JP7400160B2 - Total heat exchange element paper - Google Patents

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Description

本発明は、空調分野で使用される積層構造の熱交換換気装置において、顕熱と潜熱の双方の熱交換を行う換気用熱交換器に使用する全熱交換素子用紙に関する。 The present invention relates to a total heat exchange element paper used in a ventilation heat exchanger that exchanges both sensible heat and latent heat in a heat exchange ventilation device with a laminated structure used in the air conditioning field.

近年、冷房や暖房などの空調機器の普及に伴い、換気の際に給気と排気との間で熱交換して温度及び湿度を回収できる換気用熱交換器が使用されている。
この熱交換器は、伝熱性と透湿性とを有する平板状の仕切板と2枚の仕切板の間に挟んで空気流路を確保する間隔板からなり、仕切板と間隔板を複数層に重ね合わせた基本構造を有している。間隔板は鋸波状又は正弦波状の波形に成形された波板であり、その波形の成形方向を直交方向へ交互に変えて仕切板の間に挟着されている。これにより、間隔板と仕切板から構成される各層間に、二系統の流体通路が一層おきに交互に直交するように構成されている。
BACKGROUND ART In recent years, with the spread of air conditioning equipment such as air conditioners and heaters, ventilation heat exchangers that can recover temperature and humidity by exchanging heat between supply air and exhaust air during ventilation have been used.
This heat exchanger consists of a flat partition plate that has heat conductivity and moisture permeability, and a spacer plate that is sandwiched between the two partition plates to ensure an air flow path, and the partition plates and spacer plates are stacked in multiple layers. It has a basic structure. The spacing plate is a corrugated plate formed into a sawtooth or sinusoidal waveform, and is sandwiched between the partition plates with the direction of the waveform formed alternately in the orthogonal direction. As a result, two systems of fluid passages are configured to alternately intersect at right angles every other layer between each layer constituted by the spacing plate and the partition plate.

仕切板は室外の新鮮な空気を室内に導入する給気経路と、汚れた室内の空気を室外に排出する排気経路を分離し、給気と排気の間で顕熱と同時に潜熱の熱交換を行う機能を有するものである。このため、仕切板には伝熱性と透湿度で示される水蒸気透過性、難燃性、給気と排気が交じり合わない空気遮蔽性が必要とされている。 The partition plate separates the air supply path that brings fresh air from outside into the room and the exhaust path that exhausts dirty indoor air outside, allowing heat exchange of both sensible heat and latent heat between the air supply and exhaust air. It has the function of For this reason, the partition plate is required to have heat conductivity and water vapor permeability as indicated by moisture permeability, flame retardancy, and air shielding ability to prevent supply air and exhaust air from mixing.

このような要求に対応できる仕切板の素材として全熱交換素子用紙が用いられており、本願出願人は、特許文献1において、吸放湿性と空気遮蔽性が高い全熱交換素子用紙として、製紙用繊維、吸湿剤、セルロースナノファイバーを含有する全熱交換素子用紙を提案している。 Total heat exchange element paper is used as a material for partition plates that can meet such requirements, and the applicant of the present application has disclosed in Patent Document 1 that paper is being used as a total heat exchange element paper with high moisture absorption and desorption properties and air shielding properties. We are proposing a total heat exchange element paper containing fibers for use in the manufacturing process, a moisture absorbent, and cellulose nanofibers.

国際公開第2018/003492号International Publication No. 2018/003492

全熱交換素子用紙として、特許文献1に記載されているような高叩解を施さない製紙用繊維からなる多孔質基材にセルロースナノファイバーと吸湿剤の溶液を塗工若しくは含浸(以下、特に言及しない限り、「塗工」は、「含浸」を包含する意味で用いる)した全熱交換素子用紙は、微細なセルロースナノファイバー同士により形成される微細空隙を有する塗工層により、透湿性を低下させることなく透気抵抗度を高めることができる。
セルロースナノファイバーと吸湿剤の混合溶液を一度に塗工して数万秒を超える高い透気抵抗度を有する用紙を得るためには、混合溶液の塗工量を増す必要があるが、この場合、塗工層の厚さが増して透湿経路が長大化することにより透湿性能が低下するばかりか、高価なセルロースナノファイバーの増量により大幅なコストアップを招くという問題がある。
As a total heat exchange element paper, a porous base material made of papermaking fibers that is not subjected to high beating as described in Patent Document 1 is coated or impregnated with a solution of cellulose nanofibers and a moisture absorbent (hereinafter referred to in particular). Unless otherwise specified, "coated" is used to include "impregnated"), the total heat exchange element paper has a coating layer with fine voids formed by fine cellulose nanofibers, which reduces moisture permeability. It is possible to increase the air permeability resistance without causing any damage.
In order to coat a mixed solution of cellulose nanofibers and a moisture absorbent at once and obtain paper with high air permeation resistance that lasts for more than tens of thousands of seconds, it is necessary to increase the amount of the mixed solution applied. However, there is a problem in that not only does the moisture permeation performance deteriorate due to an increase in the thickness of the coating layer and the length of the moisture permeation path, but also a significant increase in cost due to the increase in the amount of expensive cellulose nanofibers.

本発明は、抄紙及び塗工時の生産効率が高く、高湿環境下と低湿環境下の双方で透湿性と空気遮蔽性が高い全熱交換素子用紙を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a total heat exchange element paper that has high production efficiency during paper making and coating, and has high moisture permeability and air shielding properties in both high-humidity and low-humidity environments.

本発明者等は、カルボキシメチル化やカルボキシル化等の化学変性処理を施したセルロースナノファイバーの水分散液に、吸湿剤として大量のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩を加えると、凝集や吸液ゲルの生成により混合液に含まれるセルロースナノファイバーの分散性が低下する傾向があり、多孔質基材にこのセルロースナノファイバーの分散性が低下した混合液を塗工、乾燥すると透湿性は増すものの透気抵抗度は殆ど増加しないことを確認した。また、カルボキシメチルセルロース塩等の水溶性高分子の水溶液にアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩を加えた混合液では、凝集や吸液ゲルは生成せず、多孔質基材にこの混合液を塗工、乾燥すると透気抵抗度が大幅に増加する一方、透湿性は低下する傾向があることを確認した。 The present inventors have discovered that when a large amount of alkali metal salt or alkaline earth metal salt is added as a hygroscopic agent to an aqueous dispersion of cellulose nanofibers that have been chemically modified such as carboxymethylation or carboxylation, they cause aggregation and absorption. The dispersibility of cellulose nanofibers contained in the mixed solution tends to decrease due to the formation of liquid gel, and when a mixed solution with reduced dispersibility of cellulose nanofibers is applied to a porous substrate and dried, moisture permeability increases. It was confirmed that there was almost no increase in the air permeability resistance. In addition, a mixture of an aqueous solution of a water-soluble polymer such as a carboxymethylcellulose salt and an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt does not cause aggregation or liquid-absorbing gel, and when this mixture is applied to a porous substrate. It was confirmed that while the air permeability resistance increased significantly when the material was washed and dried, the moisture permeability tended to decrease.

前記2知見に基づき、本発明の課題を解決するための手段を鋭意検討した結果、セルロースナノファイバーと水溶性高分子とを併用し、これに吸湿剤を加えた塗工層を多孔質基材に設けることにより、透気抵抗度が高く、透湿性に優れ、特に低湿度環境下で予期せぬ高透湿性を有する全熱交換素子用紙が得られることを見出し、本発明を完成した。 Based on the above two findings, as a result of intensive studies on means to solve the problems of the present invention, we found that a coating layer containing a combination of cellulose nanofibers and a water-soluble polymer and a moisture absorbent added thereto was applied to a porous base material. The present invention was completed based on the discovery that a total heat exchange element paper having high air permeability and excellent moisture permeability, especially in a low humidity environment, can be obtained by providing a total heat exchange element paper with an unexpectedly high moisture permeability.

即ち、本発明の課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
1.製紙用繊維、セルロースナノファイバー、吸湿剤、水溶性高分子を含有し、透気抵抗度が10,000秒以上であることを特徴とする全熱交換素子用紙。
2.前記製紙用繊維が、セルロース繊維であり、
前記水溶性高分子が、カルボキシアルキルセルロース塩であることを特徴とする1.に記載の全熱交換素子用紙。
3.前記セルロースナノファイバーが、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー、カルボキシル化セルロースナノファイバー、カチオン化セルロースナノファイバー、エステル化セルロースナノファイバーの少なくとも一種であることを特徴とする1.または2.に記載の全熱交換素子用紙。
4.前記吸湿剤が、塩化カルシウムであることを特徴とする1.~3.のいずれかに記載の全熱交換素子用紙。
5.坪量10g/m以上40g/m以下であることを特徴とする1.~4.のいずれかに記載の全熱交換素子用紙。
6.JIS Z0208 に準じた測定器具を用い、吸湿剤を塩化マグネシウム6水和物に変え、25℃、相対湿度75%の高湿度環境条件下で測定した透湿度が1300g/m・24h以上であり、吸湿剤に塩化リチウムを用い、25℃、相対湿度35%の低湿度環境条件下で測定した透湿度が550g/m・24h以上であることを特徴とする1.~5.のいずれかに記載の全熱交換素子用紙。
7.製紙用繊維を含む基紙の少なくとも片面に、吸湿剤、セルロースナノファイバー、水溶性高分子を含有する薬液を塗工することを特徴とする全熱交換素子用紙の製造方法。
That is, the means for solving the problems of the present invention are as follows.
1. A total heat exchange element paper containing paper-making fibers, cellulose nanofibers, a moisture absorbent, and a water-soluble polymer, and having an air permeability resistance of 10,000 seconds or more.
2. The papermaking fiber is a cellulose fiber,
1. The water-soluble polymer is a carboxyalkyl cellulose salt. Total heat exchange element paper described in .
3. 1. The cellulose nanofiber is at least one of carboxymethylated cellulose nanofibers, carboxylated cellulose nanofibers, cationized cellulose nanofibers, and esterified cellulose nanofibers. or 2. Total heat exchange element paper described in .
4. 1. The moisture absorbent is calcium chloride. ~3. Total heat exchange element paper according to any of the above.
5. 1. Basis weight is 10 g/m 2 or more and 40 g/m 2 or less. ~4. Total heat exchange element paper according to any of the above.
6. The moisture permeability measured using a measuring instrument according to JIS Z0208 and using magnesium chloride hexahydrate as the moisture absorbing agent under high humidity environmental conditions of 25°C and 75% relative humidity is 1300 g/m 2 24 hours or more. 1. Using lithium chloride as a moisture absorbent, the moisture permeability measured under low humidity environmental conditions of 25° C. and 35% relative humidity is 550 g/m 2 ·24 h or more. ~5. Total heat exchange element paper according to any of the above.
7. A method for producing total heat exchange element paper, which comprises coating at least one side of a base paper containing paper-making fibers with a chemical solution containing a moisture absorbent, cellulose nanofibers, and a water-soluble polymer.

本発明の全熱交換素子用紙は、多孔質基材にセルロースナノファイバー及び水溶性高分子と吸湿剤を併用した塗工層を設けることにより、空気遮蔽性に優れている。また、本発明の全熱交換素子用紙は、高湿度環境下は元より低湿度環境下で特に優れた透湿性能を発揮するという特徴を有する。このため、高湿度の夏場条件から低湿度の冬場や冷房条件といった幅広い環境下で用いることができる。 The total heat exchange element paper of the present invention has excellent air shielding properties by providing a porous base material with a coating layer containing cellulose nanofibers, a water-soluble polymer, and a moisture absorbent. Further, the total heat exchange element paper of the present invention is characterized in that it exhibits particularly excellent moisture permeability not only in high humidity environments but also in low humidity environments. Therefore, it can be used under a wide range of environments, from high-humidity summer conditions to low-humidity winter conditions and air-conditioning conditions.

本発明の全熱交換素子用紙は、従来、厚手の基紙が担っていた空気遮蔽性と透湿性の大半をセルロースナノファイバー及び水溶性高分子と吸湿剤からなる薄手の塗工層に代行させることにより、坪量の小さい薄手の基紙を用いても、高い空気遮蔽性や透湿性能を維持することができ、熱交換器の小型化、軽量化が可能である。また、セルロースナノファイバー及び水溶性高分子と吸湿剤を含む塗工層は1工程で塗設できるため、生産効率を高めてコストダウンを図ることができる。 The total heat exchange element paper of the present invention has a thin coating layer made of cellulose nanofibers, a water-soluble polymer, and a moisture absorbent that performs most of the air-shielding properties and moisture permeability that conventionally were provided by thick base papers. As a result, even if a thin base paper with a small basis weight is used, high air shielding properties and moisture permeability can be maintained, and the heat exchanger can be made smaller and lighter. Furthermore, since the coating layer containing cellulose nanofibers, water-soluble polymer, and moisture absorbent can be applied in one step, production efficiency can be increased and costs can be reduced.

