JP7676830B2 - Lens, optical member, and laminate for optical member - Google Patents
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Description
本発明は、レンズ、光学部材及び光学部材用積層体に関する。 The present invention relates to lenses, optical components, and laminates for optical components.
従来、レンズは、カメラ、車両用ヘッドライトなどの各種光学機器や太陽光発電の集光レンズなどに用いられている。レンズには、その使用目的に応じた光学特性等が要求される。例えば、レンズが光学部材に用いられる場合には、レンズには高い透明性に加えて、優れた耐熱性や耐候性等の耐久特性を有することが求められる。また、レンズが光学部材に用いられる場合には、軽量化や小型化といった形状特性も要求される場合がある。 Conventionally, lenses are used in various optical devices such as cameras and vehicle headlights, as well as in concentrating lenses for solar power generation. Lenses are required to have optical properties according to their intended use. For example, when lenses are used as optical components, they are required to have high transparency as well as durability properties such as excellent heat resistance and weather resistance. Furthermore, when lenses are used as optical components, shape properties such as light weight and small size may also be required.
近年、レンズに要求される多種多様なニーズに応えるために、レンズ原材料として、無機ガラスのような透明無機材料に代えて、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、COP(シクロオレフィンポリマー)樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明高分子材料の使用が検討されている。特に、ポリカーボネート樹脂やCOP樹脂で成形されたレンズは、軽く、衝撃に強いことから、レンズへの応用が検討されている。また、ガラスレンズに透明高分子材料を被覆した複合レンズの開発も進められている。 In recent years, in order to meet the wide variety of needs that are placed on lenses, the use of transparent polymeric materials such as acrylic resin, polycarbonate resin, COP (cycloolefin polymer) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, silicone-modified epoxy resin, and silicone resin as lens raw materials has been considered, instead of transparent inorganic materials such as inorganic glass. Lenses made from polycarbonate resin and COP resin in particular are being considered for use in lenses, as they are light and resistant to impact. Development is also underway on composite lenses, in which glass lenses are coated with transparent polymeric materials.
例えば、特許文献1には、シリコーン樹脂で成形された第一レンズと、無機ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、又はシリコーン変性エポキシ樹脂で成形された第二レンズを有するハイブリッドレンズが開示されている。また、特許文献2には、ポリカーボネートレンズである第1のレンズと第2のレンズを有する複合レンズが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a hybrid lens having a first lens molded from a silicone resin and a second lens molded from inorganic glass, acrylic resin, polycarbonate resin, cycloolefin polymer resin, or silicone-modified epoxy resin. Patent Document 2 discloses a compound lens having a first lens and a second lens that are polycarbonate lenses.
上述したように、透明高分子材料を含むレンズの開発が進められている。特に、ポリカーボネート樹脂やCOP樹脂は、機械強度や耐熱性に優れているため、レンズの用途において多用されている。しかしながら、例えば、ポリカーボネート樹脂やCOP樹脂からなるレンズにおいては、その耐衝撃性が十分ではない場合があり、改善が求められていた。 As mentioned above, the development of lenses containing transparent polymeric materials is progressing. In particular, polycarbonate resin and COP resin are widely used in lens applications due to their excellent mechanical strength and heat resistance. However, for example, lenses made of polycarbonate resin or COP resin may not have sufficient impact resistance, and improvements have been required.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、樹脂層を含むレンズであって、優れた耐衝撃性を発揮し得るレンズを提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve these problems of the conventional technology, the inventors have carried out research with the aim of providing a lens that includes a resin layer and can exhibit excellent impact resistance.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、樹脂層を含むレンズにおいて、樹脂層に繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層を積層することで、優れた耐衝撃性を発揮し得るレンズが得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors have found that, in a lens including a resin layer, a fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less can be laminated to the resin layer, thereby obtaining a lens that can exhibit excellent impact resistance.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] 繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、
繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する積層体を備えるレンズ。
[2] 樹脂層は、ポリカーボネート樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む、[1]に記載のレンズ。
[3] 樹脂層は密着助剤を有する、[1]又は[2]に記載のレンズ。
[4] 密着助剤はイソシアネート化合物及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種である、[3]に記載のレンズ。
[5] 繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、
繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する積層体を備える光学部材。
[6] 樹脂層は、ポリカーボネート樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む、[5]に記載の光学部材。
[7] 樹脂層は密着助剤を有する、[5]又は[6]に記載の光学部材。
[8] 密着助剤はイソシアネート化合物及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種である、[7]に記載の光学部材。
[9] 繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、
繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する、光学部材用積層体。
[10] 樹脂層は、ポリカーボネート樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む、[9]に記載の光学部材用積層体。
[11] 樹脂層は密着助剤を有する、[9]又は[10]に記載の光学部材用積層体。
[12] 密着助剤はイソシアネート化合物及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種である、[11]に記載の光学部材用積層体。
[13] 光学部材は、レンズ、ディスプレイ、偏光板、視野角補正フィルム、位相差フィルム、タッチパネル、フォースセンサー、バックシート、カバー又は筐体である、[9]~[12]のいずれかに記載の光学部材用積層体。
[1] A fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less;
A lens comprising a laminate having at least one fiber layer and a resin layer in contact with one surface of the fiber layer.
[2] The lens according to [1], wherein the resin layer contains at least one resin selected from the group consisting of polycarbonate resins and polyolefin resins.
[3] The lens according to [1] or [2], wherein the resin layer contains an adhesion assistant.
[4] The lens according to [3], wherein the adhesion assistant is at least one selected from an isocyanate compound and an organosilicon compound.
[5] A fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less;
and a resin layer in contact with one surface of a fiber layer.
[6] The optical member according to [5], wherein the resin layer contains at least one resin selected from the group consisting of polycarbonate resins and polyolefin resins.
[7] The optical member according to [5] or [6], wherein the resin layer contains an adhesion assistant.
[8] The optical member according to [7], wherein the adhesion assistant is at least one selected from an isocyanate compound and an organosilicon compound.
[9] A fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less;
A laminate for an optical member, comprising at least one fiber layer and a resin layer in contact with one surface of the fiber layer.
[10] The laminate for optical members according to [9], wherein the resin layer contains at least one resin selected from the group consisting of polycarbonate resins and polyolefin resins.
[11] The laminate for optical members according to [9] or [10], wherein the resin layer contains an adhesion assistant.
[12] The laminate for optical members according to [11], wherein the adhesion assistant is at least one selected from an isocyanate compound and an organosilicon compound.
[13] The laminate for an optical member according to any one of [9] to [12], wherein the optical member is a lens, a display, a polarizing plate, a viewing angle correction film, a retardation film, a touch panel, a force sensor, a back sheet, a cover, or a housing.
また、本発明は、以下の構成を有するものであってもよい。
[14] 繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、
繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する積層体を備えるディスプレイ。
[15] 樹脂層は、ポリカーボネート樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含む、[14]に記載のディスプレイ。
[16] 樹脂層は密着助剤を有する、[14]又は[15]に記載のディスプレイ。
[17] 密着助剤はイソシアネート化合物及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種である、[16]に記載のディスプレイ。
The present invention may also have the following configuration.
[14] A fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less;
A display comprising a laminate having at least one layer and a resin layer in contact with one surface of a fiber layer.
[15] The display according to [14], wherein the resin layer contains at least one resin selected from the group consisting of polycarbonate resins and polyolefin resins.
[16] The display according to [14] or [15], wherein the resin layer contains an adhesion assistant.
[17] The display according to [16], wherein the adhesion assistant is at least one selected from an isocyanate compound and an organosilicon compound.
本発明によれば、樹脂層を含むレンズであって、優れた耐衝撃性を発揮し得るレンズを得ることができる。また、本発明によれば、樹脂層を含み、かつ優れた耐衝撃性を発揮し得るディスプレイや光学部材を得ることもできる。 According to the present invention, it is possible to obtain a lens that includes a resin layer and is capable of exhibiting excellent impact resistance. According to the present invention, it is also possible to obtain a display or optical component that includes a resin layer and is capable of exhibiting excellent impact resistance.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は「~」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 The present invention will be described in detail below. The following explanation of the constituent elements may be based on representative embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments. In this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as the lower and upper limits.
(光学部材用積層体)
本発明は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する、光学部材用積層体に関する。なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロース又はCNFともいう。本発明の積層体は、上記構成を有するため、高い透明性と優れた耐衝撃性を有する光学部材となり得る。
(Laminate for optical components)
The present invention relates to a laminate for optical components, which has at least one fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and a resin layer in contact with one side of the fiber layer. In this specification, the fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is also called fine fibrous cellulose or CNF. Since the laminate of the present invention has the above-mentioned structure, it can be an optical component having high transparency and excellent impact resistance.
図1は、本発明の光学部材用積層体の構成を説明する断面図である。図1に示されているように、本発明の光学部材用積層体10は、繊維層2と樹脂層6を有する。繊維層2と樹脂層6は、いずれか一方の面で接した状態となるように積層されている。 Figure 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the laminate for optical components of the present invention. As shown in Figure 1, the laminate for optical components 10 of the present invention has a fiber layer 2 and a resin layer 6. The fiber layer 2 and the resin layer 6 are laminated so that they are in contact with each other on one side.
本発明の光学部材用積層体は、繊維層2と樹脂層6を少なくとも1層ずつ有していればよいが、繊維層2を2層以上有していてもよく、樹脂層6を2層以上有するものであってもよい。例えば、図2には、樹脂層6を2層有する光学部材用積層体10が図示されている。図2に示されているように、2層の樹脂層6は、繊維層2の両面に設けられていてもよい。また樹脂層6に挟まれた繊維層2が多層構成の繊維層であってもよい。 The laminate for optical components of the present invention may have at least one fiber layer 2 and one resin layer 6, but may have two or more fiber layers 2, or may have two or more resin layers 6. For example, FIG. 2 shows a laminate for optical components 10 having two resin layers 6. As shown in FIG. 2, the two resin layers 6 may be provided on both sides of the fiber layer 2. Also, the fiber layer 2 sandwiched between the resin layers 6 may be a fiber layer having a multi-layer structure.
本発明の光学部材用積層体の全体厚みは、特に制限されるものではないが、50μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましく、200μm以上であることがさらに好ましい。また、光学部材用積層体の全体厚みは、20mm以下であることが好ましい。光学部材用積層体の厚みは用途に応じて適宜調整することが好ましい。 The total thickness of the laminate for optical components of the present invention is not particularly limited, but is preferably 50 μm or more, more preferably 100 μm or more, and even more preferably 200 μm or more. In addition, the total thickness of the laminate for optical components is preferably 20 mm or less. It is preferable to adjust the thickness of the laminate for optical components appropriately depending on the application.
光学部材用積層体の繊維層の厚みは5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましい。また、繊維層の厚みは、500μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることがさらに好ましい。ここで、光学部材用積層体を構成する繊維層の厚さは、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によって光学部材用積層体の断面を切り出し、当該断面を電子顕微鏡、拡大鏡又は目視で観察して、測定される値である。光学部材用積層体に繊維層が複数層含まれている場合は、合計の繊維層の厚みが上記範囲内であることが好ましい。 The thickness of the fiber layer of the optical component laminate is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and even more preferably 20 μm or more. The thickness of the fiber layer is preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 100 μm or less. Here, the thickness of the fiber layer constituting the optical component laminate is a value measured by cutting out a cross section of the optical component laminate with an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) and observing the cross section with an electron microscope, a magnifying glass, or visually. When the optical component laminate contains multiple fiber layers, it is preferable that the total thickness of the fiber layers is within the above range.
光学部材用積層体の各樹脂層の厚みは10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましく、4μm以下であることがさらに好ましい。また、各樹脂層の厚みは、0.1μm以上であることが好ましい。なお、繊維層の両面に設けられた樹脂層の値が各々、上記範囲内であることが好ましい。ここで、シートを構成する樹脂層の厚さは、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によってシートの断面を切り出し、当該断面を電子顕微鏡、拡大鏡又は目視で観察して、測定される値である。 The thickness of each resin layer of the laminate for optical components is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and even more preferably 4 μm or less. The thickness of each resin layer is preferably 0.1 μm or more. The thickness of each resin layer provided on both sides of the fiber layer is preferably within the above range. Here, the thickness of the resin layer constituting the sheet is a value measured by cutting out a cross section of the sheet with an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) and observing the cross section with an electron microscope, a magnifying glass, or visually.
光学部材用積層体の全光線透過率は、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。光学部材用積層体の全光線透過率を上記範囲とすることにより、従来は透明なガラスが適用されていた用途に本発明の光学部材用積層体を適用することが容易になる。ここで、全光線透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて測定される値である。 The total light transmittance of the laminate for optical components is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and even more preferably 90% or more. By setting the total light transmittance of the laminate for optical components within the above range, it becomes easier to apply the laminate for optical components of the present invention to applications where transparent glass has traditionally been used. Here, the total light transmittance is a value measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7361-1:1997.
光学部材用積層体のヘーズは、5%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましい。ヘーズが低いほど、従来は透明なガラスが適用されていた用途に本発明の光学部材用積層体を適用することが容易になる。ここで、ヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて測定される値である。なお、光学部材用積層体のヘーズが上記範囲内であれば、光学部材用積層体の視認性が良好であると評価できる。さらに、光学部材用積層体のヘーズが上記数値内であると、曇りの無い、良好な視認性を有する光学部材を得ることができる。 The haze of the laminate for optical components is preferably 5% or less, more preferably 1% or less, and even more preferably 0.5% or less. The lower the haze, the easier it is to apply the laminate for optical components of the present invention to applications where transparent glass has traditionally been used. Here, the haze is a value measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7136:2000. If the haze of the laminate for optical components is within the above range, the visibility of the laminate for optical components can be evaluated as good. Furthermore, if the haze of the laminate for optical components is within the above numerical value, an optical component with good visibility and no cloudiness can be obtained.
光学部材用積層体の23℃、相対湿度50%における引張弾性率は、2.5GPa以上であることが好ましく、5.0GPa以上であることがより好ましく、10GPa以上であることがさらに好ましい。また、光学部材用積層体の23℃、相対湿度50%における引張弾性率は、30GPa以下であることが好ましく、25GPa以下であることがより好ましく、20GPa以下であることがさらに好ましい。光学部材用積層体の引張弾性率は、JIS P 8113:2006に準拠して測定される値である。 The tensile modulus of the optical component laminate at 23°C and a relative humidity of 50% is preferably 2.5 GPa or more, more preferably 5.0 GPa or more, and even more preferably 10 GPa or more. The tensile modulus of the optical component laminate at 23°C and a relative humidity of 50% is preferably 30 GPa or less, more preferably 25 GPa or less, and even more preferably 20 GPa or less. The tensile modulus of the optical component laminate is a value measured in accordance with JIS P 8113:2006.
本発明の光学部材用積層体は耐水性にも優れている。ここで、光学部材用積層体の耐水性は、光学部材用積層体の表面の水接触角により評価できる。具体的には、光学部材用積層体の両表面の水接触角は75°以上であることが好ましく、80°以上であることがより好ましい。すなわち、光学部材用積層体において一方の樹脂層(第1の樹脂層)が設けられている光学部材用積層体表面と、他方の樹脂層(第2の樹脂層)が設けられている光学部材用積層体表面の両方の水接触角が各々上記範囲内であることが好ましい。ここで、光学部材用積層体の表面の水接触角は、光学部材用積層体の表面に蒸留水を4μL滴下し、滴下後30秒後の水接触角である。測定には、動的水接触角試験機を用いる。動的水接触角試験機としては、例えば、Fibro社製の1100DATを用いることができる。 The optical member laminate of the present invention is also excellent in water resistance. Here, the water resistance of the optical member laminate can be evaluated by the water contact angle of the surface of the optical member laminate. Specifically, the water contact angle of both surfaces of the optical member laminate is preferably 75° or more, more preferably 80° or more. That is, it is preferable that the water contact angles of both the optical member laminate surface on which one resin layer (first resin layer) is provided and the optical member laminate surface on which the other resin layer (second resin layer) is provided are each within the above range. Here, the water contact angle of the surface of the optical member laminate is the water contact angle 30 seconds after 4 μL of distilled water is dropped on the surface of the optical member laminate. A dynamic water contact angle tester is used for the measurement. As the dynamic water contact angle tester, for example, 1100DAT manufactured by Fibro can be used.
(樹脂層)
樹脂層は、天然樹脂や合成樹脂を主成分とする層である。ここで、主成分とは、樹脂層の全質量に対して、50質量%以上含まれている成分を指す。樹脂の含有量は、樹脂層の全質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。なお、樹脂の含有量は、100質量%とすることもでき、95質量%以下であってもよい。
(Resin Layer)
The resin layer is a layer mainly composed of natural resin or synthetic resin. Here, the main component refers to a component contained in an amount of 50% by mass or more relative to the total mass of the resin layer. The content of the resin is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more relative to the total mass of the resin layer. The content of the resin may be 100% by mass or may be 95% by mass or less.
天然樹脂としては、例えば、ロジン、ロジンエステル、水添ロジンエステル等のロジン系樹脂を挙げることができる。 Examples of natural resins include rosin-based resins such as rosin, rosin ester, and hydrogenated rosin ester.
合成樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂(例えば、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂)、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。中でも、合成樹脂は、非晶性樹脂であることが好ましく、ポリカーボネート樹脂及びポリオレフィン樹脂から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、ポリカーボネート樹脂であることが特に好ましい。 Examples of synthetic resins include polycarbonate resins, polyolefin resins (e.g., polyethylene resins and polypropylene resins), polyethylene terephthalate resins, polyethylene naphthalate resins, polyimide resins, polystyrene resins, acrylic resins, etc. Among them, the synthetic resin is preferably an amorphous resin, more preferably at least one selected from polycarbonate resins and polyolefin resins, and particularly preferably a polycarbonate resin.
樹脂層を構成するポリカーボネート樹脂としては、例えば、芳香族ポリカーボネート系樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂が挙げられる。これらの具体的なポリカーボネート系樹脂は公知であり、例えば特開2010-023275号公報に記載されたポリカーボネート系樹脂が挙げられる。 Examples of the polycarbonate resin constituting the resin layer include aromatic polycarbonate resins and aliphatic polycarbonate resins. Specific examples of these polycarbonate resins are known, and examples of these include the polycarbonate resins described in JP 2010-023275 A.
樹脂層を構成するポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シクロオレフィン樹脂(COP樹脂)、変性ポリオレフィン樹脂が挙げられる。 Examples of polyolefin resins that make up the resin layer include polyethylene resin, polypropylene resin, cycloolefin resin (COP resin), and modified polyolefin resin.
本実施形態において、樹脂層は密着助剤を含有することが好ましい。密着助剤としては、例えば、イソシアネート基、カルボジイミド基、エポキシ基、オキサゾリン基、アミノ基及びシラノール基からなる群から選択される少なくとも1種を含む化合物や、有機ケイ素化合物が挙げられる。中でも、密着助剤はイソシアネート基を含む化合物(イソシアネート化合物)及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましい。有機ケイ素化合物としては、例えば、シランカップリング剤縮合物や、シランカップリング剤を挙げることができる。 In this embodiment, the resin layer preferably contains an adhesion aid. Examples of the adhesion aid include a compound containing at least one selected from the group consisting of an isocyanate group, a carbodiimide group, an epoxy group, an oxazoline group, an amino group, and a silanol group, and an organosilicon compound. In particular, the adhesion aid is preferably at least one selected from a compound containing an isocyanate group (isocyanate compound) and an organosilicon compound. Examples of the organosilicon compound include a silane coupling agent condensate and a silane coupling agent.
イソシアネート化合物は、ポリイソシアネート化合物である又はまたはそれ以上の多官能イソシアネートが挙げられる。ポリイソシアネート化合物としては、具体的には、NCO基中の炭素を除く炭素数が6以上20以下の芳香族ポリイソシアネート、炭素数2以上18以下の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数6以上15以下の脂環式ポリイソシアネート、炭素数8以上15以下のアラルキル型ポリイソシアネート、これらのポリイソシアネートの変性物、およびこれらの2種以上の混合物を挙げることができる。中でも、炭素数6以上15以下の脂環式ポリイソシアネート、すなわちイソシアヌレートは好ましく用いられる。 The isocyanate compound may be a polyisocyanate compound or a polyfunctional isocyanate having more than 6 carbon atoms. Specific examples of the polyisocyanate compound include aromatic polyisocyanates having 6 to 20 carbon atoms excluding the carbon in the NCO group, aliphatic polyisocyanates having 2 to 18 carbon atoms, alicyclic polyisocyanates having 6 to 15 carbon atoms, aralkyl polyisocyanates having 8 to 15 carbon atoms, modified products of these polyisocyanates, and mixtures of two or more of these. Among these, alicyclic polyisocyanates having 6 to 15 carbon atoms, i.e., isocyanurates, are preferably used.
