JP7044300B2 - Rubber composition and method for producing rubber composition - Google Patents

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本発明は、セルロースナノファイバーを用いたゴム組成物及びセルロースナノファイバーを用いたゴム組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a rubber composition using cellulose nanofibers and a method for producing a rubber composition using cellulose nanofibers.

近年、天然セルロース繊維をナノサイズに解繊したセルロースナノファイバーが注目されている。天然セルロース繊維は、木材などのパルプを原料とするバイオマスであって、これを有効利用することによって、環境負荷低減が期待される。 In recent years, attention has been paid to cellulose nanofibers obtained by defibrating natural cellulose fibers into nano-sized fibers. Natural cellulose fiber is a biomass made from pulp such as wood, and it is expected that the environmental load will be reduced by effectively using it.

セルロースナノファイバーを解繊した状態で含むゴム組成物及びそのゴム組成物の製造方法が提案されている(特許文献1)。ゴム組成物は、セルロースナノファイバーを解繊した状態で分散させることで補強され、剛性、強度、及び耐疲労性に優れる。 A rubber composition containing cellulose nanofibers in a defibrated state and a method for producing the rubber composition have been proposed (Patent Document 1). The rubber composition is reinforced by dispersing cellulose nanofibers in a defibrated state, and is excellent in rigidity, strength, and fatigue resistance.

特開2015-98576号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-98576

本発明の目的は、セルロースナノファイバーを解繊した状態で含むゴム組成物であって、特に引張強さが向上するゴム組成物を提供することにある。また、本発明の目的は、セルロースナノファイバーを解繊した状態で用いるゴム組成物の製造方法であって、特に引張強さが向上するゴム組成物の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rubber composition containing cellulose nanofibers in a defibrated state, and in particular, to provide a rubber composition having improved tensile strength. Another object of the present invention is to provide a method for producing a rubber composition in which cellulose nanofibers are deflated, and in particular, a method for producing a rubber composition having improved tensile strength.

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following aspects or application examples.

[適用例1]
本適用例に係るゴム組成物の製造方法は、
繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmのセルロースナノファイバーを含む水分散液と、ゴムラテックスと、を混合して第1の混合物を得る混合工程と、
前記第1の混合物を乾燥して第2の混合物を得る乾燥工程と、
前記第2の混合物をオープンロールによって薄通ししてゴム組成物を得る分散工程と、
を含み、
前記水分散液は、セルロースナノファイバーを0.1質量%~10質量%含み、
前記水分散液は、B型粘度計を用いて20℃、60rpmの条件で測定する粘度が1mPa・s~100mPa・sであり、
前記ゴムラテックスは、天然ゴムラテックス、スチレン-ブタジエン系ゴムラテックス、ブタジエンゴムラテックス、メチルメタクリレート-ブタジエン系ゴムラテックス、2-ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン系ゴムラテックス、アクリロニトリル-ブタジエン系ゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、シリコーンゴムラテックス、フッ素ゴムラテックスのいずれか1種以上を含み、
前記分散工程は、ゴム100質量部に対してセルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含む第2の混合物をロール間隔が0mm~0.5mmでロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しすることを特徴とする。
[Application example 1]
The method for producing the rubber composition according to this application example is as follows.
A mixing step of mixing an aqueous dispersion containing cellulose nanofibers having an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm with a rubber latex to obtain a first mixture.
A drying step of drying the first mixture to obtain a second mixture, and
A dispersion step of thinly passing the second mixture through an open roll to obtain a rubber composition, and a dispersion step.
Including
The aqueous dispersion contains 0.1% by mass to 10% by mass of cellulose nanofibers.
The aqueous dispersion has a viscosity of 1 mPa · s to 100 mPa · s measured at 20 ° C. and 60 rpm using a B-type viscometer .
The rubber latex includes natural rubber latex, styrene-butadiene rubber latex, butadiene rubber latex, methylmethacrylate-butadiene rubber latex, 2-vinylpyridine-styrene-butadiene rubber latex, acrylonitrile-butadiene rubber latex, and chloroprene rubber latex. , Silicone rubber latex, one or more of fluororubber latex,
In the dispersion step, a second mixture containing 0.1 part by mass to 60 parts by mass of cellulose nanofibers is set to a roll interval of 0 mm to 0.5 mm and a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C. with respect to 100 parts by mass of rubber. It is characterized by thinning using an open roll.

本適用例に係るゴム組成物の製造方法によれば、繊維長が短いセルロースナノファイバーを解繊した状態で分散させることで、ゴム組成物の引張強さを向上させることができる。 According to the method for producing a rubber composition according to this application example, the tensile strength of the rubber composition can be improved by dispersing the cellulose nanofibers having a short fiber length in a defibrated state.

[適用例2]
本適用例に係るゴム組成物の製造方法において、
セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が300nm~310nmであり、
前記水分散液は、前記粘度が5mPa・s~20mPa・sであることができる。
[Application example 2]
In the method for producing a rubber composition according to this application example,
Cellulose nanofibers have an average fiber length of 300 nm to 310 nm .
The aqueous dispersion can have a viscosity of 5 mPa · s to 20 mPa · s.

[適用例3]
本適用例に係るゴム組成物の製造方法において、
前記混合工程は、ロール混練法を用いて行うことができる。
[Application example 3]
In the method for producing a rubber composition according to this application example,
The mixing step can be performed by using a roll kneading method.

[適用例4]
本適用例に係るゴム組成物の製造方法において、
前記混合工程と前記乾燥工程との間に、前記第1混合物中のゴムラテックスを凝固する凝固工程をさらに含むことができる。
[Application example 4]
In the method for producing a rubber composition according to this application example,
Between the mixing step and the drying step, a coagulation step of coagulating the rubber latex in the first mixture can be further included.

[適用例5]
本適用例に係るゴム組成物は、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴムに解繊されたセルロースナノファイバーが分散するゴム組成物であって、
セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmであり、
水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含み、
前記ゴム組成物の引張強さ変化率が15%以上150%以下であり、
前記引張強さ変化率は、ゴム組成物からセルロースナノファイバーを除いて配合が同じ水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴムの引張強さ(TSo)に対するゴム組成物の引張強さ(TSa)の変化率[(TSa-TSo)/(TSo)×100(%)]であり、前記引張強さは、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6251の引張試験に基づいて測定することを特徴とする。
[Application example 5]
The rubber composition according to this application example is a rubber composition in which cellulose nanofibers defibrated in hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber are dispersed.
Cellulose nanofibers have an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm.
Contains 0.1 to 60 parts by mass of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber.
The rate of change in tensile strength of the rubber composition is 15% or more and 150% or less .
The rate of change in tensile strength is the rate of change in the tensile strength (TSa) of the rubber composition with respect to the tensile strength (TSo) of the hydrided acrylonitrile-butadiene rubber having the same composition except that the cellulose nanofibers are removed from the rubber composition. TSa-TSo) / (TSo) × 100 (%)], and the tensile strength is measured at 23 ± 2 ° C. and a tensile speed of 500 mm / min based on the tensile test of JIS K6251 .

本適用例に係るゴム組成物によれば、繊維長が短いセルロースナノファイバーを解繊した状態で分散することで、ゴム組成物の引張強さを向上させることができる。 According to the rubber composition according to this application example, the tensile strength of the rubber composition can be improved by dispersing the cellulose nanofibers having a short fiber length in a defibrated state.

[適用例6]
本適用例に係るゴム組成物において、
セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が300nm~310nmであり、
ゴム100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~40質量部含むことができる。
[Application example 6]
In the rubber composition according to this application example,
Cellulose nanofibers have an average fiber length of 300 nm to 310 nm .
The cellulose nanofibers can be contained in an amount of 0.1 part by mass to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber.

[適用例7]
本適用例に係るゴム組成物において、
セルロースナノファイバーを含む直径が0.1mm以上の凝集体を有しないことが好ましい。
[Application 7]
In the rubber composition according to this application example,
It is preferable not to have aggregates having a diameter of 0.1 mm or more containing cellulose nanofibers.

一実施の形態に係るゴム組成物の製造方法における分散工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the dispersion process in the manufacturing method of the rubber composition which concerns on one Embodiment. 一実施の形態に係るゴム組成物の製造方法における分散工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the dispersion process in the manufacturing method of the rubber composition which concerns on one Embodiment. 一実施の形態に係るゴム組成物の製造方法における分散工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the dispersion process in the manufacturing method of the rubber composition which concerns on one Embodiment. 比較例4のゴム組成物の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the rubber composition of Comparative Example 4. 実施例6のゴム組成物の電子顕微鏡写真である。6 is an electron micrograph of the rubber composition of Example 6.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。この説明に用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The drawings used in this description are for convenience of explanation. The embodiments described below do not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims. Moreover, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

本適用例に係るゴム組成物の製造方法は、繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmのセルロースナノファイバーを含む水分散液と、ゴムラテックスと、を混合して第1の混合物を得る混合工程と、前記第1の混合物を乾
燥して第2の混合物を得る乾燥工程と、前記第2の混合物をオープンロールによって薄通ししてゴム組成物を得る分散工程と、を含み、前記水分散液は、セルロースナノファイバーを0.1質量%~10質量%含み、前記水分散液は、B型粘度計を用いて20℃、60rpmの条件で測定する粘度が1mPa・s~100mPa・sであり、前記ゴムラテックスは、天然ゴムラテックス、スチレン-ブタジエン系ゴムラテックス、ブタジエンゴムラテックス、メチルメタクリレート-ブタジエン系ゴムラテックス、2-ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン系ゴムラテックス、アクリロニトリル-ブタジエン系ゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、シリコーンゴムラテックス、フッ素ゴムラテックスのいずれか1種以上を含み、前記分散工程は、ゴム100質量部に対してセルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含む第2の混合物をロール間隔が0mm~0.5mmでロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しすることを特徴とする。
In the method for producing a rubber composition according to this application example, an aqueous dispersion containing cellulose nanofibers having an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm, and a rubber latex are used. A mixing step of mixing to obtain a first mixture, a drying step of drying the first mixture to obtain a second mixture, and a thinning of the second mixture with an open roll to obtain a rubber composition. The aqueous dispersion contains 0.1% by mass to 10% by mass of cellulose nanofibers, and the aqueous dispersion is measured using a B-type viscometer at 20 ° C. and 60 rpm. The rubber latex has a viscosity of 1 mPa · s to 100 mPa · s, and the rubber latex is a natural rubber latex, a styrene-butadiene rubber latex, a butadiene rubber latex, a methyl methacrylate-butadiene rubber latex, a 2-vinylpyridine-styrene-butadiene rubber. It contains one or more of latex, acrylonitrile-butadiene rubber latex, chloroprene rubber latex, silicone rubber latex, and fluororubber latex, and the dispersion step contains 0.1 part by mass of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of rubber. The second mixture containing up to 60 parts by mass is thinly passed through an open roll having a roll interval of 0 mm to 0.5 mm and a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C.

