JP7395836B2 - Method for producing fine fibrous cellulose-containing dispersion - Google Patents
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Description
本発明は、微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a dispersion containing fine fibrous cellulose.
従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。例えば、微細繊維状セルロースを含むシートや樹脂複合体、増粘剤の開発が進められている。 Conventionally, cellulose fibers have been widely used in clothing, absorbent articles, paper products, and the like. As cellulose fibers, in addition to fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is also known. Fine fibrous cellulose is attracting attention as a new material, and its uses are wide-ranging. For example, sheets, resin composites, and thickeners containing fine fibrous cellulose are being developed.
例えば、特許文献1には、セルロース繊維原料を含むセルロース繊維原料分散液を異物除去処理する異物除去工程と、異物除去処理を施したセルロース繊維原料分散液を微細化処理する微細化工程とを有する、微細セルロース繊維の製造方法が開示されている。また、特許文献2には、セルロースナノファイバー分散液を、加圧下または減圧下でろ過する工程を含むセルロースナノファイバー分散液のろ過方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 includes a foreign matter removal step in which a cellulose fiber raw material dispersion containing a cellulose fiber raw material is treated to remove foreign matter, and a micronization step in which a cellulose fiber raw material dispersion that has been subjected to a foreign matter removal treatment is subjected to a finer treatment. , discloses a method for producing fine cellulose fibers. Further, Patent Document 2 discloses a method for filtering a cellulose nanofiber dispersion, which includes a step of filtering the cellulose nanofiber dispersion under pressure or reduced pressure.
微細繊維状セルロースを含む分散液を製造する際には、異物等を除去するためにろ過処理工程が設けられる場合がある。しかしながら、微細繊維状セルロースを含む分散液をろ過処理する際には、ろ材の閉塞が生じやすく、ろ過効率が低下するため問題となっていた。
このため、本発明は、ろ過効率に優れたろ過処理工程を有する微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法を提供することを課題とする。
When producing a dispersion containing fine fibrous cellulose, a filtration process may be provided to remove foreign substances and the like. However, when a dispersion containing fine fibrous cellulose is subjected to filtration treatment, clogging of the filter medium tends to occur, which causes a problem in that the filtration efficiency decreases.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion having a filtration treatment step with excellent filtration efficiency.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、ろ過処理工程を有する微細繊維状セルロース含有分散液の製造工程において、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを含有する分散液を用い、ろ過処理工程において、ろ材及びろ過助剤から選択される少なくとも一方を用いることで、ろ過効率を高め得ることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have discovered that a phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group It has been found that the filtration efficiency can be improved by using a dispersion containing fibrous cellulose having the following properties and using at least one selected from a filter medium and a filter aid in the filtration process.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] 繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを含有する分散液をろ過処理する工程を含む繊維状セルロース含有分散液の製造方法であって、
ろ過処理する工程では、ろ材及びろ過助剤から選択される少なくとも一方が用いられる、繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
[2] ろ過処理する工程では、ろ材としてフィルターが用いられる、[1]に記載の繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
[3] フィルターが、樹脂、金属及びセラミックスからなる群から選択される少なくとも1種から構成されたものである、[2]に記載の繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
[4] フィルターの目開きが0.1μm以上5mm以下である、[2]又は[3]に記載の繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
[5] ろ過処理する工程では、ろ材及びろ過助剤が用いられる[1]~[4]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
[1] A method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion comprising a step of filtering a dispersion containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group. There it is,
A method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion, wherein in the filtration step, at least one selected from a filter medium and a filter aid is used.
[2] The method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion according to [1], wherein a filter is used as a filter medium in the filtration process.
[3] The method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion according to [2], wherein the filter is composed of at least one member selected from the group consisting of resins, metals, and ceramics.
[4] The method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion according to [2] or [3], wherein the opening of the filter is 0.1 μm or more and 5 mm or less.
[5] The method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion according to any one of [1] to [4], wherein a filter medium and a filter aid are used in the filtration process.
本発明によれば、ろ過効率に優れたろ過処理工程を有する微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion having a filtration treatment step with excellent filtration efficiency.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。 In the following, the present invention will be explained in detail. Although the constituent elements described below may be explained based on typical embodiments and specific examples, the present invention is not limited to such embodiments.
(微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法) 本発明の繊維状セルロース含有分散液の製造方法は、繊維幅が1000nm以下であり、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを含有する分散液をろ過処理する工程を含む。ここで、ろ過処理する工程では、ろ材及びろ過助剤から選択される少なくとも一方が用いられる。なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロースもしくはCNFともいう。また、ろ過処理する工程をろ過処理工程ともいう。 (Method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion) The method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion of the present invention is to produce a fibrous cellulose-containing dispersion having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group. The method includes a step of filtering a dispersion containing cellulose. Here, in the filtration process, at least one selected from a filter medium and a filter aid is used. In this specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is also referred to as fine fibrous cellulose or CNF. Moreover, the process of performing filtration treatment is also referred to as a filtration treatment process.
本発明の微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法では、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する繊維状セルロースを用い、さらに、ろ過処理工程において、ろ材及びろ過助剤から選択される少なくとも一方を用いることで、ろ過処理工程におけるろ過効率を高めることができる。ろ過効率を高めることで、結果として、微細繊維状セルロース含有分散液の生産効率も高まる。このように、本発明の製造方法では、効率よく微細繊維状セルロース含有分散液を製造することができる。 In the method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion of the present invention, fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group is used, and further, in the filtration treatment step, a fibrous cellulose is selected from a filter medium and a filter aid. By using at least one of these, the filtration efficiency in the filtration process can be increased. By increasing the filtration efficiency, as a result, the production efficiency of the fine fibrous cellulose-containing dispersion also increases. Thus, according to the production method of the present invention, a fine fibrous cellulose-containing dispersion can be efficiently produced.
本発明の微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法は、解繊処理工程をさらに含む。上述したろ過処理工程は、解繊処理工程の後に設けられる。
以下において、微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法を具体的に説明する。
The method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion of the present invention further includes a defibration treatment step. The above-mentioned filtration process is provided after the fibrillation process.
Below, a method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion will be specifically explained.
<繊維原料>
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。
<Fiber raw materials>
Fine fibrous cellulose is produced from a fibrous raw material containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but it is preferable to use pulp because it is easily available and inexpensive. Pulps include, for example, wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include, but are not limited to, hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), and unbleached kraft pulp (UKP). ) and chemical pulp such as oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemical ground wood pulp (CGP), ground wood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. Examples include mechanical pulp. Examples of the non-wood pulp include, but are not particularly limited to, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lint, and non-wood-based pulps such as hemp, wheat straw, and bagasse. Deinked pulp is not particularly limited, but includes, for example, deinked pulp made from waste paper. The pulp of this embodiment may be used alone or in combination of two or more of the above. Among the above-mentioned pulps, wood pulp and deinked pulp are preferable from the viewpoint of easy availability. In addition, among wood pulps, the cellulose ratio is high and the yield of fine fibrous cellulose during fibrillation treatment is high, and the decomposition of cellulose in the pulp is small and long fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio can be obtained. From this point of view, for example, chemical pulp is more preferred, and kraft pulp and sulfite pulp are even more preferred.
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As the fiber raw material containing cellulose, for example, cellulose contained in sea squirts or bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can also be used. Further, instead of the fiber raw material containing cellulose, fibers formed from linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can also be used.
<リンオキソ酸基導入工程>
微細繊維状セルロース含有分散液の製造工程は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を導入する工程を含む。本明細書において、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を導入する工程は、リンオキソ酸基導入工程ともいう。リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
<Phosphorus oxoacid group introduction step>
The manufacturing process of the fine fibrous cellulose-containing dispersion includes a process of introducing a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group. In this specification, the step of introducing a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group is also referred to as a step of introducing a phosphorus oxo acid group. In the step of introducing phosphorus oxoacid groups, at least one compound selected from compounds capable of introducing phosphorus oxoacid groups (hereinafter also referred to as "compound A") is added to cellulose by reacting with hydroxyl groups possessed by fiber raw materials containing cellulose. This is a process of acting on fiber raw materials containing. Through this step, fibers introduced with phosphorus oxo acid groups are obtained.
本実施形態に係るリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。 In the phosphorus oxoacid group introduction step according to the present embodiment, a reaction between a cellulose-containing fiber raw material and compound A is performed in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter also referred to as "compound B"). It's okay. On the other hand, the cellulose-containing fiber raw material and compound A may be reacted in the absence of compound B.
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾やろ過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 An example of a method for causing compound A to act on a fiber raw material in the coexistence of compound B includes a method of mixing compound A and compound B with respect to a fiber raw material in a dry state, a wet state, or a slurry state. Among these, it is preferable to use dry or wet fiber raw materials, and it is particularly preferable to use dry fiber raw materials, since the reaction uniformity is high. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but it is preferably cotton-like or thin sheet-like, for example. Compound A and compound B may be added to the fiber raw material in the form of a powder, a solution dissolved in a solvent, or a melted state by heating to a temperature higher than the melting point. Among these, it is preferable to add them in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly an aqueous solution, since the reaction is highly uniform. Moreover, compound A and compound B may be added to the fiber raw material simultaneously, may be added separately, or may be added as a mixture. The method of adding Compound A and Compound B is not particularly limited, but if Compound A and Compound B are in the form of a solution, the fiber raw material may be immersed in the solution and taken out after absorption; The solution may be added dropwise. Alternatively, the necessary amounts of Compound A and Compound B may be added to the fiber raw material, or after adding excessive amounts of Compound A and Compound B to the fiber raw material, excess Compound A and Compound B may be removed by compression or filtration. May be removed.