脂環式ポリイソシアネートの具体例としては、例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボキシレート、2,5-ノルボルナンジイソシアネート、2,6-ノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。 Specific examples of alicyclic polyisocyanates include isophorone diisocyanate (IPDI), dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate (hydrogenated MDI), cyclohexylene diisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate, bis(2-isocyanatoethyl)-4-cyclohexene-1,2-dicarboxylate, 2,5-norbornane diisocyanate, and 2,6-norbornane diisocyanate.
有機ケイ素化合物としては、シロキサン構造を有する化合物、または縮合によりシロキサン構造を形成する化合物を挙げることができる。例えば、シランカップリング剤、またはシランカップリング剤の縮合物を挙げることができる。シランカップリング剤としては、アルコキシシリル基以外の官能基を有するものであってもよいし、それ以外の官能基を有しないものであってもよい。アルコキシシリル基以外の官能基としては、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基などが挙げられる。本発明で用いるシランカップリング剤は、メタクリロキシ基を含有するシランカップリング剤であることが好ましい The organosilicon compound may be a compound having a siloxane structure or a compound that forms a siloxane structure by condensation. For example, a silane coupling agent or a condensate of a silane coupling agent may be mentioned. The silane coupling agent may have a functional group other than an alkoxysilyl group, or may not have any other functional group. Examples of functional groups other than an alkoxysilyl group include a vinyl group, an epoxy group, a styryl group, a methacryloxy group, an acryloxy group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, a sulfide group, an isocyanate group, and the like. The silane coupling agent used in the present invention is preferably a silane coupling agent containing a methacryloxy group.
分子内にメタクリロキシ基を有するシランカップリング剤の具体的な例としては、例えば、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、1,3-ビス(3-メタクリロキシプロピル)テトラメチルジシロキサンなどが挙げられる。中でも、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン及び1,3-ビス(3-メタクリロキシプロピル)テトラメチルジシロキサンから選択される少なくとも1種は好ましく用いられる。シランカップリング剤は、アルコキシシリル基を3つ以上含有するものであることが好ましい。 Specific examples of silane coupling agents having methacryloxy groups in the molecule include methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, and 1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane. Among these, at least one selected from methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, and 1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane is preferably used. The silane coupling agent preferably contains three or more alkoxysilyl groups.
シランカップリング剤においては、加水分解後にシラノール基が生成し、シラノール基の少なくとも一部は繊維層を積層した後にも存在していることが好ましい。シラノール基は親水性基であるため、樹脂層の繊維層側の面の親水性を高めることで、樹脂層と繊維層の密着性を高めることもできる。 In the case of a silane coupling agent, silanol groups are generated after hydrolysis, and it is preferable that at least some of the silanol groups remain even after laminating the fiber layer. Since silanol groups are hydrophilic groups, the adhesion between the resin layer and the fiber layer can be improved by increasing the hydrophilicity of the surface of the resin layer facing the fiber layer.
密着助剤は、樹脂層に均一に分散した状態で含まれていてもよい。ここで、密着助剤が樹脂層中に均一に分散した状態とは、以下の3つの領域((a)~(c))の密着助剤の濃度を測定して、どの2領域の濃度を比較しても2倍以上の差がでない状態をいう。
(a)樹脂層の繊維層側の面から樹脂層の全体の厚みの10%までの領域
(b)樹脂層の繊維層側の面とは反対側の面から樹脂層の全体の厚みの10%までの領域
(c)樹脂層の厚み方向の中心面から全体の厚みの±5%(合計10%)の領域
The adhesion aid may be contained in a state of being uniformly dispersed in the resin layer. Here, the state in which the adhesion aid is uniformly dispersed in the resin layer refers to a state in which, when the concentrations of the adhesion aid are measured in the following three regions ((a) to (c)) and the concentrations of any two regions are compared, the difference in concentration is no more than two times.
(a) A region from the surface of the resin layer facing the fiber layer to 10% of the total thickness of the resin layer; (b) A region from the surface of the resin layer opposite to the surface facing the fiber layer to 10% of the total thickness of the resin layer; (c) A region from the center surface in the thickness direction of the resin layer to ±5% of the total thickness (total of 10%)
また、密着助剤は、樹脂層の繊維層側の領域に偏在していてもよい。例えば、密着助剤として有機ケイ素化合物が用いられる場合、有機ケイ素化合物は、樹脂層の繊維層側の領域に偏在していてもよい。
ここで、樹脂層の繊維層側の領域に偏在している状態とは、以下の領域((d)及び(e))の2つの密着助剤の濃度を測定して、これらの濃度に2倍以上の差がでる状態をいう。
(d)樹脂層の繊維層側の面から樹脂層の全体の厚みの10%までの領域
(e)樹脂層の厚み方向の中心面から全体の厚みの±5%(合計10%)の領域
ここで、密着助剤の濃度は、X線電子分光装置又は赤外分光光度計によって測定される数値であり、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によって光学部材用積層体の所定の領域の断面を切り出し、当該断面を当該装置によって測定して得る値である。
The adhesion aid may be unevenly distributed in the region of the resin layer on the fiber layer side. For example, when an organosilicon compound is used as the adhesion aid, the organosilicon compound may be unevenly distributed in the region of the resin layer on the fiber layer side.
Here, the state in which the adhesion aid is unevenly distributed in the region of the resin layer on the fiber layer side refers to a state in which, when the concentrations of the two adhesion aids in the following regions ((d) and (e)) are measured, there is a difference of two times or more between these concentrations.
(d) A region from the surface of the resin layer facing the fiber layer to 10% of the total thickness of the resin layer; (e) A region from the center plane in the thickness direction of the resin layer to ±5% (total 10%) of the total thickness. Here, the concentration of the adhesion aid is a numerical value measured by an X-ray electron spectrometer or an infrared spectrophotometer, and is a value obtained by cutting out a cross section of a predetermined region of a laminate for optical components with an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) and measuring the cross section with the same device.
樹脂層の繊維層側の面上には、有機ケイ素化合物含有層が設けられていてもよく、このような状態も有機ケイ素化合物が樹脂層の繊維層側の領域に偏在している状態に含まれる。有機ケイ素化合物含有層は、有機ケイ素化合物含有塗工液を塗工することで形成された塗工層であってもよい。
なお、樹脂層の繊維層側の面上に有機ケイ素化合物含有層が設けられている場合は、上記領域(d)において、「樹脂層の繊維層側の面」は、「有機ケイ素化合物含有層の露出表面」と読み替えるものとし、「樹脂層全体の厚み」は「樹脂層と有機ケイ素化合物含有層の合計厚み」と読み替えるものとする。
An organosilicon compound-containing layer may be provided on the surface of the resin layer facing the fiber layer, and such a state is also included in the state in which the organosilicon compound is unevenly distributed in the region of the resin layer facing the fiber layer. The organosilicon compound-containing layer may be a coating layer formed by applying an organosilicon compound-containing coating liquid.
In addition, when an organosilicon compound-containing layer is provided on the surface of the resin layer facing the fiber layer, in the above region (d), "the surface of the resin layer facing the fiber layer" shall be read as "the exposed surface of the organosilicon compound-containing layer", and "the thickness of the entire resin layer" shall be read as "the combined thickness of the resin layer and the organosilicon compound-containing layer".
密着助剤の含有量は、樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましい。また、密着助剤の含有量は、樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、40質量部以下であることが好ましく、35質量部以下であることがより好ましい。
密着助剤がイソシアネート化合物である場合、イソシアネート化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、10質量部以上であることが好ましく、15質量部以上であることがより好ましく、18質量部以上であることがさらに好ましい。また、イソシアネート化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、40質量部以下であることが好ましく、35質量部以下であることがより好ましく、30質量部以下であることがさらに好ましい。
密着助剤が有機ケイ素化合物である場合、有機ケイ素化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましい。また、有機ケイ素化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
密着助剤の含有量を上記範囲内とすることにより、より効果的に、繊維層と樹脂層の密着性を高めることができる。これにより、光学部材用積層体の耐衝撃性をより効果的に高めることができる。
The content of the adhesion assistant is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer, and is preferably 40 parts by mass or less, more preferably 35 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer.
When the adhesion aid is an isocyanate compound, the content of the isocyanate compound is preferably 10 parts by mass or more, more preferably 15 parts by mass or more, and even more preferably 18 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer. The content of the isocyanate compound is preferably 40 parts by mass or less, more preferably 35 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer.
When the adhesion assistant is an organosilicon compound, the content of the organosilicon compound is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer, and is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer.
By setting the content of the adhesion assistant within the above range, the adhesion between the fiber layer and the resin layer can be more effectively improved, and thus the impact resistance of the laminate for optical members can be more effectively improved.
密着助剤がイソシアネート化合物である場合、樹脂層に含まれるイソシアネート基の含有量は、0.5mmol/g以上であることが好ましく、0.6mmol/g以上であることがより好ましく、0.8mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.9mmol/g以上であることが特に好ましい。また、樹脂層に含まれるイソシアネート基の含有量は、3.0mmol/g以下であることが好ましく、2.5mmol/g以下であることがより好ましく、2.0mmol/g以下であることがさらに好ましく、1.5mmol/g以下であることが特に好ましい。 When the adhesion aid is an isocyanate compound, the content of isocyanate groups contained in the resin layer is preferably 0.5 mmol/g or more, more preferably 0.6 mmol/g or more, even more preferably 0.8 mmol/g or more, and particularly preferably 0.9 mmol/g or more. The content of isocyanate groups contained in the resin layer 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, and particularly preferably 1.5 mmol/g or less.
樹脂層の繊維層側の面には表面処理を施してもよい。表面処理の方法としては、例えば、コロナ処理、プラズマ放電処理、UV照射処理、電子線照射処理、火炎処理等を挙げることができる。中でも、表面処理は、コロナ処理及びプラズマ放電処理から選択される少なくとも1種であることが好ましい。なお、プラズマ放電処理は真空プラズマ放電処理であることが好ましい。 The surface of the resin layer facing the fiber layer may be subjected to a surface treatment. Examples of the surface treatment method include corona treatment, plasma discharge treatment, UV irradiation treatment, electron beam irradiation treatment, and flame treatment. Of these, it is preferable that the surface treatment is at least one type selected from corona treatment and plasma discharge treatment. It is preferable that the plasma discharge treatment is vacuum plasma discharge treatment.
樹脂層の繊維層側の面は微細凹凸構造を形成してもよい。樹脂層の繊維層側の面が微細凹凸構造を有することにより、繊維層と樹脂層の密着性をより効果的に高めることができる。樹脂層の繊維層側の面が微細凹凸構造を有する場合、このような構造は、例えば、ブラスト加工処理、エンボス加工処理、エッチング処理、コロナ処理、プラズマ放電処理等の処理工程により形成されることが好ましい。なお、本明細書において、微細凹凸構造とは、任意箇所に引いた長さ1mmの一本の直線上に存在する凹部の数が10個以上である構造をいう。凹部の数を測定する際には、光学部材用積層体をイオン交換水中に24時間浸漬した後、樹脂層から繊維層をはく離する。その後樹脂層の繊維層側の面を触針式表面粗さ計(小坂研究所社製、サーフコーダシリーズ)で走査することにより測定ができる。凹凸のピッチがサブミクロン、ナノオーダーの極めて小さいものである場合、走査型プローブ顕微鏡(日立ハイテクサイエンス社製、AFM5000II、およびAFM5100N)の観察画像から凹凸の数を測定することができる。 The surface of the resin layer facing the fiber layer may have a fine uneven structure. The surface of the resin layer facing the fiber layer may have a fine uneven structure, which can more effectively increase the adhesion between the fiber layer and the resin layer. When the surface of the resin layer facing the fiber layer has a fine uneven structure, such a structure is preferably formed by a processing step such as blast processing, embossing processing, etching processing, corona processing, plasma discharge processing, etc. In this specification, the fine uneven structure refers to a structure in which the number of recesses present on a line of 1 mm length drawn at any point is 10 or more. When measuring the number of recesses, the optical component laminate is immersed in ion-exchanged water for 24 hours, and then the fiber layer is peeled off from the resin layer. Then, the surface of the resin layer facing the fiber layer can be measured by scanning it with a stylus surface roughness meter (manufactured by Kosaka Laboratory, Surfcorder series). When the pitch of the irregularities is extremely small, on the order of submicrons or nanometers, the number of irregularities can be measured from images observed using a scanning probe microscope (Hitachi High-Tech Science Corporation, AFM5000II and AFM5100N).
樹脂層には合成樹脂以外の任意成分が含まれていてもよい。任意成分としては、例えば、フィラー、顔料、染料、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤、光拡散剤等の樹脂フィルム分野で使用される公知成分が挙げられる。 The resin layer may contain optional components other than synthetic resins. Examples of optional components include known components used in the field of resin films, such as fillers, pigments, dyes, UV absorbers, antioxidants, antistatic agents, and light diffusing agents.
(繊維層)
繊維層は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロース(微細繊維状セルロース)を含む。繊維層に含まれる微細繊維状セルロースの含有量は、繊維層の全質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。
(Fiber layer)
The fiber layer contains fibrous cellulose (fine fibrous cellulose) having a fiber width of 1000 nm or less. The content of the fine fibrous cellulose contained in the fiber layer is preferably 60 mass% or more, more preferably 70 mass% or more, and even more preferably 80 mass% or more, based on the total mass of the fiber layer.
繊維層の密度は、1.0g/cm3以上であることが好ましく、1.2g/cm3以上であることがより好ましく、1.4g/cm3以上であることがさらに好ましい。また、繊維層の密度は、1.7g/cm3以下であることが好ましく、1.65g/cm3以下であることがより好ましく、1.6g/cm3以下であることがさらに好ましい。光学部材用積層体に繊維層が2層以上含まれている場合は、各々の繊維層の密度が上記範囲内であることが好ましい。 The density of the fiber layer is preferably 1.0 g/cm 3 or more, more preferably 1.2 g/cm 3 or more, and even more preferably 1.4 g/cm 3 or more. The density of the fiber layer is preferably 1.7 g/cm 3 or less, more preferably 1.65 g/cm 3 or less, and even more preferably 1.6 g/cm 3 or less. When the laminate for optical members contains two or more fiber layers, it is preferable that the density of each fiber layer is within the above range.
繊維層の密度は、繊維層の坪量と厚さから、JIS P 8118:2014に準拠して算出される。繊維層の坪量は、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によって光学部材用積層体の繊維層のみが残るように切削し、JIS P 8124:2011に準拠し、算出することができる。なお、繊維層が微細繊維状セルロース以外の任意成分を含む場合は、繊維層の密度は、微細繊維状セルロース以外の任意成分を含む密度である。 The density of the fiber layer is calculated from the basis weight and thickness of the fiber layer in accordance with JIS P 8118:2014. The basis weight of the fiber layer can be calculated in accordance with JIS P 8124:2011 by cutting the fiber layer of the laminate for optical components using an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) so that only the fiber layer remains. Note that if the fiber layer contains any component other than fine fibrous cellulose, the density of the fiber layer is the density including any component other than fine fibrous cellulose.
本発明においては、繊維層は非多孔性の層である点にも特徴がある。ここで、繊維層が非多孔性であるとは、繊維層全体の密度が1.0g/cm3以上であることを意味する。繊維層全体の密度が1.0g/cm3以上であれば、繊維層に含まれる空隙率が、所定値以下に抑えられていることを意味し、多孔性のシートや層とは区別される。
また、繊維層が非多孔性であることは、空隙率が15体積%以下であることからも特徴付けられる。ここでいう繊維層の空隙率は簡易的に下記式(a)により求めるものである。
式(a):空隙率(体積%)={1-B/(M×A×t)}×100
ここで、Aは繊維層の面積(cm2)、tは繊維層の厚み(cm)、Bは繊維層の質量(g)、Mはセルロースの密度である。
In the present invention, the fiber layer is also characterized in that it is a non-porous layer. Here, the fiber layer being non-porous means that the density of the entire fiber layer is 1.0 g/cm 3 or more. If the density of the entire fiber layer is 1.0 g/cm 3 or more, it means that the porosity contained in the fiber layer is suppressed to a predetermined value or less, and it is distinguished from a porous sheet or layer.
The non-porous nature of the fibrous layer is also characterized by a porosity of 15 volume % or less. The porosity of the fibrous layer referred to here is calculated simply by the following formula (a):
Formula (a): Porosity (volume%) = {1-B/(M x A x t)} x 100
Here, A is the area of the fiber layer (cm 2 ), t is the thickness of the fiber layer (cm), B is the mass of the fiber layer (g), and M is the density of cellulose.
<微細繊維状セルロース>
繊維層は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロース(微細繊維状セルロース)を含む。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることがより好ましく、8nm以下であることがさらに好ましい。
<Fine fibrous cellulose>
The fiber layer contains fibrous cellulose (fine fibrous cellulose) having a fiber width of 1000 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is more preferably 100 nm or less, and even more preferably 8 nm or less.
繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば1000nm以下である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることが特に好ましい。繊維状セルロースの平均繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、繊維状セルロースによる強度や剛性、寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。 The fiber width of fibrous cellulose can be measured, for example, by observation under an electron microscope. The average fiber width of fibrous cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of fibrous cellulose is, for example, preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and particularly preferably 2 nm or more and 10 nm or less. By making the average fiber width of fibrous cellulose 2 nm or more, it is possible to suppress dissolution of cellulose molecules in water, and to more easily realize the effect of improving strength, rigidity, and dimensional stability due to fibrous cellulose. The fibrous cellulose is, for example, monofilament cellulose.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。 The average fiber width of fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose with a concentration of 0.05% by mass to 0.1% by mass is prepared, and this suspension is cast onto a hydrophilically treated carbon film-coated grid to prepare a sample for TEM observation. If the sample contains wide fibers, an SEM image of the surface cast onto glass may be observed. Next, the electron microscope image is observed at a magnification of 1000x, 5000x, 10000x, or 50000x depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions, and magnification are adjusted to satisfy the following conditions.
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
(1) A straight line X is drawn at an arbitrary location within the observed image, and 20 or more fibers intersect with the straight line X.
(2) Within the same image, a straight line Y is drawn that intersects the straight line perpendicularly, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。 For observation images that satisfy the above conditions, the width of the fibers that intersect with lines X and Y is visually read. In this way, three or more sets of observation images of at least the surface portions that do not overlap each other are obtained. Next, for each image, the width of the fibers that intersect with lines X and Y is read. In this way, the width of at least 20 fibers x 2 x 3 = 120 fibers is read. The average of the read fiber widths is then determined as the average fiber width of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、たとえば0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上800μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. By setting the fiber length within the above range, destruction of the crystalline regions of the fibrous cellulose can be suppressed. It is also possible to set the slurry viscosity of the fibrous cellulose to an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be determined, for example, by image analysis using a TEM, SEM, or AFM.
繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 It is preferable that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified from the diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418 Å) monochromatized with graphite. Specifically, it can be identified from the presence of typical peaks at two positions, around 2θ=14° to 17° and around 2θ=22° to 23°. The proportion of I-type crystal structure in the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 50% or more. This can be expected to provide even better performance in terms of heat resistance and low linear thermal expansion coefficient. The degree of crystallinity can be determined by measuring the X-ray diffraction profile and using the pattern in a conventional manner (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。また、溶媒分散体を作製した際に十分な増粘性が得られやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを水分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length/fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably, for example, 20 to 10,000, and more preferably 50 to 1,000. By setting the axial ratio to the above lower limit or more, it is easy to form a sheet containing fine fibrous cellulose. In addition, sufficient thickening is easily obtained when a solvent dispersion is produced. By setting the axial ratio to the above upper limit or less, it is preferable in that, for example, when the fibrous cellulose is treated as an aqueous dispersion, handling such as dilution is easier.
本実施形態における繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が上記範囲内にある微細繊維状セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fibrous cellulose in this embodiment has, for example, both crystalline and non-crystalline regions. Fine fibrous cellulose having both crystalline and non-crystalline regions and an axial ratio within the above range is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described below.
本実施形態において、繊維状セルロースは、イオン性置換基を有していることが好ましい。イオン性置換基としては、たとえばアニオン性基およびカチオン性基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性置換基としてアニオン性基を有することが特に好ましい。また、イオン性置換基は、エステル結合を介して繊維状セルロースに連結する基であることが好ましい。この場合、エステル結合は、繊維状セルロースとイオン性置換基となる化合物の脱水縮合で形成される。 In this embodiment, the fibrous cellulose preferably has an ionic substituent. The ionic substituent may include, for example, either one or both of an anionic group and a cationic group. In this embodiment, it is particularly preferable that the ionic substituent has an anionic group. In addition, the ionic substituent is preferably a group that is linked to the fibrous cellulose via an ester bond. In this case, the ester bond is formed by dehydration condensation between the fibrous cellulose and a compound that becomes the ionic substituent.
