JPWO2018181224A1 - Rubber composition and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

本発明は、ゴム成分とセルロース系繊維とを含み、高ひずみ時の強度が良好であり得るゴム組成物とその製造方法を提供することを目的とする。すなわち、本発明は、(A)成分:変性セルロースナノファイバー、(B)成分:ゴム成分、および(C)成分:界面活性剤を含むゴム組成物、および、工程[I]:(A)成分と(B)成分:ゴム成分を混合し、混合物を得る工程、および工程[II]:得られる混合物に、(C)成分を添加、混練し、ゴム組成物を得る工程を有する、ゴム組成物の製造方法;工程[i]:(A)、(B)および(C)成分を混合し、混合物を得る工程、および工程[ii]:得られる混合物を混練し、ゴム組成物を得る工程を有する、ゴム組成物の製造方法を提供する。An object of the present invention is to provide a rubber composition containing a rubber component and a cellulosic fiber and having good strength at high strain, and a method for producing the same. That is, the present invention provides a rubber composition containing (A) component: modified cellulose nanofiber, (B) component: rubber component, and (C) component: surfactant, and step [I]: (A) component. And a component (B): a step of mixing a rubber component to obtain a mixture, and a step [II]: a step of adding and kneading the component (C) to the obtained mixture and kneading to obtain a rubber composition. [I]: a step of mixing the components (A), (B) and (C) to obtain a mixture, and a step [ii]: kneading the obtained mixture to obtain a rubber composition. A method for producing a rubber composition is provided.

Description

本発明は、ゴム組成物およびその製造方法に関し、詳しくは、変性セルロースナノファイバーを含有するゴム組成物およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a rubber composition and a method for producing the same, and more particularly, to a rubber composition containing modified cellulose nanofibers and a method for producing the same.

ゴム成分とセルロース系繊維とを含むゴム組成物は、優れた機械強度を有することが知られている。例えば、特許文献1には、平均繊維径が0.5μm未満の短繊維を水中でフィブリル化させて得られる分散液とゴムラテックスとを混合し乾燥させることにより、短繊維をゴム中に均一に分散させたゴム/短繊維のマスターバッチが得られること、および、このマスターバッチからゴム補強性と耐疲労性のバランスに優れるゴム組成物を製造できることが記載されている。   It is known that a rubber composition containing a rubber component and a cellulosic fiber has excellent mechanical strength. For example, Patent Document 1 discloses that a short fiber having an average fiber diameter of less than 0.5 μm is fibrillated in water, mixed with a rubber latex, and dried, so that the short fiber is uniformly dispersed in rubber. It describes that a dispersed rubber / short fiber masterbatch can be obtained, and that a rubber composition having an excellent balance between rubber reinforcement and fatigue resistance can be produced from the masterbatch.

一般にゴム成分とセルロース系繊維とは相溶性が低い。例えば、特許文献2には、ゴム成分中にセルロースナノ繊維およびシランカップリング剤を添加することにより、分散性が良好になることが記載されている。特許文献3には、所定量のカルボキシル基量を有するカルボキシル基含有微細セルロース繊維を炭化水素基を有する疎水変性処理剤で処理して得られる微細変性セルロース繊維が、ゴム成分との配合時にゴム成分中での分散性が優れたものとなることが記載されている。   Generally, the compatibility between the rubber component and the cellulosic fiber is low. For example, Patent Literature 2 describes that adding a cellulose nanofiber and a silane coupling agent to a rubber component improves dispersibility. Patent Document 3 discloses that a finely modified cellulose fiber obtained by treating a carboxyl group-containing fine cellulose fiber having a predetermined amount of a carboxyl group with a hydrophobic modifying agent having a hydrocarbon group has a rubber component when compounded with a rubber component. It is described that the dispersibility in the composition becomes excellent.

特開2006−206864号公報JP 2006-206864 A 特開2009−191198号公報JP 2009-191198 A 特開2014−125607号公報JP 2014-125607 A

しかしながら、ゴム成分とセルロース系繊維を含む従来のゴム組成物が様々な分野に応用されるには、更なる強度の向上が必要とされている。特に高ひずみ時(例えばひずみ100%以上)での強度の向上が求められていた。   However, in order for a conventional rubber composition containing a rubber component and a cellulosic fiber to be applied to various fields, further improvement in strength is required. In particular, improvement in strength at high strain (for example, strain of 100% or more) has been required.

そこで本発明は、高ひずみ時における強度が良好な、ゴム成分とセルロース系繊維とを含むゴム組成物、およびその製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a rubber composition containing a rubber component and a cellulosic fiber, which has good strength at the time of high strain, and a method for producing the same.

本発明は以下の〔1〕〜〔15〕を提供する。
〔1〕(A)成分:変性セルロースナノファイバー、
(B)成分:ゴム成分、および
(C)成分:界面活性剤
を含むゴム組成物。
〔2〕(A)成分が、酸化セルロースナノファイバーを含む、〔1〕に記載のゴム組成物。
〔3〕酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基含量が、酸化セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して0.5mmol/g〜3.0mmol/gである、〔2〕に記載のゴム組成物。
〔4〕酸化セルロースナノファイバーが、酸型酸化セルロースナノファイバーである、〔2〕または〔3〕に記載のゴム組成物。
〔5〕(A)成分が、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含む、〔1〕に記載のゴム組成物。
〔6〕カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が、0.01〜0.50である、〔5〕に記載のゴム組成物。
〔7〕カルボキシメチル化セルロースナノファイバーが、酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーである、〔5〕または〔6〕に記載のゴム組成物。
〔8〕(B)成分が、ジエン系ゴムを含む、〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のゴム組成物。
〔9〕(B)成分が、天然ゴムを含む、〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のゴム組成物。
〔10〕(C)成分が、陽イオン性界面活性剤、または両性界面活性剤を含む、〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載のゴム組成物。
〔11〕(C)成分が、脂肪族アミンを含む、〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のゴム組成物。
〔12〕(C)成分が、オレイルアミン、ステアリルアミン、テトラデシルアミン、1−ヘキセニルアミン、1−ドデセニルアミン、9,12−オクタデカジエニルアミン、9,12,15−オクタデカトリエニルアミン、およびリノレイルアミンからなる群より選択される少なくとも1種の脂肪族アミンを含む、〔1〕〜〔11〕のいずれか1項に記載のゴム組成物。
〔13〕下記工程[I]および[II]を有する、〔1〕〜〔12〕のいずれか1項に記載のゴム組成物の製造方法。
工程[I]:変性セルロースナノファイバーとゴム成分を混合し、混合物を得る工程
工程[II]:得られる混合物に、界面活性剤を添加、混練し、ゴム組成物を得る工程
〔14〕下記[i]および[ii]を有する、〔1〕〜〔12〕のいずれか1項に記載のゴム組成物の製造方法。
工程[i]:(A)、(B)および(C)成分を混合し、混合物を得る工程、および
工程[ii]:得られる混合物を混練し、ゴム組成物を得る工程
〔15〕下記工程[IA]をさらに有する〔13〕または〔14〕に記載のゴム組成物の製造方法。
工程[IA]:工程[I]または[i]で得られる混合物を、工程[II]又は[ii]に先立ち乾燥する工程
The present invention provides the following [1] to [15].
[1] Component (A): modified cellulose nanofiber,
Component (B): a rubber component, and component (C): a rubber composition containing a surfactant.
[2] The rubber composition according to [1], wherein the component (A) contains oxidized cellulose nanofibers.
[3] The rubber composition according to [2], wherein the carboxyl group content of the oxidized cellulose nanofiber is 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g based on the absolute dry mass of the oxidized cellulose nanofiber.
[4] The rubber composition according to [2] or [3], wherein the oxidized cellulose nanofiber is an acid-type oxidized cellulose nanofiber.
[5] The rubber composition according to [1], wherein the component (A) contains carboxymethylated cellulose nanofibers.
[6] The rubber composition according to [5], wherein the carboxymethylated cellulose nanofiber has a carboxymethyl substitution degree per glucose unit of 0.01 to 0.50.
[7] The rubber composition according to [5] or [6], wherein the carboxymethylated cellulose nanofiber is an acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber.
[8] The rubber composition according to any one of [1] to [7], wherein the component (B) contains a diene rubber.
[9] The rubber composition according to any one of [1] to [8], wherein the component (B) contains a natural rubber.
[10] The rubber composition according to any one of [1] to [9], wherein the component (C) contains a cationic surfactant or an amphoteric surfactant.
[11] The rubber composition according to any one of [1] to [10], wherein the component (C) contains an aliphatic amine.
[12] Component (C) is oleylamine, stearylamine, tetradecylamine, 1-hexenylamine, 1-dodecenylamine, 9,12-octadecadienylamine, 9,12,15-octadecatrienylamine, and The rubber composition according to any one of [1] to [11], comprising at least one aliphatic amine selected from the group consisting of linoleylamines.
[13] The method for producing a rubber composition according to any one of [1] to [12], comprising the following steps [I] and [II].
Step [I]: Step of mixing a modified cellulose nanofiber with a rubber component to obtain a mixture Step [II]: Step of adding and kneading a surfactant to the obtained mixture to obtain a rubber composition [14] The following [ The method for producing a rubber composition according to any one of [1] to [12], having [i] and [ii].
Step [i]: Step of mixing the components (A), (B) and (C) to obtain a mixture, and Step [ii]: Step of kneading the obtained mixture to obtain a rubber composition [15] The following steps The method for producing a rubber composition according to [13] or [14], further comprising [IA].
Step [IA]: a step of drying the mixture obtained in step [I] or [i] prior to step [II] or [ii].

本発明のゴム組成物は、ゴム成分と変性セルロースナノファイバーを含み、高ひずみ時において良好な強度を発揮することができる。また、本発明の製造方法によれば、このようなゴム組成物を効率的に製造することができる。   The rubber composition of the present invention contains a rubber component and modified cellulose nanofibers, and can exhibit good strength at high strain. According to the production method of the present invention, such a rubber composition can be produced efficiently.

本発明は、(A)成分:変性セルロースナノファイバー、(B)成分:ゴム成分、(C)成分:界面活性剤を含むゴム組成物と、その製造方法に関する。   The present invention relates to a rubber composition containing (A) component: modified cellulose nanofiber, (B) component: rubber component, and (C) component: surfactant, and a method for producing the same.

ゴム組成物が(A)〜(C)成分を含むことにより、高ひずみ時に良好な強度を示すことができる。   When the rubber composition contains the components (A) to (C), good strength can be exhibited at high strain.

<(A)成分:変性セルロースナノファイバー>
変性セルロースナノファイバーとは、変性セルロースを原料とする微細繊維である。変性セルロースナノファイバーの平均繊維径は、特に限定されないが、長さ加重平均繊維径は、通常2〜500nm程度であり、好ましくは2〜50nmである。変性セルロースナノファイバーの平均繊維長は、特に限定されないが、長さ加重平均繊維長は、好ましくは50〜2000nmである。長さ加重平均繊維径および長さ加重平均繊維長(以下、単に「平均繊維径」、「平均繊維長」ともいう)は、原子間力顕微鏡(AFM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察して求められる。変性セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、10以上である。上限は特に限定されないが、1000以下である。平均アスペクト比は、下式(1)により算出できる。
<(A) component: modified cellulose nanofiber>
Modified cellulose nanofibers are fine fibers made from modified cellulose. The average fiber diameter of the modified cellulose nanofiber is not particularly limited, but the length-weighted average fiber diameter is usually about 2 to 500 nm, and preferably 2 to 50 nm. The average fiber length of the modified cellulose nanofiber is not particularly limited, but the length-weighted average fiber length is preferably 50 to 2000 nm. The length-weighted average fiber diameter and the length-weighted average fiber length (hereinafter, also simply referred to as “average fiber diameter” and “average fiber length”) are measured using an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM). Observed for each fiber. The average aspect ratio of the modified cellulose nanofiber is 10 or more. The upper limit is not particularly limited, but is 1000 or less. The average aspect ratio can be calculated by the following equation (1).

(1):平均アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径 (1): average aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter

変性セルロースは、セルロース系原料に含まれるセルロースを変性して得られる。セルロース系原料は、セルロースを含んでいればよく、特に限定されないが、例えば、植物、動物(例えば、ホヤ類)、藻類、微生物(例えば、酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物に由来するものが挙げられる。植物由来のセルロース系原料としては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(例えば、針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙)が挙げられる。セルロース系原料は、これらのいずれかでもよく、2種類のセルロース系原料の組み合わせでもよく、好ましくは植物または微生物由来のセルロース系原料であり、より好ましくは植物由来のセルロース系原料であり、さらに好ましくはパルプである。   Modified cellulose is obtained by modifying cellulose contained in a cellulosic material. The cellulosic material is not particularly limited as long as it contains cellulose, and is derived from, for example, plants, animals (for example, ascidians), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (Acetobacter)), and microorganism products. Things. Examples of plant-derived cellulosic materials include wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, pulp (eg, softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood Bleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulphite pulp (NUSP), softwood bleached sulphite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper). The cellulosic material may be any of these, or a combination of two types of cellulosic materials, preferably a cellulosic material derived from a plant or a microorganism, more preferably a cellulosic material derived from a plant, and still more preferably. Is pulp.

セルロース系原料は通常、繊維状のセルロース(セルロース系繊維)を含む。セルロース系繊維の平均繊維径は、特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹クラフトパルプに由来するセルロース系原料の平均繊維径は、通常30〜60μm程度であり、広葉樹クラフトパルプに由来するセルロース系原料の平均繊維径は、通常10〜30μm程度である。針葉樹クラフトパルプおよび広葉樹クラフトパルプ以外の、一般的な精製を経たパルプに由来するセルロース系原料の平均繊維径は、通常50μm程度である。   The cellulosic material usually contains fibrous cellulose (cellulose fiber). The average fiber diameter of the cellulosic fibers is not particularly limited, but the average fiber diameter of the cellulosic material derived from a common pulp, softwood kraft pulp, is usually about 30 to 60 μm, and the cellulose derived from hardwood kraft pulp The average fiber diameter of the system raw material is usually about 10 to 30 μm. The average fiber diameter of the cellulosic raw material derived from pulp after general purification other than softwood kraft pulp and hardwood kraft pulp is usually about 50 μm.

セルロースは、グルコース単位あたり3つのヒドロキシル基を有しており、各種の変性を行うことが可能である。変性(通常は、化学変性)としては、例えば、酸化、エーテル化、リン酸エステル化等のエステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化が挙げられる。中でも、酸化(カルボキシル化)、エーテル化(例えば、カルボキシメチル化)、カチオン化、エステル化が好ましく、酸化(カルボキシル化)、カルボキシメチル化がより好ましい。   Cellulose has three hydroxyl groups per glucose unit and can be variously modified. Examples of the modification (generally, chemical modification) include esterification such as oxidation, etherification, and phosphate esterification, silane coupling, fluorination, and cationization. Among them, oxidation (carboxylation), etherification (for example, carboxymethylation), cationization, and esterification are preferred, and oxidation (carboxylation) and carboxymethylation are more preferred.

本発明において、酸化やエーテル化によりセルロースのヒドロキシル基がカルボキシル基に変性した場合、実際には−COOHで表される基と、−COO-で表される基が混在している。そこで−COOHで表される基を酸型カルボキシル基(酸型)、−COO-で表される基を塩型カルボキシル基(塩型)と称する。塩型カルボキシル基のカウンターカチオンは特に限定されず、例えば、ナトリウムイオンやカリウムイオン等のアルカリ金属イオン、その他の金属イオンが挙げられる。In the present invention, if the hydroxyl groups of the cellulose by oxidation and etherification is denatured carboxyl group, a group that actually represented by -COOH, -COO - group represented by are mixed. So based on the acid type carboxyl group represented by -COOH (acid form), - COO - group represented by the called salt type carboxyl group (salt form). The counter cation of the salt-type carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include alkali metal ions such as sodium ion and potassium ion, and other metal ions.

[酸化(カルボキシル化)]
酸化を経て得られる変性セルロース(酸化セルロース)および変性セルロースナノファイバー(酸化セルロースナノファイバー)は、セルロースの水酸基の少なくとも1つが選択的に酸化された構造を有することが好ましい。
[Oxidation (carboxylation)]
The modified cellulose (oxidized cellulose) and the modified cellulose nanofiber (oxidized cellulose nanofiber) obtained through oxidation preferably have a structure in which at least one of the hydroxyl groups of cellulose is selectively oxidized.

酸化セルロースナノファイバーは、セルロースを構成するグルコピラノース環の水酸基の少なくとも1つがカルボキシル基を有することが好ましく、セルロースを構成する少なくとも1つのグルコピラノース環の6位の水酸基がカルボキシル基を有することがより好ましい。   In the oxidized cellulose nanofiber, it is preferable that at least one of the hydroxyl groups of the glucopyranose ring constituting the cellulose has a carboxyl group, and the hydroxyl group at the 6-position of at least one glucopyranose ring constituting the cellulose has a carboxyl group. preferable.

酸化セルロースおよび酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、絶乾質量に対して、好ましくは0.5mmol/g以上、より好ましくは0.6mmol/g以上または0.8mmol/g以上、さらに好ましくは1.0mmol/g以上である。当該量の上限は、好ましくは3.0mmol/g以下、より好ましくは2.5mmol/g以下、さらに好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、当該量は0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gまたは0.8〜2.5mmol/gがより好ましく、1.0〜2.0mmol/gがさらに好ましい。酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、解繊前の酸化セルロースのそれと通常は同値である。   The carboxyl group content of the oxidized cellulose and the oxidized cellulose nanofiber is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 0.6 mmol / g or more, or 0.8 mmol / g or more, and still more preferably 1 mmol / g or more based on the absolute dry mass. 0.0 mmol / g or more. The upper limit of the amount is preferably 3.0 mmol / g or less, more preferably 2.5 mmol / g or less, and even more preferably 2.0 mmol / g or less. Therefore, the amount is preferably 0.5 to 3.0 mmol / g, more preferably 0.6 to 2.0 mmol / g or 0.8 to 2.5 mmol / g, and 1.0 to 2.0 mmol / g. More preferred. The carboxyl group content of the oxidized cellulose nanofiber is usually the same as that of the oxidized cellulose before fibrillation.