本発明の全熱交換素子用紙は、製紙用繊維、セルロースナノファイバー、吸湿剤、水溶性高分子を含有し、透気抵抗度が10,000秒以上であることを特徴とする。
そして、この全熱交換素子用紙は、製紙用繊維を含む基紙の少なくとも片面に、セルロースナノファイバー、吸湿剤、水溶性高分子を含有する薬液を塗工することにより製造される。
以下に、本発明における実施の形態を詳細に説明する。
The total heat exchange element paper of the present invention contains paper-making fibers, cellulose nanofibers, a moisture absorbent, and a water-soluble polymer, and is characterized by having an air permeability resistance of 10,000 seconds or more.
This total heat exchange element paper is manufactured by coating at least one side of a base paper containing papermaking fibers with a chemical solution containing cellulose nanofibers, a moisture absorbent, and a water-soluble polymer.
Embodiments of the present invention will be described in detail below.

(1)製紙用繊維
本発明の全熱交換素子用紙の原料として使用する製紙用繊維は、針葉樹パルプ、広葉樹パルプ等の木材パルプ、亜麻、アバカ、ケナフ、竹、バガスなどの非木材原料から得られる非木材パルプ等から得られるセルロース繊維が挙げられる。セルロース繊維の蒸解方法や漂白の有無および漂白方法は特に限定されない。また、セルロース繊維の他に、接着性、寸法安定性、賦形性向上などの目的でポリエステル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、リヨセル繊維などの合成繊維や半合成繊維を配合することができる。
(1) Fiber for paper manufacturing The fiber for paper manufacturing used as a raw material for the total heat exchange element paper of the present invention is obtained from wood pulp such as softwood pulp and hardwood pulp, and non-wood raw materials such as flax, abaca, kenaf, bamboo, and bagasse. Examples include cellulose fibers obtained from non-wood pulp and the like. The method of cooking cellulose fibers, whether or not to bleach them, and the method of bleaching are not particularly limited. In addition to cellulose fibers, synthetic fibers or semi-synthetic fibers such as polyester fibers, nylon fibers, rayon fibers, and lyocell fibers can be blended for the purpose of improving adhesion, dimensional stability, and shapeability.

本発明で使用するパルプは、変則ショッパー・リーグラ法ろ水度(パルプ採取量を0.5gとした以外はP 8121-1 :2012に準ずる)で68°SR以上78°SR以下の範囲に叩解し、より好ましくは69°SR以上75°SR以下の範囲に叩解して使用する。変則ショッパー・リーグラ法ろ水度が78°SRを超える場合は、紙匹が緻密化して空隙が少なくなり、全熱交換素子用紙の基紙として用いた場合に薬液が紙中に浸透し難くなって基紙表面に吸湿剤等が局在化するためブロッキングし易くなること、および湿度変化による伸縮量が大きくなることなどの問題が発生することがあり好ましくない。また、変則ショッパー・リーグラ法ろ水度が68°SR未満の場合は、紙匹の空隙量や空隙径が増大してセルロースナノファイバーによる空気遮蔽効果が不十分となることがある。パルプの叩解は、ビーター、リファイナー等の一般的な叩解装置が使用でき、叩解装置や叩解方法に特段の制限はない。 The pulp used in the present invention is refined to a freeness of 68°SR or more and 78°SR or less using the modified Schopper-Riegler method (according to P 8121-1:2012, except that the amount of pulp collected was 0.5g). However, it is more preferably used after being beaten to a range of 69°SR or more and 75°SR or less. Irregular Schopper Riegler method When the freeness exceeds 78°SR, the paper web becomes dense and there are fewer voids, making it difficult for chemical solutions to penetrate into the paper when used as a base paper for total heat exchange element paper. This is undesirable because problems such as hygroscopic agents and the like being localized on the surface of the base paper may cause blocking, and the amount of expansion and contraction due to changes in humidity may increase. In addition, when the irregular Shopper Riegler method freeness is less than 68°SR, the amount of voids and the void diameter of the paper web increase, and the air shielding effect of the cellulose nanofibers may become insufficient. For beating the pulp, general beating devices such as beaters and refiners can be used, and there are no particular restrictions on the beating device or the beating method.

抄紙用の紙料は、上記叩解パルプへ必要に応じて合成または半合成繊維、填料、色料、紙力増強剤、湿潤紙力増強剤、硫酸バンド、カチオン化デンプン、歩留り向上剤等を配合して調成される。 The paper stock for papermaking is made by blending synthetic or semi-synthetic fibers, fillers, colorants, paper strength enhancers, wet paper strength enhancers, band sulfate, cationized starch, retention improvers, etc. to the above-mentioned beaten pulp as necessary. It is prepared by

上記紙料は、長網式抄紙機、円網式抄紙機、短網式抄紙機、ツインワイヤー式抄紙機やそれらを組み合せた抄紙機等を用い、一般的な抄紙方法で抄造され、抄紙機や抄紙方法に特段の制限はない。また、必要に応じてサイズプレスやロールコーター等のオンマシン塗工装置で難燃剤、防錆剤、ブロッキング防止剤等を含浸し、マシンカレンダー、スーパーカレンダー、ソフトニップカレンダー等でカレンダー処理を施すことで、基紙が得られる。 The paper stock mentioned above is made by a general paper making method using a fourdrinier paper machine, cylinder paper machine, short wire paper machine, twin wire paper machine, or a paper machine that combines these. There are no particular restrictions on the paper making method. In addition, if necessary, impregnate flame retardant, rust preventive agent, anti-blocking agent, etc. with on-machine coating equipment such as size press or roll coater, and perform calender treatment with machine calender, super calender, soft nip calender, etc. Then, the base paper is obtained.

基紙の透気抵抗度は、基紙に塗工する薬液の目止め作用により向上するが、その効果を十分発揮させるために、基紙自体の透気抵抗度を好ましくは50秒以上2000秒以下、より好ましくは600秒以上1800秒以下、さらに好ましくは800秒以上1500秒以下とする。基紙の透気抵抗度が50秒未満ではセルロースナノファイバーを添加しても、添加後の透気抵抗度の増加が少なく、全熱交換素子用紙の空気遮蔽性が不足する場合がある。基紙の透気抵抗度が2000秒を超えると、塗工した薬液が基紙の内部へ浸透し難くなり、基紙表面付近の薬液成分によるブロッキングが発生し易くなる場合がある。基紙の透気抵抗度は、製紙用繊維として配合するパルプの叩解の程度や基紙の坪量を変えることにより、通常の抄紙技術で調整することができる。 The air permeability resistance of the base paper is improved by the sealing effect of the chemical solution applied to the base paper, but in order to fully demonstrate its effect, the air permeation resistance of the base paper itself is preferably increased for 50 seconds or more and 2000 seconds. Hereinafter, the time period is more preferably 600 seconds or more and 1800 seconds or less, and even more preferably 800 seconds or more and 1500 seconds or less. If the air permeability resistance of the base paper is less than 50 seconds, even if cellulose nanofibers are added, the increase in air permeability after addition is small, and the air shielding properties of the total heat exchange element paper may be insufficient. When the air permeability resistance of the base paper exceeds 2000 seconds, it becomes difficult for the applied chemical solution to penetrate into the inside of the base paper, and blocking due to chemical components near the surface of the base paper may easily occur. The air permeability resistance of the base paper can be adjusted using ordinary papermaking techniques by changing the degree of beating of the pulp blended as papermaking fibers and the basis weight of the base paper.

本発明の全熱交換素子用紙は、セルロースナノファイバー、吸湿剤、水溶性高分子を含む薬液の優れた目止め作用により高い空気遮蔽性を発揮することができるため、坪量の小さな基紙を用いることができる。具体的には、本発明で使用する基紙の坪量は、8g/m以上30g/m以下であることが好ましく、9g/m以上25g/m以下であることがより好ましく、10g/m以上20g/m以下であることがさらに好ましい。 The total heat exchange element paper of the present invention can exhibit high air shielding properties due to the excellent sealing effect of the chemical solution containing cellulose nanofibers, moisture absorbers, and water-soluble polymers, so it can be used as a base paper with a small basis weight. Can be used. Specifically, the basis weight of the base paper used in the present invention is preferably 8 g/m 2 or more and 30 g/m 2 or less, more preferably 9 g/m 2 or more and 25 g/m 2 or less, It is more preferably 10 g/m 2 or more and 20 g/m 2 or less.

(2)セルロースナノファイバー
セルロースナノファイバー(以下、CNFともいう)は、セルロース原料を、必要に応じ化学変性処理した後で、解繊処理することにより得られる微細繊維である。CNFの平均繊維径は、通常3nm以上500nm以下程度である。CNFの平均繊維径および平均繊維長は、径が20nm未満の場合は原子間力顕微鏡(AFM)、20nm以上の場合は電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析し、平均を算出することによって得ることができる。
CNFの平均アスペクト比は、通常10以上である。上限は特に限定されないが、通常は1000以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出することができる。
平均アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
(2) Cellulose Nanofiber Cellulose nanofiber (hereinafter also referred to as CNF) is a fine fiber obtained by subjecting a cellulose raw material to a chemical modification treatment if necessary and then to a fibrillation treatment. The average fiber diameter of CNF is usually about 3 nm or more and 500 nm or less. The average fiber diameter and average fiber length of CNFs were randomly selected using atomic force microscopy (AFM) if the diameter was less than 20 nm, and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) if the diameter was 20 nm or more. It can be obtained by analyzing 200 fibers and calculating the average.
The average aspect ratio of CNF is usually 10 or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 1000 or less. The average aspect ratio can be calculated using the following formula.
Average aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter

(2-1)セルロース原料
CNFの原料であるセルロース原料の由来は、特に限定されないが、例えば、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等))、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))等が挙げられる。本発明で用いるセルロース原料は、これらのいずれかであってもよいし2種類以上の組み合わせであってもよいが、好ましくは植物又は微生物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)であり、より好ましくは植物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)である。
セルロース原料の数平均繊維径は特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹ク
ラフトパルプの場合は30μm以上60μm以下程度、広葉樹クラフトパルプの場合は10μm以上30μm以下程度である。その他のパルプの場合、一般的な精製を経たものは50μm程度である。例えばチップ等の数cm大のものを精製したものである場合、リファイナー、ビーター等の離解機で機械的処理を行い、50μm程度に調整することが好ましい。
(2-1) Cellulose raw material The origin of the cellulose raw material, which is the raw material for CNF, is not particularly limited, but includes, for example, plants (for example, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural residues, cloth, pulp (coniferous unbleached Kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP), Examples include thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.), animals (eg, ascidians), algae, and microorganisms (eg, acetic acid bacteria). The cellulose raw material used in the present invention may be any one of these or a combination of two or more types, but is preferably a cellulose raw material derived from plants or microorganisms (e.g., cellulose fiber), and more preferably is a plant-derived cellulose raw material (eg, cellulose fiber).
The number average fiber diameter of the cellulose raw material is not particularly limited, but in the case of softwood kraft pulp, which is a common pulp, it is about 30 μm or more and 60 μm or less, and in the case of hardwood kraft pulp, it is about 10 μm or more and 30 μm or less. In the case of other pulps, those that have undergone general refining have a diameter of about 50 μm. For example, in the case of refined chips or the like that are several centimeters in size, it is preferable to mechanically process them using a disintegrator such as a refiner or a beater to adjust the size to about 50 μm.

(2-2)変性
セルロース原料は、グルコース単位あたり3つのヒドロキシル基を有しており、各種の化学変性処理を行うことが可能である。本発明では、これらに対して変性を行ってもよく、また行わなくてもよいが、化学変性処理を行った方が、繊維の微細化が十分に進み、均一な繊維長及び繊維径が得られる。
セルロース原料を変性するための変性方法は特に制限されないが、例えば、酸化(カルボキシル化)、エーテル化(カルボキシメチル化)、カチオン化、エステル化、リン酸化、シランカップリング、フッ素化などの化学変性が挙げられる。中でも、酸化(カルボキシル化)、エーテル化(カルボキシメチル化)、カチオン化、エステル化が好ましく、以下ではこれらの詳細な方法について説明する。
(2-2) Modification Cellulose raw materials have three hydroxyl groups per glucose unit, and can be subjected to various chemical modification treatments. In the present invention, these may or may not be modified, but it is better to chemically modify the fibers so that the fibers become finer and uniform in length and diameter. It will be done.
Modification methods for modifying cellulose raw materials are not particularly limited, but include chemical modifications such as oxidation (carboxylation), etherification (carboxymethylation), cationization, esterification, phosphorylation, silane coupling, and fluorination. can be mentioned. Among these, oxidation (carboxylation), etherification (carboxymethylation), cationization, and esterification are preferred, and detailed methods thereof will be described below.