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが特に限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リン酸基の導入効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、またはリン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはリン酸二水素アンモニウムがより好ましい。 The compound A used in this embodiment may be any compound having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose, such as phosphoric acid or its salt, phosphorous acid or its salt, dehydrated condensed phosphoric acid or its salt. Examples include salts, phosphoric anhydride (diphosphorus pentoxide), etc., but are not particularly limited. Phosphoric acid of various purity can be used, for example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid. Examples of phosphorous acid include 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Dehydrated condensed phosphoric acid is one in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed through a dehydration reaction, and examples include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid. Examples of phosphates, phosphites, and dehydrated condensed phosphates include lithium salts, sodium salts, potassium salts, and ammonium salts of phosphoric acid, phosphorous acid, or dehydrated condensed phosphoric acid, which are It can be made into peace. Among these, phosphoric acid, sodium phosphate Salt, potassium salt of phosphoric acid, or ammonium salt of phosphoric acid is preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, or ammonium dihydrogen phosphate is more preferred.
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted to phosphorus atomic weight, the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. The content is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By controlling the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by controlling the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to be equal to or less than the above upper limit, it is possible to balance the yield improvement effect and cost.
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。 Compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives as described above. Examples of compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea. From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, compound B is preferably used as an aqueous solution. Moreover, from the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound B added to the fiber raw material (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less, It is more preferably 100% by mass or more and 350% by mass or less.
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction of the cellulose-containing fiber raw material and compound A, in addition to compound B, for example, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide, and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Among these, triethylamine is known to act as a particularly good reaction catalyst.
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxoacid group introduction step, it is preferable to heat-treat the fiber raw material after adding or mixing compound A and the like to the fiber raw material. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which phosphorus oxo acid groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reactions of the fibers. The heat treatment temperature is, for example, preferably 50°C or more and 300°C or less, more preferably 100°C or more and 250°C or less, and even more preferably 130°C or more and 200°C or less. In addition, for the heat treatment, equipment having various heat media can be used, such as a stirring dryer, a rotary dryer, a disc dryer, a roll-type heating device, a plate-type heating device, a fluidized bed dryer, an air flow dryer, etc. A drying device, a vacuum drying device, an infrared heating device, a far-infrared heating device, a microwave heating device, and a high frequency drying device can be used.
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to this embodiment, for example, the compound A is added to a thin sheet-like fiber raw material by a method such as impregnation, and then heated, or the fiber raw material and compound A are heated while kneading or stirring with a kneader or the like. A method can be adopted. This makes it possible to suppress uneven concentration of compound A in the fiber raw material and more uniformly introduce phosphorus oxoacid groups onto the surface of the cellulose fibers contained in the fiber raw material. This is because when water molecules move to the surface of the fiber raw material during drying, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by surface tension and similarly moves to the surface of the fiber raw material (in other words, the concentration unevenness of compound A is reduced). This is thought to be due to the fact that this can be suppressed.
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 In addition, the heating device used for the heat treatment constantly removes, for example, the water retained in the slurry and the water generated due to the dehydration condensation (phosphate esterification) reaction between Compound A and hydroxyl groups contained in cellulose, etc. in the fiber raw material. Preferably, the device is capable of being discharged outside the device system. Examples of such a heating device include a blower type oven and the like. By constantly draining water from the equipment system, it is possible to suppress the hydrolysis reaction of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphoric acid esterification, and also to suppress acid hydrolysis of sugar chains in fibers. can. Therefore, it becomes possible to obtain fine fibrous cellulose with a high axial ratio.
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。 The heat treatment time is preferably 1 second or more and 300 minutes or less, more preferably 1 second or more and 1000 seconds or less, and 10 seconds or more and 800 seconds or less after water is substantially removed from the fiber raw material, for example. It is more preferable that In this embodiment, by setting the heating temperature and heating time within appropriate ranges, the amount of phosphorus oxo acid groups introduced can be within a preferable range.
リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。 The step of introducing a phosphorus oxoacid group may be carried out at least once, but it can also be carried out twice or more. By performing the phosphorus oxo acid group introduction step twice or more, a large number of phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material.
繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。また、リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、ろ過処理工程におけるろ過効率を高めることができる。 The amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fiber raw material is preferably 0.10 mmol/g or more, more preferably 0.20 mmol/g or more, and 0.50 mmol/g per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. It is more preferably at least 1.00 mmol/g, particularly preferably at least 1.00 mmol/g. Further, the amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fiber raw material is preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less, for example, per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. More preferably, it is 00 mmol/g or less. By introducing the amount of phosphorus oxo acid groups within the above range, it is possible to easily refine the fiber raw material and improve the stability of the fine fibrous cellulose. Moreover, by controlling the amount of introduced phosphorus oxo acid groups within the above range, the filtration efficiency in the filtration treatment process can be increased.
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法においては、必要に応じてリンオキソ酸基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりリンオキソ酸基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<Cleaning process>
In the method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion according to the present embodiment, the phosphorus oxo acid group-introduced fibers can be subjected to a washing step, if necessary. The washing step is carried out by washing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber with water or an organic solvent, for example. Further, the cleaning step may be performed after each step described below, and the number of times of cleaning performed in each cleaning step is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法においては、リンオキソ酸基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、リンオキソ酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkali treatment process>
In the method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion, the fiber raw material may be subjected to alkali treatment between the phosphorus oxo acid group introduction step and the defibration treatment step described below. The alkali treatment method is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the phosphorus oxo acid group-introduced fiber in an alkaline solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of its high versatility. Moreover, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among these, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent containing water or a polar organic solvent such as alcohol, and more preferably an aqueous solvent containing at least water. The alkaline solution is preferably, for example, a sodium hydroxide aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるリンオキソ酸基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばリンオキソ酸基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkaline solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably, for example, 5°C or more and 80°C or less, and more preferably 10°C or more and 60°C or less. The immersion time of the phosphorus oxo acid group-introduced fibers in the alkaline solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably, for example, 5 minutes or more and 30 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of alkaline solution used in the alkali treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10,000% by mass or less based on the absolute dry mass of the phosphorus oxo acid group-introduced fiber. It is more preferable that
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、リンオキソ酸基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、リンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったリンオキソ酸基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkaline solution used in the alkali treatment step, the phosphorus oxo acid group-introduced fibers may be washed with water or an organic solvent after the phosphorus oxo acid group introduction step and before the alkali treatment step. After the alkali treatment step and before the fibrillation treatment step, from the viewpoint of improving handling properties, it is preferable to wash the alkali-treated phosphorus acid group-introduced fiber with water or an organic solvent.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法においては、リンオキソ酸基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。例えば、リンオキソ酸基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment process>
In the method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion, the fiber raw material may be subjected to acid treatment between the step of introducing phosphorus oxo acid groups and the defibration step described below. For example, the phosphorus oxoacid group introduction step, acid treatment, alkali treatment, and fibrillation treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。 The acid treatment method is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the fiber raw material in an acidic solution containing an acid. The concentration of the acidic liquid used is not particularly limited, but is preferably, for example, 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. Further, the pH of the acidic liquid used is not particularly limited, but is preferably, for example, 0 or more and 4 or less, more preferably 1 or more and 3 or less. As the acid contained in the acidic liquid, for example, inorganic acids, sulfonic acids, carboxylic acids, etc. can be used. Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, and boric acid. Examples of the sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid. Examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, and tartaric acid. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably, for example, 5°C or higher and 100°C or lower, more preferably 20°C or higher and 90°C or lower. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably, for example, 5 minutes or more and 120 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but for example, it is preferably 100% by mass or more and 100,000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10,000% by mass or less based on the absolute dry mass of the fiber raw material. is more preferable.
<解繊処理>
本発明の微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法は、解繊処理工程をさらに含む。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Defibration treatment>
The method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion of the present invention further includes a defibration treatment step. In the defibration processing step, for example, a defibration processing device can be used. The defibration processing equipment is not particularly limited, but includes, for example, a high-speed defibrator, a grinder (stone mill-type crusher), a high-pressure homogenizer, an ultra-high-pressure homogenizer, a high-pressure collision type crusher, a ball mill, a bead mill, a disc-type refiner, a conical refiner, and a biaxial refiner. A kneader, a vibratory mill, a homomixer under high speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater can be used. Among the above-mentioned defibration processing devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, and an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by the crushing media and have less risk of contamination.
解繊処理工程においては、たとえばリンオキソ酸基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状としたものに解繊処理を施すことが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the defibration treatment step, it is preferable to perform the defibration treatment on a slurry obtained by diluting, for example, phosphorus oxo acid group-introduced fibers with a dispersion medium. As the dispersion medium, one or more types selected from water and organic solvents such as polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but preferably includes alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents, and the like. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin. Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK). Examples of the ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Examples of esters include ethyl acetate and butyl acetate. Examples of the aprotic polar solvent include dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP).
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、リンオキソ酸基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのリンオキソ酸基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration treatment can be set as appropriate. Further, the slurry obtained by dispersing the phosphorus oxo acid group-introduced fibers in a dispersion medium may contain solid content other than the phosphorus oxo acid group introduced fibers, such as urea having hydrogen bonding properties.
<ろ過処理工程>
本発明の微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法は、ろ過処理工程を含む。ろ過処理工程は、解繊処理工程の後に設けられる。このように、リンオキソ酸基を有する微細繊維状セルロースを含有する分散液についてろ過処理を行うことにより、ろ過処理工程のろ過効率を高めることができる。これにより、微細繊維状セルロース含有分散液の生産効率も高めることができる。
<Filtration process>
The method for producing a fine fibrous cellulose-containing dispersion of the present invention includes a filtration treatment step. The filtration process is provided after the fibrillation process. In this way, by performing the filtration treatment on the dispersion containing fine fibrous cellulose having phosphorus oxo acid groups, the filtration efficiency of the filtration treatment step can be increased. Thereby, the production efficiency of the fine fibrous cellulose-containing dispersion can also be improved.
ろ過処理工程では、ろ材及びろ過助剤から選択される少なくとも一方が用いられる。ろ過処理工程では、少なくともろ材を用いることが好ましく、ろ材としてフィルターを用いることが好ましい。 In the filtration process, at least one selected from a filter medium and a filter aid is used. In the filtration treatment step, it is preferable to use at least a filter medium, and it is preferable to use a filter as the filter medium.