酸化方法は特に限定されないが、例えば、N−オキシル化合物と、臭化物、およびヨウ化物の少なくともいずれかとの存在下で、酸化剤を用いて水中でセルロース系原料を酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の1級水酸基を有する炭素原子が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、およびカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース系原料の濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。   The oxidation method is not particularly limited, and includes, for example, a method of oxidizing a cellulosic material in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and at least one of bromide and iodide. According to this method, the carbon atom having a primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized to generate a group selected from the group consisting of an aldehyde group, a carboxyl group, and a carboxylate group. The concentration of the cellulosic material during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or less.

N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生し得る化合物をいう。N−オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、「TEMPO」ともいう)、または4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシラジカル(以下、「4−ヒドロキシTEMPO」ともいう)が挙げられる。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。   An N-oxyl compound refers to a compound that can generate a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, for example, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter, also referred to as “TEMPO”) or 4-hydroxy-2,2,6,6 -Tetramethyl-1-piperidine-N-oxy radical (hereinafter, also referred to as "4-hydroxyTEMPO"). As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes a desired oxidation reaction.

N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースの酸化反応を触媒する量であればよい。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol以上が好ましく、0.02mmol以上がより好ましい。上限は、10mmol以下が好ましく、1mmol以下がより好ましく、0.5mmol以下がさらに好ましい。従って、N−オキシル化合物の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.01〜10mmolが好ましく、0.01〜1mmolがより好ましく、0.02〜0.5mmolがさらに好ましい。   The amount of the N-oxyl compound used may be an amount that catalyzes the oxidation reaction of cellulose as a raw material. For example, the amount is preferably 0.01 mmol or more, more preferably 0.02 mmol or more, based on 1 g of absolutely dried cellulose. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, and even more preferably 0.5 mmol or less. Therefore, the amount of the N-oxyl compound used is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and still more preferably 0.02 to 0.5 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulose.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が挙げられる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、特に限定されず、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol以上が好ましく、0.5mmol以上がより好ましい。当該量の上限は、100mmol以下が好ましく、10mmol以下がより好ましく、5mmol以下がさらに好ましい。従って、臭化物およびヨウ化物の合計量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.1〜100mmolが好ましく、0.1〜10mmolがより好ましく、0.5〜5mmolがさらに好ましい。   Bromide is a compound containing bromine, for example, an alkali metal bromide that can be dissociated and ionized in water. Further, iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used is not particularly limited, and can be selected within a range that can promote the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more, more preferably 0.5 mmol or more, based on 1 g of absolutely dried cellulose. The upper limit of the amount is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and even more preferably 5 mmol or less. Therefore, the total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and even more preferably 0.5 to 5 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulose.

酸化剤は、特に限定されないが、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、これらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物が挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸またはその塩が好ましく、次亜塩素酸またはその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムがさらに好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上がさらに好ましい。当該量の上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下がさらに好ましく、10mmol以下がさらにより好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.5〜500mmolが好ましく、0.5〜50mmolがより好ましく、1〜25mmolがさらに好ましく、3〜10mmolがさらにより好ましい。N−オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はN−オキシル化合物1molに対して1mol以上が好ましく、上限は40mol以下が好ましい。従って、酸化剤の使用量は、N−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。   The oxidizing agent is not particularly limited, and examples thereof include halogen, hypohalous acid, halogenous acid, perhalic acid, salts thereof, halogen oxide, and peroxide. Above all, hypohalous acid or a salt thereof is preferable because it is inexpensive and has a low environmental load, hypochlorous acid or a salt thereof is more preferable, and sodium hypochlorite is further preferable. The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 mmol or more, more preferably 1 mmol or more, and even more preferably 3 mmol or more, based on 1 g of absolutely dried cellulose. The upper limit of the amount is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, still more preferably 25 mmol or less, and even more preferably 10 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent to be used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, still more preferably 1 to 25 mmol, still more preferably 3 to 10 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulose. When an N-oxyl compound is used, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more, and the upper limit is preferably 40 mol or less per 1 mol of the N-oxyl compound. Therefore, the use amount of the oxidizing agent is preferably 1 to 40 mol per 1 mol of the N-oxyl compound.

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

酸化における反応時間は、酸化の進行程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間以上であり、その上限は通常は6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5〜6時間、好ましくは0.5〜4時間程度である。酸化は、2段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。   The reaction time in the oxidation can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually 0.5 hours or more, and the upper limit is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time in the oxidation is usually 0.5 to 6 hours, preferably about 0.5 to 4 hours. The oxidation may be performed in two or more stages of the reaction. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency of the oxidized cellulose can be reduced without being inhibited by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. Can be well oxidized.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾン酸化が挙げられる。この酸化反応により、セルロースを構成するグルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾン処理は通常、オゾンを含む気体とセルロース系原料とを接触させることにより行われる。   Another example of the carboxylation (oxidation) method is ozone oxidation. By this oxidation reaction, at least the hydroxyl groups at the 2- and 6-positions of the glucopyranose ring constituting cellulose are oxidized, and the cellulose chain is decomposed. The ozone treatment is usually performed by bringing a gas containing ozone into contact with a cellulosic material.

オゾン処理は、通常、オゾンを含む気体とセルロース系原料とを接触させることにより行われる。気体中のオゾン濃度は、50g/m3以上が好ましい。上限は、250g/m3以下が好ましく、220g/m3以下がより好ましい。従って、気体中のオゾン濃度は、50〜250g/m3が好ましく、50〜220g/m3がより好ましい。オゾン添加量は、セルロース系原料の固形分100質量部に対し、0.1質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましい。オゾン添加量の上限は、通常30質量部以下である。従って、オゾン添加量は、セルロース系原料の固形分100質量部に対し、0.1〜30質量部が好ましく、5〜30質量部がより好ましい。オゾン処理温度は、通常0℃以上であり、好ましくは20℃以上であり、上限は通常50℃以下である。従って、オゾン処理温度は、0〜50℃が好ましく、20〜50℃がより好ましい。オゾン処理時間は、通常は1分以上であり、好ましくは30分以上であり、上限は通常360分以下である。従って、オゾン処理時間は、通常は1〜360分程度であり、30〜360分程度が好ましい。オゾン処理の条件が上述の範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となり得る。The ozone treatment is usually performed by bringing a gas containing ozone into contact with a cellulosic material. The ozone concentration in the gas is preferably 50 g / m 3 or more. The upper limit is preferably 250 g / m 3 or less, more preferably 220 g / m 3. Therefore, the ozone concentration in the gas is preferably 50~250g / m 3, 50~220g / m 3 and more preferably. The amount of ozone added is preferably at least 0.1 part by mass, more preferably at least 5 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount of added ozone is usually 30 parts by mass or less. Therefore, the amount of added ozone is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the cellulosic raw material. The ozone treatment temperature is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, and the upper limit is usually 50 ° C. or lower. Therefore, the ozone treatment temperature is preferably from 0 to 50 ° C, more preferably from 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is usually at least 1 minute, preferably at least 30 minutes, and the upper limit is usually at most 360 minutes. Therefore, the ozone treatment time is usually about 1 to 360 minutes, preferably about 30 to 360 minutes. When the conditions of the ozone treatment are within the above range, excessive oxidation and decomposition of cellulose can be prevented, and the yield of oxidized cellulose can be improved.

オゾン処理されたセルロースに対しさらに、酸化剤を用いた追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、例えば、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸が挙げられる。追酸化処理の方法としては、例えば、酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を調製し、酸化剤溶液中にセルロース系原料を浸漬させる方法が挙げられる。酸化セルロースナノファイバーに含まれるカルボキシル基、カルボキシレート基、アルデヒド基の量は、酸化剤の添加量、反応時間等の酸化条件をコントロールすることで調整することができる。   The ozone-treated cellulose may be further subjected to an additional oxidation treatment using an oxidizing agent. The oxidizing agent used for the additional oxidation treatment is not particularly limited, and examples thereof include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. Examples of the method of the post-oxidation treatment include a method in which an oxidizing agent is dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and the cellulose-based material is immersed in the oxidizing agent solution. The amounts of the carboxyl group, carboxylate group and aldehyde group contained in the oxidized cellulose nanofiber can be adjusted by controlling the oxidizing conditions such as the amount of the oxidizing agent added and the reaction time.

[酸型酸化セルロース]
酸化後の酸化セルロースは、脱塩により酸型酸化セルロース、または酸型酸化セルロースナノファイバーに変換することが好ましい。脱塩により、塩型カルボキシル基を酸型カルボキシル基に変換できる。本明細書において、脱塩を経た酸化セルロース(ナノファイバー)を、それぞれ酸型酸化セルロース(ナノファイバー)、または酸化セルロース(ナノファイバー)(酸型)と言う。また、脱塩を経ていない酸化セルロースおよび酸化セルロース(ナノファイバー)を、塩型酸化セルロース(ナノファイバー)、または酸化セルロース(ナノファイバー)(塩型)と言う。脱塩は、後述の解繊前(酸化セルロース)および解繊後(酸化セルロースナノファイバー)の何れかの時点で行えばよい。脱塩とは、酸化セルロース(塩型)、または酸化セルロースナノファイバー(塩型)に含まれる塩(例えば、ナトリウム塩)をプロトンに置換し酸型とすることを意味する。酸化後の脱塩方法としては例えば、系内を酸性に調整する方法、および、酸化セルロースまたは酸化セルロースナノファイバーを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。系内を酸性に調整する場合、系内のpHは、好ましくは2〜6、より好ましくは2〜5、さらに好ましくは2.3〜5に調整される。酸性に調整するには、通常は酸(例えば、硫酸、塩酸、硝酸、亜硫酸、亜硝酸、リン酸等の無機酸;酢酸、乳酸、蓚酸、クエン酸、蟻酸等の有機酸)が用いられる。酸の添加後には、適宜洗浄処理を行ってもよい。前記の陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂および弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。酸化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。
[Acid-type oxidized cellulose]
It is preferable that the oxidized cellulose after oxidation is converted to acid-type oxidized cellulose or acid-type oxidized cellulose nanofiber by desalting. By desalting, a salt-type carboxyl group can be converted to an acid-type carboxyl group. In this specification, the oxidized cellulose (nanofiber) that has undergone desalting is referred to as acid-type oxidized cellulose (nanofiber) or oxidized cellulose (nanofiber) (acid-type), respectively. In addition, oxidized cellulose and oxidized cellulose (nanofiber) which have not been subjected to desalination are referred to as salt-type oxidized cellulose (nanofiber) or oxidized cellulose (nanofiber) (salt-type). The desalting may be performed at any point before (after oxidized cellulose) and after (after oxidized cellulose nanofibers) defibration. Desalting means that a salt (for example, a sodium salt) contained in oxidized cellulose (salt type) or oxidized cellulose nanofiber (salt type) is replaced with a proton to obtain an acid type. Examples of the desalting method after the oxidation include a method of adjusting the inside of the system to be acidic, and a method of contacting oxidized cellulose or oxidized cellulose nanofiber with a cation exchange resin. When the inside of the system is adjusted to be acidic, the pH in the system is preferably adjusted to 2 to 6, more preferably 2 to 5, and still more preferably 2.3 to 5. To adjust the acidity, an acid (eg, an inorganic acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfurous acid, nitrous acid, or phosphoric acid; or an organic acid such as acetic acid, lactic acid, oxalic acid, citric acid, or formic acid) is generally used. After the addition of the acid, a washing treatment may be appropriately performed. As the cation exchange resin, any of a strongly acidic ion exchange resin and a weakly acidic ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . When the oxidized cellulose is brought into contact with the cation exchange resin, the ratio between the two is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set the ratio from the viewpoint of efficiently performing proton substitution. The cation exchange resin after the contact may be collected by a conventional method such as suction filtration.

本発明にて用いられる酸型酸化セルロースおよび酸型酸化セルロースナノファイバーは、酸型カルボキシル基の割合が40%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましい。   In the acid-type oxidized cellulose and the acid-type oxidized cellulose nanofiber used in the present invention, the ratio of the acid-type carboxyl group is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, and 85% or more. Is more preferable.

なお、酸型カルボキシル基の割合は以下の方法で算出することができる。先ず、脱塩処理前の酸化セルロースナノファイバー(塩型)の0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式(2)を用いて、酸型カルボキシル基量および塩型カルボキシル基量、つまりトータルのカルボキシル基量を算出する。   The ratio of the acid-type carboxyl group can be calculated by the following method. First, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of oxidized cellulose nanofiber (salt type) before desalting treatment is prepared. To the prepared slurry, a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution is added to adjust the pH to 2.5, and then a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is added to measure the electric conductivity until the pH becomes 11. From the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of a weak acid having a gradual change in electric conductivity, the amount of acid-type carboxyl groups and the amount of salt-type carboxyl groups, that is, Calculate the amount of carboxyl groups.

(2):トータルのカルボキシル基量(mmol/g酸化セルロースナノファイバー(塩型))=a(ml)×0.1/酸化セルロースナノファイバー(塩型)の質量(g) (2): Total amount of carboxyl groups (mmol / g oxidized cellulose nanofiber (salt type)) = a (ml) × 0.1 / mass (g) of oxidized cellulose nanofiber (salt type)

次に、脱塩処理した酸型酸化セルロースナノファイバーの0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(b)から、下式(3)を用いて、酸型カルボキシル基量を算出する。   Next, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of the desalted acid-type oxidized cellulose nanofiber is prepared. A 0.1N aqueous sodium hydroxide solution is added to the prepared slurry, and the electric conductivity is measured until the pH becomes 11. The amount of acid-type carboxyl group is calculated from the amount of sodium hydroxide (b) consumed in the neutralization step of a weak acid having a gradual change in electric conductivity using the following formula (3).

(3):酸型カルボキシル基量(mmol/g酸型酸化セルロースナノファイバー)=b(ml)×0.1/酸型酸化セルロースナノファイバーの質量(g) (3): Amount of acid-type carboxyl group (mmol / g acid-type oxidized cellulose nanofiber) = b (ml) × 0.1 / mass of acid-type oxidized cellulose nanofiber (g)

算出したトータルのカルボキシル基量と酸型カルボキシル基量から、下式(4)を用いて酸型カルボキシル基の割合を算出することができる。   From the calculated total amount of the carboxyl groups and the amount of the acid type carboxyl groups, the ratio of the acid type carboxyl groups can be calculated using the following formula (4).

(4):酸型カルボキシル基の割合(%)=(酸型カルボキシル基量/トータルのカルボキシル基量)×100 (4): Ratio of acid type carboxyl group (%) = (acid type carboxyl group amount / total carboxyl group amount) × 100

[エーテル化]
エーテル化としては、例えば、カルボキシメチル化によるエーテル化、メチル化によるエーテル化、エチル化によるエーテル化、シアノエチル化によるエーテル化、ヒドロキシエチル化によるエーテル化、ヒドロキシプロピル化によるエーテル化、エチルヒドロキシエチル化によるエーテル化、ヒドロキシプロピルメチル化によるエーテル化が挙げられる。一例としてカルボキシメチル化の方法を以下に説明する。
[Etherification]
Examples of the etherification include etherification by carboxymethylation, etherification by methylation, etherification by ethylation, etherification by cyanoethylation, etherification by hydroxyethylation, etherification by hydroxypropylation, and ethylhydroxyethylation. And etherification by hydroxypropylmethylation. The carboxymethylation method is described below as an example.

カルボキシメチル化を経て得られる変性セルロース(カルボキシメチル化セルロース)およびセルロースナノファイバー(カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)は、セルロースの水酸基の少なくとも1つがカルボキシメチル化された構造を有することが好ましい。   The modified cellulose (carboxymethylated cellulose) and cellulose nanofiber (carboxymethylated cellulose nanofiber) obtained through carboxymethylation preferably have a structure in which at least one of the hydroxyl groups of cellulose is carboxymethylated.

カルボキシメチル化セルロースおよびカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上がさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル置換度は、0.01〜0.50が好ましく、0.05〜0.40がより好ましく、0.10〜0.35がさらに好ましい。カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのカルボキシメチル置換度は、解繊前のカルボキシメチル化セルロースのそれと通常は同値である。   The degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit of carboxymethylated cellulose and carboxymethylated cellulose nanofibers is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and even more preferably 0.10 or more. The upper limit of the substitution degree is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and even more preferably 0.35 or less. Therefore, the degree of carboxymethyl substitution is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, and even more preferably 0.10 to 0.35. The degree of carboxymethyl substitution of carboxymethylated cellulose nanofibers is usually the same as that of carboxymethylated cellulose before fibrillation.

グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定は、例えば、次の方法による。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(カルボキシメチル化セルロース)をカルボキシル基を有するカルボキシメチル化セルロース(以下、「酸型カルボキシメチル化セルロース」ともいう)にする。3)酸型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで酸型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬としてフェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、下式(5)によって算出する。The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit is measured, for example, by the following method. That is, 1) About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dried) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 2) 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol is added, and the mixture is shaken for 3 hours to convert a carboxymethyl cellulose salt (carboxymethylated cellulose) into a carboxymethylated cellulose having a carboxyl group (hereinafter, “acid-type carboxymethyl”) Cellulose cellulose). 3) 1.5 to 2.0 g of acid-type carboxymethylated cellulose (absolutely dried) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet the acid-type carboxymethylated cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1 N NaOH, and shake for 3 hours at room temperature. 5) Back titrate excess NaOH with 0.1 N H 2 SO 4 using phenolphthalein as indicator. 6) The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the following equation (5).

(5):A=[(100×F’−(0.1NのH2SO4)(mL)×F)×0.1]/(酸型カルボキシメチル化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A:酸型カルボキシメチル化セルロース1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのH2SO4のファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
(5): A = [(100 × F ′ − (0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) × F) × 0.1] / (absolute dry mass of acid-type carboxymethylated cellulose (g))
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required for neutralization of 1 g of acid-type carboxymethylated cellulose
F: Factor of 0.1N H 2 SO 4 F ′: Factor of 0.1N NaOH

カルボキシメチル化方法は、特に限定されないが、例えば、出発原料としてのセルロース系原料をマーセル化し、その後エーテル化する方法が挙げられる。当該方法には、通常、溶媒が使用される。溶媒としては、例えば、水、アルコール(例えば低級アルコール)およびこれらの混合溶媒が挙げられる。低級アルコールとしては例えば、メタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、第3級ブチルアルコールが挙げられる。混合溶媒における低級アルコールの混合割合は、60〜95質量%が好ましい。溶媒の量は、セルロース系原料に対し通常は3質量倍以上である。当該量の上限は特に限定されないが通常は20質量倍以下である。従って、溶媒の量は3〜20質量倍が好ましい。   The carboxymethylation method is not particularly limited, and includes, for example, a method in which a cellulosic material as a starting material is mercerized and then etherified. Usually, a solvent is used in the method. Examples of the solvent include water, alcohol (for example, lower alcohol), and a mixed solvent thereof. Examples of the lower alcohol include methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butyl alcohol, isobutyl alcohol, and tertiary butyl alcohol. The mixing ratio of the lower alcohol in the mixed solvent is preferably from 60 to 95% by mass. The amount of the solvent is usually at least 3 times the mass of the cellulosic material. The upper limit of the amount is not particularly limited, but is usually not more than 20 times by mass. Therefore, the amount of the solvent is preferably 3 to 20 times by mass.