イオン性置換基としてのアニオン性基としては、たとえばリンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する置換基(単にカルボキシ基ということもある)、硫酸エステル基または硫酸エステル基に由来する置換基(単に硫酸エステル基ということもある)、ザンテート基、ホスホン基、ホスフィン基、スルホン基、カルボキシアルキル基等を挙げることができる。中でも、アニオン性基は、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、カルボキシ基に由来する置換基、硫酸エステル基、硫酸エステル基に由来する置換基、カルボキシメチル基及びスルホン基よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、硫酸エステル基及び硫酸エステル基に由来する置換基よりなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基であることが特に好ましい。アニオン性基としてリンオキソ酸基を導入することにより、たとえば、アルカリ性条件下や酸性条件下においても、繊維状セルロースの分散性をより高めることができ、結果として高強度かつ高透明なシートが得られやすくなる。イオン性置換基としてのカチオン性基としては、たとえばアンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性基はアンモニウム基であることが好ましい。 Examples of anionic groups as ionic substituents include phosphorus oxoacid groups or substituents derived from phosphorus oxoacid groups (sometimes simply referred to as phosphorus oxoacid groups), carboxy groups or substituents derived from carboxy groups (sometimes simply referred to as carboxy groups), sulfate ester groups or substituents derived from sulfate ester groups (sometimes simply referred to as sulfate ester groups), xanthate groups, phosphonic groups, phosphine groups, sulfone groups, carboxyalkyl groups, etc. Among these, the anionic group is preferably at least one selected from the group consisting of phosphorus oxoacid groups, substituents derived from phosphorus oxoacid groups, carboxy groups, substituents derived from carboxy groups, sulfate ester groups, substituents derived from sulfate ester groups, carboxymethyl groups, and sulfone groups, more preferably at least one selected from the group consisting of phosphorus oxoacid groups, substituents derived from phosphorus oxoacid groups, carboxy groups, sulfate ester groups, and substituents derived from sulfate ester groups, and particularly preferably phosphorus oxoacid groups or substituents derived from phosphorus oxoacid groups. By introducing a phosphorus oxoacid group as an anionic group, the dispersibility of the fibrous cellulose can be further increased, even under alkaline or acidic conditions, and as a result, a sheet with high strength and high transparency can be easily obtained. Examples of cationic groups as ionic substituents include ammonium groups, phosphonium groups, and sulfonium groups. Among these, the cationic group is preferably an ammonium group.
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基である。各繊維状セルロースには、下記式(1)で表される置換基が複数種導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(1)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 The phosphorus oxoacid group or the substituent derived from the phosphorus oxoacid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). A plurality of types of the substituent represented by the following formula (1) may be introduced into each fibrous cellulose. In this case, the plurality of introduced substituents represented by the following formula (1) may be the same or different.
式(1)中、a、bおよびnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。n個あるαおよびα’のうち少なくとも1つはO-であり、残りはR又はORである。なお、各αおよびα’の全てがO-であっても構わない。n個あるαは全て同じでも、それぞれ異なっていてもよい。βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。 In formula (1), a, b, and n are natural numbers, and m is an arbitrary number (wherein a=b×m). At least one of the n α and α' is O- , and the rest are R or OR. All of the α and α' may be O- . The n α may be the same or different. β b+ is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance.
Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。また、式(1)においては、nは1であることが好ましい。 Each R is a hydrogen atom, a saturated linear hydrocarbon group, a saturated branched hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated branched hydrocarbon group, an unsaturated cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a group derived from any of these. In formula (1), n is preferably 1.
飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、又はn-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、又はt-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、又は3-ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of saturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, or n-butyl groups. Examples of saturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propyl or t-butyl groups. Examples of saturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentyl or cyclohexyl groups. Examples of unsaturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, vinyl or allyl groups. Examples of unsaturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propenyl or 3-butenyl groups. Examples of unsaturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentenyl or cyclohexenyl groups. Examples of aromatic groups include, but are not limited to, phenyl or naphthyl groups.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、カルボキシレート基(-COO-)、ヒドロキシ基、アミノ基及びアンモニウム基などの官能基から選択される少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、繊維状セルロースの収率を高めることもできる。なお、式(1)中にRが複数個存在する場合や繊維状セルロースに上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 In addition, the derivative group in R includes, but is not limited to, a functional group in which at least one selected from functional groups such as a carboxy group, a carboxylate group ( -COO- ), a hydroxy group, an amino group, and an ammonium group is added to or substituted for the main chain or side chain of the above-mentioned various hydrocarbon groups. In addition, the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R within the above range, the molecular weight of the phosphorus oxo acid group can be set to an appropriate range, which facilitates penetration into the fiber raw material and increases the yield of fibrous cellulose. Note that when there are multiple R in formula (1) or when multiple types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the fibrous cellulose, the multiple R present may be the same or different.
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、式(1)中にβb+が複数個存在する場合や繊維状セルロースに上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 β b+ is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance. As the monovalent or higher cation made of an organic substance, an organic onium ion can be mentioned. As the organic onium ion, for example, an organic ammonium ion or an organic phosphonium ion can be mentioned. As the organic ammonium ion, for example, an aliphatic ammonium ion or an aromatic ammonium ion can be mentioned, and as the organic phosphonium ion, for example, an aliphatic phosphonium ion or an aromatic phosphonium ion can be mentioned. As the monovalent or higher cation made of an inorganic substance, an ion of an alkali metal such as sodium, potassium, or lithium, an ion of a divalent metal such as calcium or magnesium, a hydrogen ion, an ammonium ion, etc. can be mentioned. In addition, when there are multiple β b+ in the formula (1) or when multiple types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the fibrous cellulose, the multiple β b+ may be the same or different. As the monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance, sodium or potassium ions are preferable because they are less likely to yellow when a fiber raw material containing β b+ is heated and are easy to use industrially, but are not particularly limited.
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基としては、より具体的には、リン酸基(-PO3H2)、リン酸基の塩、亜リン酸基(ホスホン酸基)(-PO2H2)、亜リン酸基(ホスホン酸基)の塩が挙げられる。また、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(例えば、ピロリン酸基)、ホスホン酸が縮合した基(例えば、ポリホスホン酸基)、リン酸エステル基(例えば、モノメチルリン酸基、ポリオキシエチレンアルキルリン酸基)、アルキルホスホン酸基(例えば、メチルホスホン酸基)などであってもよい。 More specifically, examples of the phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group include a phosphate group (-PO 3 H 2 ), a salt of a phosphate group, a phosphorous acid group (phosphonic acid group) (-PO 2 H 2 ), and a salt of a phosphite group (phosphonic acid group). In addition, the phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group may be a group in which a phosphate group is condensed (e.g., a pyrophosphate group), a group in which a phosphonic acid is condensed (e.g., a polyphosphonic acid group), a phosphate ester group (e.g., a monomethyl phosphate group, a polyoxyethylene alkyl phosphate group), an alkyl phosphonic acid group (e.g., a methylphosphonic acid group), etc.
また、硫酸エステル基(硫酸エステル基又は硫酸エステル基に由来する置換基)は、例えば下記式(2)で表される置換基である。各繊維状セルロースには、下記式(2)で表される置換基が複数種導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(2)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 The sulfate ester group (sulfate ester group or a substituent derived from a sulfate ester group) is, for example, a substituent represented by the following formula (2). A plurality of types of substituents represented by the following formula (2) may be introduced into each fibrous cellulose. In this case, the plurality of introduced substituents represented by the following formula (2) may be the same or different.
上記構造式中、bおよびnは自然数であり、pは0または1であり、mは任意の数である(ただし、1=b×mである)。なお、nが2以上である場合、複数あるpは同一の数であってもよく、異なる数であってもよい。上記構造式中、βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、繊維状セルロースに上記式(2)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 In the above structural formula, b and n are natural numbers, p is 0 or 1, and m is any number (wherein 1=b×m). When n is 2 or more, the multiple p's may be the same number or different numbers. In the above structural formula, β b+ is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance. Examples of the monovalent or higher cation made of an organic substance include organic onium ions. Examples of the organic onium ions include organic ammonium ions and organic phosphonium ions. Examples of the organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of the organic phosphonium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of the monovalent or higher cation made of an inorganic substance include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, ions of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, ammonium ions, etc. In addition, when multiple types of substituents represented by the above formula (2) are introduced into the fibrous cellulose, the multiple β b+ present may be the same or different. As the organic or inorganic cation having a valence of one or more, sodium or potassium ions are preferred, which are less likely to yellow when the fiber raw material containing β b+ is heated and are easy to use industrially, but are not particularly limited.
繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.50mmol/g以下であることが一層好ましく、2.00mmol/g以下であることがより一層好ましく、1.50mmol/g以下であることがさらに一層好ましく、1.00mmol/g以下であることが特に好ましい。ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性置換基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。イオン性置換基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。 The amount of ionic substituent introduced into fibrous cellulose is preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.40 mmol/g or more, and particularly preferably 0.60 mmol/g or more. The amount of ionic substituent introduced into fibrous cellulose is preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol/g or less, even more preferably 3.00 mmol/g or less, even more preferably 2.50 mmol/g or less, even more preferably 2.00 mmol/g or less, even more preferably 1.50 mmol/g or less, and particularly preferably 1.00 mmol/g or less. Here, the denominator in the unit mmol/g indicates the mass of fibrous cellulose when the counter ion of the ionic substituent is a hydrogen ion (H + ). By setting the amount of ionic substituent introduced within the above range, it is possible to easily refine the fiber raw material and increase the stability of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of ionic substituents introduced into fibrous cellulose can be measured, for example, by neutralization titration. In the measurement by neutralization titration, an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution is added to the obtained slurry containing fibrous cellulose, and the amount introduced is measured by determining the change in pH.
図3は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図3の上側部に示すような滴定曲線を得る。図3の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図3の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図3において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
3 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a slurry containing fibrous cellulose having phosphorus oxo acid groups and pH. The amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a slurry containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, the measurement target may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below prior to the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, the change in pH is observed while adding the aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve as shown in the upper part of Figure 3 is obtained. In the titration curve shown in the upper part of Figure 3, the measured pH is plotted against the amount of alkali added, and in the titration curve shown in the lower part of Figure 3, the increment (differential value) (1/mmol) of pH against the amount of alkali added is plotted. In this neutralization titration, two points are confirmed in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, where the increment (differential value of pH against the amount of alkali added) is maximum. Of these, the first maximum point of the increment obtained after starting to add the alkali is called the first endpoint, and the second maximum point of the increment obtained next is called the second endpoint. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the amount of the first dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, the amount of alkali required from the first end point to the second end point is equal to the amount of the second dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, and the amount of alkali required from the start of titration to the second end point is equal to the total amount of dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration. The value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol/g). Note that when simply referring to the amount of phosphorus oxo acid group introduced (or the amount of phosphorus oxo acid group), it refers to the amount of the first dissociated acid.
In FIG. 3, the region from the start of titration to the first end point is called the first region, and the region from the first end point to the second end point is called the second region. For example, when the phosphorus oxoacid group is a phosphate group and this phosphate group undergoes condensation, the amount of weak acid groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to as the second dissociated acid amount in this specification) appears to decrease, and the amount of alkali required in the second region becomes smaller than the amount of alkali required in the first region. On the other hand, the amount of strong acid groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to as the first dissociated acid amount in this specification) is equal to the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. In addition, when the phosphorus oxoacid group is a phosphorous acid group, the weak acid groups are no longer present in the phosphorus oxoacid group, so the amount of alkali required in the second region becomes smaller, or the amount of alkali required in the second region may become zero. In this case, there is only one point on the titration curve where the pH increment is maximized.
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1000}
A[mmol/g]:繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の総解離酸量)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
The above-mentioned amount of phosphorus oxoacid groups introduced (mmol/g) indicates the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the acid-type fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (acid type)), since the denominator indicates the mass of the acid-type fibrous cellulose. On the other hand, when the counter ion of the phosphorus oxoacid group is replaced with an arbitrary cation C so as to be the charge equivalent, the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the fibrous cellulose in which the cation C is the counter ion (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (C type)) can be obtained by converting the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion.
That is, it is calculated according to the following formula.
Amount of phosphorus oxoacid group (C type)=Amount of phosphorus oxoacid group (acid type)/{1+(W−1)×A/1000}
A [mmol/g]: total amount of anions derived from phosphorus oxoacid groups in the fibrous cellulose (total amount of dissociated acids from phosphorus oxoacid groups)
W: Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)
図4は、イオン性置換基としてカルボキシ基を有する繊維状セルロースを含有する分散液に対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有する分散液を強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図4の上側部に示すような滴定曲線を得る。図4の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図4の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ確認され、この極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図4における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の繊維状セルロースを含有する分散液中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出する。
4 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a dispersion containing fibrous cellulose having a carboxy group as an ionic substituent and the pH. The amount of carboxy group introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a dispersion liquid containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below may be performed on the measurement target prior to the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, the change in pH is observed while adding the aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve as shown in the upper part of FIG. 4 is obtained. In the titration curve shown in the upper part of FIG. 4, the measured pH is plotted against the amount of added alkali, and in the titration curve shown in the lower part of FIG. 4, the increment (differential value) (1/mmol) of pH against the amount of added alkali is plotted. In this neutralization titration, one point where the increment (differential value of pH against the amount of added alkali) is maximum is confirmed in the curve plotting the measured pH against the amount of added alkali, and this maximum point is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in FIG. 4 is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxyl groups in the dispersion used for titration. Then, the amount of alkali required in the first region of the titration curve (mmol) is divided by the solid content (g) in the dispersion containing the fibrous cellulose to be titrated to calculate the amount of carboxyl groups introduced (mmol/g).
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量であることから、酸型の繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(C型))を求めることができる。すなわち、下記計算式によって算出する。
カルボキシ基量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1000}
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
The above-mentioned amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) indicates the amount of carboxyl groups in the acid-type fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type)) since the denominator is the mass of the acid-type fibrous cellulose. On the other hand, when the counter ion of the carboxyl group is replaced with any cation C so as to be the charge equivalent, the amount of carboxyl groups in the fibrous cellulose in which the cation C is the counter ion (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (C type)) can be obtained by converting the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion. That is, it is calculated by the following formula.
Carboxy group amount (C type)=Carboxy group amount (acid type)/{1+(W-1)×(Carboxy group amount (acid type))/1000}
W: Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)
滴定法によるイオン性置換基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低いイオン性置換基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒に10~50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。 When measuring the amount of ionic substituents by titration, if too much sodium hydroxide solution is added or if the titration interval is too short, the amount of ionic substituents may be lower than it should be, and an accurate value may not be obtained. For example, an appropriate amount of sodium hydroxide and titration interval is preferably 10 to 50 μL of 0.1 N sodium hydroxide solution added every 5 to 30 seconds. In addition, in order to eliminate the effects of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing slurry, it is preferable to measure while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of titration until the end of titration.
また、繊維状セルロースに対する硫酸エステル基の導入量は、繊維状セルロースを含むスラリーを凍結乾燥し、さらに粉砕した試料の硫黄量を測定することで算出することができる。具体的には、繊維状セルロースを含むスラリーを凍結乾燥し、さらに粉砕した試料を、密閉容器中で硝酸を用いて加圧加熱分解した後、適宜希釈してICP-OESで硫黄量を測定する。供試した繊維状セルロースの絶乾質量で割り返して算出した値を繊維状セルロースの硫酸エステル基量(単位:mmol/g)とする。 The amount of sulfate ester groups introduced into fibrous cellulose can be calculated by freeze-drying a slurry containing fibrous cellulose, pulverizing the slurry, and measuring the amount of sulfur in the resulting pulverized sample. Specifically, a slurry containing fibrous cellulose is freeze-dried, and the resulting pulverized sample is subjected to pressurized heating decomposition using nitric acid in a closed container, and then appropriately diluted and the amount of sulfur is measured using ICP-OES. The value calculated by dividing the value by the bone dry mass of the fibrous cellulose used is taken as the amount of sulfate ester groups in the fibrous cellulose (unit: mmol/g).
<任意成分>
繊維層には、微細繊維状セルロース以外の任意成分が含まれていてもよい。任意成分としては、例えば、親水性高分子や有機イオン等が挙げられる。親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましい。含酸素有機化合物は非繊維状であることが好ましく、このような非繊維状の含酸素有機化合物には、微細繊維状セルロースや熱可塑性樹脂繊維は含まれない。
<Optional ingredients>
The fiber layer may contain any component other than the fine fibrous cellulose. Examples of the optional component include hydrophilic polymers and organic ions. The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fibers). The oxygen-containing organic compound is preferably non-fibrous, and such non-fibrous oxygen-containing organic compounds do not include fine fibrous cellulose or thermoplastic resin fibers.
含酸素有機化合物は、親水性の有機化合物であることが好ましい。親水性の含酸素有機化合物は、繊維層の強度、密度及び化学的耐性などを向上させることができる。親水性の含酸素有機化合物は、たとえばSP値が9.0以上であることが好ましい。また、親水性の含酸素有機化合物は、たとえば100mlのイオン交換水に含酸素有機化合物が1g以上溶解するものであることが好ましい。 The oxygen-containing organic compound is preferably a hydrophilic organic compound. The hydrophilic oxygen-containing organic compound can improve the strength, density, chemical resistance, and the like of the fiber layer. The hydrophilic oxygen-containing organic compound preferably has an SP value of, for example, 9.0 or more. In addition, the hydrophilic oxygen-containing organic compound is preferably one in which, for example, 1 g or more of the oxygen-containing organic compound dissolves in 100 ml of ion-exchanged water.
含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、ポリアクリルアミド、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等の親水性高分子;グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等の親水性低分子が挙げられる。これらの中でも、繊維層の強度、密度、化学的耐性などを向上させる観点から、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、グリセリン、ソルビトールが好ましく、ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドから選択される少なくとも1種であることがより好ましく、ポリエチレングリコールであることがさらに好ましい。 Examples of oxygen-containing organic compounds include hydrophilic polymers such as polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, modified starch, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (such as acetoacetylated polyvinyl alcohol), polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates, polyacrylamide, acrylic acid alkyl ester copolymers, urethane copolymers, and cellulose derivatives (such as hydroxyethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose); and hydrophilic low-molecular-weight compounds such as glycerin, sorbitol, and ethylene glycol. Among these, from the viewpoint of improving the strength, density, chemical resistance, and the like of the fiber layer, polyethylene glycol, polyethylene oxide, glycerin, and sorbitol are preferred, and at least one selected from polyethylene glycol and polyethylene oxide is more preferred, and polyethylene glycol is even more preferred.
含酸素有機化合物は、分子量が5万以上800万以下の有機化合物高分子であることが好ましい。含酸素有機化合物の分子量は、10万以上500万以下であることも好ましいが、例えば分子量が1000未満の低分子であってもよい。 The oxygen-containing organic compound is preferably an organic polymer having a molecular weight of 50,000 to 8,000,000. The molecular weight of the oxygen-containing organic compound is also preferably 100,000 to 5,000,000, but may be a low molecular weight compound having a molecular weight of less than 1,000, for example.
繊維層に含まれる含酸素有機化合物の含有量は、繊維層に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、1質量部以上40質量部以下であることが好ましく、10質量部以上30質量部以下であることがより好ましく、15質量部以上25質量部以下であることがさらに好ましい。含酸素有機化合物の含有量を上記範囲内とすることにより、高い透明性と耐衝撃性を有する光学部材用積層体を形成することが容易になる。 The content of the oxygen-containing organic compound contained in the fiber layer is preferably 1 part by mass or more and 40 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, and even more preferably 15 parts by mass or more and 25 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose contained in the fiber layer. By setting the content of the oxygen-containing organic compound within the above range, it becomes easy to form a laminate for optical components having high transparency and impact resistance.
有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn-プロピルオニウムイオン、テトラn-ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。 Examples of organic ions include tetraalkylammonium ions and tetraalkylphosphonium ions. Examples of tetraalkylammonium ions include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion, lauryltrimethylammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, stearyltrimethylammonium ion, octyldimethylethylammonium ion, lauryldimethylethylammonium ion, didecyldimethylammonium ion, lauryldimethylbenzylammonium ion, and tributylbenzylammonium ion. Examples of tetraalkylphosphonium ions include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Examples of tetrapropylonium ion and tetrabutylonium ion include tetra-n-propylonium ion and tetra-n-butylonium ion, respectively.
