WO2012017953A1 - Non-woven fabric comprising cellulose fibers, and separator for electrical storage element - Google Patents

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Abstract

Cellulose fibers having an average fiber diameter of 0.1-20 μm and cellulose nanofibers having an average fiber diameter of less than 100 nm are made into a sheet form, thereby preparing a non-woven fabric. The non-woven fabric may have a thickness of 20 μm or less. The content ratio of the cellulose nanofibers may be about 0.01-15 parts by weight relative to 100 parts by weight of the cellulose fibers. This non-woven fabric may contain substantially no synthetic resin, and can have excellent mechanical strength even when the non-woven fabric does not contain any sheet force increasing agent such as a polyacrylamide or has a small thickness. Further, this non-woven fabric has excellent gas permeability, and therefore can be used as a separator or a filter for an electrical storage element.

Description

セルロース繊維で形成された不織布及び蓄電素子用セパレータNonwoven fabric and storage element separator formed of cellulose fiber
 本発明は、合成樹脂で形成された紙力増強剤を実質的に含有せず、かつミクロンオーダー以下の微小な繊維径を有するセルロース繊維で形成された不織布及びこの不織布で形成された蓄電素子用セパレータに関する。 The present invention relates to a nonwoven fabric that is substantially free of a paper strength enhancer formed of a synthetic resin and that is formed of cellulose fibers having a fine fiber diameter of a micron order or less, and a power storage device that is formed of the nonwoven fabric. It relates to a separator.
 従来から、セルロース繊維で形成された不織布は、サイズ剤や紙力増強剤などを添加して紙として印刷用紙や書籍などに利用されてきたが、気体や液体などに対する透過性を利用して、フィルターや蓄電素子のセパレータなどにも利用されている。特に、近年は、ハイブリッド自動車やモバイル機器などにおける電池やキャパシタなどの蓄電素子の開発が活発化するに伴って、熱安定性に優れ、電気化学的に安定なセルロース繊維で形成された不織布をセパレータとして利用する技術が提案されている。 Conventionally, nonwoven fabrics formed of cellulose fibers have been used as printing paper and books as paper with the addition of sizing agents and paper strength enhancing agents, etc., but using permeability to gases and liquids, It is also used for filters and separators for energy storage devices. In particular, in recent years, with the development of power storage elements such as batteries and capacitors in hybrid vehicles and mobile devices, non-woven fabrics made of cellulose fibers with excellent thermal stability and electrochemical stability are used as separators. The technology to use as is proposed.
 例えば、特開平10-223196号公報(特許文献1)には、正極活物質と負極活物質とをセパレータによって電子的に隔離してなる非水系電池において、前記セパレータはセルロースを原料として湿紙を製造し、この湿紙に存在する空隙構造を保持したまま乾燥させた非水系電池が開示されている。この文献には、セパレータを構成するセルロース繊維として、高圧下剪断力で解繊した繊維径1μm以下のマイクロフィブリル化セルロース、バクテリアセルロースが記載され、叩解したマイクロフィブリル化セルロースの繊維径は0.4μm程度であることが示唆されている。また、湿紙に空隙構造を保持したまま乾燥する方法として、水を有機溶媒で置換して乾燥する方法が記載されている。さらに、セパレータの厚みは15~100μmが好ましいと記載され、実施例では約50μmのセパレータが調製されている。 For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-223196 (Patent Document 1), in a nonaqueous battery in which a positive electrode active material and a negative electrode active material are electronically separated by a separator, the separator is made of cellulose as a raw material and wet paper is used. A non-aqueous battery that is manufactured and dried while retaining the void structure present in the wet paper is disclosed. In this document, microfibrillated cellulose and bacterial cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less defibrated by shearing force under high pressure are described as cellulose fibers constituting the separator, and the fiber diameter of the microfibrillated cellulose beaten is 0.4 μm. It has been suggested that In addition, as a method of drying while maintaining a void structure on a wet paper, a method of replacing water with an organic solvent and drying is described. Furthermore, it is described that the thickness of the separator is preferably 15 to 100 μm, and in the examples, a separator of about 50 μm is prepared.
 また、特開2006-49797号公報(特許文献2)には、最大繊維太さが1000nm以下であるセルロース繊維からなり、通気度が5~700sec/100ccであるセパレータであって、このセパレータに0.8mol/Lのテトラエチルアンモニウム・BF塩/プロピレンカーボネート溶液を含浸させた状態での膜の交流2端子法によって算出される20℃における電気抵抗値が1.0Ωcm以下である蓄電デバイス用セパレータが開示されている。この文献には、セルロース繊維の最大繊維径は、好ましくは400nm以下、さらに好ましくは150nm以下と記載され、セルロース繊維として、フィブリル化セルロース、バクテリアセルロースが記載されている。さらに、セパレータの厚みは5~50μm、好ましくは10~30μmと記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-49797 (Patent Document 2) discloses a separator having a maximum fiber thickness of 1000 nm or less and having an air permeability of 5 to 700 sec / 100 cc. A separator for an electricity storage device having an electrical resistance value at 20 ° C. of 1.0 Ωcm 2 or less calculated by an alternating current two-terminal method of a membrane impregnated with an 8 mol / L tetraethylammonium · BF 4 salt / propylene carbonate solution Is disclosed. In this document, the maximum fiber diameter of cellulose fibers is preferably 400 nm or less, more preferably 150 nm or less, and fibrillated cellulose and bacterial cellulose are described as cellulose fibers. Furthermore, the thickness of the separator is described as 5 to 50 μm, preferably 10 to 30 μm.