マーセル化は、通常、出発原料とマーセル化剤とを混合して行う。マーセル化剤としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、出発原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、1.0倍モル以上がより好ましく、1.5倍モル以上がさらに好ましい。当該量の上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい。従って、マーセル化剤の使用量は、0.5〜20倍モルが好ましく、1.0〜10倍モルがより好ましく、1.5〜5倍モルがさらに好ましい。   Mercerization is usually performed by mixing a starting material and a mercerizing agent. Examples of the mercerizing agent include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerizing agent to be used is preferably 0.5 times or more, more preferably 1.0 times or more, and even more preferably 1.5 times or more per anhydroglucose residue of the starting material. The upper limit of the amount is usually 20 times or less, preferably 10 times or less, more preferably 5 times or less. Therefore, the amount of the mercerizing agent used is preferably 0.5 to 20 times mol, more preferably 1.0 to 10 times mol, and still more preferably 1.5 to 5 times mol.

マーセル化の反応温度は、通常0℃以上であり、好ましくは10℃以上であり、上限は通常70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は通常0〜70℃、好ましくは10〜60℃である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。当該時間の上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、反応時間は、通常は15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間である。   The reaction temperature for mercerization is usually 0 ° C. or higher, preferably 10 ° C. or higher, and the upper limit is usually 70 ° C. or lower, preferably 60 ° C. or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 0 to 70 ° C, preferably 10 to 60 ° C. The reaction time is usually at least 15 minutes, preferably at least 30 minutes. The upper limit of the time is usually 8 hours or less, preferably 7 hours or less. Therefore, the reaction time is usually 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours.

エーテル化反応は、通常、カルボキシメチル化剤をマーセル化後に反応系に追加して行う。カルボキシメチル化剤としては、モノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウムが好ましい。   The etherification reaction is usually performed by adding a carboxymethylating agent to the reaction system after mercerization. As the carboxymethylating agent, monochloroacetic acid and sodium monochloroacetate are preferable.

カルボキシメチル化剤の添加量は、セルロース系原料に含まれるセルロースのグルコース残基当たり通常は0.05倍モル以上が好ましく、0.5倍モル以上がより好ましく、0.8倍モル以上がさらに好ましい。当該量の上限は、通常10.0倍モル以下であり、5倍モル以下が好ましく、3倍モル以下がより好ましい、従って、当該量は好ましくは0.05〜10.0倍モルであり、より好ましくは0.5〜5倍モルであり、さらに好ましくは0.8〜3倍モルである。反応温度は通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って、反応温度は通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上であり、その上限は、通常は10時間以下であり、好ましくは4時間以下である。従って、反応時間は、通常は30分〜10時間であり、好ましくは1時間〜4時間である。カルボキシメチル化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。   The addition amount of the carboxymethylating agent is usually preferably 0.05 times or more, more preferably 0.5 times or more, more preferably 0.8 times or more per glucose residue of cellulose contained in the cellulose-based material. preferable. The upper limit of the amount is usually 10.0 mol or less, preferably 5 mol or less, more preferably 3 mol or less, and therefore the amount is preferably 0.05 to 10.0 mol. It is more preferably 0.5 to 5 moles, and still more preferably 0.8 to 3 moles. The reaction temperature is usually 30 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, and the upper limit is usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C. The reaction time is usually at least 30 minutes, preferably at least 1 hour, and the upper limit is usually at most 10 hours, preferably at most 4 hours. Therefore, the reaction time is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours. The reaction solution may be stirred during the carboxymethylation reaction, if necessary.

[酸型カルボキシメチル化セルロース]
エーテル化後のカルボキシメチル化セルロースは、脱塩により酸型カルボキシメチル化セルロースまたは酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーに変換することが好ましい。脱塩により、塩型カルボキシル基を酸型カルボキシル基に変換できる。本明細書において、脱塩を経たカルボキシメチル化セルロース(ナノファイバー)を酸型カルボキシメチル化セルロース(ナノファイバー)、またはカルボキシメチル化セルロース(ナノファイバー)(酸型)と言う。脱塩は、後述の解繊前(カルボキシメチル化セルロース)および解繊後(カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)のいずれの時点で行ってもよい。脱塩は、カルボキシメチル化セルロース(塩型)、およびカルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型)に含まれる塩(例えば、ナトリウム塩)をプロトンに置換し酸型とすることを意味する。エーテル化(例えば、カルボキシルメチル化)後の脱塩方法としては例えば、カルボキシメチル化セルロースまたはカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを陽イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。陽イオン交換樹脂は、対イオンがH+である限り、強酸性イオン交換樹脂および弱酸性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。カルボキシメチル化セルロースを陽イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、プロトン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。一例を挙げると、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー水分散液に対し、陽イオン交換樹脂添加後の水分散液のpHが好ましくは2〜6、より好ましくは2〜5となるように、比率を調整することができる。接触後の陽イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。
[Acid carboxymethylated cellulose]
The carboxymethylated cellulose after etherification is preferably converted to acid-type carboxymethylated cellulose or acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber by desalting. By desalting, a salt-type carboxyl group can be converted to an acid-type carboxyl group. In the present specification, carboxymethylated cellulose (nanofiber) that has undergone desalting is referred to as acid-type carboxymethylated cellulose (nanofiber) or carboxymethylated cellulose (nanofiber) (acid-type). The desalting may be performed at any point before (after carboxymethylated cellulose) and after (after carboxymethylated cellulose nanofiber) defibration. Desalting means that a salt (for example, a sodium salt) contained in carboxymethylated cellulose (salt type) and carboxymethylated cellulose nanofiber (salt type) is replaced with a proton to form an acid type. Examples of the desalting method after the etherification (for example, carboxymethylation) include a method of bringing carboxymethylated cellulose or carboxymethylated cellulose nanofibers into contact with a cation exchange resin. As the cation exchange resin, any of a strongly acidic ion exchange resin and a weakly acidic ion exchange resin can be used as long as the counter ion is H + . The ratio of the carboxymethylated cellulose to the cation exchange resin when the carboxymethylated cellulose is brought into contact with the cation exchange resin is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set the ratio from the viewpoint of performing efficient proton substitution. As an example, the ratio of the aqueous dispersion of the carboxymethylated cellulose nanofiber is adjusted so that the pH of the aqueous dispersion after the addition of the cation exchange resin is preferably 2 to 6, more preferably 2 to 5. can do. The cation exchange resin after the contact may be collected by a conventional method such as suction filtration.

本発明にて用いられる酸型カルボキシメチル化セルロースおよび酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、酸型カルボキシル基の割合が40%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましい。   In the acid-type carboxymethylated cellulose and the acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber used in the present invention, the ratio of the acid-type carboxyl group is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, and 85% or more. % Is more preferable.

酸型カルボキシル基の割合は以下の方法で算出することができる。先ず、脱塩処理前のカルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型)の0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式(6)を用いて、酸型カルボキシル基量および塩型カルボキシル基量、つまりトータルのカルボキシル基量を算出する。   The ratio of the acid type carboxyl group can be calculated by the following method. First, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of carboxymethylated cellulose nanofibers (salt type) before desalting treatment is prepared. To the prepared slurry, a 0.1 M aqueous hydrochloric acid solution is added to adjust the pH to 2.5, and then a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is added to measure the electric conductivity until the pH becomes 11. From the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid having a gradual change in electric conductivity, the amount of acid-type carboxyl groups and the amount of salt-type carboxyl groups, that is, Calculate the amount of carboxyl groups.

(6):トータルのカルボキシル基量(mmol/gカルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型))=a(ml)×0.1/カルボキシメチル化セルロースナノファイバー(塩型)の質量(g) (6): Total amount of carboxyl groups (mmol / g carboxymethylated cellulose nanofiber (salt type)) = a (ml) x 0.1 / mass (g) of carboxymethylated cellulose nanofiber (salt type)

次に、脱塩処理した酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの0.1質量%スラリーを250mL調製する。調製したスラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHが11になるまで電気電導度を測定する。電気電導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(b)から、下式(7)を用いて、酸型カルボキシル基量を算出する。   Next, 250 mL of a 0.1% by mass slurry of the desalted acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber is prepared. A 0.1N aqueous sodium hydroxide solution is added to the prepared slurry, and the electric conductivity is measured until the pH becomes 11. The amount of acid-type carboxyl group is calculated from the amount (b) of sodium hydroxide consumed in the neutralization step of a weak acid having a gradual change in electric conductivity using the following formula (7).

(7):酸型カルボキシル基量(mmol/g酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)=b(ml)×0.1/酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの質量(g) (7): Amount of acid-type carboxyl group (mmol / g acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber) = b (ml) × 0.1 / mass of acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber (g)

算出したトータルのカルボキシル基量と酸型カルボキシル基量から、下式(8)を用いて酸型カルボキシル基の割合を算出することができる。   From the calculated total amount of carboxyl groups and the amount of acid type carboxyl groups, the ratio of acid type carboxyl groups can be calculated using the following formula (8).

(8):酸型カルボキシル基の割合(%)=(酸型カルボキシル基量/トータルのカルボキシル基量)×100 (8): Ratio (%) of acid type carboxyl groups = (acid type carboxyl group amount / total carboxyl group amount) × 100

[カチオン化]
カチオン化を経て得られる変性セルロース(カチオン化セルロース)およびセルロースナノファイバー(カチオン化セルロースナノファイバー)は、分子中に、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム等のカチオン、または該カチオンを有する基を少なくとも1つ含んでいればよく、アンモニウムを有する基を少なくとも1つ含むことが好ましく、四級アンモニウムを有する基を少なくとも1つ含むことがより好ましい。
[Cationization]
Modified cellulose (cationized cellulose) and cellulose nanofiber (cationized cellulose nanofiber) obtained through cationization contain at least one cation such as ammonium, phosphonium, sulfonium, or a group having the cation in the molecule. It is preferable to include at least one group having ammonium, and it is more preferable to include at least one group having quaternary ammonium.

カチオン化セルロースおよびカチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、0.01以上が好ましく、0.02以上がより好ましく、0.03以上がさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.40以下が好ましく、0.30以下がより好ましく、0.20以下がさらに好ましい。従って、カチオン置換度は0.01〜0.40が好ましく、0.02〜0.30がより好ましく、0.03〜0.20がさらに好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基が導入されている変性セルロース(カチオン化セルロース)は、容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.01以上であることにより、十分にナノ解繊することができる。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.40以下であることにより、膨潤または溶解を抑制でき、これにより繊維形態を維持でき、ナノファイバーとして得られない事態を防止できる。カチオン化セルロースナノファイバーのカチオン置換度は、解繊前のカチオン化セルロースのそれと通常は同値である。   The degree of cation substitution per glucose unit of the cationized cellulose and the cationized cellulose nanofiber is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and still more preferably 0.03 or more. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, and even more preferably 0.20 or less. Therefore, the degree of cation substitution is preferably 0.01 to 0.40, more preferably 0.02 to 0.30, and still more preferably 0.03 to 0.20. By introducing a cation substituent into cellulose, the celluloses repel each other electrically. For this reason, the modified cellulose into which the cation substituent is introduced (cationized cellulose) can be easily nanofibrillated. When the degree of cation substitution per glucose unit is 0.01 or more, nanofibrillation can be sufficiently performed. On the other hand, when the degree of cation substitution per glucose unit is 0.40 or less, swelling or dissolution can be suppressed, whereby the fiber morphology can be maintained, and the situation where nanofibers cannot be obtained can be prevented. The cation substitution degree of the cationized cellulose nanofiber is usually the same as that of the cationized cellulose before fibrillation.

カチオン化セルロースおよびカチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、カチオン化剤の添加量、水またはアルコールの組成比率によって調整できる。カチオン置換度とは、セルロースを構成する単位構造(グルコピラノース環)あたりの導入された置換基の個数を示す。すなわちカチオン置換度は、「導入された置換基のモル数をグルコピラノース環の水酸基の総モル数で割った値」として定義される。純粋セルロースは単位構造(グルコピラノース環)あたり3個の置換可能な水酸基を有しているため、カチオン置換度の理論最大値は3(最小値は0)である。   The degree of cation substitution per glucose unit of the cationized cellulose and the cationized cellulose nanofiber can be adjusted by the addition amount of the cationizing agent and the composition ratio of water or alcohol. The degree of cation substitution indicates the number of introduced substituents per unit structure (glucopyranose ring) constituting cellulose. That is, the degree of cation substitution is defined as “the value obtained by dividing the number of moles of the introduced substituent by the total number of moles of the hydroxyl group of the glucopyranose ring”. Since pure cellulose has three replaceable hydroxyl groups per unit structure (glucopyranose ring), the theoretical maximum value of the degree of cation substitution is 3 (the minimum value is 0).

グルコース単位当たりのカチオン置換度の測定方法の一例を以下に説明する。試料(カチオン化セルロース)を乾燥させた後に、全窒素分析計TN−10(三菱化学株式会社製)で窒素含有量を測定する。例えば、カチオン化剤として3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドを用いた場合、次式によりカチオン化度が算出される。カチオン置換度は、下式(9)を用いて無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値として求められ得る。   An example of a method for measuring the degree of cation substitution per glucose unit will be described below. After drying the sample (cationized cellulose), the nitrogen content is measured with a total nitrogen analyzer TN-10 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). For example, when 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride is used as the cationizing agent, the degree of cationization is calculated by the following equation. The degree of cation substitution can be determined as the average value of the number of moles of the substituent per 1 mol of anhydroglucose unit using the following formula (9).

(9):カチオン置換度=(162×N)/(1−116×N)
N:カチオン化セルロース1gあたりの窒素含有量(mol)
(9): Degree of cation substitution = (162 × N) / (1-116 × N)
N: Nitrogen content (mol) per 1 g of cationized cellulose

カチオン化の方法は、特に限定されないが、例えば、セルロース系原料にカチオン化剤と触媒を水またはアルコールの存在下で反応させる方法が挙げられる。カチオン化剤としては、例えば、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハイドライト(例:3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムハイドライト)またはこれらのハロヒドリン型が挙げられ、これらのいずれかを用いることで、四級アンモニウムを含む基を有するカチオン化セルロースを得ることができる。触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。アルコールとしては、例えば、炭素原子数1〜4のアルコールが挙げられる。カチオン化剤の量は、セルロース系原料100質量部に対して好ましくは5質量部以上であり、より好ましくは10質量部以上である。当該量の上限は通常800質量部以下であり、好ましくは500質量部以下である。触媒の量は、好ましくはセルロース系原料100質量部に対して0.5質量部以上であり、より好ましくは1質量部以上である。当該量の上限は、通常20質量部以下であり、好ましくは15質量部以下である。アルコールの量は、好ましくはセルロース系原料100質量部に対して50質量部以上であり、より好ましくは100質量部以上である。当該量の上限は、通常50000質量部以下であり、好ましくは500質量部以下である。   The method of cationization is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a cationizing agent and a catalyst are reacted with a cellulose-based material in the presence of water or an alcohol. Examples of the cationizing agent include glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyltrialkylammonium hydride (eg, 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium hydride), and halohydrin types thereof. By using any of these, cationized cellulose having a group containing a quaternary ammonium can be obtained. Examples of the catalyst include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. Examples of the alcohol include an alcohol having 1 to 4 carbon atoms. The amount of the cationizing agent is preferably at least 5 parts by mass, more preferably at least 10 parts by mass, based on 100 parts by mass of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount is usually 800 parts by mass or less, preferably 500 parts by mass or less. The amount of the catalyst is preferably 0.5 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more based on 100 parts by mass of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount is usually 20 parts by mass or less, preferably 15 parts by mass or less. The amount of the alcohol is preferably at least 50 parts by mass, more preferably at least 100 parts by mass, per 100 parts by mass of the cellulosic raw material. The upper limit of the amount is usually 50,000 parts by mass or less, preferably 500 parts by mass or less.

カチオン化の際の反応温度は、通常10℃以上、好ましくは30℃以上であり、上限は、通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。反応時間は、通常10分以上であり、好ましくは30分以上であり、上限は、通常は10時間以下、好ましくは5時間以下である。カチオン化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。   The reaction temperature at the time of cationization is usually 10 ° C. or higher, preferably 30 ° C. or higher, and the upper limit is usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. The reaction time is usually at least 10 minutes, preferably at least 30 minutes, and the upper limit is usually at most 10 hours, preferably at most 5 hours. The reaction solution may be agitated as needed during the cationization reaction.