ろ材としてフィルターを用いる場合、フィルターは、樹脂、金属及びセラミックスからなる群から選択される少なくとも1種から構成されたものであることが好ましく、樹脂及び金属から選択される少なくとも1種から構成されたものであることがより好ましく、金属から構成されたものであることがさらに好ましく、ステンレスから構成されたものであることが特に好ましい。このような材質からなるフィルターを採用することで、ろ過処理工程のろ過効率をより効果的に高めることができる。 When a filter is used as a filter medium, the filter is preferably composed of at least one selected from the group consisting of resin, metal, and ceramics, and preferably composed of at least one selected from resin and metal. It is more preferable that it be made of metal, even more preferably that it is made of metal, and particularly preferably that it is made of stainless steel. By employing a filter made of such a material, the filtration efficiency of the filtration process can be more effectively increased.
ろ材としてフィルターを用いる場合、フィルターの目開きは、0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることがさらに好ましく、10μm以上であることが特に好ましい。また、フィルターの目開きは、5mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましく、100μm以下であることがさらに好ましい。 When using a filter as a filter medium, the opening of the filter is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, even more preferably 5 μm or more, and particularly preferably 10 μm or more. Further, the opening of the filter is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, and even more preferably 100 μm or less.
ろ過処理工程ではろ材及びろ過助剤を併用することも好ましい。ろ材とろ過助剤を組み合わせてろ過処理を行うことにより、ろ過効率をより効果的に高めることができる。また、ろ過処理工程後に得られる微細繊維状セルロース含有分散液の透明度を高め、異物含有率を低減することもできる。 It is also preferable to use a filter medium and a filter aid in the filtration process. By performing filtration treatment using a combination of a filter medium and a filter aid, filtration efficiency can be more effectively increased. Furthermore, the transparency of the fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained after the filtration process can be increased and the content of foreign substances can be reduced.
ろ過助剤としては、例えば、無機化合物や有機化合物を挙げることができる。より具体的には、ろ過助剤としては、珪藻土、パーライト、粉末セルロース、活性炭等を挙げることができる。中でも、ろ過助剤は珪藻土であることが特に好ましい。珪藻土は、シリカを主成分とするが、シリカ以外にもアルミナ、酸化鉄、アルカリ金属の酸化物等を含んでいてもよい。 Examples of filter aids include inorganic compounds and organic compounds. More specifically, examples of filter aids include diatomaceous earth, perlite, powdered cellulose, and activated carbon. Among these, it is particularly preferable that the filter aid is diatomaceous earth. Diatomaceous earth has silica as its main component, but may also contain alumina, iron oxide, alkali metal oxide, etc. in addition to silica.
ろ過助剤は粒状であることが好ましい。この場合、ろ過助剤の平均粒子径は1~150μmであることが好ましく、10~100μmであることがより好ましい。ろ過助剤の平均粒子径を上記範囲内とすることにより、ろ過効率をより効果的に高めることができる。 Preferably, the filter aid is granular. In this case, the average particle diameter of the filter aid is preferably 1 to 150 μm, more preferably 10 to 100 μm. By setting the average particle diameter of the filter aid within the above range, filtration efficiency can be more effectively increased.
ろ過処理工程において、ろ過助剤を用いる場合、ろ材の上にろ過助剤の層を形成するプレコートろ過や、ろ過助剤と微細繊維状セルロース含有分散液を予め混合し、これをろ過するボディーフィードろ過といった各種ろ過方法を採用することができる。中でも、プレコートろ過と、ボディーフィードろ過を組み合わせてろ過処理を行うことで、ろ過効率をより効果的に高めることができる。 When using a filter aid in the filtration process, there is pre-coat filtration in which a layer of filter aid is formed on the filter medium, and body feed filtration in which the filter aid and fine fibrous cellulose-containing dispersion are mixed in advance and filtered. Various filtration methods can be employed, such as filtration. Among these, filtration efficiency can be more effectively increased by performing filtration processing by combining precoat filtration and body feed filtration.
ろ過処理工程におけるろ過速度は、10L/h以上であることが好ましく、30L/h以上であることがより好ましく、50L/h以上であることがさらに好ましく、80L/h以上であることが特に好ましい。本発明の微細繊維状セルロースの製造方法では、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する微細繊維状セルロースを含有する分散液を用いているため、上記ろ過速度でろ過処理を行った場合であってもろ材の閉塞を抑制することができる。 The filtration rate in the filtration treatment step is preferably 10 L/h or more, more preferably 30 L/h or more, even more preferably 50 L/h or more, and particularly preferably 80 L/h or more. . In the method for producing fine fibrous cellulose of the present invention, since a dispersion containing fine fibrous cellulose having a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group is used, the filtration treatment was performed at the above-mentioned filtration rate. It is possible to suppress clogging of the filter medium even in the case of
ろ過処理工程におけるろ過効率は、例えば、ろ過処理工程で用いるろ材の閉塞の程度を測定することで判定することができる。ろ材の閉塞の程度は、ろ材の上流と下流の圧力を測定し、該圧力差が小さい場合、ろ材の閉塞が抑制されていると判定できる。すなわち、ろ材の前後の差圧を算出し、該差圧が小さい場合に、ろ材の閉塞が抑制されていると判定できる。なお、工程の圧力は、フィルター前後に取り付けた圧力計によって測定することができる。フィルター前後の差圧は、0.1MP以下であることが好ましく、このような場合に、ろ材の閉塞が抑制されていると判定することができる。 The filtration efficiency in the filtration process can be determined, for example, by measuring the degree of clogging of the filter medium used in the filtration process. The degree of blockage of the filter medium is determined by measuring the pressures upstream and downstream of the filter medium, and if the pressure difference is small, it can be determined that the blockage of the filter medium is suppressed. That is, the pressure difference before and after the filter medium is calculated, and if the pressure difference is small, it can be determined that the blockage of the filter medium is suppressed. Note that the pressure in the process can be measured with pressure gauges attached before and after the filter. It is preferable that the pressure difference before and after the filter is 0.1 MP or less, and in such a case, it can be determined that clogging of the filter medium is suppressed.
また、ろ過処理工程におけるろ過効率は、ろ液回収率によっても評価できる。ろ液回収率は、フィルターを通過したろ液量を測定し、下記式で算出する。なお、フィルターを通過したろ液量は、アスピレーターを用いて0.05MPaまで減圧して回収した際のろ液量である。
ろ液回収率(%)=ろ過後の微細繊維状セルロース含有分散液(ろ液)量(L)/ろ過に供した微細繊維状セルロース含有分散液量(L)×100
ろ液回収率は80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。
Moreover, the filtration efficiency in the filtration treatment process can also be evaluated by the filtrate recovery rate. The filtrate recovery rate is calculated by measuring the amount of filtrate that has passed through the filter and using the following formula. Note that the amount of filtrate that has passed through the filter is the amount of filtrate that is collected by reducing the pressure to 0.05 MPa using an aspirator.
Filtrate recovery rate (%) = Amount of fine fibrous cellulose-containing dispersion (filtrate) after filtration (L) / Amount of fine fibrous cellulose-containing dispersion subjected to filtration (L) x 100
The filtrate recovery rate is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and even more preferably 90% or more.
ろ過処理工程に供する微細繊維状セルロース含有分散液の固形分濃度は、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。また、ろ過処理工程に供する微細繊維状セルロース含有分散液の固形分濃度は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。ろ過処理工程に供する分散液の固形分濃度を上記範囲内とすることにより、ろ過効率を高めつつ、微細繊維状セルロース含有分散液の生産効率を高めることが可能となる。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose-containing dispersion to be subjected to the filtration process is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more. Further, the solid content concentration of the fine fibrous cellulose-containing dispersion to be subjected to the filtration treatment step is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. By setting the solid content concentration of the dispersion liquid to be subjected to the filtration treatment step within the above range, it is possible to increase the filtration efficiency and the production efficiency of the fine fibrous cellulose-containing dispersion liquid.
ろ過処理工程の後には、必要に応じて、微細繊維状セルロース含有分散液を濃縮する工程を設けてもよい。これにより、微細繊維状セルロース含有分散液の含有率が高められた分散液を得ることができる。また、固形状体の微細繊維状セルロース含有物としてもよい。また、微細繊維状セルロース含有分散液をシート化して、微細繊維状セルロース含有シートを作製してもよい。 After the filtration treatment step, a step of concentrating the fine fibrous cellulose-containing dispersion may be provided as necessary. Thereby, a dispersion liquid with an increased content of fine fibrous cellulose-containing dispersion liquid can be obtained. Alternatively, it may be a solid fine fibrous cellulose-containing material. Alternatively, a fine fibrous cellulose-containing sheet may be produced by forming a fine fibrous cellulose-containing dispersion into a sheet.
(微細繊維状セルロース含有分散液)
本発明の製造方法で製造される微細繊維状セルロース含有分散液は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロース(微細繊維状セルロース)を含む。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることが好ましく、8nm以下であることがより好ましい。
(Fine fibrous cellulose-containing dispersion)
The fine fibrous cellulose-containing dispersion produced by the production method of the present invention contains fibrous cellulose (fine fibrous cellulose) having a fiber width of 1000 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is preferably 100 nm or less, more preferably 8 nm or less.
繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば1000nm以下である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることが特に好ましい。繊維状セルロースの平均繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、繊維状セルロースによる強度や剛性、寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。 The fiber width of fibrous cellulose can be measured, for example, by electron microscopic observation. The average fiber width of fibrous cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more and 10 nm or less. Particularly preferred. By setting the average fiber width of fibrous cellulose to 2 nm or more, dissolution of cellulose molecules in water can be suppressed, and the effects of improving strength, rigidity, and dimensional stability due to fibrous cellulose can be more easily expressed. can. Note that the fibrous cellulose is, for example, monofilament cellulose.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。
The average fiber width of fibrous cellulose is measured using, for example, an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose with a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast onto a hydrophilic carbon film-coated grid to provide a sample for TEM observation. shall be. If wide fibers are included, a SEM image of the surface cast on glass may be observed. Next, observation using an electron microscope is performed at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times, or 50000 times, depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions, and magnification should be adjusted to satisfy the following conditions.
