JP7157656B2 - Method for producing fine fibrous cellulose dispersion - Google Patents

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Description

本発明は、分散媒体に分散された微細繊維状セルロース分散体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fine fibrous cellulose dispersion dispersed in a dispersion medium.

植物繊維を細かく解すことで得られる微細繊維状セルロースは、ミクロフィブリルセルロース(以下「MFC」という場合がある)及びセルロースナノファイバー(以下「CNF」という場合がある)を包含する。微細繊維状セルロースは、約1nm~数10μm程度の繊維径の微細繊維であり、強度や剛性を高める機能を有するため、補強用途で用いられている。 Fine fibrous cellulose obtained by finely disintegrating plant fibers includes microfibril cellulose (hereinafter sometimes referred to as "MFC") and cellulose nanofibers (hereinafter sometimes referred to as "CNF"). Fine fibrous cellulose is a fine fiber having a fiber diameter of about 1 nm to several tens of μm, and has a function of increasing strength and rigidity, so it is used for reinforcement.

微細繊維状セルロースは、通常、水に分散している状態で得られ、固形分濃度が非常に低い。そのため、微細繊維状セルロースの水分散体をそのまま輸送する際には、大量の水を運ぶこととなり輸送に掛かる費用が高いという問題がある。そのため、乾燥品とする技術が開発されているが、微細繊維状セルロースは、一旦乾燥させると、高回転数かつ長時間の撹拌により分散処理を行わない限りは、微細繊維状セルロースとして再分散させることが難しかった(特許文献1等)。また、乾燥品とするために熱を加えると、変色してしまうという問題もあった。そのため、乾燥品とせず、高固形分濃度化して輸送することが行われている。 Microfibrous cellulose is usually obtained in a water dispersion and has a very low solids content. Therefore, when an aqueous dispersion of fine fibrous cellulose is transported as it is, a large amount of water is transported, resulting in a problem of high transport costs. For this reason, techniques for producing dried products have been developed, but once fine fibrous cellulose is dried, it is re-dispersed as fine fibrous cellulose unless dispersion treatment is performed by stirring at a high rotational speed for a long time. was difficult (Patent Document 1, etc.). There is also a problem of discoloration when heat is applied to obtain a dry product. Therefore, it is not treated as a dry product, but is transported with a high solid content.

しかし、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体は、粘度が高く固いゲル状であるため、そのままゴムラテックスなどの補強したい材料に対して、従来のアジテータ方式の撹拌装置を用いて添加・混合した場合には、当該材料に対して微細繊維状セルロースが均一に分散されず、混合して得られた組成物は、強度等の向上が十分ではなかった。また、高剪断力を付与することが可能なホモジナイザーを用いて、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体とゴムラテックスとを混合した場合には、ゴムラテックスがホモジナイザーの剪断力により凝集する場合があった。 However, since the fine fibrous cellulose dispersion with a high solid content concentration is highly viscous and in the form of a hard gel, it is added and mixed directly to the material to be reinforced, such as rubber latex, using a conventional agitator-type stirring device. In this case, the fine fibrous cellulose was not uniformly dispersed in the material, and the composition obtained by mixing was not sufficiently improved in strength and the like. In addition, when a fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration and rubber latex are mixed using a homogenizer capable of imparting a high shearing force, the rubber latex aggregates due to the shearing force of the homogenizer. was there.

さらに、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体を、補強したい材料に対して均一に分散させる目的で、分散体の粘度を下げて柔らかいゲル状とするために従来のアジテータ方式の撹拌装置を用いて希釈すると、均一に希釈ができずゲル粒が残ってしまう。したがって、この方法で希釈された微細繊維状セルロース分散体を、補強したい材料に対して添加・混合した場合には、当該材料に対して微細繊維状セルロースを均一に分散させることが困難であった。また、高剪断力を付与することが可能なホモジナイザーを用いて高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体を希釈する場合には、剪断力により微細繊維状セルロースの繊維長が短くなる問題があった。そのため、この方法で希釈された微細繊維状セルロース分散体は、強度や剛性を高める機能が損なわれ、補強効果に劣るものであった。また、ディスパ型の高速撹拌機やホモジナイザーを用いて、チキソ性の強い微細繊維状セルロース分散体を希釈する場合には、撹拌羽根の周辺のみにしか撹拌力が伝達されず、撹拌羽根から遠いエリアが流動しないため、均一な分散体を得ることが困難であった。 Furthermore, for the purpose of uniformly dispersing the fine fibrous cellulose dispersion with a high solid content concentration in the material to be reinforced, a conventional agitator type stirring device is used to lower the viscosity of the dispersion and make it a soft gel. However, if the gel is diluted with the gel, it cannot be uniformly diluted, and gel particles remain. Therefore, when the fine fibrous cellulose dispersion diluted by this method is added to and mixed with a material to be reinforced, it is difficult to uniformly disperse the fine fibrous cellulose in the material. . Further, when a fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content is diluted using a homogenizer capable of imparting a high shearing force, there is a problem that the shearing force shortens the fiber length of the fine fibrous cellulose. rice field. Therefore, the fine fibrous cellulose dispersion diluted by this method loses the function of increasing strength and rigidity, and is inferior in reinforcing effect. In addition, when diluting a fine fibrous cellulose dispersion with strong thixotropy using a disper-type high-speed stirrer or homogenizer, the stirring force is transmitted only to the periphery of the stirring blades, and the area far from the stirring blades did not flow, it was difficult to obtain a uniform dispersion.

よって、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体に対して、繊維長の短縮を引き起こさないように分散媒体との分散を行い、均一に分散された微細繊維状セルロース分散体を製造する方法が求められていた。また、分散媒体がゴムラテックスである場合には、ゴムラテックスを凝集させることなく、ゴムラテックスと微細繊維状セルロース分散体が均一に分散された微細繊維状セルロース分散体を製造する方法が求められていた。 Therefore, there is a method for producing a uniformly dispersed fine fibrous cellulose dispersion by dispersing a fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration with a dispersion medium so as not to cause shortening of the fiber length. was wanted. Further, when the dispersion medium is rubber latex, there is a demand for a method for producing a fine fibrous cellulose dispersion in which the rubber latex and the fine fibrous cellulose dispersion are uniformly dispersed without aggregating the rubber latex. rice field.

特開2015-134873号公報JP 2015-134873 A

そこで、本発明は、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体に対して、繊維長の短縮を引き起こさないように分散媒体との分散を行い、均一に分散された微細繊維状セルロース分散体を製造する方法を提供することを目的とする。さらには、分散媒体がゴムラテックスである場合には、ゴムラテックスを凝集させることなく、ゴムラテックスと微細繊維状セルロース分散体が均一に分散された微細繊維状セルロース分散体を製造する方法を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, a fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration is dispersed with a dispersion medium so as not to cause shortening of the fiber length, and a uniformly dispersed fine fibrous cellulose dispersion is obtained. The object is to provide a manufacturing method. Furthermore, when the dispersion medium is rubber latex, the present invention provides a method for producing a fine fibrous cellulose dispersion in which the rubber latex and the fine fibrous cellulose dispersion are uniformly dispersed without aggregating the rubber latex. for the purpose.

本発明者らは、かかる目的を達成するため鋭意検討した結果、特定のミキサーを用いて分散することが極めて有効であることを見出し、本発明を完成した。 The inventors of the present invention have made intensive studies to achieve this object, and as a result, have found that dispersion using a specific mixer is extremely effective, and completed the present invention.

本発明は以下を提供する。
(1) 固形分濃度1wt%以上の微細繊維状セルロース分散体を、分散媒体とともに、自転しながら公転する高速ディスパ羽根とタンク壁を掻き取る低速羽根とを有するミキサーを用いて分散する分散工程を含む、前記分散媒体に分散された微細繊維状セルロース分散体の製造方法。
(2) 前記高速ディスパ羽根の回転数が500~2000rpmであり、前記低速羽根の回転数が5~10rpmである(1)に記載の微細繊維状セルロース分散体の製造方法。
(3) 前記分散媒体が水または/およびゴムラテックスである(1)または(2)に記載の微細繊維状セルロース分散体の製造方法。
The present invention provides the following.
(1) A dispersion step of dispersing a fine fibrous cellulose dispersion with a solid content concentration of 1 wt% or more together with a dispersion medium using a mixer having high-speed disper blades that revolve while rotating and low-speed blades that scrape the tank wall. A method for producing a fine fibrous cellulose dispersion dispersed in the dispersion medium, comprising:
(2) The method for producing a fine fibrous cellulose dispersion according to (1), wherein the rotation speed of the high speed disper blade is 500 to 2000 rpm and the rotation speed of the low speed blade is 5 to 10 rpm.
(3) The method for producing a fine fibrous cellulose dispersion according to (1) or (2), wherein the dispersion medium is water and/or rubber latex.