<微細繊維状セルロースの製造方法>
<繊維原料>
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
<Method of producing fine fibrous cellulose>
<Fiber raw materials>
The fine fibrous cellulose is produced from a fiber raw material containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but it is preferable to use pulp because it is easily available and inexpensive. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include, but are not particularly limited to, chemical pulp such as hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP) and oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemi-ground wood pulp (CGP), mechanical pulp such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. Examples of non-wood pulps include, but are not limited to, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lint, and non-wood pulps such as hemp, straw, and bagasse. Examples of deinked pulps include, but are not limited to, deinked pulp made from waste paper. The pulps of this embodiment may be used alone or in combination of two or more. Among the above pulps, wood pulp and deinked pulp are preferred from the viewpoint of availability. Among wood pulps, chemical pulps are more preferred, and kraft pulp and sulfite pulp are even more preferred, from the viewpoint of a high cellulose ratio and a high yield of fine fibrous cellulose during defibration treatment, and of small decomposition of cellulose in the pulp and of obtaining long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio. The viscosity tends to increase when long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio is used.
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As fiber raw materials containing cellulose, for example, cellulose contained in sea squirts and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used. Also, instead of fiber raw materials containing cellulose, fibers formed from linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can be used.
イオン性置換基を導入した繊維状セルロースを得るためには、上述したセルロースを含む繊維原料にイオン性置換基を導入するイオン性置換基導入工程、洗浄工程、アルカリ処理工程(中和工程)、解繊処理工程をこの順で有することが好ましく、洗浄工程の代わりに、または洗浄工程に加えて、酸処理工程を有していてもよい。イオン性置換基導入工程としては、リンオキソ酸基導入工程、カルボキシ基導入工程、硫酸エステル基導入工程、ザンテート基導入工程、ホスホン基またはホスフィン基導入工程、およびスルホン基導入工程、カチオン性基導入工程が例示される。以下、それぞれについて説明する。 In order to obtain fibrous cellulose having an ionic substituent introduced therein, it is preferable to have an ionic substituent introduction step for introducing an ionic substituent into the above-mentioned cellulose-containing fiber raw material, a washing step, an alkali treatment step (neutralization step), and a defibration treatment step in this order, and an acid treatment step may be included instead of or in addition to the washing step. Examples of ionic substituent introduction steps include a phosphorus oxoacid group introduction step, a carboxy group introduction step, a sulfate ester group introduction step, a xanthate group introduction step, a phosphonic or phosphine group introduction step, a sulfonic group introduction step, and a cationic group introduction step. Each of these steps will be explained below.
<リンオキソ酸基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程を含むことが好ましく、イオン性置換基導入工程としては、例えば、リンオキソ酸基導入工程が挙げられる。リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
<Phosphorus Oxo Acid Group Introduction Step>
The manufacturing process of fine fibrous cellulose preferably includes an ionic substituent introduction step, and an example of the ionic substituent introduction step is a phosphorus oxo acid group introduction step. The phosphorus oxo acid group introduction step is a step of reacting at least one compound (hereinafter also referred to as "compound A") selected from compounds capable of introducing phosphorus oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups possessed by a fiber raw material containing cellulose with the fiber raw material containing cellulose. This step results in the production of a fiber into which a phosphorus oxo acid group has been introduced.
本実施形態に係るリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。 In the phosphorus oxoacid group introduction process according to this embodiment, the reaction of the cellulose-containing fiber raw material with compound A may be carried out in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter also referred to as "compound B"). On the other hand, the reaction of the cellulose-containing fiber raw material with compound A may be carried out in the absence of compound B.
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 One example of a method for allowing compound A to act on a fiber raw material in the presence of compound B is to mix compound A and compound B with a fiber raw material in a dry, wet, or slurry state. Of these, it is preferable to use a fiber raw material in a dry or wet state, and it is particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state, because the reaction is highly uniform. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but it is preferable to use a cotton-like or thin sheet-like form. Compound A and compound B can be added to the fiber raw material in a powder form, a solution form dissolved in a solvent, or a melted state by heating to a melting point or higher. Of these, it is preferable to add them in a solution form dissolved in a solvent, especially in an aqueous solution form, because the reaction is highly uniform. Compound A and compound B may be added to the fiber raw material simultaneously, separately, or as a mixture. The method of adding compound A and compound B is not particularly limited, but when compound A and compound B are in a solution form, the fiber raw material may be immersed in the solution to absorb the liquid and then removed, or the solution may be dripped onto the fiber raw material. Alternatively, the required amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or excess amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, and then the excess compound A and compound B may be removed by squeezing or filtration.
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが特に限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リン酸基の導入効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩または亜リン酸、亜リン酸のナトリウム塩、亜リン酸のカリウム塩、亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、または亜リン酸、亜リン酸ナトリウムがより好ましい。 Compound A used in this embodiment may be any compound that has a phosphorus atom and can form an ester bond with cellulose, and may include, but is not limited to, phosphoric acid or its salt, phosphorous acid or its salt, dehydrated condensed phosphoric acid or its salt, and anhydrous phosphoric acid (diphosphorus pentoxide). Phosphoric acid may be of various purities, for example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid. Phosphorous acid may be 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Dehydrated condensed phosphoric acid is phosphoric acid in which two or more molecules are condensed by a dehydration reaction, and examples of such include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid. Phosphates, phosphites, and dehydrated condensed phosphates include lithium salts, sodium salts, potassium salts, and ammonium salts of phosphoric acid, phosphorous acid, or dehydrated condensed phosphoric acid, and these may be neutralized to various degrees. Among these, from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphate groups, easier improvement of defibration efficiency in the defibration step described below, low cost, and ease of industrial application, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, ammonium salt of phosphoric acid, phosphorous acid, sodium salt of phosphorous acid, potassium salt of phosphorous acid, and ammonium salt of phosphorous acid are preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, or phosphorous acid and sodium phosphite are more preferred.
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted into the amount of phosphorus atoms, the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material (bone dry mass) is preferably 0.5% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to the above upper limit or less, a balance can be achieved between the effect of improving the yield and costs.
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
As described above, the compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives. Examples of the compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution of compound B. Also, from the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound B added relative to the fiber raw material (bone dry mass) is not particularly limited, but is preferably from 1% by mass to 500% by mass, more preferably from 10% by mass to 400% by mass, and even more preferably from 100% by mass to 350% by mass.
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction of a fiber raw material containing cellulose with compound A, in addition to compound B, for example, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, and dimethylacetamide. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Among these, triethylamine in particular is known to act as a good reaction catalyst.
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxo acid group introduction step, it is preferable to add or mix compound A or the like to the fiber raw material, and then heat-treat the fiber raw material. It is preferable to select a temperature for the heat treatment that can efficiently introduce phosphorus oxo acid groups while suppressing thermal decomposition and hydrolysis of the fiber. The heat treatment temperature is preferably, for example, 50°C to 300°C, more preferably 100°C to 250°C, and even more preferably 130°C to 200°C. In addition, for the heat treatment, equipment having various heat media can be used, such as a stirring dryer, a rotary dryer, a disk dryer, a roll-type heater, a plate-type heater, a fluidized bed dryer, a band-type dryer, a filtration dryer, a vibration fluidized dryer, an airflow dryer, a reduced pressure dryer, an infrared heater, a far-infrared heater, a microwave heater, or a high-frequency dryer.
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to this embodiment, for example, a method of adding compound A to a thin sheet-like fiber raw material by a method such as impregnation and then heating the material, or a method of heating the fiber raw material and compound A while kneading or stirring the fiber raw material with a kneader or the like can be adopted. This makes it possible to suppress unevenness in the concentration of compound A in the fiber raw material and introduce phosphorus oxoacid groups more uniformly onto the surface of the cellulose fibers contained in the fiber raw material. This is thought to be due to the fact that when water molecules move to the surface of the fiber raw material as it dries, the dissolved compound A can be prevented from being attracted to the water molecules by surface tension and moving to the surface of the fiber raw material in the same way (i.e., causing unevenness in the concentration of compound A).
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 The heating device used for the heat treatment is preferably one that can constantly discharge, from the system, moisture held by the slurry and moisture generated by the dehydration condensation (phosphate esterification) reaction between compound A and hydroxyl groups contained in cellulose or the like in the fiber raw material. An example of such a heating device is an oven that uses a blowing fan. By constantly discharging moisture from within the system, the hydrolysis reaction of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphate esterification, can be suppressed, and acid hydrolysis of the sugar chains in the fibers can also be suppressed. This makes it possible to obtain fine fibrous cellulose with a high axial ratio.
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。 The heat treatment time is preferably, for example, from 1 second to 300 minutes after the moisture has been substantially removed from the fiber raw material, more preferably from 1 second to 1000 seconds, and even more preferably from 10 seconds to 800 seconds. In this embodiment, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced can be kept within a preferred range by setting the heating temperature and heating time within an appropriate range.
リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。 The phosphorus oxo acid group introduction process needs to be carried out at least once, but can also be repeated two or more times. By carrying out the phosphorus oxo acid group introduction process two or more times, many phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material.
繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。 The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the fiber raw material is preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, and particularly preferably 1.00 mmol/g or more. The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the fiber raw material is preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less. By setting the amount of phosphorus oxoacid groups introduced within the above range, it is possible to easily fine the fiber raw material and increase the stability of the fine fibrous cellulose.
<カルボキシ基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、カルボキシ基導入工程を含んでもよい。カルボキシ基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
<Carboxy Group Introduction Step>
The process for producing fine fibrous cellulose may include, for example, a carboxyl group introduction step as an ionic substituent introduction step. The carboxyl group introduction step is carried out by subjecting a fiber raw material containing cellulose to an oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, or TEMPO oxidation treatment, or treating the raw material with a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof, or an acid anhydride of a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof.
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、特に限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、特に限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。 Examples of compounds having a group derived from a carboxylic acid include, but are not limited to, dicarboxylic acid compounds such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid, and tricarboxylic acid compounds such as citric acid and aconitic acid. Examples of derivatives of compounds having a group derived from a carboxylic acid include, but are not limited to, imidized products of acid anhydrides of compounds having a carboxy group, and derivatives of acid anhydrides of compounds having a carboxy group. Examples of imidized products of acid anhydrides of compounds having a carboxy group include, but are not limited to, imidized products of dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalimide.
カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、特に限定されないが、たとえば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。 The acid anhydrides of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, and itaconic anhydride. In addition, the derivatives of acid anhydrides of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, acid anhydrides of compounds having carboxy groups such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, and diphenylmaleic anhydride in which at least some of the hydrogen atoms are substituted with a substituent such as an alkyl group or a phenyl group.
カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、たとえばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、たとえばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、繊維原料としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、たとえば繊維原料としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。 When TEMPO oxidation treatment is performed in the carboxyl group introduction step, it is preferable to perform the treatment under conditions of pH 6 or more and 8 or less. Such a treatment is also called neutral TEMPO oxidation treatment. Neutral TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding pulp as a fiber raw material, a nitroxy radical such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) as a catalyst, and sodium hypochlorite as a sacrificial reagent to a sodium phosphate buffer solution (pH = 6.8). Furthermore, by allowing sodium chlorite to coexist, aldehydes generated during the oxidation process can be efficiently oxidized to carboxyl groups. In addition, the TEMPO oxidation treatment may be performed under conditions of pH 10 or more and 11 or less. Such a treatment is also called alkaline TEMPO oxidation treatment. Alkaline TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding a nitroxy radical such as TEMPO as a catalyst, sodium bromide as a cocatalyst, and sodium hypochlorite as an oxidizing agent to pulp as a fiber raw material.
繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましく、2.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.00mmol/g以下であることが一層より好ましく、1.50mmol/g以下であることがより一層さらに好ましく、1.00mmol/g以下であることが特に好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシ基の導入量は、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。 The amount of carboxyl groups introduced into the fibrous cellulose varies depending on the type of the substituent. For example, when the carboxyl groups are introduced by TEMPO oxidation, the amount is preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.40 mmol/g or more, and particularly preferably 0.60 mmol/g or more. The amount of carboxyl groups introduced into the fibrous cellulose is preferably 3.65 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less, even more preferably 2.50 mmol/g or less, even more preferably 2.00 mmol/g or less, even more preferably 1.50 mmol/g or less, and particularly preferably 1.00 mmol/g or less. In addition, when the substituent is a carboxymethyl group, the amount of carboxyl groups introduced may be 5.8 mmol/g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. By setting the amount of carboxyl groups introduced within the above range, it is possible to easily refine the fiber raw material and increase the stability of the fibrous cellulose.
<硫酸エステル基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、硫酸エステル基導入工程を含んでもよい。硫酸エステル基導入工程では、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と硫黄オキソ酸が反応することで、硫酸エステル基を有するセルロース繊維(硫酸エステル基導入繊維)を得ることができる。
<Sulfate ester group introduction step>
The process for producing fine fibrous cellulose may include, for example, a sulfate ester group introduction step as an ionic substituent introduction step, in which a hydroxyl group in a fiber raw material containing cellulose reacts with a sulfur oxoacid to obtain a cellulose fiber having a sulfate ester group (sulfate ester group-introduced fiber).
硫酸エステル基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Aに代えて、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、硫酸エステル基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物C」ともいう)を用いる。化合物Cとしては、硫黄原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、硫酸(ホスホン酸)もしくはその塩、亜硫酸もしくはその塩、硫酸アミドなどが挙げられるが特に限定されない。硫酸(ホスホン酸)としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば96%硫酸(濃硫酸)を使用することができる。亜硫酸としては、5%亜硫酸水が挙げられる。硫酸塩又は亜硫酸塩としては、硫酸塩又は亜硫酸塩のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。硫酸アミドとしては、スルファミン酸などを使用することができる。硫酸エステル基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることが好ましい。 In the sulfate ester group introduction step, instead of compound A in the above-mentioned <phosphorus oxo acid group introduction step>, at least one compound (hereinafter also referred to as "compound C") selected from compounds capable of introducing sulfate ester groups by reacting with hydroxyl groups possessed by fiber raw materials containing cellulose is used. Compound C may be any compound that has a sulfur atom and can form an ester bond with cellulose, and examples of the compound include, but are not limited to, sulfuric acid (phosphonic acid) or its salt, sulfurous acid or its salt, and sulfuric acid amide. As the sulfuric acid (phosphonic acid), those of various purities can be used, for example, 96% sulfuric acid (concentrated sulfuric acid). As the sulfurous acid, 5% sulfurous acid water can be used. As the sulfate or sulfite, lithium salt, sodium salt, potassium salt, ammonium salt, and the like of sulfate or sulfite can be used, and these can be neutralized to various degrees. As the sulfuric acid amide, sulfamic acid, etc. can be used. In the sulfate ester group introduction step, it is preferable to use compound B in the above-mentioned <phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner.
硫酸エステル基導入工程においては、セルロース原料に硫黄オキソ酸、並びに、尿素及び/又は尿素誘導体を含む水溶液を混合した後、当該セルロース原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、硫酸エステル基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理温度は、300℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。 In the sulfate ester group introduction process, it is preferable to mix the cellulose raw material with an aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or a urea derivative, and then heat treat the cellulose raw material. It is preferable to select a heat treatment temperature that can efficiently introduce sulfate ester groups while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reactions of the fibers. The heat treatment temperature is preferably 100°C or higher, more preferably 120°C or higher, and even more preferably 150°C or higher. The heat treatment temperature is preferably 300°C or lower, more preferably 250°C or lower, and even more preferably 200°C or lower.
加熱処理工程では、実質的に水分がなくなるまで加熱をすることが好ましい。このため、加熱処理時間は、セルロース原料に含まれる水分量や、硫黄オキソ酸、並びに、尿素及び/又は尿素誘導体を含む水溶液の添加量によって、変動するが、例えば、10秒以上10000秒以下とすることが好ましい。加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the heat treatment step, it is preferable to heat until substantially no moisture is present. For this reason, the heat treatment time varies depending on the amount of moisture contained in the cellulose raw material and the amount of the aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or urea derivative added, but is preferably, for example, 10 seconds to 10,000 seconds. For the heat treatment, equipment having various heat media can be used, such as a stirring dryer, a rotary dryer, a disk dryer, a roll-type heater, a plate-type heater, a fluidized bed dryer, a band-type dryer, a filtration dryer, a vibration fluidized dryer, an airflow dryer, a reduced pressure dryer, an infrared heater, a far-infrared heater, a microwave heater, or a high-frequency dryer.
セルロース原料に対する硫酸エステル基の導入量は、0.50mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、1.00mmol/g以上であることがさらに好ましい。また、セルロース原料に対する硫酸エステル基の導入量は、5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。硫酸エステルの導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。 The amount of sulfate ester groups introduced into the cellulose raw material is preferably 0.50 mmol/g or more, more preferably 0.70 mmol/g or more, and even more preferably 1.00 mmol/g or more. The amount of sulfate ester groups introduced into the cellulose raw material is preferably 5.00 mmol/g or less, and more preferably 3.00 mmol/g or less. By setting the amount of sulfate ester introduced within the above range, it is possible to easily refine the fiber raw material and increase the stability of the fibrous cellulose.
<塩素系酸化剤による酸化工程(第二のカルボキシ基導入工程)>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、塩素系酸化剤による酸化工程を含んでもよい。塩素系酸化剤による酸化工程では、塩素系酸化剤を湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
<Oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent (second carboxyl group introduction step)>
The process for producing fine fibrous cellulose may include an oxidation step with a chlorine-based oxidizing agent as an ionic substituent introduction step. In the oxidation step with a chlorine-based oxidizing agent, the chlorine-based oxidizing agent is added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce a carboxyl group into the fiber raw material.
塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、亜塩素酸、亜塩素酸塩、塩素酸、塩素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、二酸化塩素などが挙げられる。置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から、塩素系酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素であることが好ましい。塩素系酸化剤を添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。 Examples of chlorine-based oxidizing agents include hypochlorous acid, hypochlorites, chlorous acid, chlorites, chloric acid, chlorates, perchloric acid, perchlorates, and chlorine dioxide. From the standpoint of efficiency of introducing substituents, and therefore defibration efficiency, cost, and ease of handling, the chlorine-based oxidizing agent is preferably sodium hypochlorite, sodium chlorite, or chlorine dioxide. When adding a chlorine-based oxidizing agent, it may be added directly to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid), or it may be dissolved in an appropriate solvent and added.
塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤の溶液中濃度は、たとえば有効塩素濃度に換算して、1質量%以上1,000質量%以下であることが好ましく、5質量%以上500質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上100質量%以下であることがさらに好ましい。塩素系酸化剤の繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、10質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、100質量部以上5,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The concentration of the chlorine-based oxidizing agent in the solution in the oxidation step using the chlorine-based oxidizing agent is, for example, preferably 1% by mass or more and 1,000% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 500% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or more and 100% by mass or less, converted into an effective chlorine concentration. The amount of the chlorine-based oxidizing agent added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass or more and 5,000 parts by mass or less.
塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤との反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。反応時のpHは、5以上15以下であることが好ましく、7以上14以下であることがより好ましく、9以上13以下であることがさらに好ましい。また、反応開始時、反応中のpHは塩酸や水酸化ナトリウムを適宜添加しながら一定(たとえば、pH11)を保つことが好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time with the chlorine-based oxidizing agent in the oxidation step using the chlorine-based oxidizing agent may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 20 minutes to 400 minutes. The pH during the reaction is preferably from 5 to 15, more preferably from 7 to 14, and even more preferably from 9 to 13. At the start of the reaction, it is preferable to maintain the pH during the reaction constant (for example, pH 11) by appropriately adding hydrochloric acid or sodium hydroxide. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed and removed by filtration or the like.
<ザンテート基導入工程(キサントゲン酸エステル化工程)>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、ザンテート基導入工程(以下、ザンテート化工程ともいう。)を含んでもよい。ザンテート化工程では、二硫化炭素とアルカリ化合物を、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にザンテート基が導入される。具体的には、二硫化炭素を後述の手法でアルカリセルロース化した繊維原料に対して加え、反応を行う。
<Xanthate group introduction step (xanthogen acid esterification step)>
The manufacturing process of fine fibrous cellulose may include a xanthate group introduction step (hereinafter also referred to as a xanthate formation step) as an ionic substituent introduction step. In the xanthate formation step, carbon disulfide and an alkali compound are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to react with each other, thereby introducing a xanthate group into the fiber raw material. Specifically, carbon disulfide is added to a fiber raw material that has been converted into alkali cellulose by the method described below, and the reaction is carried out.