[塩基型カチオン化セルロース]
カチオン化後のカチオン化セルロースは、脱塩により塩基型カチオン化セルロースまたは塩基型カチオン化セルロースナノファイバーに変換することが好ましい。脱塩により、カチオン化セルロース中の塩を塩基に変換できる。本明細書において、脱塩を経たカチオン化セルロース(ナノファイバー)を、塩基型カチオン化セルロース(ナノファイバー)、またはカチオン化セルロース(ナノファイバー)(塩基型)と言う。また、脱塩を経ていないカチオン化セルロースおよびカチオン化セルロースナノファイバーを、塩型カチオン化セルロース(ナノファイバー)、またはカチオン化セルロース(ナノファイバー)(塩型)と言う。脱塩は、後述の解繊前(カチオン化セルロース)および解繊後(カチオン化セルロースナノファイバー)のいずれの時点で行ってもよい。脱塩は、カチオン化セルロース(塩型)、およびカチオン化セルロースナノファイバー(塩型)に含まれる塩(例えばCl-)を塩基に置換し塩基型とすることを意味する。カチオン化後の脱塩方法としては例えば、カチオン化セルロースまたはカチオン化セルロースナノファイバーを陰イオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。陰イオン交換樹脂は、対イオンがOHである限り、強塩基性イオン交換樹脂および弱塩基性イオン交換樹脂のいずれも用いることができる。変性セルロースを陰イオン交換樹脂と接触させる際の両者の比率は、特に限定されず、当業者であれば、カチオン置換を効率的に行うとの観点から適宜設定し得る。一例を挙げると、カチオン化セルロースナノファイバー水分散液に対し、陰イオン交換樹脂添加後の水分散液のpHが好ましくは8〜13、より好ましくは9〜13となるように、比率を調整することができる。接触後の陰イオン交換樹脂の回収は、吸引ろ過等の常法により行えばよい。
[Basic cationized cellulose]
It is preferable that the cationized cellulose after cationization is converted into basic cationized cellulose or basic cationized cellulose nanofiber by desalting. The salt in the cationized cellulose can be converted to a base by desalting. In the present specification, cationized cellulose (nanofiber) that has undergone desalting is referred to as basic cationized cellulose (nanofiber) or cationized cellulose (nanofiber) (base type). Further, cationized cellulose and cationized cellulose nanofibers that have not been subjected to desalination are referred to as salt-type cationized cellulose (nanofiber) or cationized cellulose (nanofiber) (salt type). The desalting may be performed at any point before (after cationized cellulose) or after (after cationized cellulose nanofiber) defibration. Desalting means that the salt (for example, Cl ) contained in the cationized cellulose (salt type) and the cationized cellulose nanofiber (salt type) is replaced with a base to form a base type. As a desalting method after cationization, for example, a method of bringing cationized cellulose or cationized cellulose nanofibers into contact with an anion exchange resin may be mentioned. As the anion exchange resin, any of a strongly basic ion exchange resin and a weakly basic ion exchange resin can be used as long as the counter ion is OH . When the modified cellulose is brought into contact with the anion exchange resin, the ratio between the two is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately set the ratio from the viewpoint of efficiently performing the cation substitution. For example, the ratio is adjusted such that the pH of the aqueous dispersion after the addition of the anion exchange resin is preferably 8 to 13, more preferably 9 to 13, relative to the aqueous dispersion of the cationized cellulose nanofiber. be able to. The collection of the anion exchange resin after the contact may be performed by a conventional method such as suction filtration.

[エステル化]
エステル化方法は、特に限定されないが、例えば、セルロース系原料に対しリン酸基を有する化合物を反応させる方法(リン酸エステル化方法)が挙げられる。リン酸エステル化方法としては、例えば、セルロース系原料にリン酸基を有する化合物の粉末または水溶液を混合する方法、セルロース系原料のスラリーにリン酸基を有する化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられ、後者が好ましい。これにより、反応の均一性を高め、且つエステル化効率を高めることができる。
[Esterification]
The esterification method is not particularly limited, and includes, for example, a method of reacting a compound having a phosphate group with a cellulose-based material (phosphate esterification method). Examples of the phosphoric esterification method include a method of mixing a powder or an aqueous solution of a compound having a phosphate group with a cellulose-based material, a method of adding an aqueous solution of a compound having a phosphate group to a slurry of a cellulose-based material, and the like. The latter is preferred. Thereby, the uniformity of the reaction can be improved, and the esterification efficiency can be increased.

リン酸基を有する化合物としては例えば、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸、これらのエステル、これらの塩が挙げられる。これらの化合物であると、低コストであり、扱い易く、セルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れる。リン酸基を有する化合物としては例えば、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウムが挙げられる。リン酸基を有する化合物は、1種、または2種以上の組み合わせでもよい。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸のナトリウム塩がより好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがさらに好ましい。また、反応の均一性が高まり、且つリン酸基導入の効率が高くなることから、エステル化においてはリン酸基を有する化合物の水溶液を用いることが好ましい。リン酸基を有する化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから、7以下が好ましい。パルプ繊維の加水分解を抑える観点から、pH3〜7がより好ましい。   Examples of the compound having a phosphate group include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, esters thereof, and salts thereof. These compounds are low-cost, easy to handle, and improve the defibration efficiency by introducing a phosphate group into cellulose. Examples of the compound having a phosphate group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, Examples include tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, and ammonium metaphosphate. The compound having a phosphate group may be one type or a combination of two or more types. Among them, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid, from the viewpoint of high efficiency of phosphate group introduction, easy defibration in the following defibration step, and easy industrial application. Is preferred, the sodium salt of phosphoric acid is more preferred, and sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are even more preferred. In addition, it is preferable to use an aqueous solution of a compound having a phosphate group in the esterification because the uniformity of the reaction is increased and the efficiency of introducing the phosphate group is increased. The pH of the aqueous solution of the compound having a phosphate group is preferably 7 or less because the efficiency of phosphate group introduction is increased. From the viewpoint of suppressing hydrolysis of the pulp fiber, pH 3 to 7 is more preferable.

リン酸エステル化方法を一例を挙げて以下に説明する。セルロース系原料の懸濁液(例えば、固形分濃度0.1〜10質量%)にリン酸基を有する化合物を撹拌しながら添加し、セルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100質量部とした際に、リン酸基を有する化合物の添加量はリン原子の量として、0.2質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。これにより、エステル化セルロースまたはエステル化セルロースナノファイバーの収率をより向上させることができる。上限は、500質量部以下が好ましく、400質量部以下がより好ましい。これにより、リン酸基を有する化合物の使用量に見合った収率を効率よく得ることができる。従って、0.2〜500質量部が好ましく、1〜400質量部がより好ましい。   The phosphoric esterification method will be described below by way of an example. A compound having a phosphate group is added to a suspension of the cellulosic raw material (for example, a solid content concentration of 0.1 to 10% by mass) with stirring to introduce a phosphate group into the cellulose. When the amount of the cellulose-based material is 100 parts by mass, the amount of the compound having a phosphoric acid group is preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, as the amount of phosphorus atoms. Thereby, the yield of the esterified cellulose or the esterified cellulose nanofiber can be further improved. The upper limit is preferably 500 parts by mass or less, more preferably 400 parts by mass or less. As a result, a yield commensurate with the amount of the compound having a phosphate group can be efficiently obtained. Therefore, 0.2 to 500 parts by mass is preferable, and 1 to 400 parts by mass is more preferable.

セルロース系原料に対しリン酸基を有する化合物を反応させる際、さらに塩基性化合物を反応系に加えてもよい。塩基性化合物を反応系に加える方法としては例えば、セルロース系原料のスラリー、リン酸基を有する化合物の水溶液、またはセルロース系原料とリン酸基を有する化合物のスラリーに、塩基性化合物を添加する方法が挙げられる。   When reacting a compound having a phosphate group with a cellulose-based material, a basic compound may be further added to the reaction system. As a method of adding a basic compound to the reaction system, for example, a method of adding a basic compound to a slurry of a cellulose-based material, an aqueous solution of a compound having a phosphate group, or a slurry of a cellulose-based material and a compound having a phosphate group Is mentioned.

塩基性化合物は特に限定されないが、塩基性を示すことが好ましく、塩基性を示す窒素含有化合物がより好ましい。「塩基性を示す」とは通常、フェノールフタレイン指示薬の存在下で塩基性化合物の水溶液が桃〜赤色を呈すること、および/または、塩基性化合物の水溶液のpHが7より大きいことを意味する。塩基性化合物は、好ましくは、塩基性を示す窒素原子を有する化合物であり、より好ましくは、塩基性を示すアミノ基を有する化合物である。塩基性を示すアミノ基を有する化合物としては、例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンが挙げられる。この中でも低コストで扱いやすい点で、尿素が好ましい。塩基性化合物の添加量は、2〜1000質量部が好ましく、100〜700質量部がより好ましい。反応温度は0〜95℃が好ましく、30〜90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、通常1〜600分程度であり、30〜480分が好ましい。エステル化反応の条件がこれらのいずれかの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを抑制でき、リン酸エステル化セルロースの収率を向上できる。   The basic compound is not particularly limited, but preferably shows basicity, and more preferably a nitrogen-containing compound showing basicity. "Showing basicity" generally means that the aqueous solution of the basic compound exhibits a pink to red color in the presence of the phenolphthalein indicator, and / or that the pH of the aqueous solution of the basic compound is greater than 7. . The basic compound is preferably a compound having a basic nitrogen atom, and more preferably a compound having a basic amino group. Examples of the compound having a basic amino group include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Of these, urea is preferred because it is low in cost and easy to handle. The addition amount of the basic compound is preferably from 2 to 1,000 parts by mass, more preferably from 100 to 700 parts by mass. The reaction temperature is preferably from 0 to 95 ° C, more preferably from 30 to 90 ° C. The reaction time is not particularly limited, but is usually about 1 to 600 minutes, preferably 30 to 480 minutes. When the conditions of the esterification reaction are within any of these ranges, it is possible to suppress the cellulose from being excessively esterified and from being easily dissolved, and to improve the yield of the phosphate esterified cellulose.

セルロース系原料にリン酸基を有する化合物を反応させた後、通常はリン酸エステル化セルロースまたはリン酸エステル化セルロースナノファイバーの懸濁液が得られる。リン酸エステル化セルロースまたはリン酸エステル化セルロースナノファイバーの懸濁液は必要に応じて脱水される。脱水後には加熱処理を行うことが好ましい。これにより、セルロースの加水分解を抑えることができる。加熱温度は、100〜170℃が好ましく、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下(好ましくは110℃以下)で加熱し、水を除いた後100〜170℃で加熱処理することがより好ましい。   After reacting the compound having a phosphate group with the cellulosic material, a suspension of the phosphorylated cellulose or the phosphorylated cellulose nanofiber is usually obtained. The suspension of phosphorylated cellulose or phosphorylated cellulose nanofibers is dehydrated as needed. After the dehydration, heat treatment is preferably performed. Thereby, hydrolysis of cellulose can be suppressed. The heating temperature is preferably from 100 to 170 ° C. During the heat treatment, heating is performed at 130 ° C or less (preferably 110 ° C or less) while water is contained. Is more preferable.

リン酸エステル化反応により、セルロースにリン酸基置換基が導入され、セルロース同士が電気的に反発する。そのため、リン酸エステル化セルロースは、容易にセルロースナノファイバーまで解繊することができる。リン酸エステル化セルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上が好ましい。これにより、十分な解繊(例えばナノ解繊)が実施できる。上限は、0.40以下が好ましい。これにより、リン酸エステル化セルロースの膨潤または溶解が抑制され、セルロースナノファイバーが得られない事態の発生を抑制することができる。従って、リン酸基置換度は、0.001〜0.40でが好ましい。リン酸エステル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は、0.001〜0.40がより好ましい。   By the phosphoric esterification reaction, a phosphate group substituent is introduced into the cellulose, and the celluloses are electrically repelled. Therefore, phosphate esterified cellulose can be easily defibrated into cellulose nanofibers. The phosphoric acid-substituted cellulose preferably has a degree of substitution of phosphate groups per glucose unit of 0.001 or more. Thereby, sufficient fibrillation (for example, nano-fibrillation) can be performed. The upper limit is preferably 0.40 or less. Thereby, the swelling or dissolution of the phosphated cellulose is suppressed, and the occurrence of a situation where cellulose nanofibers cannot be obtained can be suppressed. Therefore, the phosphate group substitution degree is preferably 0.001 to 0.40. The phosphate group substitution degree per glucose unit of the phosphate esterified cellulose nanofiber is more preferably 0.001 to 0.40.

リン酸エステル化セルロースに対して、煮沸後冷水で洗浄する等の洗浄処理がなされることが好ましい。これにより解繊を効率よく行うことができる。   It is preferable that the phosphate esterified cellulose is subjected to a washing treatment such as washing with cold water after boiling. Thereby, defibration can be performed efficiently.

[解繊(ナノ解繊)]
解繊は、変性前のセルロース系原料に行ってもよく、変性セルロースに行ってもよいが、変性により解繊に必要なエネルギーが低減されるため、後者が好ましい。解繊処理は1回行ってもよく、複数回行ってもよい。変性セルロースまたは変性セルロースナノファイバーの製造において脱塩処理を行う場合には、脱塩の前後のそれぞれにおいて解繊を行ってもよい。
[Fibrillation (nano-fibrillation)]
Fibrillation may be performed on the cellulosic raw material before denaturation or on denatured cellulose, but the latter is preferable because the energy required for fibrillation is reduced by denaturation. The defibrating treatment may be performed once or plural times. When desalting is performed in the production of modified cellulose or modified cellulose nanofibers, defibration may be performed before and after desalting.

解繊に用いる装置は、特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式等の方式の装置が挙げられ、高圧または超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の、高圧または超高圧ホモジナイザーがより好ましい。これらの装置は、変性セルロースに強力なせん断力を印加することができるので好ましい。せん断速度は1000sec-1以上が好ましい。これにより、凝集構造が少なく、均一にナノファイバー化することができる。変性セルロースに印加する圧力は、好ましくは50MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。The device used for defibration is not particularly limited, and examples thereof include a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high pressure type, a roll mill type, an apparatus of an ultrasonic type and the like, and a high pressure or ultra high pressure homogenizer is preferable, and a wet type High pressure or ultra high pressure homogenizers are more preferred. These devices are preferable because a strong shearing force can be applied to the modified cellulose. The shear rate is preferably 1000 sec -1 or more. This makes it possible to uniformly form nanofibers with a small aggregate structure. The pressure applied to the modified cellulose is preferably at least 50 MPa, more preferably at least 100 MPa, further preferably at least 140 MPa.

解繊は、通常、分散体中で行う。分散体は、通常、水分散液等の水系分散体である。分散に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理としては、例えば、混合、撹拌、乳化が挙げられ、公知の装置(例えば、高速せん断ミキサー)を用いて行えばよい。   The defibration is usually performed in a dispersion. The dispersion is usually an aqueous dispersion such as an aqueous dispersion. Prior to dispersion, preliminary processing may be performed as necessary. The pretreatment includes, for example, mixing, stirring, and emulsification, and may be performed using a known device (for example, a high-speed shear mixer).

解繊をセルロース系原料の分散体または変性セルロースの分散体に対して行う場合、分散体中のセルロース系原料または変性セルロースの固形分濃度は、下限は、通常は0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上である。これにより、処理するセルロース系原料または変性セルロースの量に対し液量が適量となり効率的である。上限は、通常10質量%以下であり、好ましくは6質量%以下である。これにより、流動性を保持することができる。   When defibration is performed on a dispersion of a cellulose-based material or a dispersion of a modified cellulose, the lower limit of the solid content concentration of the cellulose-based material or the modified cellulose in the dispersion is usually 0.1% by mass or more, preferably Is 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. Thus, the amount of the liquid is appropriate for the amount of the cellulosic raw material or the modified cellulose to be treated, which is efficient. The upper limit is usually 10% by mass or less, preferably 6% by mass or less. Thereby, fluidity can be maintained.

[ろ過]
解繊後には、必要に応じてろ過を行ってもよく、変性セルロースの解繊後にはろ過を行うことが好ましい。解繊が不十分なことに起因して変性セルロースナノファイバーの分散液中には未解繊繊維等の異物が残存することがあるが、ろ過により斯かる異物を除去することができる。異物が残存した状態でゴム組成物とした場合、異物を起点としてゴム組成物が破断し易くなり、強度の低下等の不利益が生じる場合があるため、ろ過によりこれを防ぐことができる。
[Filtration]
After the fibrillation, filtration may be performed if necessary, and it is preferable to perform the filtration after fibrillation of the modified cellulose. Foreign matter such as unfibrillated fibers may remain in the dispersion of modified cellulose nanofibers due to insufficient fibrillation, but such foreign matter can be removed by filtration. In the case where the rubber composition is formed in a state where the foreign matter remains, the rubber composition tends to be broken starting from the foreign matter, and disadvantages such as a decrease in strength may occur. Therefore, this can be prevented by filtration.

ろ過処理としては、例えば、変性セルロースナノファイバーの分散体(通常は水系分散体)を0.01MPa以上の、好ましくは0.01〜10MPaの差圧を付けて加圧ろ過または減圧ろ過する処理が挙げられる。差圧が0.01MPa以上であることにより、相当の希釈を行わなくとも(希釈は、その後の工程を考慮すると行わないことが好ましい)、十分なろ過処理量が得られる。差圧が0.01〜10MPaであることにより、分散体中の変性セルロースナノファイバーの濃度または分散体の粘度が高い場合にも、十分なろ過処理量が得られる。ろ過の際の変性セルロースナノファイバー分散液中の変性セルロースナノファイバーの濃度は、通常、0.1〜5質量%であり、好ましくは0.2〜4質量%であり、より好ましくは0.5〜3質量%である。ろ過に用いる装置としては、例えば、ヌッチェ型、キャンドル型、リーフディスク型、ドラム型、フィルタープレス型、ベルトフィルター型等のタイプの装置が挙げられる。   As the filtration treatment, for example, a treatment of applying a pressure difference of 0.01 MPa or more, preferably 0.01 to 10 MPa to a dispersion of a modified cellulose nanofiber (usually an aqueous dispersion), or performing pressure filtration or vacuum filtration is performed. No. When the differential pressure is 0.01 MPa or more, a sufficient filtration treatment amount can be obtained without performing substantial dilution (preferably, dilution is not performed in consideration of the subsequent steps). When the pressure difference is 0.01 to 10 MPa, a sufficient amount of filtration treatment can be obtained even when the concentration of the modified cellulose nanofibers in the dispersion or the viscosity of the dispersion is high. The concentration of the modified cellulose nanofibers in the dispersion of the modified cellulose nanofibers at the time of filtration is usually 0.1 to 5% by mass, preferably 0.2 to 4% by mass, more preferably 0.5% by mass. 33% by mass. Examples of an apparatus used for filtration include a Nutsche type, a candle type, a leaf disk type, a drum type, a filter press type, a belt filter type and the like.

