JPWO2018062501A1 - Composition - Google Patents

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Abstract

本発明は、嵩高いセルロース繊維含有シートであって、セルロース繊維の保水性が十分に高く、かつ吸水速度が大きいセルロース繊維含有シートを提供することを課題とする。本発明は、リン酸基又はリン酸基由来の置換基を有するセルロース繊維を含む組成物であって、セルロース繊維の少なくとも一部において、リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋しており、下記式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋点数が0.20mmol/g以上であり、組成物の全質量に対する水分含有量が50質量%以下である組成物に関する。架橋点数=(セルロース繊維に含まれる強酸性基量−セルロース繊維に含まれる弱酸性基量)/2 式(1)An object of the present invention is to provide a cellulose fiber-containing sheet which is a bulky cellulose fiber-containing sheet and has a sufficiently high water retention capacity and a high water absorption rate. The present invention is a composition comprising a cellulose fiber having a phosphate group or a phosphate group-derived substituent, wherein at least a part of the cellulose fiber is crosslinked with a phosphate group or a phosphate group-derived substituent. In addition, the present invention relates to a composition in which the number of crosslinking points of the cellulose fiber calculated by the following formula (1) is 0.20 mmol / g or more and the water content with respect to the total mass of the composition is 50% by mass or less. Number of crosslinking points = (strong acid group amount contained in cellulose fiber−weak acid group amount contained in cellulose fiber) / 2 Formula (1)

Description

本発明は、組成物に関する。具体的には、本発明は、リン酸基を有するセルロース繊維を含むセルロース繊維含有組成物に関する。   The present invention relates to a composition. Specifically, the present invention relates to a cellulose fiber-containing composition comprising cellulose fibers having phosphate groups.

従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。   Conventionally, cellulose fibers are widely used in clothing, absorbent articles, paper products and the like. As cellulose fibers, in addition to fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm to 50 μm, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is also known.

例えば、セルロース繊維が吸収性物品に用いられる場合は、セルロース繊維は不織布等の形態で吸収性物品の各種部材を構成する。そしてこのような場合、不織布には高い吸水性が求められる。従来、セルロース繊維を含む不織布の吸水性を高めるために、セルロース繊維にSAP等の高吸水性樹脂を担持させることが行われている。また、セルロース繊維の架橋改質を行うことで不織布の吸水性を高めることも検討されている。   For example, when a cellulose fiber is used for an absorbent article, a cellulose fiber comprises the various members of an absorbent article in the form of a nonwoven fabric etc. In such a case, the nonwoven fabric is required to have high water absorbability. In the past, in order to increase the water absorbability of non-woven fabrics containing cellulose fibers, it has been carried out that cellulose fibers carry a highly water-absorbent resin such as SAP. In addition, it is also studied to increase the water absorbability of the non-woven fabric by crosslinking and modifying the cellulose fiber.

特許文献1には、架橋改質されたセルロース繊維を含有する布帛が開示されている。ここでは、架橋改質に用いる架橋剤としてホルムアルデヒドや含窒素環状化合物などが用いられている。また、特許文献2には、カルボキシル基を有し、かつ架橋結合された水膨潤性のセルロース誘導体を強酸の水溶液に浸漬し、次いで該セルロース誘導体を、水と相溶性を有する有機溶媒中でアルカリを加えて、酸型のカルボキシル基を塩型に戻した後、乾燥させることで、塩水吸収速度に優れた吸水性セルロース材料を製造する方法が開示されている。ここでもセルロース繊維を架橋させることでセルロース材料の吸水量を高めることが検討されている。   Patent Document 1 discloses a fabric containing cross-linked modified cellulose fibers. Here, formaldehyde, a nitrogen-containing cyclic compound, etc. are used as a crosslinking agent used for crosslinking modification. Further, in Patent Document 2, a water-swellable cellulose derivative having a carboxyl group and crosslinked is immersed in an aqueous solution of a strong acid, and then the cellulose derivative is alkali in an organic solvent compatible with water. No. 6,095,095 and a method of producing a water-absorbent cellulose material excellent in salt water absorption speed by converting acid type carboxyl group back to salt type and drying it. Here too, it is considered to increase the water absorption of the cellulose material by crosslinking the cellulose fiber.

特許文献3には、酸基含有不飽和単量体を必須成分とする単量体水溶液を重合させて得られる重合体とセルロースとを含み、表面架橋された吸水性樹脂が開示されている。ここでは、セルロースとしてリン酸化架橋したセルロースが記載されており、架橋剤としてジメチロールエチレン尿素やジメチロールジヒドロキシエチレン尿素といったN−メチロール化合物が記載されている。   Patent Document 3 discloses a surface cross-linked water-absorbent resin that contains a polymer obtained by polymerizing a monomer aqueous solution containing an acid group-containing unsaturated monomer as an essential component and cellulose. Here, a phosphorylated and crosslinked cellulose is described as the cellulose, and an N-methylol compound such as dimethylol ethylene urea and dimethylol dihydroxy ethylene urea is described as the crosslinking agent.

特開2000−129575号公報JP 2000-129575 A 特開平08−243388号公報Japanese Patent Application Publication No. 08-243388 特開2011−213759号公報JP, 2011-213759, A

通常、セルロース繊維を架橋した場合、セルロース繊維含有シートは嵩高くなる傾向が見られる。しかし、このような嵩高いセルロース繊維含有シートにおいては、セルロース繊維の保水性が低下する傾向が見られる。このため、嵩高いセルロース繊維含有シートであっても、保水性が十分に高いセルロース繊維含有シートの開発が望まれている。また、セルロース繊維含有シートにおいては、その吸水速度を高めることも検討されている。   Generally, when cellulose fibers are crosslinked, the cellulose fiber-containing sheet tends to be bulky. However, in such a bulky cellulose fiber-containing sheet, there is a tendency for the water retentivity of cellulose fibers to decrease. For this reason, even if it is a bulky cellulose fiber containing sheet, development of a cellulose fiber containing sheet with sufficiently high water retention is desired. In addition, in the case of a cellulose fiber-containing sheet, it has also been studied to increase the water absorption rate.

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、セルロース繊維含有組成物から嵩高いシートを形成した場合であっても保水性が十分に高く、優れた吸水速度を発揮し得るセルロース繊維含有組成物を提供することを目的として検討を進めた。   Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the present inventors have a sufficiently high water retention even when a bulky sheet is formed from a composition containing a cellulose fiber, and exhibit an excellent water absorption rate. Investigations were advanced for the purpose of providing a cellulose fiber-containing composition that can be used.

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、架橋構造を有するリン酸化セルロース繊維を含む組成物において、リン酸化セルロース繊維の架橋構造量を所定量以上とすることにより、該組成物から嵩高いシートを形成した場合であっても十分に高い保水性と、優れた吸水速度が発揮さ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 earnestly examining in order to solve said subject, the present inventors make the amount of crosslinked-structures of a phosphated cellulose fiber more than predetermined amount in the composition containing the phosphated cellulose fiber which has a crosslinked structure. It has been found that, even when a bulky sheet is formed from the composition, sufficiently high water retention and excellent water absorption speed are exhibited.
Specifically, the present invention has the following configuration.

[1] リン酸基又はリン酸基由来の置換基を有するセルロース繊維を含む組成物であって、セルロース繊維の少なくとも一部において、リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋しており、下記式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋点数が0.20mmol/g以上であり、組成物の全質量に対する水分含有量が50質量%以下である組成物。
架橋点数=(セルロース繊維に含まれる強酸性基量−セルロース繊維に含まれる弱酸性基量)/2 式(1)
[2] 不織布である[1]に記載の組成物。
[3] 組成物を幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルとし、短冊状サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水(電気伝導度2μS/cm以下)に浸し、長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間を測定した際、下記式(2)で算出される吸水速度(mm/sec)が、2.5mm/sec以上100mm/sec以下である[1]又は[2]に記載の組成物;
吸水速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(2)
式(2)において、tは、短冊状サンプルの長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間(sec)を表す。
[4] セルロース繊維に含まれる強酸性基量が1.60mmol/g以上である[1]〜[3]のいずれかに記載の組成物;
[5] セルロース繊維の、下記式で算出される保水度(%)が150%以上である[1]〜[4]のいずれかに記載の組成物。
保水度(%)=(遠心分離処理後のセルロース繊維の重量−セルロース繊維の絶乾重量)/セルロース繊維の絶乾重量×100
上記式において、保水度は、SCAN−C 62:00 に準じて測定されるが、遠心分離処理の条件は、20℃、遠心分離時の重量加速度3950gで15分間とする。
[1] A composition comprising a cellulose fiber having a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group, wherein at least a part of the cellulose fiber is crosslinked by a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group The composition having a crosslinking point of 0.20 mmol / g or more of cellulose fiber calculated by the following formula (1) and a water content of 50% by mass or less based on the total mass of the composition.
Number of crosslinking points = (amount of strongly acidic group contained in cellulose fiber−amount of weakly acidic group contained in cellulose fiber) / 2 Formula (1)
[2] The composition according to [1], which is a non-woven fabric.
[3] The composition is used as a strip sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region up to 5 mm from the longitudinal edge of the strip sample is immersed in ion exchange water (electrical conductivity 2 μS / cm or less) When the time taken for ion exchange water to reach a distance point of 45 mm in the longitudinal direction from the direction edge is measured, the water absorption speed (mm / sec) calculated by the following equation (2) is 2.5 mm / sec. The composition according to [1] or [2], which is sec or more and 100 mm / sec or less;
Water absorption speed (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Formula (2)
In Formula (2), t represents the time (sec) taken by the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm in the longitudinal direction from the longitudinal edge of the strip sample.
[4] The composition according to any one of [1] to [3], wherein the amount of strongly acidic groups contained in the cellulose fiber is 1.60 mmol / g or more.
[5] The composition according to any one of [1] to [4], wherein the degree of water retention (%) of the cellulose fiber calculated by the following formula is 150% or more.
Water retention (%) = (weight of cellulose fiber after centrifugation treatment-absolute weight of cellulose fiber) / absolute weight of cellulose fiber × 100
In the above equation, the degree of water retention is measured according to SCAN-C 62:00, but the conditions for centrifugation are 15 ° C. and weight acceleration 3950 g during centrifugation for 15 minutes.

本発明によれば、嵩高いシートを形成した場合であっても保水性が十分に高く、優れた吸水速度を発揮し得るセルロース繊維含有組成物を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a cellulose fiber-containing composition which has a sufficiently high water retention even when a bulky sheet is formed, and can exhibit an excellent water absorption rate.

図1は、繊維原料に対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the dropping amount of NaOH and the pH relative to the fiber material.

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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the configuration requirements described below may be made based on typical embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.

(組成物)
本発明は、リン酸基又はリン酸基由来の置換基(以下、単にリン酸基ともいう)を有するセルロース繊維を含む組成物に関する。ここで、セルロース繊維の少なくとも一部において、リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋している。そして、式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋点数は0.20mmol/g以上である。
架橋点数=(セルロース繊維に含まれる強酸性基量−セルロース繊維に含まれる弱酸性基量)/2 式(1)
また、本発明の組成物の全質量に対する水分含有量は50質量%以下である。なお、本明細書においては、セルロース繊維を含む組成物を、セルロース繊維含有組成物と言うことができる。
(Composition)
The present invention relates to a composition comprising a cellulose fiber having a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group (hereinafter, also simply referred to as a phosphate group). Here, at least a part of the cellulose fiber, the phosphate group or the substituent derived from the phosphate group is crosslinked. And the number of crosslinking points of the cellulose fiber calculated by Formula (1) is 0.20 mmol / g or more.
Number of crosslinking points = (amount of strongly acidic group contained in cellulose fiber−amount of weakly acidic group contained in cellulose fiber) / 2 Formula (1)
Moreover, the water content with respect to the total mass of the composition of this invention is 50 mass% or less. In the present specification, a composition containing cellulose fiber can be referred to as a cellulose fiber-containing composition.

本発明のセルロース繊維含有組成物は、上記構成を有するものであるため、嵩高いセルロース繊維含有シートを形成し得るが、その場合もセルロース繊維の保水性を十分に高く保つことができる。また、本発明のセルロース繊維含有組成物をシート状にした際には、優れた吸水速度を発揮し得る。本発明は、リン酸化セルロース繊維の架橋構造や架橋構造量を適切に制御することで、新たな物性を発揮し得るセルロース繊維含有組成物を得ることに成功したものである。   The cellulose fiber-containing composition of the present invention can form a bulky cellulose fiber-containing sheet because it has the above-described constitution, but also in this case, the water retention of the cellulose fiber can be kept sufficiently high. Moreover, when the cellulose fiber containing composition of this invention is made into a sheet form, the outstanding water absorption speed can be exhibited. The present invention has succeeded in obtaining a cellulose fiber-containing composition capable of exhibiting new physical properties by appropriately controlling the cross-linked structure and the cross-linked structure amount of the phosphorylated cellulose fiber.