本適用例に係るゴム組成物は、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴムに解繊されたセルロースナノファイバーが分散するゴム組成物であって、セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmであり、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含み、前記ゴム組成物の引張強さ変化率が15%以上150%以下であり、前記引張強さ変化率は、ゴム組成物からセルロースナノファイバーを除いて配合が同じ水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴムの引張強さ(TSo)に対するゴム組成物の引張強さ(TSa)の変化率[(TSa-TSo)/(TSo)×100(%)]であり、前記引張強さは、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6251の引張試験に基づいて測定することを特徴とする。 The rubber composition according to this application example is a rubber composition in which cellulose nanofibers defibrated in hydrided acrylonitrile-butadiene rubber are dispersed, and the average value of the fiber length of the cellulose nanofibers is 200 nm to 310 nm . Moreover, the average value of the fiber width is 2 nm to 5 nm, and 0.1 part by mass to 60 parts by mass of cellulose nanofibers is contained with respect to 100 parts by mass of hydrided acrylonitrile-butadiene rubber, and the tensile strength of the rubber composition changes. The rate of change in tensile strength is 15% or more and 150% or less, and the rate of change in tensile strength is the rubber composition with respect to the tensile strength (TSo) of the hydrided acrylonitrile-butadiene rubber having the same composition except that the cellulose nanofibers are removed from the rubber composition. The rate of change in tensile strength (TSa) [(TSa-TSo) / (TSo) × 100 (%)], and the tensile strength is 23 ± 2 ° C. and the tensile speed is 500 mm / min. It is characterized by measuring based on a test .

A.原料
A-1.水分散液
水分散液は、繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmのセルロースナノファイバーを含む。
A. Raw material A-1. Water dispersion The water dispersion contains cellulose nanofibers having an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm.

セルロースナノファイバーを含む水分散液は、例えば天然セルロース繊維を酸化して酸化セルロース繊維を得る酸化工程と、酸化セルロース繊維を微細化処理する微細化工程と、を含む製造方法によって得ることができる。 The aqueous dispersion containing the cellulose nanofibers can be obtained by a production method including, for example, an oxidation step of oxidizing natural cellulose fibers to obtain oxidized cellulose fibers and a miniaturization step of refining the oxidized cellulose fibers.

まず、酸化工程は、原料となる天然セルロース繊維に対して水を加え、ミキサー等で処理して、水中に天然セルロース繊維を分散させたスラリーを調製する。 First, in the oxidation step, water is added to the natural cellulose fiber as a raw material and treated with a mixer or the like to prepare a slurry in which the natural cellulose fiber is dispersed in water.

ここで、天然セルロース繊維としては、例えば、木材パルプ、綿系パルプ、バクテリアセルロース等が含まれる。より詳細には、木材パルプとしては、例えば針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等を挙げることができ、綿系パルプとしては、コットンリンター、コットンリントなどを挙げることができ、非木材系パルプとしては、麦わらパルプ、バガスパルプ等を挙げることができる。天然セルロース繊維は、これらの少なくとも1種以上を用いることができる。 Here, examples of the natural cellulose fiber include wood pulp, cotton pulp, bacterial cellulose and the like. More specifically, examples of wood pulp include coniferous pulp, hardwood pulp and the like, examples of cotton pulp include cotton linter and cotton lint, and examples of non-wood pulp include cotton linter and cotton lint. Straw pulp, bagus pulp and the like can be mentioned. At least one of these can be used as the natural cellulose fiber.

天然セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリル束とその間を埋めているリグニン及びヘミセルロースから構成された構造を有する。すなわち、セルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束の周囲をヘミセルロースが覆い、さらにこれをリグニンが覆った構造を有していると推測される。リグニンによってセルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束間は、強固に接着しており、植物繊維を形成している。そのため、植物繊維中のリグニンはあらかじめ除去されていることが、植物繊維中のセルロース繊維の凝集を防ぐことができるという点で好ましい。具体的に
は、植物繊維含有材料中のリグニン含有量は、通常40質量%程度以下、好ましくは10質量%程度以下である。また、リグニンの除去率の下限は、特に限定されるものではなく、0質量%に近いほど好ましい。なお、リグニン含有量の測定は、Klason法により測定することができる。
The natural cellulose fiber has a structure composed of a cellulose microfibril bundle and lignin and hemicellulose filling the space between the bundles. That is, it is presumed that hemicellulose covers the cellulose microfibrils and / or the cellulose microfibril bundles, and lignin covers them. Cellulose microfibrils and / or cellulose microfibril bundles are firmly adhered to each other by lignin to form plant fibers. Therefore, it is preferable that the lignin in the plant fiber is removed in advance from the viewpoint that the aggregation of the cellulose fiber in the plant fiber can be prevented. Specifically, the lignin content in the plant fiber-containing material is usually about 40% by mass or less, preferably about 10% by mass or less. Further, the lower limit of the removal rate of lignin is not particularly limited, and it is preferable that it is close to 0% by mass. The lignin content can be measured by the Klason method.

セルロースミクロフィブリルとしては、幅2~4nm程のセルロースミクロフィブリルが最小単位として存在し、これをシングルセルロースナノファイバーと呼ぶことができる。本発明において、「セルロースナノファイバー」とは、天然セルロース繊維及び/又は酸化セルロース繊維をナノサイズレベルまで解きほぐしたものであり、特に繊維幅の平均値が2nm~5nmであることができる。すなわち、セルロースナノファイバーは、シングルセルロースナノファイバー単体、またはシングルセルロースナノファイバーが複数本集まった束を含むことができる。ここで、「2nm~5nm」は2nm以上5nm以下の範囲であり、本明細書において「~」で示す数値範囲は上限と下限を含む。 As the cellulose microfibrils, cellulose microfibrils having a width of about 2 to 4 nm exist as the smallest unit, and these can be called single cellulose nanofibers. In the present invention, the "cellulose nanofiber" is a natural cellulose fiber and / or an oxidized cellulose fiber unraveled to a nanosize level, and in particular, the average value of the fiber width can be 2 nm to 5 nm. That is, the cellulose nanofibers can include a single cellulose nanofiber alone or a bundle of a plurality of single cellulose nanofibers. Here, "2 nm to 5 nm" is a range of 2 nm or more and 5 nm or less, and the numerical range indicated by "-" in the present specification includes an upper limit and a lower limit.

セルロースナノファイバーの繊維長の平均値は、200nm~310nmである。繊維長が200nm~310nmである短いセルロースナノファイバーを解繊した状態で分散することで、ゴム組成物の引張強さを向上させることができる。さらに、セルロースナノファイバーの繊維長の平均値は、300nm~310nmであることができるThe average value of the fiber length of the cellulose nanofibers is 200 nm to 310 nm . By dispersing short cellulose nanofibers having a fiber length of 200 nm to 310 nm in a defibrated state, the tensile strength of the rubber composition can be improved. Further, the average value of the fiber length of the cellulose nanofibers can be 300 nm to 310 nm .

なお、セルロースナノファイバーの繊維幅及び繊維長の平均値は、例えば、セルロースナノファイバーの0.001質量%水分散液を調製し、この希釈分散液をマイカ製試料台に薄く延ばし、50℃で加熱乾燥させて観察用試料を作成し、原子間力顕微鏡(AFM)にて観察した形状像の断面高さを計測することにより、数平均繊維幅あるいは繊維長として算術平均値として算出することができる。 The average value of the fiber width and fiber length of the cellulose nanofibers is, for example, prepared a 0.001% by mass aqueous dispersion of cellulose nanofibers, spread the diluted dispersion thinly on a mica sample table, and at 50 ° C. By heating and drying to prepare an observation sample and measuring the cross-sectional height of the shape image observed with an atomic force microscope (AFM), it can be calculated as an arithmetic mean value as a number average fiber width or fiber length. can.

次に、酸化工程として、水中においてN-オキシル化合物を酸化触媒として天然セルロース繊維を酸化処理して酸化セルロース繊維を得る。セルロースの酸化触媒として使用可能なN-オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシル(以下、TEMPOとも表記する)、4-アセトアミド-TEMPO、4-カルボキシ-TEMPO、4-フォスフォノオキシ-TEMPO等を用いることができる。 Next, as an oxidation step, natural cellulose fibers are oxidized in water using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst to obtain oxidized cellulose fibers. Examples of the N-oxyl compound that can be used as an oxidation catalyst for cellulose include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidin-N-oxyl (hereinafter, also referred to as TEMPO), 4-acetamide-TEMPO, and the like. 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO and the like can be used.

酸化工程後、例えば水洗とろ過を繰り返す精製工程を実施し、未反応の酸化剤や各種副生成物等の、スラリー中に含まれる酸化セルロース繊維以外の不純物を除去することができる。酸化セルロース繊維を含む溶媒は、例えば水に含浸させた状態であり、この段階では酸化セルロース繊維はセルロースナノファイバーの単位まで解繊されていない。溶媒は、水を用いることができるが、例えば、水以外にも目的に応じて水に可溶な有機溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類等)を使用することができる。 After the oxidation step, for example, a purification step of repeating washing and filtration can be carried out to remove impurities other than the oxidized cellulose fibers contained in the slurry, such as unreacted oxidizing agents and various by-products. The solvent containing the cellulose oxide fiber is, for example, impregnated with water, and at this stage, the cellulose oxide fiber is not defibrated to the unit of the cellulose nanofiber. Water can be used as the solvent, but for example, an organic solvent (alcohols, ethers, ketones, etc.) soluble in water can be used in addition to water depending on the purpose.