 しかし、これらのセパレータのうち、マイクロフィブリル化セルロース単独で構成されたセパレータでは強度が低い。なお、紙では、通常、セルロース繊維不織布の強度を向上させるために、一般的に、紙力増強剤としてポリアクリルアミドが配合される。しかし、ポリアクリルアミドを配合すると、電気化学的に不安定である上に、ポリアクリルアミドは発ガン性物質であるため、安全面からも好ましくない。一方、バクテリアセルロース単独で構成されたセパレータでは、抄紙が困難で生産性が低い上に、孔径が小さく、例えば、キャパシタなどのセパレータには不向きであり、用途が制限される。 However, among these separators, the separator composed of microfibrillated cellulose alone has low strength. In general, in order to improve the strength of the cellulose fiber nonwoven fabric, polyacrylamide is generally blended as a paper strength enhancer. However, when polyacrylamide is blended, it is electrochemically unstable and polyacrylamide is a carcinogenic substance, which is not preferable from the viewpoint of safety. On the other hand, a separator composed of bacterial cellulose alone is difficult to make paper and has low productivity, and has a small pore size, which is unsuitable for a separator such as a capacitor, for example, and has limited applications.
 さらに、特開平8-171893号公報(特許文献3)には、正極と、リチウム又はリチウム合金からなる負極と、セパレータと、電解液とで構成されたリチウム電池において、前記セパレータが天然パルプ20~70重量%と微細合成繊維80~30重量%の配合割合で混合抄紙したシートであり、かつ前記微細合成繊維の繊維径が5μm以下であるリチウム電池用セパレータが開示されている。この文献では、微細合成繊維は、不織布の孔径を微小化するために、シート乾燥時に天然パルプと水素結合しない合成繊維として、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミドが使用されている。さらに、実施例では、天然パルプ及び微細合成繊維に加えて、熱溶融温度70℃のビニロン繊維を10%配合して80℃で処理することにより、厚み50μm程度のセパレータを製造している。 Further, JP-A-8-171893 (Patent Document 3) discloses a lithium battery composed of a positive electrode, a negative electrode made of lithium or a lithium alloy, a separator, and an electrolyte solution, wherein the separator includes natural pulp 20 to A lithium battery separator is disclosed, which is a sheet made by mixing papermaking at a blending ratio of 70% by weight and fine synthetic fibers of 80 to 30% by weight, and the fine synthetic fibers have a fiber diameter of 5 μm or less. In this document, polyethylene, polypropylene, and aramid are used as synthetic fibers that do not hydrogen bond with natural pulp when the sheet is dried in order to reduce the pore diameter of the nonwoven fabric. Furthermore, in the examples, a separator having a thickness of about 50 μm is manufactured by blending 10% of vinylon fiber having a heat melting temperature of 70 ° C. in addition to natural pulp and fine synthetic fiber and treating at 80 ° C.
 しかし、このセパレータでも、ビニロン繊維などの合成樹脂で形成された繊維を含むため、電気化学的に不安定である。さらに、太い天然パルプを含むため、セパレータの薄肉化が困難である。 However, even this separator is electrochemically unstable because it contains fibers made of synthetic resin such as vinylon fibers. Furthermore, since a thick natural pulp is included, it is difficult to reduce the thickness of the separator.
特開平10-223196号公報(特許請求の範囲、段落[0032][0043][0057]、実施例)JP-A-10-223196 (Claims, paragraphs [0032] [0043] [0057], Examples) 特開2006-49797号公報(特許請求の範囲、段落[0019][0020][0042]、実施例)JP 2006-49797 A (claims, paragraphs [0019] [0020] [0042], Examples) 特開平8-171893号公報(請求項1、段落[0009]、実施例)JP-A-8-171893 (Claim 1, paragraph [0009], Example)
 従って、本発明の目的は、ミクロンオーダー以下の微小な繊維径を有するセルロース繊維で形成され、かつ機械的強度及び耐熱性が高いセルロース繊維不織布及びこの不織布で形成された蓄電素子用セパレータを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cellulose fiber nonwoven fabric formed of cellulose fibers having a fine fiber diameter of micron order or less and having high mechanical strength and heat resistance, and a storage element separator formed of the nonwoven fabric. There is.