本発明のセルロース繊維含有組成物の全質量に対する水分含有量は50質量%以下である。これは、本発明のセルロース繊維含有組成物が、スラリー状ではなく、固形状であることが好ましいことを意味している。本発明のセルロース繊維含有組成物は、例えば、ゲル状やシート状、粉粒状であることが好ましく、シート状であることがより好ましい。中でも、本発明のセルロース繊維含有組成物は不織布であることが好ましい。なお、本明細書においては、セルロース繊維含有組成物がシート状である場合、セルロース繊維含有組成物をセルロース繊維含有シートと呼ぶこともでき、セルロース繊維含有シートはセルロース繊維含有組成物の一実施形態である。   The water content relative to the total mass of the cellulose fiber-containing composition of the present invention is 50% by mass or less. This means that the cellulose fiber-containing composition of the present invention is preferably in a solid state, not in a slurry state. The cellulose fiber-containing composition of the present invention is, for example, preferably in the form of gel, sheet or powder, and more preferably in the form of sheet. Among them, the cellulose fiber-containing composition of the present invention is preferably a non-woven fabric. In addition, in this specification, when a cellulose fiber containing composition is a sheet form, a cellulose fiber containing composition can also be called a cellulose fiber containing sheet, and a cellulose fiber containing sheet is one embodiment of a cellulose fiber containing composition. It is.

本発明のセルロース繊維含有組成物の全質量に対する水分含有量は50質量%以下であればよく、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることがさらに好ましく、15質量%以下であることが特に好ましい。なお、本発明において、セルロース繊維含有組成物の水分含有量は0質量%であってもよい。
ここで、水分含有量は、23℃、相対湿度50%の条件で平衡状態まで調湿させたセルロース繊維含有組成物の重量を測定したのち、105℃で一晩乾燥させた後のセルロース繊維含有組成物の重量を測定し、以下の式を用いて算出することができる。
水分含有量(%)=(105℃における乾燥前の重量−105℃における乾燥後の重量)/105℃における乾燥前の重量×100
The water content relative to the total mass of the cellulose fiber-containing composition of the present invention may be 50% by mass or less, preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and 20% by mass or less Is more preferably, and particularly preferably 15% by mass or less. In the present invention, the water content of the cellulose fiber-containing composition may be 0% by mass.
Here, after the weight of the cellulose fiber-containing composition which has been conditioned to an equilibrium state at 23 ° C. and a relative humidity of 50% is measured, the water content is cellulose fiber-containing after being dried overnight at 105 ° C. The weight of the composition can be measured and calculated using the following equation:
Water content (%) = (weight before drying at 105 ° C-weight after drying at 105 ° C) / weight before drying at 105 ° C × 100

本発明のセルロース繊維含有組成物がシート状である場合、セルロース繊維含有シートの密度は、1.2g/cm3以下であることが好ましく、1.0g/cm3以下であることがより好ましく、0.8g/cm3以下であることがさらに好ましい。また、セルロース繊維含有シートの密度は、0.05g/cm3以上であることが好ましい。本発明のセルロース繊維含有組成物が不織布である場合も、不織布の密度は上記範囲内であることが好ましい。本発明のセルロース繊維含有組成物がシート状である場合、セルロース繊維含有シートの密度は上記範囲内であることが好ましく、密度を上記範囲に調整することにより嵩高いシートとすることができる。When the cellulose fiber-containing composition of the present invention is a sheet, the density of the cellulose fiber-containing sheet is preferably 1.2 g / cm 3 or less, more preferably 1.0 g / cm 3 or less, More preferably, it is 0.8 g / cm 3 or less. The density of the cellulose fiber-containing sheet is preferably 0.05 g / cm 3 or more. Also when the cellulose fiber containing composition of this invention is a nonwoven fabric, it is preferable that the density of a nonwoven fabric is in the said range. When the cellulose fiber containing composition of this invention is a sheet form, it is preferable that the density of a cellulose fiber containing sheet exists in the said range, and it can be set as a bulky sheet | seat by adjusting a density to the said range.

本発明のセルロース繊維含有組成物がシート状である場合、セルロース繊維含有シートの坪量は、30g/m2以上であることが好ましく、50g/m2以上であることがより好ましく、100g/m2以上であることがさらに好ましい。また、セルロース繊維含有シートの坪量は1000g/m2以下であることが好ましい。セルロース繊維含有シートの坪量を上記範囲内とすることにより、吸水性をより効果的に発揮することができる。When the cellulose fiber-containing composition of the present invention is a sheet, the basis weight of the cellulose fiber-containing sheet is preferably 30 g / m 2 or more, more preferably 50 g / m 2 or more, and 100 g / m 2 More preferably, it is 2 or more. Further, the basis weight of the cellulose fiber-containing sheet is preferably 1000 g / m 2 or less. By setting the basis weight of the cellulose fiber-containing sheet in the above range, the water absorption can be more effectively exhibited.

本発明のセルロース繊維含有組成物がシート状である場合、セルロース繊維含有シートの厚みは、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、15μm以上であることがさらに好ましい。また、セルロース繊維含有シートの厚みは、50mm以下であることが好ましく、40mm以下であることがより好ましく、30mm以下であることがさらに好ましい。   When the cellulose fiber-containing composition of the present invention is in the form of a sheet, the thickness of the cellulose fiber-containing sheet is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and still more preferably 15 μm or more. The thickness of the cellulose fiber-containing sheet is preferably 50 mm or less, more preferably 40 mm or less, and still more preferably 30 mm or less.

本発明のセルロース繊維含有組成物がシート状である場合、下記式(2)で算出される吸水速度(mm/sec)は、2.5mm/sec以上100mm/sec以下であることが好ましい。吸水速度(mm/sec)は、3.0mm/sec以上であることがより好ましく、3.5mm/sec以上であることがさらに好ましい。   When the cellulose fiber containing composition of this invention is a sheet form, it is preferable that the water absorption speed (mm / sec) calculated by following formula (2) is 2.5 mm / sec or more and 100 mm / sec or less. The water absorption rate (mm / sec) is more preferably 3.0 mm / sec or more, and still more preferably 3.5 mm / sec or more.

ここで、下記式(2)で算出される吸水速度(mm/sec)は、以下の手順で測定される吸水速度である。まず、シート状のセルロース繊維含有組成物を幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルとし、この短冊状サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水(電気伝導度2μS/cm以下)に浸す。その後、長手方向端辺から長手方向に45mmmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間を測定する。そして、得られた時間から下記式(2)を用いて吸水速度(mm/sec)を算出する。
吸水速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(2)
式(2)において、tは、短冊状サンプルの長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間(sec)を表す。
Here, the water absorption rate (mm / sec) calculated by the following equation (2) is a water absorption rate measured by the following procedure. First, a sheet-like cellulose fiber-containing composition is used as a strip sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region up to 5 mm from the longitudinal edge of this strip sample is ion exchanged water (electrical conductivity 2 μS / cm) Soak in). After that, the time taken for the ion exchanged water to reach from the longitudinal end to the distance point of 45 mm in the longitudinal direction is measured. And water absorption speed (mm / sec) is computed using the following formula (2) from the obtained time.
Water absorption speed (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Formula (2)
In Formula (2), t represents the time (sec) taken by the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm in the longitudinal direction from the longitudinal edge of the strip sample.

(セルロース繊維)
本発明のセルロース繊維含有組成物は、リン酸基を有するセルロース繊維を主成分として含む。ここで、リン酸基を有するセルロース繊維が主成分として含まれる状態とは、セルロース繊維含有組成物の全質量に対して、リン酸基を有するセルロース繊維の含有量が50質量%以上であることをいう。リン酸基を有するセルロース繊維の含有量は、セルロース繊維含有組成物の全質量に対して、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。
(Cellulose fiber)
The cellulose fiber containing composition of this invention contains the cellulose fiber which has a phosphoric acid group as a main component. Here, the state in which the cellulose fiber having a phosphate group is contained as the main component means that the content of the cellulose fiber having a phosphate group is 50% by mass or more with respect to the total mass of the cellulose fiber-containing composition. Say The content of the cellulose fiber having a phosphate group is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more based on the total mass of the cellulose fiber-containing composition. It is further preferred that

セルロース繊維を得るためのセルロース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、木材パルプ、非木材パルプ、脱墨パルプを挙げることができる。木材パルプとしては例えば、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)、酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ等が挙げられる。また、セミケミカルパルプ(SCP)、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)、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が、特に限定されない。非木材パルプとしてはコットンリンターやコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら、バガス等の非木材系パルプ、ホヤや海草等から単離されるセルロース、キチン、キトサン等が挙げられるが、特に限定されない。脱墨パルプとしては古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられるが、特に限定されない。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、入手のしやすさという点で、セルロースを含む木材パルプ、脱墨パルプが好ましい。   The cellulose raw material for obtaining cellulose fibers is not particularly limited, but it is preferable to use pulp from the viewpoint of availability and low cost. The pulp may include wood pulp, non-wood pulp and deinked pulp. As wood pulp, for example, hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP), oxygen bleached kraft Chemical pulp, such as pulp (OKP), etc. are mentioned. In addition, semichemical pulp such as semichemical pulp (SCP), chemiground wood pulp (CGP), mechanical pulp such as ground pulp (GP), thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. may be mentioned, but it is not particularly limited. Non-wood pulps include cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lint, non-wood-based pulps such as hemp, straw and bagasse, celluloses isolated from ascidians and seaweeds, chitin, chitosan and the like, but are not particularly limited . Examples of the deinked pulp include, but not particularly limited to, deinked pulp made from waste paper. The pulp of this embodiment may be used singly or in combination of two or more. Among the above-mentioned pulps, wood pulps containing cellulose and deinked pulps are preferable in terms of availability.

本発明において、リン酸基を有するセルロース繊維の繊維幅は特に限定されない。例えば、リン酸基を有するセルロース繊維の繊維幅は1000nmよりも大きいものであってもよく、1000nm以下であってもよい。また、繊維幅が1000nmよりも大きいセルロース繊維と、繊維幅が1000nm以下のセルロース繊維が混在していてもよい。なお、セルロース繊維の繊維幅が1000nm以下である場合、このようなセルロース繊維を微細繊維状セルロースと呼ぶこともある。   In the present invention, the fiber width of the cellulose fiber having a phosphate group is not particularly limited. For example, the fiber width of the cellulose fiber having a phosphate group may be larger than 1000 nm, and may be 1000 nm or less. Moreover, the cellulose fiber whose fiber width | variety is larger than 1000 nm, and the cellulose fiber whose fiber width | variety is 1000 nm or less may be mixed. In addition, when the fiber width of a cellulose fiber is 1000 nm or less, such a cellulose fiber may be called a fine fibrous cellulose.

また、本発明のセルロース繊維含有組成物には、リン酸基を有するセルロース繊維以外に、リン酸基を有さないセルロース繊維が含まれていてもよい。この場合は、リン酸基を有さないセルロース繊維の含有量は、繊維原料の全質量に対して、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。   Moreover, the cellulose fiber which does not have a phosphoric acid group may be contained in the cellulose fiber containing composition of this invention other than the cellulose fiber which has a phosphoric acid group. In this case, the content of the cellulose fiber not having a phosphate group is preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less, based on the total mass of the fiber raw material.

ここで、セルロース繊維の繊維幅は、電子顕微鏡観察によって以下の方法で測定することができる。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下のセルロース繊維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。この際、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。構成す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。   Here, the fiber width of the cellulose fiber can be measured by the following method by electron microscope observation. First, a cellulose fiber aqueous suspension having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to obtain a sample for TEM observation. . At this time, an SEM image of the surface cast on glass may be observed. Observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times or 50000 times depending on the width of the fiber to be constructed. 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) One straight line X is drawn at an arbitrary position in the observation image, and 20 or more fibers cross the straight line X.
(2) Draw a straight line Y intersecting perpendicularly with the straight line in the same image, and 20 or more fibers cross 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と交錯する繊維の幅を目視で読み取る。こうして少なくとも重なっていない表面部分の画像を3組以上観察し、各々の画像に対して、直線X、直線Yと交錯する繊維の幅を読み取る。このように少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。   With respect to the observation image satisfying the above conditions, the width of the fiber intersecting with the straight line X and the straight line Y is visually read. Thus, three or more sets of images of at least non-overlapping surface portions are observed, and for each image, the width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is read. Thus, a fiber width of at least 20 x 2 x 3 = 120 is read.