本発明によれば、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体に対して、繊維長の短縮を引き起こさないように分散媒体との分散を行い、均一に分散された微細繊維状セルロース分散体を製造する方法を提供することができる。また、分散媒体がゴムラテックスである場合には、ゴムラテックスを凝集させることなく、ゴムラテックスと微細繊維状セルロース分散体が均一に分散された微細繊維状セルロース分散体を製造する方法を提供することができる。 According to the present invention, a fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration is dispersed with a dispersion medium so as not to cause shortening of the fiber length, and a uniformly dispersed fine fibrous cellulose dispersion is obtained. A method of manufacturing can be provided. Further, when the dispersion medium is rubber latex, it is intended to provide a method for producing a fine fibrous cellulose dispersion in which the rubber latex and the fine fibrous cellulose dispersion are uniformly dispersed without aggregating the rubber latex. can be done.

本発明の製造方法に用いられるミキサーの概略を示す断面図である。It is a sectional view showing an outline of a mixer used for a manufacturing method of the present invention.

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。本発明において「~」は端値を含む。すなわち「X~Y」はその両端の値XおよびYを含む。 The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, "-" includes end values. That is, "X through Y" includes the values X and Y at both ends.

本発明は、分散媒体に分散された微細繊維状セルロース分散体の製造方法であって、固形分濃度1wt%以上の微細繊維状セルロース分散体を、分散媒体とともに、自転しながら公転する高速ディスパ羽根とタンク壁を掻き取る低速羽根とを有するミキサーを用いて分散する分散工程を含むものである。 The present invention is a method for producing a fine fibrous cellulose dispersion dispersed in a dispersion medium, wherein the fine fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 1 wt % or more is rotated and revolved together with the dispersion medium by high-speed disper blades. and a low-speed blade scraping the tank wall.

(分散工程)
本発明の分散工程においては、固形分濃度1wt%以上の微細繊維状セルロース分散体を、分散媒体とともに、自転しながら公転する高速ディスパ羽根とタンク壁を掻き取る低速羽根とを有するミキサーを用いて分散する。
(Dispersion process)
In the dispersing step of the present invention, a fine fibrous cellulose dispersion having a solid content concentration of 1 wt % or more is mixed with a dispersion medium using a mixer having a high-speed disper blade that revolves while rotating and a low-speed blade that scrapes the tank wall. scatter.

(微細繊維状セルロース)
本発明で用いる、微細繊維状セルロースは、セルロースを原料とする微細繊維である。微細繊維状セルロースの平均繊維径は、特に限定されないが、1nm~10μm程度である。微細繊維状セルロースの平均繊維径および平均繊維長は、走査型電子顕微鏡(SEM)、原子間力顕微鏡(AFM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維径および繊維長を平均することによって得ることができる。微細繊維状セルロースは、セルロースを解繊することによって製造することができる。
(fine fibrous cellulose)
The fine fibrous cellulose used in the present invention is fine fibers made from cellulose. Although the average fiber diameter of the fine fibrous cellulose is not particularly limited, it is about 1 nm to 10 μm. The average fiber diameter and average fiber length of fine fibrous cellulose are obtained from the results of observing each fiber using a scanning electron microscope (SEM), an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM). It can be obtained by averaging the fiber diameter and fiber length. Fine fibrous cellulose can be produced by defibrating cellulose.

本発明に用いる微細繊維状セルロースの平均アスペクト比は、通常50以上である。上限は特に限定されないが、通常は1000以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
The average aspect ratio of the fine fibrous cellulose used in the present invention is usually 50 or more. Although the upper limit is not particularly limited, it is usually 1000 or less. Average aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter

セルロース原料は、セルロースを含んでいればよく、特に限定されないが、例えば、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、晒クラフトパルプ(BKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等が挙げられる。セルロース原料としては、これらのいずれかであってもよいし2種類以上の組み合わせであってもよいが、好ましくは植物又は微生物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)であり、より好ましくは植物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)である。 The cellulose raw material is not particularly limited as long as it contains cellulose. Softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), bleached kraft pulp (BKP), softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP) thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.), animals (for example, sea squirts), algae, microorganisms (for example, acetobacter), microbial products, etc. Cellulose raw materials include any of these. It may be one or a combination of two or more types, preferably a plant- or microorganism-derived cellulose raw material (e.g., cellulose fiber), more preferably a plant-derived cellulose raw material (e.g., cellulose fiber ).

セルロース原料の数平均繊維径は特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹クラフトパルプの場合は30~60μm程度、広葉樹クラフトパルプの場合は10~30μm程度である。その他のパルプの場合、一般的な精製を経たものは50μm程度である。例えばチップ等の数cm大のものを精製したものである場合、リファイナー、ビーター等の離解機で機械的処理を行い、50μm程度に調整することが好ましい。 Although the number average fiber diameter of the cellulose raw material is not particularly limited, it is about 30 to 60 μm for softwood kraft pulp and about 10 to 30 μm for hardwood kraft pulp, which are common pulps. In the case of other pulps, those that have undergone general refining are about 50 μm. For example, in the case of refining a chip or the like having a size of several cm, it is preferable to perform a mechanical treatment with a disaggregator such as a refiner or a beater to adjust the size to about 50 μm.

セルロースは、グルコース単位あたり3つのヒドロキシル基を有しており、各種の化学変性を行うことが可能である。本発明においては、解繊の進行を促進するという観点から、化学変性して得られたセルロース原料(化学変性セルロース)を解繊して製造された化学変性微細繊維状セルロースを用いることが好ましい。 Cellulose has three hydroxyl groups per glucose unit and can undergo various chemical modifications. In the present invention, from the viewpoint of promoting the progress of defibration, it is preferable to use chemically modified fine fibrous cellulose produced by defibrating a cellulose raw material (chemically modified cellulose) obtained by chemical modification.

化学変性としては、例えば、酸化(カルボキシル化)、カルボキシメチル化、カチオン化、エステル化等が挙げられる。中でも、酸化(カルボキシル化)、カルボキシメチル化がより好ましい。 Examples of chemical modification include oxidation (carboxylation), carboxymethylation, cationization, and esterification. Among them, oxidation (carboxylation) and carboxymethylation are more preferable.

(化学変性)
(酸化)
本発明において、酸化(カルボキシル化)したセルロースを解繊して得られた酸化微細繊維状セルロースを用いる場合、酸化セルロース(カルボキシル化セルロースとも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法で酸化(カルボキシル化)することにより得ることができる。特に限定されるものではないが、酸化の際には、化学変性微細繊維状セルロースの絶乾重量に対して、カルボキシル基の量が0.6~2.0mmol/gとなるように調整することが好ましく、1.0mmol/g~2.0mmol/gになるように調整することがさらに好ましい。
(Chemical denaturation)
(oxidation)
In the present invention, when using oxidized fine fibrous cellulose obtained by defibrating oxidized (carboxylated) cellulose, oxidized cellulose (also called carboxylated cellulose) is obtained by oxidizing the above cellulose raw material by a known method ( carboxylation). Although not particularly limited, during oxidation, the amount of carboxyl groups should be adjusted to 0.6 to 2.0 mmol/g with respect to the absolute dry weight of the chemically modified fine fibrous cellulose. is preferable, and it is more preferable to adjust the concentration to be 1.0 mmol/g to 2.0 mmol/g.

酸化(カルボキシル化)方法の一例として、セルロース原料を、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物もしくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(-COOH)またはカルボキシレート基(-COO)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5重量%以下が好ましい。 As an example of the oxidation (carboxylation) method, a cellulose raw material is oxidized in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromides, iodides or mixtures thereof. A method can be mentioned. This oxidation reaction selectively oxidizes the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface, resulting in a cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (-COOH) or carboxylate group (-COO- ) on the surface. can be obtained. Although the concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, it is preferably 5% by weight or less.