(1) Draw a straight line X at any location in the observed image, and 20 or more fibers intersect with the straight line X.
(2) Draw a straight line Y that intersects the straight line perpendicularly within the same image, and 20 or more fibers intersect with the straight line Y.
For an observed image that satisfies the above conditions, visually read the width of the fibers that intersect the straight lines X and Y. In this way, at least three sets of observation images of surface portions that do not overlap with each other are obtained. Then, for each image, the width of the fibers intersecting the straight lines X and Y is read. In this way, the width of at least 20 x 2 x 3 = 120 fibers is read. Then, the average value of the read fiber widths is defined as the average fiber width of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、たとえば0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上800μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースの分散液粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but for example, it is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. preferable. By setting the fiber length within the above range, destruction of the crystalline region of fibrous cellulose can be suppressed. Furthermore, it is also possible to set the viscosity of the fibrous cellulose dispersion within an appropriate range. Note that the fiber length of fibrous cellulose can be determined, for example, by image analysis using TEM, SEM, or AFM.
繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 It is preferable that the fibrous cellulose has a type I crystal structure. Here, the fact that fibrous cellulose has a type I crystal structure can be identified in the diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418 Å) monochromated with graphite. Specifically, it can be identified because it has typical peaks at two positions: around 2θ=14° or more and 17° or less and around 2θ=22° or more and 23° or less. The proportion of type I crystal structure in the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and still more preferably 50% or more. As a result, even better performance can be expected in terms of heat resistance and low coefficient of linear thermal expansion. The degree of crystallinity is determined by measuring an X-ray diffraction profile and using the pattern in a conventional manner (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。また、溶媒分散体を作製した際に十分な増粘性が得られやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを水分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length/fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably, for example, 20 or more and 10,000 or less, more preferably 50 or more and 1,000 or less. By setting the axial ratio to the above lower limit value or more, it is easy to form a sheet containing fine fibrous cellulose. In addition, sufficient thickening properties are easily obtained when a solvent dispersion is prepared. It is preferable that the axial ratio be equal to or less than the above upper limit because handling such as dilution becomes easier when handling fibrous cellulose as an aqueous dispersion, for example.
本実施形態における繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。特に、結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が高い微細繊維状セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fibrous cellulose in this embodiment has, for example, both crystalline regions and amorphous regions. In particular, fine fibrous cellulose having both crystalline regions and amorphous regions and having a high axial ratio is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described below.
繊維状セルロースは、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基を有する。リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基である。リンオキソ酸基は、たとえばリン酸からヒドロキシ基を取り除いたものにあたる、2価の官能基である。具体的には-PO3H2で表される基である。リンオキソ酸基に由来する置換基には、リンオキソ酸基の塩、リンオキソ酸エステル基などの置換基が含まれる。なお、リンオキソ酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)として繊維状セルロースに含まれていてもよい。また、リンオキソ酸基は、たとえば、亜リン酸基(ホスホン酸基)であってもよく、リンオキソ酸基に由来する置換基は、亜リン酸基の塩などであってもよい。 Fibrous cellulose has a phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group. The phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). A phosphorus oxoacid group is a divalent functional group, for example, equivalent to phosphoric acid with a hydroxyl group removed. Specifically, it is a group represented by -PO 3 H 2 . The substituents derived from the phosphorus oxo acid group include substituents such as salts of the phosphorus oxo acid group and phosphorus oxo acid ester groups. Note that the substituent derived from the phosphorus oxoacid group may be included in the fibrous cellulose as a group (for example, a pyrophosphate group) in which a phosphoric acid group is condensed. Further, the phosphorus oxo acid group may be, for example, a phosphorous acid group (phosphonic acid group), and the substituent derived from the phosphorus oxo acid group may be a salt of a phosphorous acid group.
式(1)中、a、bおよびnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αnおよびα’のうちa個がO-であり、残りはR,ORのいずれかである。なお、各αnおよびα'の全てがO-であっても構わない。Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。また、式(1)においては、nは1であることが好ましい。 In formula (1), a, b, and n are natural numbers, and m is an arbitrary number (a=b×m). a of α 1 , α 2 , . . . , α n and α′ are O − , and the rest are either R or OR. Note that all of α n and α′ may be O − . R is a hydrogen atom, a saturated linear hydrocarbon group, a saturated branched hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, or an unsaturated branched hydrocarbon group, respectively. A hydrogen group, an unsaturated cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a group derived from these. Further, in formula (1), n is preferably 1.
飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、又はn-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、又はt-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、又は3-ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of the saturated linear hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, and the like, but are not particularly limited. Examples of the saturated-branched hydrocarbon group include i-propyl group and t-butyl group, but are not particularly limited. Examples of the saturated cyclic hydrocarbon group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated linear hydrocarbon group include a vinyl group and an allyl group, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated branched hydrocarbon group include an i-propenyl group and a 3-butenyl group, but are not particularly limited. Examples of the unsaturated cyclic hydrocarbon group include a cyclopentenyl group and a cyclohexenyl group, but are not particularly limited. Examples of the aromatic group include a phenyl group and a naphthyl group, but are not particularly limited.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又はアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。 In addition, the derivative group in R is a functional group in which at least one functional group such as a carboxy group, a hydroxy group, or an amino group is added or substituted to the main chain or side chain of the various hydrocarbon groups mentioned above. Examples include, but are not particularly limited to, groups. Further, the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R within the above range, the molecular weight of the phosphorus oxo acid group can be set in an appropriate range, facilitating penetration into the fiber raw material and increasing the yield of fine cellulose fibers. You can also do that.
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。なお、βb+は有機オニウムイオンであってもよい。 β b+ is a monovalent or higher cation consisting of an organic substance or an inorganic substance. Examples of monovalent or more valent cations made of organic substances include aliphatic ammonium or aromatic ammonium, and examples of monovalent or more valent cations made of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, Examples include cations of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, etc., but are not particularly limited. These can also be applied singly or in combination of two or more. As monovalent or higher cations made of organic or inorganic substances, sodium or potassium ions are preferred, but are not particularly limited, as they do not easily yellow when β-containing fiber raw materials are heated and are easy to use industrially. Note that β b+ may be an organic onium ion.
繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、3.00mmol/g以下であることが特に好ましい。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。また、リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、ろ過処理工程におけるろ過効率を高めることができる。ここで、単位mmol/gにおける分母は、リンオキソ酸基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。 The amount of phosphorus oxoacid group introduced into fibrous cellulose is preferably 0.10 mmol/g or more, more preferably 0.20 mmol/g or more, and 0.50 mmol/g per 1 g (mass) of fibrous cellulose. It is more preferably at least 1.00 mmol/g, particularly preferably at least 1.00 mmol/g. Further, the amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fibrous cellulose is preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less, for example, per 1 g (mass) of fibrous cellulose. It is more preferably 50 mmol/g or less, particularly preferably 3.00 mmol/g or less. By controlling the amount of phosphorus oxo acid groups introduced within the above range, it is possible to easily refine the fiber raw material and improve the stability of the fibrous cellulose. Moreover, by controlling the amount of introduced phosphorus oxo acid groups within the above range, the filtration efficiency in the filtration treatment process can be increased. Here, the denominator in the unit mmol/g indicates the mass of the fibrous cellulose when the counter ion of the phosphorus oxoacid group is a hydrogen ion (H + ).
繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた繊維状セルロースを含有する分散液に、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into fibrous cellulose can be measured, for example, by neutralization titration. In the measurement by neutralization titration, the amount introduced is measured by adding an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution to the resulting dispersion containing fibrous cellulose and determining the change in pH.
図1は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有分散液に対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有する分散液を強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用した分散液中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用した分散液中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象分散液中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added dropwise to a fibrous cellulose-containing dispersion having phosphorus oxoacid groups and pH. The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a dispersion containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. Note that, if necessary, a defibration process similar to the defibration process described below may be performed on the measurement target before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, a change in pH is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 1 is obtained. The titration curve shown in the upper part of Figure 1 plots the measured pH against the amount of alkali added, and the titration curve shown in the lower part of Figure 1 plots the pH measured against the amount of alkali added. Increment (differential value) (1/mmol) is plotted. In this neutralization titration, two points at which the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali dropped) becomes maximum are confirmed on a curve in which the measured pH is plotted against the amount of alkali added. Among these, the maximum point of increment obtained first after starting to add the alkali is called the first end point, and the maximum point of increment obtained next is called the second end point. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the dispersion used for titration, and the amount of alkali required from the first end point to the second end point is The amount of alkali becomes equal to the amount of second dissociated acid of fibrous cellulose contained in the dispersion used for titration, and the amount of alkali required from the start of titration to the second end point is contained in the dispersion used for titration. It is equal to the total amount of dissociated acids in fibrous cellulose. Then, the value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the dispersion to be titrated becomes the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol/g). In addition, when it is simply referred to as the amount of phosphorus oxo acid groups introduced (or the amount of phosphorus oxo acid groups), it refers to the amount of the first dissociated acid.
In FIG. 1, the region from the start of titration to the first end point is called the first region, and the region from the first end point to the second end point is called the second region. For example, when the phosphorus oxo acid group is a phosphoric acid group and this phosphoric acid group causes condensation, the amount of weak acid groups (also referred to herein as the second dissociated acid amount) in the phosphorus oxo acid group appears to be The amount of alkali required in the second region is smaller than the amount of alkali required in the first region. On the other hand, the amount of strong acid groups in the phosphorus oxo acid group (also referred to as the first dissociated acid amount in this specification) matches the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. In addition, when the phosphorus oxo acid group is a phosphorous acid group, there is no weakly acidic group in the phosphorus oxo acid group, so the amount of alkali required for the second region is reduced, or the amount of alkali required for the second region is reduced. may be zero. In this case, in the titration curve, there is one point where the pH increment becomes maximum.