(2-2-1)酸化(カルボキシル化)セルロースナノファイバー
酸化によりセルロース原料を変性する場合、得られる酸化セルロース又はセルロースナノファイバーの絶乾重量に対するカルボキシル基の量は、好ましくは0.5mmol/g以上、より好ましくは0.8mmol/g以上、さらに好ましくは1.0mmol/g以上である。上限は、好ましくは3.0mmol/g以下、より好ましくは2.5mmol/g以下、さらに好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、0.5mmol/g以上3.0mmol/g以下が好ましく、0.8mmol/g以上2.5mmol/g以下がより好ましく、1.0mmol/g以上2.0mmol/g以下がさらに好ましい。
酸化の方法は特に限定されないが、1つの例としては、N-オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群より選択される物質の存在下で酸化剤を用いて水中でセルロース原料を酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、及びカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース原料の濃度は特に限定されないが、5重量%以下が好ましい。
(2-2-1) Oxidized (carboxylated) cellulose nanofibers When modifying cellulose raw materials by oxidation, the amount of carboxyl groups based on the absolute dry weight of the resulting oxidized cellulose or cellulose nanofibers is preferably 0.5 mmol/g. Above, it is more preferably 0.8 mmol/g or more, still more preferably 1.0 mmol/g or more. The upper limit is preferably 3.0 mmol/g or less, more preferably 2.5 mmol/g or less, even more preferably 2.0 mmol/g or less. Therefore, it is preferably 0.5 mmol/g or more and 3.0 mmol/g or less, more preferably 0.8 mmol/g or more and 2.5 mmol/g or less, and even more preferably 1.0 mmol/g or more and 2.0 mmol/g or less.
The method of oxidation is not particularly limited, but one example is to oxidize cellulose in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a substance selected from the group consisting of bromides, iodides, or mixtures thereof. Examples include methods of oxidizing raw materials. According to this method, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized to produce a group selected from the group consisting of aldehyde groups, carboxyl groups, and carboxylate groups. The concentration of the cellulose raw material during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by weight or less.

N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。ニトロキシラジカルとしては例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(TEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。
N-オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol以上が好ましく、0.02mmol以上がより好ましい。上限は、10mmol以下が好ましく、1mmol以下がより好ましく、0.5mmol以下がさらに好ましい。従って、N-オキシル化合物の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol以上10mmol以下が好ましく、0.01mmol以上1mmol以下がより好ましく、0.02mmol以上0.5mmol以下がさらに好ましい。
The N-oxyl compound refers to a compound capable of generating nitroxy radicals. Examples of nitroxy radicals include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO). As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction.
The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount that can oxidize cellulose as a raw material. For example, it is preferably 0.01 mmol or more, more preferably 0.02 mmol or more, per 1 g of bone dry cellulose. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, and even more preferably 0.5 mmol or less. Therefore, the amount of the N-oxyl compound used is preferably 0.01 mmol or more and 10 mmol or less, more preferably 0.01 mmol or more and 1 mmol or less, and even more preferably 0.02 mmol or more and 0.5 mmol or less, per 1 g of bone-dry cellulose.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属、例えば臭化ナトリウム等が挙げられる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物又はヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択すればよい。臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol以上が好ましく、0.5mmol以上がより好まし
い。上限は、100mmol以下が好ましく、10mmol以下がより好ましく、5mmol以下がさらに好ましい。従って、臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol以上100mmol以下が好ましく、0.1mmol以上10mmol以下がより好ましく、0.5mmol以上5mmol以下がさらに好ましい。
Bromide is a compound containing bromine, and includes, for example, an alkali metal bromide that can be dissociated and ionized in water, such as sodium bromide. Moreover, iodide is a compound containing iodine, and includes, for example, alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used may be selected within a range that can promote the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more, more preferably 0.5 mmol or more, per 1 g of bone-dry cellulose. The upper limit is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and even more preferably 5 mmol or less. Therefore, the total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more and 100 mmol or less, more preferably 0.1 mmol or more and 10 mmol or less, and even more preferably 0.5 mmol or more and 5 mmol or less, per 1 g of bone-dry cellulose.

酸化剤は、特に限定されないが例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、それらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸又はその塩が好ましく、次亜塩素酸又はその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムがさらに好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上がさらに好ましい。上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下がさらに好ましく、10mmol以下が最も好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol以上500mmol以下が好ましく、0.5mmol以上50mmol以下がより好ましく、1mmol以上25mmol以下がさらに好ましく、3mmol以上10mmol以下が最も好ましい。N-オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はN-オキシル化合物1molに対して1mol以上が好ましい。上限は、40mol以下が好ましい。従って、酸化剤の使用量はN-オキシル化合物1molに対して1mol以上40mol以下が好ましい。 Examples of the oxidizing agent include, but are not limited to, halogen, hypohalous acid, halous acid, perhalogenic acid, salts thereof, halogen oxides, peroxides, and the like. Among these, hypohalous acid or its salt is preferred, hypochlorous acid or its salt is more preferred, and sodium hypochlorite is even more preferred because it is inexpensive and has little environmental impact. The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 mmol or more, more preferably 1 mmol or more, and even more preferably 3 mmol or more, per 1 g of bone-dry cellulose. The upper limit is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, even more preferably 25 mmol or less, and most preferably 10 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 mmol or more and 500 mmol or less, more preferably 0.5 mmol or more and 50 mmol or less, even more preferably 1 mmol or more and 25 mmol or less, and most preferably 3 mmol or more and 10 mmol or less, per 1 g of bone-dry cellulose. preferable. When using an N-oxyl compound, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more per 1 mol of the N-oxyl compound. The upper limit is preferably 40 mol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more and 40 mol or less per 1 mol of the N-oxyl compound.

酸化反応時のpH、温度等の条件は特に限定されず、一般に、比較的温和な条件であっても酸化反応は効率よく進行する。反応温度は4℃以上が好ましく、15℃以上がより好ましい。上限は40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。従って、温度は4℃以上40℃以下が好ましく、15℃以上30℃以下、すなわち室温であってもよい。反応液のpHは、8以上が好ましく、10以上がより好ましい。上限は、12以下が好ましく、11以下がより好ましい。従って、反応液のpHは、好ましくは8以上12以下、より好ましくは10以上11以下程度である。通常、酸化反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHは低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等の理由から、水が好ましい。 Conditions such as pH and temperature during the oxidation reaction are not particularly limited, and the oxidation reaction generally proceeds efficiently even under relatively mild conditions. The reaction temperature is preferably 4°C or higher, more preferably 15°C or higher. The upper limit is preferably 40°C or less, more preferably 30°C or less. Therefore, the temperature is preferably 4° C. or higher and 40° C. or lower, and may be 15° C. or higher and 30° C. or lower, that is, room temperature. The pH of the reaction solution is preferably 8 or higher, more preferably 10 or higher. The upper limit is preferably 12 or less, more preferably 11 or less. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably about 8 or more and 12 or less, more preferably about 10 or more and 11 or less. Usually, as carboxyl groups are generated in cellulose as the oxidation reaction progresses, the pH of the reaction solution tends to decrease. Therefore, in order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution within the above range. Water is preferable as the reaction medium for oxidation because it is easy to handle and does not easily cause side reactions.

酸化における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間以上である。上限は通常は6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5時間以上6時間以下、例えば0.5時間以上4時間以下である。
酸化は、2段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、1段階目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一又は異なる反応条件で酸化させることにより、1段階目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。
The reaction time for oxidation can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually 0.5 hours or more. The upper limit is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time for oxidation is usually 0.5 hours or more and 6 hours or less, for example 0.5 hours or more and 4 hours or less.
The oxidation may be carried out in two or more reaction steps. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency can be improved without being inhibited by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. Can be oxidized well.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾン処理により酸化する方法が挙げられる。この酸化反応により、セルロースを構成するグルコピラノース環の少なくとも2位及び6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾン処理は通常、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより行われる。気体中のオゾン濃度は、50g/m以上であることが好ましい。上限は、250g/m以下であることが好ましく、220g/m以下であることがより好ましい。従って、気体中のオゾン濃度は、50g/m以上250g/m以下であることが好ましく、50g/m以上220g/m以下であることがより好ましい。オゾン添加量は、セルロース原料の固形分100重量%に対し、0.1重量%以上であることが好ましく、5重量%以上であることがより好ましい。上限は、通常30重量%以下である。従って、オゾン添加量は、セルロース原料の固形分100重量%に対し、0.1重量%以上30重量%以下であることが好ましく、5重量%以上30重量%以下であることがより好ましい。オゾン処理温度は、通常0℃以上であり、好ましくは20℃以上である。上限は通常50℃以下である。従って、オゾン処理温度は、通常0℃以上50℃以下であり、20℃以上50℃以下であることが好ましい。オゾン処理時間は、通常は1分以上であり、好ましくは30分以上である。上限は通常360分以下である。従って、オゾン処理時間は、通常は1分以上360分以下であり、30分以上360分以下が好ましい。オゾン処理の条件が上述の範囲内であると、セルロースが過度に酸化及び分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。 Another example of the carboxylation (oxidation) method is a method of oxidizing by ozone treatment. This oxidation reaction oxidizes at least the 2- and 6-position hydroxyl groups of the glucopyranose rings constituting cellulose, and causes decomposition of the cellulose chain. Ozone treatment is usually performed by bringing a gas containing ozone into contact with the cellulose raw material. The ozone concentration in the gas is preferably 50 g/m 3 or more. The upper limit is preferably 250 g/m 3 or less, more preferably 220 g/m 3 or less. Therefore, the ozone concentration in the gas is preferably 50 g/m 3 or more and 250 g/m 3 or less, more preferably 50 g/m 3 or more and 220 g/m 3 or less. The amount of ozone added is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, based on 100% by weight of the solid content of the cellulose raw material. The upper limit is usually 30% by weight or less. Therefore, the amount of ozone added is preferably 0.1% by weight or more and 30% by weight or less, more preferably 5% by weight or more and 30% by weight or less, based on 100% by weight of the solid content of the cellulose raw material. The ozone treatment temperature is usually 0°C or higher, preferably 20°C or higher. The upper limit is usually 50°C or less. Therefore, the ozone treatment temperature is usually 0°C or higher and 50°C or lower, preferably 20°C or higher and 50°C or lower. The ozone treatment time is usually 1 minute or more, preferably 30 minutes or more. The upper limit is usually 360 minutes or less. Therefore, the ozone treatment time is usually 1 minute or more and 360 minutes or less, preferably 30 minutes or more and 360 minutes or less. When the ozone treatment conditions are within the above range, excessive oxidation and decomposition of cellulose can be prevented, and the yield of oxidized cellulose can be improved.

オゾン処理後に得られる結果物に対しさらに、酸化剤を用いて追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが例えば、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物;酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。追酸化処理の方法としては例えば、これらの酸化剤を水又はアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、酸化剤溶液中にセルロース原料を浸漬させる方法が挙げられる。 The resulting product obtained after the ozone treatment may be further subjected to additional oxidation treatment using an oxidizing agent. The oxidizing agent used in the additional oxidation treatment is not particularly limited, but includes, for example, chlorine-based compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite; oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. Examples of methods for the additional oxidation treatment include a method in which an oxidizing agent solution is prepared by dissolving these oxidizing agents in a polar organic solvent such as water or alcohol, and the cellulose raw material is immersed in the oxidizing agent solution.