<<アルカリセルロース化>>
繊維原料へのイオン性置換基導入に際しては、繊維原料が含むセルロースにアルカリ溶液を作用させ、セルロースをアルカリセルロース化することが好ましい。この処理により、セルロースの水酸基の一部がイオン解離し、求核性(反応性)を高めることができる。アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いることが好ましい。アルカリセルロース化は、イオン性置換基の導入と同時に行ってもよいし、その前段として行ってもよいし、両方のタイミングで行ってもよい。
<<Alkaline cellulose>>
When introducing an ionic substituent into a fiber raw material, it is preferable to make the cellulose contained in the fiber raw material into an alkali cellulose by applying an alkali solution to the cellulose. This treatment causes a part of the hydroxyl groups of the cellulose to be ionized, and the nucleophilicity (reactivity) can be increased. The alkali compound contained in the alkali solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. Because of its high versatility, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, or tetrabutylammonium hydroxide. The alkali cellulose may be made into an alkali cellulose simultaneously with the introduction of an ionic substituent, may be made before the introduction, or may be made at both timings.
アルカリセルロース化を始める際の溶液温度は、0℃以上50℃以下であることが好ましく、5℃以上40℃以下であることがより好ましく、10℃以上30℃以下であることがさらに好ましい。 The solution temperature at the start of alkali cellulose conversion is preferably 0°C or higher and 50°C or lower, more preferably 5°C or higher and 40°C or lower, and even more preferably 10°C or higher and 30°C or lower.
アルカリ溶液中のアルカリ濃度としては、モル濃度として0.01mol/L以上4mol/L以下であることが好ましく、0.1mol/L以上3mol/L以下であることがより好ましく、1mol/L以上2.5mol/L以下であることがさらに好ましい。特に、アルカリセルロース化における処理温度が10℃未満である場合は、アルカリ濃度は1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましい。 The alkali concentration in the alkaline solution is preferably 0.01 mol/L or more and 4 mol/L or less, more preferably 0.1 mol/L or more and 3 mol/L or less, and even more preferably 1 mol/L or more and 2.5 mol/L or less. In particular, when the treatment temperature in alkali cellulose formation is less than 10°C, the alkali concentration is preferably 1 mol/L or more and 2 mol/L or less.
アルカリセルロース化の処理時間は、1分間以上であることが好ましく、10分間以上であることがより好ましく、30分間以上であることがさらに好ましい。また、アルカリ処理の時間は、6時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましく、4時間以下であることがさらに好ましい。 The processing time for alkali cellulose formation is preferably 1 minute or more, more preferably 10 minutes or more, and even more preferably 30 minutes or more. The alkali treatment time is preferably 6 hours or less, more preferably 5 hours or less, and even more preferably 4 hours or less.
アルカリ溶液の種類、処理温度、濃度、浸漬時間を上述のように調整することで、セルロースの結晶領域へのアルカリ溶液浸透を抑制でき、セルロースI型の結晶構造が維持されやすくなり、微細繊維状セルロースの収率を高めることができる。 By adjusting the type of alkaline solution, treatment temperature, concentration, and immersion time as described above, it is possible to suppress the penetration of the alkaline solution into the crystalline regions of the cellulose, making it easier to maintain the crystalline structure of cellulose type I, and increasing the yield of fine fibrous cellulose.
イオン性置換基導入とアルカリセルロース化を同時に行わない場合、アルカリセルロース化はイオン性置換基導入の前段で行われことが好ましい。この場合、アルカリセルロース化処理で得られたアルカリセルロースは、遠心分離や、濾別などの一般的な脱液方法により、固液分離し、水分を除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるイオン性置換基導入工程での、反応効率が向上する。固液分離後のセルロース繊維濃度は、5%以上50%以下であることが好ましく、10%以上40%以下であることがより好ましく、15%以上35%以下であることがさらに好ましい。 When the introduction of ionic substituents and the conversion to alkali cellulose are not performed simultaneously, the conversion to alkali cellulose is preferably performed prior to the introduction of ionic substituents. In this case, the alkali cellulose obtained by the conversion to alkali cellulose is preferably subjected to solid-liquid separation and water removal by a general deliquation method such as centrifugation or filtration. This improves the reaction efficiency in the subsequent ionic substituent introduction step. The cellulose fiber concentration after solid-liquid separation is preferably 5% or more and 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less, and even more preferably 15% or more and 35% or less.
<ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)を含んでもよい。ホスホアルキル化工程では、必須成分として、反応性基とホスホ基またはホスフィン基とを有する化合物(化合物EA)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にホスホン基またはホスフィン基が導入される。
<Phosphonic or Phosphine Group Introduction Step (Phosphoalkylation Step)>
The process for producing fine fibrous cellulose may include a phosphonic or phosphine group introduction step (phosphoalkylation step) as an ionic substituent introduction step. In the phosphoalkylation step, a compound having a reactive group and a phosphonic or phosphine group (compound E A ) as an essential component, an alkali compound as an optional component, and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to carry out a reaction, thereby introducing a phosphonic or phosphine group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物EAとしては、たとえばビニルホスホン酸、フェニルビニルホスホン酸、フェニルビニルホスフィン酸等が挙げられる。置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EAはビニルホスホン酸であることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of the compound E A include vinylphosphonic acid, phenylvinylphosphonic acid, phenylvinylphosphinic acid, etc. From the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling, it is preferable that the compound E A is vinylphosphonic acid.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.
化合物EAを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E A is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or converted into alkali cellulose simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物EAの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E A added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 20 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration, etc.
<スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)を含んでもよい。スルホアルキル化では、必須成分として、反応性基とスルホン基とを有する化合物(化合物EB)と、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にスルホン基が導入される。
<Sulfone group introduction step (sulfoalkylation step)>
The process for producing fine fibrous cellulose may include a sulfone group introduction step (sulfoalkylation step) as an ionic substituent introduction step. In the sulfoalkylation, a compound (compound E B ) having a reactive group and a sulfone group as an essential component, and an optional component, an alkali compound, and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives, are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to carry out a reaction, thereby introducing a sulfone group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物EBとしては、2-クロロエタンスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、p-スチレンスルホン酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。中でも、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EBはビニルスルホン酸ナトリウムであることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of compound E B include sodium 2-chloroethanesulfonate, sodium vinylsulfonate, sodium p-styrenesulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, etc. Among these, from the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling, it is preferable that compound E B is sodium vinylsulfonate.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.
化合物EBを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E B is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物EBの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E B added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、15分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 15 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water by filtration or the like.
<カルボキシアルキル化工程(第三のカルボキシ基導入工程)>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、カルボキシアルキル化工程を含んでもよい。必須成分として、反応性基とカルボキシ基とを有する化合物(化合物EC)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
<Carboxyalkylation step (third carboxy group introduction step)>
The process for producing fine fibrous cellulose may include a carboxyalkylation step as an ionic substituent introduction step. A compound having a reactive group and a carboxy group (compound E C ) as an essential component, an alkali compound as an optional component, and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce a carboxy group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物ECとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点からモノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、2-クロロプロピオン酸、3-クロロプロピオン酸、2-クロロプロピオン酸ナトリウム、3-クロロプロピオン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
As the compound E C , monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, 2-chloropropionic acid, 3-chloropropionic acid, sodium 2-chloropropionate, and sodium 3-chloropropionate are preferred from the standpoints of the efficiency of introducing substituents, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.
化合物ECを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E C is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物ECの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E C added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、3分間以上500分間以下であることがより好ましく、5分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 3 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 5 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration, etc.
<カチオン性基導入工程(カチオン化工程)>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、カチオン性基導入工程を含んでもよい。必須成分として、反応性基とカチオン性基とを有する化合物(化合物ED)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカチオン性基が導入される。
<Cationic group introduction step (cationization step)>
The process for producing fine fibrous cellulose may include a cationic group introduction step as an ionic substituent introduction step. A compound having a reactive group and a cationic group (compound E D ) as an essential component, and an alkali compound and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives as optional components are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce the cationic group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
カチオン性基としては、アンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性基はアンモニウム基であることが好ましい。
化合物EDとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から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メチルアンモニウムクロリド等が好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましい。添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of the cationic group include an ammonium group, a phosphonium group, a sulfonium group, etc. Among these, the cationic group is preferably an ammonium group.
As the compound E D , glycidyl trimethyl ammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride, etc. are preferred from the viewpoints of the efficiency of introducing the substituent, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use the compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner. The amount of addition is also preferably as described above.
化合物EDを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E D is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物EDの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E D added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 20 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration, etc.
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてイオン性置換基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりイオン性置換基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<Cleaning process>
In the method for producing fine fibrous cellulose in this embodiment, a washing step can be carried out on the ionic substituent-introduced fiber as necessary. The washing step is carried out, for example, by washing the ionic substituent-introduced fiber with water or an organic solvent. The washing step may be carried out after each step described below, and the number of washing steps carried out in each washing step is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、イオン性置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkaline treatment step>
When producing fine fibrous cellulose, an alkali treatment may be carried out on the fiber raw material between the step of introducing an ionic substituent and the step of defibrating the fiber, which will be described later. The method of the alkali treatment is not particularly limited, but may be, for example, a method of immersing the fiber having an ionic substituent introduced therein in an alkali solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of its high versatility. The solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent including water or a polar organic solvent such as alcohol, and more preferably an aqueous solvent including at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is preferable because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるイオン性置換基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばイオン性置換基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5°C to 80°C, and more preferably from 10°C to 60°C. The immersion time of the ionic substituent-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5 minutes to 30 minutes, and more preferably from 10 minutes to 20 minutes. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but is preferably from 100% by mass to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% by mass to 10,000% by mass, based on the absolute dry mass of the ionic substituent-introduced fiber.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、イオン性置換基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性置換基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったイオン性置換基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkaline solution used in the alkaline treatment step, the ionic substituent-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the ionic substituent-introducing step and before the alkaline treatment step. From the viewpoint of improving handleability, it is preferable to wash the alkaline-treated ionic substituent-introduced fiber with water or an organic solvent after the alkaline treatment step and before the defibration treatment step.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。例えば、イオン性置換基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment step>
When producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be subjected to an acid treatment between the step of introducing an ionic substituent and the defibration treatment step described later. For example, the step of introducing an ionic substituent, the acid treatment, the alkali treatment, and the defibration treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。 The method of acid treatment is not particularly limited, but for example, a method of immersing the fiber raw material in an acidic solution containing an acid can be mentioned. The concentration of the acidic solution used is not particularly limited, but for example, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic solution used is not particularly limited, but for example, it is preferably 0 to 4, more preferably 1 to 3. The acid contained in the acidic solution can be, for example, an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid, etc. Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid, etc. Examples of sulfonic acids include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, etc. Examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, etc. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 5°C to 100°C, and more preferably from 20°C to 90°C. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 5 minutes to 120 minutes, and more preferably from 10 minutes to 60 minutes. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 100% to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% to 10,000% by mass, based on the absolute dry mass of the fiber raw material.
<解繊処理>
イオン性置換基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、微細繊維状セルロースが得られる。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Defibrillation treatment>
The ionic substituent-introduced fibers are defibrated in a defibration process to obtain fine fibrous cellulose. In the defibration process, for example, a defibration treatment device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, and for example, a high-speed defibrator, a grinder (stone mill type grinder), a high-pressure homogenizer, an ultra-high-pressure homogenizer, a high-pressure collision type grinder, a ball mill, a bead mill, a disk type refiner, a conical refiner, a biaxial kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater can be used. Among the above defibration treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, or an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and have less risk of contamination.
解繊処理工程においては、たとえばイオン性置換基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the fiber defibration process, for example, it is preferable to dilute the ionic substituent-introduced fiber with a dispersion medium to make it into a slurry state. As the dispersion medium, one or more types selected from water and organic solvents such as polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but for example, alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents, etc. are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutyl alcohol, etc. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, etc. Examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone (MEK), etc. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether, etc. Examples of esters include ethyl acetate, butyl acetate, etc. Aprotic polar solvents include dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), etc.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、イオン性置換基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのイオン性置換基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solids concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration process can be set as appropriate. In addition, the slurry obtained by dispersing the ionic substituent-introduced fibers in a dispersion medium may contain solids other than the ionic substituent-introduced fibers, such as urea with hydrogen bonding properties.
(光学部材用積層体の製造方法)
本発明は、下記(a)又は(b)のいずれかの工程を含む光学部材用積層体の製造方法に関するものでもある。
(a)繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層を形成する工程の後に、繊維層上に樹脂組成物を塗工する工程。
(b)樹脂層を形成する工程の後に、樹脂層上に繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を塗工する工程。
(Method for producing laminate for optical member)
The present invention also relates to a method for producing a laminate for an optical member, the method comprising either the following step (a) or (b):
(a) A step of forming a fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, followed by applying a resin composition onto the fiber layer.
(b) A step of applying a fine fibrous cellulose dispersion containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less onto the resin layer after the step of forming the resin layer.
なお、上記(a)及び(b)の工程においては、樹脂層を形成する樹脂組成物中に密着助剤が含まれていてもよい。例えば、上記(a)の工程においては、密着助剤はイソシアネート化合物及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましく、イソシアネート化合物であることがより好ましい。また、上記(b)の工程においては、密着助剤はイソシアネート化合物及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましく、有機ケイ素化合物であることがより好ましい。 In the above steps (a) and (b), an adhesion aid may be included in the resin composition forming the resin layer. For example, in the above step (a), the adhesion aid is preferably at least one selected from an isocyanate compound and an organosilicon compound, and more preferably an isocyanate compound. In the above step (b), the adhesion aid is preferably at least one selected from an isocyanate compound and an organosilicon compound, and more preferably an organosilicon compound.
上記(a)の工程は、微細繊維状セルロースを含む繊維層(以下、微細繊維状セルロース含有シートともいう)を形成する工程を含む。微細繊維状セルロース含有シートの製造工程は、微細繊維状セルロース分散液(微細繊維状セルロース含有スラリー)を基材上に塗工する工程又は、微細繊維状セルロース分散液を抄紙する工程を含む。中でも、微細繊維状セルロース含有シートの製造工程は微細繊維状セルロース分散液を基材上に塗工する工程を含むことが好ましい。 The above step (a) includes a step of forming a fiber layer containing fine fibrous cellulose (hereinafter also referred to as a fine fibrous cellulose-containing sheet). The manufacturing process of the fine fibrous cellulose-containing sheet includes a step of applying a fine fibrous cellulose dispersion (a fine fibrous cellulose-containing slurry) onto a substrate, or a step of making paper from the fine fibrous cellulose dispersion. In particular, the manufacturing process of the fine fibrous cellulose-containing sheet preferably includes a step of applying a fine fibrous cellulose dispersion onto a substrate.
<塗工工程>
塗工工程は、微細繊維状セルロース分散液を基材上に塗工し、これを乾燥して形成された微細繊維状セルロース含有シートを基材から剥離することにより、シートを得る工程である。塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。塗工する微細繊維状セルロース分散液の濃度は特に限定されないが、0.05質量%以上5質量%以下が好ましい。
<Coating process>
The coating process is a process in which a fine fibrous cellulose dispersion is coated on a substrate, the substrate is dried, and the resulting fine fibrous cellulose-containing sheet is peeled off from the substrate to obtain a sheet. By using a coating device and a long substrate, the sheet can be produced continuously. The concentration of the fine fibrous cellulose dispersion to be coated is not particularly limited, but is preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less.
塗工工程で用いる基材の質は、特に限定されないが、微細繊維状セルロース分散液に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂板または金属板が好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛版、銅版、鉄板等の金属板および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を用いることができる。 The quality of the substrate used in the coating process is not particularly limited, but a substrate with high wettability with respect to the fine fibrous cellulose dispersion liquid is better in that it can suppress the shrinkage of the sheet during drying, but it is preferable to select a substrate from which the sheet formed after drying can be easily peeled off. Among these, a resin plate or a metal plate is preferable, but there is no particular limit. For example, resin plates such as acrylic plates, polyethylene terephthalate plates, polyvinyl chloride plates, polystyrene plates, polyvinylidene chloride plates, etc., metal plates such as aluminum plates, zinc plates, copper plates, iron plates, etc., and those with their surfaces oxidized, stainless steel plates, brass plates, etc. can be used.
塗工工程において、微細繊維状セルロース分散液の粘度が低く、基材上で展開してしまう場合、所定の厚み、坪量の微細繊維状セルロース含有シートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠の質は特に限定されないが、乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂板または金属板を成形したものが好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛版、銅版、鉄板等の金属板および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したもの用いることができる。 In the coating process, if the viscosity of the fine fibrous cellulose dispersion is low and it spreads on the substrate, a blocking frame may be fixed on the substrate to obtain a fine fibrous cellulose-containing sheet of a specified thickness and basis weight. The quality of the blocking frame is not particularly limited, but it is preferable to select one that allows the edge of the sheet to be easily peeled off after drying. Among them, molded resin plates or metal plates are preferable, but are not particularly limited. For example, resin plates such as acrylic plates, polyethylene terephthalate plates, polyvinyl chloride plates, polystyrene plates, and polyvinylidene chloride plates, metal plates such as aluminum plates, zinc plates, copper plates, and iron plates, and metal plates with their surfaces oxidized, stainless steel plates, brass plates, etc. can be used.
微細繊維状セルロース分散液を塗工する塗工機としては、例えば、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。厚みをより均一にできることから、バーコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが好ましい。 As a coating machine for applying the fine fibrous cellulose dispersion, for example, a bar coater, roll coater, gravure coater, die coater, curtain coater, air doctor coater, etc. can be used. Bar coaters, die coaters, curtain coaters, and spray coaters are preferred because they can achieve a more uniform thickness.
塗工温度は特に限定されないが、20℃以上45℃以下であることが好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、微細繊維状セルロース分散液を容易に塗工でき、上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The coating temperature is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher and 45°C or lower. If the coating temperature is equal to or higher than the lower limit, the fine fibrous cellulose dispersion can be easily coated, and if the coating temperature is equal to or lower than the upper limit, evaporation of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が10g/m2以上100g/m2以下になるように微細繊維状セルロース分散液を塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れた繊維層が得られる。 In the coating step, it is preferable to coat the fine fibrous cellulose dispersion so that the finished sheet has a basis weight of 10 g/ m2 or more and 100 g/m2 or less . By coating so that the basis weight is within the above range, a fiber layer having excellent strength can be obtained.
微細繊維状セルロース含有シートの製造工程は、基材上に塗工した微細繊維状セルロース分散液を乾燥させる工程を含むことが好ましい。乾燥方法としては、特に限定されないが、非接触の乾燥方法でも、シートを拘束しながら乾燥する方法の何れでもよく、これらを組み合わせてもよい。 The manufacturing process of the fine fibrous cellulose-containing sheet preferably includes a step of drying the fine fibrous cellulose dispersion applied to the substrate. The drying method is not particularly limited, but may be either a non-contact drying method or a method in which the sheet is dried while being restrained, or a combination of these methods.
非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、熱風、赤外線、遠赤外線または近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができるが、特に限定されない。加熱乾燥法における加熱温度は特に限定されないが、20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができ、上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制及び微細繊維状セルロースが熱によって変色することを抑制できる。 As a non-contact drying method, there is no particular limitation, but a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far-infrared rays or near-infrared rays (heat drying method) and a method of drying by vacuum (vacuum drying method) can be applied. Although the heat drying method and the vacuum drying method can be combined, the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far-infrared rays or near-infrared rays can be performed using an infrared device, a far-infrared device or a near-infrared device, but there is no particular limitation. The heating temperature in the heat drying method is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher and 150°C or lower, and more preferably 25°C or higher and 105°C or lower. If the heating temperature is set to the lower limit value or higher, the dispersion medium can be quickly volatilized, and if the heating temperature is set to the upper limit value or lower, the cost required for heating can be suppressed and discoloration of the fine fibrous cellulose due to heat can be suppressed.
乾燥後に、得られた微細繊維状セルロース含有シートを基材から剥離するが、基材がシートの場合には、微細繊維状セルロース含有シートと基材とを積層したまま巻き取って、微細繊維状セルロース含有シートの使用直前に微細繊維状セルロース含有シートを工程基材から剥離してもよい。 After drying, the resulting fine fibrous cellulose-containing sheet is peeled off from the substrate. If the substrate is a sheet, the fine fibrous cellulose-containing sheet and the substrate may be rolled up while still stacked, and the fine fibrous cellulose-containing sheet may be peeled off from the substrate immediately before use.
<抄紙工程>
微細繊維状セルロース含有シートの製造工程は、微細繊維状セルロース分散液を抄紙する工程を含んでもよい。抄紙工程で抄紙機としては、長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、これらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等公知の抄紙を行ってもよい。
<Paper making process>
The manufacturing process of the fine fibrous cellulose-containing sheet may include a process of making a paper from the fine fibrous cellulose dispersion. Examples of the papermaking machine in the papermaking process include continuous papermaking machines such as Fourdrinier, cylinder, and tilting machines, and multi-layer papermaking machines that combine these machines. In the papermaking process, known papermaking methods such as handmaking may be used.