セルロース繊維の平均繊維長は特に限定されないが、0.1mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であることがより好ましい。また、5mm以下であることが好ましく、2mm以下であることがより好ましい。セルロース繊維の平均繊維長を上記範囲内とすることにより、セルロース繊維含有組成物をシート状にした際にシートの強度を高めることができる。ここで、セルロース繊維の平均繊維長は、例えば、カヤーニオートメーション社のカヤーニ繊維長測定器(FS−200形)を用い、長さ加重平均繊維長を測定することにより求めることができる。また、繊維の長さに応じて走査型顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡(TEM)等を用いて測定することもできる。   The average fiber length of the cellulose fiber is not particularly limited, but is preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.6 mm or more. Moreover, it is preferable that it is 5 mm or less, and it is more preferable that it is 2 mm or less. When the average fiber length of the cellulose fiber is in the above range, the strength of the sheet can be enhanced when the cellulose fiber-containing composition is formed into a sheet. Here, the average fiber length of the cellulose fiber can be determined, for example, by measuring the length-weighted average fiber length using a Kajaani fiber length measuring device (type FS-200) manufactured by Kajaani Automation. Moreover, it can also measure using a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), etc. according to the length of a fiber.

セルロース繊維が微細繊維状セルロースである場合、微細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、微細繊維状セルロースがI型結晶構造をとっていることは、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30%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上である。この場合、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)。
When the cellulose fiber is a fine fibrous cellulose, the fine fibrous cellulose preferably has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fine fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified in a 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 having typical peaks at two positions of 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less.
The proportion of crystal form I in fine fibrous cellulose is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and still more preferably 70% or more. In this case, further excellent performance can be expected in terms of heat resistance and low linear thermal expansion. With regard to the degree of crystallinity, the X-ray diffraction profile is measured, and the pattern is determined by a conventional method (Seagal et al., Textile Research Journal, 29: 786, 1959).

本明細書においては、セルロース繊維はリン酸基(リン酸基又はリン酸基に由来する置換基)を有する。本発明においては、このようなセルロース繊維をリン酸化セルロース繊維と呼ぶこともある。   In the present specification, cellulose fiber has a phosphate group (phosphate group or a substituent derived from a phosphate group). In the present invention, such cellulose fibers may be referred to as phosphorylated cellulose fibers.

リン酸化セルロース繊維におけるリン酸基はリン酸からヒドロキシル基を取り除いたものにあたる、2価の官能基である。具体的には−PO32で表される基である。リン酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮重合した基、リン酸基の塩、リン酸エステル基などの置換基が含まれ、イオン性置換基であることが好ましい。The phosphate group in the phosphorylated cellulose fiber is a divalent functional group corresponding to phosphoric acid from which a hydroxyl group has been removed. It is specifically a group represented by -PO 3 H 2. The substituent derived from the phosphate group includes a substituent obtained by condensation polymerization of a phosphate group, a salt of a phosphate group, a phosphate ester group and the like, and is preferably an ionic substituent.

本発明では、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基は、下記式(1)で表される置換基であってもよい。

Figure 2018062501
In the present invention, the phosphate group or the substituent derived from the phosphate group may be a substituent represented by the following formula (1).
Figure 2018062501

式(1)中、a、b及びnは自然数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αn及びα’のうちの少なくとも1つはO−であり、残りはR,ORのいずれかである。各αn及びα’の全てがO−であっても構わない。nが2以上であり、α’がR又はORである場合には、各αnのうちの少なくとも1つがO−で残りがR又はORである。nが2以上であり、α’がO−である場合には、各αnは全てRであってもよいし、全てORであってもよいし、少なくとも1つがO−で残りがR又はORであってもよい。Rは、各々、水素原子、飽和−直鎖状炭化水素基、飽和−分岐鎖状炭化水素基、飽和−環状炭化水素基、不飽和−直鎖状炭化水素基、不飽和−分岐鎖状炭化水素基、不飽和−環状炭化水素基、芳香族基、及びこれらの誘導基である。   In formula (1), a, b and n are natural numbers (however, a = b × m). At least one of α1, α2, ..., αn and α 'is O-, and the rest is either R or OR. All of each α n and α ′ may be O-. When n is 2 or more and α 'is R or OR, at least one of each α n is O- and the remainder is R or OR. When n is 2 or more and α ′ is O—, each α n may be all R or all OR, and at least one is O— and the rest is R or OR It may be R is each 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 carbonization Hydrogen, unsaturated-cyclic hydrocarbon, aromatic, and derivatives thereof.

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。   Although a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, or n-butyl group etc. are mentioned as a saturated-linear hydrocarbon group, It does not specifically limit. Examples of the saturated-branched hydrocarbon group include i-propyl group and t-butyl group, but are not particularly limited. Although a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, etc. are mentioned as a saturated cyclic hydrocarbon group, It does not specifically limit. Examples of the unsaturated-linear hydrocarbon group include, but are not particularly limited to, a vinyl group, an allyl group and the like. Examples of unsaturated-branched hydrocarbon groups include i-propenyl group and 3-butenyl group, but are not particularly limited. Although a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group, etc. are mentioned as unsaturated-cyclic hydrocarbon group, It does not specifically limit. As an aromatic group, although a phenyl group or a naphthyl group etc. are mentioned, it does not specifically limit.

また、前記Rにおける誘導体としては、前記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又はアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。 また、前記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が20を超えると、Rを含むリンオキソ酸基の分子が大きくなりすぎて、繊維原料に浸透しにくくなり、微細セルロース繊維の収率が低下するおそれがある。   In addition, as the derivative in R, at least one of functional groups such as a carboxy group, a hydroxy group, or an amino group is added or substituted to the main chain or side chain of the various hydrocarbon groups. Although a group is mentioned, it is not limited in particular. 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. When the number of carbon atoms constituting the main chain of R exceeds 20, the molecule of the phosphorus oxo acid group containing R becomes too large, and it becomes difficult to penetrate into the fiber raw material, and the yield of fine cellulose fiber may decrease. .

βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。   β b + is a monovalent or more cation composed of an organic substance or an inorganic substance. The monovalent or more monovalent cations of organic substances include aliphatic ammonium or aromatic ammonium, and the monovalent or more monovalent cations of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium or lithium, Examples thereof include cations of divalent metals such as calcium or magnesium, or hydrogen ions, but not particularly limited. These can also be applied combining 1 type or 2 or more types. The monovalent or more monovalent cation composed of an organic substance or an inorganic substance is preferably an ion of sodium or potassium which is not easily yellowed when the fiber material containing β is heated and which is industrially easy to use, but is not particularly limited.

セルロース繊維が有するリン酸基の含有量は、セルロース繊維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以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることがより一層好ましく、1.30mmol/g以上であることが特に好ましく、1.60mmol/g以上であることが最も好ましい。また、リン酸基の含有量は、3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.5mmol/g以下であることがより好ましく、3.0mmol/g以下であることがさらに好ましい。なお、本明細書において、セルロース繊維が有するリン酸基の含有量は、後述するようにセルロース繊維が有するリン酸基の強酸性基量と等しい。   The content of the phosphate group of the cellulose fiber is preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, and more preferably 0.50 mmol / g or more per 1 g (mass) of cellulose fiber. Is more preferably 1.00 mmol / g or more, still more preferably 1.20 mmol / g or more, particularly preferably 1.30 mmol / g or more, 1.60 mmol It is most preferable that it is / g or more. Further, the content of the phosphoric acid group is preferably 3.65 mmol / g or less, more preferably 3.5 mmol / g or less, and still more preferably 3.0 mmol / g or less. In addition, in this specification, content of the phosphoric acid group which cellulose fiber has is equal to the strong acidic radical weight of the phosphoric acid group which cellulose fiber has, as mentioned later.

セルロース繊維が有するリン酸基の含有量は、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の際には、リン酸基を完全に酸型に変換させた後、機械処理工程(微細化工程)により微細化を行い、得られた微細繊維状セルロース含有スラリーに、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。   The content of the phosphate group contained in the cellulose fiber can be measured by the neutralization titration method. In the case of measurement by the neutralization titration method, the phosphate group is completely converted to the acid form, and then refinement is carried out by the mechanical treatment step (micronization step) to obtain the obtained fine fibrous cellulose-containing slurry, The amount introduced is determined by determining the change in pH while adding an aqueous sodium hydroxide solution.

リン酸基の酸型への変換は、得られたリン酸化セルロース繊維を、セルロース繊維濃度が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、十分な量の1N塩酸水溶液を少しずつ添加することで行う。リン酸基の酸型への変換では、上記のセルロース繊維含有スラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、1N塩酸水溶液を添加する操作を繰り返すことにより、セルロース繊維に含まれるリン酸基を完全に酸型へ変化させることが好ましい。そして、リン酸基の酸型への変換工程の後には、得られたセルロース繊維含有スラリーを攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流すことが好ましい。   The phosphoric acid group is converted to the acid form by diluting the obtained phosphorylated cellulose fiber with ion-exchanged water so that the cellulose fiber concentration is 2% by mass, and while stirring, a sufficient amount of 1N aqueous hydrochloric acid solution is slightly added. Do this by adding In the conversion of the phosphate group to the acid form, the above-mentioned cellulose fiber-containing slurry is dewatered to obtain a dewatered sheet, which is then diluted again with ion exchange water, and the operation of adding 1N hydrochloric acid aqueous solution is repeated to repeat the cellulose fiber It is preferable to completely change the phosphate group contained in the acid form to the acid form. And after the conversion process to the acid type of a phosphoric acid group, after stirring the obtained cellulose fiber containing slurry and making it disperse | distribute uniformly, it is excess by repeating the operation which obtains filtration dehydration and obtains a dehydration sheet. It is preferable to wash away the hydrochloric acid sufficiently.

機械処理工程(微細化工程)では、得られた脱水シートにイオン交換水を注ぎ、セルロース繊維濃度が0.3質量%のセルロース繊維含有スラリーを得て、このスラリーを、解繊処理装置(エムテクニック社製、クレアミックス‐2.2S)を用いて、21500回転/分の条件で30分間処理する。このようにして、微細繊維状セルロース含有スラリーを得る。   In the mechanical treatment step (the refining step), ion-exchanged water is poured into the obtained dewatered sheet to obtain a cellulose fiber-containing slurry having a cellulose fiber concentration of 0.3% by mass, and the slurry is subjected to disintegration processing (M Processing is performed at 21500 rpm for 30 minutes using Technics Inc., Claire Mix-2.2 S). Thus, a fine fibrous cellulose-containing slurry is obtained.

アルカリを用いた滴定では、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加えながら、分散液が示すpHの値の変化を計測する。この中和滴定では、アルカリ(水酸化ナトリウム水溶液)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得られる(増分が最大となる点と、2番目に大きくなる点)。このうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点(以下、第1終点と呼ぶ)までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中の強酸性基量と等しく、次に得られる増分の極大点(以下、第2終点と呼ぶ)までに必要としたアルカリ量が滴定に使用した分散液中の弱酸性基量と等しくなる。第1終点までに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)で除して、第1解離アルカリ量(mmol/g)とし、この量をセルロース繊維が有するリン酸基の含有量とする。   In the titration using an alkali, a change in the pH value of the dispersion is measured while adding a 0.1 N aqueous solution of sodium hydroxide to the fine fibrous cellulose-containing slurry. In this neutralization titration, in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali (aqueous sodium hydroxide solution) added, two points at which the increment (the differential value of the pH with respect to the alkali dropping amount) becomes maximum are obtained (The point where the increment is the largest and the point where it is the second largest). Among them, the amount of alkali required until the maximum point of incremental increase (hereinafter referred to as the first end point) obtained by adding alkali first is equal to the amount of strongly acidic groups in the dispersion used for titration, and then The amount of alkali required until the maximum point of the obtained increment (hereinafter referred to as the second end point) becomes equal to the amount of weakly acidic groups in the dispersion used for titration. The amount of alkali (mmol) required until the first end point is divided by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated to obtain a first amount of dissociated alkali (mmol / g), and this amount Is the content of the phosphate group that the cellulose fiber has.

図1は、中和滴定において、アルカリ(水酸化ナトリウム水溶液)を加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線を例示したものである。第1終点までの領域を第1領域、第2終点までの領域を第2領域という。なお、第2領域の後には第3領域がある。すなわち、3つの領域が現れる。図1において、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強酸性基量と等しく、第2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弱酸性基量と等しくなる。   FIG. 1 illustrates a curve obtained by plotting the measured pH against the amount of alkali (aqueous sodium hydroxide solution) added in the neutralization titration. The area up to the first end point is called a first area, and the area up to the second end point is called a second area. Note that there is a third area after the second area. That is, three regions appear. In FIG. 1, the amount of alkali required in the first region is equal to the amount of strongly acidic groups in the slurry used for titration, and the amount of alkali required in the second region is the amount of weakly acidic groups in the slurry used for titration It becomes equal to.