酸化セルロース繊維は、セルロースナノファイバーの水酸基の一部がカルボキシル基を有する置換基で変性され、カルボキシル基を有する。 The oxidized cellulose fiber has a carboxyl group by modifying a part of the hydroxyl group of the cellulose nanofiber with a substituent having a carboxyl group.

酸化セルロース繊維は、繊維幅の平均値が10μm~30μmであることができる。なお、酸化セルロース繊維の繊維幅の平均値は、電子顕微鏡の視野内の酸化セルロース繊維の少なくとも50本以上について測定した算術平均値である。 The average value of the fiber width of the oxidized cellulose fiber can be 10 μm to 30 μm. The average value of the fiber width of the cellulose oxide fiber is an arithmetic mean value measured for at least 50 or more of the cellulose oxide fibers in the field of view of the electron microscope.

酸化セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリルの束であることができる。酸化セルロース繊維は、後述する混合工程および乾燥工程において、セルロースナノファイバーの単位まで解繊されることを要しない。酸化セルロース繊維は微細化工程においてセルロースナノファイバーに解繊することができる。 Oxidized cellulose fibers can be bundles of cellulose microfibrils. Oxidized cellulose fibers do not need to be defibrated to the unit of cellulose nanofibers in the mixing step and the drying step described later. Oxidized cellulose fibers can be defibrated into cellulose nanofibers in the miniaturization step.

微細化工程は、酸化セルロース繊維を水等の溶媒中で撹拌処理することができ、セルロースナノファイバーを得ることができる。 In the miniaturization step, the cellulose oxide fibers can be agitated in a solvent such as water, and cellulose nanofibers can be obtained.

微細化工程において、分散媒としての溶媒を水とすることができる。また、水以外の溶媒として、水に可溶な有機溶媒、例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類等を単独でまたは組み合わせて使用することができる。 In the miniaturization step, the solvent as the dispersion medium can be water. Further, as a solvent other than water, an organic solvent soluble in water, for example, alcohols, ethers, ketones and the like can be used alone or in combination.

微細化工程における撹拌処理は、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等を用いることができる。 The stirring process in the miniaturization process includes, for example, a breaker, a beater, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, and a household juicer mixer. Etc. can be used.

また、微細化処理における酸化セルロース繊維を含む溶媒の固形分濃度は、例えば50質量%以下とすることができる。この固形分濃度が50質量%を超えると、分散に高いエネルギーを必要とすることになる。 Further, the solid content concentration of the solvent containing the oxidized cellulose fiber in the miniaturization treatment can be, for example, 50% by mass or less. If the solid content concentration exceeds 50% by mass, high energy is required for dispersion.

微細化工程によってセルロースナノファイバーを含む水分散液を得ることができる。繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmのセルロースナノファイバーを含む水分散液は、セルロースナノファイバーを0.1質量%~10質量%含み、かつ、粘度が1mPa・s~100mPa・sである。水分散液の粘度は、短いセルロースナノファイバーを含むことで長いセルロースナノファイバーを含むものよりも低くなる。セルロースナノファイバーの繊維長の平均値が310nmよりも短いことにより、引張強さを向上させることができる。繊維長の平均値が200nmより長いセルロースナノファイバーを含む水分散液であれば、製造することが可能である。セルロースナノファイバーの繊維長が長くなると、水分散液の粘度が高くなる傾向にある。水分散液の粘度の測定方法は、B型粘度計TV-10型粘度計(東機産業社)を用いて、1質量%のカルボキシル化セルロースナノファイバーの水分散液を、20℃、60rpmの条件で測定する。 An aqueous dispersion containing cellulose nanofibers can be obtained by the miniaturization step. An aqueous dispersion containing cellulose nanofibers having an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm contains 0.1% by mass to 10% by mass of cellulose nanofibers and has a viscosity. Is 1 mPa · s to 100 mPa · s. The viscosity of the aqueous dispersion is lower by including the short cellulose nanofibers than by containing the long cellulose nanofibers. Since the average value of the fiber length of the cellulose nanofibers is shorter than 310 nm , the tensile strength can be improved. Any aqueous dispersion containing cellulose nanofibers having an average fiber length of more than 200 nm can be produced. As the fiber length of the cellulose nanofibers becomes longer, the viscosity of the aqueous dispersion tends to increase. As a method for measuring the viscosity of the aqueous dispersion, a B-type viscometer TV-10 viscometer (Toki Sangyo Co., Ltd.) was used to apply 1% by mass of the carboxylated cellulose nanofiber aqueous dispersion at 20 ° C. and 60 rpm. Measure under conditions.

水分散液におけるセルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が300nm~310nmであることができ、水分散液の粘度は、5mPa・s~20mPa・sであることができる。繊維長の平均値がより短いセルロースナノファイバーを用いることで引張強さをより向上させることができる。 The cellulose nanofibers in the aqueous dispersion can have an average fiber length of 300 nm to 310 nm , and the viscosity of the aqueous dispersion can be 5 mPa · s to 20 mPa · s. The tensile strength can be further improved by using cellulose nanofibers having a shorter average fiber length.

セルロースナノファイバーを含む水分散液は、無色透明又は半透明な懸濁液であることができる。懸濁液には、表面酸化されると共に解繊されて微細化した繊維であるセルロースナノファイバーが水中に分散されている。すなわち、この水分散液においては、ミクロフィブリル間の強い凝集力(表面間の水素結合)を、酸化工程によるカルボキシル基の導入によって弱め、更に微細化工程を経ることで、セルロースナノファイバーが得られる。そして、酸化工程の条件を調整することにより、カルボキシル基含有量、極性、平均繊維幅、平均繊維長、平均アスペクト比等を制御することができる。 The aqueous dispersion containing the cellulose nanofibers can be a colorless transparent or translucent suspension. In the suspension, cellulose nanofibers, which are fibers that have been surface-oxidized and defibrated to be finely divided, are dispersed in water. That is, in this aqueous dispersion, the strong cohesive force between microfibrils (hydrogen bonds between surfaces) is weakened by the introduction of carboxyl groups in the oxidation step, and further through the micronization step, cellulose nanofibers can be obtained. .. Then, by adjusting the conditions of the oxidation step, the carboxyl group content, polarity, average fiber width, average fiber length, average aspect ratio and the like can be controlled.

(短繊維化処理)
短繊維化処理は、アルカリ性溶液中又は酸性溶液中で酸化セルロースを加水分解する処理である。加水分解処理の反応媒体は、副反応を抑制する観点から水が好ましい。アルカリ性溶液中で加水分解することにより、カルボキシル化セルロースナノファイバーの分散液の粘度を低減することができる。この理由は次のように推察される。N-オキシル化合物を用いて酸化した酸化セルロースの非晶質領域にはカルボキシル基が散在しており、当該カルボキシル基に隣接しているC5位の水素は、カルボキシル基により電子が吸引されているので電荷が欠乏している状態にある。そのため、pH8~14のアルカリ性条件下
では当該水素が水酸化物イオンで容易に引き抜かれ、β脱離反応によりグルコシド結合の開裂が生じる。その結果、酸化セルロースが短繊維化されるので、繊維長が短いカルボキシル化セルロースナノファイバーの割合も多くなり、カルボキシル化セルロースナノファイバーの分散液の粘度を低下することができる。
(Staple treatment)
The staple treatment is a treatment for hydrolyzing oxidized cellulose in an alkaline solution or an acidic solution. The reaction medium for the hydrolysis treatment is preferably water from the viewpoint of suppressing side reactions. By hydrolyzing in an alkaline solution, the viscosity of the dispersion of carboxylated cellulose nanofibers can be reduced. The reason for this is inferred as follows. Carboxyl groups are scattered in the amorphous region of cellulose oxide oxidized using the N-oxyl compound, and the hydrogen at the C5 position adjacent to the carboxyl group is attracted by the carboxyl group. It is in a state of lack of charge. Therefore, under alkaline conditions of pH 8 to 14, the hydrogen is easily extracted by hydroxide ions, and the β-elimination reaction causes cleavage of the glucosidic bond. As a result, since the oxidized cellulose is shortened, the proportion of the carboxylated cellulose nanofibers having a short fiber length is also increased, and the viscosity of the dispersion liquid of the carboxylated cellulose nanofibers can be lowered.

アルカリ性溶液中で加水分解する場合、反応における反応液のpH値は、8~14が好ましく、9~13がより好ましく、10~12がさらに好ましい。pH値が8未満であると、十分な加水分解が起こらず、酸化セルロースの短繊維化が不十分な場合がある。一方、pH値が14超であると、加水分解は進行するが、加水分解後の酸化セルロースが着色し、得られるセルロースナノファイバーも着色するので、透明性が低下し、適用技術が制限されるという問題が生じる場合がある。pH値の調整に用いるアルカリは水溶性であればよく、製造コストの観点から、水酸化ナトリウムが好ましい。 When hydrolyzing in an alkaline solution, the pH value of the reaction solution in the reaction is preferably 8 to 14, more preferably 9 to 13, and even more preferably 10 to 12. When the pH value is less than 8, sufficient hydrolysis does not occur, and the shortening of the oxidized cellulose may be insufficient. On the other hand, when the pH value is more than 14, hydrolysis proceeds, but the oxidized cellulose after hydrolysis is colored, and the obtained cellulose nanofibers are also colored, so that the transparency is lowered and the application technique is limited. May occur. The alkali used for adjusting the pH value may be water-soluble, and sodium hydroxide is preferable from the viewpoint of production cost.