N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N-オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4-ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。 An N-oxyl compound means a compound capable of generating a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction. Examples include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivatives (eg 4-hydroxy TEMPO).

N-オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01~10mmolが好ましく、0.01~1mmolがより好ましく、0.05~0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1~4mmol/L程度が好ましい。 The amount of the N-oxyl compound to be used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount that can oxidize the raw material cellulose. For example, it is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, even more preferably 0.05 to 0.5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. Also, it is preferably about 0.1 to 4 mmol/L with respect to the reaction system.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1~100mmolが好ましく、0.1~10mmolがより好ましく、0.5~5mmolがさらに好ましい。 Bromides are compounds containing bromine, examples of which include alkali metal bromides that can be dissociated and ionized in water. Also, iodides are compounds containing iodine, examples of which include alkali metal iodides. The amount of bromide or iodide to be used can be selected within a range capable of promoting the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, even more preferably 0.5 to 5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose.

酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。酸化剤の使用量としては、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5~500mmolが好ましく、0.5~50mmolがより好ましく、1~25mmolがさらに好ましく、3~10mmolが最も好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1~40molが好ましい。 Known oxidizing agents can be used, for example, halogens, hypohalous acids, halogenous acids, perhalogenates or salts thereof, halogen oxides, peroxides and the like can be used. Among them, sodium hypochlorite is preferable because it is inexpensive and has less environmental load. The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, even more preferably 1 to 25 mmol, and most preferably 3 to 10 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose. Further, for example, 1 to 40 mol is preferable per 1 mol of the N-oxyl compound.

セルロースの酸化は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4~40℃が好ましく、また15~30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHの低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8~12、好ましくは10~11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱容易性や、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。 Oxidation of cellulose allows the reaction to proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40°C, and may be room temperature of about 15 to 30°C. Since carboxyl groups are generated in the cellulose as the reaction progresses, the pH of the reaction solution decreases. In order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution at about 8-12, preferably about 10-11. Water is preferable as the reaction medium because it is easy to handle and less likely to cause side reactions.

酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5~6時間、例えば、0.5~4時間程度である。 The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually about 0.5 to 6 hours, for example about 0.5 to 4 hours.

また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。 Moreover, the oxidation reaction may be carried out in two stages. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the reaction in the first step, again under the same or different reaction conditions, the reaction can be efficiently It can be oxidized well.

酸化(カルボキシル化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、グルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50~250g/mであることが好ましく、50~220g/mであることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100重量部とした際に、0.1~30重量部であることが好ましく、5~30重量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0~50℃であることが好ましく、20~50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1~360分程度であり、30~360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。 Another example of the oxidation (carboxylation) method is a method of contacting a cellulose raw material with an ozone-containing gas. This oxidation reaction oxidizes at least the hydroxyl groups at the 2- and 6-positions of the glucopyranose ring and causes degradation of the cellulose chain. The ozone concentration in the ozone-containing gas is preferably 50-250 g/m 3 , more preferably 50-220 g/m 3 . The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 30 parts by weight, more preferably 5 to 30 parts by weight, when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by weight. The ozone treatment temperature is preferably 0 to 50°C, more preferably 20 to 50°C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 to 360 minutes, preferably about 30 to 360 minutes. When the ozone treatment conditions are within these ranges, cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose is improved. After the ozone treatment, additional oxidation treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used in the additional oxidation treatment is not particularly limited, but examples include chlorine-based compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. For example, the additional oxidation treatment can be performed by dissolving these oxidizing agents in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and immersing the cellulose raw material in the solution.

酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。 The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the amount of the oxidizing agent added and the reaction time.

(カルボキシメチル化)
本発明において、カルボキシメチル化したセルロースを解繊して得られたカルボキシメチル化微細繊維状セルロース用いる場合、カルボキシメチル化したセルロースは、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシメチル化することにより得てもよいし、市販品を用いてもよい。いずれの場合も、セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度が0.01~0.50となるものが好ましい。そのようなカルボキシメチル化したセルロースを製造する方法の一例として次のような方法を挙げることができる。セルロースを発底原料にし、溶媒として3~20重量倍の水及び/又は低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、又は2種以上の混合媒体を使用する。なお、低級アルコールを混合する場合の低級アルコールの混合割合は、60~95重量%である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5~20倍molの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用する。発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0~70℃、好ましくは10~60℃、かつ反応時間15分~8時間、好ましくは30分~7時間、マーセル化処理を行う。その後、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05~10.0倍mol添加し、反応温度30~90℃、好ましくは40~80℃、かつ反応時間30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、エーテル化反応を行う。
(Carboxymethylation)
In the present invention, when carboxymethylated fine fibrous cellulose obtained by defibrating carboxymethylated cellulose is used, the carboxymethylated cellulose is obtained by carboxymethylating the above cellulose raw material by a known method. Alternatively, a commercially available product may be used. In any case, the degree of carboxymethyl group substitution per anhydroglucose unit of cellulose is preferably 0.01 to 0.50. As an example of the method for producing such carboxymethylated cellulose, the following method can be mentioned. Using cellulose as the starting material, 3 to 20 times the weight of water and/or lower alcohol as a solvent, specifically water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary A single medium such as butanol or a mixed medium of two or more types is used. When the lower alcohol is mixed, the mixing ratio of the lower alcohol is 60 to 95% by weight. As the mercerizing agent, an alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, is used in an amount of 0.5 to 20 times the moles of the anhydroglucose residue of the starting material. The starting material, solvent, and mercerizing agent are mixed and mercerized at a reaction temperature of 0 to 70° C., preferably 10 to 60° C., for a reaction time of 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours. Thereafter, a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times mol per glucose residue, the reaction temperature is 30 to 90° C., preferably 40 to 80° C., and the reaction time is 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour. The etherification reaction is carried out for ~4 hours.

なお、本明細書において、微細繊維状セルロースの調製に用いる化学変性セルロースの一種である「カルボキシメチル化したセルロース」は、水に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものをいう。したがって、水溶性高分子の一種であるカルボキシメチルセルロースとは区別される。「カルボキシメチル化したセルロース」の水分散液を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができる。一方、水溶性高分子の一種であるカルボキシメチルセルロースの水分散液を観察しても、繊維状の物質は観察されない。また、「カルボキシメチル化したセルロース」はX線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるが、水溶性高分子のカルボキシメチルセルロースではセルロースI型結晶はみられない。 In this specification, "carboxymethylated cellulose", which is a kind of chemically modified cellulose used for the preparation of fine fibrous cellulose, maintains at least a part of its fibrous shape even when dispersed in water. say something Therefore, it is distinguished from carboxymethyl cellulose, which is a kind of water-soluble polymer. When an aqueous dispersion of "carboxymethylated cellulose" is observed with an electron microscope, a fibrous substance can be observed. On the other hand, no fibrous substance is observed in an aqueous dispersion of carboxymethyl cellulose, which is a type of water-soluble polymer. In addition, when "carboxymethylated cellulose" is measured by X-ray diffraction, a peak of cellulose type I crystals can be observed, but cellulose type I crystals are not observed in carboxymethyl cellulose, which is a water-soluble polymer.

(カチオン化)
本発明において、前記カルボキシル化セルロースをさらにカチオン化したセルロースを解繊して得られたカチオン化微細繊維状セルロースを使用することができる。当該カチオン変性されたセルロースは、前記カルボキシル化セルロース原料に、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハライドまたはそのハロヒドリン型などのカチオン化剤と、触媒である水酸化アルカリ金属(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)を、水または炭素数1~4のアルコールの存在下で反応させることによって得ることができる。
(cationization)
In the present invention, cationized fine fibrous cellulose obtained by defibrating cellulose obtained by further cationizing the carboxylated cellulose can be used. The cation-modified cellulose comprises the carboxylated cellulose raw material, a cationizing agent such as glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyltrialkylammonium halide or its halohydrin type, and an alkali metal hydroxide as a catalyst. (sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc.) can be obtained by reacting in the presence of water or an alcohol having 1 to 4 carbon atoms.