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1000}
A[mmol/g]:繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の総解離酸量)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
Note that the above-mentioned amount of phosphorus oxo acid groups introduced (mmol/g) has a denominator indicating the mass of acid type fibrous cellulose. (called the acid form). On the other hand, if the counter ion of the phosphorus oxo acid group is substituted with any cation C so as to have a charge equivalent, convert the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion. By doing so, the amount of phosphorus oxo acid groups (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxo acid groups (C type)) that the fibrous cellulose having the cation C as a counter ion can be determined.
That is, it is calculated using the following calculation formula.
Amount of phosphorus oxo acid groups (C type) = Amount of phosphorus oxo acid groups (acid type)/{1+(W-1)×A/1000}
A [mmol/g]: Total amount of anions derived from phosphorus oxo acid groups possessed by fibrous cellulose (total amount of dissociated acids of phosphorus oxo acid groups)
W: formula weight per valence of cation C (for example, 23 for Na, 9 for Al)
なお、滴定法によるリンオキソ酸基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低いリンオキソ酸基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒に10~50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有分散液に溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスを分散液に吹き込みながら測定するなどが望ましい。 In addition, when measuring the amount of phosphorus oxo acid groups using the titration method, if the amount of one drop of sodium hydroxide aqueous solution dropped is too large, or if the titration interval is too short, the amount of phosphorus oxo acid groups may be lower than originally expected, resulting in inaccurate values. Sometimes you can't get it. As for an appropriate dropping amount and titration interval, for example, it is desirable to titrate a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution at a rate of 10 to 50 μL every 5 to 30 seconds. In addition, in order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing dispersion, measurements may be performed while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the dispersion from 15 minutes before the start of titration until the end of titration. desirable.
繊維状セルロースの含有量は、微細繊維状セルロース含有分散液の全質量に対して、
0.05質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.2質量%以上であることがさらに好ましい。また、繊維状セルロースの含有量は、微細繊維状セルロース含有分散液の全質量に対して、50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることがさらに好ましく、20質量%以下であることが特に好ましい。
The content of fibrous cellulose is based on the total mass of the fine fibrous cellulose-containing dispersion,
It is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and even more preferably 0.2% by mass or more. Further, the content of fibrous cellulose is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and 30% by mass or less based on the total mass of the fine fibrous cellulose-containing dispersion. It is more preferable that the amount is 20% by mass or less, and particularly preferably 20% by mass or less.
微細繊維状セルロース含有分散液の全光線透過率は、80%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。なお、微細繊維状セルロース含有分散液の全光線透過率は100%であってもよい。微細繊維状セルロース含有分散液の全光線透過率は、微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で繊維状セルロースの含有量が0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて、JIS K 7361に準拠して測定される値である。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置する。 The total light transmittance of the fine fibrous cellulose-containing dispersion is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and even more preferably 90% or more. Note that the total light transmittance of the fine fibrous cellulose-containing dispersion may be 100%. The total light transmittance of the fine fibrous cellulose-containing dispersion was determined by diluting the fine fibrous cellulose-containing dispersion with ion-exchanged water so that the fibrous cellulose content was 0.2% by mass, and then using a hazemeter (Murakami Color). This is a value measured in accordance with JIS K 7361 using a liquid glass cell (manufactured by Fujiwara Seisakusho, MG-40, reverse light path) with an optical path length of 1 cm. Note that the zero point measurement is performed using ion-exchanged water placed in the same glass cell. Moreover, the dispersion liquid to be measured is left standing in an environment of 23° C. and 50% relative humidity for 24 hours before measurement.
微細繊維状セルロース含有分散液のヘーズは、2%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。微細繊維状セルロース含有分散液のヘーズは、たとえばJIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて測定される値である。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置する。 The haze of the fine fibrous cellulose-containing dispersion is preferably 2% or less, more preferably 1.5% or less, and even more preferably 1% or less. The haze of the fine fibrous cellulose-containing dispersion can be measured, for example, in accordance with JIS K 7136 using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Institute) and a glass cell for liquids with an optical path length of 1 cm (manufactured by Fujiwara Seisakusho, MG-150). 40, reverse optical path). Note that the zero point measurement is performed using ion-exchanged water placed in the same glass cell. Moreover, the dispersion liquid to be measured is left standing in an environment of 23° C. and 50% relative humidity for 24 hours before measurement.
23℃、回転速度0.3rpmの条件で測定した微細繊維状セルロース含有分散液の粘度は、10000mPa・s以上であることが好ましく、50000mPa・s以上であることがより好ましく、100000mPa・s以上であることがさらに好ましく、300000mPa・s以上であることが特に好ましい。なお、23℃、回転速度0.3rpmの条件で測定した微細繊維状セルロース含有分散液の粘度は、4000000以下であることが好ましい。微細繊維状セルロース含有分散液の粘度を測定する際には、分散液を、(株)シンキー社製あわとり練太郎ARE-310で、30分間脱泡した後に測定を行う。粘度の測定にはB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いる。測定条件は、回転速度0.3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とする。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置し、測定時の分散液の液温を23℃とする。 The viscosity of the fine fibrous cellulose-containing dispersion measured at 23° C. and a rotation speed of 0.3 rpm is preferably 10,000 mPa·s or more, more preferably 50,000 mPa·s or more, and 100,000 mPa·s or more. It is more preferable that it is, and it is especially preferable that it is 300,000 mPa·s or more. The viscosity of the fine fibrous cellulose-containing dispersion measured at 23° C. and a rotational speed of 0.3 rpm is preferably 4,000,000 or less. When measuring the viscosity of a fine fibrous cellulose-containing dispersion, the dispersion is defoamed for 30 minutes using Awatori Rentaro ARE-310 manufactured by Shinky Co., Ltd., and then the measurement is performed. A B-type viscometer (manufactured by BLOOKFIELD, analog viscometer T-LVT) is used to measure the viscosity. The measurement conditions are a rotational speed of 0.3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of the measurement is taken as the viscosity of the dispersion. Further, the dispersion liquid to be measured is left standing for 24 hours in an environment of 23°C and relative humidity of 50% before measurement, and the temperature of the dispersion liquid at the time of measurement is 23°C.
微細繊維状セルロース含有分散液は、微細繊維状セルロースの他に任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、親水性高分子、親水性低分子、有機イオン等を挙げることができる。また、微細繊維状セルロース含有分散液は、任意成分として、界面活性剤、カップリング剤、無機層状化合物、無機化合物、レベリング剤、防腐剤、消泡剤、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線防御剤、染料、顔料、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、分散剤、防腐剤、および架橋剤から選択される一種または二種以上を含んでいてもよい。 The fine fibrous cellulose-containing dispersion may contain optional components in addition to the fine fibrous cellulose. Examples of optional components include hydrophilic polymers, hydrophilic low molecules, and organic ions. In addition, the fine fibrous cellulose-containing dispersion may optionally contain a surfactant, a coupling agent, an inorganic layered compound, an inorganic compound, a leveling agent, a preservative, an antifoaming agent, an organic particle, a lubricant, and an antistatic agent. , ultraviolet protection agents, dyes, pigments, stabilizers, magnetic powders, orientation promoters, plasticizers, dispersants, preservatives, and crosslinking agents.
親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましく、含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等が挙げられる。 The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fibers), and examples of the oxygen-containing organic compound include polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, and modified Starch, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (acetoacetylated polyvinyl alcohol, etc.), polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates, acrylic acid alkyl ester copolymers, urethane copolymers, cellulose derivatives (hydroxyethylcellulose, carboxylic acid) ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc.).
親水性低分子は、親水性の含酸素有機化合物であることが好ましく、多価アルコールであることがさらに好ましい。多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等が挙げられる。 The hydrophilic low molecule is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound, and more preferably a polyhydric alcohol. Examples of polyhydric alcohols include glycerin, sorbitol, ethylene glycol, and the like.
有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn-プロピルオニウムイオン、テトラn-ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。 Examples of organic ions include tetraalkylammonium ions and tetraalkylphosphonium ions. Examples of the tetraalkylammonium ion include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion, and lauryl trimethyl. Examples include ammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, stearyltrimethylammonium ion, octyldimethylethylammonium ion, lauryldimethylethylammonium ion, didecyldimethylammonium ion, lauryldimethylbenzylammonium ion, and tributylbenzylammonium ion. Examples of the tetraalkylphosphonium ion include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Further, examples of the tetrapropylonium ion and the tetrabutylonium ion include a tetra n-propyl onium ion and a tetra n-butylonium ion, respectively.
(微細繊維状セルロース含有シートの製造方法) 本発明は、上述した微細繊維状セルロース含有分散液の製造方法で得られた微細繊維状セルロース含有分散液からシートを形成する工程を含む微細繊維状セルロース含有シートの製造方法に関するものであってもよい。シートを形成する工程は、分散液を抄紙する工程、もしくは分散液を基材に塗工する工程を含むことが好ましい。シートを形成する工程では、抄紙もしくは塗工により湿潤シートを形成した後に乾燥することによって微細繊維状セルロース含有シートが得られる。なお、本明細書では、シートを形成する工程を、シート化工程と呼ぶこともある。 (Method for producing a sheet containing fine fibrous cellulose) The present invention provides a process for forming a sheet from a dispersion containing fine fibrous cellulose obtained by the above-described method for producing a dispersion containing fine fibrous cellulose. It may also relate to a method of manufacturing a containing sheet. The step of forming the sheet preferably includes a step of making paper from the dispersion or a step of applying the dispersion to a base material. In the step of forming a sheet, a fine fibrous cellulose-containing sheet is obtained by forming a wet sheet by papermaking or coating and then drying it. Note that in this specification, the process of forming a sheet may be referred to as a sheet-forming process.
<抄紙工程>
抄紙工程は、抄紙機により分散液を抄紙することにより行われる。抄紙工程で用いられる抄紙機としては、とくに限定されないが、たとえば長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、またはこれらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等の公知の抄紙方法を採用してもよい。
<Paper making process>
The paper making process is performed by making paper from the dispersion using a paper machine. The paper machine used in the paper making process is not particularly limited, but examples include continuous paper machines such as Fourdrinier type, cylinder type, and inclined type, and multilayer paper machines combining these. In the paper-making process, a known paper-making method such as hand-making may be employed.