架橋構造は、セルロース繊維に導入されたリン酸基同士が脱水縮合することによって形成されると考えられる。すなわち、架橋構造は、ピロリン酸の2つのP原子に1つずつ、セルロースのグルコースユニットが、O原子を介して結合した構造となる。したがって、架橋構造が形成されると、見かけ上、弱酸性基が失われ、第1終点までに必要としたアルカリ量と比較して第2終点までに必要としたアルカリ量が少なくなる。ここで、セルロース繊維に導入されたリン酸基同士が全く縮合していない場合、セルロース繊維に導入されている強酸性基量と、弱酸性基量は等しい。このため、架橋構造が形成されることで失われた弱酸性基の量を2で除した値は架橋構造量(架橋点数)を表すことになる。すなわち、架橋構造量(架橋点数)は、第1終点までに要したアルカリ量(第1解離アルカリ量)と第2終点までに要したアルカリ量(第2解離アルカリ量)の差分を2で除した値に等しい。架橋構造量(架橋点数)は下記式(1)で表される。
架橋構造量(架橋点数)=(セルロース繊維に含まれる強酸性基量−セルロース繊維に含まれる弱酸性基量)/2 式(1)
The crosslinked structure is considered to be formed by dehydration condensation of the phosphate groups introduced into the cellulose fiber. That is, the crosslinked structure is a structure in which a glucose unit of cellulose is linked via an O atom, one to two P atoms of pyrophosphate. Therefore, when the crosslinked structure is formed, the weakly acidic groups are apparently lost, and the amount of alkali required until the second end point is smaller than the amount of alkali required until the first end point. Here, when the phosphoric acid groups introduced into the cellulose fibers are not condensed at all, the amount of strongly acidic groups introduced into the cellulose fibers is equal to the amount of weakly acidic groups. Therefore, the value obtained by dividing the amount of weakly acidic groups lost due to the formation of the crosslinked structure by 2 represents the amount of crosslinked structure (the number of crosslinking points). That is, the amount of cross-linked structure (the number of crosslinking points) is obtained by dividing the difference between the amount of alkali required for the first end point (the amount of first dissociated alkali) and the amount of alkali required for the second end point (the second dissociated alkali amount) by 2. It is equal to the The amount of crosslinking structure (the number of crosslinking points) is represented by the following formula (1).
Cross-linked structure amount (cross-linking score) = (strongly acidic group content in cellulose fiber-weakly acidic group content in cellulose fiber) / 2 Formula (1)

本発明においては、上記式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋構造量(架橋点数)は0.20mmol/g以上であればよく、0.22mmol/g以上であることが好ましく、0.25mmol/g以上であることがより好ましい。なお、架橋構造量(架橋点数)の上限値は、セルロース繊維に含まれる強酸性基量を2で除した値となるため、例えば1.82mmol/g以下となる。   In the present invention, the crosslinked structure amount (the number of crosslinking points) of the cellulose fiber calculated by the above formula (1) may be 0.20 mmol / g or more, preferably 0.22 mmol / g or more, 0. It is more preferable that it is 25 mmol / g or more. The upper limit value of the amount of crosslinking structure (the number of crosslinking points) is, for example, 1.82 mmol / g or less because it is a value obtained by dividing the amount of strongly acidic groups contained in the cellulose fiber by 2.

セルロース繊維の保水度は、150%以上であることが好ましく、170%以上であることがより好ましく、200%以上であることがさらに好ましい。なお、セルロース繊維の保水度の上限値に特に制限はないが、例えば1000%とすることができる。ここで、セルロース繊維の保水度は、SCAN−C 62:00 に準じて測定した値であり、以下の式によって算出される値である。セルロース繊維の保水度測定の際には、セルロース繊維を、20℃、4400rpm(遠心分離時の重量加速度:3950g)の条件で15分間、遠心分離処理を行う。遠心分離処理に供試するセルロース繊維量は測定1回につき絶乾重量で0.5g(仕込み坪量1700±100g/m2)とする。遠心分離機としては、例えば、コクサン社製のH−3Rを使用できる。なお、保水度の数値が大きいほど、セルロース繊維と水の親和性が高いことを意味する。
保水度(%)=(遠心分離処理後のセルロース繊維の重量−セルロース繊維の絶乾重量)/セルロース繊維の絶乾重量×100
The water retention of the cellulose fiber is preferably 150% or more, more preferably 170% or more, and still more preferably 200% or more. The upper limit value of the water retention degree of the cellulose fiber is not particularly limited, but may be, for example, 1000%. Here, the water retention degree of the cellulose fiber is a value measured according to SCAN-C 62:00, and is a value calculated by the following equation. In the case of measuring the water retention of cellulose fiber, the cellulose fiber is subjected to centrifugal separation treatment at 20 ° C. and 4400 rpm (weight acceleration at the time of centrifugation: 3950 g) for 15 minutes. The amount of cellulose fiber to be subjected to centrifugation is 0.5 g (a basis weight of 1700 ± 100 g / m 2 ) in terms of dry weight per measurement. As a centrifuge, for example, H-3R manufactured by Koksan can be used. The larger the water retention value, the higher the affinity between the cellulose fiber and water.
Water retention (%) = (weight of cellulose fiber after centrifugation treatment-absolute weight of cellulose fiber) / absolute weight of cellulose fiber × 100

セルロース繊維は、対イオンを有していてもよい。対イオンは、無機イオンであっても有機イオンであってもよい。無機イオンとしては、アルカリ金属イオンに代表される1価の金属イオン、アルカリ土類金属イオンに代表される2価の金属イオン、その他、非金属の陽イオンであるアンモニウムイオン、アルミニウムイオン、スズイオン、鉛イオンなどの卑金属イオン、その他、銀イオン、銅イオン、鉄イオンなどの遷移金属イオンが挙げられる。有機イオンとしては、有機アンモニウムイオンや、有機ホスホニウムイオンが挙げられる。保水度を高めたい場合は、1価の陽イオンを対イオンとすることが好ましく、汎用性の観点から、アンモニウムイオン、アルカリ金属イオンを対イオンとすることがより好ましく、ナトリウムイオン、アンモニウムイオンを対イオンとすることがさらに好ましい。一方、消臭、抗菌等の機能を付与したい場合は、銅イオン、銀イオン、有機アンモニウムイオンなど機能性の陽イオンを対イオンとすることが好ましい。   The cellulose fiber may have a counter ion. The counter ion may be an inorganic ion or an organic ion. As the inorganic ions, monovalent metal ions represented by alkali metal ions, divalent metal ions represented by alkaline earth metal ions, and other nonmetal cations, ammonium ions, aluminum ions, tin ions, Other examples include base metal ions such as lead ions, and transition metal ions such as silver ions, copper ions, and iron ions. The organic ions include organic ammonium ions and organic phosphonium ions. When it is desired to increase the degree of water retention, it is preferable to use a monovalent cation as a counter ion, and from the viewpoint of versatility, it is more preferable to use an ammonium ion and an alkali metal ion as a counter ion, and sodium ion and ammonium ion More preferably, it is a counter ion. On the other hand, when it is desired to impart functions such as deodorizing and antibacterial, it is preferable to use functional cations such as copper ions, silver ions and organic ammonium ions as counter ions.

(任意成分)
本発明のセルロース繊維含有組成物には、セルロース繊維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、たとえば、消泡剤、潤滑剤、界面活性剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、填料、安定剤、アルコール等の水と混和可能な有機溶媒、防腐剤、有機微粒子、無機微粒子、樹脂(ペレット状、繊維状)等を挙げることができる。
(Optional ingredient)
The cellulose fiber-containing composition of the present invention may contain optional components other than cellulose fiber. Optional components include, for example, antifoaming agents, lubricants, surfactants, UV absorbers, dyes, pigments, fillers, stabilizers, organic solvents miscible with water such as alcohols, preservatives, organic particles, inorganic particles And resins (in the form of pellets, fibers) and the like.

(組成物の製造方法)
組成物の製造方法(セルロース繊維含有組成物の製造方法)は、リン酸基又はリン酸基由来の置換基をセルロース繊維に導入し、下記式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋点数が0.20mmol/g以上となるようにリン酸基又はリン酸基由来の置換基を架橋させる工程を含む。なお、このようにして得られる組成物の水分含有量は50質量%以下である。
架橋点数=(セルロース繊維に含まれる強酸性基量−セルロース繊維に含まれる弱酸性基量)/2 式(1)
(Method of producing composition)
In the method for producing a composition (method for producing a cellulose fiber-containing composition), a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group is introduced into a cellulose fiber, and the crosslinking score of the cellulose fiber calculated by the following formula (1) is And a step of crosslinking the phosphate group or a substituent derived from the phosphate group to be 0.20 mmol / g or more. The water content of the composition thus obtained is 50% by mass or less.
Number of crosslinking points = (amount of strongly acidic group contained in cellulose fiber−amount of weakly acidic group contained in cellulose fiber) / 2 Formula (1)

<リン酸基導入工程>
リン酸基又はリン酸基由来の置換基をセルロース繊維に導入する工程は、リン酸基導入工程と呼ぶことができる。なお、リン酸基又はリン酸基由来の置換基の少なくとも一部を架橋させる工程もリン酸基導入工程に含まれる。すなわち、リン酸基導入工程には、セルロース繊維をリン酸化する工程と、リン酸基又はリン酸基由来の置換基の少なくとも一部を架橋させる工程が含まれている。
<Phosphoric acid group introduction process>
The step of introducing a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group into the cellulose fiber can be called a phosphate group introducing step. The step of crosslinking at least a part of the phosphate group or the substituent derived from the phosphate group is also included in the phosphate group introducing step. That is, the phosphate group introducing step includes a step of phosphorylating cellulose fiber and a step of crosslinking at least a part of the phosphate group or the substituent derived from the phosphate group.

リン酸基導入工程では、セルロース繊維に対し、リン酸基又はリン酸基由来の置換基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種(以下、「リン酸化剤」又は「化合物A」ともいう)を反応させることにより行うことができる。このようなリン酸化剤は、乾燥状態または湿潤状態のセルロース繊維に粉末や水溶液の状態で混合してもよい。また別の例としては、セルロース繊維のスラリーにリン酸化剤の粉末や水溶液を添加してもよい。すなわち、リン酸基導入工程は、少なくとも、セルロース繊維とリン酸化剤を混合する工程を含む。   In the phosphoric acid group introducing step, at least one selected from a compound having a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group and a salt thereof to cellulose fiber (hereinafter also referred to as "phosphorylating agent" or "compound A" Reaction can be carried out. Such phosphorylating agent may be mixed with dry or wet cellulose fiber in the form of powder or aqueous solution. As another example, a powder or an aqueous solution of a phosphating agent may be added to a cellulose fiber slurry. That is, the phosphoric acid group introducing step includes at least the step of mixing the cellulose fiber and the phosphorylating agent.

リン酸基導入工程は、セルロース繊維にリン酸化剤を反応させることにより行うことができるが、この反応は、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。   The phosphoric acid group introducing step can be carried out by reacting a cellulose fiber with a phosphorylating agent, and this reaction is carried out of at least one selected from urea and derivatives thereof (hereinafter also referred to as "compound B") It may be performed in the presence.

化合物Aを化合物Bの共存下でセルロース繊維に作用させる方法の一例としては、乾燥状態または湿潤状態のセルロース繊維に化合物A及び化合物Bの粉末や水溶液を混合する方法が挙げられる。また別の例としては、セルロース繊維含有スラリーに化合物A及び化合物Bの粉末や水溶液を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、乾燥状態のセルロース繊維に化合物Aおよび化合物Bの水溶液を添加する方法、または湿潤状態のセルロース繊維に化合物Aおよび化合物Bの粉末や水溶液を添加する方法が好ましい。また、化合物Aと化合物Bは同時に添加してもよいし、別々に添加してもよい。また、初めに反応に供試する化合物Aと化合物Bを水溶液として添加して、圧搾により余剰の薬液を除いてもよい。セルロース繊維の形態は綿状や薄いシート状であることが好ましいが、特に限定されない。   As an example of the method of causing compound A to act on cellulose fiber in the coexistence of compound B, a method of mixing powder or an aqueous solution of compound A and compound B with dry or wet cellulose fiber can be mentioned. Moreover, the method of adding the powder and aqueous solution of the compound A and the compound B to a cellulose fiber containing slurry as another example is mentioned. Among these, since the reaction uniformity is high, a method of adding an aqueous solution of Compound A and Compound B to cellulose fiber in a dry state, or adding a powder or an aqueous solution of Compound A and Compound B to cellulose fiber in a wet state The method is preferred. Compound A and Compound B may be added simultaneously or separately. Alternatively, the compound A and the compound B to be tested first may be added as an aqueous solution, and excess chemical solution may be removed by pressing. The form of the cellulose fiber is preferably cotton-like or thin sheet, but is not particularly limited.