グルコース単位当たりのカチオン置換度は0.02~0.50であることが好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.02より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.50より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たカチオン変性されたセルロース原料は洗浄されることが好ましい。当該カチオン置換度は、反応させるカチオン化剤の添加量、水または炭素数1~4のアルコールの組成比率によって調整できる。 Preferably, the degree of cation substitution per glucose unit is between 0.02 and 0.50. By introducing cationic substituents into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which cationic substituents have been introduced can be easily nano-fibrillated. If the degree of cation substitution per glucose unit is less than 0.02, sufficient nanofibrillation cannot be achieved. On the other hand, if the degree of cation substitution per glucose unit is greater than 0.50, the nanofibers may not be obtained due to swelling or dissolution. In order to defibrate efficiently, the cation-modified cellulose raw material obtained above is preferably washed. The degree of cation substitution can be adjusted by adjusting the amount of the cationizing agent to be reacted and the composition ratio of water or alcohol having 1 to 4 carbon atoms.

(エステル化)
本発明において、エステル化したセルロースを解繊して得られたエステル化微細繊維状セルロースを使用することができる。当該エステル化セルロースは、前述のセルロース原料にリン酸系化合物Aの粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸系化合物Aの水溶液を添加する方法により得られる。
(Esterification)
In the present invention, esterified fine fibrous cellulose obtained by defibrating esterified cellulose can be used. The esterified cellulose can be obtained by a method of mixing the cellulose raw material with powder or an aqueous solution of the phosphate compound A, or a method of adding an aqueous solution of the phosphate compound A to a slurry of the cellulose raw material.

リン酸系化合物Aとしては、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。これらの中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらは1種、あるいは2種以上を併用できる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩がより好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応の均一性が高まり、かつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物Aは水溶液として用いることが好ましい。リン酸系化合物Aの水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。 Phosphoric acid compound A includes phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of salts. Among these, compounds having a phosphate group are preferred because they are low in cost, easy to handle, and can improve defibration efficiency by introducing a phosphate group into the cellulose of pulp fibers. Compounds having a phosphate group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium phosphite, potassium phosphite, sodium hypophosphite, potassium hypophosphite , sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate , ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like. These can be used singly or in combination of two or more. Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid, from the viewpoint of high efficiency of introduction of phosphate group, easy fibrillation in the fibrillation process described below, and easy industrial application is more preferred. Sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are particularly preferred. Further, it is preferable to use the phosphoric acid-based compound A in the form of an aqueous solution, since the uniformity of the reaction is enhanced and the efficiency of introduction of the phosphoric acid group is enhanced. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid-based compound A is preferably 7 or less because the efficiency of introducing phosphate groups is high, but from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fibers, the pH is preferably 3 to 7.

リン酸エステル化セルロースの製造方法の一例として以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1~10重量%のセルロース原料の分散液に、リン酸系化合物Aを撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース原料を100重量部とした際に、リン酸系化合物Aの添加量はリン元素量として、0.2~500重量部であることが好ましく、1~400重量部であることがより好ましい。リン酸系化合物Aの割合が前記下限値以上であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるのでコスト面から好ましくない。 The following method can be given as an example of the method for producing the phosphorylated cellulose. Phosphoric acid group is introduced into cellulose by adding phosphoric acid compound A to a dispersion liquid of cellulose raw material having a solid content concentration of 0.1 to 10% by weight while stirring. When the cellulose raw material is 100 parts by weight, the amount of phosphoric acid compound A added is preferably 0.2 to 500 parts by weight, more preferably 1 to 400 parts by weight, in terms of elemental amount of phosphorus. If the proportion of the phosphoric acid-based compound A is at least the lower limit, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. However, if the above upper limit is exceeded, the effect of improving the yield reaches a ceiling, which is not preferable from the viewpoint of cost.

この際、セルロース原料、リン酸系化合物Aの他に、これ以外の化合物Bの粉末や水溶液を混合してもよい。化合物Bは特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃~赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられるが、特に限定されない。この中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。化合物Bの添加量はセルロース原料の固形分100重量部に対して、2~1000重量部が好ましく、100~700重量部がより好ましい。反応温度は0~95℃が好ましく、30~90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1~600分程度であり、30~480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100~170℃で加熱処理することが好ましい。 At this time, in addition to the cellulose raw material and the phosphoric acid-based compound A, a powder or an aqueous solution of a compound B other than these may be mixed. The compound B is not particularly limited, but a basic nitrogen-containing compound is preferable. "Basic" herein is defined as the pink-red color of the aqueous solution in the presence of the phenolphthalein indicator or the pH of the aqueous solution being greater than 7. The basic nitrogen-containing compound used in the present invention is not particularly limited as long as the effect of the present invention is exhibited, but a compound having an amino group is preferable. Examples include, but are not limited to, urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Among these, urea is preferable because it is inexpensive and easy to handle. The amount of compound B added is preferably 2 to 1000 parts by weight, more preferably 100 to 700 parts by weight, per 100 parts by weight of the solid content of the cellulose raw material. The reaction temperature is preferably 0 to 95°C, more preferably 30 to 90°C. Although the reaction time is not particularly limited, it is about 1 to 600 minutes, more preferably 30 to 480 minutes. When the esterification reaction conditions are within these ranges, cellulose can be prevented from being excessively esterified and easily dissolved, and the yield of phosphate-esterified cellulose is improved. After dehydrating the obtained phosphate-esterified cellulose suspension, it is preferable to heat-treat at 100 to 170° C. from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose. Furthermore, it is preferable to heat at 130° C. or less, preferably 110° C. or less while water is contained in the heat treatment, and heat at 100 to 170° C. after removing the water.

リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001~0.40であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、微細繊維状セルロースとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース原料は煮沸した後、冷水で洗浄することで洗浄されることが好ましい。 The degree of phosphate group substitution per glucose unit of the phosphated cellulose is preferably 0.001 to 0.40. By introducing a phosphate group substituent into cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, cellulose into which a phosphate group has been introduced can be easily nano-fibrillated. If the degree of phosphate group substitution per glucose unit is less than 0.001, sufficient nano-fibrillation cannot be achieved. On the other hand, if the degree of phosphate group substitution per glucose unit is greater than 0.40, the cellulose may swell or dissolve, and may not be obtained as fine fibrous cellulose. In order to efficiently defibrate, it is preferable that the phosphate-esterified cellulose raw material obtained above is washed by washing with cold water after boiling.

(解繊)
本発明において、化学変性セルロースを解繊する装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いて上記の化学変性セルロースの水分散体に強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、前記水分散体に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。解繊装置での処理(パス)回数は、1回でもよいし2回以上でもよく、2回以上が好ましい。
(defibration)
In the present invention, the device for defibrating the chemically modified cellulose is not particularly limited, but a device such as a high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, ultrasonic type, etc. can be used to prepare the chemically modified cellulose aqueous dispersion. It is preferable to apply a strong shear force to In particular, for efficient fibrillation, it is preferable to use a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer capable of applying a pressure of 50 MPa or more to the aqueous dispersion and applying a strong shearing force. The pressure is more preferably 100 MPa or higher, still more preferably 140 MPa or higher. The number of times of treatment (pass) in the fibrillation device may be one or two or more, preferably two or more.

分散処理においては通常、溶媒に化学変性セルロースを分散する。溶媒は、化学変性セルロースを分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒(例えば、メタノール等の親水性の有機溶媒)、それらの混合溶媒が挙げられる。セルロース原料が親水性であることから、溶媒は水であることが好ましい。 In dispersion treatment, chemically modified cellulose is usually dispersed in a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can disperse the chemically modified cellulose, and examples thereof include water, organic solvents (eg, hydrophilic organic solvents such as methanol), and mixed solvents thereof. The solvent is preferably water because the cellulose raw material is hydrophilic.

分散体中の化学変性セルロースの固形分濃度は、通常は0.1重量%以上、好ましくは0.2重量%以上、より好ましくは0.3重量%以上である。これにより、セルロース繊維原料の量に対する液量が適量となり効率的である。上限は、通常10重量%以下、好ましくは6重量%以下である。これにより流動性を保持することができる。 The solid content concentration of the chemically modified cellulose in the dispersion is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.2% by weight or more, and more preferably 0.3% by weight or more. As a result, the amount of liquid becomes appropriate with respect to the amount of cellulose fiber raw material, which is efficient. The upper limit is usually 10% by weight or less, preferably 6% by weight or less. Thereby, fluidity can be maintained.