アルカリ性溶液中で酸化セルロースを加水分解すると、β脱離の際に二重結合が生成することに起因して、酸化セルロースが黄色に着色する場合がある。そのため、得られるセルロースナノファイバーも着色して透明性が低下し、適用技術が制限される場合がある。そのため、加水分解工程は、二重結合の生成を抑制するために、助剤として酸化剤又は還元剤を用いて行うことが好ましい。pH値が8~14のアルカリ性溶液中で加水分解処理する際に、酸化剤や還元剤を用いると、二重結合を酸化又は還元しつつ、酸化セルロースを短繊維化することができる。酸化剤又は還元剤としては、アルカリ性領域で活性を有するものを使用できる。 Hydrolysis of cellulose oxide in an alkaline solution may cause the cellulose oxide to turn yellow due to the formation of double bonds during β-desorption. Therefore, the obtained cellulose nanofibers are also colored and the transparency is lowered, which may limit the application technique. Therefore, the hydrolysis step is preferably carried out using an oxidizing agent or a reducing agent as an auxiliary agent in order to suppress the formation of double bonds. When an oxidizing agent or a reducing agent is used during the hydrolysis treatment in an alkaline solution having a pH value of 8 to 14, the oxidized cellulose can be shortened while oxidizing or reducing the double bond. As the oxidizing agent or reducing agent, those having activity in the alkaline region can be used.

助剤の添加量は、反応効率の観点から、絶乾した酸化セルロースに対して0.1質量%~10質量%が好ましく、0.3質量%~5質量%がより好ましく、0.5質量%~2質量%がさらに好ましい。 From the viewpoint of reaction efficiency, the amount of the auxiliary agent added is preferably 0.1% by mass to 10% by mass, more preferably 0.3% by mass to 5% by mass, and 0.5% by mass with respect to the absolutely dried cellulose oxide. % To 2% by mass is more preferable.

酸化剤としては、例えば、酸素、オゾン、過酸化水素、次亜塩素酸塩が挙げられる。中でも、酸化剤は、ラジカルを発生し難い、酸素、過酸化水素、次亜塩素酸塩が好ましく、過酸化水素がより好ましい。なお、酸化剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the oxidizing agent include oxygen, ozone, hydrogen peroxide, and hypochlorite. Among them, as the oxidizing agent, oxygen, hydrogen peroxide and hypochlorite, which are less likely to generate radicals, are preferable, and hydrogen peroxide is more preferable. The oxidizing agent may be used alone or in combination of two or more.

還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム、ハイドロサルファイト、亜硫酸塩が挙げられる。なお、還元剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the reducing agent include sodium borohydride, hydrosulfite, and sulfites. The reducing agent may be used alone or in combination of two or more.

加水分解の反応温度は、反応効率の観点から、40℃~120℃が好ましく、50℃~100℃がより好ましく、60℃~90℃がさらに好ましい。温度が低いと、十分な加水分解が起こらず、酸化セルロースやカルボキシル化セルロースナノファイバーの短繊維化が不十分な場合がある。一方、温度が高いと加水分解は進行するが、加水分解後の酸化セルロースが着色する場合がある。 The reaction temperature for hydrolysis is preferably 40 ° C. to 120 ° C., more preferably 50 ° C. to 100 ° C., and even more preferably 60 ° C. to 90 ° C. from the viewpoint of reaction efficiency. When the temperature is low, sufficient hydrolysis does not occur, and the shortening of cellulose oxide or carboxylated cellulose nanofibers may be insufficient. On the other hand, when the temperature is high, hydrolysis proceeds, but the oxidized cellulose may be colored after hydrolysis.

加水分解の反応時間は、0.5時間~24時間が好ましく、1時間~10時間がより好ましく、2時間~6時間がさらに好ましい。 The reaction time for hydrolysis is preferably 0.5 hours to 24 hours, more preferably 1 hour to 10 hours, and even more preferably 2 hours to 6 hours.

反応効率の観点から、アルカリ性溶液中の酸化セルロースの濃度は、1質量%~20質量%が好ましく、3質量%~15質量%がより好ましく、5質量%~10質量%がさらに好ましい。 From the viewpoint of reaction efficiency, the concentration of cellulose oxide in the alkaline solution is preferably 1% by mass to 20% by mass, more preferably 3% by mass to 15% by mass, still more preferably 5% by mass to 10% by mass.

このようにして得られた水分散液は、例えば、セルロースナノファイバーの固形分1質量%に希釈した水分散液であることができる。さらに、水分散液は、光透過率が40%以
上であることができ、さらに光透過率が60%以上であることができ、特に80%以上であることができる。水分散液の透過率は、紫外可視分光光度計を用いて、波長660nmでの透過率として測定することができる。
The aqueous dispersion thus obtained can be, for example, an aqueous dispersion diluted to 1% by mass of the solid content of the cellulose nanofibers. Further, the aqueous dispersion can have a light transmittance of 40% or more, and can have a light transmittance of 60% or more, particularly 80% or more. The transmittance of the aqueous dispersion can be measured as the transmittance at a wavelength of 660 nm using an ultraviolet-visible spectrophotometer.

A-2.ゴムラテックス
ゴムラテックスは、天然ゴムラテックス溶液および合成ゴムラテックス溶液を使用することができる。
A-2. Rubber Latex As the rubber latex, a natural rubber latex solution and a synthetic rubber latex solution can be used.

天然ゴムラテックス溶液は、植物の代謝作用による天然の生産物であり、特に分散溶媒が水である、天然ゴム/水系のものを用いることができる。合成ゴムラテックス溶液としては、例えばスチレン-ブタジエン系ゴム、ブタジエンゴム、メチルメタクリレート-ブタジエン系ゴム、2-ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン系ゴム、アクリロニトリル-ブタジエン系ゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを乳化重合により製造したものを用いることができる。特に、アクリロニトリル-ブタジエン系ゴムラテックスの内、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム(H-NBR)ラテックスを用いることができる。合成ゴムラテックス溶液は、水性分散溶媒中に多数のゴムの微粒子が分散している。 The natural rubber latex solution is a natural product due to the metabolic action of plants, and in particular, a natural rubber / aqueous solution in which the dispersion solvent is water can be used. Examples of the synthetic rubber latex solution include styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, methylmethacrylate-butadiene rubber, 2-vinylpyridine-styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, chloroprene rubber, silicone rubber, and fluororubber. Can be used as produced by emulsification polymerization. In particular, among the acrylonitrile-butadiene rubber latex, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR) latex can be used. In the synthetic rubber latex solution, a large number of rubber fine particles are dispersed in an aqueous dispersion solvent.

B.ゴム組成物の製造方法
図1~図3は、一実施の形態に係るゴム組成物の製造方法を模式的に示す図である。
B. Method for Producing Rubber Composition FIGS. 1 to 3 are diagrams schematically showing a method for producing a rubber composition according to an embodiment.

ゴム組成物の製造方法は、繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmのセルロースナノファイバーを含む水分散液と、ゴムラテックスと、を混合して第1の混合物を得る混合工程と、前記第1の混合物を乾燥して第2の混合物を得る乾燥工程と、前記第2の混合物をオープンロールによって薄通ししてゴム組成物を得る分散工程と、を含む。 The first method for producing a rubber composition is to mix an aqueous dispersion containing cellulose nanofibers having an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm, and a rubber latex. A mixing step of obtaining the mixture, a drying step of drying the first mixture to obtain a second mixture, and a dispersion step of diluting the second mixture with an open roll to obtain a rubber composition. include.

B-1.混合工程
混合工程は、セルロースナノファイバーを含む水分散液と、ゴムラテックスと、を混合して第1の混合物を得る。混合工程としては、例えばロール混練装置によるロール混練法や、プロペラ式撹拌装置、ホモジナイザー、ロータリー撹拌装置、及び電磁撹拌装置による撹拌操作又は手動での撹拌操作などを用いることができる。特に、混合工程は、ロール混練法を用いることができる。
B-1. Mixing Step In the mixing step, an aqueous dispersion containing cellulose nanofibers and a rubber latex are mixed to obtain a first mixture. As the mixing step, for example, a roll kneading method using a roll kneading device, a stirring operation using a propeller type stirring device, a homogenizer, a rotary stirring device, and an electromagnetic stirring device, or a manual stirring operation can be used. In particular, a roll kneading method can be used for the mixing step.

ロール混練法に用いるロール混練装置は、例えばオープンロールを用いることができる。また、ロール混練法に用いるロール混練装置は、例えば二本ロール又は三本ロールを用いることができる。 As the roll kneading device used in the roll kneading method, for example, an open roll can be used. Further, as the roll kneading device used in the roll kneading method, for example, two rolls or three rolls can be used.

水分散液とゴムラテックスの混合物は、ロール間距離を所定間隔に設定したロール混練装置に徐々に投入する。ロール間距離は、水分散液とゴムラテックスの混合物がロールに巻き付く程度であって、かつロール間から混合物が落下しない程度の距離に設定することができる。ロール混練装置に投入された混合物は、混練されることによって徐々に粘度が高くなる。混合物の粘度が高くなったら、混合物をロール混練装置から取り出し、ロール間距離をさらに狭く設定して、再びロール混練装置に投入することができる。この工程を複数回実施することができる。 The mixture of the aqueous dispersion and the rubber latex is gradually added to the roll kneading device in which the distance between the rolls is set at a predetermined interval. The distance between the rolls can be set so that the mixture of the aqueous dispersion and the rubber latex wraps around the rolls and the mixture does not fall from between the rolls. The mixture charged into the roll kneading device gradually increases in viscosity by being kneaded. When the viscosity of the mixture becomes high, the mixture can be taken out from the roll kneading device, the distance between the rolls can be set narrower, and the mixture can be put into the roll kneading device again. This step can be performed a plurality of times.

混合工程を実施することによって、ロール間を通る間に、セルロースナノファイバーがゴムの微粒子の中に入り込むことが予想できる。特に、ロール混練法を用いることによって、他の撹拌操作に比べて、繊維による補強効果がより向上することができる。 By carrying out the mixing step, it can be expected that the cellulose nanofibers will enter the rubber fine particles while passing between the rolls. In particular, by using the roll kneading method, the reinforcing effect of the fibers can be further improved as compared with other stirring operations.