酸化セルロースナノファイバーに含まれるカルボキシル基、カルボキシレート基、アルデヒド基の量は、酸化剤の添加量、反応時間等の酸化条件をコントロールすることで調整することができる。
カルボキシル基量の測定方法の一例を以下に説明する。酸化セルロースの0.5重量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定する。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a〔ml〕)から、下式を用いてカルボキシル基量を算出することができる:
カルボキシル基量〔mmol/g酸化セルロース又はセルロースナノファイバー〕=a〔ml〕×0.05/酸化セルロース重量〔g〕
The amount of carboxyl groups, carboxylate groups, and aldehyde groups contained in the oxidized cellulose nanofibers can be adjusted by controlling oxidation conditions such as the amount of oxidizing agent added and reaction time.
An example of a method for measuring the amount of carboxyl groups will be explained below. Prepare 60 ml of 0.5% by weight slurry (aqueous dispersion) of oxidized cellulose, add 0.1M hydrochloric acid aqueous solution to adjust the pH to 2.5, and then dropwise add 0.05N sodium hydroxide aqueous solution to bring the pH to 11. Measure the electrical conductivity until the The amount of carboxyl groups can be calculated from the amount of sodium hydroxide (a [ml]) consumed in the neutralization stage of the weak acid where the electrical conductivity changes slowly using the following formula:
Amount of carboxyl group [mmol/g oxidized cellulose or cellulose nanofiber] = a [ml] x 0.05/weight of oxidized cellulose [g]

(2-2-2)エーテル化(カルボキシメチル化)セルロースナノファイバー
エーテル化としては、カルボキシメチル(エーテル)化、メチル(エーテル)化、エチル(エーテル)化、シアノエチル(エーテル)化、ヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピル(エーテル)化、エチルヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピルメチル(エーテル)化などが挙げられる。この中から一例としてカルボキシメチル化の方法を以下に説明する。
カルボキシメチル化によりセルロース原料を変性する場合、得られるカルボキシメチル化セルロース又はセルロースナノファイバー中の無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上であることがさらに好ましい。上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル基置換度は、0.01以上0.50以下が好ましく、0.05以上0.40以下がより好ましく、0.10以上0.35以下がさらに好ましい。
(2-2-2) Etherification (carboxymethylation) cellulose nanofiber Etherification includes carboxymethyl (ether) conversion, methyl (ether) conversion, ethyl (ether) conversion, cyanoethylation (ether), hydroxyethyl ( (ether), hydroxypropyl (ether), ethylhydroxyethyl (ether), hydroxypropylmethyl (ether), and the like. As an example of these methods, the method of carboxymethylation will be described below.
When modifying a cellulose raw material by carboxymethylation, the degree of carboxymethyl group substitution per anhydroglucose unit in the obtained carboxymethylated cellulose or cellulose nanofiber is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, More preferably, it is 0.10 or more. The upper limit is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and even more preferably 0.35 or less. Therefore, the degree of carboxymethyl group substitution is preferably 0.01 or more and 0.50 or less, more preferably 0.05 or more and 0.40 or less, and even more preferably 0.10 or more and 0.35 or less.

カルボキシメチル化の方法は特に限定されないが、例えば、発底原料としてのセルロース原料をマーセル化し、その後エーテル化する方法が挙げられる。カルボキシメチル化反応に用いる溶媒としては例えば、水、アルコール(例えば、低級アルコール)及びこれらの混合溶媒が挙げられる。低級アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノールが挙げられる。混合溶媒における低級アルコールの混合割合は、通常は60重量%以上95重量%以下である。溶媒の量は、セルロース原料に対し通常は3重量
倍である。上限は特に限定されないが20重量倍である。従って、溶媒の量は3重量倍以上20重量倍以下であることが好ましい。
Although the method of carboxymethylation is not particularly limited, for example, a method of mercerizing a cellulose raw material as a bottom forming raw material and then etherifying it can be mentioned. Examples of the solvent used in the carboxymethylation reaction include water, alcohol (eg, lower alcohol), and a mixed solvent thereof. Examples of the lower alcohol include methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, and tertiary butanol. The mixing ratio of lower alcohol in the mixed solvent is usually 60% by weight or more and 95% by weight or less. The amount of solvent is usually 3 times the weight of the cellulose raw material. The upper limit is not particularly limited, but is 20 times the weight. Therefore, the amount of the solvent is preferably 3 times or more and 20 times or less by weight.

マーセル化は通常、発底原料とマーセル化剤を混合して行う。マーセル化剤としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、1.0倍モル以上がより好ましく、1.5倍モル以上であることがさらに好ましい。上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい。従って、0.5倍モル以上20倍モル以下が好ましく、1.0倍モル以上10倍モル以下がより好ましく、1.5倍モル以上5倍モル以下がさらに好ましい。
マーセル化の反応温度は、通常0℃以上であり、好ましくは10℃以上である。上限は通常70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は、通常0℃以上70℃以下、好ましくは10℃以上60℃以下である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、通常は15分以上8時間以下、好ましくは30分以上7時間以下である。
Mercerization is usually performed by mixing the bottom forming raw material and a mercerizing agent. Examples of the mercerizing agent include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerizing agent to be used is preferably 0.5 times or more, more preferably 1.0 times or more, and even more preferably 1.5 times or more by mole per anhydroglucose residue in the bottom raw material. The upper limit is usually 20 times the mole or less, preferably 10 times the mole or less, and more preferably 5 times the mole or less. Therefore, it is preferably 0.5 times mole or more and 20 times mole or less, more preferably 1.0 times mole or more and 10 times mole or less, and even more preferably 1.5 times mole or more and 5 times mole or less.
The reaction temperature for mercerization is usually 0°C or higher, preferably 10°C or higher. The upper limit is usually 70°C or less, preferably 60°C or less. Therefore, the reaction temperature is usually 0°C or higher and 70°C or lower, preferably 10°C or higher and 60°C or lower. The reaction time is usually 15 minutes or more, preferably 30 minutes or more. The upper limit is usually 8 hours or less, preferably 7 hours or less. Therefore, the time is usually 15 minutes or more and 8 hours or less, preferably 30 minutes or more and 7 hours or less.

エーテル化反応は、通常、カルボキシメチル化剤をマーセル化後に反応系に追加して行う。カルボキシメチル化剤としては、例えば、モノクロロ酢酸ナトリウムが挙げられる。カルボキシメチル化剤の添加量は、セルロース原料のグルコース残基当たり通常0.05倍モル以上が好ましく、0.5倍モル以上がより好ましく、0.8倍モル以上であることがさらに好ましい。上限は、通常10.0倍モル以下であり、5倍モル以下が好ましく、3倍モル以下がより好ましい、従って、好ましくは0.05倍モル以上10.0倍モル以下であり、より好ましくは0.5倍モル以上5倍モル以下であり、さらに好ましくは0.8倍モル以上3倍モル以下である。反応温度は通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って反応温度は通常30℃以上90℃以下、好ましくは40℃以上80℃以下である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上である。上限は、通常は10時間以下、好ましくは4時間以下である。従って反応時間は、通常は30分以上10時間以下であり、好ましくは1時間以上4時間以下である。カルボキシメチル化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。 The etherification reaction is usually carried out by adding a carboxymethylating agent to the reaction system after mercerization. Examples of carboxymethylating agents include sodium monochloroacetate. The amount of the carboxymethylating agent added is usually preferably 0.05 times or more, more preferably 0.5 times or more, and even more preferably 0.8 times or more by mole per glucose residue in the cellulose raw material. The upper limit is usually 10.0 times the mole or less, preferably 5 times the mole or less, more preferably 3 times the mole or less, therefore, preferably 0.05 times the mole or more and 10.0 times the mole or less, more preferably It is 0.5 times mole or more and 5 times mole or less, and more preferably 0.8 times mole or more and 3 times mole or less. The reaction temperature is usually 30°C or higher, preferably 40°C or higher, and the upper limit is usually 90°C or lower, preferably 80°C or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 30°C or more and 90°C or less, preferably 40°C or more and 80°C or less. The reaction time is usually 30 minutes or more, preferably 1 hour or more. The upper limit is usually 10 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time is usually 30 minutes or more and 10 hours or less, preferably 1 hour or more and 4 hours or less. The reaction solution may be stirred as necessary during the carboxymethylation reaction.

カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカルボキシメチル基置換度の測定は例えば、次の方法によって行えばよい。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えて得られる硝酸メタノール100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(カルボキシメチル化セルロース)を水素型カルボキシメチル化セルロースにする。3)水素型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで水素型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル基置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’-(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]
/(水素型カルボキシメチル化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A :水素型カルボキシメチル化セルロースの1gの中和に要する1N
のNaOH量(mL)
F’:0.1NのHSOのファクター
F :0.1NのNaOHのファクター
The degree of carboxymethyl group substitution per glucose unit of carboxymethylated cellulose nanofibers may be measured, for example, by the following method. That is, 1) Accurately weigh about 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dried) and place it in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 2) Add 100 mL of methanol nitrate obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol, and shake for 3 hours to convert carboxymethylcellulose salt (carboxymethylated cellulose) into hydrogen-type carboxymethylated cellulose. 3) Accurately weigh 1.5 to 2.0 g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose (absolutely dried) and place it in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet hydrogen carboxymethylated cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. 5) Back titrate excess NaOH with 0.1N H 2 SO 4 using phenolphthalein as indicator. 6) The degree of carboxymethyl group substitution (DS) is calculated by the following formula:
A=[(100×F'-(0.1N H 2 SO 4 )(mL)×F)×0.1]
/(absolute dry mass (g) of hydrogen-type carboxymethylated cellulose)
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A: 1N required to neutralize 1g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose
Amount of NaOH (mL)
F': Factor of 0.1N H 2 SO 4 F: Factor of 0.1N NaOH

(2-2-3)カチオン化セルロースナノファイバー
カチオン化によりセルロース原料を変性する場合、得られるカチオン化セルロースナノファイバーは、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム等のカチオン、又は該カチオンを有する基を分子中に含んでいればよい。カチオン化セルロースナノファイバーは、アンモニウムを有する基を含むことが好ましく、四級アンモニウムを有する基を含むことがより好ましい。
(2-2-3) Cationized cellulose nanofibers When cellulose raw materials are modified by cationization, the resulting cationized cellulose nanofibers contain cations such as ammonium, phosphonium, sulfonium, or groups containing such cations in the molecule. It is sufficient if it is included. The cationized cellulose nanofiber preferably contains a group containing ammonium, and more preferably contains a group containing quaternary ammonium.

カチオン化の方法は特に限定されないが例えば、セルロース原料にカチオン化剤と触媒を水及び/又はアルコールの存在下で反応させる方法が挙げられる。カチオン化剤としては例えば、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハイドライト(例:3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムハイドライト)又はこれらのハロヒドリン型などが挙げられ、これらのいずれかを用いることで、四級アンモニウムを含む基を有するカチオン化セルロースを得ることができる。触媒としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属が挙げられる。アルコールとしては例えば、炭素数1~4のアルコールが挙げられる。カチオン化剤の量は、好ましくはセルロース原料100重量%に対して5重量%以上であり、より好ましくは10重量%以上である。上限は通常800重量%以下であり、好ましくは500重量%以下である。触媒の量は、好ましくはセルロース繊維100重量%に対して0.5重量%以上であり、より好ましくは1重量%以上である。上限は通常7重量%以下であり、好ましくは3重量%以下である。アルコールの量は、好ましくはセルロース繊維100重量%に対して50重量%以上であり、より好ましくは100重量%以上である。上限は通常50000重量%以下であり、好ましくは500重量%以下である。 The method of cationization is not particularly limited, but for example, a method of reacting a cationization agent and a catalyst with a cellulose raw material in the presence of water and/or alcohol can be mentioned. Examples of the cationizing agent include glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyltrialkylammonium hydrate (e.g. 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium hydrate), and halohydrin types thereof. By using any of these, cationized cellulose having a group containing quaternary ammonium can be obtained. Examples of the catalyst include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. Examples of the alcohol include alcohols having 1 to 4 carbon atoms. The amount of the cationizing agent is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more based on 100% by weight of the cellulose raw material. The upper limit is usually 800% by weight or less, preferably 500% by weight or less. The amount of catalyst is preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more based on 100% by weight of cellulose fibers. The upper limit is usually 7% by weight or less, preferably 3% by weight or less. The amount of alcohol is preferably 50% by weight or more, more preferably 100% by weight or more based on 100% by weight of cellulose fibers. The upper limit is usually 50,000% by weight or less, preferably 500% by weight or less.

カチオン化の際の反応温度は通常10℃以上、好ましくは30℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。反応時間は、通常10分以上であり、好ましくは30分以上である。上限は、通常は10時間以下、好ましくは5時間以下である。カチオン化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。
カチオン化セルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、カチオン化剤の添加量、水及び/又はアルコールの組成比率のコントロールによって調整することができる。カチオン置換度とは、セルロースを構成する単位構造(グルコピラノース環)当たりの導入された置換基の個数を示す。言い換えると、カチオン置換度は、「導入された置換基のモル数をグルコピラノース環の水酸基の総モル数で割った値」として定義される。純粋セルロースは単位構造(グルコピラノース環)当たり3個の置換可能な水酸基を有しているため、カチオン置換度の理論最大値は3(最小値は0)である。
The reaction temperature during cationization is usually 10°C or higher, preferably 30°C or higher, and the upper limit is usually 90°C or lower, preferably 80°C or lower. The reaction time is usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more. The upper limit is usually 10 hours or less, preferably 5 hours or less. The reaction solution may be stirred as necessary during the cationization reaction.
The degree of cation substitution per glucose unit of cationized cellulose can be adjusted by controlling the amount of cationizing agent added and the composition ratio of water and/or alcohol. The degree of cationic substitution refers to the number of substituents introduced per unit structure (glucopyranose ring) constituting cellulose. In other words, the degree of cationic substitution is defined as "the value obtained by dividing the number of moles of the introduced substituent by the total number of moles of hydroxyl groups in the glucopyranose ring." Since pure cellulose has three substitutable hydroxyl groups per unit structure (glucopyranose ring), the theoretical maximum value of the degree of cation substitution is 3 (minimum value is 0).

カチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、0.01以上が好ましく、0.02以上がより好ましく、0.03以上がさらに好ましい。上限は、0.40以下が好ましく、0.30以下がより好ましく、0.20以下がさらに好ましい。従って、0.01以上0.40以下であることが好ましく、0.02以上0.30以下がより好ましく、0.03以上0.20以下がさらに好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.01以上であることにより、十分にナノ解繊することができる。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.40以下であることにより、膨潤又は溶解を抑制することができ、これにより繊維形態を維持することができ、ナノファイバーとして得られない事態を防止することができる。 The degree of cation substitution per glucose unit of the cationized cellulose nanofiber is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and even more preferably 0.03 or more. The upper limit is preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, and even more preferably 0.20 or less. Therefore, it is preferably 0.01 or more and 0.40 or less, more preferably 0.02 or more and 0.30 or less, and even more preferably 0.03 or more and 0.20 or less. By introducing cationic substituents into cellulose, the cells electrically repel each other. Therefore, cellulose into which cationic substituents have been introduced can be easily nano-fibrillated. When the degree of cation substitution per glucose unit is 0.01 or more, sufficient nanofibrillation can be achieved. On the other hand, by having a degree of cation substitution per glucose unit of 0.40 or less, swelling or dissolution can be suppressed, thereby maintaining the fiber morphology and preventing a situation where the nanofiber cannot be obtained. be able to.

グルコース単位当たりのカチオン置換度の測定方法の一例を以下に説明する。試料(カチオン化セルロース)を乾燥させた後に、全窒素分析計TN-10(三菱化学株式会社製
)で窒素含有量を測定し、次式によりカチオン置換度を算出する。ここでいうカチオン置換度とは、無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値である。
カチオン置換度=(162×N)/(1-151.6×N)
N :窒素含有量
An example of a method for measuring the degree of cation substitution per glucose unit will be described below. After drying the sample (cationized cellulose), the nitrogen content is measured using a total nitrogen analyzer TN-10 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the degree of cation substitution is calculated using the following formula. The degree of cationic substitution here is the average number of moles of substituents per mole of anhydroglucose unit.
Degree of cation substitution = (162×N)/(1-151.6×N)
N: Nitrogen content

(2-2-4)エステル化セルロースナノファイバー
エステル化の方法は特に限定されないが、例えば、セルロース原料に対し下記化合物Aを反応させる方法が挙げられる。セルロース原料に対し化合物Aを反応させる方法としては例えば、セルロース原料に化合物Aの粉末又は水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーに化合物Aの水溶液を添加する方法等が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高まり、且つエステル化効率が高くなることから、セルロース原料又はそのスラリーに化合物Aの水溶液を混合する方法が好ましい。
(2-2-4) Esterified cellulose nanofiber The method of esterification is not particularly limited, but includes, for example, a method of reacting the following compound A with a cellulose raw material. Examples of methods for reacting compound A with cellulose raw material include a method of mixing powder or aqueous solution of compound A with cellulose raw material, a method of adding an aqueous solution of compound A to a slurry of cellulose raw material, and the like. Among these methods, the method of mixing an aqueous solution of Compound A with the cellulose raw material or its slurry is preferred because it increases the uniformity of the reaction and the esterification efficiency.

化合物Aとしては、例えば、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸、これらのエステル等が挙げられる。化合物Aは、塩の形態でもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由から、リン酸系化合物が好ましい。リン酸系化合物は、リン酸基を有する化合物であればよく、例えば、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。用いられるリン酸系化合物は、1種、あるいは2種以上の組み合わせでもよい。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがより好ましい。また、反応の均一性が高まり、且つリン酸基導入の効率が高くなることから、エステル化においてはリン酸系化合物の水溶液を用いることが好ましい。リン酸系化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから、pH7以下が好ましく、パルプ繊維の加水分解を抑える観点から、pH3以上がより好ましい。 Examples of the compound A include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. Compound A may be in the form of a salt. Among the above, phosphoric acid compounds are preferred because they are low in cost, easy to handle, and can introduce phosphoric acid groups into the cellulose of pulp fibers to improve defibration efficiency. The phosphoric acid compound may be any compound having a phosphoric acid group, such as phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, dihydrogen phosphate, etc. Potassium hydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate, etc. . The phosphoric acid compounds used may be one type or a combination of two or more types. Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid The ammonium salt of is preferred, and sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are more preferred. Furthermore, it is preferable to use an aqueous solution of a phosphoric acid compound in the esterification because it increases the uniformity of the reaction and increases the efficiency of introducing a phosphoric acid group. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid compound is preferably 7 or less, since this increases the efficiency of introducing phosphoric acid groups, and more preferably 3 or more, from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fibers.

エステル化の方法としては例えば、以下の方法が挙げられる。セルロース原料の懸濁液(例えば、固形分濃度0.1~10重量%)に化合物Aを撹拌しながら添加し、セルロースにリン酸基を導入する。セルロース原料を100重量部とした際に、化合物Aがリン酸系化合物の場合、化合物Aの添加量はリン元素量として、0.2重量部以上が好ましく、1重量部以上がより好ましい。これにより、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。上限は、500重量部以下が好ましく、400重量部以下がより好ましい。これにより、化合物Aの使用量に見合った収率を効率よく得ることができる。従って、0.2重量部以上500重量部以下が好ましく、1重量部以上400重量部以下がより好ましい。 Examples of the esterification method include the following methods. Compound A is added to a suspension of cellulose raw material (for example, solid content concentration 0.1 to 10% by weight) with stirring to introduce phosphoric acid groups into cellulose. When the cellulose raw material is 100 parts by weight, when Compound A is a phosphoric acid compound, the amount of Compound A added is preferably 0.2 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more as the amount of phosphorus element. Thereby, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. The upper limit is preferably 500 parts by weight or less, more preferably 400 parts by weight or less. Thereby, a yield commensurate with the amount of compound A used can be efficiently obtained. Therefore, it is preferably 0.2 parts by weight or more and 500 parts by weight or less, more preferably 1 part by weight or more and 400 parts by weight or less.

セルロース原料に対し化合物Aを反応させる際、さらに下記化合物Bを反応系に加えてもよい。化合物Bを反応系に加える方法としては例えば、セルロース原料のスラリー、化合物Aの水溶液、又はセルロース原料と化合物Aのスラリーに、添加する方法が挙げられる。 When reacting Compound A with the cellulose raw material, the following Compound B may be further added to the reaction system. Examples of the method for adding compound B to the reaction system include adding it to a slurry of cellulose raw materials, an aqueous solution of compound A, or a slurry of cellulose raw materials and compound A.

化合物Bは、塩基性を示す窒素含有化合物である。「塩基性を示す」とは通常、フェノールフタレイン指示薬の存在下で化合物Bの水溶液が桃~赤色を呈すること、または化合物Bの水溶液のpHが7より大きいことを意味する。塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。この中でも低コストで扱いやすい点で、尿素が好ましい。化合物Bの添加量は、セルロース原料を100重量部とした際に、2重量部以上1000重量部以下が好ましく、100重量部以上700重量部以下がより好ましい。反応温度は0℃以上95℃以下が好ましく、30℃以上90℃以下がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、通常1分以上600分以下程度であり、30分以上480分以下が好ましい。エステル化反応の条件がこれらのいずれかの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率を向上させることができる。 Compound B is a nitrogen-containing compound that exhibits basicity. "Exhibiting basicity" usually means that an aqueous solution of Compound B exhibits a pink to red color in the presence of a phenolphthalein indicator, or that the pH of an aqueous solution of Compound B is greater than 7. The basic nitrogen-containing compound is not particularly limited as long as it achieves the effects of the present invention, but compounds having an amino group are preferred. Examples include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine, and the like. Among these, urea is preferred because it is low cost and easy to handle. The amount of compound B added is preferably 2 parts by weight or more and 1000 parts by weight or less, more preferably 100 parts by weight or more and 700 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the cellulose raw material. The reaction temperature is preferably 0°C or higher and 95°C or lower, more preferably 30°C or higher and 90°C or lower. The reaction time is not particularly limited, but is usually about 1 minute or more and 600 minutes or less, preferably 30 minutes or more and 480 minutes or less. When the esterification reaction conditions are within any of these ranges, it is possible to prevent cellulose from being excessively esterified and become easily dissolved, and it is possible to improve the yield of phosphoesterified cellulose. .

セルロース原料に化合物Aを反応させた後、通常はエステル化セルロース懸濁液が得られる。エステル化セルロース懸濁液は必要に応じて脱水され、脱水後には加熱処理を行うことが好ましい。これにより、セルロース原料の加水分解を抑えることができる。加熱温度は、100℃以上170℃以下が好ましく、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下(さらに好ましくは110℃以下)で加熱し、水を除いた後100℃以上170℃以下で加熱処理することがより好ましい。 After reacting the cellulose raw material with compound A, an esterified cellulose suspension is usually obtained. The esterified cellulose suspension is dehydrated if necessary, and it is preferable to perform a heat treatment after dehydration. Thereby, hydrolysis of the cellulose raw material can be suppressed. The heating temperature is preferably 100°C or higher and 170°C or lower, and is heated at 130°C or lower (more preferably 110°C or lower) while water is present during the heat treatment, and heated at 100°C or higher and 170°C or lower after removing water. It is more preferable to perform the heat treatment at a temperature below .degree.

リン酸エステル化セルロースにおいては、セルロース原料にリン酸基置換基が導入されており、セルロース同士が電気的に反発する。そのため、リン酸エステル化セルロースは容易にナノ解繊することができる。リン酸エステル化セルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上が好ましい。これにより、十分な解繊(例えばナノ解繊)が実施できる。上限は、0.40が好ましい。これにより、リン酸エステル化セルロースの膨潤又は溶解を防止し、ナノファイバーが得られない事態を防止することができる。従って、0.001以上0.40以下であることが好ましい。リン酸エステル化セルロースは、煮沸後冷水で洗浄する等の洗浄処理がなされることが好ましい。これにより解繊を効率よく行うことができる。 In phosphoric acid esterified cellulose, a phosphoric acid group substituent is introduced into the cellulose raw material, and the cellulose cells electrically repel each other. Therefore, phosphoric acid esterified cellulose can be easily nano-fibrillated. The degree of phosphoric acid group substitution per glucose unit of the phosphoric acid esterified cellulose is preferably 0.001 or more. Thereby, sufficient defibration (for example, nano-defibration) can be performed. The upper limit is preferably 0.40. Thereby, swelling or dissolution of the phosphoric acid esterified cellulose can be prevented, and a situation in which nanofibers cannot be obtained can be prevented. Therefore, it is preferably 0.001 or more and 0.40 or less. The phosphoric acid esterified cellulose is preferably subjected to a washing treatment such as washing with cold water after boiling. This allows efficient defibration.

(2-3)解繊
セルロース原料の解繊は、セルロース原料に変性処理を施す前に行ってもよいし、後に行ってもよい。また、解繊は、一度に行ってもよいし、複数回行ってもよい。複数回の場合それぞれの解繊の時期はいつでもよい。
解繊に用いる装置は特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーがより好ましい。装置は、セルロース原料又は変性セルロース(通常は分散液)に強力なせん断力を印加できるものが好ましい。装置が印加できる圧力は、50MPa以上が好ましく、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。装置は、セルロース原料又は変性セルロース(通常は分散液)に上記圧力を印加することができかつ強力なせん断力を印加できる、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましい。これにより、解繊を効率的に行うことができる。
(2-3) Defibration Defibration of the cellulose raw material may be performed before or after the modification treatment of the cellulose raw material. Further, defibration may be performed at once or multiple times. In the case of multiple defibrations, each defibration can be performed at any time.
The device used for defibration is not particularly limited, but examples include high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, and ultrasonic type devices. High pressure or ultra-high pressure homogenizers are preferred, and wet high pressure homogenizers are preferred. Or an ultra-high pressure homogenizer is more preferable. The device is preferably one that can apply strong shearing force to the cellulose raw material or modified cellulose (usually a dispersion). The pressure that can be applied by the device is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and still more preferably 140 MPa or more. The device is preferably a wet high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer that can apply the above pressure to the cellulose raw material or modified cellulose (usually a dispersion) and can also apply a strong shearing force. Thereby, defibration can be performed efficiently.