解繊処理又は分散処理に先立ち、必要に応じて上記の化学変性セルロースに予備処理を行ってもよい。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて行えばよい。 Prior to defibration treatment or dispersion treatment, the chemically modified cellulose may be pretreated as necessary. Pretreatment may be performed using a mixing, stirring, emulsifying, or dispersing device such as a high-speed shear mixer.

解繊工程を経て得られた化学変性微細繊維状セルロースが塩型の場合は、そのまま用いても良いし、鉱酸を用いた酸処理や、陽イオン交換樹脂を用いた方法等により酸型として用いても良い。また、カチオン性添加剤を用いた方法により疎水性を付与して用いても良い。 When the chemically modified fine fibrous cellulose obtained through the fibrillation process is in a salt form, it may be used as it is, or converted into an acid form by an acid treatment using a mineral acid, a method using a cation exchange resin, or the like. You can use it. Alternatively, hydrophobicity may be imparted by a method using a cationic additive.

(微細繊維状セルロース分散体)
本発明において、分散工程に供する、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体は、上記のようにして製造された微細繊維状セルロースの分散体を脱水・乾燥し、溶媒量を減少させることにより得てもよい。高固形分濃度の微細繊維状セルロースの分散体としては、市販品を用いてもよい。
(Fine fibrous cellulose dispersion)
In the present invention, the fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration, which is subjected to the dispersion step, is obtained by dehydrating and drying the dispersion of fine fibrous cellulose produced as described above to reduce the amount of solvent. You may get A commercially available product may be used as the dispersion of fine fibrous cellulose having a high solid content.

本発明において、分散工程に供する高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体は、MFC/CNF固形分濃度が1wt%以上であり、2wt%~20wt%が好ましく、3~15wt%がさらに好ましい。 In the present invention, the fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration to be subjected to the dispersion step has a MFC/CNF solid content concentration of 1 wt% or more, preferably 2 wt% to 20 wt%, more preferably 3 to 15 wt%.

高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体を製造するための脱水・乾燥の方法は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、噴霧乾燥、圧搾、風乾、熱風乾燥、凍結乾燥、真空乾燥などが挙げられる。乾燥装置も特に制限されず、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、ベルト乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置、回分式の箱型乾燥装置、真空箱型乾燥装置、及び撹拌乾燥装置等を単独で又は2つ以上組み合わせて用いることができる。 The dehydration/drying method for producing a fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the purpose. , freeze-drying, vacuum drying, and the like. The drying device is not particularly limited, and may be a continuous tunnel drying device, a band drying device, a vertical drying device, a vertical turbo drying device, a multi-stage disk drying device, a ventilation drying device, a rotary drying device, a flash drying device, or a spray drying device. equipment, cylindrical dryer, drum dryer, belt dryer, screw conveyor dryer, rotary dryer with heating tube, vibration transport dryer, batch type box dryer, vacuum box dryer, stirring dryer, etc. can be used alone or in combination of two or more.

(分散媒体)
本発明において、分散媒体としては、水、水溶性有機溶媒、あるいはこれらの混合溶媒、もしくは、ゴムラテックスが挙げられる。分散媒体が、水、水溶性有機溶媒、あるいはこれらの混合溶媒である場合は、セルロース原料が親水性であるため、分散時に良好な分散状態を取りやすいという観点から水を用いることが好ましい。また、分散媒体としては、分散前の高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体の溶媒と同じものを用いてもよいし、異なるものを用いても良い。
(dispersion medium)
In the present invention, the dispersion medium includes water, a water-soluble organic solvent, a mixed solvent thereof, or rubber latex. When the dispersion medium is water, a water-soluble organic solvent, or a mixed solvent thereof, it is preferable to use water from the viewpoint that a good dispersion state can easily be obtained during dispersion because the cellulose raw material is hydrophilic. The dispersion medium may be the same as the solvent for the fine fibrous cellulose dispersion having a high solid concentration before dispersion, or may be different.

水溶性有機溶媒とは、水に溶解する有機溶媒である。その例として、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、グリセリン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4-ジオキサン、N-メチル-2-ピロリドン、テトラヒドロフラン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、およびこれらの組合せが挙げられる。中でもメタノール、エタノール、2-プロパノール等の炭素数が1~4の低級アルコールが好ましく、安全性および入手容易性の観点から、メタノール、エタノールがより好ましく、エタノールがさらに好ましい。 A water-soluble organic solvent is an organic solvent that dissolves in water. Examples include methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, glycerin, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, N-methyl-2-pyrrolidone, tetrahydrofuran, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, Dimethylsulfoxide, acetonitrile, and combinations thereof. Among them, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, and 2-propanol are preferred, and from the viewpoint of safety and availability, methanol and ethanol are more preferred, and ethanol is even more preferred.

混合溶媒とする場合には、混合溶媒中の水溶性有機溶媒の量は、10重量%以上が好ましく、50重量%以上がより好ましく、70重量%以上がさらに好ましい。当該量の上限は限定されないが95重量%以下が好ましく、90重量%以下がより好ましい。また、発明の効果を損なわない程度で、当該水系溶媒は非水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。 When a mixed solvent is used, the amount of the water-soluble organic solvent in the mixed solvent is preferably 10% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, and even more preferably 70% by weight or more. Although the upper limit of the amount is not limited, it is preferably 95% by weight or less, more preferably 90% by weight or less. Moreover, the water-based solvent may contain a water-insoluble organic solvent to the extent that the effect of the invention is not impaired.

ゴムラテックスとは、ゴム成分を分散媒に分散させたラテックス(分散液)である。 A rubber latex is a latex (dispersion liquid) in which a rubber component is dispersed in a dispersion medium.

ゴム成分とは、ゴムの原料であり、架橋してゴムとなるものをいう。ゴム成分としては、天然ゴム用のゴム成分と合成ゴム用のゴム成分が存在する。天然ゴム用のゴム成分としては、例えば、化学修飾を施さない狭義の天然ゴム(NR);塩素化天然ゴム、クロロスルホン化天然ゴム、エポキシ化天然ゴム等の化学修飾した天然ゴム;水素化天然ゴム;脱タンパク天然ゴムが挙げられる。合成ゴム用のゴム成分としては、例えば、ブタジエンゴム(BR)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム、スチレン-イソプレン共重合体ゴム、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体ゴム、イソプレン-ブタジエン共重合体ゴム等のジエン系ゴム;ブチルゴム(IIR)、エチレン-プロピレンゴム(EPM、EPDM)、アクリルゴム(ACM)、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(Q)、ウレタンゴム(U)、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)等の非ジエン系ゴムが挙げられる。これらの中で、NBR、NR、SBR、クロロプレンゴム、BRが好ましい。ゴム成分は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。 The term "rubber component" refers to a raw material for rubber, which is crosslinked to form rubber. The rubber component includes a rubber component for natural rubber and a rubber component for synthetic rubber. Examples of rubber components for natural rubber include narrowly defined natural rubber (NR) without chemical modification; chemically modified natural rubber such as chlorinated natural rubber, chlorosulfonated natural rubber, and epoxidized natural rubber; hydrogenated natural rubber; Rubber; includes deproteinized natural rubber. Examples of rubber components for synthetic rubber include butadiene rubber (BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), isoprene rubber (IR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber, styrene-isoprene copolymer Diene rubbers such as coalesced rubber, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber, isoprene-butadiene copolymer rubber; butyl rubber (IIR), ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydric Non-diene rubbers such as rubber (CO, ECO), fluorine rubber (FKM), silicone rubber (Q), urethane rubber (U), and chlorosulfonated polyethylene (CSM). Among these, NBR, NR, SBR, chloroprene rubber, and BR are preferred. The rubber component may be used singly or in combination of two or more.

ゴムラテックスの分散媒としては、水、有機溶媒が挙げられ、これらを混合したものであっても良い。ラテックス中におけるゴム成分の含有割合は、好ましくは10~80%、より好ましくは20~70%である。 Examples of the dispersion medium for rubber latex include water and organic solvents, and mixtures thereof may also be used. The content of the rubber component in the latex is preferably 10-80%, more preferably 20-70%.