混合工程で得られる第1の混合物は、乾燥工程後の質量比で、ゴム固形成分100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部を含むことができ、さらに0.1質量部~40質量部であることができ、特に、繊維長の平均値が310nmを超え330nm以下のセルロースナノファイバーを含む第1の混合物の場合には5質量部~20質量部であることができ、さらに5質量部以上20質量部未満であることができ、また、繊維長の平均値が300nm~310nmのセルロースナノファイバーを含む第1の混合物の場合には5質量部~20質量部であることができる。セルロースナノファイバーが0.1質量部以上であると補強効果が得られ、60質量部以下であれば乾燥工程後の加工も可能である。 The first mixture obtained in the mixing step can contain 0.1 part by mass to 60 parts by mass of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of the rubber solid component in a mass ratio after the drying step, and further 0. It can be 1 part by mass to 40 parts by mass, and particularly 5 parts by mass to 20 parts by mass in the case of the first mixture containing cellulose nanofibers having an average value of fiber length of more than 310 nm and not more than 330 nm. It can be 5 parts by mass or more and less than 20 parts by mass, and 5 parts by mass to 20 parts by mass in the case of the first mixture containing cellulose nanofibers having an average value of fiber lengths of 300 nm to 310 nm. Can be a department. If the amount of cellulose nanofibers is 0.1 parts by mass or more, a reinforcing effect can be obtained, and if it is 60 parts by mass or less, processing after the drying step is possible.

B-2.乾燥工程
乾燥工程は、混合工程で得られた第1の混合物を乾燥して第2の混合物を得る工程である。例えば、第1の混合物は、水分を含むので、水を除去するための一般的な方法を採用することができる。例えば、乾燥工程は、自然乾燥、オーブン乾燥、凍結乾燥、噴露乾燥、パルス燃焼などの公知の乾燥方法を採用することができる。
B-2. Drying step The drying step is a step of drying the first mixture obtained in the mixing step to obtain a second mixture. For example, since the first mixture contains water, common methods for removing water can be adopted. For example, as the drying step, known drying methods such as natural drying, oven drying, freeze drying, blast drying, and pulse combustion can be adopted.

乾燥工程は、ゴム、セルロースナノファイバーが熱分解しない温度で実施することができ、例えば100℃で加熱して乾燥することができる。 The drying step can be carried out at a temperature at which rubber and cellulose nanofibers do not thermally decompose, and can be dried by heating at, for example, 100 ° C.

第2の混合物は、ゴム成分と、セルロースナノファイバーと、を含む。第2の混合物は、ゴム100質量部に対してセルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含む。さらに、第2の混合物は、セルロースナノファイバーを1質量部~50質量部含むことができ、特に、5質量部~40質量部含むことができる。第2の混合物中にセルロースナノファイバーを0.1質量部以上含むとゴム組成物の補強効果を得ることができ、溶媒中にセルロースナノファイバーを60質量部以下含むと容易に加工することができる。 The second mixture contains a rubber component and cellulose nanofibers. The second mixture contains 0.1 part by mass to 60 parts by mass of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of rubber. Further, the second mixture can contain 1 part by mass to 50 parts by mass of cellulose nanofibers, and in particular, 5 parts by mass to 40 parts by mass. When 0.1 part by mass or more of cellulose nanofibers is contained in the second mixture, the reinforcing effect of the rubber composition can be obtained, and when 60 parts by mass or less of cellulose nanofibers is contained in the solvent, it can be easily processed. ..

B-3.分散工程
分散工程は、セルロースナノファイバーを含む第2の混合物をオープンロールで薄通ししてゴム組成物を得ることができる。分散工程は、ゴム100質量部に対してセルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含む第2の混合物をロール間隔が0mm~0.5mmでロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しする。
B-3. Dispersion Step In the dispersion step, a second mixture containing cellulose nanofibers can be thinly passed through an open roll to obtain a rubber composition. In the dispersion step, a second mixture containing 0.1 part by mass to 60 parts by mass of cellulose nanofibers is set to a roll interval of 0 mm to 0.5 mm and a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C. with respect to 100 parts by mass of rubber. Thinly through using an open roll.

まず、薄通しの前に、図1に示すように、第1のロール10に巻き付けられた第2の混合物30の素練りを行なうことができ、第2の混合物中のゴムの分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。素練りによって生成されたゴムのフリーラジカルがセルロースナノファイバーと結びつきやすい状態となる。 First, prior to thinning, as shown in FIG. 1, the second mixture 30 wound around the first roll 10 can be kneaded to moderately squeeze the rubber molecular chains in the second mixture. Cleaves to generate free radicals. The rubber free radicals generated by kneading are in a state where they can easily bind to the cellulose nanofibers.

次に、図2に示すように、第1のロール10に巻き付けられた第2の混合物30のバンク34に、配合剤80を適宜投入し、混練して中間混合物36(図3に示す)を得る混練工程を行うことができる。ここで配合剤80は、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、受酸剤などを挙げることができる。これらの配合剤は、混合の過程の適切な時期にゴムに投入することができる。 Next, as shown in FIG. 2, the compounding agent 80 is appropriately added to the bank 34 of the second mixture 30 wound around the first roll 10 and kneaded to obtain the intermediate mixture 36 (shown in FIG. 3). The resulting kneading step can be performed. Here, the compounding agent 80 is, for example, a cross-linking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization delaying agent, a softening agent, a plasticizer, a curing agent, a reinforcing agent, a filler, an antiaging agent, a coloring agent, and an acid receiving acid. Agents and the like can be mentioned. These formulations can be added to the rubber at the appropriate time during the mixing process.

図1~図2の中間混合物36(図3に示す)を得る工程については、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。 The step of obtaining the intermediate mixture 36 (shown in FIG. 3) of FIGS. 1 to 2 is not limited to the open roll method, and for example, a closed kneading method or a multi-screw extrusion kneading method can also be used.

さらに、図3に示すように、薄通しを行うことができる。薄通しの工程は、ロール間隔が0~0.5mmのオープンロール2を用いて、ロール温度が0℃~50℃で薄通しを行って未架橋のゴム組成物50を得る工程を行う。この工程では、第1のロール10と第2
のロール20とのロール間隔dを、0mm~0.5mmの間隔に設定し、図2で説明した混練によって得られた中間混合物36をオープンロール2に投入して薄通しを1回~複数回行なうことができる。薄通しの回数は、例えば1回~10回程度行なうことができる。第1のロール10の表面速度をV1、第2のロール20の表面速度をV2とすると、薄通しにおける両者の表面速度比(V1/V2)は、1.05~3.00であることができ、さらに1.05~1.2であることができる。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 3, thinning can be performed. In the thinning step, an open roll 2 having a roll interval of 0 to 0.5 mm is used, and thinning is performed at a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C. to obtain an uncrosslinked rubber composition 50. In this step, the first roll 10 and the second roll
The roll interval d with the roll 20 is set to an interval of 0 mm to 0.5 mm, and the intermediate mixture 36 obtained by the kneading described in FIG. 2 is put into the open roll 2 and thinly threaded once or multiple times. Can be done. The number of thinnings can be, for example, about 1 to 10 times. Assuming that the surface speed of the first roll 10 is V1 and the surface speed of the second roll 20 is V2, the surface speed ratio (V1 / V2) of both in thinning is 1.05 to 3.00. It can be 1.05 to 1.2. By using such a surface velocity ratio, a desired shearing force can be obtained.

このように狭いロール間から押し出されたゴム組成物50は、ゴムの弾性による復元力で図3のように大きく変形し、その際にゴムと共にセルロースナノファイバーが大きく移動する。薄通しして得られたゴム組成物50は、ロールで圧延されて所定厚さ、例えば100μm~500μmのシート状に分出しされる。 The rubber composition 50 extruded from such a narrow roll is greatly deformed as shown in FIG. 3 by the restoring force due to the elasticity of the rubber, and at that time, the cellulose nanofibers move greatly together with the rubber. The rubber composition 50 obtained by thinly rolling is rolled with a roll and dispensed into a sheet having a predetermined thickness, for example, 100 μm to 500 μm.

この薄通しの工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、ロール温度を0℃~50℃に設定して行い、さらに5℃~30℃の比較的低い温度に設定して行うことができる。ゴム組成物の実測温度も0℃~50℃に調整されることができ、さらに5℃~30℃に調整されることができる。 In this thinning step, in order to obtain the highest possible shearing force, the roll temperature can be set to 0 ° C. to 50 ° C., and further set to a relatively low temperature of 5 ° C. to 30 ° C. The measured temperature of the rubber composition can also be adjusted to 0 ° C to 50 ° C, and further can be adjusted to 5 ° C to 30 ° C.

このような温度範囲に調整することによって、ゴムの弾性を利用してセルロースナノファイバーを解繊し、解繊されたセルロースナノファイバーをゴム組成物中に分散することができる。 By adjusting to such a temperature range, cellulose nanofibers can be defibrated by utilizing the elasticity of rubber, and the deflated cellulose nanofibers can be dispersed in the rubber composition.

この薄通しの工程における高い剪断力により、ゴムに高い剪断力が作用し、凝集していたセルロースナノファイバーがゴムの分子に1本ずつ引き抜かれるように相互に分離し、ゴム中に分散される。特に、ゴムは、弾性と、粘性と、を有するため、セルロースナノファイバーを解繊し、分散することができる。そして、セルロースナノファイバーの分散性および分散安定性(セルロースナノファイバーが再凝集しにくいこと)に優れたゴム組成物50を得ることができる。 Due to the high shearing force in this thinning process, a high shearing force acts on the rubber, and the aggregated cellulose nanofibers are separated from each other so as to be pulled out one by one to the rubber molecules and dispersed in the rubber. .. In particular, since rubber has elasticity and viscosity, cellulose nanofibers can be defibrated and dispersed. Then, it is possible to obtain a rubber composition 50 having excellent dispersibility and dispersion stability of the cellulose nanofibers (the cellulose nanofibers are less likely to reaggregate).

より具体的には、オープンロールでゴムとセルロースナノファイバーとを混合すると、粘性を有するゴムがセルロースナノファイバーの相互に侵入する。セルロースナノファイバーの表面が例えば酸化処理によって適度に活性が高いと、特にゴムの分子と結合し易くできる。次に、ゴムに強い剪断力が作用すると、ゴムの分子の移動に伴ってセルロースナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるゴムの復元力によって、凝集していたセルロースナノファイバーが分離されて、ゴム中に分散されることになる。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。 More specifically, when the rubber and the cellulose nanofibers are mixed with an open roll, the viscous rubber penetrates into each other of the cellulose nanofibers. If the surface of the cellulose nanofibers is moderately active, for example, by oxidation treatment, it can be particularly easily bonded to rubber molecules. Next, when a strong shearing force acts on the rubber, the cellulose nanofibers also move with the movement of the rubber molecules, and the agglomerated cellulose nanofibers are separated by the restoring force of the rubber due to the elasticity after shearing. , Will be dispersed in the rubber. In particular, the open roll method is preferable because it can measure and control the actual temperature of the mixture as well as control the roll temperature.