抄紙工程では、微細繊維状セルロース分散液をワイヤー上で濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、プレス、乾燥することでシートを得る。微細繊維状セルロース分散液の濃度は特に限定されないが、0.05質量%以上5質量%以下が好ましい。微細繊維状セルロース分散液を濾過、脱水する場合、濾過時の濾布としては特に限定されないが、微細繊維状セルロースは通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないことが重要である。このような濾布としては特に限定されないが、有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。具体的には孔径0.1μm以上20μm以下、例えば1μmのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1μm以上20μm以下、例えば1μmのポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられるが、特に限定されない。 In the papermaking process, the fine fibrous cellulose dispersion is filtered and dehydrated on a wire to obtain a wet sheet, which is then pressed and dried to obtain a sheet. The concentration of the fine fibrous cellulose dispersion is not particularly limited, but is preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less. When the fine fibrous cellulose dispersion is filtered and dehydrated, the filter cloth used during filtration is not particularly limited, but it is important that the fine fibrous cellulose does not pass through and that the filtration speed does not become too slow. Such filter cloth is not particularly limited, but is preferably a sheet, fabric, or porous membrane made of an organic polymer. The organic polymer is not particularly limited, but is preferably a non-cellulose organic polymer such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), etc. Specific examples include, but are not limited to, a polytetrafluoroethylene porous membrane with a pore size of 0.1 μm to 20 μm, for example, 1 μm, polyethylene terephthalate or polyethylene woven fabric with a pore size of 0.1 μm to 20 μm, for example, 1 μm.
微細繊維状セルロース分散液からシートを製造する方法としては、特に限定されないが、例えばWO2011/013567に記載の製造装置を用いる方法等が挙げられる。この製造装置は、微細繊維状セルロース分散液を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された微細繊維状セルロース分散液から分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させて繊維シートを生成する乾燥セクションとを備えている。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 Methods for producing a sheet from a fine fibrous cellulose dispersion include, but are not limited to, a method using a production apparatus described in WO2011/013567. This production apparatus includes a water squeezing section that discharges the fine fibrous cellulose dispersion onto the top surface of an endless belt and squeezes the dispersion medium out of the discharged fine fibrous cellulose dispersion to produce a web, and a drying section that dries the web to produce a fiber sheet. An endless belt is disposed between the water squeezing section and the drying section, and the web produced in the water squeezing section is transported to the drying section while still placed on the endless belt.
本発明において使用できる脱水方法としては特に限定されないが、紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられ、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、ロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、乾燥方法としては特に限定されないが、紙の製造で用いられている方法が挙げられ、例えば、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどの方法が好ましい。 The dehydration method that can be used in the present invention is not particularly limited, but includes dehydration methods that are commonly used in paper manufacturing, and a method in which dehydration is performed using a fourdrinier, cylinder, or inclined wire, followed by dehydration using a roll press, is preferred. In addition, the drying method is not particularly limited, but includes methods that are used in paper manufacturing, and for example, methods such as a cylinder dryer, Yankee dryer, hot air drying, near-infrared heater, and infrared heater are preferred.
上記(a)の工程は、繊維層を形成する工程の後に、密着助剤を含有する樹脂組成物を塗工する工程を含む。樹脂組成物は、樹脂を含有するものであればよく、さらに密着助剤や溶剤を含有するものであることが好ましい。樹脂組成物を塗工する塗工機としては、例えば、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。 The above step (a) includes a step of applying a resin composition containing an adhesion aid after the step of forming a fiber layer. The resin composition may contain a resin, and preferably further contains an adhesion aid and a solvent. Examples of the coater that can be used to apply the resin composition include a bar coater, a roll coater, a gravure coater, a die coater, a curtain coater, and an air doctor coater.
塗工後は樹脂を硬化させる工程を設けることが好ましい。硬化工程では、20℃以上150℃以下なるように加熱することが好ましい。 After coating, it is preferable to provide a process for curing the resin. In the curing process, it is preferable to heat the resin to a temperature of 20°C or higher and 150°C or lower.
上記(b)の工程は、まず樹脂層を形成する工程を含む。樹脂層を形成する工程は、樹脂を含む樹脂組成物から樹脂層を形成することが好ましい。この場合、樹脂組成物には密着助剤が含まれることが好ましい。また、樹脂組成物から樹脂層を形成した後に、樹脂層の少なくとも一方の面に密着助剤希釈溶液を塗工もしくは噴霧してもよい。密着助剤希釈溶液を付与する工程においては、樹脂層を密着助剤希釈溶液に含浸させてもよい。樹脂層を密着助剤希釈溶液に含浸させる場合は、密着助剤希釈溶液の濃度は0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましい。また、密着助剤希釈溶液の濃度は20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。密着助剤希釈溶液の濃度を上記範囲内とすることにより、繊維層と樹脂層の密着性をより効果的に高めることができる。 The above step (b) includes a step of forming a resin layer first. In the step of forming the resin layer, it is preferable to form the resin layer from a resin composition containing a resin. In this case, it is preferable that the resin composition contains an adhesion aid. In addition, after forming the resin layer from the resin composition, a diluted adhesion aid solution may be applied or sprayed onto at least one surface of the resin layer. In the step of applying the diluted adhesion aid solution, the resin layer may be impregnated with the diluted adhesion aid solution. When the resin layer is impregnated with the diluted adhesion aid solution, the concentration of the diluted adhesion aid solution is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.2% by mass or more. In addition, the concentration of the diluted adhesion aid solution is preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. By setting the concentration of the diluted adhesion aid solution within the above range, the adhesion between the fiber layer and the resin layer can be more effectively increased.
上記(b)の工程では、樹脂層を形成する工程の後に、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(微細繊維状セルロース含有スラリー)を塗工する工程を含む。上記(b)の工程で形成された繊維層は塗工層である。この場合、微細繊維状セルロース分散液の固形分濃度は0.05質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましい。また、微細繊維状セルロース分散液の固形分濃度は10質量%以下であることが好ましい。 The above step (b) includes, after the step of forming a resin layer, a step of applying a fine fibrous cellulose dispersion (fine fibrous cellulose-containing slurry) containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less. The fiber layer formed in the above step (b) is a coating layer. In this case, the solid content concentration of the fine fibrous cellulose dispersion is preferably 0.05% by mass or more, and more preferably 0.1% by mass or more. In addition, the solid content concentration of the fine fibrous cellulose dispersion is preferably 10% by mass or less.
微細繊維状セルロース分散液には、含酸素有機化合物が含有されていることが好ましい。含酸素有機化合物の含有量は、微細繊維状セルロース分散液に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、1質量部以上40質量部以下であることが好ましく、10質量部以上30質量部以下であることがより好ましく、15質量部以上25質量部以下であることがより好ましい。 The fine fibrous cellulose dispersion preferably contains an oxygen-containing organic compound. The content of the oxygen-containing organic compound is preferably 1 part by mass or more and 40 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, and even more preferably 15 parts by mass or more and 25 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose contained in the fine fibrous cellulose dispersion.
微細繊維状セルロース分散液を塗工する工程において、微細繊維状セルロース分散液の粘度が低く樹脂層上で意図せず展開してしまう場合は、所定の厚み、坪量の繊維層を得るため、樹脂層上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠の質は特に限定されないが、乾燥後に付着する繊維層の端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂板または金属板を成形したものが好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛版、銅版、鉄板等の金属板および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したもの用いることができる。 In the process of applying the fine fibrous cellulose dispersion, if the viscosity of the fine fibrous cellulose dispersion is low and it spreads unintentionally on the resin layer, a blocking frame may be fixed on the resin layer to obtain a fiber layer of a specified thickness and basis weight. The quality of the blocking frame is not particularly limited, but it is preferable to select one that allows the end of the fiber layer to be easily peeled off after drying. Among them, molded resin plates or metal plates are preferable, but are not particularly limited. For example, resin plates such as acrylic plates, polyethylene terephthalate plates, polyvinyl chloride plates, polystyrene plates, and polyvinylidene chloride plates, metal plates such as aluminum plates, zinc plates, copper plates, and iron plates, and their surfaces may be oxidized, and molded stainless steel plates, brass plates, etc. may be used.
微細繊維状セルロース分散液を塗工する塗工機としては、例えば、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。厚みをより均一にできることから、バーコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが好ましい。 As a coating machine for applying the fine fibrous cellulose dispersion, for example, a bar coater, roll coater, gravure coater, die coater, curtain coater, air doctor coater, etc. can be used. Bar coaters, die coaters, curtain coaters, and spray coaters are preferred because they can achieve a more uniform thickness.
塗工温度は特に限定されないが、20℃以上45℃以下であることが好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、微細繊維状セルロース分散液を容易に塗工でき、上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The coating temperature is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher and 45°C or lower. If the coating temperature is equal to or higher than the lower limit, the fine fibrous cellulose dispersion can be easily coated, and if the coating temperature is equal to or lower than the upper limit, evaporation of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程においては、繊維層の仕上がり坪量が10g/m2以上100g/m2以下になるように微細繊維状セルロース分散液を塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れた繊維層が得られる。 In the coating step, it is preferable to coat the fine fibrous cellulose dispersion so that the finished basis weight of the fiber layer is 10 g/ m2 or more and 100 g/m2 or less . By coating so that the basis weight is within the above range, a fiber layer having excellent strength can be obtained.
繊維層の製造工程では、樹脂層上に塗工した微細繊維状セルロース分散液を乾燥させる工程を含むことが好ましい。乾燥方法としては、特に限定されないが、非接触の乾燥方法でも、繊維層を拘束しながら乾燥する方法の何れでもよく、これらを組み合わせてもよい。 The manufacturing process of the fiber layer preferably includes a step of drying the fine fibrous cellulose dispersion applied onto the resin layer. The drying method is not particularly limited, but may be either a non-contact drying method or a method of drying while restraining the fiber layer, or a combination of these.
非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、熱風、赤外線、遠赤外線または近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができるが、特に限定されない。加熱乾燥法における加熱温度は特に限定されないが、20℃以上120℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができ、上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制及び微細繊維状セルロースが熱によって変色することを抑制できる。 As a non-contact drying method, there is no particular limitation, but a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far-infrared rays or near-infrared rays (heat drying method) and a method of drying by vacuum (vacuum drying method) can be applied. Although the heat drying method and the vacuum drying method can be combined, the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far-infrared rays or near-infrared rays can be performed using an infrared device, a far-infrared device or a near-infrared device, but there is no particular limitation. The heating temperature in the heat drying method is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher and 120°C or lower, and more preferably 25°C or higher and 105°C or lower. If the heating temperature is set to the lower limit value or higher, the dispersion medium can be quickly volatilized, and if the heating temperature is set to the upper limit value or lower, the cost required for heating can be suppressed and discoloration of the fine fibrous cellulose due to heat can be suppressed.
上記(b)の工程では、樹脂層の少なくとも一方の面に表面処理を施してもよい。表面処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ放電処理、UV照射処理、電子線照射処理、火炎処理等を施すことができる。
また、上記(b)の工程では、微細凹凸構造を形成する工程を含んでもよい。微細凹凸構造を形成する工程としては、ブラスト加工処理、エンボス加工処理、エッチング処理、コロナ処理、プラズマ放電処理等を挙げるこことができる。
In the above step (b), at least one surface of the resin layer may be subjected to a surface treatment such as a corona treatment, a plasma discharge treatment, a UV irradiation treatment, an electron beam irradiation treatment, or a flame treatment.
The step (b) may include a step of forming a fine uneven structure. Examples of the step of forming a fine uneven structure include a blasting treatment, an embossing treatment, an etching treatment, a corona treatment, and a plasma discharge treatment.
光学部材用積層体の製造方法としては、上述した方法以外に、繊維層上に樹脂層を載置して熱プレスする方法も挙げられる。また、射出成形用の金型内に繊維層を設置して、当該金型内に加熱されて溶融した樹脂を射出して、繊維層に樹脂層を接合させる方法も挙げられる。 In addition to the above-mentioned methods, examples of methods for manufacturing laminates for optical components include a method in which a resin layer is placed on a fiber layer and then heat-pressed. Another example is a method in which a fiber layer is placed in a mold for injection molding, and heated, molten resin is injected into the mold to bond the resin layer to the fiber layer.
(他の層を有する光学部材用積層体)
本発明の光学部材用積層体は、さらに無機膜(以下、無機層ともいう)を有していてもよい。無機層は、繊維層側に積層されてもよく、樹脂層側に積層されてもよい。また、無機層は、光学部材用積層体の両側に積層されてもよい。
(Laminate for optical member having other layers)
The laminate for optical members of the present invention may further include an inorganic film (hereinafter, also referred to as an inorganic layer). The inorganic layer may be laminated on the fiber layer side or on the resin layer side. In addition, the inorganic layer may be laminated on both sides of the laminate for optical members.
無機層を構成する物質としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、錫、ニッケル、チタン;これらの酸化物、炭化物、窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、もしくは酸化炭化窒化物;またはこれらの混合物が挙げられる。高い防湿性が安定に維持できるとの観点からは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、またはこれらの混合物が好ましい。 The material constituting the inorganic layer is not particularly limited, but examples thereof include aluminum, silicon, magnesium, zinc, tin, nickel, and titanium; their oxides, carbides, nitrides, oxycarbides, oxynitrides, and oxycarbonitrides; and mixtures thereof. From the viewpoint of stably maintaining high moisture resistance, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxide carbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxide carbide, aluminum oxynitride, and mixtures thereof are preferred.
無機層の形成方法は、特に限定されない。一般に、薄膜を形成する方法は大別して、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)と物理成膜法(Physical Vapor Deposition、PVD)とがあるが、いずれの方法を採用してもよい。CVD法としては、具体的には、プラズマを利用したプラズマCVD、加熱触媒体を用いて材料ガスを接触熱分解する触媒化学気相成長法(Cat-CVD)等が挙げられる。PVD法としては、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられる。 The method for forming the inorganic layer is not particularly limited. Generally, methods for forming thin films can be broadly divided into chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD), and either method may be used. Specific examples of CVD methods include plasma CVD, which uses plasma, and catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD), which uses a heated catalyst to catalytically decompose a material gas. Specific examples of PVD methods include vacuum deposition, ion plating, and sputtering.
また、無機層の形成方法としては、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition、ALD)を採用することもできる。ALD法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを、層を形成する面に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する方法である。成膜速度が遅いという欠点はあるが、プラズマCVD法以上に、複雑な形状の面でもきれいに覆うことができ、欠陥の少ない薄膜を成膜することが可能であるという利点がある。また、ALD法には、膜厚をナノオーダーで制御することができ、広い面を覆うことが比較的容易である等の利点がある。さらにALD法は、プラズマを用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化、未反応ガスの減少が期待できる。 Atomic Layer Deposition (ALD) can also be used as a method for forming an inorganic layer. The ALD method is a method for forming a thin film in atomic layers by alternately supplying the raw material gases of each element that constitutes the film to be formed to the surface on which the layer is to be formed. Although it has the disadvantage of a slow film formation speed, it has the advantage of being able to form a thin film with fewer defects and to cover even surfaces with complex shapes more neatly than the plasma CVD method. The ALD method also has the advantage that the film thickness can be controlled to the nano order, and it is relatively easy to cover a large surface. Furthermore, the ALD method is expected to improve the reaction rate, achieve low-temperature processing, and reduce unreacted gas by using plasma.
無機層の厚みは、特に限定されないが、例えば、防湿性能の発現を目的とする場合は、5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましく、20nm以上であることがさらに好ましい。無機層の厚みは、透明性、フレキシブル性の観点からは、1000nm以下であることが好ましく、800nm以下であることがより好ましく、600nm以下であることがさらに好ましい。 The thickness of the inorganic layer is not particularly limited, but for example, when the objective is to exhibit moisture-proof performance, it is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and even more preferably 20 nm or more. From the viewpoints of transparency and flexibility, the thickness of the inorganic layer is preferably 1000 nm or less, more preferably 800 nm or less, and even more preferably 600 nm or less.
本発明の光学部材用積層体は、他の樹脂層をさらに有していてもよい。これにより、光学部材用積層体の強度をより効果的に向上させることができる。他の樹脂層は、上述した樹脂層の一方の面上であって、繊維層側の面とは反対側の面上に設けることができる。なお、他の樹脂層と、上述した樹脂層は異種の層である。これにより、光学部材用積層体全体における層間密着性を向上させつつ、光学部材用積層体の強度を向上することができる。 The optical component laminate of the present invention may further have another resin layer. This can more effectively improve the strength of the optical component laminate. The other resin layer can be provided on one side of the above-mentioned resin layer, on the side opposite to the side on the fiber layer side. The other resin layer and the above-mentioned resin layer are different types of layers. This can improve the interlayer adhesion in the entire optical component laminate while improving the strength of the optical component laminate.
(用途)
本発明の光学部材用積層体は、高い透明性を有することから、各種光学部材用として好ましく用いられる。さらに、この光学部材用積層体を光学部材に組み込むことで、優れた耐衝撃性を付与することができる。光学部材としては、例えば、レンズ、ディスプレイ、偏光板、視野角補正フィルム、位相差フィルム、タッチパネル、フォースセンサー、バックシート、カバー又は筐体等を挙げることができる。
(Application)
The laminate for optical members of the present invention has high transparency, and is therefore preferably used for various optical members. Furthermore, by incorporating the laminate for optical members into an optical member, it is possible to impart excellent impact resistance. Examples of optical members include lenses, displays, polarizing plates, viewing angle correction films, retardation films, touch panels, force sensors, backsheets, covers, or housings.
(光学部材)
本発明は、上述した光学部材用積層体を備える光学部材に関する。すなわち、本発明は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する積層体を備える光学部材に関するものでもある。ここで、光学部材を構成する積層体の好ましい態様は、上述した光学部材用積層体における好ましい態様と同様である。
(Optical components)
The present invention relates to an optical component comprising the above-mentioned laminate for optical components. That is, the present invention also relates to an optical component comprising a laminate having at least one fiber layer containing fibrous cellulose with a fiber width of 1000 nm or less and a resin layer in contact with one side of the fiber layer. Here, the preferred embodiment of the laminate constituting the optical component is the same as the preferred embodiment of the above-mentioned laminate for optical components.
光学部材を構成する際には、上述した光学部材用積層体にさらに他の層を積層してもよい。例えば、光学部材用積層体の樹脂層/繊維層/樹脂層の構成において、樹脂層における繊維層が接していない面側に他の層を積層して光学部材を構成してもよい。他の層としては、例えば、ポリカーボネートフィルムやシクロオレフィンポリマーフィルム、ポリイミドフィルム等を挙げることができる。 When constructing an optical component, other layers may be laminated on the above-mentioned laminate for optical components. For example, in the resin layer/fiber layer/resin layer configuration of the laminate for optical components, the optical component may be constructed by laminating other layers on the side of the resin layer that is not in contact with the fiber layer. Examples of other layers include a polycarbonate film, a cycloolefin polymer film, and a polyimide film.
(レンズ)
本発明は、上述した光学部材用積層体を備えるレンズに関する。すなわち、本発明は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する積層体を備えるレンズに関するものでもある。ここで、レンズを構成する積層体の好ましい態様は、上述した光学部材用積層体における好ましい態様と同様である。
(lens)
The present invention relates to a lens having the above-mentioned laminate for optical components. That is, the present invention also relates to a lens having a laminate having at least one fiber layer containing fibrous cellulose with a fiber width of 1000 nm or less and a resin layer in contact with one surface of the fiber layer. Here, the preferred embodiment of the laminate constituting the lens is the same as the preferred embodiment of the above-mentioned laminate for optical components.
本実施形態におけるレンズは、上述した光学部材用積層体を備えるものであるため、優れた耐衝撃性を有している。また、本実施形態におけるレンズは、高い透明性を有しており、視認性にも優れている。 The lens in this embodiment has excellent impact resistance because it is provided with the laminate for optical components described above. In addition, the lens in this embodiment has high transparency and excellent visibility.
レンズのヘーズは、5%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.5%以下がさらに好ましい。ここで、レンズのヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて測定される値である。なお、レンズのヘーズが上記範囲内であれば、レンズの視認性が良好であると評価できる。 The haze of the lens is preferably 5% or less, more preferably 1% or less, and even more preferably 0.5% or less. Here, the haze of the lens is a value measured in accordance with JIS K 7136:2000 using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory). If the haze of the lens is within the above range, the visibility of the lens can be evaluated as good.