なお、分散前の高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体に対する分散媒体の添加量は、分散媒体に分散された微細繊維状セルロース分散体のMFC/CNF固形分濃度が0.01~5wt%となる量であることが好ましく、0.1~3wt%となる量であることがより好ましい。 The amount of the dispersion medium added to the fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration before dispersion was such that the MFC/CNF solid content concentration of the fine fibrous cellulose dispersion dispersed in the dispersion medium was 0.01 to 5 wt%. The amount is preferably 0.1 to 3 wt %, more preferably 0.1 to 3 wt %.

(ミキサー)
本発明の分散工程においては、自転しながら公転する高速ディスパ羽根と、タンク内の側面や底面などのタンク壁を掻き取る低速羽根とを有するミキサーを用いる。
(mixer)
In the dispersing step of the present invention, a mixer having high-speed disper blades that revolve while rotating and low-speed blades that scrape off tank walls such as the side and bottom surfaces of the tank is used.

本発明に用いることができるミキサーの一例を、図1を用いて説明する。図1は、ミキサーの概略を示す断面図である。なお、本発明に用いることができるミキサーは、図1に示すものに限られるものではない。 An example of a mixer that can be used in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a mixer. Note that the mixer that can be used in the present invention is not limited to that shown in FIG.

図1に示すミキサー2は、内容物を収容するタンク4と、タンク4の内容物に対して高速回転することにより剪断力を付与する高速ディスパ羽根6と、高速ディスパ羽根6に動力を伝達する高速撹拌軸8と、低速でタンク壁10を掻き取る低速羽根12と、低速羽根12に動力を伝達する低速撹拌軸14を備えている。ここで、高速撹拌軸8は、低速撹拌軸14と第1アーム16で接続されており、低速羽根12は、低速撹拌軸14と第2アーム18で接続されている。なお、低速撹拌軸14及び高速撹拌軸8は、高速ディスパ羽根6を高速で自転させると供に低速で公転させ、低速羽根12を低速で回転させる駆動部20に接続されている。 The mixer 2 shown in FIG. 1 includes a tank 4 containing contents, high-speed disper blades 6 that apply shearing force to the contents of the tank 4 by rotating at high speed, and power is transmitted to the high-speed disper blades 6. A high-speed stirring shaft 8, a low-speed blade 12 scraping the tank wall 10 at low speed, and a low-speed stirring shaft 14 transmitting power to the low-speed blade 12 are provided. Here, the high-speed stirring shaft 8 is connected to the low-speed stirring shaft 14 by the first arm 16 , and the low-speed blade 12 is connected to the low-speed stirring shaft 14 by the second arm 18 . The low-speed stirring shaft 14 and the high-speed stirring shaft 8 are connected to a drive unit 20 that rotates the high-speed disper blades 6 at high speed and revolves at low speed, and rotates the low-speed blades 12 at low speed.

ミキサー2を用いて分散を行う場合は、タンク4に高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体および分散媒体を投入し、タンク4に備えられた高速ディスパ羽根6及び低速ディスパ羽根12の動作を開始する。高速ディスパ羽根6は、高速で自転することによりタンク4内の内容物を激しく撹拌する。高速ディスパ羽根6は高速で自転するとともに低速で公転するため、高速ディスパ羽根6の撹拌力がタンク4内の広いエリアに伝達される。また、低速羽根12が低速でタンク4内の側面や底面などのタンク壁10を掻き取り、タンク壁10付近の内容物を流動させる。 When dispersing using the mixer 2, a fine fibrous cellulose dispersion with a high solid content concentration and a dispersion medium are put into the tank 4, and the high-speed disper blade 6 and the low-speed disper blade 12 provided in the tank 4 are operated. Start. The high-speed disper blade 6 vigorously stirs the contents in the tank 4 by rotating at high speed. Since the high-speed disper blades 6 rotate at high speed and revolve at low speed, the stirring force of the high-speed disper blades 6 is transmitted to a wide area inside the tank 4 . In addition, the low-speed blades 12 scrape off the tank wall 10 such as the side surface and the bottom surface inside the tank 4 at low speed, and the contents near the tank wall 10 are made to flow.

高速ディスパ羽根6の自転の回転数は、均一分散の観点から、好ましくは500~2000rpmであり、より好ましくは700~1800rpmである。また、低速羽根12の回転数は、効率的な分散の観点から、好ましくは5~10rpmであり、より好ましくは6~8rpmである。なお、図1に示したミキサーにおいては、高速ディスパ羽根6の公転の回転数は、低速羽根12の回転数と一致するが、高速ディスパ羽根6と低速羽根12が接触しない限りにおいては、これらの回転数を異ならせるようにしたミキサーを用いてもよい。 The rotation speed of the high-speed disper blades 6 is preferably 500 to 2000 rpm, more preferably 700 to 1800 rpm, from the viewpoint of uniform dispersion. Further, the rotation speed of the low-speed blades 12 is preferably 5 to 10 rpm, more preferably 6 to 8 rpm, from the viewpoint of efficient dispersion. In the mixer shown in FIG. 1, the revolution speed of the high-speed disper blades 6 matches the speed of the low-speed blades 12, but as long as the high-speed disper blades 6 and low-speed blades 12 do not come into contact with each other, these Mixers with different rotation speeds may also be used.

本発明の製造方法によれば、チキソ性の強い内容物を撹拌した場合であっても、高速ディスパ羽根6が高速で自転しながら公転するため、タンク4内の広いエリアに撹拌力が伝達される。さらに、低速羽根12がタンク壁10を掻き取るため、低速羽根12がなければ高速ディスパ羽根6からの撹拌力が届きづらいエリアについても流動する。その結果、均一に分散を行うことができる。 According to the production method of the present invention, even when the contents having strong thixotropic properties are stirred, the high-speed disper blade 6 revolves while rotating at high speed, so that the stirring force is transmitted to a wide area in the tank 4. be. Furthermore, since the low-speed blades 12 scrape the tank wall 10 , the flow also occurs in areas where the agitation force from the high-speed disper blades 6 would be difficult to reach without the low-speed blades 12 . As a result, uniform dispersion can be achieved.

本発明の製造方法によれば、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体に対して、繊維長の短縮を引き起こさないように分散媒体との分散を行い、均一に分散された微細繊維状セルロース分散体を製造することができる。さらに、このようにして得られた分散媒体に均一に分散された微細繊維状セルロース分散体は、低粘度で柔らかいため、ゴムラテックスなどの補強したい材料に対して、容易に均一分散することができる。 According to the production method of the present invention, a fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content concentration is dispersed with a dispersion medium so as not to cause shortening of the fiber length, and uniformly dispersed fine fibrous cellulose is obtained. Dispersions can be made. Furthermore, the fine fibrous cellulose dispersion uniformly dispersed in the dispersion medium obtained in this way has a low viscosity and is soft, so that it can be easily and uniformly dispersed in a material to be reinforced, such as rubber latex. .

また、本発明の製造方法によれば、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体の固いゲルを分散するために高剪断力をかける必要がない。そのため、分散媒体としてゴムラテックスを用いた場合であっても、ゴムラテックスを凝集させることなく、高固形分濃度の微細繊維状セルロース分散体を直接ゴムラテックスに対して混合し、均一分散することができる。 Moreover, according to the production method of the present invention, it is not necessary to apply a high shearing force to disperse the hard gel of the fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content. Therefore, even when rubber latex is used as a dispersion medium, it is possible to uniformly disperse the fine fibrous cellulose dispersion having a high solid content by directly mixing it with the rubber latex without aggregating the rubber latex. can.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各実施例における各数値の測定/算出方法が特に記載されていない場合には、明細書中に記載されている方法により測定/算出されたものである。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these. In addition, when the method of measurement/calculation of each numerical value in each example is not specifically described, it is measured/calculated by the method described in the specification.

(平均繊維長の測定方法)
マイカ切片上に固定したセルロースナノファイバーの原子間力顕微鏡像(3000nm×3000nm)から、繊維長を測定し、数平均繊維長を算出した。繊維長測定は、画像解析ソフトWinROOF(三谷商事)を用い、長さ100nm~2000nmの範囲で行った。
(Method for measuring average fiber length)
The fiber length was measured from an atomic force microscope image (3000 nm×3000 nm) of the cellulose nanofiber fixed on the mica section, and the number average fiber length was calculated. The fiber length was measured in the range of 100 nm to 2000 nm using image analysis software WinROOF (Mitani Corporation).