ろ過処理量は、1時間当たり10L/m2以上が好ましく、100L/m2以上がより好ましい。ろ過の方法としては、例えば、ろ過助剤を用いる助剤ろ過、多孔質ろ材を用いるろ材ろ過が挙げられ、1つのろ過方法を選択して実施してもよいし、2つ以上のろ過方法を併用してもよい。この場合、ろ過方法の順序は任意に選択し得る。さらに2つ以上のろ過工程を実施する場合、いずれか1つのろ過工程が前記ろ過差圧で実施されていればよいが、全てのろ過工程が前記ろ過差圧で実施されてもよい。The filtration amount is preferably 10 L / m 2 or more per hour, more preferably 100 L / m 2 or more. Examples of the method of filtration include auxiliary filtration using a filter aid and filter media filtration using a porous filter medium. One filtration method may be selected and performed, or two or more filtration methods may be used. You may use together. In this case, the order of the filtration methods can be arbitrarily selected. When performing two or more filtration steps, any one of the filtration steps may be performed at the filtration pressure difference, but all the filtration steps may be performed at the filtration pressure difference.

ろ過方法のうち、ろ過助剤を用いる助剤ろ過が好ましい。この方法によれば、ろ過助剤で形成されたろ過層を取り除くことによりろ過処理で生じたろ材の目詰まりを容易に解消することができ、連続的なろ過処理を行うことができる。ろ過助剤は、略粒状物が好ましい。粒状物の平均粒子径は、好ましくは150μm以下、より好ましくは1〜150μm、さらに好ましくは10〜75μm、さらにより好ましくは15〜45μm、とりわけ好ましくは25〜45μmである。平均粒子径が1μmを超えることにより、ろ過速度の低下が抑制され得る。平均粒子径が150μm未満であることにより、異物を十分に捉えることができ、ろ過処理を効率よく行うことができる。   Among the filtration methods, auxiliary filtration using a filter auxiliary is preferable. According to this method, clogging of the filter medium caused by the filtration process can be easily eliminated by removing the filtration layer formed by the filter aid, and a continuous filtration process can be performed. The filter aid is preferably substantially granular. The average particle size of the granular material is preferably 150 μm or less, more preferably 1 to 150 μm, further preferably 10 to 75 μm, still more preferably 15 to 45 μm, and particularly preferably 25 to 45 μm. When the average particle diameter exceeds 1 μm, a decrease in filtration speed can be suppressed. When the average particle diameter is less than 150 μm, foreign substances can be sufficiently captured, and the filtration can be performed efficiently.

ろ過助剤の形状は、例えば、珪藻土のような略球状、粉末セルロースのような棒状が挙げられる。いずれの形状でも、JIS Z8825−1に準拠してレーザー回折式測定器により平均粒子径を測定し得る。   Examples of the shape of the filter aid include a substantially spherical shape such as diatomaceous earth and a rod shape such as powdered cellulose. Regardless of the shape, the average particle diameter can be measured by a laser diffraction measuring instrument in accordance with JIS Z8825-1.

ろ過助剤を用いる助剤ろ過は、ろ材の上にろ過助剤の層を形成するプレコートろ過、および、ろ過助剤と変性セルロースナノファイバーの分散体を予め混合しこれをろ過するボディーフィードろ過のいずれによって行ってもよく、両者を組み合わせて行ってもよい。両者を組合せると処理量が向上し、かつ、ろ液の品質が良好となるためより好ましい。また、ろ過助剤の種類を変えて多段階の助剤ろ過を行ってもよい。ろ過助剤を用いて2段階以上のろ過工程を実施する場合、いずれか1つのろ過工程が前記ろ過差圧で実施されていればよく、全てのろ過工程が前記ろ過差圧で実施されてもよい。   Auxiliary filtration using a filtration aid is performed by precoat filtration in which a layer of the filter aid is formed on the filter medium, and body feed filtration in which the dispersion of the filter aid and the modified cellulose nanofiber are previously mixed and filtered. Either method may be used, or both methods may be used in combination. The combination of the two is more preferable because the throughput is improved and the quality of the filtrate is improved. Further, a multi-stage filter filtration may be performed by changing the type of the filter aid. When performing two or more filtration steps using a filtration aid, any one of the filtration steps may be performed at the filtration pressure difference, and all the filtration steps may be performed at the filtration pressure difference. Good.

ろ過助剤としては無機化合物、有機化合物のいずれを用いてもよいが、粒状のものが好ましい。ろ過助剤の好適例としては、珪藻土、粉末セルロース、パーライト、活性炭が挙げられる。   Either an inorganic compound or an organic compound may be used as the filter aid, but a granular one is preferable. Preferred examples of the filter aid include diatomaceous earth, powdered cellulose, perlite, and activated carbon.

珪藻土とは、主に珪藻の殻からなる軟質の岩石または土壌をいい、シリカを主成分とする。珪藻土は、アルミナ、酸化鉄、アルカリ金属の酸化物等、シリカ以外の成分を含んでいてもよい。また、多孔質で高い空隙率を有し、ケーク嵩密度が0.2〜0.45g/cm程度のものが好ましい。珪藻土の中でも、焼成品および融剤焼成品が好ましく、淡水産珪藻土も好ましい。このような珪藻土としては、例えば、セライト社製のセライト(登録商標)、イーグルピッチャーミネラルズ社製のセラトム(登録商標)が挙げられる。Diatomaceous earth refers to soft rock or soil mainly composed of diatom shells, and has silica as a main component. Diatomaceous earth may contain components other than silica, such as alumina, iron oxide, and oxides of alkali metals. Further, a porous material having a high porosity and a cake bulk density of about 0.2 to 0.45 g / cm 3 is preferable. Among the diatomaceous earths, a calcined product and a flux calcined product are preferable, and freshwater diatomaceous earth is also preferable. Examples of such diatomaceous earth include Celite (registered trademark) manufactured by Celite Corporation and Seratom (registered trademark) manufactured by Eagle Pitcher Minerals.

粉末セルロースとは、木材パルプの非結晶部分を酸加水分解処理で除去した後、粉砕、篩分けして得られる微結晶性セルロースからなる棒軸状粒子をいう。粉末セルロースにおけるセルロースの重合度は、好ましくは100〜500程度である。X線回折法による粉末セルロースの結晶化度は、好ましくは70〜90%である。レーザー回折式粒度分布測定装置による体積平均粒子径は、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下である。体積平均粒子径が100μm以下であると、流動性に優れるセルロースナノファイバー分散液を得ることができる。粉末セルロースとしては、例えば、精選パルプを酸加水分解した後に得られる未分解残渣を精製かつ乾燥し、粉砕、篩い分けする方法により製造される棒軸状であって、一定の粒径分布を有する結晶性セルロース粉末、日本製紙社製のKCフロック(登録商標)、旭化成ケミカルズ社製のセオラス(登録商標)、FMC社製のアビセル(登録商標)が挙げられる。   Powdered cellulose refers to rod-shape particles made of microcrystalline cellulose obtained by removing an amorphous portion of wood pulp by an acid hydrolysis treatment, followed by pulverization and sieving. The polymerization degree of cellulose in the powdered cellulose is preferably about 100 to 500. The crystallinity of the powdered cellulose by X-ray diffraction is preferably 70 to 90%. The volume average particle size measured by a laser diffraction type particle size distribution analyzer is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. When the volume average particle size is 100 μm or less, a cellulose nanofiber dispersion having excellent fluidity can be obtained. As the powdered cellulose, for example, a rod-shape manufactured by a method of purifying and drying an undecomposed residue obtained after acid hydrolysis of a selected pulp, pulverizing, and sieving, having a certain particle size distribution Examples include crystalline cellulose powder, KC Floc (registered trademark) manufactured by Nippon Paper Industries, Ceolus (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Chemicals, and Avicel (registered trademark) manufactured by FMC.

ろ材としては、例えば、金属繊維、セルロース、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ガラス、コットン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド等の素材からなる、フィルター、メンブレン、ろ布、金属粉を焼結させてなるフィルター、またはスリット状フィルターが挙げられる。これらの中でも、金属フィルター或いはメンブレンフィルターが好ましい。   As the filter medium, for example, a filter made of a material such as metal fiber, cellulose, polypropylene, polyester, nylon, glass, cotton, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, a filter, a membrane, a filter cloth, and a filter obtained by sintering metal powder Or a slit filter. Among these, a metal filter or a membrane filter is preferable.

ろ材の好ましい平均孔径は、上記のろ過助剤と併用する場合は特に限定されない。一方、上記のろ過助剤を併用せず、ろ材のみによりろ過する場合、ろ材の平均孔径は、好ましくは0.01〜100μmであり、より好ましくは0.1〜50μmであり、さらに好ましくは1〜30μmである。平均孔径が0.01μmより小さい場合、十分なろ過速度が得られない場合がある。一方、100μmより大きい場合、異物を捉えきれないのでろ過効果が得られ難くなる場合がある。   The preferred average pore size of the filter medium is not particularly limited when used in combination with the above filter aid. On the other hand, when filtering is performed using only the filter medium without using the above-mentioned filter aid, the average pore diameter of the filter medium is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, and still more preferably 1 to 50 μm. 3030 μm. If the average pore size is smaller than 0.01 μm, a sufficient filtration rate may not be obtained. On the other hand, if it is larger than 100 μm, the foreign matter cannot be caught, and it may be difficult to obtain a filtering effect.

ろ過後の変性セルロースナノファイバー分散液の分散性は、以下の方法で評価することが好ましい。変性セルロースナノファイバー分散液に表面張力調整剤を添加した後に薄膜化する。当該薄膜の両面に、一対の偏光板を互いに偏光軸が直交するように配置する。一方の偏光板側から光を照射し、他方の偏光板側から透過画像を取得する。当該画像を画像解析して異物面積を特定し、セルロースナノファイバー絶乾質量1gあたりの異物面積比率を算出する。ろ過後のセルロースナノファイバー分散液は、当該評価方法において25%以下の異物面積比率を有することが好ましい。   It is preferable to evaluate the dispersibility of the modified cellulose nanofiber dispersion after filtration by the following method. The modified cellulose nanofiber dispersion is formed into a thin film after adding a surface tension modifier. A pair of polarizing plates are arranged on both surfaces of the thin film so that the polarizing axes are orthogonal to each other. Light is irradiated from one polarizing plate side, and a transmission image is acquired from the other polarizing plate side. The image is subjected to image analysis to specify the foreign matter area, and the foreign matter area ratio per 1 g of the absolute dry mass of the cellulose nanofiber is calculated. The filtered cellulose nanofiber dispersion preferably has a foreign matter area ratio of 25% or less in the evaluation method.

(A)成分は、1種の変性セルロースナノファイバーでもよく、2種以上の変性セルロースナノファイバーの組み合わせでもよい。(A)成分は、酸化セルロースナノファイバー、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー等の、カルボキシル基含有セルロースナノファイバーを少なくとも1つ含むことが好ましく、酸化セルロースナノファイバーおよび/またはカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを少なくとも含むことがより好ましい。これにより、(C)成分である界面活性剤の親水性基とカルボキシル基含有セルロースナノファイバーのカルボキシル基とが強固に相互作用し、セルロースナノファイバーと(B)成分であるゴム成分との相溶性が向上し、セルロースナノファイバーがゴム成分中により均一な分散することができ、ゴム組成物の強度を顕著に改善できる。   The component (A) may be a single type of modified cellulose nanofiber or a combination of two or more types of modified cellulose nanofibers. The component (A) preferably contains at least one carboxyl group-containing cellulose nanofiber such as an oxidized cellulose nanofiber or a carboxymethylated cellulose nanofiber. More preferably, it is included. As a result, the hydrophilic group of the surfactant (C) and the carboxyl group of the carboxyl group-containing cellulose nanofiber strongly interact with each other, and the compatibility between the cellulose nanofiber and the rubber component (B). Is improved, the cellulose nanofibers can be more uniformly dispersed in the rubber component, and the strength of the rubber composition can be remarkably improved.

(A)成分は、変性セルロースナノファイバーと水溶性高分子の混合物でもよい。水溶性高分子としては、例えば、セルロース誘導体(例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ジェランガム、ゲランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、グァーガム、およびコロイダルシリカ、並びにこれらの混合物が挙げられる。中でも溶解性の点から、カルボキシメチルセルロースまたはその塩を用いることが好ましい。   The component (A) may be a mixture of a modified cellulose nanofiber and a water-soluble polymer. Examples of the water-soluble polymer include cellulose derivatives (eg, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, ethylcellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, Hardened flour, kudzu flour, positive starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, gellan gum, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein solubles, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide , Sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, Gin sizing agent, petroleum resin sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide / polyamine resin, polyethylene imine, polyamine, vegetable gum, polyethylene oxide, hydrophilic cross-linked polymer, polyacrylate, starch Examples include polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, guar gum, and colloidal silica, and mixtures thereof. Among them, carboxymethylcellulose or a salt thereof is preferably used from the viewpoint of solubility.

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

(B)成分は、1種単独でもよいし、2種以上の組み合わせでもよい。   As the component (B), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

<(C)成分:界面活性剤>
界面活性剤とは、分子の中に少なくとも1つの親水性基と少なくとも1つの疎水性基とを有し得る物質、およびその前駆体(例えば、金属塩の存在下で上記両基を有し得る物質)を意味する。界面活性剤としては、例えば、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤が挙げられる。
<(C) component: surfactant>
Surfactants are substances that can have at least one hydrophilic group and at least one hydrophobic group in a molecule, and precursors thereof (for example, can have both of the above groups in the presence of a metal salt). Substance). Examples of the surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant.

陽イオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン(例えば、オレイルアミン、ステアリルアミン、テトラデシルアミン、1−ヘキセニルアミン、1−ドデセニルアミン、9,12−オクタデカジエニルアミン(リノールアミン)、9,12,15−オクタデカトリエニルアミン、リノレイルアミン、ドデシルアミン、プロピルアミン、メチルアミン等のモノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン)、テトラメチルアンモニウム塩(例えば、塩化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム)、テトラブチルアンモニウム塩(例えば、塩化テトラブチルアンモニウム)、アルキルトリメチルアンモニウム塩(例えば、塩化アルキルトリメチルアンモニウム、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、塩化デシルトリメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、臭化アルキルトリメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム)、ベンジルトリアルキルアンモニウム塩(例えば、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウム(塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム)、臭化ベンザルコニウム)、ジベンジルジアルキルアンモニウム塩(例えば、塩化ベンゼトニウム)、ジアルキルジメチルアンモニウム塩(例えば、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム)、アルキルピリジニウム塩(例えば、塩化ブチルピリジニウム、塩化ドデシルピリジニウム、塩化セチルピリジニウム)、脂肪族アミン塩(例えば、モノメチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、トリメチルアミン塩酸塩)が挙げられる。   Examples of the cationic surfactant include aliphatic amines (eg, oleylamine, stearylamine, tetradecylamine, 1-hexenylamine, 1-dodecenylamine, 9,12-octadecadienylamine (linolamine), 9 , 12,15-octadecatrienylamine, linoleylamine, dodecylamine, propylamine, monoalkylamine such as propylamine, methylamine, dialkylamine, trialkylamine), tetramethylammonium salt (for example, tetramethylammonium chloride, water Tetramethylammonium oxide), tetrabutylammonium salt (eg, tetrabutylammonium chloride), alkyltrimethylammonium salt (eg, alkyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium chloride, salt) Decyltrimethylammonium, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, alkyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium bromide), benzyltrialkylammonium salt (for example, benzyltrimethyl chloride) Ammonium, benzyltriethylammonium chloride, benzalkonium chloride (dodecyldimethylbenzylammonium chloride), benzalkonium bromide), dibenzyldialkylammonium salt (eg, benzethonium chloride), dialkyldimethylammonium salt (eg, didecyldimethylammonium chloride) , Distearyl dimethyl ammonium chloride), alkyl pyridinium (E.g., butyl pyridinium chloride, dodecyl pyridinium, cetyl pyridinium chloride), aliphatic amine salts (e.g., monomethylamine hydrochloride, dimethylamine hydrochloride, trimethylamine hydrochloride) and the like.

陰イオン性界面活性剤としては、例えば、カルボン酸(例えば、オクタン酸ナトリウム、デカン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ペルフルオロノナン酸、N−ラウロイルサルコシンナトリウム、ココイルグルタミン酸ナトリウム、アルファスルホ脂肪酸メチルエステル塩)、スルホン酸(例えば、1−ヘキサンスルホン酸ナトリウム、1−オクタンスルホン酸ナトリウム、1−デカンスルホン酸ナトリウム、1−ドデカンスルホン酸ナトリウム、ペルフルオロブタンスルホン酸、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、トルエンスルホン酸ナトリウム、クメンスルホン酸ナトリウム、オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンジスルホン酸二ナトリウム、ナフタレントリスルホン酸三ナトリウム、ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム)、硫酸エステル(例えばラウリル硫酸ナトリウム、ミリスチル硫酸ナトリウム、ラウレス硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェノールスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム)、リン酸エステル(例えばラウリルリン酸、ラウリルリン酸ナトリウム、ラウリルリン酸カリウム)が挙げられる。   Examples of the anionic surfactant include carboxylic acids (for example, sodium octoate, sodium decanoate, sodium laurate, sodium myristate, sodium palmitate, sodium stearate, perfluorononanoic acid, sodium N-lauroyl sarcosine, Sodium cocoyl glutamate, alpha sulfo fatty acid methyl ester salt), sulfonic acids (eg, sodium 1-hexanesulfonate, sodium 1-octanesulfonate, sodium 1-decanesulfonate, sodium 1-dodecanesulfonate, perfluorobutanesulfonic acid, Sodium linear alkyl benzene sulfonate, sodium toluene sulfonate, sodium cumene sulfonate, sodium octylbenzene sulfonate, naphthalene sulfonic acid Thorium, disodium naphthalene disulfonic acid, trisodium naphthalene trisulfonic acid, sodium butyl naphthalene sulfonate), sulfates (eg, sodium lauryl sulfate, sodium myristyl sulfate, sodium laureth sulfate, sodium polyoxyethylene alkylphenol sulfonate, ammonium lauryl sulfate), Phosphate esters (eg, lauryl phosphoric acid, sodium lauryl phosphate, potassium lauryl phosphate) may be mentioned.