リン酸化剤(化合物A)は、リン酸基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種である。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸のリチウム塩、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などが挙げられるが、特に限定されない。リン酸のリチウム塩としては、リン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸三リチウム、ピロリン酸リチウム、またはポリリン酸リチウムなどが挙げられる。リン酸のナトリウム塩としてはリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、またはポリリン酸ナトリウムなどが挙げられる。リン酸のカリウム塩としてはリン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、またはポリリン酸カリウムなどが挙げられる。リン酸のアンモニウム塩としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウムなどが挙げられる。中でも、リン酸、リン酸のナトリウム塩、又はリン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩は好ましく用いられる。   The phosphorylating agent (compound A) is at least one selected from a compound having a phosphate group and a salt thereof. Examples of the compound having a phosphate group include phosphoric acid, lithium salts of phosphoric acid, sodium salts of phosphoric acid, potassium salts of phosphoric acid, ammonium salts of phosphoric acid and the like, but are not particularly limited. Examples of lithium salts of phosphoric acid include lithium dihydrogen phosphate, dilithium hydrogen phosphate, trilithium phosphate, lithium pyrophosphate, lithium polyphosphate and the like. Examples of sodium salts of phosphoric acid include sodium dihydrogenphosphate, disodium hydrogenphosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium polyphosphate and the like. Examples of potassium salts of phosphoric acid include potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, and potassium polyphosphate. Examples of ammonium salts of phosphoric acid include ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium polyphosphate and the like. Among them, phosphoric acid, sodium salts of phosphoric acid, potassium salts of phosphoric acid, and ammonium salts of phosphoric acid are preferably used.

反応の均一性が高まり、かつリン酸基導入の効率がより高くなることからリン酸化剤(化合物A)は水溶液として用いることが好ましい。リン酸化剤(化合物A)の水溶液のpHは特に限定されないが、リン酸基の導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましく、セルロース繊維の加水分解を抑える観点からpH3以上pH7以下がさらに好ましい。化合物Aの水溶液のpHは例えば、リン酸基を有する化合物のうち、酸性を示すものとアルカリ性を示すものを併用し、その量比を変えて調整してもよい。リン酸化剤(化合物A)の水溶液のpHは、リン酸基を有する化合物のうち、酸性を示すものに無機アルカリまたは有機アルカリを添加すること等により調整してもよい。   The phosphorylating agent (compound A) is preferably used as an aqueous solution because the uniformity of the reaction is enhanced and the efficiency of phosphate group introduction is further enhanced. The pH of the aqueous solution of the phosphorylating agent (compound A) is not particularly limited, but is preferably 7 or less because the efficiency of introduction of the phosphoric acid group increases, and from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose fiber, pH 3 or more and pH 7 or less Is more preferred. The pH of the aqueous solution of the compound A may be adjusted by, for example, using a compound having a phosphoric acid group in combination of a compound exhibiting acidity and a compound exhibiting alkalinity, and changing its quantitative ratio. The pH of the aqueous solution of the phosphorylating agent (compound A) may be adjusted by adding an inorganic alkali or an organic alkali to a compound having an acid group among the compounds having a phosphoric acid group.

セルロース繊維に対するリン酸化剤(化合物A)の添加量は特に限定されないが、リン酸化剤(化合物A)の添加量をリン原子量に換算した場合、セルロース繊維(絶乾質量)に対するリン原子の添加量は0.5質量%以上100質量%以下が好ましく、1質量%以上50質量%以下がより好ましく、2質量%以上30質量%以下が最も好ましい。セルロース繊維に対するリン原子の添加量が上記範囲内であれば、リン酸化セルロース繊維の収率をより向上させることができる。セルロース繊維に対するリン原子の添加量を100質量%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。一方、セルロース繊維に対するリン原子の添加量を上記下限値以上とすることにより、収率を高めることができる。   The addition amount of the phosphorylation agent (compound A) to the cellulose fiber is not particularly limited, but when the addition amount of the phosphorylation agent (compound A) is converted to phosphorus atomic weight, the addition amount of phosphorus atom to the cellulose fiber (absolute dry mass) 0.5 to 100 mass% is preferable, 1 to 50 mass% is more preferable, and 2 to 30 mass% is the most preferable. If the addition amount of phosphorus atoms to the cellulose fiber is within the above range, the yield of the phosphorylated cellulose fiber can be further improved. By making the addition amount of the phosphorus atom with respect to a cellulose fiber into 100 mass% or less, the effect of a yield improvement and cost can be balanced. On the other hand, the yield can be increased by setting the addition amount of phosphorus atoms to the cellulose fiber to the above lower limit value or more.

本実施態様で使用する化合物Bとしては、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、1−エチル尿素などが挙げられる。   As compound B used in this embodiment, urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, 1-ethylurea and the like can be mentioned.

化合物Bは化合物Aと同様に水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性が高まることから化合物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。セルロース繊維(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は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く、150質量%以上300質量%以下であることが特に好ましい。   The compound B is preferably used as an aqueous solution like the compound A. Further, it is preferable to use an aqueous solution in which both the compound A and the compound B are dissolved, because the uniformity of the reaction is enhanced. It is preferable that the addition amount of the compound B with respect to a cellulose fiber (absolute dry mass) is 1 mass% or more and 500 mass% or less, more preferably 10 mass% or more and 400 mass% or less, 100 mass% or more and 350 mass% It is more preferable that it is the following, and it is especially preferable that it is 150 to 300 mass%.

化合物Aと化合物Bの他に、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、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、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 addition to the compound A and the compound B, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of the amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, hexamethylenediamine and the like. Among these, triethylamine is known to work as a good reaction catalyst.

リン酸基導入工程は、加熱をする工程(以下、加熱処理工程ともいう)を有することが好ましい。加熱処理工程を設けることで、セルロース繊維にリン酸基を効率的に導入し、さらにリン酸基又はリン酸基由来の置換基の少なくとも一部を架橋させることができる。すなわち、本発明の組成物の製造方法は、セルロース繊維とリン酸化剤と混合する工程と、セルロース繊維とリン酸化剤の混合物を加熱する工程を含むことが好ましい。   The phosphoric acid group introduction step preferably includes a heating step (hereinafter also referred to as a heat treatment step). By providing the heat treatment step, a phosphoric acid group can be efficiently introduced into the cellulose fiber, and at least a part of the phosphoric acid group or a substituent derived from the phosphoric acid group can be crosslinked. That is, it is preferable that the manufacturing method of the composition of this invention includes the process of mixing a cellulose fiber and a phosphating agent, and the process of heating the mixture of a cellulose fiber and a phosphating agent.

加熱処理工程における加熱処理温度は、セルロース繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リン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。また、加熱処理温度は、上述した式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋点数が0.20mmol/g以上となるようにリン酸基又はリン酸基由来の置換基を架橋させる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、具体的には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、加熱には減圧乾燥機、赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置を用いてもよい。   As the heat treatment temperature in the heat treatment step, it is preferable to select a temperature at which the phosphoric acid group can be efficiently introduced while suppressing the thermal decomposition or hydrolysis reaction of the cellulose fiber. Moreover, heat processing temperature selects the temperature which bridge | crosslinks the substituent derived from a phosphoric acid group or a phosphoric acid group so that the crosslinking score of the cellulose fiber calculated by Formula (1) mentioned above may be 0.20 mmol / g or more. It is preferable to do. Specifically, the heat treatment temperature is preferably 50 ° C. or more and 300 ° C. or less, more preferably 100 ° C. or more and 250 ° C. or less, and still more preferably 130 ° C. or more and 200 ° C. or less. For heating, a vacuum dryer, an infrared heater, or a microwave heater may be used.

加熱処理の際、化合物Aを添加したセルロース繊維含有スラリーに水が含まれている間において、セルロース繊維を静置する時間が長くなると、乾燥に伴い水分子と溶存する化合物Aがセルロース繊維表面に移動する。そのため、セルロース繊維中の化合物Aの濃度にムラが生じる可能性があり、セルロース繊維表面へのリン酸基の導入が均一に進行しない恐れがある。乾燥によるセルロース繊維中の化合物Aの濃度ムラ発生を抑制するためには、ごく薄いシート状のセルロース繊維を用いるか、ニーダー等でセルロース繊維と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱乾燥又は減圧乾燥させる方法を採ればよい。   During the heat treatment, while water is contained in the cellulose fiber-containing slurry to which Compound A is added, when the time for which the cellulose fiber is allowed to stand for a long time, Compound A dissolved with water molecules along with drying is on the cellulose fiber surface. Moving. Therefore, unevenness may occur in the concentration of the compound A in the cellulose fiber, and there is a possibility that the introduction of the phosphoric acid group to the cellulose fiber surface does not progress uniformly. In order to suppress the occurrence of uneven concentration of Compound A in the cellulose fiber due to drying, use a very thin sheet of cellulose fiber or heat dry or vacuum dry while kneading or stirring the cellulose fiber and Compound A with a kneader etc. You should take the method.

加熱処理に用いる加熱装置としては、スラリーが保持する水分及びリン酸基などの繊維の水酸基への付加反応で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く、例えば送風方式のオーブン等が好ましい。装置系内の水分を常に排出すれば、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、セルロース繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することができる。   The heating device used for the heat treatment is preferably a device capable of constantly discharging the water held by the slurry and the water produced by the addition reaction to the hydroxyl groups of the fibers such as phosphoric acid groups, for example, an air-blowing oven. Etc. is preferred. In addition to being able to suppress the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond which is the reverse reaction of phosphoric acid esterification by always draining the water in the device system, it is also possible to suppress the acid hydrolysis of the sugar chain in the cellulose fiber it can.

加熱処理の時間(加熱時間)は、加熱温度にも影響されるが、リン酸化剤とセルロース繊維が混合され、熱源に晒されてから1秒以上300分以下であることが好ましく、5秒以上270分以下であることがより好ましく、10秒以上15000秒以下であることがさらに好ましい。例えば、加熱温度が100℃以上250℃以下である場合、加熱時間は10秒以上であることが好ましく、20秒以上であることがより好ましく、30秒以上であることがさらに好ましい。加熱処理温度が100℃以上250℃以下である場合は、加熱時間の上限を15000秒以下とすることが好ましい。本発明においては、加熱処理温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リン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 (heating time) is also affected by the heating temperature, but it is preferably 1 second or more and 300 minutes or less after the phosphating agent and the cellulose fiber are mixed and exposed to the heat source, and preferably 5 seconds or more It is more preferable that it is 270 minutes or less, and it is further more preferable that they are 10 seconds or more and 15000 seconds or less. For example, when the heating temperature is 100 ° C. or more and 250 ° C. or less, the heating time is preferably 10 seconds or more, more preferably 20 seconds or more, and still more preferably 30 seconds or more. When the heat treatment temperature is 100 ° C. or more and 250 ° C. or less, it is preferable to set the upper limit of the heating time to 15000 seconds or less. In the present invention, by setting the heat treatment temperature and the heating time to an appropriate range, the introduction amount of the phosphate group can be set to a preferable range.

リン酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、複数回繰り返すこともできる。この場合、より多くのリン酸基が導入されるので好ましい。   The phosphate group introduction step may be performed at least once, but can be repeated multiple times. In this case, more phosphate groups are introduced, which is preferable.

<離解・洗浄工程>
リン酸基導入工程の後には、離解工程が設けられることが好ましく、離解工程の後にさらに洗浄工程が設けられることが好ましい。離解工程は、JIS P 8220に準拠して行う。すなわち、離解工程は、リン酸基導入工程で得られたリン酸化セルロース繊維を均一なパルプ懸濁液とするための工程である。この工程では、リン酸化セルロース繊維は、一般的な製紙用パルプと同等程度の大きさ(例えば、幅20μm以上30μm以下、長さ平均繊維長0.1mm以上3.0mm以下)であることが好ましい。なお、離解工程を行わずとも、リン酸化セルロース繊維が十分に分散した懸濁液が得られる場合は、離解工程は省いても良い。
<Disintegration and cleaning process>
It is preferable that a disintegration step is provided after the phosphoric acid group introduction step, and a washing step is further preferably provided after the disintegration step. The disaggregation process is performed according to JIS P 8220. That is, the disaggregation process is a process for making the phosphated cellulose fiber obtained in the phosphoric acid group introduction process into a uniform pulp suspension. In this step, the phosphorylated cellulose fiber is preferably about the same size as a general paper pulp (for example, width 20 μm to 30 μm, length average fiber length 0.1 mm to 3.0 mm) . In the case where a suspension in which the phosphorylated cellulose fibers are sufficiently dispersed can be obtained without performing the disaggregation step, the disaggregation step may be omitted.