抄紙工程は、分散液をワイヤーによりろ過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、このシートをプレス、乾燥することにより行われる。分散液をろ過、脱水する際に用いられるろ布としては、とくに限定されないが、たとえば微細繊維状セルロースは通過せず、かつろ過速度が遅くなりすぎないものであることがより好ましい。このようなろ布としては、とくに限定されないが、たとえば有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしてはとくに限定されないが、たとえばポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。本実施形態においては、たとえば孔径0.1μm以上20μm以下であるポリテトラフルオロエチレンの多孔膜や、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。 The papermaking process is carried out by filtering and dewatering the dispersion using a wire to obtain a wet paper sheet, and then pressing and drying this sheet. The filter cloth used for filtering and dehydrating the dispersion is not particularly limited, but it is more preferable to use one that does not allow fine fibrous cellulose to pass through and that does not slow down the filtration rate too much. Such filter cloth is not particularly limited, but for example, sheets, textiles, and porous membranes made of organic polymers are preferable. The organic polymer is not particularly limited, but non-cellulose organic polymers such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), etc. are preferred. In this embodiment, for example, a porous membrane of polytetrafluoroethylene with a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, a polyethylene terephthalate or polyethylene fabric with a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, and the like.
シート化工程において、分散液からシートを製造する方法は、たとえば繊維状セルロースを含む分散液を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された分散液から分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備える製造装置を用いて行うことができる。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 In the sheet-forming process, a method for manufacturing a sheet from a dispersion liquid is, for example, a squeezing method in which a dispersion liquid containing fibrous cellulose is discharged onto the upper surface of an endless belt, and a dispersion medium is squeezed from the discharged dispersion liquid to form a web. This can be done using manufacturing equipment that includes a water section and a drying section that dries the web to produce sheets. An endless belt is disposed from the water squeezing section to the drying section, and the web produced in the water squeezing section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.
微細繊維状セルロース含有分散液からシートを製造する方法としては、特に限定されないが、例えばWO2011/013567に記載の製造装置を用いる方法等が挙げられる。この製造装置は、微細繊維状セルロースを含む分散液を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された分散液から分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備えている。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 A method for manufacturing a sheet from a fine fibrous cellulose-containing dispersion is not particularly limited, but includes, for example, a method using a manufacturing apparatus described in WO2011/013567. This manufacturing equipment includes a water squeezing section that discharges a dispersion containing fine fibrous cellulose onto the upper surface of an endless belt, squeezes out the dispersion medium from the discharged dispersion to produce a web, and a water squeezing section that produces a web by drying the web and forming a sheet. It is equipped with a drying section to produce. An endless belt is disposed from the water squeezing section to the drying section, and the web produced in the water squeezing section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.
本発明において使用できる脱水方法としては特に限定されないが、紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられ、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、ロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、乾燥方法としては特に限定されないが、紙の製造で用いられている方法が挙げられ、例えば、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどの方法が好ましい。 The dehydration method that can be used in the present invention is not particularly limited, but includes dehydration methods commonly used in paper manufacturing, such as dehydration using a fourdrinier, cylinder screen, inclined wire, etc., followed by dehydration using a roll press. is preferred. Further, the drying method is not particularly limited, but includes methods used in paper manufacturing, such as cylinder dryers, Yankee dryers, hot air drying, near-infrared heaters, and infrared heaters.
分散液を乾燥してシートを形成する方法としては、例えば、加熱乾燥、送風乾燥、減圧乾燥等が挙げられる。乾燥と並行して加圧してもよい。加熱温度は50℃~250℃程度が好ましい。上記温度範囲であると、乾燥を短時間で完了し、変色や着色を抑制することができる。加圧は0.01MPa~5MPaが好ましい。上記圧力範囲であると、ひび割れや皺の発生を抑制し、微細繊維状セルロース含有シートの密度を高めることができる。 Examples of methods for drying the dispersion to form a sheet include heating drying, blow drying, and reduced pressure drying. Pressure may be applied in parallel with drying. The heating temperature is preferably about 50°C to 250°C. When the temperature is within the above range, drying can be completed in a short time and discoloration and discoloration can be suppressed. Pressure is preferably 0.01 MPa to 5 MPa. When the pressure is within the above range, the occurrence of cracks and wrinkles can be suppressed and the density of the fine fibrous cellulose-containing sheet can be increased.
<塗工工程>
塗工工程では、たとえば微細繊維状セルロースを含む分散液を基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離することによりシートを得ることができる。また、塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。
<Coating process>
In the coating step, a sheet can be obtained by, for example, coating a dispersion containing fine fibrous cellulose on a substrate, drying it, and peeling the formed sheet from the substrate. Further, by using a coating device and a long base material, sheets can be continuously produced.
塗工工程で用いる基材の材質は、とくに限定されないが、分散液に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂製のフィルムや板または金属製のフィルムや板が好ましいが、とくに限定されない。たとえばアクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミ、亜鉛、銅、鉄板の金属のフィルムや板、および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真ちゅうのフィルムや板等を用いることができる。 The material of the base material used in the coating process is not particularly limited, but materials with higher wettability to the dispersion liquid are better because they can suppress shrinkage of the sheet during drying. It is preferable to select one that can be easily peeled off. Among these, resin films and plates and metal films and plates are preferred, but they are not particularly limited. For example, films and plates made of resin such as acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polystyrene, polypropylene, polycarbonate, and polyvinylidene chloride; films and plates made of metal such as aluminum, zinc, copper, and iron; and those whose surfaces have been oxidized. , stainless steel film or plate, brass film or plate, etc. can be used.
塗工工程において、分散液の粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚みおよび坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠としては、とくに限定されないが、たとえば乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。このような観点から、樹脂板または金属板を成形したものがより好ましい。本実施形態においては、たとえばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリプロピレン板、ポリカーボネート板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛板、銅板、鉄板等の金属板、およびこれらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したものを用いることができる。 In the coating process, if the viscosity of the dispersion liquid is low and it spreads on the base material, a dam frame may be fixed on the base material in order to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight. You may. The damming frame is not particularly limited, but it is preferable to select one that allows the edges of the sheet to be easily peeled off after drying, for example. From this point of view, it is more preferable to use a molded resin plate or metal plate. In this embodiment, for example, resin plates such as acrylic plates, polyethylene terephthalate plates, vinyl chloride plates, polystyrene plates, polypropylene plates, polycarbonate plates, and polyvinylidene chloride plates, and metal plates such as aluminum plates, zinc plates, copper plates, iron plates, etc. , and those whose surfaces have been oxidized, stainless steel plates, brass plates, etc. can be used.
分散液を基材に塗工する塗工機としては、とくに限定されないが、たとえばロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。シートの厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターがとくに好ましい。 The coating machine for coating the base material with the dispersion is not particularly limited, and for example, a roll coater, gravure coater, die coater, curtain coater, air doctor coater, etc. can be used. A die coater, a curtain coater, and a spray coater are particularly preferred because they can make the sheet thickness more uniform.
分散液を基材へ塗工する際の分散液温度および雰囲気温度は、とくに限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましく、15℃以上50℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上40℃以下であることがとくに好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、分散液をより容易に塗工できる。塗工温度が上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The temperature of the dispersion and the ambient temperature when applying the dispersion to the substrate are not particularly limited, but are preferably, for example, 5°C or more and 80°C or less, more preferably 10°C or more and 60°C or less, The temperature is more preferably 15°C or more and 50°C or less, and particularly preferably 20°C or more and 40°C or less. If the coating temperature is equal to or higher than the above lower limit, the dispersion can be coated more easily. If the coating temperature is below the above upper limit, volatilization of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程は、上述のとおり、基材上に塗工した分散液を乾燥させる工程を含む。分散液を乾燥させる工程は、とくに限定されないが、たとえば非接触の乾燥方法、もしくはシートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせにより行われる。 As described above, the coating step includes the step of drying the dispersion coated on the substrate. The step of drying the dispersion liquid is not particularly limited, and may be performed, for example, by a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof.
非接触の乾燥方法としては、とくに限定されないが、たとえば熱風、赤外線、遠赤外線もしくは近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、または真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、とくに限定されないが、たとえば赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。加熱乾燥法における加熱温度は、とくに限定されないが、たとえば20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができる。また、加熱温度を上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制および繊維状セルロースの熱による変色の抑制を実現できる。 The non-contact drying method is not particularly limited, but for example, a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays (heat drying method), or a method of drying under vacuum (vacuum drying method) is applied. can do. Although the heat drying method and the vacuum drying method may be combined, the heat drying method is usually applied. Drying using infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays is not particularly limited, and can be performed using, for example, an infrared device, a far infrared device, or a near infrared device. The heating temperature in the heating drying method is not particularly limited, but is preferably, for example, 20°C or higher and 150°C or lower, more preferably 25°C or higher and 105°C or lower. If the heating temperature is equal to or higher than the above lower limit, the dispersion medium can be quickly volatilized. Moreover, if the heating temperature is below the above-mentioned upper limit, it is possible to suppress the cost required for heating and suppress discoloration of the fibrous cellulose due to heat.
<他の工程>
本発明の微細繊維状セルロース含有シートの製造方法は、上述した工程に加えてさらに脱泡工程を含んでいてもよい。本発明の製造方法が、脱泡工程を含む場合、脱泡工程は、上述したシートを形成する工程の前に設けられることが好ましく、ろ過処理する工程とシート形成する工程の間に設けられることがより好ましい。これにより、脱泡効率を高めることができ、気泡含有率の少ない微細繊維状セルロース含有シートを形成することができる。
<Other processes>
The method for producing a fine fibrous cellulose-containing sheet of the present invention may further include a defoaming step in addition to the steps described above. When the manufacturing method of the present invention includes a defoaming step, the defoaming step is preferably provided before the step of forming the sheet described above, and is preferably provided between the step of filtering and the step of forming the sheet. is more preferable. Thereby, defoaming efficiency can be improved and a fine fibrous cellulose-containing sheet with a low bubble content can be formed.