非イオン性界面活性剤としては、例えば、グリセリン脂肪酸エステル(例えば、ラウリン酸グリセリン、モノステアリン酸グリセリン)、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(例えば、ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル)、アルキルフェノールアルキレート(例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、オクチルフェノールエトキシレート、ノニルフェノールエトキシレート)、ポリオキシアルキレングリコール(例えば、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール)、ポリオキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル(例えば、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンヘキシタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステルポリエチレングリコール)、アルカノールアミド(例えば、ラウリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、コカミドDEA)、アルキルグルコシド(例えば、オクチルグルコシド、デシルグルコシド、ラウリルグルコシド)が挙げられる。   Examples of the nonionic surfactant include glycerin fatty acid esters (eg, glycerin laurate, glyceryl monostearate), sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene alkyl ethers (eg, pentaethylene glycol monododecyl ether, octaethylene glycol monoester) Dodecyl ether), alkylphenol alkylate (eg, polyoxyethylene alkylphenyl ether, octylphenol ethoxylate, nonylphenol ethoxylate), polyoxyalkylene glycol (eg, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol), polyoxyalkylene sorbitan fatty acid ester (eg, , Polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene hexitan fatty acid ester Terol, sorbitan fatty acid ester polyethylene glycol), alkanolamides (eg, lauric acid diethanolamide, oleic acid diethanolamide, stearic acid diethanolamide, cocamide DEA), and alkyl glucosides (eg, octyl glucoside, decyl glucoside, lauryl glucoside). .

両性界面活性剤としては、例えば、高級アルコール(例えば、セタノール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール)、ベタイン系化合物(例えば、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ドデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、オクタデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシルベタイン、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン)、アルキルアミノ酸塩(例えば、ラウロイルグルタミン酸ナトリウム、ラウロイルグルタミン酸カリウム、ラウロイルメチル−β−アラニン)、アルキルアミンオキシド(例えば、ラウリルジメチルアミンN−オキシド、オレイルジメチルアミンN−オキシド)が挙げられる。   Examples of the amphoteric surfactant include higher alcohols (eg, cetanol, stearyl alcohol, oleyl alcohol), betaine compounds (eg, lauryl dimethylamino acetate betaine, stearyl dimethylamino acetate betaine, dodecylaminomethyldimethylsulfopropyl betaine, octadecyl) Aminomethyldimethylsulfopropylbetaine, cocamidopropylbetaine, cocamidopropylhydroxylbetaine, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine), alkyl amino acid salts (eg, sodium lauroylglutamate, potassium lauroylglutamate) , Lauroylmethyl-β-alanine), alkylamine oxides (eg, lauryldimethylamine N-oxide, Yl dimethylamine N- oxide) and the like.

(C)成分は、両性界面活性剤および陽イオン性界面活性剤が好ましく、陽イオン性界面活性剤がより好ましく、脂肪族アミンがさらに好ましい。脂肪族アミンは、炭素原子数が15〜20であること、その構造中に不飽和結合を少なくとも1つ(好ましくは1つ)含むこと、および1級アミンであること、からなる群より選ばれる1以上を満たすことが好ましく、すべてを満たすことがより好ましく、オレイルアミン、ステアリルアミンまたは1−ヘキセニルアミンがさらに好ましく、オレイルアミンがさらにより好ましい。   The component (C) is preferably an amphoteric surfactant or a cationic surfactant, more preferably a cationic surfactant, and further preferably an aliphatic amine. The aliphatic amine is selected from the group consisting of having 15 to 20 carbon atoms, having at least one (preferably one) unsaturated bond in its structure, and being a primary amine. Preferably, at least one is satisfied, more preferably, all are satisfied, oleylamine, stearylamine, or 1-hexenylamine is still more preferable, and oleylamine is still more preferable.

(C)成分は、1種の界面活性剤でもよく、2種以上の界面活性剤の組み合わせでもよい。   The component (C) may be a single surfactant or a combination of two or more surfactants.

<組成>
ゴム組成物における(A)〜(C)成分の各含有量は特に限定されないが、好ましい使用量は以下のとおりである。
<Composition>
The content of each of the components (A) to (C) in the rubber composition is not particularly limited, but the preferred usage is as follows.

(A)成分の含有量は、(B)成分100質量部に対して1質量部以上が好ましく、2質量部以上がより好ましく、3質量部以上がさらに好ましい。これにより引張強度の向上効果が十分に発現し得る。上限は、50質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましく、30質量部以下がさらに好ましい。これにより、製造工程における加工性を保持することができる。従って、1〜50質量部が好ましく、2〜40質量部がより好ましく、3〜30質量部がさらに好ましい。   The content of the component (A) is preferably at least 1 part by mass, more preferably at least 2 parts by mass, even more preferably at least 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the component (B). Thereby, the effect of improving the tensile strength can be sufficiently exhibited. The upper limit is preferably equal to or less than 50 parts by mass, more preferably equal to or less than 40 parts by mass, and still more preferably equal to or less than 30 parts by mass. Thereby, workability in the manufacturing process can be maintained. Therefore, 1 to 50 parts by mass is preferable, 2 to 40 parts by mass is more preferable, and 3 to 30 parts by mass is further preferable.

(C)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して5または10質量部以上が好ましく、15または20質量部以上がより好ましく、40質量部以上がさらに好ましい。これにより引張強度の向上効果が十分に発現し得る。上限は、100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましく、70質量部以下がさらに好ましい。これにより、製造工程における加工性を保持することができる。従って、5〜100質量部または10〜100質量部が好ましく、15〜80質量部または20〜80質量部がより好ましく、40〜70質量部がさらに好ましい。   The content of the component (C) is preferably at least 5 or 10 parts by mass, more preferably at least 15 or 20 parts by mass, and even more preferably at least 40 parts by mass, per 100 parts by mass of the component (A). Thereby, the effect of improving the tensile strength can be sufficiently exhibited. The upper limit is preferably 100 parts by mass or less, more preferably 80 parts by mass or less, and even more preferably 70 parts by mass or less. Thereby, workability in the manufacturing process can be maintained. Therefore, 5 to 100 parts by mass or 10 to 100 parts by mass is preferable, 15 to 80 parts by mass or 20 to 80 parts by mass is more preferable, and 40 to 70 parts by mass is more preferable.

<任意成分>
ゴム組成物は、後段で説明するゴム組成物の用途等の要望に応じて1種または2種以上の任意成分をさらに含んでもよい。任意成分としては、例えば、補強剤(例えば、カーボンブラック、シリカ)、シランカップリング剤、架橋剤、加硫促進剤、加硫促進助剤(例えば、酸化亜鉛、ステアリン酸)、オイル、硬化レジン、ワックス、老化防止剤、着色剤等、ゴム工業で使用され得る配合剤が挙げられる。このうち加硫促進剤、加硫促進助剤が好ましい。任意成分の含有量は、任意成分の種類等の条件に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。
<Optional components>
The rubber composition may further include one or two or more optional components according to the demands such as the use of the rubber composition described later. Optional components include, for example, a reinforcing agent (eg, carbon black, silica), a silane coupling agent, a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization accelerator (eg, zinc oxide, stearic acid), an oil, and a cured resin. And compounding agents that can be used in the rubber industry, such as waxes, antioxidants, coloring agents and the like. Among these, a vulcanization accelerator and a vulcanization accelerator are preferable. The content of the optional component may be appropriately determined according to conditions such as the type of the optional component, and is not particularly limited.

ゴム組成物が未加硫ゴム組成物または最終製品である場合、任意成分として少なくとも架橋剤を含むことが好ましい。架橋剤としては、例えば、硫黄、ハロゲン化硫黄、有機過酸化物、キノンジオキシム類、有機多価アミン化合物、メチロール基を有するアルキルフェノール樹脂が挙げられる。これらの中でも硫黄が好ましい。架橋剤の含有量は、(B)成分100質量部に対し1.0質量部以上が好ましく、1.5質量部以上がより好ましく、1.7質量部以上がさらに好ましい。上限は、10質量部以下が好ましく、7質量部以下がより好ましく、5質量部以下がさらに好ましい。   When the rubber composition is an unvulcanized rubber composition or a final product, it preferably contains at least a crosslinking agent as an optional component. Examples of the crosslinking agent include sulfur, sulfur halide, organic peroxides, quinone dioximes, organic polyamine compounds, and alkylphenol resins having a methylol group. Of these, sulfur is preferred. The content of the crosslinking agent is preferably at least 1.0 part by mass, more preferably at least 1.5 parts by mass, and even more preferably at least 1.7 parts by mass, per 100 parts by mass of the component (B). The upper limit is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 7 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or less.

加硫促進剤としては、例えば、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドが挙げられる。加硫促進剤の含有量は、(B)成分100質量部に対し0.1質量部以上が好ましく、0.3質量部以上がより好ましく、0.4質量部以上がさらに好ましい。上限は、5質量部以下が好ましく、3質量部以下がより好ましく、2質量部以下がさらに好ましい。   Examples of the vulcanization accelerator include Nt-butyl-2-benzothiazolesulfenamide and N-oxydiethylene-2-benzothiazolylsulfenamide. The content of the vulcanization accelerator is preferably at least 0.1 part by mass, more preferably at least 0.3 part by mass, even more preferably at least 0.4 part by mass based on 100 parts by mass of the component (B). The upper limit is preferably 5 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or less, and even more preferably 2 parts by mass or less.

ゴム組成物中、(A)〜(C)成分および任意成分は、それぞれ独立して存在してもよく、また、少なくとも2成分の反応物として存在してもよい。反応物としては例えば、(C)成分と(A)成分がイオン結合して生成する反応物が挙げられ、具体的には例えば、脂肪族アミン修飾酸化セルロースナノファイバーが挙げられる。ゴム組成物中の各成分の含有量は、通常、原料としての使用量に準じる。   In the rubber composition, the components (A) to (C) and the optional component may be present independently of each other, or may be present as a reactant of at least two components. The reactant includes, for example, a reactant formed by ionic bonding of the component (C) and the component (A), and specific examples include an aliphatic amine-modified cellulose oxidized cellulose nanofiber. The content of each component in the rubber composition generally conforms to the amount used as a raw material.

<用途>
本発明のゴム組成物の用途は、特に制限されず、最終製品としてゴムを得るための組成物であればよい。すなわち、ゴム製造用の中間体(マスターバッチ)でもよいし、加硫剤を含む未加硫のゴム組成物でもよいし、最終製品としてのゴムでもよい。最終製品の用途は特に限定されず、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器;パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品;携帯電話等の移動通信機器;携帯音楽再生機器、映像再生機器、印刷機器、複写機器、スポーツ用品;建築材;文具等の事務機器;容器;コンテナーが挙げられる。これら以外であっても、ゴムや柔軟なプラスチックが用いられている部材への適用が可能であり、タイヤへの適用が好適である。タイヤとしては例えば、乗用車用、トラック用、バス用、重車両用等の空気入りタイヤが挙げられる。
<Application>
The use of the rubber composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a composition for obtaining rubber as a final product. That is, it may be an intermediate (master batch) for rubber production, an unvulcanized rubber composition containing a vulcanizing agent, or rubber as a final product. The use of the final product is not particularly limited. For example, transportation devices such as automobiles, trains, ships, and airplanes; electric appliances such as personal computers, televisions, telephones, and watches; mobile communication devices such as mobile phones; Reproduction equipment, printing equipment, copying equipment, sporting goods; building materials; office equipment such as stationery; containers; Other than these, application to members using rubber or flexible plastic is possible, and application to tires is preferable. Examples of the tire include pneumatic tires for passenger cars, trucks, buses, heavy vehicles, and the like.

<製造方法>
本発明のゴム組成物は、以下の工程[I]および[II]を含む製造方法により、または、以下の工程[i]および[ii]を含む製造方法により、製造されることが好ましく、前者の製造方法により製造されることがより好ましい。
工程[I]:(A)成分と(B)成分を混合し、混合物を得る工程
工程[II]:得られる混合物に、(C)成分を添加、混練し、ゴム組成物を得る工程
工程[i]:(A)、(B)および(C)成分を混合し、混合物を得る工程
工程[ii]:得られる混合物を混練し、ゴム組成物を得る工程
<Production method>
The rubber composition of the present invention is preferably produced by a production method comprising the following steps [I] and [II] or by a production method comprising the following steps [i] and [ii]. More preferably, it is produced by the production method of
Step [I]: Step of mixing components (A) and (B) to obtain a mixture Step [II]: Step of adding and kneading component (C) to the obtained mixture to obtain a rubber composition Step [ i]: Step of mixing components (A), (B) and (C) to obtain a mixture Step [ii]: Step of kneading the obtained mixture to obtain a rubber composition

工程[I]および[II]、または、工程[i]および[ii]を経ることにより、高ひずみ時における強度が良好なゴム組成物を製造することができる。なお、本発明の方法における、(A)〜(C)成分および任意成分の具体例、使用量は、既述のとおりである。   Through the steps [I] and [II] or the steps [i] and [ii], a rubber composition having good strength at high strain can be produced. In the method of the present invention, specific examples and the amounts of the components (A) to (C) and the optional components are as described above.

<工程[I]および[i]:混合工程>
工程[I]および[i]において、混合に供される(B)成分の形態は特に限定されない。例えば、ゴム成分の固形物、ゴム成分を分散媒に分散させた分散液(ラテックス)および溶媒に溶解した溶液が挙げられる。分散媒および溶媒(以下、まとめて「液体」ともいう)としては、例えば、水、有機溶媒が挙げられる。液体の量は、ゴム成分(2以上のゴム成分を使用する場合、その合計量)100質量部に対して、10〜1000質量部が好ましい。
<Steps [I] and [i]: Mixing Step>
In the steps [I] and [i], the form of the component (B) subjected to mixing is not particularly limited. For example, there are a solid rubber component, a dispersion (latex) in which the rubber component is dispersed in a dispersion medium, and a solution in which the rubber component is dissolved in a solvent. Examples of the dispersion medium and the solvent (hereinafter, also collectively referred to as “liquid”) include, for example, water and an organic solvent. The amount of the liquid is preferably from 10 to 1000 parts by mass based on 100 parts by mass of the rubber component (when two or more rubber components are used, the total amount).

混合は、ホモミキサー、ホモジナイザー、プロペラ攪拌機等の公知の装置を用いて実施できる。混合する温度は限定されないが、室温(20〜30℃)が好ましい。混合時間も適宜調整してよい。   The mixing can be performed using a known device such as a homomixer, a homogenizer, a propeller stirrer, and the like. The mixing temperature is not limited, but is preferably room temperature (20 to 30 ° C.). The mixing time may be appropriately adjusted.

混合に供される(A)成分の形態は、特に限定されない。例えば、変性セルロースナノファイバーを分散媒に分散した分散液、当該分散液の乾燥固形物、当該分散液の湿潤固形物が挙げられる。分散液における変性セルロースナノファイバーの濃度は、分散媒が水である場合、0.1〜5%(w/v)であってもよく、分散媒が水とアルコール等の有機溶媒とを含む場合、0.1〜20%(w/v)であってもよい。本明細書において、湿潤固形物とは、前記分散液と乾燥固形物との中間の態様の固形物である。前記分散液を通常の方法で脱水して得た湿潤固形物中の分散媒の量は変性セルロースナノファイバーに対して5〜15質量%が好ましい。液体の追加またはさらなる乾燥により、湿潤固形物中の分散媒の量は適宜調整し得る。   The form of the component (A) to be mixed is not particularly limited. For example, a dispersion in which the modified cellulose nanofibers are dispersed in a dispersion medium, a dry solid of the dispersion, and a wet solid of the dispersion are included. The concentration of the modified cellulose nanofibers in the dispersion may be 0.1 to 5% (w / v) when the dispersion medium is water, and when the dispersion medium contains water and an organic solvent such as alcohol. , 0.1 to 20% (w / v). In the present specification, the wet solid is a solid in an intermediate state between the dispersion and the dry solid. The amount of the dispersion medium in the wet solid obtained by dehydrating the dispersion in a usual manner is preferably 5 to 15% by mass based on the modified cellulose nanofibers. By the addition or further drying of the liquid, the amount of dispersion medium in the wet solid can be adjusted accordingly.

(A)成分に関し既述のとおり、(A)成分は、2以上の変性セルロースナノファイバーの組み合わせでもよい。また、(A)成分としての変性セルロースナノファイバーと水溶性高分子溶液との混合物が混合に供される際の形態は、特に限定されず、例えば、混合液、混合液の乾燥固形物、混合液の湿潤固形物が挙げられる。混合液およびその乾燥固形物における液体の量は、上記の範囲であってよい。   As described above for the component (A), the component (A) may be a combination of two or more modified cellulose nanofibers. The form in which the mixture of the modified cellulose nanofiber as the component (A) and the water-soluble polymer solution is subjected to mixing is not particularly limited, and examples thereof include a mixed solution, a dry solid of the mixed solution, and a mixed solution. Liquid wet solids. The amount of liquid in the mixture and its dry solids may be in the above ranges.

工程[i]において、(C)成分の添加時期は特に限定されず、(A)〜(C)成分を同時に添加混合してもよいし、(A)および(C)成分を予め混合後に(B)成分を添加してもよく、後者が好ましい。   In the step [i], the time of addition of the component (C) is not particularly limited, and the components (A) to (C) may be added and mixed at the same time. Component B) may be added, the latter being preferred.

<工程[IA]:乾燥工程>
工程[I]および[i]で得られる混合物は、工程[II]および[ii]に供される前に、工程[IA]に供されることが好ましい。工程[IA]では、工程[I]または[i]で得られる混合物を乾燥する。乾燥の方法は特に限定されず、加熱法、凝固法、それらの併用のいずれでもよいが、加熱処理が好ましい。加熱処理の条件は、特に限定されないが、一例を挙げると以下のとおりである。加熱温度は、40℃以上100℃未満が好ましい。処理時間は、1時間〜24時間が好ましい。加熱温度または加熱時間を上記条件とすることにより、ゴム成分に対するダメージが抑えられ得る。乾燥後の混合物は絶乾状態でも、溶媒が残存していてもよい。また、乾燥の方法は上記の方法には限定されず、溶媒を除去する従来公知の方法を適宜選択すればよい。
<Step [IA]: drying step>
The mixture obtained in the steps [I] and [i] is preferably subjected to the step [IA] before being subjected to the steps [II] and [ii]. In step [IA], the mixture obtained in step [I] or [i] is dried. The drying method is not particularly limited, and may be any of a heating method, a coagulation method, and a combination thereof, but a heat treatment is preferred. The conditions for the heat treatment are not particularly limited, but the following is one example. The heating temperature is preferably 40 ° C. or more and less than 100 ° C. The processing time is preferably 1 hour to 24 hours. By setting the heating temperature or the heating time under the above conditions, damage to the rubber component can be suppressed. The mixture after drying may be in a completely dry state or a solvent may remain. The drying method is not limited to the above method, and a conventionally known method for removing a solvent may be appropriately selected.