解繊をセルロース原料の分散体に対して行う場合、分散体中のセルロース原料の固形分濃度は、通常は0.1重量%以上、好ましくは0.2重量%以上、より好ましくは0.3重量%以上である。これにより、セルロース繊維原料の量に対する液量が適量となり効率的である。上限は通常10重量%以下、好ましくは6重量%以下である。これにより流動性を保持することができる。
解繊(好ましくは高圧ホモジナイザーでの解繊)、又は必要に応じて解繊前に行う分散処理に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて行えばよい。
When defibrating a dispersion of cellulose raw materials, the solid content concentration of the cellulose raw materials in the dispersion is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.2% by weight or more, and more preferably 0.3% by weight. % by weight or more. As a result, the amount of liquid is appropriate for the amount of cellulose fiber raw material, which is efficient. The upper limit is usually 10% by weight or less, preferably 6% by weight or less. This allows fluidity to be maintained.
Prior to defibration (preferably defibration using a high-pressure homogenizer) or dispersion treatment performed before defibration as necessary, a preliminary treatment may be performed as necessary. The pretreatment may be performed using a mixing, stirring, emulsifying, dispersing device such as a high-speed shear mixer.

(2-4)セルロースナノファイバー
本発明において、CNFとして、上記したカルボキシル化セルロースナノファイバー、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー、カチオン化セルロースナノファイバー、エステル化セルロースナノファイバーの少なくとも一種を使用することができる。
CNFは、分散液のまま用いてもよいが、必要に応じ乾燥処理を行うことにより、溶媒を一部あるいは完全に除去して、湿潤固形物あるいは乾燥固形物として用いてもよい。ここで湿潤固形物とは、分散液と乾燥固形物との中間の態様の固形物である。
乾燥処理を行う際には、再分散性を向上させるために、予めCNFの分散液に水溶性高分子を混合させた上で乾燥処理を行ってもよい。水溶性高分子としては例えば、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース及びその塩、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ジェランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、グアーガム及びコロイダルシリカ並びにそれら1つ以上の混合物が挙げられる。この中でも、カルボキシメチルセルロース及びその塩を用いることが相溶性の点から好ましい。
(2-4) Cellulose nanofibers In the present invention, at least one of the above-mentioned carboxylated cellulose nanofibers, carboxymethylated cellulose nanofibers, cationized cellulose nanofibers, and esterified cellulose nanofibers can be used as the CNF. .
Although CNF may be used as a dispersion, it may be used as a wet solid or a dry solid after the solvent is partially or completely removed by drying if necessary. A wet solid is a solid that is intermediate in form between a dispersion and a dry solid.
When performing the drying process, in order to improve redispersibility, a water-soluble polymer may be mixed in advance into the CNF dispersion before the drying process is performed. Examples of water-soluble polymers include cellulose derivatives (carboxymethylcellulose and its salts, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, Katakuri flour, kudzu flour, positive starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soybean protein solution, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyester Sodium acrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, rosin-based sizing agent, petroleum resin-based sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide resin Included are polyamine resins, polyethyleneimines, polyamines, vegetable gums, polyethylene oxides, hydrophilic crosslinked polymers, polyacrylates, starch polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, guar gum and colloidal silica, and mixtures of one or more thereof. Among these, it is preferable to use carboxymethyl cellulose and its salts from the viewpoint of compatibility.

CNFの乾燥固形物及び湿潤固形物は、CNFの分散液又はCNFと水溶性高分子の混合液を乾燥して調製すればよい。乾燥方法は特に限定されないが、例えば、スプレードライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、及び真空乾燥が挙げられる。乾燥装置としては例えば、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置等、回分式の箱型乾燥装置、真空箱型乾燥装置、及び撹拌乾燥装置等が挙げられる。これらの乾燥装置は、単独で用いてもよいし、2つ以上組み合わせて用いてもよい。乾燥装置は、ドラム乾燥装置が好ましい。これにより、均一に被乾燥物に熱エネルギーを直接供給することができるので、エネルギー効率を高めることができる。また、必要以上に熱を加えずに直ちに被乾燥物を回収することができる。 Dry solids and wet solids of CNF may be prepared by drying a dispersion of CNF or a mixture of CNF and a water-soluble polymer. The drying method is not particularly limited, and examples include spray drying, compression, air drying, hot air drying, and vacuum drying. Examples of drying equipment include continuous tunnel drying equipment, band drying equipment, vertical drying equipment, vertical turbo drying equipment, multistage disk drying equipment, ventilation drying equipment, rotary drying equipment, flash drying equipment, and spray dryer drying equipment. , spray drying equipment, cylindrical drying equipment, drum drying equipment, screw conveyor drying equipment, rotary drying equipment with heating tubes, vibration transport drying equipment, etc., batch-type box drying equipment, vacuum box drying equipment, agitation drying equipment, etc. can be mentioned. These drying devices may be used alone or in combination of two or more. The drying device is preferably a drum drying device. Thereby, thermal energy can be uniformly and directly supplied to the material to be dried, thereby improving energy efficiency. Further, the dried material can be immediately collected without applying more heat than necessary.

本発明で使用されるCNFは、流動性とガスバリア性に優れるので、基紙に塗工することにより、空気遮蔽性を高めることができる。
CNFの好ましい塗工量は、片面当たりの固形分塗工量として0.1g/m以上2.0g/m以下であり、好ましくは0.2g/m以上1.5g/m以下である。CNFの塗工量が0.1g/m未満では透気抵抗度の向上が少なく、空気遮蔽性が不足する場合がある。塗工量が2.0g/mを超えると透湿性が低下する場合がある。
Since the CNF used in the present invention has excellent fluidity and gas barrier properties, it is possible to improve air shielding properties by coating it on a base paper.
The preferred coating amount of CNF is 0.1 g/m 2 or more and 2.0 g/m 2 or less, preferably 0.2 g/m 2 or more and 1.5 g/m 2 or less as solid content coating amount per one side. It is. If the coating amount of CNF is less than 0.1 g/m 2 , the improvement in air permeability resistance is small and air shielding properties may be insufficient. If the coating amount exceeds 2.0 g/m 2 , moisture permeability may decrease.

(3)吸湿剤
吸湿剤は、塩化リチウム、乳酸ナトリウムのようなアルカリ金属塩、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩、リン酸アンモニウム、スルファミン酸アンモニウムなどのアンモニウム塩、スルファミン酸グアニジンや塩酸グアニジンなどのグア
ニジン塩などを使用することができ、特に吸湿性に優れ安価な塩化カルシウムが好適に使用できる。これらの化合物は単独でも2種類以上を混合してもよい。また、吸湿剤のうち難燃剤として使用できるものは、基紙に難燃性を付与するために配合することもできる。
(3) Hygroscopic agents Hygroscopic agents include alkali metal salts such as lithium chloride and sodium lactate, alkaline earth metal salts such as calcium chloride and magnesium chloride, ammonium salts such as ammonium phosphate and ammonium sulfamate, guanidine sulfamate, etc. Guanidine salts such as guanidine hydrochloride can be used, and especially calcium chloride, which has excellent hygroscopicity and is inexpensive, can be used suitably. These compounds may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, moisture absorbents that can be used as flame retardants can also be blended in order to impart flame retardancy to the base paper.

吸湿剤の好ましい塗工量は、0.5g/m以上15g/m以下であり、好ましくは1g/m以上10g/m以下である。吸湿剤の塗工量が0.5g/m未満では透湿性が不足する場合がある。また、塗工量が15g/mを超えると吸湿量が過多となり高温高湿度の環境では結露や吸湿剤の流れ出しなどが起こる場合がある。吸湿剤は、基紙全体に含浸しても良く、片面または両面に塗工しても良い。 The preferred coating amount of the moisture absorbent is 0.5 g/m 2 or more and 15 g/m 2 or less, preferably 1 g/m 2 or more and 10 g/m 2 or less. If the coating amount of the moisture absorbent is less than 0.5 g/m 2 , moisture permeability may be insufficient. Furthermore, if the coating amount exceeds 15 g/m 2 , the amount of moisture absorbed will be excessive, and dew condensation or run-off of the moisture absorbent may occur in a high temperature and high humidity environment. The moisture absorbent may be impregnated into the entire base paper, or may be coated on one or both sides.

(4)水溶性高分子
本発明において、水溶性高分子とは、20℃の水100gに対して0.1g以上溶解し、皮膜形成作用を有する高分子化合物を意味する。例えば、カルボキシアルキルセルロース塩、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、グアーガム等の水溶性多糖類が挙げられる。これらの中で、カルボキシアルキルセルロース塩が、CNFとの相溶性に優れるため好ましい。また、カルボキシアルキルセルロース塩としては、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース等のアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、アンモニウム塩等が挙げられ、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩が、造膜性に優れるため好ましい。
(4) Water-soluble polymer In the present invention, the water-soluble polymer refers to a polymer compound that dissolves 0.1 g or more in 100 g of water at 20° C. and has a film-forming effect. Examples include water-soluble polysaccharides such as carboxyalkylcellulose salts, hydroxyethylcellulose, methylcellulose, polyethylene oxide, and guar gum. Among these, carboxyalkylcellulose salts are preferred because they have excellent compatibility with CNF. Further, examples of the carboxyalkylcellulose salt include alkali metal salts such as carboxymethylcellulose and carboxyethylcellulose, calcium salts, magnesium salts, ammonium salts, etc., and alkali metal salts of carboxymethylcellulose are preferred because they have excellent film-forming properties.

カルボキシメチルセルロースの塩(以下、CMCともいう)は、単独で製膜した場合、均一で空気遮蔽性の優れた皮膜を形成する。また、CMCの水溶液は、塩化カルシウムや塩化リチウム等の吸湿剤と混合しても凝集や吸液ゲルを生成し難く、塗工適性が低下することがなく、空気遮蔽性の高い皮膜を形成する。しかし、CMCの皮膜は、透湿性能を低下させる傾向があり、また、基紙へ大量に塗工すると塗工紙巻取がブロッキングすることが懸念されるため、従来、全熱交換素子用紙には殆ど使用されていなかった。水溶性高分子としてCMCを用いる場合は、CMCの空気遮蔽性向上効果を利用し、セルロースナノファイバー層(CNF層)の透湿性能を損なわない範囲でCMCを配合する。 When a carboxymethyl cellulose salt (hereinafter also referred to as CMC) is formed alone, it forms a uniform film with excellent air shielding properties. Furthermore, even when mixed with moisture absorbing agents such as calcium chloride and lithium chloride, an aqueous solution of CMC does not easily aggregate or form liquid-absorbing gels, does not reduce coating suitability, and forms a film with high air-shielding properties. . However, CMC films tend to reduce moisture permeability, and there is a concern that the coated paper winding will block if coated in large quantities on the base paper. It was hardly used. When CMC is used as the water-soluble polymer, CMC is blended within a range that does not impair the moisture permeability of the cellulose nanofiber layer (CNF layer), taking advantage of the air shielding effect of CMC.

CMCは、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩が好ましく、汎用性の面からナトリウム塩が好適に用いられる。CMCのカルボキシメチル基置換度は0.55以上1.6以下であることが好ましく、より好ましくは0.6以上1.2以下である。カルボキシメチル基置換度が0.55未満では吸湿剤により減粘し易く、塗工適性や空気遮蔽性が低下する傾向があり、1.6を超えるものはコスト高となり好ましくない。 CMC is preferably a sodium salt, a potassium salt, or a lithium salt, and the sodium salt is preferably used from the viewpoint of versatility. The carboxymethyl group substitution degree of CMC is preferably 0.55 or more and 1.6 or less, more preferably 0.6 or more and 1.2 or less. If the carboxymethyl group substitution degree is less than 0.55, the viscosity tends to be reduced by a moisture absorbent, and coating suitability and air shielding properties tend to decrease, while if it exceeds 1.6, the cost increases and is not preferred.

CMCの粘度は1%水溶液のB形粘度で、1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下であることが好ましい。B形粘度が1,000mPa・s未満では吸湿剤を混合した場合に低粘度となり塗工適性が低下する。また、B形粘度が20,000mPa・sを超えるものは塗工液全体が高粘度になり、塗工が困難となる。 The viscosity of CMC is a type B viscosity of a 1% aqueous solution, and is preferably 1,000 mPa·s or more and 20,000 mPa·s or less. If the viscosity of type B is less than 1,000 mPa·s, the viscosity becomes low when a moisture absorbent is mixed, resulting in a decrease in coating suitability. Further, if the B type viscosity exceeds 20,000 mPa·s, the entire coating liquid becomes highly viscous, making coating difficult.