洗浄工程では、リン酸化剤等の余剰の薬液を洗い流す。洗浄工程では、離解処理を施したリン酸化セルロース繊維を濾過脱水し、イオン交換水を注ぎ攪拌して均一に分散させるという操作を繰り返すことが好ましい。   In the washing step, excess chemical solution such as a phosphating agent is washed away. In the washing step, it is preferable to repeat the operation of filtering and dewatering the phosphorylated cellulose fiber which has been subjected to the disaggregation treatment, pouring the ion-exchanged water, and stirring and uniformly dispersing.

<アルカリ処理工程>
リン酸基導入工程及び離解工程の後には、アルカリ処理工程を設けることが好ましい。アルカリ処理工程を設けることにより、リン酸化セルロース繊維の対イオンを種々変更することができる。例えば、アルカリとして、水酸化ナトリウムを選択すれば、リン酸化セルロース繊維の対イオンをナトリウムイオンとすることができる。なお、本発明のセルロース繊維含有組成物の製造方法においては、アルカリ処理工程を設けなくてもよく、この場合は、リン酸化セルロース繊維のリン酸基の一方の対イオンがアンモニウムイオンであり、他方の対イオンが水素イオンとなる。
<Alkali treatment process>
It is preferable to provide an alkali treatment step after the phosphoric acid group introduction step and the disaggregation step. By providing the alkali treatment step, it is possible to variously change the counter ion of the phosphorylated cellulose fiber. For example, when sodium hydroxide is selected as the alkali, the counter ion of the phosphorylated cellulose fiber can be made a sodium ion. In addition, in the manufacturing method of the cellulose fiber containing composition of this invention, it is not necessary to provide an alkali treatment process, and in this case, one counter ion of the phosphoric acid group of phosphorylated cellulose fiber is an ammonium ion, The counter ion of is hydrogen ion.

アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ溶液中に、リン酸化セルロース繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されないが、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。アルカリ溶液における溶媒としては水または有機溶媒のいずれであってもよい。溶媒は、極性溶媒(水、またはアルコール等の極性有機溶媒)が好ましく、水系溶媒であってもよい。また、アルカリ溶液のうちでは、汎用性が高いことから、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特に好ましい。
Although it does not specifically limit as the method of alkali treatment, For example, the method of immersing phosphorylated cellulose fiber in an alkali solution is mentioned.
The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, but may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. The solvent in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. The solvent is preferably a polar solvent (water or a polar organic solvent such as alcohol), and may be an aqueous solvent. Among the alkali solutions, sodium hydroxide aqueous solution or potassium hydroxide aqueous solution is particularly preferable because of 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、5℃以上80℃以下が好ましく、10℃以上60℃以下がより好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液への浸漬時間は特に限定されないが、5分以上30分以下が好ましく、10分以上20分以下がより好ましい。
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、リン酸化セルロース繊維の絶乾質量に対して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 alkali solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or more and 80 ° C. or less, and more preferably 10 ° C. or more and 60 ° C. or less.
The immersion time in the alkali solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes to 30 minutes, and more preferably 10 minutes to 20 minutes.
The use amount of the alkali solution in the alkali treatment is not particularly limited, but it is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less, and preferably 1000% by mass or more and 10000% by mass or less based on the dry weight of the phosphorylated cellulose fiber. Is more preferred.

アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液使用量を減らすために、アルカリ処理工程の前に、リン酸化セルロース繊維を水や有機溶媒により洗浄しても構わない。アルカリ処理後には、取り扱い性を向上させるために、アルカリ処理済みリン酸化セルロース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 alkali solution used in the alkali treatment step, the phosphorylated cellulose fiber may be washed with water or an organic solvent before the alkali treatment step. After the alkali treatment, it is preferable to wash the alkali-treated phosphorylated cellulose fiber with water or an organic solvent in order to improve the handleability.

<その他の対イオン変更処理>
上述したアルカリ処理工程の代わりに、無機アルカリの塩や有機アルカリの塩とリン酸化セルロース繊維と接触させることでも、対イオンを変更することができる。例えば、無機アルカリの塩として塩化ナトリウムを選択すれば、リン酸化セルロース繊維の対イオンをナトリウムとすることができる。また、有機アルカリの塩として塩化アルキルアンモニウムを選択すれば、リン酸化セルロース繊維の対イオンをアルキルアンモニウムとすることができる。
<Other counter ion change processing>
The counter ion can also be changed by contacting the salt of inorganic alkali or the salt of organic alkali with the phosphorylated cellulose fiber instead of the above-mentioned alkali treatment step. For example, when sodium chloride is selected as the salt of inorganic alkali, the counter ion of phosphorylated cellulose fiber can be sodium. In addition, when alkyl ammonium chloride is selected as the salt of organic alkali, the counter ion of the phosphorylated cellulose fiber can be made to be alkyl ammonium.

<解繊処理>
本発明で使用されるセルロース繊維が、繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースである場合、アルカリ処理工程の後には、解繊処理工程を設けてもよい。解繊処理工程では、通常、解繊処理装置を用いて、繊維を解繊処理して、微細繊維状セルロース含有スラリーを得るが、処理装置、処理方法は、特に限定されない。
解繊処理装置としては、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、ビーズミルなどを使用できる。あるいは、解繊処理装置としては、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、湿式粉砕する装置等を使用することもできる。解繊処理装置は、上記に限定されるものではない。好ましい解繊処理方法としては、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミの心配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が挙げられる。
<Disintegration processing>
When the cellulose fiber used in the present invention is a fine fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, a defibration treatment step may be provided after the alkali treatment step. In the defibration treatment step, fibers are usually defibrated using a defibration treatment device to obtain a fine fibrous cellulose-containing slurry, but the treatment device and treatment method are not particularly limited.
As the defibration processing apparatus, a high-speed fibrillation machine, a grinder (millstone type crusher), a high pressure homogenizer, an ultrahigh pressure homogenizer, a high pressure collision type crusher, a ball mill, a bead mill, etc. can be used. Alternatively, use an apparatus for wet grinding such as a disc refiner, a conical refiner, a twin screw kneader, a vibration mill, a homomixer under high speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater as a defibration treatment apparatus. You can also. The defibration processing apparatus is not limited to the above. As a preferable defibration treatment method, a high-speed fibrillation machine, a high pressure homogenizer, and an ultrahigh pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and less likely to be contaminated, can be mentioned.

<シート形成工程>
本発明のセルロース繊維含有組成物の製造方法は、上述したリン酸化セルロース繊維を用いてシートを形成する工程をさらに含むことが好ましい。この場合、セルロース繊維含有組成物はシート状であり、不織布であることが好ましい。リン酸化セルロース繊維を用いてシートを形成する工程においては、シートの性質や形状などに応じて形成方法を適宜選択し得る。本実施形態においては、たとえば湿式抄紙法、乾式抄紙法などの方法を採用することが可能である。
<Sheet forming process>
It is preferable that the manufacturing method of the cellulose fiber containing composition of this invention further includes the process of forming a sheet using the phosphorylated cellulose fiber mentioned above. In this case, the cellulose fiber-containing composition is in the form of a sheet, and is preferably a non-woven fabric. In the step of forming a sheet using phosphorylated cellulose fiber, the forming method may be appropriately selected according to the nature and the shape of the sheet. In the present embodiment, for example, a method such as a wet papermaking method or a dry papermaking method can be employed.

セルロース繊維を用いてシートを形成する工程は、湿式抄紙法によりシートを形成する工程であってもよい。以下では、湿式抄紙法によりシートを形成する場合の一例を説明する。   The step of forming a sheet using cellulose fibers may be a step of forming a sheet by a wet papermaking method. Below, an example in the case of forming a sheet | seat by a wet papermaking method is demonstrated.

まず、湿式抄紙工程では、上述した工程で得られたリン酸化セルロース繊維にイオン交換水を添加して、セルロース繊維含有スラリーを得る。
次いで、セルロース繊維含有スラリーは、湿式抄紙工程に供される。湿式抄紙工程で用いられる抄紙機としては、例えば、長網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、円網抄紙機、傾斜ワイヤー型抄紙機、単網抄紙機、ヤンキー抄紙機等を挙げることができる。また、手抄き装置を用いて抄紙を行ってもよい。
First, in the wet paper making process, ion-exchanged water is added to the phosphorylated cellulose fiber obtained in the process described above to obtain a cellulose fiber-containing slurry.
Next, the cellulose fiber-containing slurry is subjected to a wet papermaking process. Examples of the paper machine used in the wet paper making process include a fourdrinier paper machine, twin wire paper machine, cylinder paper machine, inclined wire paper machine, single mesh paper machine, Yankee paper machine and the like. Alternatively, papermaking may be performed using a hand-drawing device.

湿式抄紙工程で得られたシートは、脱水乾燥工程に供されることが好ましい。脱水工程では、シートを加圧することで脱水を行ってもよい。この際の圧力は、1MPa以上であることが好ましく、5MPa以上であることがより好ましく、10MPa以上であることがさらに好ましい。また、圧力は100MPa以下であることが好ましい。本発明のセルロース繊維含有組成物は耐圧縮性に優れているため、脱水工程において上記条件で加圧をした場合であっても嵩高いシートが得られやすい。   The sheet obtained in the wet papermaking process is preferably subjected to a dewatering and drying process. In the dehydration step, dehydration may be performed by pressing the sheet. The pressure at this time is preferably 1 MPa or more, more preferably 5 MPa or more, and still more preferably 10 MPa or more. The pressure is preferably 100 MPa or less. Since the cellulose fiber-containing composition of the present invention is excellent in compression resistance, a bulky sheet can be easily obtained even when pressure is applied under the above conditions in the dehydration step.

なお、シート形成工程において、乾式抄紙法を用いる場合は、空気中でリン酸化セルロース繊維を均一に混合し、リン酸化セルロース繊維を含む気流を、下側にサクションボックスを備えたメッシュ状無端ベルト上に吐出してシートを形成する。すなわち、乾式抄紙法は、リン酸化セルロース繊維を空気中で混合し、堆積させる工程を含む方法である。乾式抄紙法においては、必要に応じて上記の操作を複数回繰り返してもよい。   In the sheet forming step, in the case of using a dry papermaking method, the phosphorylated cellulose fibers are uniformly mixed in the air, the air flow containing the phosphorylated cellulose fibers, and the mesh endless belt provided with a suction box on the lower side. To form a sheet. That is, the dry papermaking method is a method including the step of mixing and depositing the phosphorylated cellulose fiber in the air. In the dry papermaking method, the above operation may be repeated a plurality of times as necessary.

シートの脱水乾燥工程における乾燥方法は特に限定されないが、熱風、蒸気、赤外線、マイクロ波等を適宜利用できる。また、熱の伝達媒体として、金属板、金属ロールをシートに直接接触させる等の手法を適宜とることができる。   The drying method in the dewatering and drying step of the sheet is not particularly limited. In addition, as a heat transfer medium, a method such as bringing a metal plate or metal roll into direct contact with the sheet can be appropriately employed.

脱水乾燥工程後のシートに対して、さらに加圧操作を行っても良い。この際の圧力は、1MPa以上であることが好ましく、5MPa以上であることがより好ましく、10MPa以上であることがさらに好ましい。また、圧力は100MPa以下であることが好ましい。この操作により、シートの厚さ、密度を適宜調整することができる。また、本発明のセルロース繊維含有組成物は耐圧縮性に優れているため、上記条件で加圧をした場合であっても嵩高いシートが得られやすい。   A pressing operation may be further performed on the sheet after the dehydration and drying step. The pressure at this time is preferably 1 MPa or more, more preferably 5 MPa or more, and still more preferably 10 MPa or more. The pressure is preferably 100 MPa or less. By this operation, the thickness and density of the sheet can be appropriately adjusted. Moreover, since the cellulose fiber containing composition of this invention is excellent in compression resistance, even if it is a case where it pressure | voltages on the said conditions, a bulky sheet | seat is easy to be obtained.