<工程[II]および[ii]:混練工程>
工程[II]および[ii]においては、工程[I]、[i]または[IA]を経て得られる混合物を混練する。混練は、公知の方法に従い混練機を用いて行えばよい。混練機としては、例えば、2本ロール、3本ロール等の開放式混練機、噛合式バンバリーミキサー、接線式バンバリーミキサー、加圧ニーダー等の密閉式混練機が挙げられる。工程[II]および[ii]は、多段階の混練を経る工程でもよい。例えば、第一段階で密閉式混練機による混練およびその後の開放式混練機で再混練の組み合わせが挙げられる。
<Steps [II] and [ii]: Kneading step>
In steps [II] and [ii], the mixture obtained through steps [I], [i] or [IA] is kneaded. The kneading may be performed using a kneading machine according to a known method. Examples of the kneading machine include open-type kneading machines such as two-roll and three-roll mills, and closed kneading machines such as an intermeshing-type Banbury mixer, a tangential-type Banbury mixer, and a pressure kneader. Steps [II] and [ii] may be steps through multi-stage kneading. For example, a combination of kneading with a closed kneader in the first stage and re-kneading with an open kneader thereafter.

工程[II]においては、(C)成分:界面活性剤を混合物に添加する。(C)成分の添加は、工程[I]で得られる混合物または工程[IA]を経て得られる混合物に対して上記混練機を用いて混練する際に行う。添加の時点は特に限定されず、例えば、混練開始時、混練中のいずれか、および両方が挙げられる。   In the step [II], the component (C): a surfactant is added to the mixture. The addition of the component (C) is performed when the mixture obtained in the step [I] or the mixture obtained through the step [IA] is kneaded using the above kneader. The time of addition is not particularly limited, and includes, for example, at the start of kneading, during kneading, and both.

(C)成分の添加方法は、特に限定されず、例えば、所定量の一括添加、および逐次添加が挙げられる。混合物に対して界面活性剤が均一に混練されるのであれば、いずれの方法でもよく特に限定されない。   The method of adding the component (C) is not particularly limited, and includes, for example, batch addition of a predetermined amount and sequential addition. Any method may be used as long as the surfactant is uniformly kneaded with the mixture, and the method is not particularly limited.

工程[II]および[ii]において、混合物とともに充填剤、加硫剤等の任意の添加剤(配合剤)を添加し混練してもよい。混合物、(C)成分、任意の添加剤の添加順は問わない。混合物を先に混練機に投入した後、界面活性剤および任意の添加剤を投入して混練してもよく、反対に、(C)成分および任意の添加剤を先に投入した後、混合物を投入して混練してもよい。(C)成分および任意の添加剤を予め混合物に配合して混練機に添加してもよい。加硫剤を添加する場合は、加硫剤の添加は混練の最終段に行うことが好ましい。混練時間は(C)成分が混合物に対して均一に混練されればいずれでもよいが、通常3〜20分程度である。   In the steps [II] and [ii], optional additives (compounding agents) such as a filler and a vulcanizing agent may be added and kneaded together with the mixture. The order of addition of the mixture, the component (C) and the optional additives is not limited. After the mixture is first charged into the kneading machine, the surfactant and any additives may be charged and kneaded, and conversely, after the component (C) and any additives have been charged first, the mixture may be mixed. It may be charged and kneaded. The component (C) and any additives may be previously blended into a mixture and added to the kneader. When a vulcanizing agent is added, it is preferable to add the vulcanizing agent at the last stage of kneading. The kneading time may be any as long as the component (C) is uniformly kneaded with the mixture, but is usually about 3 to 20 minutes.

混練温度は、常温程度(例えば、15〜30℃程度)でよいが、ある程度高温に加熱してもよい。例えば、温度の上限は、通常150℃以下であり、好ましくは140℃以下であり、より好ましくは130℃以下である。温度の下限は15℃以上であり、好ましくは20℃以上であり、より好ましくは30℃以上である。混練温度は、15〜150℃が好ましく、20〜140℃がより好ましく、30〜130℃がさらに好ましい。   The kneading temperature may be about room temperature (for example, about 15 to 30 ° C.), but may be heated to a relatively high temperature. For example, the upper limit of the temperature is usually 150 ° C. or lower, preferably 140 ° C. or lower, and more preferably 130 ° C. or lower. The lower limit of the temperature is 15 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, and more preferably 30 ° C. or higher. The kneading temperature is preferably from 15 to 150C, more preferably from 20 to 140C, even more preferably from 30 to 130C.

得られた混練物は、そのままマスターバッチとして利用されることが好ましい。一方、得られた混練物が最終製品として利用されてもよい。最終製品として利用される場合、混練物に対し、ゴム成分、加硫剤等の任意の添加剤が追加添加され、再度混練されることが好ましい。   The obtained kneaded material is preferably used as it is as a master batch. On the other hand, the obtained kneaded material may be used as a final product. When used as a final product, it is preferable that an optional additive such as a rubber component and a vulcanizing agent is additionally added to the kneaded material, and the kneaded material is kneaded again.

工程[II]および[ii]では、混練の終了後に、必要に応じて成形を行ってもよい。成形としては、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形が挙げられ、最終製品の形状、用途、成形方法に応じて装置を適宜選択すればよい。   In the steps [II] and [ii], after the kneading is completed, molding may be performed if necessary. Molding includes, for example, mold molding, injection molding, extrusion molding, hollow molding, and foam molding, and the apparatus may be appropriately selected according to the shape, use, and molding method of the final product.

工程[II]および[ii]では、混練終了後に、好ましくは成形後に、加熱することが好ましい。ゴム組成物が架橋剤を(好ましくは架橋剤と加硫促進剤を)含む場合、加熱により架橋(加硫)処理がなされる。また、ゴム組成物が架橋剤および加硫促進剤を含まない場合も、加熱前に添加しておけば同様の効果が得られる。加熱温度は、150℃以上が好ましく、上限は200℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましい。従って、150〜200℃程度が好ましく、150〜180℃程度がより好ましい。加熱装置としては例えば、型加硫、缶加硫、連続加硫等の加硫装置が挙げられる。   In the steps [II] and [ii], it is preferable to heat after completion of kneading, preferably after molding. When the rubber composition contains a crosslinking agent (preferably, a crosslinking agent and a vulcanization accelerator), a crosslinking (vulcanization) treatment is performed by heating. Even when the rubber composition does not contain a crosslinking agent and a vulcanization accelerator, the same effect can be obtained by adding the rubber composition before heating. The heating temperature is preferably 150 ° C. or higher, and the upper limit is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower. Therefore, about 150 to 200 ° C. is preferable, and about 150 to 180 ° C. is more preferable. Examples of the heating device include vulcanization devices such as mold vulcanization, can vulcanization, and continuous vulcanization.

混練物を最終製品とする前に、必要に応じ仕上げ処理を行ってもよい。仕上げ処理としては例えば、研磨、表面処理、リップ仕上げ、リップ裁断、塩素処理が挙げられ、これらの処理のうち1つのみを行ってもよいし2つ以上の組み合わせであってもよい。   Before making the kneaded product into a final product, a finishing treatment may be performed as necessary. Examples of the finishing treatment include polishing, surface treatment, lip finishing, lip cutting, and chlorine treatment. Only one of these treatments may be performed, or a combination of two or more of these treatments may be performed.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。物性値等数値の測定方法は、別途記載がない限り、本明細書中に記載した測定方法である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Unless otherwise stated, the method of measuring the values such as the physical property values is the measurement method described in the present specification.

[物性値の測定方法]
JIS K 6251「加硫ゴム熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に従い、50%引張応力(50%モジュラス。「M50」と記載する)、100%引張応力(100%モジュラス。「M100」と記載する)、300%引張応力(300%モジュラス。「M300」と記載する)を測定した。各数値が大きいほど、ゴム組成物の補強効果が高く、ゴム組成物の機械強度に優れることを示す。
[Physical property measurement method]
According to JIS K 6251 "Vulcanized rubber thermoplastic rubber-Determination of tensile properties", 50% tensile stress (50% modulus; described as "M50"), 100% tensile stress (100% modulus; described as "M100"). ) And 300% tensile stress (300% modulus; described as “M300”). The larger the value is, the higher the reinforcing effect of the rubber composition is, and the more excellent the mechanical strength of the rubber composition is.

なお、本発明における「高ひずみ時」とは、上記M100以上の測定条件と定義する。   In the present invention, “at the time of high strain” is defined as a measurement condition of M100 or more.

<製造例1> 酸化セルロースナノファイバーの製造
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが5.5mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、分離されたパルプを十分に水洗して、酸化されたパルプ(酸化(カルボキシル化)セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で3回処理して、酸化(カルボキシル化)セルロースナノファイバー分散液(1重量%)を得た。平均繊維径は3nm、アスペクト比は250であった。この酸化セルロースナノファイバー(塩型)水分散液に対し、pHが2.4になるまでHClを添加し、ゲル状の凝集物を得た。これを脱水し、十分に水洗した後に、再度水を加えてミキサーで処理し、固形分濃度1重量%のスラリーを得た。このスラリーを、超高圧ホモジナイザー(処理圧140MPa)で3回処理することにより、洗浄後の酸型酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)を得た。得られた酸型酸化セルロースナノファイバー水分散液の酸型カルボキシル基の割合は97%であった。
<Production Example 1> Production of oxidized cellulose nanofibers 5.00 g (absolutely dry) of bleached unbeaten kraft pulp (85% whiteness) derived from softwood was 39 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) (0 g for 1 g of absolutely dry cellulose). 0.05 mmol) and 514 mg of sodium bromide (1.0 mmol per 1 g of absolutely dry cellulose) were added to 500 ml of an aqueous solution, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous solution of sodium hypochlorite was added to the reaction system so that sodium hypochlorite became 5.5 mmol / g, and an oxidation reaction was started at room temperature. During the reaction, the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate pulp, and the separated pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (oxidized (carboxylated) cellulose). At this time, the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g. This was adjusted to 1.0% (w / v) with water, and treated three times with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) to obtain an oxidized (carboxylated) cellulose nanofiber dispersion (1% by weight). Was. The average fiber diameter was 3 nm, and the aspect ratio was 250. HCl was added to this aqueous dispersion of oxidized cellulose nanofibers (salt type) until the pH reached 2.4, thereby obtaining a gel-like aggregate. After dehydration and washing with water, water was added again and the mixture was treated with a mixer to obtain a slurry having a solid content of 1% by weight. This slurry was treated three times with an ultrahigh-pressure homogenizer (processing pressure: 140 MPa) to obtain a washed acid-type oxidized cellulose nanofiber aqueous dispersion (1% by weight). The ratio of the acid-type carboxyl groups in the obtained acid-type oxidized cellulose nanofiber aqueous dispersion was 97%.

<製造例2> 酸化セルロースナノファイバーの製造
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが3.5mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、分離されたパルプを十分に水洗して、酸化されたパルプ(酸化(カルボキシル化)セルロース)を得た。この時のパルプ収率は91%であり、酸化反応に要した時間は80分、カルボキシル基量は1.0mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で3回処理して、酸化(カルボキシル化)セルロースナノファイバー分散液(1重量%)を得た。平均繊維径は3nm、アスペクト比は270であった。この酸化セルロースナノファイバー水分散液(塩型)に対し、pHが2.4になるまでHClを添加し、ゲル状の凝集物を得た。これを脱水し、十分に水洗した後に、再度水を加えてミキサーで処理し、固形分濃度1重量%のスラリーを得た。このスラリーを、超高圧ホモジナイザー(処理圧140MPa)で3回処理することにより、洗浄後の酸型酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)を得た。得られた酸型酸化セルロースナノファイバー水分散液の酸型カルボキシル基の割合は95%であった。
<Production Example 2> Production of oxidized cellulose nanofibers 5.00 g (bright dry) of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from softwood was 39 mg of TEMPO (Sigma Aldrich) (0 g per 1 g of absolute dry cellulose). 0.05 mmol) and 514 mg of sodium bromide (1.0 mmol per 1 g of absolutely dry cellulose) were added to 500 ml of an aqueous solution, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous solution of sodium hypochlorite was added to the reaction system so that sodium hypochlorite became 3.5 mmol / g, and an oxidation reaction was started at room temperature. During the reaction, the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate pulp, and the separated pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (oxidized (carboxylated) cellulose). The pulp yield at this time was 91%, the time required for the oxidation reaction was 80 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.0 mmol / g. This was adjusted to 1.0% (w / v) with water, and treated three times with an ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) to obtain an oxidized (carboxylated) cellulose nanofiber dispersion (1% by weight). Was. The average fiber diameter was 3 nm, and the aspect ratio was 270. HCl was added to the aqueous dispersion of the oxidized cellulose nanofibers (salt type) until the pH reached 2.4, thereby obtaining a gel aggregate. After dehydration and washing with water, water was added again and the mixture was treated with a mixer to obtain a slurry having a solid content of 1% by weight. This slurry was treated three times with an ultrahigh-pressure homogenizer (processing pressure: 140 MPa) to obtain a washed acid-type oxidized cellulose nanofiber aqueous dispersion (1% by weight). The ratio of the acid-type carboxyl group in the obtained aqueous dispersion of the acid-type cellulose oxide nanofiber was 95%.

<製造例3> カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造
パルプを混ぜることができる撹拌機に、パルプ(NBKP(針葉樹晒クラフトパルプ)、日本製紙株式会社製)を乾燥質量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥質量で111g(出発原料の無水グルコース残基当たり2.25倍モル)加え、パルプ固形分が20%(w/v)になるように水を加えた。その後、30℃で30分攪拌した後にモノクロロ酢酸ナトリウムを216g(有効成分換算、パルプのグルコース残基当たり1.5倍モル)添加した。30分撹拌した後に、70℃まで昇温し1時間撹拌した。その後、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度0.25のカルボキシルメチル化したパルプを得た。これを水で固形分1%とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、150MPaの圧力で5回処理することにより解繊しカルボキシメチル化セルロースナノファイバー(1重量%)を得た。平均繊維径は15nm、アスペクト比は50であった。このカルボキシメチル化セルロースナノファイバー水分散液(塩型)に対し、pHが2.9になるまで陽イオン交換樹脂(アンバージェット1020、オルガノ社製)を添加し、撹拌した。吸引濾過により陽イオン交換樹脂を回収し、酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)を得た。得られた酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバー水分散液の酸型カルボキシル基の割合は91%であった。
<Production Example 3> Production of carboxymethylated cellulose nanofibers 200 g of pulp (NBKP (softwood bleached kraft pulp), manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was dried in a stirrer capable of mixing pulp, and sodium hydroxide was dried. 111 g by mass (2.25 moles per anhydrous glucose residue of the starting material) was added, and water was added so that the pulp solid content became 20% (w / v). Thereafter, after stirring at 30 ° C. for 30 minutes, 216 g of sodium monochloroacetate (1.5 times as much as an active ingredient, per mol of glucose residue in pulp) was added. After stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C. and the mixture was stirred for 1 hour. Thereafter, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain a carboxymethylated pulp having a carboxymethyl substitution degree of 0.25 per glucose unit. The solid content was adjusted to 1% with water, and the mixture was treated five times with a high-pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 150 MPa to obtain carboxymethylated cellulose nanofibers (1% by weight). The average fiber diameter was 15 nm, and the aspect ratio was 50. A cation exchange resin (Amberjet 1020, manufactured by Organo Corporation) was added to the aqueous carboxymethylated cellulose nanofiber dispersion (salt type) until the pH reached 2.9, followed by stirring. The cation exchange resin was recovered by suction filtration to obtain an acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber aqueous dispersion (1% by weight). The ratio of the acid-type carboxyl group in the obtained aqueous dispersion of the acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber was 91%.

<製造例4> カチオン化セルロースナノファイバーの製造
パルプを攪拌できるパルパーに、パルプ(NBKP、日本製紙株式会社製)を乾燥質量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥質量で24g加え、パルプ固形濃度が15%になるように水を加えた。その後、30℃で30分攪拌した後に70℃まで昇温し、カチオン化剤として3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドを200g(有効成分換算)添加した。1時間反応した後に、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカチオン置換度0.05のカチオン変性されたパルプを得た。これを固形濃度1%とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、140MPaの圧力で2回処理することにより解繊しカチオン化セルロースナノファイバー(1重量%)を得た。平均繊維径は25nm、アスペクト比は50であった。このカチオン化セルロースナノファイバー水分散液(塩型)に対し、pHが11になるまで陰イオン交換樹脂(アンバージェット4400、オルガノ社製)を添加し、撹拌した。吸引濾過により陰イオン交換樹脂を回収し、塩基型カチオン化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)を得た。
<Production Example 4> Production of cationized cellulose nanofiber To a pulper capable of stirring pulp, 200 g of pulp (NBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) in a dry mass and 24 g of sodium hydroxide in a dry mass were added. % Water was added. Thereafter, the mixture was stirred at 30 ° C. for 30 minutes and then heated to 70 ° C., and 200 g (in terms of active ingredient) of 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride was added as a cationizing agent. After reacting for 1 hour, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain a cation-modified pulp having a cation substitution degree of 0.05 per glucose unit. This was adjusted to a solid concentration of 1%, and treated twice with a high-pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 140 MPa to obtain cationized cellulose nanofibers (1% by weight). The average fiber diameter was 25 nm, and the aspect ratio was 50. An anion exchange resin (Amberjet 4400, manufactured by Organo Corporation) was added to the aqueous cationized cellulose nanofiber dispersion (salt type) until the pH reached 11, and the mixture was stirred. The anion exchange resin was recovered by suction filtration to obtain a base-type cationized cellulose nanofiber aqueous dispersion (1% by weight).

なお、上記製造例におけるカルボキシル基量、カルボキシメチル置換度、カチオン置換度は、上段にて説明した方法により測定された。   The carboxyl group content, the degree of carboxymethyl substitution, and the degree of cation substitution in the above Production Examples were measured by the methods described in the upper section.