(分散度の測定方法)
実施例および比較例において得られた酸化CNFの分散体について、下記の通りCNF分散指数を算出し、下記基準に従って分散度の評価を行った。
実施例および比較例において得られた酸化CNF分散体1gに、墨滴(株式会社呉竹製、固形分10%)を2適垂らし、ボルテックスミキサー(IUCHI社製、機器名:Automatic Lab-mixer HM-10H)の回転数の目盛りを最大に設定して10秒間撹拌した。次に、墨滴を含有する上記混合物の膜厚が0.15mmになるように二枚のガラス板に挟み、光学顕微鏡(デジタルマイクロスコープKH-8700(株式会社ハイロックス製))を用いて倍率100倍で観察した。
(Method for measuring degree of dispersion)
For the oxidized CNF dispersions obtained in Examples and Comparative Examples, the CNF dispersion index was calculated as follows, and the degree of dispersion was evaluated according to the following criteria.
To 1 g of the oxidized CNF dispersion obtained in Examples and Comparative Examples, 2 drops of Bokushizuku (manufactured by Kuretake Co., Ltd., solid content 10%) were added, and a vortex mixer (manufactured by IUCHI, equipment name: Automatic Lab-mixer HM- 10H) was stirred for 10 seconds by setting the rotation speed scale to the maximum. Next, the mixture containing Bokushizuku was sandwiched between two glass plates so that the film thickness was 0.15 mm, and an optical microscope (Digital Microscope KH-8700 (manufactured by Hilox Co., Ltd.)) was used to magnify the mixture. Observed at 100x magnification.

上記観察において、3mm×2.3mmの範囲に存在する凝集物の長径を測定し、観察された凝集物を、特大:150μm以上、大:100μm以上150μm未満、中:50μm以上100μm未満、小:20μm以上50μm未満に分類し、分類した凝集物の個数を数え、下式によりCNF分散指数を算出した。 In the above observation, the major axis of the aggregates present in the range of 3 mm × 2.3 mm was measured, and the observed aggregates were classified as extra large: 150 µm or more, large: 100 µm or more and less than 150 µm, medium: 50 µm or more and less than 100 µm, small: It was classified into 20 μm or more and less than 50 μm, the number of classified aggregates was counted, and the CNF dispersion index was calculated by the following formula.

CNF分散指数=(特大の個数×512+大の個数×64+中の個数×8+小の個数×1)÷2×CNF濃度係数
なお、CNF濃度係数を、表1に示した。
CNF dispersion index = (number of extra-large x 512 + number of large x 64 + number of medium x 8 + number of small x 1)/2 x CNF concentration factor Table 1 shows the CNF concentration factor.

Figure 0007157656000001
Figure 0007157656000001

(分散度の評価基準)
◎:CNF分散指数が1600未満
○:CNF分散指数が1600以上、3200未満
△:CNF分散指数が3200以上、6400未満
×:CNF分散指数が6400以上
(Evaluation Criteria for Degree of Dispersion)
◎: CNF dispersion index is less than 1600 ○: CNF dispersion index is 1600 or more and less than 3200 △: CNF dispersion index is 3200 or more and less than 6400 ×: CNF dispersion index is 6400 or more

(ラテックス凝集汚れの評価方法)
実施例2および比較例5については、実施例2および比較例5の条件で10回繰り返し分散した後に、分散装置内部を目視で確認し、ラテックスの凝集物による汚れ具合を調査した。
(Evaluation method for latex cohesive stains)
For Example 2 and Comparative Example 5, after the dispersion was repeated 10 times under the conditions of Example 2 and Comparative Example 5, the inside of the dispersing device was visually observed to investigate the degree of contamination due to latex aggregates.

(製造例1)
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、次亜塩素酸ナトリウムが6.0mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水で洗浄することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。これを水でCNF固形分濃度4.0wt%に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150MPa)で3回処理して、酸化セルロースナノファイバー水分散体を得た。得られた酸化セルロースナノファイバーは、平均繊維径が3nm、平均繊維長が650nmであった。
(Production example 1)
5.00 g (bone dry) of bleached unbeaten kraft pulp (85% whiteness) derived from softwood was mixed with 39 mg (0.05 mmol per g of cellulose of absolute dry) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 mg of sodium bromide (bone dry). 1.0 mmol for 1 g of cellulose) was added to 500 mL of an aqueous solution and stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so that sodium hypochlorite was 6.0 mmol/g to initiate an oxidation reaction. Although the pH in the system decreased during the reaction, it was adjusted to pH 10 by successively adding 3M sodium hydroxide aqueous solution. The reaction was terminated when the sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate pulp, and the pulp was thoroughly washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). At this time, the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol/g. This was adjusted to a CNF solid content concentration of 4.0 wt% with water, and treated with an ultrahigh pressure homogenizer (20°C, 150 MPa) three times to obtain an oxidized cellulose nanofiber aqueous dispersion. The obtained oxidized cellulose nanofibers had an average fiber diameter of 3 nm and an average fiber length of 650 nm.

(カルボキシル基量の測定方法)
カルボキシル化セルロースの0.5重量%スラリー(水分散体)60mLを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出した:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔mL〕×0.05/カルボキシル化セルロース重量〔g〕
(Method for measuring carboxyl group content)
60 mL of a 0.5% by weight slurry (aqueous dispersion) of carboxylated cellulose was prepared, and 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution was added to adjust the pH to 2.5. It was calculated from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid, where the change in conductivity is gradual, using the following formula:
Carboxyl group amount [mmol/g carboxylated cellulose] = a [mL] x 0.05/carboxylated cellulose weight [g]

(実施例1)
上記製造例1で得られた固形分濃度が4.0wt%の酸化CNF水分散体を、分散媒体としての水とともに自転しながら公転する高速ディスパ羽根とタンク壁(底面、側面)を掻き取る低速羽根とを有するミキサー(浅田鉄工株式会社製、MHK-7.5)に投入し、高速ディスパ羽根の自転回転数1000rpm、低速羽根の回転数10rpmの条件で、10分間分散して、固形分濃度が0.5wt%の酸化CNF水分散体を得た。得られた酸化CNF水分散体について、分散度の評価および平均繊維長の測定を行った。結果を表2に示した。
(Example 1)
The oxidized CNF aqueous dispersion with a solid content concentration of 4.0 wt% obtained in Production Example 1 above is scraped off the high-speed disper blades and tank walls (bottom, side) that revolve while rotating with water as a dispersion medium. A mixer (manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd., MHK-7.5) having a blade and dispersed for 10 minutes under the conditions of a rotation speed of 1000 rpm for a high-speed disper blade and a rotation speed of 10 rpm for a low-speed blade to obtain a solid content concentration. An oxidized CNF aqueous dispersion of 0.5 wt% was obtained. The resulting oxidized CNF aqueous dispersion was evaluated for degree of dispersion and measured for average fiber length. Table 2 shows the results.

(実施例2)
上記製造例1で得られた固形分濃度が4.0wt%の酸化CNF水分散体を、分散媒体としての天然ゴムラテックス(商品名:HAラテックス、レヂテックス社、固形分濃度61.5重量%)と水とともに、天然ゴムラテックスの絶乾固形分100重量部に対して、CNFが絶乾相当で20重量部となるように、自転しながら公転する高速ディスパ羽根とタンク壁(底面、側面)を掻き取る低速羽根とを有するミキサー(浅田鉄工株式会社製、MHK-7.5)に投入し、高速ディスパ羽根の自転回転数750rpm、低速羽根の回転数10rpmの条件で、15分間分散して、CNF固形分濃度が1.00wt%の酸化CNFと天然ゴムラテックスとの分散体を得た。得られた酸化CNFと天然ゴムラテックスとの分散体について、分散度の評価を行った。結果を表2に示した。
なお、上記分散を10回繰り返した後のミキサー内部は、ラテックスの凝集物による汚れは見られなかった。
(Example 2)
The oxidized CNF aqueous dispersion having a solid content concentration of 4.0 wt% obtained in Production Example 1 above was mixed with natural rubber latex (trade name: HA latex, Resitex Co., Ltd., solid content concentration 61.5 wt%) as a dispersion medium. With water, high-speed disper blades and tank walls (bottom, side) that revolve while rotating so that CNF is 20 parts by weight in absolute dry equivalent for 100 parts by weight of absolute dry solids of natural rubber latex It is put into a mixer (MHK-7.5, manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd.) having a scraping low-speed blade, and dispersed for 15 minutes under the conditions of a rotation speed of 750 rpm for the high-speed disper blade and a rotation speed of 10 rpm for the low-speed blade. A dispersion of oxidized CNF and natural rubber latex having a CNF solid content concentration of 1.00 wt % was obtained. The obtained dispersion of oxidized CNF and natural rubber latex was evaluated for degree of dispersion. Table 2 shows the results.
After the dispersion was repeated 10 times, no dirt due to latex aggregates was observed inside the mixer.