(用途)
本発明のセルロース繊維含有組成物の用途は特に限定されない。セルロース繊維含有組成物は、シート状であることが好ましく、不織布であることがより好ましい。セルロース繊維含有組成物は、例えば、フラッフパルプや不織布の状態で、汗、尿、経血、有害薬品等の吸収性物品の構成部材として利用されたり、衛生用紙、フィルター素材、緩衝材等に利用される。
(Use)
The application of the cellulose fiber-containing composition of the present invention is not particularly limited. The cellulose fiber-containing composition is preferably in the form of a sheet, and more preferably a non-woven fabric. The cellulose fiber-containing composition is used, for example, as a component of absorbent articles such as sweat, urine, menstrual blood, harmful chemicals, etc. in the state of fluff pulp or non-woven fabric, or used as sanitary paper, filter material, buffer material, etc. Be done.

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 will be more specifically described below with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, proportions, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limited by the specific examples shown below.

(実施例1)
<リン酸化反応工程>
針葉樹クラフトパルプとして、王子製紙製のパルプ(固形分96質量%、坪量213g/m2シート状)を原料として使用した。上記針葉樹クラフトパルプ(絶乾質量)100質量部に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を含浸し、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、イオン交換水150質量部となるように圧搾し、薬液含浸パルプを得た。得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で350秒間乾燥・加熱処理し、パルプ中のセルロースにリン酸基及びリン酸架橋構造を導入し、リン酸化セルロース繊維Aを得た。
Example 1
<Phosphorylation reaction process>
As softwood kraft pulp, pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 96 mass%, basis weight 213 g / m 2 sheet) was used as a raw material. 100 parts by mass of the softwood kraft pulp (absolute dry mass) is impregnated with a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea to 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of ion exchanged water It was squeezed to obtain a chemical solution impregnated pulp. The obtained drug-impregnated pulp was dried and heat-treated with a hot air drier at 165 ° C. for 350 seconds to introduce a phosphoric acid group and a phosphoric acid cross-linked structure into cellulose in the pulp, to obtain a phosphorylated cellulose fiber A.

<離解・洗浄工程>
得られたリン酸化セルロース繊維Aに、セルロース繊維濃度が2質量%となるようイオン交換水を注ぎ、2L容量の卓上型ディスインテグレーターで20分間離解処理した。得られたパルプスラリーを濾過脱水して脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させる操作を繰り返すことにより、余剰の薬液を十分に洗い流し、リン酸化セルロース繊維Bを得た。
<Disintegration and cleaning process>
Ion-exchanged water was poured to the obtained phosphorylated cellulose fiber A so that the cellulose fiber concentration would be 2% by mass, and the mixture was subjected to disaggregation treatment with a 2 L-volume tabletop disintegrator for 20 minutes. The obtained pulp slurry is filtered and dewatered to obtain a dewatered sheet, and then ion-exchanged water is poured again, and stirring and uniform dispersion are repeated to wash away excess chemical solution sufficiently, and phosphated cellulose fiber B I got

<アルカリ処理工程>
得られたリン酸化セルロース繊維Bを、セルロース繊維濃度が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1N水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加して、pHが12±0.2のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の水酸化ナトリウムを十分に洗い流して、リン酸化セルロースを含むリン酸化セルロース繊維Cを得た。そして、後述する方法により、リン酸化セルロース繊維Cの保水度を測定した。また、後述する方法により、リン酸化セルロース繊維Cのリン酸基導入量と架橋構造の含有量を測定した。
<Alkali treatment process>
The obtained phosphorylated cellulose fiber B is diluted with ion exchanged water so that the cellulose fiber concentration is 2% by mass, 1N aqueous sodium hydroxide solution is added little by little while stirring, and the pH is 12 ± 0.2. Pulp slurry was obtained. Thereafter, the pulp slurry is dewatered to obtain a dewatered sheet, and then ion-exchanged water is poured again, and after stirring and dispersing uniformly, filtration dewatering to obtain a dewatered sheet is repeated to obtain excess water. The sodium oxide was thoroughly washed away to obtain phosphorylated cellulose fiber C containing phosphorylated cellulose. And the water retention degree of the phosphorylated cellulose fiber C was measured by the method mentioned later. Moreover, the content of the phosphate group introduction amount and the cross-linked structure of the phosphorylated cellulose fiber C was measured by the method described later.

<シート化・プレス工程>
得られたセルロース繊維Cに、セルロース繊維濃度が0.3質量%となるようにイオン交換水を注いだ後、脱水濾過することで面積0.0043m2、坪量200g/m2のセルロース繊維含有シートを得た。このセルロース繊維含有シートを23℃、相対湿度50%の調湿室で、重量が一定となるまで乾燥させた。次いで、圧力11.57MPaで60秒間プレスすることで、セルロース繊維含有シートA(セルロース繊維含有組成物)を得た。プレス後の厚さを測定することで、セルロース繊維含有シートAの密度を算出した。シートの密度の計算はJIS P 8118:1998に準拠して行った。また、紙厚計としては、ハイブリッジ紙厚計(高橋製作所(株)製 No.735)を用いた。また、後述する方法により、セルロース繊維含有シートAの水分含有量(含水率)及び吸水速度を測定した。
<Sheet formation / press process>
The obtained cellulose fibers C, poured deionized water as cellulose fibers concentration of 0.3 mass%, the area 0.0043M 2 by dehydration filtration, cellulose fiber content of the basis weight of 200 g / m 2 I got a sheet. The cellulose fiber-containing sheet was dried in a humidity control room at 23 ° C. and a relative humidity of 50% until the weight became constant. Next, a cellulose fiber-containing sheet A (cellulose fiber-containing composition) was obtained by pressing at a pressure of 11.57 MPa for 60 seconds. The density of the cellulose fiber-containing sheet A was calculated by measuring the thickness after pressing. The sheet density was calculated in accordance with JIS P 8118: 1998. In addition, as a paper thickness gauge, a high bridge paper thickness gauge (No. 735 manufactured by Takahashi Manufacturing Co., Ltd.) was used. Moreover, the water content (water content) and water absorption speed of the cellulose fiber containing sheet A were measured by the method mentioned later.

(実施例2)
上述の<アルカリ処理工程>を行わない以外は、実施例1と同様にして、リン酸化セルロース繊維及びセルロース繊維含有シートを得た。得られたリン酸化セルロース繊維とセルロース繊維含有シートについては、実施例1と同様の測定を行った。
(Example 2)
A phosphorylated cellulose fiber and a cellulose fiber-containing sheet were obtained in the same manner as in Example 1 except that the above <Alkali treatment step> was not performed. The same measurement as in Example 1 was performed for the obtained phosphorylated cellulose fiber and cellulose fiber-containing sheet.

(実施例3)
上述の<リン酸化反応工程>において乾燥・加熱処理時間を300秒間とし、さらに、上述の<離解・洗浄工程>において、ディスインテグレーターでの離解処理時間を15分間とした以外は、実施例1と同様にして、リン酸化セルロース繊維及びセルロース繊維含有シートを得た。得られたリン酸化セルロース繊維とセルロース繊維含有シートについては、実施例1と同様の測定を行った。
(Example 3)
Example 1 and Example 1 except that in the above-mentioned <phosphorylation reaction step> the drying and heat treatment time is 300 seconds, and in the above <breaking and washing step>, the disintegration time in the disintegrator is 15 minutes. Similarly, a phosphated cellulose fiber and a cellulose fiber-containing sheet were obtained. The same measurement as in Example 1 was performed for the obtained phosphorylated cellulose fiber and cellulose fiber-containing sheet.

(実施例4)
上述の<アルカリ処理工程>を行わない以外は、実施例3と同様にして、リン酸化セルロース繊維及びセルロース繊維含有シートを得た。得られたリン酸化セルロース繊維とセルロース繊維含有シートについては、実施例1と同様の測定を行った。
(Example 4)
A phosphorylated cellulose fiber and a cellulose fiber-containing sheet were obtained in the same manner as in Example 3 except that the above <Alkali treatment step> was not performed. The same measurement as in Example 1 was performed for the obtained phosphorylated cellulose fiber and cellulose fiber-containing sheet.

(比較例1)
<離解工程>
針葉樹クラフトパルプとして、王子製紙製のパルプ(固形分96質量%、坪量213g/m2シート状)を原料として使用した。セルロース繊維濃度が2質量%となるようイオン交換水を注ぎ、2L容量の卓上型ディスインテグレーターで5分間離解処理した。得られたパルプスラリーを濾過脱水してセルロース繊維A'を得た。後述する方法により、セルロース繊維A'の保水度を測定した。
(Comparative example 1)
<Disintegration process>
As softwood kraft pulp, pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 96 mass%, basis weight 213 g / m 2 sheet) was used as a raw material. Ion-exchanged water was poured so that the cellulose fiber concentration would be 2% by mass, and the mixture was deaggregated for 5 minutes with a 2 L desktop disintegrator. The obtained pulp slurry was filtered and dewatered to obtain a cellulose fiber A '. The water retention of cellulose fiber A 'was measured by the method described later.

<シート化・プレス工程>
得られたセルロース繊維A'に、セルロース繊維濃度が0.3質量%となるようにイオン交換水を注いだ後、脱水濾過することで面積0.0043m2、坪量200g/m2のセルロース繊維含有シートを得た。このセルロース繊維含有シートを23℃、相対湿度50%の調湿室で、重量が一定となるまで乾燥させた。次いで、圧力11.57MPaで60秒間プレスすることで、セルロース繊維含有シートA'を得た。プレス後の厚さを測定することで、セルロース繊維含有シートA'の密度を算出した。また、後述する方法により、セルロース繊維含有シートA'の水分含有量(含水率)および吸水速度を測定した。
<Sheet formation / press process>
The obtained cellulose fibers A ', was poured deionized water so cellulose fibers concentration of 0.3 mass%, the area 0.0043M 2 by dehydration filtration, a basis weight of 200 g / m 2 cellulosic fibers A containing sheet was obtained. The cellulose fiber-containing sheet was dried in a humidity control room at 23 ° C. and a relative humidity of 50% until the weight became constant. Subsequently, the cellulose fiber containing sheet A 'was obtained by pressing for 60 seconds under pressure 11.57 Mpa. By measuring the thickness after pressing, the density of the cellulose fiber-containing sheet A ′ was calculated. Moreover, the water content (water content) and water absorption speed of cellulose fiber containing sheet A 'were measured by the method mentioned later.

(比較例2)
上述の<リン酸化反応工程>において、乾燥・加熱処理時間を200秒間とし、さらに、上述の<離解・洗浄工程>において、ディスインテグレーターでの処理行わない以外は、実施例1と同様にして、リン酸化セルロース繊維及びセルロース繊維含有シートを得た。得られたリン酸化セルロース繊維とセルロース繊維含有シートについては、実施例1と同様の測定を行った。なお、比較例2ではイオン交換水を加え、軽微な手攪拌をするだけで、リン酸化セルロース繊維が水へ均一に分散したため、離解機は使用しなかった。
(Comparative example 2)
In the above-mentioned <phosphorylation reaction step>, the drying and heat treatment time is set to 200 seconds, and in the above <decomposition and washing step>, the same procedure as in Example 1 is carried out except that the treatment with the disintegrator is not performed. A sheet containing phosphorylated cellulose fiber and cellulose fiber was obtained. The same measurement as in Example 1 was performed for the obtained phosphorylated cellulose fiber and cellulose fiber-containing sheet. In Comparative Example 2, ion exchanged water was added, and only slight manual stirring was performed, and the phosphocellulose fiber was uniformly dispersed in water, and therefore the disintegrator was not used.

(比較例3)
上述の<アルカリ処理工程>を行わない以外は、比較例2と同様にして、リン酸化セルロース繊維及びセルロース繊維含有シートを得た。得られたリン酸化セルロース繊維とセルロース繊維含有シートについては、実施例1と同様の測定を行った。
なお、比較例3ではイオン交換水を加え、軽微な手攪拌をするだけで、リン酸化セルロース繊維が水へ均一に分散したため、離解機は使用しなかった。
(Comparative example 3)
A phosphorylated cellulose fiber and a cellulose fiber-containing sheet were obtained in the same manner as in Comparative Example 2 except that the above <Alkali treatment step> was not performed. The same measurement as in Example 1 was performed for the obtained phosphorylated cellulose fiber and cellulose fiber-containing sheet.
In Comparative Example 3, ion exchanged water was added, and only slight manual stirring was performed, and the phosphated cellulose fiber was uniformly dispersed in water, and therefore the disintegrator was not used.