レンズの耐衝撃性は、例えば、レンズの中心部に向かって、高さ50cmの位置から1kgの鋼球を自然落下させ、落球試験を行うことで評価できる。落球試験によりレンズに割れやクラックを生じない場合には、レンズは優れた耐衝撃性を有すると評価できる。なお、落球試験に供するレンズは、実施例に記載したように、光学部材用積層体を射出成型により溶融樹脂と一体化させることで得られたものである。 The impact resistance of a lens can be evaluated, for example, by performing a ball drop test in which a 1 kg steel ball is dropped from a height of 50 cm toward the center of the lens. If the lens does not break or crack during the ball drop test, the lens can be evaluated as having excellent impact resistance. The lens used in the ball drop test was obtained by integrating the optical component laminate with molten resin by injection molding, as described in the examples.
また、本実施形態におけるレンズは、耐水性にも優れている。ここで、レンズの耐水性は、レンズの表面の水接触角により評価できる。具体的には、レンズの両表面の水接触角は75°以上であることが好ましく、80°以上であることがより好ましい。すなわち、レンズにおいて一方の樹脂層(第1の樹脂層)が設けられているレンズ表面と、他方の樹脂層(第2の樹脂層)が設けられているレンズ表面の両方の水接触角が各々上記範囲内であることが好ましい。ここで、レンズの表面の水接触角は、レンズの表面に蒸留水を4μL滴下し、滴下後30秒後の水接触角である。測定には、動的水接触角試験機を用いる。動的水接触角試験機としては、例えば、Fibro社製の1100DATを用いることができる。 The lens in this embodiment also has excellent water resistance. Here, the water resistance of the lens can be evaluated by the water contact angle of the lens surface. Specifically, the water contact angle of both surfaces of the lens is preferably 75° or more, and more preferably 80° or more. In other words, it is preferable that the water contact angles of both the lens surface on which one resin layer (first resin layer) is provided and the lens surface on which the other resin layer (second resin layer) is provided are each within the above range. Here, the water contact angle of the lens surface is the water contact angle 30 seconds after 4 μL of distilled water is dropped on the lens surface. A dynamic water contact angle tester is used for the measurement. For example, 1100DAT manufactured by Fibro can be used as the dynamic water contact angle tester.
(ディスプレイ)
本発明は、上述した光学部材用積層体を備えるディスプレイに関する。すなわち、本発明は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む繊維層と、繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する積層体を備えるディスプレイに関するものでもある。ここで、ディスプレイを構成する積層体の好ましい態様は、上述した光学部材用積層体における好ましい態様と同様である。
(display)
The present invention also relates to a display comprising the above-mentioned laminate for optical components. That is, the present invention also relates to a display comprising a laminate having at least one fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and at least one resin layer in contact with one surface of the fiber layer. Here, the preferred embodiment of the laminate constituting the display is the same as the preferred embodiment of the above-mentioned laminate for optical components.
本実施形態におけるディスプレイは、上述した光学部材用積層体を備えるものであるため、優れた耐衝撃性を有している。 The display in this embodiment has excellent impact resistance because it is equipped with the above-mentioned laminate for optical components.
また、本実施形態におけるディスプレイは、耐水性にも優れている。ディスプレイの耐水性は、上述した方法で測定することができ、ディスプレイの両表面の水接触角は75°以上であることが好ましく、80°以上であることがより好ましい。 The display of this embodiment also has excellent water resistance. The water resistance of the display can be measured by the method described above, and the water contact angle of both surfaces of the display is preferably 75° or more, and more preferably 80° or more.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention are explained in more detail below with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, ratios, processing contents, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the specific examples shown below.
<製造例1>
(リン酸化パルプの製造)
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700mL)を使用した。この原料パルプに対してリンオキソ酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調製し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
<Production Example 1>
(Production of phosphorylated pulp)
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (solid content 93% by mass, basis weight 208 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 mL) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used. This raw material pulp was subjected to phosphorus oxo-oxidation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea was added to 100 parts by mass (bone dry mass) of the raw material pulp to prepare 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water, thereby obtaining a chemical solution-impregnated pulp. Next, the obtained chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165°C for 200 seconds to introduce phosphoric acid groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a phosphorylated pulp.
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 The phosphorylated pulp obtained was then subjected to a washing process. The washing process was carried out by repeatedly pouring 10 L of ion-exchanged water per 100 g (bone dry weight) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp to uniformly disperse the pulp, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対してアルカリ処理(中和処理)を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、アルカリ処理(中和処理)が施されたリン酸化パルプを得た。 The washed phosphorylated pulp was then subjected to an alkali treatment (neutralization treatment) as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N aqueous solution of sodium hydroxide was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry with a pH of 12 to 13. The phosphorylated pulp slurry was then dehydrated to obtain phosphorylated pulp that had been subjected to an alkali treatment (neutralization treatment).
次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。これにより得られたリン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 Next, the phosphorylated pulp after neutralization was subjected to the above-mentioned washing treatment. The infrared absorption spectrum of the phosphorylated pulp obtained by this was measured using FT-IR. As a result, absorption due to P=O of the phosphoric acid group was observed around 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphoric acid group was added to the pulp. In addition, when the phosphorylated pulp obtained was used as a test sample and analyzed using an X-ray diffractometer, typical peaks were confirmed at two positions, around 2θ=14° to 17° and around 2θ=22° to 23°, and it was confirmed that the cellulose had type I crystals.
(解繊処理)
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(A)を得た。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content of 2% by mass. This slurry was treated four times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (A) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述するリンオキソ酸基量の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. The amount of phosphoric acid groups (amount of first dissociated acid) measured using the method for measuring the amount of phosphorus oxoacid groups described below was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g.
<製造例2>
(亜リン酸化パルプの製造)
リン酸二水素アンモニウムの代わりに亜リン酸(ホスホン酸)33質量部を用いた以外は、製造例1と同様に操作を行い、亜リン酸化パルプを得た。
<Production Example 2>
(Production of Phosphosphite Pulp)
The same procedure as in Production Example 1 was carried out except that 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate, to obtain a phosphited pulp.
これにより得られた亜リン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに亜リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。また、得られた亜リン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the phosphorous pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to P=O of the phosphonic acid group, which is a tautomer of the phosphorous group, was observed around 1210 cm -1 , and it was confirmed that the phosphorous group (phosphonic acid group) was added to the pulp. In addition, when the phosphorous pulp thus obtained was analyzed using an X-ray diffractometer, typical peaks were confirmed at two positions, around 2θ=14° to 17° and around 2θ=22° to 23°, and it was confirmed that the cellulose had type I crystals.
(解繊処理)
得られた亜リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(B)を得た。X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述するリンオキソ酸基量の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.51mmol/gであった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorous-substituted pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated four times at a pressure of 200 MPa with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (B) containing fine fibrous cellulose. X-ray diffraction confirmed that the fine fibrous cellulose maintained cellulose I type crystals. In addition, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of phosphorous groups (amount of first dissociated acid) measured by the method for measuring the amount of phosphorous oxo acid groups described below was 1.51 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.54 mmol/g.
<製造例3>
(TEMPO酸化パルプの製造)
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して3.8mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
<Production Example 3>
(Production of TEMPO oxidized pulp)
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (undried) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used. This raw material pulp was subjected to an alkaline TEMPO oxidation treatment as follows. First, the raw material pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), and 10 parts by mass of sodium bromide were dispersed in 10,000 parts by mass of water. Next, a 13% by mass aqueous solution of sodium hypochlorite was added to 3.8 mmol per 1.0 g of pulp to start the reaction. During the reaction, a 0.5 M aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise to keep the pH at 10 to 10.5, and the reaction was deemed to have ended when no change in pH was observed.
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained TEMPO oxidized pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by dehydrating the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring in 5,000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring to disperse uniformly, and then repeatedly filtering and dehydrating the sheet. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
また、得られたTEMPO酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 The obtained TEMPO oxidized pulp was also analyzed using an X-ray diffraction device, and typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming that it contains cellulose type I crystals.
(解繊処理)
得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(C)を得た。X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述するカルボキシ基量の測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.30mmol/gであった。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained TEMPO oxidized pulp to prepare a slurry with a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated four times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (C) containing fine fibrous cellulose. X-ray diffraction confirmed that the fine fibrous cellulose maintained cellulose I type crystals. In addition, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of carboxyl groups measured by the method for measuring the amount of carboxyl groups described below was 1.30 mmol/g.
<製造例4>
(硫酸エステル化パルプの製造)
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。この原料パルプに対して硫酸エステル化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、アミド硫酸と尿素の混合水溶液を添加して、アミド硫酸38質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調製し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で19分間加熱し、パルプ中のセルロースに硫酸基を導入し、硫酸エステル化パルプを得た。
<Production Example 4>
(Production of sulfated pulp)
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 ml) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used. This raw material pulp was subjected to a sulfate esterification treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of amidosulfuric acid and urea was added to 100 parts by mass (bone dry mass) of the raw material pulp to prepare 38 parts by mass of amidosulfuric acid, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water, thereby obtaining a chemical solution-impregnated pulp. Next, the obtained chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165°C for 19 minutes to introduce sulfate groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a sulfate esterified pulp.
次いで、得られた硫酸エステル化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、硫酸エステル化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 The resulting sulfated pulp was then washed. The washing process was carried out by repeatedly pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (bone dry weight) of sulfated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting solution so that the pulp was uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the solution. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後の硫酸エステル化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後の硫酸エステル化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下の硫酸エステル化パルプスラリーを得た。次いで、当該硫酸エステル化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施された硫酸エステル化パルプを得た。次いで、中和処理後の硫酸エステル化パルプに対して、上記洗浄処理を行い、硫酸エステル化パルプ(1回中和済み)を得た。 Next, the washed sulfated pulp was neutralized as follows. First, the washed sulfated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little while stirring to obtain a sulfated pulp slurry with a pH of 12 to 13. Next, the sulfated pulp slurry was dehydrated to obtain a neutralized sulfated pulp. Next, the neutralized sulfated pulp was subjected to the above-mentioned washing process to obtain a sulfated pulp (neutralized once).
得られた硫酸エステル化パルプに、上記中和処理と、洗浄処理をさらに4回繰返して、
硫酸エステル化パルプ(5回中和済み)を得た。
The above neutralization and washing treatments were repeated four more times for the sulfated pulp obtained.
A sulfated pulp (neutralized five times) was obtained.
(解繊処理)
得られた硫酸エステル化パルプ(5回中和済み)にイオン交換水を添加後、撹拌し、固形分濃度が0.5質量%のスラリーにした。このスラリーを、解繊処理装置(高速回転解繊処理装置 クレアミックス2.2S エム・テクニック社製)を用いて21500回転/分の条件で30分間解繊処理を行い、繊維幅が3~5nmである微細繊維状セルロース分散液(D)を得た。なお、後述する硫酸エステル基量の測定方法で測定される硫酸エステル基量は、1.12mmol/gであった。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained sulfated pulp (neutralized five times), and the mixture was stirred to obtain a slurry with a solid content of 0.5% by mass. This slurry was defibrated for 30 minutes at 21,500 rpm using a defibration treatment device (high-speed rotary defibration treatment device Clearmix 2.2S, manufactured by M-Technique Co., Ltd.) to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (D) with a fiber width of 3 to 5 nm. The amount of sulfate ester groups measured by the method for measuring the amount of sulfate ester groups described below was 1.12 mmol/g.
<製造例5>
(次亜塩素酸酸化パルプの製造)
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)を、ハンドミキサー(大阪ケミカル製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。次いで、次亜塩素酸ナトリウム・5水和物をイオン交換水に加え、次亜塩素酸ナトリウムの固形分濃度を22質量%とした水溶液を準備した。綿状のフラッフィングパルプ100質量部に、22質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を9000質量部加え、温浴で30℃に調整しながら2時間反応させ、カルボキシ基導入パルプを得た。反応中は1N水酸化ナトリウム水溶液を適宜加え、pHを11に維持した。
<Production Example 5>
(Production of hypochlorite oxidized pulp)
A sheet (solid content concentration 90% by mass) made from softwood bleached kraft pulp (NBKP) was processed for 15 seconds at a rotation speed of 20,000 rpm using a hand mixer (Osaka Chemical, Labo Millser PLUS) to make a cotton-like fluffing pulp (solid content concentration 90% by mass). Sodium hypochlorite pentahydrate was then added to ion-exchanged water to prepare an aqueous solution with a sodium hypochlorite solid content concentration of 22% by mass. 9000 parts by mass of a 22% by mass aqueous sodium hypochlorite solution was added to 100 parts by mass of the cotton-like fluffing pulp, and the mixture was reacted for 2 hours while adjusting the temperature to 30° C. in a warm bath to obtain a carboxyl group-introduced pulp. During the reaction, a 1N aqueous sodium hydroxide solution was appropriately added to maintain the pH at 11.
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained carboxyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by pouring ion-exchanged water onto the obtained carboxyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
また、得られたカルボキシ基導入パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 Furthermore, when the obtained carboxyl group-introduced pulp was analyzed using an X-ray diffraction device, typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming that it contains cellulose type I crystals.
(解繊処理)
得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(E)を得た。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained carboxyl group-introduced pulp to prepare a slurry having a solid content of 2% by mass. This slurry was treated four times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (E) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述するカルボキシ基の測定方法で測定されるカルボキシ基量は、0.70mmоl/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. In addition, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of carboxyl groups measured using the carboxyl group measurement method described below was 0.70 mmol/g.
<製造例6>
(マレイン酸エステル化パルプの製造)
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)を、ハンドミキサー(大阪ケミカル製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。オートクレーブに、綿状のフラッフィングパルプ100質量部と無水マレイン酸50質量部とを充填し、150℃で2時間処理して、カルボキシ基導入パルプを得た。
<Production Example 6>
(Production of Maleated Pulp)
A sheet (solid content concentration 90% by mass) made from bleached softwood kraft pulp (NBKP) was mixed with a hand mixer (Osaka Chemical, Labo Millser PLUS) at a rotation speed of 20,000 rpm for 15 seconds to produce a cotton-like fluffed pulp (solid content concentration 90% by mass). An autoclave was filled with 100 parts by mass of the cotton-like fluffed pulp and 50 parts by mass of maleic anhydride, and treated at 150° C. for 2 hours to obtain a carboxyl group-introduced pulp.
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained carboxyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by pouring ion-exchanged water onto the obtained carboxyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
得られたカルボキシ基導入パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1580および1720cm-1付近にカルボキシ基に基づく吸収が観察され、マレイン酸エステル化されていることを確認した。また、カルボキシ基導入パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the obtained carboxyl-introduced pulp was measured using FT-IR. As a result, absorption due to carboxyl groups was observed around 1580 and 1720 cm -1 , confirming that maleic acid esterification had occurred. In addition, when the carboxyl-introduced pulp was analyzed using an X-ray diffractometer, typical peaks were confirmed at two positions, around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°, confirming that the cellulose had type I crystals.
(解繊処理)
得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(F)を得た。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained carboxyl group-introduced pulp to prepare a slurry having a solid content of 2% by mass. This slurry was treated four times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (F) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述するカルボキシ基の測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.22mmоl/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. In addition, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of carboxyl groups measured using the carboxyl group measurement method described below was 1.22 mmol/g.
<製造例7>
(カルボキシエチル化パルプの製造)
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example 7>
(Production of Carboxyethylated Pulp)
As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 ml) was used.
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、12N NaOH水溶液を250質量部と、2-クロロプロピオン酸163質量部、イオン交換水140質量部からなる薬液(合計553質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で10分加熱し、パルプ中のセルロースにカルボキシエチル基(カルボキシ基)を導入し、カルボキシ基導入パルプを得た。 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp was mixed with a chemical solution (total 553 parts by mass) consisting of 250 parts by mass of 12N NaOH aqueous solution, 163 parts by mass of 2-chloropropionic acid, and 140 parts by mass of ion-exchanged water to obtain a chemical solution-impregnated pulp. The resulting chemical solution-impregnated pulp was then heated for 10 minutes in a hot air dryer at 165°C to introduce carboxyethyl groups (carboxy groups) into the cellulose in the pulp, obtaining a carboxy group-introduced pulp.
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained carboxyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by pouring ion-exchanged water onto the obtained carboxyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後のカルボキシ基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカルボキシ基導入パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のカルボキシ基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カルボキシ基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカルボキシ基導入パルプを得た。 Next, the washed carboxyl-introduced pulp was neutralized as follows. First, the washed carboxyl-introduced pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little while stirring to obtain a carboxyl-introduced pulp slurry with a pH of 12 to 13. Next, the carboxyl-introduced pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a neutralized carboxyl-introduced pulp.
また、カルボキシ基導入パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 In addition, when the carboxyl-introduced pulp was analyzed using an X-ray diffraction device, typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming that it contains cellulose type I crystals.
(解繊処理)
得られたカルボキシ基導入パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(G)を得た。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained carboxyl group-introduced pulp to prepare a slurry having a solid content of 2% by mass. This slurry was treated four times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (G) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述のカルボキシ基の測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.41mmоl/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Furthermore, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. The amount of carboxyl groups measured using the carboxyl group measurement method described below was 1.41 mmol/g.
<製造例8>
(スルホエチル化パルプの製造)
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example 8>
(Production of sulfoethylated pulp)
As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 ml) was used.
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、2N NaOH水溶液を180質量部と25質量%濃度のビニルスルホン酸ナトリウム水溶液780質量部からなる薬液(合計960質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で16分加熱し、パルプ中のセルロースにスルホエチル基(スルホン基)を導入し、スルホエチル基導入パルプ(スルホン基導入パルプ)を得た。 100 parts by mass (absolute dry mass) of this raw pulp was mixed with a chemical solution (total 960 parts by mass) consisting of 180 parts by mass of 2N NaOH aqueous solution and 780 parts by mass of a 25% by mass concentration sodium vinyl sulfonate aqueous solution to obtain a chemical solution-impregnated pulp. The resulting chemical solution-impregnated pulp was then heated for 16 minutes in a hot air dryer at 165°C to introduce sulfoethyl groups (sulfone groups) into the cellulose in the pulp, obtaining a sulfoethyl group-introduced pulp (sulfone group-introduced pulp).
次いで、得られたスルホエチル基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたスルホエチル基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained sulfoethyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by pouring ion-exchanged water onto the obtained sulfoethyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
また、スルホエチル基導入パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 In addition, when sulfoethyl group-introduced pulp was tested and analyzed using an X-ray diffraction device, typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming the presence of cellulose type I crystals.
(解繊処理)
得られたスルホエチル基導入パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(H)を得た。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained sulfoethyl group-introduced pulp to prepare a slurry having a solid content of 2% by mass. This slurry was treated four times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (H) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述するスルホエチル基の測定方法で測定されるスルホエチル基量は、1.48mmоl/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. In addition, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of sulfoethyl groups measured using the sulfoethyl group measurement method described below was 1.48 mmol/g.
<製造例9>
(カチオン化パルプの製造)
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example 9>
(Production of cationic pulp)
As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 ml) was used.
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、1N NaOH水溶液を180質量部とカチオン化剤(カチオマスターG、四日市合成株式会社製、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、純分73.1質量%、含水率20.2質量%)325質量部からなる薬液(合計505質量部)を加え、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で12分加熱し、パルプ中のセルロースにカチオン性基を導入し、カチオン性基導入パルプを得た。 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp was mixed with a chemical solution (505 parts by mass in total) consisting of 180 parts by mass of 1N NaOH aqueous solution and 325 parts by mass of a cationizing agent (Catiomaster G, Yokkaichi Synthetic Co., Ltd., glycidyl trimethylammonium chloride, purity 73.1% by mass, moisture content 20.2% by mass), to obtain a chemical solution-impregnated pulp. The resulting chemical solution-impregnated pulp was then heated in a hot air dryer at 165°C for 12 minutes to introduce cationic groups into the cellulose in the pulp, and a cationic group-introduced pulp was obtained.
次いで、得られたカチオン性基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカチオン性基導入パルプにイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained cationic group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by pouring ion-exchanged water into the obtained cationic group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後のカチオン性基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカチオン性基導入パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの塩酸を少しずつ添加することにより、pHが1以上2以下のカチオン性基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カチオン性基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカチオン性基導入パルプを得た。 Then, the washed cationic group-introduced pulp was subjected to a neutralization treatment as follows. First, the washed cationic group-introduced pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then 1N hydrochloric acid was added little by little while stirring to obtain a cationic group-introduced pulp slurry with a pH of 1 to 2. The cationic group-introduced pulp slurry was then dehydrated and washed to obtain a cationic group-introduced pulp that had been subjected to a neutralization treatment.
X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 When analyzed using an X-ray diffraction device, typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming the presence of cellulose type I crystals.