B-4.凝固工程
混合工程と乾燥工程との間に、第1の混合物中のゴムラテックスを凝固する凝固工程をさらに含むことができる。
B-4. Coagulation Step Between the mixing step and the drying step, a coagulation step of coagulating the rubber latex in the first mixture can be further included.

上記B-1における混合工程で得られた第1の混合物は、そのままでは大量の水分を含むので、上記B-2における乾燥工程で水分を取り除くために長時間を要することになる。そこで、凝固工程は、水分散液である第1の混合物に、ゴムラテックスを凝固する公知の凝固剤を所定量投入して、撹拌混合する。第1の混合物中のゴム成分は凝固剤によって凝固する。凝固工程は、この凝固物に対して、脱水と洗浄とを含むことができる。脱水と洗浄は、複数回繰り返し行うことができる。 Since the first mixture obtained in the mixing step in B-1 contains a large amount of water as it is, it takes a long time to remove the water in the drying step in B-2. Therefore, in the coagulation step, a predetermined amount of a known coagulant that coagulates the rubber latex is added to the first mixture which is an aqueous dispersion, and the mixture is stirred and mixed. The rubber component in the first mixture is coagulated by the coagulant. The coagulation step can include dehydration and washing of the coagulated product. Dehydration and washing can be repeated multiple times.

この工程における脱水は、乾燥工程における乾燥時間を短縮できる程度の水分が取り除
ければよく、凝固したゴム成分と水分とをある程度分離するものである。脱水は、例えば、一般的な回転式脱水機(遠心分離)、ゴム被膜ロール、プレス機等を用いて行うことができる。また、この工程における洗浄は、例えば水によって行うことができる。
In the dehydration in this step, it is sufficient to remove enough water to shorten the drying time in the drying step, and the solidified rubber component and the water are separated to some extent. Dehydration can be performed using, for example, a general rotary dehydrator (centrifugation), a rubber film roll, a press machine, or the like. Further, the washing in this step can be performed with, for example, water.

凝固剤は、第1の混合物中のゴムラテックスの種類に応じて適宜公知のラテックス凝固剤を採用することができる。凝固剤としては、例えば、公知の酸や塩を用いることができ、高分子凝集剤を塩に代えて、または塩と共に用いてもよい。凝固剤に用いる酸としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、クエン酸、シュウ酸、硫酸、塩酸、炭酸などを用いることができる。凝固剤に用いる塩としては、例えば、塩化ナトリウム、硫酸アルミニウム、硝酸カルシウムなどを用いることができる。高分子凝集剤としては、アニオン型、カチオン型、ノニオン型の高分子凝集剤のいずれでも用いることができる。 As the coagulant, a known latex coagulant can be appropriately adopted depending on the type of rubber latex in the first mixture. As the coagulant, for example, a known acid or salt can be used, and the polymer flocculant may be used in place of the salt or in combination with the salt. As the acid used for the coagulant, formic acid, acetic acid, propionic acid, citric acid, oxalic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, carbonic acid and the like can be used. As the salt used as the coagulant, for example, sodium chloride, aluminum sulfate, calcium nitrate and the like can be used. As the polymer flocculant, any of anionic type, cationic type and nonionic type polymer flocculants can be used.

凝固工程において第1の混合物から大量の水分を取り除くことができるので、凝固工程の後に行われる乾燥工程の加熱時間を短縮することができ、作業効率が向上する。 Since a large amount of water can be removed from the first mixture in the coagulation step, the heating time in the drying step performed after the coagulation step can be shortened, and the work efficiency is improved.

C.ゴム組成物
ゴム組成物は、ゴムラテックスとして水素化アクリルニトリル-ブタジエンゴムを用いて前記ゴム組成物の製造方法によって得ることができる。
C. Rubber Composition The rubber composition can be obtained by the method for producing the rubber composition using hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber as the rubber latex.

ゴム組成物は、水素化アクリルニトリル-ブタジエンゴムに解繊されたセルロースナノファイバーが分散するゴム組成物であって、セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmであり、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含む。ゴム組成物が310nm以下の繊維長が短いセルロースナノファイバーを解繊した状態で分散して含むことで、ゴム組成物の引張強さを向上させることができる。ゴム組成物の引張強さ変化率が15%以上150%以下である。引張強さ変化率とは、ゴム組成物からセルロースナノファイバーを除いて配合が同じ原料ゴムの引張強さ(TSo)に対するゴム組成物の引張強さ(TSa)の変化率[(TSa-TSo)/(TSo)×100(%)]である。引張強さは、JIS6号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片で、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6251に基づいて引張試験を行い測定する。 The rubber composition is a rubber composition in which cellulose nanofibers defibrated in hydrided acrylonitrile-butadiene rubber are dispersed. Cellulose nanofibers have an average fiber length of 200 nm to 310 nm and a fiber width. The average value is 2 nm to 5 nm, and 0.1 part by mass to 60 parts by mass of cellulose nanofibers is contained with respect to 100 parts by mass of hydrided acrylonitrile-butadiene rubber. When the rubber composition contains cellulose nanofibers having a short fiber length of 310 nm or less in a defibrated state, the tensile strength of the rubber composition can be improved. The rate of change in tensile strength of the rubber composition is 15% or more and 150% or less. The rate of change in tensile strength is the rate of change in the tensile strength (TSa) of the rubber composition with respect to the tensile strength (TSo) of the raw rubber having the same composition except that the cellulose nanofibers are removed from the rubber composition [(TSa-TSo). / (TSo) x 100 (%)]. The tensile strength is measured by performing a tensile test based on JIS K6251 at 23 ± 2 ° C. and a tensile speed of 500 mm / min with a test piece punched into a JIS No. 6 dumbbell shape.

セルロースナノファイバーを含む凝集体は、多数のセルロースナノファイバーが寄り集った状態の塊である。 An aggregate containing cellulose nanofibers is a mass in which a large number of cellulose nanofibers are gathered together.

本実施形態におけるゴム組成物によれば、凝集体を有していないことが望ましく、セルロースナノファイバーが解繊した状態で分散することで補強され、剛性、強度、及び耐疲労性に優れる。特に、ゴム組成物によれば、引張強さを向上させることができる。特に、凝集体を有するゴム組成物は、引張試験において凝集体が破壊起点となり、引張強さを低下させる原因となる。ゴム組成物は、引張強さ向上の観点からセルロースナノファイバーが十分に解繊されて0.1mm以上の凝集体を含まないことが望ましい。 According to the rubber composition in the present embodiment, it is desirable that the rubber composition does not have aggregates, and the cellulose nanofibers are reinforced by being dispersed in a defibrated state, and are excellent in rigidity, strength, and fatigue resistance. In particular, according to the rubber composition, the tensile strength can be improved. In particular, in the rubber composition having an agglomerate, the agglomerate becomes a fracture starting point in the tensile test, which causes a decrease in the tensile strength. From the viewpoint of improving the tensile strength, it is desirable that the rubber composition is sufficiently deflated with cellulose nanofibers and does not contain aggregates of 0.1 mm or more.

さらに、ゴム組成物は、ゴム100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~40質量部含むことができ、特に、繊維長の平均値が310nmを超え330nm以下のセルロースナノファイバーを含む第1の混合物の場合には5質量部~20質量部であることができ、さらに5質量部以上20質量部未満であることができ、また、繊維長の平均値が300nm~310nmのセルロースナノファイバーを含む第1の混合物の場合には5質量部~20質量部であることができる。 Further, the rubber composition can contain 0.1 part by mass to 40 parts by mass of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of rubber, and in particular, cellulose nanofibers having an average fiber length of more than 310 nm and not more than 330 nm. In the case of the first mixture containing, it can be 5 parts by mass to 20 parts by mass, further can be 5 parts by mass or more and less than 20 parts by mass, and the average value of the fiber length is 300 nm to 310 nm. In the case of the first mixture containing cellulose nanofibers, it can be 5 parts by mass to 20 parts by mass.

ここで説明したゴム組成物の製造方法において、通常、ゴムの加工で用いられる配合剤
を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。
In the method for producing a rubber composition described here, a compounding agent usually used in rubber processing can be added. A known compounding agent can be used.

以上のように、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。したがって、このような変形例はすべて、本発明の範囲に含まれるものとする。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail, but those skilled in the art can easily understand that many modifications that do not substantially deviate from the new matters and effects of the present invention are possible. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

(1-1)参考例1~3のサンプルの作製
水分散液を得る工程:
具体的には、針葉樹の漂白クラフトパルプをイオン交換水で十分に攪拌した後、パルプ質量100gに対し、TEMPO1.25質量%、臭化ナトリウム12.5質量%、次亜塩素酸ナトリウム28.4質量%を20℃でこの順で添加した。水酸化ナトリウムを滴下してpHを10.5に保持し、酸化反応を行った。酸化反応を120分行った後に滴下を停止し、TEMPO酸化した酸化セルロース繊維を10質量%含む水分散液を得た。酸化セルロース繊維は、元のパルプと同程度の繊維幅10μm~30μm、繊維長さ1mm~5mmであった。
(1-1) Preparation of Samples of Reference Examples 1 to 3 Step of obtaining an aqueous dispersion:
Specifically, after sufficiently stirring the bleached kraft pulp of softwood with ion-exchanged water, TEMPO 1.25% by mass, sodium bromide 12.5% by mass, and sodium hypochlorite 28.4 with respect to 100 g of pulp mass. %% By mass was added in this order at 20 ° C. Sodium hydroxide was added dropwise to maintain the pH at 10.5, and an oxidation reaction was carried out. After the oxidation reaction was carried out for 120 minutes, the dropping was stopped to obtain an aqueous dispersion containing 10% by mass of TEMPO-oxidized cellulose oxide fibers. The oxidized cellulose fibers had a fiber width of 10 μm to 30 μm and a fiber length of 1 mm to 5 mm, which were similar to those of the original pulp.