(分析及び評価)
<保水度の測定>
SCAN−C 62:00 に準じてセルロース繊維の保水度を測定した。セルロース繊維の保水度測定の際には、セルロース繊維を、20℃、4400rpm(遠心分離時の重量加速度:3950g)の条件で15分間遠心分離処理を行った。遠心分離処理に供試したセルロース繊維量は測定1回につき絶乾重量で0.5g(仕込み坪量1700±100g/m2)であった。遠心分離機としては、コクサン社製のH−3Rを使用した。保水度は以下の式によって算出した。
保水度(%)=(遠心分離処理後のセルロース繊維の重量−セルロース繊維の絶乾重量)/セルロース繊維の絶乾重量×100
なお、保水度の数値が大きいほど、セルロース繊維と水の親和性が高いことを意味する。
(Analysis and evaluation)
<Measurement of water retention>
The water retention of the cellulose fiber was measured according to SCAN-C 62:00. In the case of measuring the water retention of the cellulose fiber, the cellulose fiber was subjected to centrifugation for 15 minutes under conditions of 20 ° C. and 4400 rpm (weight acceleration at the time of centrifugation: 3950 g). The amount of cellulose fibers used in the centrifugation treatment was 0.5 g (a basis weight of 1700 ± 100 g / m 2 ) in bone dry weight per measurement. As a centrifuge, H-3R manufactured by Koksan Corporation was used. The water retention rate was calculated by the following equation.
Water retention (%) = (weight of cellulose fiber after centrifugation treatment-absolute weight of cellulose fiber) / absolute weight of cellulose fiber × 100
The larger the water retention value, the higher the affinity between the cellulose fiber and water.

<リン酸基導入量の測定>
リン酸基の導入量は、中和滴定法により測定した。具体的には、セルロース繊維に含まれるリン酸基を完全に酸型に変換させた後、機械処理工程(微細化工程)により微細化を行い、得られた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加えながら、スラリー(分散液)が示すpHの変化を求めることにより、導入量を測定した。
リン酸基の酸型への変換では、得られたリン酸化セルロース繊維を、セルロース繊維濃度が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、十分な量の1N塩酸水溶液を少しずつ添加した。次いで、このセルロース繊維含有スラリーを15分間撹拌したのち脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、1N塩酸水溶液を添加する操作を繰り返すことにより、セルロース繊維に含まれるリン酸基を完全に酸型へ変化させた。さらに、このセルロース繊維含有スラリーを攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流した。
機械処理工程では、得られた脱水シートにイオン交換水を注ぎ、セルロース繊維濃度が0.3質量%のセルロース繊維含有スラリーを得た。このスラリーを、解繊処理装置(エムテクニック社製、クレアミックス‐2.2S)を用いて、21500回転/分の条件で30分間処理した。アルカリを用いた滴定では、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加えながら、分散液が示すpHの値の変化を計測した。
<Measurement of phosphate group introduction amount>
The introduced amount of phosphate group was measured by the neutralization titration method. Specifically, the phosphate group contained in the cellulose fiber is completely converted to an acid form, and then refining is carried out by the mechanical processing step (the refining step). The amount introduced was determined by determining the change in pH exhibited by the slurry (dispersion liquid) while adding an aqueous 1 N sodium hydroxide solution.
In conversion of the phosphate group to the acid form, dilute the obtained phosphorylated cellulose fiber with ion-exchanged water so that the concentration of cellulose fiber is 2% by mass, and while stirring, add a small amount of 1N aqueous hydrochloric acid solution for a while Was added one by one. Next, the cellulose fiber-containing slurry is stirred for 15 minutes and then dewatered to obtain a dewatered sheet, which is then diluted again with ion exchanged water, and the operation of adding 1 N hydrochloric acid aqueous solution is repeated to obtain phosphoric acid contained in cellulose fiber. The group was completely converted to the acid form. Furthermore, the cellulose fiber-containing slurry was stirred to be dispersed uniformly, and then the operation of obtaining a dewatered sheet by filtration dewatering was repeated to wash away excess hydrochloric acid sufficiently.
In the mechanical treatment step, ion-exchanged water was poured into the obtained dewatered sheet to obtain a cellulose fiber-containing slurry having a cellulose fiber concentration of 0.3% by mass. This slurry was treated for 30 minutes at 21500 revolutions / minute using a fibrillation treatment apparatus (manufactured by Emtechnic Co., Ltd., Clearmix-2.2 S). In the titration using an alkali, the change in the pH value of the dispersion was measured while adding a 0.1 N aqueous solution of sodium hydroxide to the fine fibrous cellulose-containing slurry.

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)が極大となる点を二つ与える(増分が最大となる点と、2番目に大きくなる点)。このうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点(以下、第1終点と呼ぶ)、までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中の強酸性基量と等しく、次に得られる増分の極大点(以下、第2終点と呼ぶ)までに必要としたアルカリ量が滴定に使用した分散液中の弱酸性基量と等しくなる。
第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象分散液中の固形分(g)で除して、第1解離アルカリ量(mmol/g)とし、この量をリン酸基の導入量とした。
In this neutralization titration, in the curve obtained by plotting the measured pH against the amount of addition of alkali, two points at which the increment (the differential value of the pH with respect to the alkali dropping amount) is maximized are given (the point at which the increment is maximized) And the second largest point). Among them, the amount of alkali required up to the maximum point of the incrementally obtained (hereinafter referred to as the first end point) obtained by adding alkali first is equal to the amount of strongly acidic groups in the dispersion used for titration. The amount of alkali required until the maximum point of the incremental obtained (hereinafter referred to as the second end point) is equal to the amount of weakly acidic groups in the dispersion used for titration.
The amount of alkali (mmol) required until the first end point is divided by the solid content (g) in the dispersion to be titrated to obtain a first amount of dissociated alkali (mmol / g). It was introduced amount.

<架橋点数の測定>
架橋構造は、セルロース繊維に導入されたリン酸基同士が脱水縮合することによって形成されると考えられる。すなわち、架橋構造は、ピロリン酸の2つのP原子に1つずつ、セルロースのグルコースユニットが、O原子を介して結合した構造となる。したがって、架橋リン酸基が形成されると、見かけ上弱酸性基が失われ、第1終点までに必要としたアルカリ量と比較して第2終点までに必要としたアルカリ量が少なくなる。すなわち、架橋点数は、第1終点までに要したアルカリ量(第1解離アルカリ量)と第2終点までに要したアルカリ量(第2解離アルカリ量)の差分を2で除した値に等しい。
<Measurement of Crosslinking Score>
The crosslinked structure is considered to be formed by dehydration condensation of the phosphate groups introduced into the cellulose fiber. That is, the crosslinked structure is a structure in which a glucose unit of cellulose is linked via an O atom, one to two P atoms of pyrophosphate. Therefore, when the crosslinked phosphate group is formed, the weakly acidic group is apparently lost, and the amount of alkali required until the second end point decreases compared to the amount of alkali required until the first end point. That is, the number of crosslinking points is equal to a value obtained by dividing by 2 the difference between the amount of alkali (first amount of dissociated alkali) required to the first end point and the amount of alkali (second amount of dissociated alkali) required to the second end point.

<水分含有量の測定>
水分含有量は、23℃、相対湿度50%の調湿室で平衡状態まで乾燥させたセルロース繊維含有シートの重量を測定したのち、105℃で一晩乾燥させた後のセルロース繊維含有シートの重量を測定し、以下の式を用いて算出した。
水分含有量(%)=(105℃における乾燥前のシート重量−105℃における乾燥後のシート重量)/105℃における乾燥前のシート重量×100
<Measurement of water content>
The moisture content is the weight of a cellulose fiber-containing sheet after drying to a balance state at 23 ° C. and a relative humidity of 50% in a humidity control chamber and then dried at 105 ° C. overnight. Was calculated and calculated using the following equation.
Moisture content (%) = (Sheet weight before drying at 105 ° C-Sheet weight after drying at 105 ° C) / Sheet weight before drying at 105 ° C × 100

<吸水速度の測定>
吸水速度は、セルロース繊維含有シートを、幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルに切り出し、この短冊状サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水(電気伝導度2μS/cm以下)に浸した。その後、長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間を測定し、下記式(2)を用いて吸水速度(mm/sec)を算出した。
吸水速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(2)
式(2)において、tは、短冊状サンプルの長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間(sec)を表す。
<Measurement of water absorption rate>
With regard to the water absorption rate, a cellulose fiber-containing sheet is cut into a strip-shaped sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region up to 5 mm from the longitudinal edge of this strip-shaped sample is ion exchanged water (electrical conductivity 2 μS / cm) Dipped below). Thereafter, the time required for the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm in the longitudinal direction from the longitudinal direction edge was measured, and the water absorption speed (mm / sec) was calculated using the following equation (2).
Water absorption speed (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Formula (2)
In Formula (2), t represents the time (sec) taken by the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm in the longitudinal direction from the longitudinal edge of the strip sample.

Figure 2018062501
Figure 2018062501

実施例で得られたセルロース繊維については保水度が高く、セルロース繊維含有シートは優れた吸水速度を発揮した。実施例で得られたセルロース繊維含有シートは、嵩高いシート(密度が小さなシート)でありながらも、優れた保水性と高い吸水速度が両立されていた。   The cellulose fibers obtained in the examples had high water retention, and the cellulose fiber-containing sheet exhibited an excellent water absorption rate. Although the cellulose fiber-containing sheet obtained in the examples was a bulky sheet (a sheet having a small density), both excellent water retention and high water absorption speed were compatible.

Claims (5)

リン酸基又はリン酸基由来の置換基を有するセルロース繊維を含む組成物であって、
前記セルロース繊維の少なくとも一部において、前記リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋しており、
下記式(1)で算出される前記セルロース繊維の架橋点数が0.20mmol/g以上であり、
前記組成物の全質量に対する水分含有量が50質量%以下である組成物。
架橋点数=(セルロース繊維に含まれる強酸性基量−セルロース繊維に含まれる弱酸性基量)/2 式(1)
A composition comprising a cellulose fiber having a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group,
The phosphate group or the substituent derived from the phosphate group is cross-linked in at least a part of the cellulose fiber,
The number of crosslinking points of the cellulose fiber calculated by the following formula (1) is 0.20 mmol / g or more,
The composition whose water content with respect to the total mass of the said composition is 50 mass% or less.
Number of crosslinking points = (amount of strongly acidic group contained in cellulose fiber−amount of weakly acidic group contained in cellulose fiber) / 2 Formula (1)
不織布である請求項1に記載の組成物。   The composition according to claim 1, which is a non-woven fabric. 前記組成物を幅5mm、長さ50mmの短冊状サンプルとし、前記短冊状サンプルの長手方向端辺から5mmまでの端部領域をイオン交換水(電気伝導度2μS/cm以下)に浸し、長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間を測定した際、下記式(2)で算出される吸水速度(mm/sec)が、2.5mm/sec以上100mm/sec以下である請求項1又は2に記載の組成物;
吸水速度(mm/sec)=40(mm)/t(sec) 式(2)
式(2)において、tは、短冊状サンプルの長手方向端辺から長手方向に45mmの距離地点までイオン交換水が到達するまでに要した時間(sec)を表す。
The composition is used as a strip sample having a width of 5 mm and a length of 50 mm, and the end region up to 5 mm from the longitudinal edge of the strip sample is immersed in ion exchange water (electrical conductivity 2 μS / cm or less) The water absorption speed (mm / sec) calculated by the following equation (2) is 2.5 mm / sec when the time taken for the ion exchange water to reach the 45 mm distance point in the longitudinal direction from the edge is measured. The composition according to claim 1 or 2, which is at least 100 mm / sec.
Water absorption speed (mm / sec) = 40 (mm) / t (sec) Formula (2)
In Formula (2), t represents the time (sec) taken by the ion-exchanged water to reach a distance point of 45 mm in the longitudinal direction from the longitudinal edge of the strip sample.
セルロース繊維に含まれる強酸性基量が1.60mmol/g以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。   The composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount of strongly acidic group contained in the cellulose fiber is 1.60 mmol / g or more. 前記セルロース繊維の、下記式で算出される保水度(%)が150%以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物;
保水度(%)=(遠心分離処理後のセルロース繊維の重量−セルロース繊維の絶乾重量)/セルロース繊維の絶乾重量×100
上記式において、保水度は、SCAN−C 62:00 に準じて測定されるが、遠心分離処理の条件は、20℃、遠心分離時の重量加速度3950gで15分間とする。
The composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the water retention (%) of the cellulose fiber calculated by the following formula is 150% or more.
Water retention (%) = (weight of cellulose fiber after centrifugation treatment-absolute weight of cellulose fiber) / absolute weight of cellulose fiber × 100
In the above equation, the degree of water retention is measured according to SCAN-C 62:00, but the conditions for centrifugation are 15 ° C. and weight acceleration 3950 g during centrifugation for 15 minutes.
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