(比較例1)
高速ディスパ羽根の自転回転数を250rpmに変更したこと、及び低速羽根の回転数を1rpmに変更したこと以外は実施例1と同様にして、固形分濃度が0.5wt%の酸化CNF水分散体を得た。また、この酸化CNF水分散体について、分散度の評価および平均繊維長の測定を行った。結果を表2に示した。
(Comparative example 1)
In the same manner as in Example 1, except that the rotation speed of the high-speed disper blade was changed to 250 rpm, and the rotation speed of the low-speed blade was changed to 1 rpm. An oxidized CNF water dispersion with a solid content concentration of 0.5 wt%. got In addition, for this oxidized CNF aqueous dispersion, the evaluation of the degree of dispersion and the measurement of the average fiber length were performed. Table 2 shows the results.

(比較例2)
分散装置としてアジテータを用い、回転数500rpmの条件で30分間分散したこと以外は実施例1と同様にして、固形分濃度が0.5wt%の酸化CNF水分散体を得た。得られた酸化CNF水分散体について、分散度の評価および平均繊維長の測定を行った。結果を表2に示した。
(Comparative example 2)
An oxidized CNF aqueous dispersion with a solid content concentration of 0.5 wt% was obtained in the same manner as in Example 1 except that an agitator was used as a dispersing device and the dispersion was performed for 30 minutes at a rotation speed of 500 rpm. The resulting oxidized CNF aqueous dispersion was evaluated for degree of dispersion and measured for average fiber length. Table 2 shows the results.

(比較例3)
分散装置としてホモジナイザー(株式会社エスエムテー製、製品名:ハイフレックスホモジナイザーHF93、カッター:4型)を用い、回転数8000rpmの条件で30分間分散したこと以外は実施例1と同様にして、固形分濃度が0.5wt%の酸化CNF水分散体を得た。得られた酸化CNF水分散体について、分散度の評価および平均繊維長の測定を行った。結果を表2に示した。
(Comparative Example 3)
A homogenizer (manufactured by SMTE Co., Ltd., product name: High Flex Homogenizer HF93, cutter: type 4) was used as a dispersing device, and dispersion was performed for 30 minutes at a rotation speed of 8000 rpm. An oxidized CNF aqueous dispersion of 0.5 wt% was obtained. The resulting oxidized CNF aqueous dispersion was evaluated for degree of dispersion and measured for average fiber length. Table 2 shows the results.

(比較例4)
分散装置としてホモディスパー(プライミクス株式会社製、ホモディスパー2.5型)を用い、回転数3000rpmの条件で30分間分散したこと以外は実施例1と同様にして、固形分濃度が0.5wt%の酸化CNF水分散体を得た。得られた酸化CNF水分散体について、分散度の評価および平均繊維長の測定を行った。結果を表2に示した。
(Comparative Example 4)
Homodisper (manufactured by Primix Co., Ltd., Homodisper 2.5 type) was used as a dispersing device, and the solid content concentration was 0.5 wt% in the same manner as in Example 1 except that the dispersion was performed for 30 minutes at a rotation speed of 3000 rpm. of oxidized CNF aqueous dispersion was obtained. The resulting oxidized CNF aqueous dispersion was evaluated for degree of dispersion and measured for average fiber length. Table 2 shows the results.

(比較例5)
分散装置として比較例3と同じホモジナイザーを用い、回転数8000rpmの条件で30分間分散したこと以外は実施例2と同様にして、CNF固形分濃度が1.0wt%の酸化CNFと天然ゴムラテックスとの分散体を得た。得られた酸化CNFと天然ゴムラテックスとの分散体について、分散度の評価を行った。結果を表2に示した。
なお、上記分散を10回繰り返した後のホモジナイザー内部は、ラテックスの凝集物による汚れが見られた。
(Comparative Example 5)
Using the same homogenizer as in Comparative Example 3 as a dispersing device, in the same manner as in Example 2 except that the dispersion was performed for 30 minutes at a rotation speed of 8000 rpm, oxidized CNF having a CNF solid content concentration of 1.0 wt% and natural rubber latex. was obtained. The obtained dispersion of oxidized CNF and natural rubber latex was evaluated for degree of dispersion. Table 2 shows the results.
After the dispersion was repeated 10 times, the inside of the homogenizer was found to be stained with aggregates of latex.

Figure 0007157656000002
Figure 0007157656000002

表2からわかる通り、固形分濃度1wt%以上の微細繊維状セルロース分散体を、分散媒体とともに、自転しながら公転する高速ディスパ羽根とタンク壁を掻き取る低速羽根とを有するミキサーを用いて分散する分散工程を含む、分散媒体に分散された微細繊維状セルロース分散体の製造方法によれば、得られた分散体は、微細繊維状セルロースの分散度が高いものであった。また、分散媒体が水の場合は、上記の製造方法により得られた分散体は、繊維長の短縮が抑制されたものであることが確認できた。また、分散媒体がゴムラテックスの場合は、ミキサー内にラテックス凝集汚れがないことが目視で確認できた。 As can be seen from Table 2, a fine fibrous cellulose dispersion with a solid content concentration of 1 wt% or more is dispersed together with a dispersion medium using a mixer having high-speed disper blades that revolve while rotating and low-speed blades that scrape the tank wall. According to the method for producing a dispersion of fine fibrous cellulose dispersed in a dispersion medium, which includes a dispersion step, the resulting dispersion had a high degree of dispersion of fine fibrous cellulose. It was also confirmed that when the dispersion medium was water, the dispersion obtained by the above-described production method was suppressed in shortening of the fiber length. Moreover, when the dispersing medium was rubber latex, it was confirmed visually that there was no latex agglomeration stain in the mixer.

2…ミキサー、4…タンク、6…高速ディスパ羽根、8…高速撹拌軸、10…タンク壁、12…低速羽根、14…低速撹拌軸、16…第1アーム、18…第2アーム、20…駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2... Mixer, 4... Tank, 6... High-speed disper blade, 8... High-speed stirring shaft, 10... Tank wall, 12... Low-speed blade, 14... Low-speed stirring shaft, 16... First arm, 18... Second arm, 20... Drive part

Claims (2)

固形分濃度1wt%以上の微細繊維状セルロース分散体を、分散媒体とともに、自転しながら公転する高速ディスパ羽根とタンク壁を掻き取る低速羽根とを有するミキサーを用いて分散する分散工程を含
前記高速ディスパ羽根の自転の回転数が500~2000rpmであり、前記低速羽根の回転数が5~10rpmである、前記分散媒体に分散された微細繊維状セルロース分散体の製造方法。
A dispersion step of dispersing a fine fibrous cellulose dispersion with a solid content concentration of 1 wt% or more together with a dispersion medium using a mixer having high-speed disper blades that revolve while rotating and low-speed blades that scrape the tank wall,
A method for producing a fine fibrous cellulose dispersion dispersed in the dispersion medium , wherein the rotation speed of the high-speed disper blade is 500 to 2000 rpm, and the rotation speed of the low-speed blade is 5 to 10 rpm .
前記分散媒体が水または/およびゴムラテックスである請求項1に記載の微細繊維状セルロース分散体の製造方法。 2. The method for producing a fine fibrous cellulose dispersion according to claim 1, wherein the dispersion medium is water or/and rubber latex.
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