CMCは、CNFと同じく目止め作用を有する。CMCとCNFの両者の混合物に吸湿剤を配合した薬液を塗工することにより、CMC又はCNFを単独で吸湿剤に配合した薬液を塗工する場合と比較して、空気遮蔽性、透湿度が向上した熱交換素子用紙を得ることができる。特に、CMCとCNFとを混合し、吸湿剤を併用することで、空気遮蔽性を低下させることなく低湿度環境における透湿度が大幅に向上することは、本発明者らが調査した範囲では、これまでに知られていない新規な知見である。
CMCの好ましい塗工量は、片面当たりの固形分塗工量として0.05g/m以上1.0g/m以下であり、好ましくは0.1g/m以上0.8g/m以下である。CMCの塗工量が0.05g/m未満では透気抵抗度の向上が少なく、空気遮蔽性が不足する場合がある。塗工量が1.0g/mを超えると透湿性が低下する場合がある。
CMC, like CNF, has a sealing effect. By applying a chemical solution containing a mixture of both CMC and CNF with a moisture absorbent, air shielding properties and moisture permeability are improved compared to applying a chemical solution containing CMC or CNF alone as a moisture absorbent. An improved heat exchange element paper can be obtained. In particular, according to the research conducted by the present inventors, by mixing CMC and CNF and using a moisture absorbent in combination, moisture permeability in a low humidity environment can be significantly improved without reducing air shielding properties. This is new knowledge that has not been previously known.
The preferred coating amount of CMC is 0.05 g/m 2 or more and 1.0 g/m 2 or less, preferably 0.1 g/m 2 or more and 0.8 g/m 2 or less as solid content coating amount per one side. It is. If the coating amount of CMC is less than 0.05 g/m 2 , the improvement in air permeability resistance is small and air shielding properties may be insufficient. If the coating amount exceeds 1.0 g/m 2 , moisture permeability may decrease.

(5)全熱交換素子用紙
本発明の全熱交換用素子用紙は、少なくともCNF、吸湿剤、水溶性高分子を含有する薬液を、製紙用繊維を含む基紙に塗工することにより製造することができる。これらは、同一または異なる薬液で、基紙に塗工することができるが、同一の薬液として塗工することが、各成分の塗工量を正確に見積もることができるため好ましい。この際、溶け残りやゲル化を防ぐために、予め水溶液とした上で混ぜ合わせることが好ましい。
(5) Total heat exchange element paper The total heat exchange element paper of the present invention is produced by applying a chemical solution containing at least CNF, a moisture absorbent, and a water-soluble polymer to a base paper containing papermaking fibers. be able to. These can be applied to the base paper with the same or different chemical solutions, but it is preferable to apply the same chemical solution because the amount of each component to be coated can be estimated accurately. At this time, in order to prevent undissolved portions and gelation, it is preferable to make an aqueous solution in advance and mix it together.

薬液は、吸湿剤100質量部(以下、特記がない限り固形分質量部を意味する)に対し、CNFと水溶性高分子を合計で3質量部以上40質量部以下含有することが好ましく、5質量部以上35質量部以下含有することがより好ましい。CNFと水溶性高分子の合計量が、3質量部未満では得られる全熱交換素子用紙の空気遮蔽性が不足する場合があり、40質量部を超えると薬液の粘度が高くなり取り扱い性が低下する場合がある。
また、薬液中のCNFと水溶性高分子との比率は、固形分として40:60~80:20であることが好ましく、50:50~75:25であることがより好ましい。上記範囲よりもCNFの配合比が小さいと、得られる全熱交換素子用紙の透湿性が不足する場合があり、上記範囲よりCNFの配合比が大きいと、得られる全熱交換素子用紙の空気遮蔽性が不足する場合がある。
The chemical solution preferably contains a total of 3 parts by mass or more and 40 parts by mass or less of CNF and a water-soluble polymer per 100 parts by mass of the moisture absorbent (hereinafter, means solid content parts by mass unless otherwise specified), and 5 parts by mass or less of CNF and water-soluble polymer. It is more preferable to contain 35 parts by mass or more and 35 parts by mass or less. If the total amount of CNF and water-soluble polymer is less than 3 parts by mass, the resulting total heat exchange element paper may lack air shielding properties, and if it exceeds 40 parts by mass, the viscosity of the chemical solution increases and ease of handling decreases. There are cases where
Further, the ratio of CNF to water-soluble polymer in the chemical solution is preferably 40:60 to 80:20 in terms of solid content, and more preferably 50:50 to 75:25. If the blending ratio of CNF is smaller than the above range, the moisture permeability of the obtained total heat exchange element paper may be insufficient, and if the blending ratio of CNF is larger than the above range, the air shielding of the obtained total heat exchange element paper may be insufficient. There may be a lack of sex.

本発明の薬液には、必要に応じて、耐水化剤、難燃剤、防錆剤、抗菌剤、制菌剤、ブロッキング防止剤等の通常使用される各種機能性助剤を添加しても良い。また、薬液を基紙に塗工する場合は、少なくとも片面に塗布するが、両面に塗布する際は両面とも同じ薬液でも良く、各面で配合や組成の異なる薬液を用いても良い。 Various commonly used functional auxiliaries such as waterproofing agents, flame retardants, rust preventives, antibacterial agents, antibacterial agents, and antiblocking agents may be added to the chemical solution of the present invention, if necessary. . Furthermore, when applying a chemical to the base paper, it is applied to at least one side, but when applying to both sides, the same chemical may be used on both sides, or a chemical with a different formulation or composition may be used for each side.

上記のように調製された薬液を基紙に塗工する方法としては、ロッドコーター、ダイコーター、カーテンコーター、2ロールサイズプレス、ロッドメタリングサイズプレス、ゲートロールコーター、ブレードコーター等の塗工機によって塗布する方法や、含浸する方法を挙げることができる。 The method for coating the base paper with the chemical solution prepared as described above includes coating machines such as a rod coater, die coater, curtain coater, two-roll size press, rod metering size press, gate roll coater, and blade coater. Examples include a coating method and an impregnating method.

湿潤塗工層を乾燥させる方法としては、特に制限はなく、例えば蒸気加熱シリンダー、熱風エアドライヤー、ガスヒータードライヤー、電気ヒータードライヤー、赤外線ヒータードライヤー等各種の方法を単独もしくは併用して用いることができる。 The method for drying the wet coating layer is not particularly limited, and various methods such as a steam heating cylinder, a hot air air dryer, a gas heater dryer, an electric heater dryer, an infrared heater dryer, etc. can be used alone or in combination. .

得られた塗工紙は、必要に応じて、スーパーカレンダー、熱圧ロール等でカレンダー処理を施してもよい。カレンダー処理を施すことによって、厚さが減少して厚さ方向の熱伝導性が向上し、高密度化することによって透気抵抗度が高まり空気遮蔽性が向上する。 The obtained coated paper may be subjected to calender treatment using a super calender, a hot pressure roll, etc., if necessary. By calendering, the thickness is reduced and the thermal conductivity in the thickness direction is improved, and by increasing the density, the air permeability is increased and the air shielding property is improved.

かくして製紙用繊維、CNF、吸湿剤、水溶性高分子を含有する用紙が得られるが、この用紙は空気遮蔽性と透湿性を兼備し、全熱交換素子用紙として好適に使用できる。 In this way, a paper containing papermaking fibers, CNF, a moisture absorbent, and a water-soluble polymer is obtained, and this paper has both air-shielding properties and moisture permeability, and can be suitably used as a total heat exchange element paper.

全熱交換素子用紙の坪量は10g/m以上40g/m以下が好ましく、さらに好ましくは15g/m以上35g/m以下であり、最も好ましくは20g/m以上30g/m以下である。坪量が10g/m未満では強度が著しく低下して全熱交換素子へ加工する際の作業性が低下する。坪量が40g/mを超えると厚さ方向の全熱交換効率が低下して好ましくない。 The basis weight of the total heat exchange element paper is preferably 10 g/m 2 or more and 40 g/m 2 or less, more preferably 15 g/m 2 or more and 35 g/m 2 or less, and most preferably 20 g/m 2 or more and 30 g/m 2 or less. It is as follows. If the basis weight is less than 10 g/m 2 , the strength will be significantly reduced and the workability during processing into a total heat exchange element will be reduced. If the basis weight exceeds 40 g/m 2 , the total heat exchange efficiency in the thickness direction decreases, which is not preferable.

全熱交換素子用紙の厚さは15μm以上50μm以下が好ましく、この範囲内においてより薄いほうが、全熱交換効率が高くなる傾向が見られるためより好ましい。厚さが15μm未満では強度が著しく低下して全熱交換素子へ加工する際の作業性が低下する。また、厚さが50μmを超えると厚さ方向の全熱交換効率が低下して好ましくない。 The thickness of the total heat exchange element paper is preferably 15 μm or more and 50 μm or less, and within this range, the thinner the paper, the more preferable it is because the total heat exchange efficiency tends to be higher. If the thickness is less than 15 μm, the strength will be significantly reduced and the workability during processing into a total heat exchange element will be reduced. Moreover, if the thickness exceeds 50 μm, the total heat exchange efficiency in the thickness direction decreases, which is not preferable.

本発明の全熱交換素子用紙の透気抵抗度は、10,000秒以上である。本発明の全熱交換素子用紙は、10,000秒以上の高い透気抵抗度を有するため、新鮮な給気と汚れた排気の間で空気が混合し難く、特に炭酸ガス移行率が低いため、給気と排気を分離する空気遮蔽性に優れている。透気抵抗度は、20,000秒以上であることがより好ましく、30,000秒以上であることがさらに好ましく、50,000秒以上であることが最も好ましい。 The air permeability resistance of the total heat exchange element paper of the present invention is 10,000 seconds or more. Since the total heat exchange element paper of the present invention has a high air permeation resistance of 10,000 seconds or more, it is difficult for air to mix between fresh supply air and dirty exhaust air, and the carbon dioxide transfer rate is particularly low. , has excellent air shielding properties that separate air supply and exhaust air. The air permeation resistance is more preferably 20,000 seconds or more, even more preferably 30,000 seconds or more, and most preferably 50,000 seconds or more.

本発明の全熱交換素子用紙は、JIS Z0208 に準じた測定器具を用い、吸湿剤を塩化マグネシウム6水和物に変え、25℃、相対湿度75%の高湿度環境条件下で測定した透湿度(以下、高湿透湿度という)が1300g/m・24h以上であることが好ましく、1400g/m・24h以上であることがより好ましく、1500g/m・24h以上であることがさらに好ましい。また、JIS Z0208 に準じた測定器具を用い、吸湿剤に塩化リチウムを用い、25℃、相対湿度35%の低湿度環境条件下で測定した透湿度(以下、低湿透湿度という)が550g/m・24h以上であることが好ましく、600g/m・24h以上であることがより好ましく、650g/m・24h以上であることがさらに好ましい。高湿透湿度、低湿透湿度が上記値以上である全熱交換素子用紙は、夏期や湿度の高い地域のみならず、冬季や冷房条件下並びに湿度の低い地域にも好適に用いることができ、世界の多くの地域においてそのまま使用することができる。 The total heat exchange element paper of the present invention has a moisture permeability measured using a measuring instrument according to JIS Z0208, using magnesium chloride hexahydrate as the moisture absorbing agent, and under high humidity environmental conditions of 25°C and 75% relative humidity. (hereinafter referred to as high moisture permeability) is preferably 1300 g/m 2.24 h or more, more preferably 1400 g/m 2.24 h or more, and even more preferably 1500 g/m 2.24 h or more. . In addition, the water vapor permeability (hereinafter referred to as low moisture vapor permeability) measured using a measuring instrument according to JIS Z0208, using lithium chloride as a moisture absorbing agent, and under low humidity environmental conditions of 25°C and 35% relative humidity was 550g/ It is preferably at least m 2 ·24 h, more preferably at least 600 g/m 2 ·24 h, even more preferably at least 650 g/m 2 ·24 h. Total heat exchange element paper with high moisture permeability and low moisture permeability exceeding the above values can be suitably used not only in summer and humid areas, but also in winter, under air-conditioning conditions, and in low humidity areas. , can be used as is in many parts of the world.

以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明における各特性の定義および測定方法は以下のとおりである。 The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below. The definition and measurement method of each characteristic in the present invention are as follows.

[測定方法]
(1)坪量
210mm×160mmの大きさの試料を重量既知の秤量瓶に入れ、110℃で10分間乾燥した後の重量を測定し、試料1平方メートルあたりの絶乾重量を算出して、坪量(g/m2)とした。
(2)厚さ
高橋式厚さ計で5点の厚さを測定し、平均値を算出して厚さ(μm)とした。
[Measuring method]
(1) Basis weight Put a sample with a size of 210 mm x 160 mm into a weighing bottle with a known weight, measure the weight after drying at 110°C for 10 minutes, calculate the absolute dry weight per square meter of the sample, and amount (g/m 2 ).
(2) Thickness The thickness was measured at 5 points using a Takahashi thickness gauge, and the average value was calculated to be the thickness (μm).