さらに、イオン交換水を用いて酸化セルロース繊維を十分に洗浄し、次いで脱水処理を行った。その後、酸化セルロースの5%(w/v)スラリーに過酸化水素を酸化セルロースに対して1%(w/v)添加し、1M水酸化ナトリウムでpHを11.3に調整した。このスラリーを80℃で、2時間加水分解処理した。その後、ガラスフィルターで濾過し、十分に水洗した。その後、加水分解した酸化セルロース繊維をイオン交換水により固形分5質量%に調整し、高圧ホモジナイザーを用いて微細化処理を行い、セルロースナノファイバーを1質量%含む水分散液を得た。参考例1~3に用いたセルロースナノファイバーの繊維幅の平均値は3.3nm、繊維長の平均値は320nmであった。 Further, the oxidized cellulose fibers were thoroughly washed with ion-exchanged water, and then dehydrated. Then, 1% (w / v) of hydrogen peroxide was added to the 5% (w / v) slurry of cellulose oxide with respect to the cellulose oxide, and the pH was adjusted to 11.3 with 1 M sodium hydroxide. This slurry was hydrolyzed at 80 ° C. for 2 hours. Then, it was filtered with a glass filter and washed thoroughly with water. Then, the hydrolyzed cellulose oxide fiber was adjusted to a solid content of 5% by mass with ion-exchanged water, and subjected to a micronization treatment using a high-pressure homogenizer to obtain an aqueous dispersion containing 1% by mass of cellulose nanofibers. The average value of the fiber width of the cellulose nanofibers used in Reference Examples 1 to 3 was 3.3 nm, and the average value of the fiber length was 320 nm.

水分散液は、粘度が23mPa・sであった。水分散液の粘度は、B型粘度(mPa・s)であって、TV-10型粘度計(東機産業社)を用いて、1質量%のカルボキシル化セルロースナノファイバーの水分散液のB型粘度を、20℃、60rpmの条件で測定した。 The aqueous dispersion had a viscosity of 23 mPa · s. The viscosity of the aqueous dispersion is B-type viscosity (mPa · s), and B of the aqueous dispersion of 1% by mass of carboxylated cellulose nanofibers using a TV-10 viscometer (Toki Sangyo Co., Ltd.). The mold viscosity was measured under the conditions of 20 ° C. and 60 rpm.

混合工程:
このセルロースナノファイバーを1質量%含む水分散液に水素化ニトリルゴム(以下、「H-NBR」という)ラテックス(日本ゼオン社製ZLx-B:固形分濃度40質量%の水分散体)を投入し、ジューサーミキサーを用いて回転数10000rpmで混合して、第1の混合物を得た。さらにミキサーの混合の後、ニップを10μmに設定したEXAKT社製の三本ロール(M-50)に回転数200rpmで通して、追加の混合を行い、第1の混合物を得た。
Mixing process:
Hydrogenated nitrile rubber (hereinafter referred to as "H-NBR") latex (ZLx-B manufactured by Nippon Zeon Corporation: an aqueous dispersion having a solid content concentration of 40% by mass) is added to the aqueous dispersion containing 1% by mass of the cellulose nanofibers. Then, the mixture was mixed at a rotation speed of 10000 rpm using a juicer mixer to obtain a first mixture. Further, after mixing the mixer, the mixture was passed through a three-roll (M-50) manufactured by EXAKT with a nip set to 10 μm at a rotation speed of 200 rpm for additional mixing to obtain a first mixture.

乾燥工程:
第1の混合物を50℃に設定したオーブン内で4日間加熱乾燥して、第2の混合物を得た。乾燥後の第2の混合物におけるセルロースナノファイバーの配合量は、表1に示した。なお、表1~表3における配合量は、質量部(phr)であり、H-NBRラテックスの配合量は乾燥体重量である。
Drying process:
The first mixture was heated and dried in an oven set at 50 ° C. for 4 days to give a second mixture. The blending amount of the cellulose nanofibers in the second mixture after drying is shown in Table 1. The blending amount in Tables 1 to 3 is parts by mass (phr), and the blending amount of H-NBR latex is the weight of the dried body.

分散工程:
第2の混合物をロール間隔1.5mmで素練りし、老化防止剤及び架橋助剤を加えて混合し、ロール間隙0.3mmのオープンロールに投入し、10℃~30℃で薄通しをしてゴ
ム組成物サンプルを得た。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。薄通しは繰り返し5回行った。
Dispersion process:
The second mixture is kneaded at a roll interval of 1.5 mm, an antiaging agent and a cross-linking aid are added and mixed, and the mixture is placed in an open roll having a roll gap of 0.3 mm and thinly passed at 10 ° C to 30 ° C. A rubber composition sample was obtained. At this time, the surface velocity ratio of the two rolls was set to 1.1. The thinning was repeated 5 times.

加硫工程:
薄通しして得られたゴム組成物サンプルに架橋剤としてパーオキサイド8質量部を加えて分出ししたシートを165℃、30分間圧縮成形して厚さ1mmのシート状の架橋体ゴム組成物サンプルを得た。
Vulcanization process:
A sheet-like crosslinked rubber composition sample having a thickness of 1 mm was compression-molded at 165 ° C. for 30 minutes by adding 8 parts by mass of peroxide as a cross-linking agent to the rubber composition sample obtained by thinly passing through. Got

(1-2)実施例4~6のサンプルの作製
1M水酸化ナトリウムでpHを12に調整したほかは上記(1-1)の水分散液を得る工程と同様にして、セルロースナノファイバーを1質量%含む水分散液を得た。実施例4~6に用いたセルロースナノファイバーの繊維幅の平均値は3.3nm、繊維長の平均値は310nmであった。また、水分散液の粘度は、6.5mPa・sであった。
(1-2) Preparation of Samples of Examples 4 to 6 Cellulose nanofibers were added to 1 in the same manner as in the step of obtaining the aqueous dispersion of (1-1) above, except that the pH was adjusted to 12 with 1M sodium hydroxide. An aqueous dispersion containing% by mass was obtained. The average value of the fiber width of the cellulose nanofibers used in Examples 4 to 6 was 3.3 nm, and the average value of the fiber length was 310 nm. The viscosity of the aqueous dispersion was 6.5 mPa · s.

この水分散液を用いて、上記(1-1)の「混合工程」、「乾燥工程」、「分散工程」、及び「加硫工程」を実施して厚さ1mmのシート状の架橋体ゴム組成物サンプルを得た。乾燥後の第2の混合物におけるセルロースナノファイバーの配合量は、表2に示した。 Using this aqueous dispersion, the above-mentioned (1-1) "mixing step", "drying step", "dispersion step", and "vulcanization step" are carried out to form a sheet-shaped crosslinked rubber having a thickness of 1 mm. A composition sample was obtained. The blending amount of the cellulose nanofibers in the second mixture after drying is shown in Table 2.

(1-3)比較例1~4のサンプルの作製
比較例1は、H-NBRラテックス(日本ゼオン社製ZLx-B)を50℃に設定したオーブン内で数日間加熱乾燥して得たいわゆる純ゴム配合であった。架橋剤、老化防止剤及び架橋助剤を配合して、上記(1-1)と同様に加硫工程を実施して厚さ1mmのシート状の架橋体ゴム組成物サンプルを得た。
(1-3) Preparation of Samples of Comparative Examples 1 to 4 Comparative Example 1 was obtained by heating and drying H-NBR latex (ZLx-B manufactured by Zeon Corporation) in an oven set at 50 ° C. for several days. It was a pure rubber compound. A cross-linking agent, an anti-aging agent and a cross-linking auxiliary were blended, and a vulcanization step was carried out in the same manner as in (1-1) above to obtain a sheet-shaped cross-linked rubber composition sample having a thickness of 1 mm.

比較例2~4は、上記(1-1)の参考例1~3と同様にTEMPO酸化した酸化セルロース繊維を10質量%含む水分散液を得て、加水分解処理を経ずに、酸化セルロース繊維をイオン交換水により固形分5質量%に調整し、高圧ホモジナイザーを用いて微細化処理を行い、セルロースナノファイバーを1質量%含む水分散液を得た。比較例2~4に用いたセルロースナノファイバーの繊維幅の平均値は3.3nm、繊維長の平均値は510nmであった。また、水分散液の粘度は、1250mPa・sであった。 In Comparative Examples 2 to 4, an aqueous dispersion containing 10% by mass of TEMPO-oxidized cellulose oxide fibers was obtained in the same manner as in Reference Examples 1 to 3 of (1-1) above, and the cellulose oxide was not subjected to hydrolysis treatment. The fibers were adjusted to a solid content of 5% by mass with ion-exchanged water and subjected to micronization treatment using a high-pressure homogenizer to obtain an aqueous dispersion containing 1% by mass of cellulose nanofibers. The average value of the fiber width of the cellulose nanofibers used in Comparative Examples 2 to 4 was 3.3 nm, and the average value of the fiber length was 510 nm. The viscosity of the aqueous dispersion was 1250 mPa · s.

この水分散液を用いて、上記(1-1)の「混合工程」、「乾燥工程」、「分散工程」、及び「加硫工程」を実施して厚さ1mmのシート状の架橋体ゴム組成物サンプルを得た。乾燥後の第2の混合物におけるセルロースナノファイバーの配合量は、表3に示した。 Using this aqueous dispersion, the above-mentioned (1-1) "mixing step", "drying step", "dispersion step", and "vulcanization step" are carried out to form a sheet-shaped crosslinked rubber having a thickness of 1 mm. A composition sample was obtained. The blending amount of the cellulose nanofibers in the second mixture after drying is shown in Table 3.

(2-1)基本特性試験
ゴム組成物サンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS A))をJIS K6253試験に基づいて測定した。
(2-1) Basic property test The rubber hardness (Hs (JIS A)) of the rubber composition sample was measured based on the JIS K6253 test.