脱泡工程では、脱泡装置を用いて分散液から気泡を除く処理を行うことが好ましい。脱泡装置としては、例えば、真空脱泡装置、遠心脱泡装置、減圧脱泡装置、自転公転脱泡装置等を挙げることができる。このような装置で脱泡が行われた後に、送液配管等を通して、シート形成工程に分散液が送液される。 In the defoaming step, it is preferable to remove air bubbles from the dispersion using a defoaming device. Examples of the defoaming device include a vacuum defoaming device, a centrifugal defoaming device, a vacuum defoaming device, a rotation-revolution defoaming device, and the like. After degassing is performed in such an apparatus, the dispersion liquid is sent to the sheet forming process through a liquid delivery pipe or the like.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 EXAMPLES The features of the present invention will be explained in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, usage amounts, proportions, processing details, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the specific examples shown below.
[実施例1]
<化学処理>
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
[Example 1]
<Chemical treatment>
As raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper (solid content 93% by mass, basis weight 208 g/m 2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121 after disintegration is 700 ml) It was used.
この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リンオキソ酸化パルプを得た。 This raw material pulp was subjected to phosphorus oxo oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea is added to 100 parts by mass (absolutely dry mass) of the above raw material pulp to obtain 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water. A pulp impregnated with a chemical solution was obtained. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165° C. for 200 seconds to introduce phosphoric acid groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining phosphorus oxo-oxidized pulp.
次いで、得られたリンオキソ酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リンオキソ酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、ろ過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Next, the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp was subjected to a washing treatment. The washing treatment was performed by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolutely dry mass) of phosphorus oxo-oxidized pulp, stirring the resulting pulp dispersion so that the pulp was evenly dispersed, and then repeating the process of filtering and dehydrating the pulp. went. The washing end point was determined when the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後のリンオキソ酸化パルプに対してアルカリ処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸オキソ化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリンオキソ酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リンオキソ酸化パルプスラリーを脱水して、アルカリ処理が施されたリンオキソ酸化パルプを得た。次いで、アルカリ処理後のリンオキソ酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。 Next, the washed phosphorus oxo-oxidized pulp was subjected to alkali treatment as follows. First, after diluting the washed phosphoric acid oxidized pulp with 10 L of ion-exchanged water, a 1N aqueous sodium hydroxide solution is added little by little while stirring to form a phosphorus oxo oxidized pulp slurry with a pH of 12 to 13. Obtained. Next, the phosphorus oxo-oxidized pulp slurry was dehydrated to obtain a phosphorus oxo-oxidized pulp subjected to alkali treatment. Next, the phosphorus oxo-oxidized pulp after the alkali treatment was subjected to the above-mentioned washing treatment.
これにより得られたリンオキソ酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリンオキソ酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo-oxidized pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption based on P=O of phosphoric acid groups was observed near 1230 cm −1 , and it was confirmed that phosphoric acid groups were added to the pulp. In addition, when the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp was sampled and analyzed using an X-ray diffraction device, it was found that there were two positions near 2θ = 14° or more and 17° or less and 2θ = 22° or more and 23° or less. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that cellulose type I crystals were present.
<解繊処理>
得られたリンオキソ酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース含有分散液Aを得た。X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、後述する測定方法で測定される微細繊維状セルロースの繊維幅は、3~5nmであった。後述する測定方法で測定される微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであり、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
<Defibration treatment>
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorus oxo-oxidized pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated four times at a pressure of 200 MPa using a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose-containing dispersion A containing fine fibrous cellulose. It was confirmed by X-ray diffraction that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Further, the fiber width of the fine fibrous cellulose measured by the measuring method described below was 3 to 5 nm. The amount of phosphorus oxo acid groups (first amount of dissociated acids) of the fine fibrous cellulose measured by the measurement method described below was 1.45 mmol/g, and the total amount of dissociated acids was 2.45 mmol/g.
<リンオキソ酸基量の測定>
微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量は、中和滴定法により測定した。対象となる微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有分散液に対し、イオン交換樹脂による処理工程を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理工程では、上記微細繊維状セルロース含有分散液に体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行い、リンオキソ酸基を酸型へ変換した。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有分散液に、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。
この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を第1解離酸量(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。
<Measurement of phosphorus oxo acid group amount>
The amount of phosphorus oxo acid groups in the fine fibrous cellulose was measured by neutralization titration. A treatment process using an ion exchange resin was performed on a fibrous cellulose-containing dispersion prepared by diluting the target fine fibrous cellulose-containing dispersion with ion-exchanged water to a content of 0.2% by mass. Afterwards, it was measured by titration using an alkali.
In the treatment step with an ion exchange resin, 1/10 of the volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amber Jet 1024; Organo Co., Ltd., conditioned) was added to the fine fibrous cellulose-containing dispersion, and the mixture was shaken for 1 hour. After that, the slurry was poured onto a mesh having an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry, thereby converting the phosphorus oxo acid group into the acid form.
In addition, titration using an alkali is performed by adding 10 μL of a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution every 5 seconds to the fibrous cellulose-containing dispersion after treatment with an ion exchange resin, and measuring the change in the pH value of the slurry. This was done by measuring. Note that the titration was performed while blowing nitrogen gas into the slurry 15 minutes before the start of the titration.
In this neutralization titration, on a curve in which the measured pH is plotted against the amount of alkali added, two points are observed where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) becomes maximum. Among these, the maximum point of increment obtained first after starting to add the alkali is called the first end point, and the maximum point of increment obtained next is called the second end point (FIG. 1). The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used for titration. Further, the amount of alkali required from the start of titration to the second end point is equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used for titration. Note that the value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the first amount of dissociated acid (mmol/g). Further, the value obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the total amount of dissociated acid (mmol/g).
<繊維幅の測定>
微細繊維状セルロースの繊維幅を下記の方法で測定した。湿式微粒化装置にて処理をして得られた上記微細繊維状セルロース含有分散液の上澄み液を、微細繊維状セルロースの濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように水で希釈し、親水化処理したカーボングリッド膜に滴下した。これを乾燥した後、酢酸ウラニルで染色し、透過型電子顕微鏡(日本電子社製、JEOL-2000EX)により観察した。
<Measurement of fiber width>
The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured by the following method. The supernatant liquid of the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained by processing in a wet atomization device is diluted with water so that the concentration of fine fibrous cellulose is 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less. The solution was diluted with water and dropped onto a hydrophilized carbon grid membrane. After drying this, it was stained with uranyl acetate and observed using a transmission electron microscope (manufactured by JEOL, JEOL-2000EX).
<ろ過処理>
得られた微細繊維状セルロース含有分散液Aを10L、ポンプ(兵神装備社製、モーノポンプ)を用いて金属フィルター(ロキテクノ社製、目開き20μm)に通した。流速は、120L/hであった。フィルター前後の差圧は、0.03MPaであった。微細繊維状セルロース含有分散液Aの温度は23℃であった。
<Filtration treatment>
10 L of the obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion A was passed through a metal filter (manufactured by Loki Techno Co., Ltd., opening 20 μm) using a pump (Mono Pump, manufactured by Heishin Gijutsu Co., Ltd.). The flow rate was 120 L/h. The differential pressure before and after the filter was 0.03 MPa. The temperature of the fine fibrous cellulose-containing dispersion A was 23°C.
[実施例2]
<化学処理>
リン酸二水素アンモニウムの代わりに亜リン酸(ホスホン酸)33質量部を用いた以外は、実施例1と同様に操作を行い、リンオキソ酸化パルプとして亜リン酸化パルプを得た。
[Example 2]
<Chemical treatment>
Except for using 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) instead of ammonium dihydrogen phosphate, the same operation as in Example 1 was performed to obtain phosphorous oxo-oxidized pulp.
得られた亜リン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。また、得られた亜リン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the obtained phosphorous pulp was measured using FT-IR. As a result, an absorption based on P=O of a phosphonic acid group, which is a tautomer of a phosphorous acid group, was observed near 1210 cm -1 , indicating that a phosphorous acid group (phosphonic acid group) was added to the pulp. was confirmed. In addition, when the obtained phosphorous pulp was sampled and analyzed using an X-ray diffraction device, two positions were detected: around 2θ = 14° or more and 17° or less, and around 2θ = 22° or more and 23° or less. A typical peak was observed, and it was confirmed that cellulose type I crystals were present.
<解繊処理>
得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース含有分散液Bを得た。
X線回折により、この微細繊維状セルロースBがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、実施例1と同様の測定方法で測定される微細繊維状セルロースBの繊維幅は、3~5nmであった。前述した測定方法で測定される微細繊維状セルロースの亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gであり、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
<Defibration treatment>
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphite pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated four times at a pressure of 200 MPa using a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose-containing dispersion B containing fine fibrous cellulose.
It was confirmed by X-ray diffraction that this fine fibrous cellulose B maintained cellulose I type crystals. Further, the fiber width of the fine fibrous cellulose B measured by the same measuring method as in Example 1 was 3 to 5 nm. The amount of phosphorous acid groups (first amount of dissociated acid) of the fine fibrous cellulose measured by the measurement method described above was 1.51 mmol/g, and the total amount of dissociated acid was 1.54 mmol/g.
<ろ過処理>
得られた微細繊維状セルロース含有分散液Bについて、流速を108L/hとした以外は、実施例1と同様の方法でろ過処理を行った。フィルター前後の差圧は、0.04MPaであった。微細繊維状セルロース含有分散液Aの温度は23℃であった。
<Filtration treatment>
The obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion B was filtered in the same manner as in Example 1, except that the flow rate was 108 L/h. The differential pressure before and after the filter was 0.04 MPa. The temperature of the fine fibrous cellulose-containing dispersion A was 23°C.
[比較例1]
<化学処理>
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して3.8mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
[Comparative example 1]
<Chemical treatment>
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (undried) manufactured by Oji Paper was used. This raw material pulp was subjected to alkaline TEMPO oxidation treatment as follows.
First, the above raw material pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), and 10 parts by mass of sodium bromide were added to 10,000 parts by mass of water. It was distributed to different departments. Next, a 13% by mass aqueous sodium hypochlorite solution was added in an amount of 3.8 mmol per 1.0 g of pulp to start the reaction. During the reaction, a 0.5M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered complete when no change in pH was observed.