(3)付着量
5×5cmの試料を、60mlの脱イオン水に浸漬し、5分間攪拌した。次いで、10%KOH溶液を9.6ml加え、指示薬であるNN試薬を0.04g加えた後、0.01M/L EDTA規定液で滴定し、溶液が赤紫色から完全に薄青色に変化したところを終点とした。以下の式からCaCl付着量を算出した。
さらに、CaCl付着量と薬液の固形分組成から、CNF付着量、CMC付着量を算出した。
・CaCl付着量(g/m2)=0.01M EDTA滴定量(ml)
×0.0011099(g)÷25(cm
(ここで、0.01M/L EDTA規定液1ml=CaCl(無水)0.0011099gである)
(3) Amount of adhesion A 5×5 cm sample was immersed in 60 ml of deionized water and stirred for 5 minutes. Next, 9.6 ml of 10% KOH solution was added, 0.04 g of NN reagent as an indicator was added, and titration was performed with 0.01 M/L EDTA standard solution, and the solution completely changed from reddish-purple to light blue. was the end point. The amount of CaCl 2 attached was calculated from the following formula.
Furthermore, the amount of CNF adhesion and the amount of CMC adhesion were calculated from the amount of CaCl 2 adhesion and the solid content composition of the chemical solution.
CaCl2 adhesion amount (g/m 2 ) = 0.01M EDTA titration amount (ml)
×0.0011099(g)÷25( cm2 )
(Here, 1 ml of 0.01 M/L EDTA standard solution = 0.0011099 g of CaCl 2 (anhydrous))

(4)透湿度
JIS Z0208(1976)透湿度(カップ法)に規定する器具を用い、測定環境の温湿度条件と吸湿剤の種類を変更して測定を行った。
25℃、75%RHで測定を行う場合、透湿カップに塩化マグネシウム6水和物10g、塩化マグネシウム6水和物飽和液15gを入れ、試験片を装着後、室温23℃、湿度50%の恒湿室に10分間静置し、カップの重量を測定した。その後、25℃、75%RHに設定した恒温恒湿槽内に20分及び2時間静置(最初に透湿カップを入れた時間を0分とする)して重量増加を測定し、測定面積1平方メートルの24時間あたりの重量増加を算出して高湿透湿度(g/m2・24h)とした。
25℃、35%RHで測定を行う場合、透湿カップに塩化リチウム10g、塩化リチウム飽和液15gを入れ、試験片を装着後、室温23℃、湿度50%の恒湿室に10分間静置し、カップの重量を測定した。その後、25℃、35%RHに設定した恒温恒湿槽内に2時間静置して重量増加を測定し、測定面積1平方メートルの24時間あたりの重量増加を算出して低湿透湿度(g/m2・24h)とした。
(4) Moisture Permeability Measurements were carried out using an instrument specified in JIS Z0208 (1976) Moisture Permeability (cup method), changing the temperature and humidity conditions of the measurement environment and the type of moisture absorbent.
When performing measurements at 25°C and 75% RH, put 10g of magnesium chloride hexahydrate and 15g of magnesium chloride hexahydrate saturated solution in a moisture-permeable cup, and after attaching the test piece, place the cup at room temperature of 23°C and humidity of 50%. The cup was left standing in a constant humidity room for 10 minutes, and the weight of the cup was measured. After that, it was left standing in a constant temperature and humidity chamber set at 25°C and 75% RH for 20 minutes and 2 hours (the time when the moisture permeable cup was first placed is 0 minutes), and the weight increase was measured. The weight increase per square meter per 24 hours was calculated and defined as high moisture permeability (g/m 2 ·24 hours).
When performing measurements at 25°C and 35% RH, put 10g of lithium chloride and 15g of saturated lithium chloride solution in a moisture-permeable cup, attach the test piece, and leave it for 10 minutes in a constant humidity room at a room temperature of 23°C and humidity of 50%. The weight of the cup was then measured. After that, the weight increase was measured by leaving it in a constant temperature and humidity chamber set at 25°C and 35% RH for 2 hours, and calculating the weight increase per 24 hours for a measurement area of 1 square meter. / m2・24h).

(5)透気抵抗度
JIS P8117(2009)透気度および透気抵抗度に記載の王研式試験機法に準拠して4回の測定の平均値を算出し、透気抵抗度(王研)(秒)とした。なお、使用した王研式透気度試験機(旭精工株式会社製KG1型)による透気抵抗度の測定範囲は250~100,000秒である。
(5) Air permeability resistance The average value of four measurements was calculated based on the Ohken test machine method described in JIS P8117 (2009) Air permeability and air resistance. ken) (second). Note that the measurement range of the air permeability resistance using the Oken type air permeability tester (model KG1 manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.) used is 250 to 100,000 seconds.

<実施例1>
カルボキシメチル化CNF水分散液(固形分濃度3.72質量%)25.8質量部(有姿として)に、粉末CMC-Na塩(日本製紙株式会社製 サンローズF350HC)水溶液(固形分濃度3.16質量%)13.0質量部(有姿として)を加えた後に、塩化カルシウム(トクヤマ株式会社製、絶乾)水溶液(固形分濃度6.4質量部)39.7質量部(有姿として)を加え、ホモミキサーで分散、溶解して薬液を調製した。この薬液における吸湿剤の固形分100質量部に対する、CNFとCMCの固形分合計は21.1質量部、CNFとCMCの固形分比率は70:30である。
絶乾坪量14.5g/m2、厚さ30μmの基紙(透気抵抗度1000秒)の片面にマイヤーバーで薬液を塗工、乾燥して全熱交換素子用紙を得た。
<Example 1>
25.8 parts by mass (in form) of a carboxymethylated CNF aqueous dispersion (solid concentration 3.72 mass%) was added to an aqueous solution of powdered CMC-Na salt (Sunrose F350HC manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) (solid concentration 3. After adding 13.0 parts by mass (in form) of calcium chloride (manufactured by Tokuyama Corporation, absolutely dry) (solid content concentration 6.4 parts by mass), 39.7 parts by mass (in form) of calcium chloride (solid content 6.4 parts by mass) ) was added and dispersed and dissolved using a homomixer to prepare a drug solution. The total solid content of CNF and CMC is 21.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the moisture absorbent in this chemical solution, and the solid content ratio of CNF and CMC is 70:30.
A chemical solution was applied to one side of a base paper (air permeability resistance 1000 seconds) having an absolute dry basis weight of 14.5 g/m 2 and a thickness of 1000 seconds using a Mayer bar and dried to obtain a total heat exchange element paper.

<実施例2~4>
表1に示す配合の薬液を用いた以外は、実施例1と同様にして、全熱交換素子用紙を得た。
<比較例1~3>
表1に示す配合の薬液を用いた以外は、実施例1と同様にして、全熱交換素子用紙を得た。
<Examples 2 to 4>
A total heat exchange element paper was obtained in the same manner as in Example 1, except that the chemical solution having the composition shown in Table 1 was used.
<Comparative Examples 1 to 3>
A total heat exchange element paper was obtained in the same manner as in Example 1, except that the chemical solution having the composition shown in Table 1 was used.

<実施例5~7>
表1に示す配合の薬液を、絶乾坪量18.0g/m2、厚さ35μmの基紙(透気抵抗度1800秒)に塗工した以外は、実施例1と同様にして、全熱交換素子用紙を得た。
<比較例4>
表1に示す配合の薬液を用いた以外は、実施例5と同様にして、全熱交換素子用紙を得た。
<Examples 5 to 7>
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the chemical solution having the composition shown in Table 1 was applied to a base paper with an absolute dry basis weight of 18.0 g/m 2 and a thickness of 35 μm (air permeability resistance of 1800 seconds). A heat exchange element paper was obtained.
<Comparative example 4>
A total heat exchange element paper was obtained in the same manner as in Example 5, except that the chemical solution having the composition shown in Table 1 was used.

<実施例8~10>
表1に示す配合の薬液を用いた以外は、実施例1と同様にして、全熱交換素子用紙を得た。
<実施例11>
セルロースナノファイバーとしてカルボキシル化CNFを用い、表1に示す配合の薬液を用いた以外は、実施例1と同様にして、全熱交換素子用紙を得た。
<比較例5>
表1に示す配合の薬液を用いた以外は、実施例11と同様にして、全熱交換素子用紙を得た。
<Examples 8 to 10>
A total heat exchange element paper was obtained in the same manner as in Example 1, except that the chemical solution having the composition shown in Table 1 was used.
<Example 11>
A total heat exchange element paper was obtained in the same manner as in Example 1, except that carboxylated CNF was used as the cellulose nanofiber and a chemical solution having the composition shown in Table 1 was used.
<Comparative example 5>
A total heat exchange element paper was obtained in the same manner as in Example 11, except that the chemical solution having the composition shown in Table 1 was used.

本発明である実施例で製造した全熱交換素子用紙は、透気抵抗度が10,000秒以上であり、空気遮蔽性に優れていた。また、高湿透湿度、低湿透湿度にも優れ、幅広い環境下で利用できることが確かめられた。 The total heat exchange element paper manufactured in the example of the present invention had an air permeability resistance of 10,000 seconds or more and was excellent in air shielding properties. It was also confirmed that it has excellent high moisture permeability and low moisture permeability, and can be used in a wide range of environments.

Claims (6)

製紙用繊維、セルロースナノファイバー、吸湿剤、水溶性高分子を含有し、透気抵抗度が10,000秒以上であり、
JIS Z0208に準じた測定器具を用い、吸湿剤を塩化マグネシウム6水和物に変え、25℃、相対湿度75%の高湿度環境条件下で測定した透湿度が1300g/m ・24h以上であり、吸湿剤に塩化リチウムを用い、25℃、相対湿度35%の低湿度環境条件下で測定した透湿度が550g/m ・24h以上であることを特徴とする全熱交換素子用紙。
Contains paper-making fibers, cellulose nanofibers, moisture absorbers, and water-soluble polymers, and has an air permeability resistance of 10,000 seconds or more,
The moisture permeability measured using a measuring instrument according to JIS Z0208 and using magnesium chloride hexahydrate as the moisture absorbent under high humidity environmental conditions of 25°C and 75% relative humidity is 1300 g/m 2.24 h or more . A total heat exchange element paper using lithium chloride as a moisture absorbent and having a moisture permeability of 550 g/m 2 ·24 h or more when measured under low humidity environmental conditions of 25° C. and 35% relative humidity.
前記製紙用繊維が、セルロース繊維であり、
前記水溶性高分子が、カルボキシアルキルセルロース塩であることを特徴とする請求項1に記載の全熱交換素子用紙。
The papermaking fiber is a cellulose fiber,
The total heat exchange element paper according to claim 1, wherein the water-soluble polymer is a carboxyalkyl cellulose salt.
前記セルロースナノファイバーが、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー、カルボキシル化セルロースナノファイバー、カチオン化セルロースナノファイバー、エステル化セルロースナノファイバーの少なくとも一種であることを特徴とする請求項1または2に記載の全熱交換素子用紙。 The total heat according to claim 1 or 2, wherein the cellulose nanofiber is at least one of carboxymethylated cellulose nanofiber, carboxylated cellulose nanofiber, cationized cellulose nanofiber, and esterified cellulose nanofiber. Replacement element paper. 前記吸湿剤が、塩化カルシウムであることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の全熱交換素子用紙。 The total heat exchange element paper according to any one of claims 1 to 3, wherein the moisture absorbent is calcium chloride. 坪量10g/m以上40g/m以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の全熱交換素子用紙。 The total heat exchange element paper according to any one of claims 1 to 4, having a basis weight of 10 g/m 2 or more and 40 g/m 2 or less. 製紙用繊維を含む基紙の少なくとも片面に、吸湿剤、セルロースナノファイバー、水溶性高分子を含有する薬液を塗工する全熱交換素子用紙の製造方法であって、
得られる全熱交換素子用紙が、透気抵抗度が10,000秒以上であり、
JIS Z0208に準じた測定器具を用い、吸湿剤を塩化マグネシウム6水和物に変え、25℃、相対湿度75%の高湿度環境条件下で測定した透湿度が1300g/m ・24h以上であり、吸湿剤に塩化リチウムを用い、25℃、相対湿度35%の低湿度環境条件下で測定した透湿度が550g/m ・24h以上であることを特徴とする全熱交換素子用紙の製造方法。
A method for producing total heat exchange element paper, comprising applying a chemical solution containing a moisture absorbent, cellulose nanofibers, and a water-soluble polymer to at least one side of a base paper containing papermaking fibers, the method comprising:
The obtained total heat exchange element paper has an air permeability resistance of 10,000 seconds or more,
The moisture permeability measured using a measuring instrument according to JIS Z0208 and using magnesium chloride hexahydrate as the moisture absorbent under high humidity environmental conditions of 25°C and 75% relative humidity is 1300 g/m 2.24 h or more . A method for producing a total heat exchange element paper, characterized in that lithium chloride is used as a moisture absorbent and the moisture permeability measured under low humidity environmental conditions of 25° C. and 35% relative humidity is 550 g/m 2 · 24 h or more. .
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