ゴム組成物サンプルについて、引張強さ(TS(MPa))、破断伸び(Eb(%))、50%変形時の応力(σ50(MPa))及び100%変形時の応力(σ100(MPa))を、JIS6号形のダンベル形状に打ち抜いた試験片で、島津製作所社製の引張試験機を用いて、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6251に基づいて引張試験を行い測定した。 Tensile strength (TS (MPa)), elongation at break (Eb (%)), stress at 50% deformation (σ50 (MPa)) and stress at 100% deformation (σ100 (MPa)) for rubber composition samples. Was measured by performing a tensile test based on JIS K6251 at 23 ± 2 ° C. and a tensile speed of 500 mm / min using a tensile tester manufactured by Shimadzu Corporation with a test piece punched into a JIS No. 6 dumbbell shape.

表1~表3において、「TS変化率」は、引張強さ変化率のことであり、比較例1の引張強さ(TS)に対する各実施例~6、参考例1~3及び各比較例2~4の変化率であって、TS変化率(%)=(TSa-TSo)/(TSo)×100で求めた。ここで、TSaは実施例~6、参考例1~3及び比較例2~4の各TS値であり、TSoは比較例1のTS値(33.0MPa)である。 In Tables 1 to 3, the "TS change rate" is the rate of change in tensile strength, and each Example 4 to 6 and Reference Examples 1 to 3 and comparisons with respect to the tensile strength (TS) of Comparative Example 1 The rate of change in Examples 2 to 4 was determined by TS change rate (%) = (TSa-TSo) / (TSo) × 100. Here, TSa is the TS value of Examples 4 to 6 , Reference Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4, and TSo is the TS value of Comparative Example 1 (33.0 MPa).

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表1の結果から、参考例1~3のゴム組成物は、セルロースナノファイバーによって補強され、比較例1の純ゴムに比べて、引張強さ、50%変形時の応力、及び100%変形時の応力が向上した。特に、参考例1~3のゴム組成物は、同じセルロースナノファイバーの配合量である比較例2~4の各TS変化率に比べて大きく、引張強さが向上した。 From the results in Table 1, the rubber compositions of Reference Examples 1 to 3 are reinforced with cellulose nanofibers, and have tensile strength, stress at 50% deformation, and 100% deformation as compared with the pure rubber of Comparative Example 1. Stress has improved. In particular, the rubber compositions of Reference Examples 1 to 3 were larger than the TS change rates of Comparative Examples 2 to 4, which had the same amount of cellulose nanofibers, and the tensile strength was improved.

表2の結果から、実施例4~6のゴム組成物は、セルロースナノファイバーによって補強され、比較例1の純ゴムに比べて、引張強さ、50%変形時の応力、及び100%変形時の応力が向上した。特に、実施例4~6のゴム組成物は、同じセルロースナノファイバーの配合量である比較例2~4の各TS変化率に比べて大きく、引張強さが向上した。 From the results in Table 2, the rubber compositions of Examples 4 to 6 were reinforced with cellulose nanofibers, and had tensile strength, stress at 50% deformation, and 100% deformation as compared with the pure rubber of Comparative Example 1. Stress has improved. In particular, the rubber compositions of Examples 4 to 6 were larger than the rate of change of each TS of Comparative Examples 2 to 4, which had the same amount of cellulose nanofibers, and the tensile strength was improved.

(2-2)電子顕微鏡観察
実施例~6、参考例1~3及び比較例2~4のゴム組成物サンプルの引張試験後の破断面について、走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行い、セルロースナノファイバーの凝集体の有無を確認した。
(2-2) Electron Microscope Observation Scanning electron microscope (SEM) observation was performed on the fracture surface of the rubber composition samples of Examples 4 to 6 , Reference Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 after the tensile test. The presence or absence of aggregates of cellulose nanofibers was confirmed.

図4は、比較例4のゴム組成物のSEM写真であり、図5は、実施例6のゴム組成物のSEM写真である。実施例~6、参考例1~3及び比較例2~4のゴム組成物のサンプルは、破断面が滑らかで0.1mm以上の凝集体(凝集体があれば、破断面は凝集体からなる粒子形状が点在する海-島状に見える)は確認できなかった。 FIG. 4 is an SEM photograph of the rubber composition of Comparative Example 4, and FIG. 5 is an SEM photograph of the rubber composition of Example 6. The samples of the rubber compositions of Examples 4 to 6 , Reference Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 4 had a smooth fracture surface and an aggregate of 0.1 mm or more (if there is an aggregate, the fracture surface is from the aggregate). (It looks like a sea-island with scattered particle shapes) could not be confirmed.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the present invention includes substantially the same configurations as those described in the embodiments (eg, configurations with the same function, method, and result, or configurations with the same purpose and effect). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. Further, the present invention includes a configuration having the same action and effect as the configuration described in the embodiment or a configuration capable of achieving the same object. Further, the present invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

2…オープンロール、10…第1のロール、20…第2のロール、30…第2の混合物、34…バンク、36…中間混合物、50…ゴム組成物、80…配合剤、V1,V2…回転速度 2 ... open roll, 10 ... first roll, 20 ... second roll, 30 ... second mixture, 34 ... bank, 36 ... intermediate mixture, 50 ... rubber composition, 80 ... compounding agent, V1, V2 ... Rotational speed

Claims (7)

繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmのセルロースナノファイバーを含む水分散液と、ゴムラテックスと、を混合して第1の混合物を得る混合工程と、
前記第1の混合物を乾燥して第2の混合物を得る乾燥工程と、
前記第2の混合物をオープンロールによって薄通ししてゴム組成物を得る分散工程と、
を含み、
前記水分散液は、セルロースナノファイバーを0.1質量%~10質量%含み、
前記水分散液は、B型粘度計を用いて20℃、60rpmの条件で測定する粘度が1mPa・s~100mPa・sであり、
前記ゴムラテックスは、天然ゴムラテックス、スチレン-ブタジエン系ゴムラテックス、ブタジエンゴムラテックス、メチルメタクリレート-ブタジエン系ゴムラテックス、2-ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン系ゴムラテックス、アクリロニトリル-ブタジエン系ゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、シリコーンゴムラテックス、フッ素ゴムラテックスのいずれか1種以上を含み、
前記分散工程は、ゴム100質量部に対してセルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含む第2の混合物をロール間隔が0mm~0.5mmでロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しする、ゴム組成物の製造方法。
A mixing step of mixing an aqueous dispersion containing cellulose nanofibers having an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm with a rubber latex to obtain a first mixture.
A drying step of drying the first mixture to obtain a second mixture, and
A dispersion step of thinly passing the second mixture through an open roll to obtain a rubber composition, and a dispersion step.
Including
The aqueous dispersion contains 0.1% by mass to 10% by mass of cellulose nanofibers.
The aqueous dispersion has a viscosity of 1 mPa · s to 100 mPa · s measured at 20 ° C. and 60 rpm using a B-type viscometer .
The rubber latex includes natural rubber latex, styrene-butadiene rubber latex, butadiene rubber latex, methylmethacrylate-butadiene rubber latex, 2-vinylpyridine-styrene-butadiene rubber latex, acrylonitrile-butadiene rubber latex, and chloroprene rubber latex. , Silicone rubber latex, one or more of fluororubber latex,
In the dispersion step, a second mixture containing 0.1 part by mass to 60 parts by mass of cellulose nanofibers is set to a roll interval of 0 mm to 0.5 mm and a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C. with respect to 100 parts by mass of rubber. A method for producing a rubber composition, which is thinly passed through an open roll.
請求項1において、
セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が300nm~310nmであり、
前記水分散液は、前記粘度が5mPa・s~20mPa・sである、ゴム組成物の製造方法。
In claim 1,
Cellulose nanofibers have an average fiber length of 300 nm to 310 nm .
The method for producing a rubber composition, wherein the aqueous dispersion has a viscosity of 5 mPa · s to 20 mPa · s.
請求項1または2において、
前記混合工程は、ロール混練法を用いて行う、ゴム組成物の製造方法。
In claim 1 or 2,
The mixing step is a method for producing a rubber composition, which is carried out by using a roll kneading method.
請求項1~3のいずれか1項において、
前記混合工程と前記乾燥工程との間に、前記第1混合物中のゴムラテックスを凝固する凝固工程をさらに含む、ゴム組成物の製造方法。
In any one of claims 1 to 3,
A method for producing a rubber composition, further comprising a coagulation step of coagulating the rubber latex in the first mixture between the mixing step and the drying step.
水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴムに解繊されたセルロースナノファイバーが分散するゴム組成物であって、
セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が200nm~310nmでありかつ繊維幅の平均値が2nm~5nmであり、
水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~60質量部含み、
前記ゴム組成物の引張強さ変化率が15%以上150%以下であり、
前記引張強さ変化率は、ゴム組成物からセルロースナノファイバーを除いて配合が同じ水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴムの引張強さ(TSo)に対するゴム組成物の引張強さ(TSa)の変化率[(TSa-TSo)/(TSo)×100(%)]であり、前記引張強さは、23±2℃、引張速度500mm/minでJIS K6251の引張試験に基づいて測定する、ゴム組成物。
A rubber composition in which cellulose nanofibers defibrated in hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber are dispersed.
Cellulose nanofibers have an average fiber length of 200 nm to 310 nm and an average fiber width of 2 nm to 5 nm.
Contains 0.1 to 60 parts by mass of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber.
The rate of change in tensile strength of the rubber composition is 15% or more and 150% or less .
The rate of change in tensile strength is the rate of change in the tensile strength (TSa) of the rubber composition with respect to the tensile strength (TSo) of the hydrided acrylonitrile-butadiene rubber having the same composition except that the cellulose nanofibers are removed from the rubber composition. TSa-TSo) / (TSo) × 100 (%)], the rubber composition measured based on the tensile test of JIS K6251 at a tensile strength of 23 ± 2 ° C. and a tensile speed of 500 mm / min .
請求項5において、
セルロースナノファイバーは、繊維長の平均値が300nm~310nmであり、
ゴム100質量部に対して、セルロースナノファイバーを0.1質量部~40質量部含む、ゴム組成物。
In claim 5,
Cellulose nanofibers have an average fiber length of 300 nm to 310 nm .
A rubber composition containing 0.1 part by mass to 40 parts by mass of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of rubber.
請求項5または6において、
セルロースナノファイバーを含む直径が0.1mm以上の凝集体を有しない、ゴム組成物。
In claim 5 or 6,
A rubber composition containing cellulose nanofibers and having no aggregate having a diameter of 0.1 mm or more.
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