(解繊処理)
得られたカチオン性基導入パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて4回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液(I)を得た。
(Defibrillation process)
Ion-exchanged water was added to the obtained cationic group-introduced pulp to prepare a slurry having a solid content of 2% by mass. This slurry was treated four times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion (I) containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述するカチオン性基の測定方法で測定されるカチオン性基量は、1.45mmоl/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. In addition, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3 to 5 nm. The amount of cationic groups measured using the cationic group measurement method described below was 1.45 mmol/g.
<測定>
(リンオキソ酸基量の測定)
微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量(リンオキソ酸化パルプのリンオキソ酸基量と等しい)は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の微細繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図3)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値をリンオキソ酸基量(第1解離酸量)(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。
<Measurement>
(Measurement of phosphorus oxoacid group content)
The amount of phosphorus oxo acid groups in the fine fibrous cellulose (equivalent to the amount of phosphorus oxo acid groups in the phosphorus oxo-oxidized pulp) was measured by adding ion exchange water to a fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose to adjust the content to 0.2 mass%, treating the dispersion with ion exchange resin, and then titrating the dispersion with an alkali.
The treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) to the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing slurry, shaking the mixture for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin and the slurry.
In addition, the titration using alkali was performed by measuring the change in the pH value of the slurry while adding 10 μL of 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fine fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with ion exchange resin every 5 seconds. The titration was performed while blowing nitrogen gas into the slurry 15 minutes before the start of the titration. In this neutralization titration, two points are observed where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali dropped) is maximum in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added. Of these, the maximum point of the increment obtained first after the addition of alkali is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point (FIG. 3). The amount of alkali required from the start of the titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used for the titration. In addition, the amount of alkali required from the start of the titration to the second end point is equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used for the titration. The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the amount of phosphorus oxoacid group (first dissociated acid amount) (mmol/g). The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second end point divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the total dissociated acid amount (mmol/g).
(カルボキシ基量の測定)
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量(TEMPO酸化パルプのカルボキシ基量と等しい)は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、0.2質量%の微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察すると、図4に示されるような滴定曲線が得られる。図4に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図4における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の微細繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
(Measurement of Carboxy Group Amount)
The amount of carboxy groups in the fine fibrous cellulose (equivalent to the amount of carboxy groups in the TEMPO oxidized pulp) was measured by adding ion exchanged water to a fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose to adjust the content to 0.2 mass%, treating the dispersion with ion exchange resin, and then titrating the dispersion with an alkali.
The treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) to a 0.2% by mass slurry containing fine fibrous cellulose, shaking for 1 hour, and then pouring onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin and the slurry.
In addition, the titration using an alkali was performed by measuring the change in the pH value of the slurry while adding 0.1N aqueous sodium hydroxide to the fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with the ion exchange resin. When the change in pH is observed while adding aqueous sodium hydroxide, a titration curve as shown in FIG. 4 is obtained. As shown in FIG. 4, in this neutralization titration, a point where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximum is observed in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added. This maximum point of the increment is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in FIG. 4 is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxyl groups in the slurry used for titration. The amount of alkali required in the first region of the titration curve (mmol) was divided by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated to calculate the amount of carboxyl groups introduced (mmol/g).
The above-mentioned amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) indicates the amount of substituents per 1 g of fibrous cellulose mass when the counter ion of the carboxyl group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type)).
(硫酸エステル基量・スルホン基量の測定)
微細繊維状セルロースの硫酸エステル基量またはスルホン基量は、凍結乾燥及び粉砕処理後の試料を密閉容器中で硝酸を用いて加圧加熱分解し、適宜希釈してICP-OESで硫黄量を測定した。供試した微細繊維状セルロースの絶乾質量で割り返して算出した値を微細繊維状セルロースの硫酸エステル基量またはスルホン基量(mmol/g)とした。
(Measurement of sulfate ester group amount and sulfone group amount)
The amount of sulfate ester groups or sulfone groups in the fine fibrous cellulose was measured by subjecting a freeze-dried and pulverized sample to pressurized heating decomposition with nitric acid in a closed vessel, appropriately diluting the sample, and measuring the amount of sulfur by ICP-OES. The value calculated by dividing the value by the bone dry mass of the fine fibrous cellulose used was taken as the amount of sulfate ester groups or sulfone groups (mmol/g) in the fine fibrous cellulose.
(カチオン性基量の測定)
微細繊維状セルロースのカチオン性基量は、微量窒素分析を行い、下記式で計算した値を微細繊維状セルロースのカチオン性基量(mmоl/g)とした。
(カチオン性基量)[mmol/g]=(窒素量)/14×1000/(供試したカチオン性基導入微細繊維状セルロース量)
(Measurement of Amount of Cationic Groups)
The amount of cationic groups in the fine fibrous cellulose was determined by carrying out a nitrogen trace analysis and calculating the value according to the following formula, which was taken as the amount of cationic groups in the fine fibrous cellulose (mmol/g).
(Amount of cationic groups) [mmol/g] = (amount of nitrogen)/14 x 1000/(amount of cationic group-introduced fine fibrous cellulose tested)
<実施例1>
(ポリビニルアルコールの溶解)
イオン交換水に、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、ポバール105、重合度:500、ケン化度:98~99mol%)を20質量%になるように加え、95℃で1時間撹拌し、溶解した。以上の手順により、ポリビニルアルコール水溶液を得た。
Example 1
(Dissolution of polyvinyl alcohol)
Acetoacetyl group-modified polyvinyl alcohol (Poval 105, manufactured by Kuraray Co., Ltd., polymerization degree: 500, saponification degree: 98 to 99 mol%) was added to ion-exchanged water to a concentration of 20 mass%, and the mixture was stirred at 95° C. for 1 hour to dissolve. By the above procedure, an aqueous polyvinyl alcohol solution was obtained.
(繊維層の形成)
微細繊維状セルロース分散液(A)、および上記ポリビニルアルコール水溶液をそれぞれ固形分濃度が0.6質量%となるようにイオン交換水で希釈した。次いで、希釈後の微細繊維状セルロース分散液70質量部に対し、希釈後のポリビニルアルコール水溶液が30質量部になるように混合し、混合液を得た。さらに、シートの仕上がり坪量が140g/m2になるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置した。そのあと70℃の乾燥機で24時間乾燥し、アクリル板から剥離することで、繊維層(微細繊維状セルロース含有層)を形成した。繊維層の厚みは100μmであった。
(Formation of fiber layer)
The fine fibrous cellulose dispersion (A) and the polyvinyl alcohol aqueous solution were each diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration was 0.6% by mass. Next, 70 parts by mass of the diluted fine fibrous cellulose dispersion were mixed with 30 parts by mass of the diluted polyvinyl alcohol aqueous solution to obtain a mixed solution. Furthermore, the mixed solution was weighed so that the finished basis weight of the sheet was 140 g/m 2 , and spread on a commercially available acrylic plate. In addition, a damming frame (inner dimensions 250 mm x 250 mm, height 5 cm) was placed on the acrylic plate so that the predetermined basis weight was obtained. After that, it was dried in a dryer at 70 ° C. for 24 hours and peeled off from the acrylic plate to form a fiber layer (fine fibrous cellulose-containing layer). The thickness of the fiber layer was 100 μm.
(樹脂層の形成)
変性ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学株式会社製、ユピゼータFPC-2136)15質量部、トルエン57質量部、メチルエチルケトン28質量部を混合し、樹脂塗工液を得た。次いで上記樹脂塗工液に密着助剤としてイソシアネート化合物(旭化成ケミカルズ株式会社製、デュラネートTPA-100)を2.25質量部添加して混合した。この樹脂塗工液を繊維層の一方の面(アクリル板と接している面)にバーコーターにて塗布した。その後、100℃で1時間加熱して樹脂塗工液を硬化させ、樹脂層(第1の樹脂層)を形成した。次いで、繊維層の反対側の面にも同様の手順で樹脂層(第2の樹脂層)を形成した。樹脂層の厚みは片面あたり3μmであった。以上の手順により、繊維層(微細繊維状セルロース含有層)の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体を得た。
(Formation of resin layer)
15 parts by mass of modified polycarbonate resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Iupizeta FPC-2136), 57 parts by mass of toluene, and 28 parts by mass of methyl ethyl ketone were mixed to obtain a resin coating liquid. Next, 2.25 parts by mass of an isocyanate compound (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, Duranate TPA-100) was added as an adhesion aid to the resin coating liquid and mixed. This resin coating liquid was applied to one side (the side in contact with the acrylic plate) of the fiber layer with a bar coater. Thereafter, the resin coating liquid was cured by heating at 100°C for 1 hour to form a resin layer (first resin layer). Next, a resin layer (second resin layer) was formed on the opposite side of the fiber layer in the same manner. The thickness of the resin layer was 3 μm per side. By the above procedure, a laminate for optical members in which resin layers were laminated on both sides of the fiber layer (fine fibrous cellulose-containing layer) was obtained.
(レンズの形成)
射出成形試験機(日精樹脂工業社製、NEX140)に、凹部を有する金型を組み合わせて、レンズ形状(サイズ:直径3cmの円状、成形厚み1mm)を構成する金型をセットした。金型を組み合わせて得られるレンズ形状の厚み方向の中心面の端部に据え付けたクランプ機構により、光学部材用積層体を金型に対して平行になるように配置した。光学部材用積層体を固定した後、金型を閉じ、金型温度110℃、樹脂温度290℃の条件で、溶融されたポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学社製、ユピゼータEP)を金型内に注入した(このとき、光学部材用積層体の両面にポリカーボネート樹脂が注入されるようにした)。さらに、金型温度を60℃に低下させ、ポリカーボネート樹脂を固化させた。上記の手順により、光学部材用積層体が樹脂成分に被包されたレンズを得た。
(Lens formation)
A mold having a recess was combined with an injection molding tester (NEX140, manufactured by Nissei Plastics Co., Ltd.) to set a mold for forming a lens shape (size: circle with a diameter of 3 cm, molding thickness of 1 mm). The optical component laminate was arranged parallel to the mold by a clamp mechanism installed at the end of the center surface in the thickness direction of the lens shape obtained by combining the molds. After fixing the optical component laminate, the mold was closed, and molten polycarbonate resin (Iupizeta EP, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) was injected into the mold under conditions of a mold temperature of 110°C and a resin temperature of 290°C (at this time, the polycarbonate resin was injected into both sides of the optical component laminate). Furthermore, the mold temperature was lowered to 60°C to solidify the polycarbonate resin. By the above procedure, a lens in which the optical component laminate was encapsulated in a resin component was obtained.
<実施例2>
実施例1の(繊維層の形成)において、希釈後の微細繊維状セルロース(A)の混合量を40質量部とし、希釈後のポリビニルアルコール水溶液の混合量を60質量部とした以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 2
A laminate for optical components and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1 (formation of a fiber layer), except that the mixed amount of the diluted fine fibrous cellulose (A) was 40 parts by mass and the mixed amount of the diluted aqueous polyvinyl alcohol solution was 60 parts by mass.
<実施例3>
実施例1の(繊維層の形成)において、シートの仕上がり坪量を280g/m2に変更し、厚みが200μmの繊維層を得た以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 3
In Example 1 (formation of the fiber layer), the process was repeated except that the finished basis weight of the sheet was changed to 280 g/ m2 and a fiber layer with a thickness of 200 μm was obtained, thereby obtaining a laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of the fiber layer.
<実施例4>
実施例2の(繊維層の形成)において、シートの仕上がり坪量を280g/m2に変更し、厚みが200μmの繊維層とした以外は実施例2と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 4
In Example 2 (formation of the fiber layer), the same procedure as in Example 2 was conducted except that the finished basis weight of the sheet was changed to 280 g/ m2 and the fiber layer had a thickness of 200 μm, thereby obtaining a laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of the fiber layer.
<実施例5>
実施例1の(繊維層の形成)において、微細繊維状セルロース分散液(B)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 5
A laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1 (formation of a fiber layer), except that the fine fibrous cellulose dispersion (B) was used.
<実施例6>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液(C)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 6
A laminate for optical members and a lens having resin layers laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion (C) was used.
<実施例7>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液(D)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 7
A laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion (D) was used.
<実施例8>
実施例1の(樹脂層の形成)において、密着助剤として、有機ケイ素化合物(シランカップリング剤)であるメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、SILQUEST A-174 SILANE)を、ポリカーボネート樹脂100質量部に対して1.5質量部添加して混合した以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 8
A laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that in the (formation of resin layer) of Example 1, methacryloxypropyltrimethoxysilane (SILQUEST A-174 SILANE, manufactured by Momentive Performance Materials Japan, Inc.), which is an organosilicon compound (silane coupling agent), was added as an adhesion assistant in an amount of 1.5 parts by mass per 100 parts by mass of polycarbonate resin and mixed.
<実施例9>
実施例8の(樹脂層の形成)において、密着助剤として、1,3-ビス(3-メタクリロキシプロピル)テトラメチルジシロキサン(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、TSL9706)を用いた以外は実施例8と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
<Example 9>
A laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 8 (formation of resin layer), except that 1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane (TSL9706, manufactured by Momentive Performance Materials Japan, Inc.) was used as the adhesion assistant.
<実施例10>
実施例1の(樹脂層の形成)において、樹脂溶液として、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂溶液(東洋紡社製、ハードレンTD-15B)を用いた。また、(レンズの形成)において、溶融樹脂としてシクロオレフィン系樹脂(日本ゼオン社製、ゼオネックス480R)を用いた。上記以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 10
In (formation of resin layer) of Example 1, a maleic anhydride modified polypropylene resin solution (Hardlen TD-15B, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used as the resin solution. In (formation of lens), a cycloolefin resin (Zeonex 480R, manufactured by Zeon Corporation) was used as the molten resin. Except for the above, the same procedures were followed as in Example 1 to obtain a laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer.
<実施例11>
実施例2の(樹脂層の形成)において、樹脂溶液として、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂溶液(東洋紡社製、ハードレンTD-15B)を用いた。また、(レンズの形成)において、溶融樹脂としてシクロオレフィン系樹脂(日本ゼオン社製、ゼオネックス480R)を用いた。上記以外は実施例2と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 11
In the (formation of the resin layer) of Example 2, a maleic anhydride modified polypropylene resin solution (Hardlen TD-15B, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used as the resin solution. In the (formation of the lens) a cycloolefin resin (Zeonex 480R, manufactured by Zeon Corporation) was used as the molten resin. Except for the above, the same procedures were followed as in Example 2 to obtain a laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer.
<実施例12>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液(E)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 12
A laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion (E) was used.
<実施例13>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液(F)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
<Example 13>
A laminate for optical members and a lens having resin layers laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion (F) was used.
<実施例14>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液(G)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
<Example 14>
A laminate for optical members and a lens in which resin layers were laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion (G) was used.
<実施例15>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液(H)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
Example 15
A laminate for optical members and a lens having resin layers laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion (H) was used.
<実施例16>
実施例1において、微細繊維状セルロース分散液(I)を用いた以外は実施例1と同様にし、繊維層の両面に樹脂層が積層された光学部材用積層体及びレンズを得た。
<Example 16>
A laminate for optical members and a lens having resin layers laminated on both sides of a fiber layer were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion (I) was used.
<比較例1>
実施例1において、(樹脂層の形成)を行わず、繊維層単独のシートを得た。
<Comparative Example 1>
In Example 1, (the formation of the resin layer) was omitted, and a sheet having only a fiber layer was obtained.
<比較例2>
実施例2において、(樹脂層の形成)を行わず、繊維層単独のシートを得た。
<Comparative Example 2>
In Example 2, the formation of the resin layer was omitted, and a sheet having only a fiber layer was obtained.
<比較例3>
実施例1の(レンズの形成)において、ポリカーボネート樹脂のみで射出成形を行い、レンズを得た。
<Comparative Example 3>
In Example 1 (formation of lens), injection molding was carried out using only polycarbonate resin to obtain a lens.
<比較例4>
実施例10の(レンズの形成)において、シクロオレフィン系樹脂のみで射出成形を行い、レンズを得た。
<Comparative Example 4>
In Example 10 (lens formation), injection molding was carried out using only the cycloolefin resin to obtain a lens.
<測定>
実施例及び比較例で得た光学部材用積層体を以下の方法にて評価した。
<Measurement>
The laminates for optical members obtained in the examples and comparative examples were evaluated by the following methods.
[繊維層(セルロース繊維含有層)の厚み]
ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製、UC-7)によって、光学部材用積層体の断面を切り出し、当該断面の繊維層の厚みを測定して、測定される値を繊維層の厚みとした。この際、電子顕微鏡、拡大鏡または目視で観察を行った。
[Thickness of fiber layer (cellulosic fiber-containing layer)]
A cross section of the laminate for an optical member was cut out using an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL, UC-7), and the thickness of the fiber layer in the cross section was measured, and the measured value was taken as the thickness of the fiber layer. At this time, observation was performed using an electron microscope, a magnifying glass, or visually.
[樹脂層の厚み]
ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製、UC-7)によって、光学部材用積層体の断面を切り出し、当該断面の樹脂層の厚みを測定して、測定される値を樹脂層の厚みとした。この際、電子顕微鏡、拡大鏡または目視で観察を行った。
[Thickness of resin layer]
A cross section of the laminate for an optical member was cut out using an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL, UC-7), and the thickness of the resin layer at the cross section was measured, and the measured value was taken as the thickness of the resin layer. At this time, observation was performed using an electron microscope, a magnifying glass, or visually.
<評価>
[光学部材用積層体の耐水性]
JIS R 3257:1999に準拠し、動的水接触角試験機(Fibro株式会社製、1100DAT)を用い、光学部材用積層体両面の表面にイオン交換水を4μLずつ滴下し、30秒後の水接触角を測定した。
A:光学部材用積層体両面の接触角が75°以上
B:光学部材用積層体の少なくとも一方の面の接触角が75°未満
<Evaluation>
[Water resistance of laminate for optical members]
In accordance with JIS R 3257:1999, a dynamic water contact angle tester (1100DAT, manufactured by Fibro Corporation) was used to drop 4 μL of ion-exchanged water onto both surfaces of the laminate for optical members, and the water contact angle after 30 seconds was measured.
A: The contact angle on both surfaces of the laminate for optical members is 75° or more. B: The contact angle on at least one surface of the laminate for optical members is less than 75°.
[光学部材用積層体の全光線透過率]
JIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて光学部材用積層体の全光線透過率を評価した。
[Total Light Transmittance of Laminate for Optical Members]
The total light transmittance of the laminate for optical members was evaluated using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory) in accordance with JIS K 7361-1:1997.
[光学部材用積層体のヘーズ]
JIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて光学部材用積層体のヘーズを評価した。
[Haze of laminate for optical members]
The haze of the laminate for optical members was evaluated in accordance with JIS K 7136 using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.).
[レンズ(光学部材)としたときの視認性]
実施例及び比較例で得られたレンズについて、JIS K 7136:2000に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用い、ヘーズを測定した。下記の基準に従って、レンズの視認性を評価した。
A:レンズのヘーズが0.5%未満
B:レンズのヘーズが0.5%以上1.0%未満
C:レンズのヘーズが1.0%以上
[Visibility when used as a lens (optical component)]
The haze of the lenses obtained in the examples and comparative examples was measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7136: 2000. The visibility of the lenses was evaluated according to the following criteria.
A: Lens haze is less than 0.5%. B: Lens haze is 0.5% or more but less than 1.0%. C: Lens haze is 1.0% or more.
[レンズ(光学部材)としたときの耐衝撃性]
実施例及び比較例で得られたレンズの中心部に向かって、高さ50cmの位置から1kgの鋼球を自然落下させ、落球試験を行った。下記の基準に従って、レンズの耐衝撃性を評価した。
A:レンズに割れやクラックが生じない
B:レンズに割れやクラックが生じる
[Impact resistance when used as a lens (optical component)]
A ball drop test was carried out by dropping a 1 kg steel ball from a height of 50 cm toward the center of the lens obtained in the examples and comparative examples. The impact resistance of the lens was evaluated according to the following criteria.
A: No breaks or cracks occur in the lens. B: Breaks or cracks occur in the lens.
実施例では、透明性を維持したまま、耐衝撃性に優れたレンズ(光学部材)が得られた。 In the examples, lenses (optical components) with excellent impact resistance were obtained while maintaining transparency.
2 繊維層
6 樹脂層
10 光学部材用積層体
2 Fiber layer 6 Resin layer 10 Laminate for optical member
Claims (4)
前記繊維層の一方の面に接する樹脂層と、を少なくとも1層ずつ有する積層体を備え、
前記積層体が樹脂成分に被包されている、レンズ。 A fiber layer containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less;
a resin layer in contact with one surface of the fiber layer ,
A lens, wherein the laminate is encapsulated in a resin component .
The lens according to claim 3 , wherein the adhesion assistant is at least one selected from the group consisting of an isocyanate compound and an organosilicon compound.
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