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、ろ過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。この脱水シートに対して、残存するアルデヒド基の追酸化処理を次のようにして行った。 Next, the obtained TEMPO oxidized pulp was subjected to a washing treatment. The cleaning treatment was carried out by dehydrating the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring to uniformly disperse it, and repeating the process of filtration and dehydration. Ta. The washing end point was determined when the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less. This dehydrated sheet was subjected to additional oxidation treatment to remove remaining aldehyde groups as follows.
乾燥質量100質量部相当の上記脱水シートを、0.1mol/L酢酸緩衝液(pH4.8)10000質量部に分散させた。次いで80%亜塩素酸ナトリウム113質量部を加え、直ちに密閉した後、マグネチックスターラーを用いて500rpmで撹拌しながら室温で48時間反応させ、パルプスラリーを得た。 The above-mentioned dehydrated sheet corresponding to 100 parts by mass of dry mass was dispersed in 10,000 parts by mass of 0.1 mol/L acetate buffer (pH 4.8). Next, 113 parts by mass of 80% sodium chlorite was added, and the mixture was immediately sealed and reacted for 48 hours at room temperature while stirring at 500 rpm using a magnetic stirrer to obtain a pulp slurry.
次いで、得られた追酸化済みTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、追酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、ろ過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。また、得られたTEMPO酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 Next, the obtained additionally oxidized TEMPO oxidized pulp was subjected to a washing treatment. The cleaning process was carried out by dehydrating the pulp slurry after additional oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring to uniformly disperse it, and repeating the process of filtration and dehydration. Ta. The washing end point was determined when the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less. In addition, when the obtained TEMPO oxidized pulp was sampled and analyzed using an X-ray diffraction device, it was found that there were two positions near 2θ = 14° or more and 17° or less and 2θ = 22° or more and 23° or less. A typical peak was confirmed, and it was confirmed that cellulose type I crystals were present.
<解繊処理>
得られた脱水シートにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロース含有分散液Cを得た。後述する測定方法で測定される微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、1.30mmol/gであった。
<Defibration treatment>
Ion-exchanged water was added to the obtained dehydrated sheet to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated four times at a pressure of 200 MPa using a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose-containing dispersion C. The carboxy group content of the fine fibrous cellulose measured by the measuring method described below was 1.30 mmol/g.
<カルボキシ基量の測定>
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、中和滴定法により測定した。微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース含有分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、0.2質量%の微細繊維状セルロース含有分散液に体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有分散液に、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察すると、図2に示されるような滴定曲線が得られる。図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の微細繊維状セルロース含有分散液中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
<Measurement of carboxy group amount>
The amount of carboxy groups in the fine fibrous cellulose was measured by neutralization titration. The amount of carboxy groups in the fine fibrous cellulose is determined by adding ion-exchanged water to a fine fibrous cellulose-containing dispersion containing the target fine fibrous cellulose to make the content 0.2% by mass, and then treating it with an ion exchange resin. After that, the measurement was performed by titration using an alkali.
The treatment with an ion exchange resin was performed by adding 1/10 of the volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amber Jet 1024; manufactured by Organo Co., Ltd., conditioned) to a dispersion containing 0.2% by mass of fine fibrous cellulose. After shaking for a period of time, the slurry was poured onto a mesh having an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry.
In addition, titration using an alkali was performed by measuring the change in pH value of the slurry while adding a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution to the fibrous cellulose-containing dispersion after treatment with an ion exchange resin. Ta. Observing the change in pH while adding an aqueous sodium hydroxide solution, a titration curve as shown in FIG. 2 is obtained. As shown in Figure 2, in this neutralization titration, in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, there is one point where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximum. Observed. The maximum point of this increment is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in FIG. 2 is referred to as a first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxy groups in the slurry used for titration. Then, by dividing the amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing dispersion to be titrated, the amount of carboxy group introduced (mmol/ g) was calculated.
Note that the above-mentioned amount of carboxy groups introduced (mmol/g) is the amount of substituents per 1 g of mass of fibrous cellulose when the counter ion of the carboxy group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (acid) type).
<ろ過処理>
得られた微細繊維状セルロース含有分散液Cについて、流速を60L/hとした以外は、実施例1と同様の方法でろ過処理を行った。フィルター前後の差圧は、0.2MPaであった。微細繊維状セルロース含有分散液Aの温度は23℃であった。
<Filtration treatment>
The obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion C was filtered in the same manner as in Example 1, except that the flow rate was 60 L/h. The pressure difference before and after the filter was 0.2 MPa. The temperature of the fine fibrous cellulose-containing dispersion A was 23°C.
実施例1及び2では、同一処理量の微細繊維状セルロース含有分散液を処理した場合、フィルター前後の圧力差が抑制されていた。すなわち、実施例1及び2では、ろ過フィルターの閉塞が抑制されていることがわかった。 In Examples 1 and 2, when the same amount of fine fibrous cellulose-containing dispersion was treated, the pressure difference before and after the filter was suppressed. That is, in Examples 1 and 2, it was found that clogging of the filter was suppressed.
[実施例3]
実施例1と同様の方法により、微細繊維状セルロース含有分散液Aを得た。得られた微細繊維状セルロース含有分散液Aについて、下記の方法でろ過処理を実施した。
[Example 3]
A fine fibrous cellulose-containing dispersion A was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion A was subjected to filtration treatment in the following manner.
<ろ過処理>
フィルターホルダー(ADVANTEC社製、ろ過面積38cm2)にナイロンメッシュ(NYTAL社製、目開き1μm)を取り付けた。ろ過助剤として珪藻土(昭和化学工業製、ラジオライト3000)を3.8g採取して500mLの水に分散させ、ろ過助剤層を形成した。微細繊維状セルロース含有分散液A 1Lに対して1gの珪藻土を混合した後、減圧ろ過処理した。減圧ろ過処理では、アスピレーターにて0.05MPaまで減圧し、ろ過時間3分後でのろ液回収率は95%であった。
ろ液回収率は、フィルターを通過したろ液量を測定し、下記式で算出した。
ろ液回収率(%)=ろ過後の微細繊維状セルロース含有分散液(ろ液)量(L)/ろ過に供した微細繊維状セルロース含有分散液量(L)×100
<Filtration treatment>
A nylon mesh (manufactured by NYTAL, opening 1 μm) was attached to a filter holder (manufactured by ADVANTEC, filtration area 38 cm 2 ). As a filter aid, 3.8 g of diatomaceous earth (Radiolite 3000, manufactured by Showa Kagaku Kogyo) was collected and dispersed in 500 mL of water to form a filter aid layer. After 1 g of diatomaceous earth was mixed with 1 L of the fine fibrous cellulose-containing dispersion A, it was filtered under reduced pressure. In the vacuum filtration process, the pressure was reduced to 0.05 MPa using an aspirator, and the filtrate recovery rate after 3 minutes of filtration time was 95%.
The filtrate recovery rate was calculated by measuring the amount of filtrate that passed through the filter and using the following formula.
Filtrate recovery rate (%) = Amount of fine fibrous cellulose-containing dispersion (filtrate) after filtration (L) / Amount of fine fibrous cellulose-containing dispersion subjected to filtration (L) x 100
[実施例4]
実施例2と同様の方法により、微細繊維状セルロース含有分散液Bを得た。得られた微細繊維状セルロース含有分散液Bについて、実施例3と同様の方法でろ過処理を行った。減圧ろ過処理では、アスピレーターにて0.05MPaまで減圧し、ろ過時間3分後でのろ液回収率は93%であった。
[Example 4]
A fine fibrous cellulose-containing dispersion B was obtained in the same manner as in Example 2. The obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion B was filtered in the same manner as in Example 3. In the vacuum filtration process, the pressure was reduced to 0.05 MPa using an aspirator, and the filtrate recovery rate after 3 minutes of filtration time was 93%.
[比較例2]
比較例1と同様の方法により、微細繊維状セルロース含有分散液Cを得た。得られた微細繊維状セルロース含有分散液Cについて、実施例3と同様の方法でろ過処理を行った。減圧ろ過処理では、アスピレーターにて0.05MPaまで減圧し、ろ過時間3分後でのろ液回収率は70%であった。
[Comparative example 2]
A fine fibrous cellulose-containing dispersion C was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion C was filtered in the same manner as in Example 3. In the vacuum filtration process, the pressure was reduced to 0.05 MPa using an aspirator, and the filtrate recovery rate after 3 minutes of filtration time was 70%.
実施例3及び4の処理では、ろ液回収率が高かった。一方で、比較例2では、ろ液回収率が劣る傾向が見られた。これは、実施例では、微細繊維状セルロースの分散性が高いことに起因するものと考えられる。 In the treatments of Examples 3 and 4, the filtrate recovery rate was high. On the other hand, in Comparative Example 2, there was a tendency for the filtrate recovery rate to be inferior. This is considered to be due to the high dispersibility of the fine fibrous cellulose in the examples.
Claims (5)
前記ろ過処理する工程では、ろ材及びろ過助剤から選択される少なくとも一方が用いられ、
前記ろ過処理する工程における、以下の式で算出されるろ液回収率が80%以上である、繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
ろ液回収率(%)=ろ過後の微細繊維状セルロース含有分散液(ろ液)量(L)/ろ過に供した微細繊維状セルロース含有分散液量(L)×100 A fiber comprising the step of filtering a dispersion containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having a phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group to obtain a fibrous cellulose-containing dispersion as a filtrate. A method for producing a dispersion containing cellulose, comprising:
In the filtration process, at least one selected from a filter medium and a filter aid is used,
A method for producing a fibrous cellulose-containing dispersion , wherein the filtrate recovery rate calculated by the following formula in the filtration step is 80% or more.
Filtrate recovery rate (%) = Amount of fine fibrous cellulose-containing dispersion (filtrate) after filtration (L) / Amount of fine fibrous cellulose-containing dispersion subjected to filtration (L) x 100
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