<実施例1>
製造例1で得られた酸型の酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)500gと天然ゴムラテックス(商品名HA−LATEX、株式会社レヂテックス製、固形分濃度61.4%)162.9gを混合してゴム成分とセルロースナノファイバーとの質量比が100:5となるようにし、TKホモミキサー(8000rpm)で10分間、23℃で撹拌した。この水性懸濁液を、70℃の加熱オーブン中で19時間乾燥して混合物を得た。
<Example 1>
500 g of an aqueous dispersion (1% by weight) of the acid-type oxidized cellulose nanofiber obtained in Production Example 1 and 162.9 g of natural rubber latex (trade name: HA-LATEX, manufactured by Redtex Co., Ltd., solid concentration: 61.4%) Was mixed so that the mass ratio of the rubber component to the cellulose nanofiber became 100: 5, and the mixture was stirred at 23 ° C. for 10 minutes with a TK homomixer (8000 rpm). The aqueous suspension was dried in a heating oven at 70 ° C. for 19 hours to obtain a mixture.

得られた混合物105gを、ラボプラストミル(株式会社東洋精機製作所)に入れて1分素練りした後、オレイルアミン2.1gを逐次添加し、全体が均一になるまで混練した。ラボプラストミルの設定温度は70℃、トータルの混練時間は10分であった。得られた混練物に対して、硫黄3.5g、加硫促進剤(N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)0.7g、酸化亜鉛6.0g、ステアリン酸0.5gを加え、オープンロール(関西ロール社製)を用い、40℃で15分間混練して、未加硫ゴム組成物のシートを得た。このシートを金型にはさみ、150℃で15分間プレス架橋することにより、厚さ約2mmのゴム組成物のシートを得た。これを所定の形状の試験片に裁断し、物性値を評価した。すなわち、各試験片のJIS K6251「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に従い、補強性の一つである引張強度を測定した。   105 g of the obtained mixture was placed in a Labo Plastomill (Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.) and masticated for one minute. Then, 2.1 g of oleylamine was sequentially added and kneaded until the whole became uniform. The set temperature of the Labo Plastomill was 70 ° C., and the total kneading time was 10 minutes. To the obtained kneaded material, 3.5 g of sulfur, 0.7 g of a vulcanization accelerator (N-oxydiethylene-2-benzothiazolylsulfenamide), 6.0 g of zinc oxide and 0.5 g of stearic acid were added. Using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.), the mixture was kneaded at 40 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of an unvulcanized rubber composition. This sheet was inserted into a mold and press-crosslinked at 150 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of a rubber composition having a thickness of about 2 mm. This was cut into a test piece having a predetermined shape, and the physical properties were evaluated. That is, the tensile strength, which is one of the reinforcing properties, was measured in accordance with JIS K6251 "Vulcanized Rubber and Thermoplastic Rubber-Determination of Tensile Properties" of each test piece.

<実施例2>
製造例3で得られた酸型のカルボキシメチル化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 2>
A sheet of a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1, except that the acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber aqueous dispersion (1% by weight) obtained in Production Example 3 was used, and the physical properties were evaluated. .

<実施例3>
製造例4で得られた塩基型のカチオン化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 3>
A sheet of a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1, except that the aqueous base-type cationized cellulose nanofiber dispersion (1% by weight) obtained in Production Example 4 was used, and the physical properties were evaluated.

<実施例4>
界面活性剤としてステアリルアミン2.1gを用いた以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 4>
A sheet of the rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2.1 g of stearylamine was used as the surfactant, and the physical properties were evaluated.

<実施例5>
界面活性剤として1−ヘキセニルアミン0.8gを用いた以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 5>
A sheet of a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.8 g of 1-hexenylamine was used as a surfactant, and physical properties were evaluated.

<実施例6>
製造例2で得られた酸型の酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)500gを用いた以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 6>
A sheet of a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 500 g of the aqueous dispersion of the acid-type oxidized cellulose nanofiber (1% by weight) obtained in Production Example 2 was used, and the physical properties were evaluated.

<実施例7>
界面活性剤としてオレイルアミンの添加量を1.0gとした以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 7>
A sheet of a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of oleylamine added as a surfactant was changed to 1.0 g, and physical properties were evaluated.

<実施例8>
製造例1において、脱塩前に得られた酸化(カルボキシル化)セルロースナノファイバー分散液(塩型、1重量%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 8>
A sheet of a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1, except that the oxidized (carboxylated) cellulose nanofiber dispersion (salt type, 1% by weight) obtained before desalting was used. , Physical properties were evaluated.

<実施例9>
製造例1で得られた酸型の酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)1000gと天然ゴムラテックス(商品名HA−LATEX、株式会社レヂテックス製、固形分濃度61.4%)162.9gを混合してゴム成分とセルロースナノファイバーとの質量比が100:10となるようにし、TKホモミキサー(8000rpm)で10分間、23℃で撹拌した。この水性懸濁液を、70℃の加熱オーブン中で19時間乾燥して混合物を得た。
<Example 9>
1000 g of the aqueous dispersion (1% by weight) of the acid-type oxidized cellulose nanofiber obtained in Production Example 1 and 162.9 g of natural rubber latex (trade name: HA-LATEX, manufactured by Redtex Co., Ltd., solid content: 61.4%) Was mixed so that the mass ratio of the rubber component to the cellulose nanofiber was 100: 10, and the mixture was stirred at 23 ° C. for 10 minutes with a TK homomixer (8000 rpm). The aqueous suspension was dried in a heating oven at 70 ° C. for 19 hours to obtain a mixture.

得られた混合物110gに対して、ラボプラストミル(株式会社東洋精機製作所)を用いて、オレイルアミン2.1gを逐次添加し、70℃で10分間混練を行った。得られた混練物に対して、硫黄3.5g、加硫促進剤(N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)0.7g、酸化亜鉛6.0g、ステアリン酸0.5gを加え、オープンロール(関西ロール社製)を用い、40℃で15分間混練して、未加硫ゴム組成物のシートを得た。このシートを金型にはさみ、150℃で15分間プレス架橋することにより、厚さ約2mmのゴム組成物のシートを得た。これを所定の形状の試験片に裁断し、物性値を評価した。   To 110 g of the obtained mixture, 2.1 g of oleylamine was successively added using a Labo Plastomill (Toyo Seiki Seisakusho), and kneaded at 70 ° C. for 10 minutes. To the obtained kneaded material, 3.5 g of sulfur, 0.7 g of a vulcanization accelerator (N-oxydiethylene-2-benzothiazolylsulfenamide), 6.0 g of zinc oxide and 0.5 g of stearic acid were added. Using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.), the mixture was kneaded at 40 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of an unvulcanized rubber composition. This sheet was inserted into a mold and press-crosslinked at 150 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of a rubber composition having a thickness of about 2 mm. This was cut into a test piece having a predetermined shape, and the physical properties were evaluated.

<実施例10>
製造例1で得られた酸型の酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)2000gと天然ゴムラテックス(商品名HA−LATEX、株式会社レヂテックス製、固形分濃度61.4%)162.9gを混合してゴム成分とセルロースナノファイバーとの質量比が100:20となるようにし、TKホモミキサー(8000rpm)で10分間、23℃で撹拌した。この水性懸濁液を、70℃の加熱オーブン中で19時間乾燥して混合物を得た。
<Example 10>
2000 g of an aqueous dispersion (1% by weight) of the acid-type oxidized cellulose nanofiber obtained in Production Example 1 and 162.9 g of a natural rubber latex (trade name: HA-LATEX, manufactured by Redex Corporation, solid concentration: 61.4%) Was mixed so that the mass ratio of the rubber component to the cellulose nanofiber was 100: 20, and the mixture was stirred at 23 ° C. for 10 minutes with a TK homomixer (8000 rpm). The aqueous suspension was dried in a heating oven at 70 ° C. for 19 hours to obtain a mixture.

得られた混合物120gに対して、ラボプラストミル(株式会社東洋精機製作所)を用いて、オレイルアミン2.1gを逐次添加し、70℃で10分間混練を行った。得られた混練物に対して、硫黄3.5g、加硫促進剤(N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)0.7g、酸化亜鉛6.0g、ステアリン酸0.5gを加え、オープンロール(関西ロール社製)を用い、40℃で15分間混練して、未加硫ゴム組成物のシートを得た。このシートを金型にはさみ、150℃で15分間プレス架橋することにより、厚さ約2mmのゴム組成物のシートを得た。これを所定の形状の試験片に裁断し、物性値を評価した。   To 120 g of the obtained mixture, 2.1 g of oleylamine was successively added using a Labo Plastomill (Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.), and kneaded at 70 ° C. for 10 minutes. To the obtained kneaded material, 3.5 g of sulfur, 0.7 g of a vulcanization accelerator (N-oxydiethylene-2-benzothiazolylsulfenamide), 6.0 g of zinc oxide and 0.5 g of stearic acid were added. Using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.), the mixture was kneaded at 40 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of an unvulcanized rubber composition. This sheet was inserted into a mold and press-crosslinked at 150 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of a rubber composition having a thickness of about 2 mm. This was cut into a test piece having a predetermined shape, and the physical properties were evaluated.

<比較例1>
オレイルアミンを添加しなかった以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Comparative Example 1>
A sheet of the rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that oleylamine was not added, and the physical properties were evaluated.

<比較例2>
オレイルアミンを添加しなかった以外は、実施例2と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Comparative Example 2>
A sheet of the rubber composition was obtained in the same manner as in Example 2 except that oleylamine was not added, and the physical properties were evaluated.

<比較例3>
オレイルアミンを添加しなかった以外は、実施例3と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Comparative Example 3>
A sheet of the rubber composition was obtained in the same manner as in Example 3 except that oleylamine was not added, and the physical properties were evaluated.

<実施例11>
製造例1で得られた酸型の酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)500gに対して、天然ゴムラテックス(商品名HA−LATEX、株式会社レヂテックス製、固形分濃度61.4%)162.9gを混合してゴム成分とセルロースナノファイバーとの質量比が100:5となるようにし、さらにオレイルアミン2.1gを混合した後、TKホモミキサー(8000rpm)で23℃で10分間撹拌した。この水性懸濁液を、70℃の加熱オーブン中で19時間乾燥して混合物を得た。
<Example 11>
Natural rubber latex (trade name: HA-LATEX, manufactured by Redtex, 61.4% solids concentration) with respect to 500 g of the aqueous dispersion (1% by weight) of the acid-type oxidized cellulose nanofiber obtained in Production Example 1. 162.9 g was mixed so that the mass ratio of the rubber component to the cellulose nanofiber was 100: 5, and 2.1 g of oleylamine was further mixed, followed by stirring at 23 ° C. for 10 minutes with a TK homomixer (8000 rpm). . The aqueous suspension was dried in a heating oven at 70 ° C. for 19 hours to obtain a mixture.

得られた混合物105gに対して、ラボプラストミル(株式会社東洋精機製作所)を用いて、70℃で10分間混練を行った。得られた混練物に対して、硫黄3.5g、加硫促進剤(N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)0.7g、酸化亜鉛6.0g、ステアリン酸0.5gを加え、オープンロール(関西ロール社製)を用い、40℃で15分間混練して、未加硫ゴム組成物のシートを得た。このシートを金型にはさみ、150℃で15分間プレス架橋することにより、厚さ約2mmのゴム組成物のシートを得た。これを所定の形状の試験片に裁断し、物性値を評価した。   105 g of the obtained mixture was kneaded at 70 ° C. for 10 minutes using Labo Plastomill (Toyo Seiki Seisakusho). To the obtained kneaded material, 3.5 g of sulfur, 0.7 g of a vulcanization accelerator (N-oxydiethylene-2-benzothiazolylsulfenamide), 6.0 g of zinc oxide and 0.5 g of stearic acid were added. Using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.), the mixture was kneaded at 40 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of an unvulcanized rubber composition. This sheet was inserted into a mold and press-crosslinked at 150 ° C. for 15 minutes to obtain a sheet of a rubber composition having a thickness of about 2 mm. This was cut into a test piece having a predetermined shape, and the physical properties were evaluated.

<比較例4>
オレイルアミンを添加しなかった以外は、実施例9と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Comparative Example 4>
A sheet of the rubber composition was obtained in the same manner as in Example 9 except that oleylamine was not added, and the physical properties were evaluated.

<比較例5>
オレイルアミンを添加しなかった以外は、実施例10と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Comparative Example 5>
A sheet of a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 10 except that oleylamine was not added, and physical properties were evaluated.

<実施例12>
製造例1で得られた酸型の酸化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)500gにオレイルアミン(東京化成工業株式会社製)2.1gを添加し、室温にて3時間撹拌し、オレイルアミン修飾酸化セルロースナノファイバー(TOCN−COO-NH3 +‐R)を得た。
<Example 12>
To 500 g of the aqueous dispersion (1% by weight) of the acid-type oxidized cellulose nanofiber obtained in Production Example 1, 2.1 g of oleylamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to be modified with oleylamine It was obtained - (NH 3 + -R TOCN- COO) oxidized cellulose nanofibers.

オレイルアミン修飾酸化セルロースナノファイバー502.1gに対して、天然ゴムラテックス(商品名HA−LATEX、株式会社レヂテックス製、固形分濃度61.4%)162.9gを混合してゴム成分とセルロースナノファイバーとの質量比が100:5となるようにし、TKホモミキサー(8000rpm)で23℃で10分間撹拌した。この水性懸濁液を、70℃の加熱オーブン中で19時間乾燥して混合物を得た。得られた混合物を、実施例1における混練物の代わりに用いたほかは、実施例1と同様に加硫、成形を行いゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。   To 502.1 g of oleylamine-modified oxidized cellulose nanofibers, 162.9 g of natural rubber latex (trade name: HA-LATEX, manufactured by Redex Corporation, solid content concentration: 61.4%) was mixed, and a rubber component and cellulose nanofibers were mixed. And the mixture was stirred at 23 ° C. for 10 minutes with a TK homomixer (8000 rpm). The aqueous suspension was dried in a heating oven at 70 ° C. for 19 hours to obtain a mixture. Except that the obtained mixture was used in place of the kneaded product in Example 1, vulcanization and molding were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a sheet of a rubber composition, and physical properties were evaluated.

<実施例13>
製造例3で得られた酸型のカルボキシメチル化セルロースナノファイバー水分散液(1重量%)を用いた以外は、実施例12と同様にしてゴム組成物のシートを得、物性値を評価した。
<Example 13>
A sheet of a rubber composition was obtained and the physical properties were evaluated in the same manner as in Example 12, except that the acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber aqueous dispersion (1% by weight) obtained in Production Example 3 was used. .

結果を表1に示す。実施例の引張応力は、高ひずみ時であるM100、M300において、特に比較例より大きくなっており、実施例のゴム組成物の、高ひずみ時の強度は向上している。   Table 1 shows the results. The tensile stress of the example is higher than that of the comparative example in M100 and M300 at the time of high strain, and the strength of the rubber composition of the example at the time of high strain is improved.

Figure 2018181224
Figure 2018181224

Claims (15)

(A)成分:変性セルロースナノファイバー、
(B)成分:ゴム成分、および
(C)成分:界面活性剤
を含むゴム組成物。
Component (A): modified cellulose nanofiber,
Component (B): a rubber component, and component (C): a rubber composition containing a surfactant.
(A)成分が、酸化セルロースナノファイバーを含む、請求項1に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein the component (A) includes oxidized cellulose nanofibers. 酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基含量が、酸化セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して0.5mmol/g〜3.0mmol/gである、請求項2に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 2, wherein the carboxyl group content of the oxidized cellulose nanofiber is 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g based on the absolute dry mass of the oxidized cellulose nanofiber. 酸化セルロースナノファイバーが、酸型酸化セルロースナノファイバーである、請求項2または3に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 2 or 3, wherein the oxidized cellulose nanofiber is an acid-type oxidized cellulose nanofiber. (A)成分が、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含む、請求項1に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein the component (A) includes carboxymethylated cellulose nanofibers. カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が、0.01〜0.50である、請求項5に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 5, wherein the carboxymethylated cellulose nanofiber has a degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of 0.01 to 0.50. カルボキシメチル化セルロースナノファイバーが、酸型カルボキシメチル化セルロースナノファイバーである、請求項5または6に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 5, wherein the carboxymethylated cellulose nanofiber is an acid-type carboxymethylated cellulose nanofiber. (B)成分が、ジエン系ゴムを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 7, wherein the component (B) includes a diene rubber. (B)成分が、天然ゴムを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 8, wherein the component (B) contains a natural rubber. (C)成分が、陽イオン性界面活性剤、または両性界面活性剤を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the component (C) contains a cationic surfactant or an amphoteric surfactant. 界面活性剤が、脂肪族アミンを含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 10, wherein the surfactant comprises an aliphatic amine. (C)成分が、オレイルアミン、ステアリルアミン、テトラデシルアミン、1−ヘキセニルアミン、1−ドデセニルアミン、9,12−オクタデカジエニルアミン、9,12,15−オクタデカトリエニルアミン、およびリノレイルアミンからなる群より選択される少なくとも1種の脂肪族アミンを含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載のゴム組成物。   Component (C) is oleylamine, stearylamine, tetradecylamine, 1-hexenylamine, 1-dodecenylamine, 9,12-octadecadienylamine, 9,12,15-octadecatrienylamine, and linoleylamine The rubber composition according to any one of claims 1 to 11, comprising at least one aliphatic amine selected from the group consisting of: 下記[I]および[II]を有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載のゴム組成物の製造方法。
工程[I]:(A)成分と(B)成分を混合し、混合物を得る工程、および
工程[II]:得られる混合物に、(C)成分を添加、混練し、ゴム組成物を得る工程
The method for producing a rubber composition according to any one of claims 1 to 12, having the following [I] and [II].
Step [I]: a step of mixing the components (A) and (B) to obtain a mixture, and Step [II]: a step of adding the component (C) to the obtained mixture and kneading to obtain a rubber composition.
下記[i]および[ii]を有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の製造方法。
工程[i]:(A)、(B)および(C)成分を混合し、混合物を得る工程、および
工程[ii]:得られる混合物を混練し、ゴム組成物を得る工程
The production method according to any one of claims 1 to 12, having the following [i] and [ii].
Step [i]: a step of mixing the components (A), (B) and (C) to obtain a mixture, and Step [ii]: a step of kneading the obtained mixture to obtain a rubber composition.
下記工程[IA]をさらに有する請求項13または14に記載の製造方法。
工程[IA]:工程[I]または[i]で得られる混合物を、工程[II]又は[ii]に先立ち乾燥する工程
The method according to claim 13 or 14, further comprising the following step [IA].
Step [IA]: a step of drying the mixture obtained in step [I] or [i] prior to step [II] or [ii].
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