5 cm. Using an elliptical stirrer having a width of 1 cm, the mixture was stirred for 24 hours while maintaining a state in which the center of the liquid surface was recessed by 2 cm. The liquid temperature of the dispersion liquid during stirring was 23 ° C.
(Measurement of viscosity after stirring)
One minute after the end of stirring with the stirrer, the viscosity of the fine fibrous cellulose dispersion was immediately measured using a B-type viscometer (analog viscometer T-LVT manufactured by BLOOKFIELD). The measurement conditions were a rotation speed of 6 rpm, and the viscosity value 1 minute after the start of measurement was taken as the viscosity of the dispersion. The temperature of the dispersion at the time of measurement was 23 ° C.
(Calculation of viscosity change rate)
The rate of change in viscosity before and after stirring with the stirrer was calculated by the following formula.
Viscosity change rate (%) = (Viscosity after stirring-Viscosity before stirring) / Viscosity before stirring x 100
<評価>
〔塗料の塗工適性の評価〕
本発明により得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた塗料の塗工適性を、次のように評価した。
(微細繊維状セルロース含有塗料の調製)
上記と同様の方法で得られた粘度約2500mPa・sの微細繊維状セルロース分散液100質量部に対して、光輝材(アルミニウムペースト WXM7640、東洋アルミ社製、アルミニウム濃度58~61質量%)1質量部を加え、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌し、微細繊維状セルロース含有塗料を得た。
(塗料の循環及びスプレー塗工)
次いで、得られた微細繊維状セルロース含有塗料をポンプ式循環装置により配管内を24時間循環させた。循環終了後、直ちに微細セルロース含有塗料をスプレーガンで壁面に塗工し、液ダレの有無を確認した。また、塗工の際に微細セルロース含有塗料中の光輝材の沈降の有無を目視で確認した。塗料の液ダレ及び光輝材の沈降の結果から、微細繊維状セルロース含有塗料の塗工適性を4段階で評価した。
A:塗料循環後の塗工時に液ダレおよび光輝材の沈降がみられず、塗工適性が非常によい。
B:塗料循環後の塗工時に液ダレもしくは光輝材の沈降のいずれかがみられるが軽微であり、塗工適性がよい。
C:塗料循環後の塗工時に液ダレおよび光輝材の沈降がみられ、塗工適性がやや悪いが、実用上は問題ない。
D:塗料循環後の塗工時に液ダレおよび光輝材の沈降が多くみられ、塗工適性が悪く、実用上問題がある。
<Evaluation>
[Evaluation of paint aptitude]
The applicability of the paint using the fine fibrous cellulose dispersion obtained by the present invention was evaluated as follows.
(Preparation of fine fibrous cellulose-containing paint)
1 mass of bright material (aluminum paste WXM7640, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd., aluminum concentration 58 to 61 mass%) with respect to 100 parts by mass of a fine fibrous cellulose dispersion having a viscosity of about 2500 mPa · s obtained by the same method as described above. The parts were added and stirred with a disperser at 1500 rpm for 5 minutes to obtain a fine fibrous cellulose-containing paint.
(Paint circulation and spray coating)
Next, the obtained fine fibrous cellulose-containing paint was circulated in the pipe for 24 hours by a pump-type circulation device. Immediately after the circulation was completed, a fine cellulose-containing paint was applied to the wall surface with a spray gun, and the presence or absence of liquid dripping was confirmed. In addition, the presence or absence of sedimentation of the bright material in the fine cellulose-containing paint was visually confirmed during the coating. From the results of the liquid dripping of the paint and the sedimentation of the bright material, the coating suitability of the fine fibrous cellulose-containing paint was evaluated in four stages.
A: Liquid dripping and sedimentation of the bright material are not observed during coating after the paint is circulated, and the coating suitability is very good.
B: During coating after the paint is circulated, either liquid dripping or sedimentation of the bright material is observed, but it is slight and the coating suitability is good.
C: Liquid dripping and sedimentation of the bright material are observed during coating after the paint is circulated, and the coating suitability is slightly poor, but there is no problem in practical use.
D: During coating after the paint is circulated, liquid dripping and sedimentation of the bright material are often observed, and the coating suitability is poor, which poses a practical problem.
実施例で得られた微細繊維状セルロースを用いた塗料では優れた塗工適性が発揮されていた。
The paint using the fine fibrous cellulose obtained in the examples exhibited excellent coatability.
Claims (7)
前記繊維状セルロースはイオン性置換基を有し、前記イオン性置換基がリン酸基またはリン酸基由来の置換基であり、
前記リン酸基またはリン酸基由来の置換基が、下記式(1)で表され、
(式(1)中、a、b及びnは自然数である(ただし、a=b×mである);α 1 ,α 2 ,・・・,α n 及びα’のうちa個がO - であり、残りはR,ORのいずれかである;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;β b+ は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。)
前記イオン性置換基量が0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下であり、
前記繊維状セルロースの重合度が300以上500以下であり、
前記繊維状セルロースを0.4質量%となるように水に分散させて分散液とした場合、前記分散液の23℃における粘度が200mPa・s以上3000mPa・s以下であり、
前記繊維状セルロースを水に分散させて、23℃における粘度が2500mPa・sの分散液とし、前記分散液を以下の撹拌条件で撹拌した場合、以下の式で算出される粘度変化率が±30%以内となる繊維状セルロース;
粘度変化率(%)=(撹拌後の粘度-撹拌前の粘度)/撹拌前の粘度×100
(撹拌条件)
23℃における粘度が2500mPa・sの分散液を、直径10cmの円筒状容器の5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して、23℃で24時間撹拌する。 Fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less,
The fibrous cellulose has an ionic substituent, and the ionic substituent is a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group.
The phosphoric acid group or the substituent derived from the phosphoric acid group is represented by the following formula (1).
(In equation (1), a, b, and n are natural numbers (where a = b × m); a of α 1 , α 2 , ..., α n and α'is O − . The rest is either R or OR; R is a hydrogen atom, saturated-linear hydrocarbon group, saturated-branched chain hydrocarbon group, saturated-cyclic hydrocarbon group, unsaturated-, respectively. A linear hydrocarbon group, an unsaturated-branched chain hydrocarbon group, an unsaturated-cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or an inducing group thereof; β b + is a monovalent or higher cation consisting of an organic or inorganic substance. Ion.)
The amount of the ionic substituent is 0.10 mmol / g or more and 1.50 mmol / g or less.
The degree of polymerization of the fibrous cellulose is 300 or more and 500 or less.
When the fibrous cellulose is dispersed in water so as to be 0.4% by mass to prepare a dispersion liquid, the viscosity of the dispersion liquid at 23 ° C. is 200 mPa · s or more and 3000 mPa · s or less.
When the fibrous cellulose is dispersed in water to prepare a dispersion having a viscosity of 2500 mPa · s at 23 ° C. and the dispersion is stirred under the following stirring conditions, the viscosity change rate calculated by the following formula is ± 3 . Fibrous cellulose within 0%;
Viscosity change rate (%) = (Viscosity after stirring-Viscosity before stirring) / Viscosity before stirring x 100
(Stirring conditions)
A dispersion having a viscosity of 2500 mPa · s at 23 ° C. is placed in a cylindrical container having a diameter of 10 cm to a height of 5 cm, and an elliptical stirrer having a length of 5 cm, a width of 2 cm at the center and a width of 1 cm at the end is used. The center of the liquid surface is maintained in a state of being recessed by 2 cm, and the mixture is stirred at 23 ° C. for 24 hours.
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