 本発明の他の目的は、薄肉であっても、透気性と機械的強度とを両立できるセルロース繊維不織布及びこの不織布で形成された蓄電素子用セパレータを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a cellulose fiber nonwoven fabric that can achieve both air permeability and mechanical strength, even if it is thin, and a separator for an electricity storage element formed from this nonwoven fabric.
 本発明のさらに他の目的は、電気化学的に安定であり、かつ生産性及び安全性も高いセルロース繊維不織布及びこの不織布で形成された蓄電素子用セパレータを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a cellulose fiber nonwoven fabric that is electrochemically stable and has high productivity and safety, and a storage element separator formed of the nonwoven fabric.
 本発明の別の目的は、孔径が比較的大きく、キャパシタなどに適したセルロース繊維不織布及びこの不織布で形成された蓄電素子用セパレータを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a cellulose fiber nonwoven fabric having a relatively large pore diameter and suitable for capacitors and the like and a storage element separator formed of this nonwoven fabric.
 本発明者は、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、平均繊維径0.1~20μmのセルロース繊維と平均繊維径100nm未満のセルロースナノファイバーとを抄紙することにより、ミクロンオーダー以下の微小な繊維径を有するセルロース繊維で形成された不織布の耐熱性及び機械的強度を向上できることを見いだし、本発明を完成した。 As a result of diligent studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventor made a paper having a cellulose fiber having an average fiber diameter of 0.1 to 20 μm and a cellulose nanofiber having an average fiber diameter of less than 100 nm, thereby obtaining a micron order or less. The present inventors have found that the heat resistance and mechanical strength of a nonwoven fabric formed of cellulose fibers having a fiber diameter can be improved, and the present invention has been completed.
 すなわち、本発明の不織布は、平均繊維径0.1~20μmのセルロース繊維と平均繊維径100nm未満のセルロースナノファイバーとを抄紙した不織布(抄紙体)である。本発明の不織布は、厚みが20μm以下であってもよい。前記セルロースナノファイバーは植物由来であり、かつ平均繊維径に対する平均繊維長の比が2000以上であってもよい。前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が15~80nmであり、かつ繊維径分布の標準偏差が80nm以下であってもよい。前記セルロースナノファイバーは、原料セルロース繊維を溶媒に分散させて分散液を調製する分散液調製工程、破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーで前記分散液をホモジナイズ処理するホモジナイズ工程を含む製造方法で得られるナノファイバーであってもよい。前記原料セルロース繊維は、木材繊維及び/又は種子毛繊維で形成されたネバードライパルプ由来のセルロース繊維であり、かつカッパー価が30以下であってもよい。前記セルロース繊維の平均繊維径は0.1~10μmであってもよい。前記セルロース繊維の平均繊維径と前記セルロースナノファイバーの平均繊維径との比は、前者/後者=10/1~100/1程度であってもよい。前記セルロースナノファイバーの割合は、セルロース繊維100重量部に対して、0.01~15重量部程度であってもよい。本発明の不織布は、合成樹脂を実質的に含まないのが好ましく、例えば、ポリアクリルアミドなどの紙力増強剤を含有しなくても、薄肉で機械的強度に優れる。すなわち、本発明の不織布は、坪量10g/mにおける引張強度が6N/15mm以上であってもよい。さらに、本発明の不織布は、機械的強度を保持しつつ、透気性にも優れ、坪量10g/mにおける透気度が10~500秒/100mlであってもよい。 That is, the non-woven fabric of the present invention is a non-woven fabric (paper body) obtained by making a paper with cellulose fibers having an average fiber diameter of 0.1 to 20 μm and cellulose nanofibers with an average fiber diameter of less than 100 nm. The nonwoven fabric of the present invention may have a thickness of 20 μm or less. The cellulose nanofibers may be derived from plants, and the ratio of the average fiber length to the average fiber diameter may be 2000 or more. The cellulose nanofibers may have an average fiber diameter of 15 to 80 nm and a standard deviation of fiber diameter distribution of 80 nm or less. The cellulose nanofibers are obtained by a production method including a dispersion preparation step in which a raw material cellulose fiber is dispersed in a solvent to prepare a dispersion, and a homogenization step in which the dispersion is homogenized with a homogenizer having a crushing type homovalve sheet. It may be a nanofiber. The raw material cellulose fiber may be a cellulose fiber derived from never dry pulp formed of wood fibers and / or seed hair fibers, and the kappa number may be 30 or less. The average fiber diameter of the cellulose fibers may be 0.1 to 10 μm. The ratio of the average fiber diameter of the cellulose fibers to the average fiber diameter of the cellulose nanofibers may be about the former / the latter = 10/1 to 100/1. The ratio of the cellulose nanofiber may be about 0.01 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the cellulose fiber. The nonwoven fabric of the present invention preferably contains substantially no synthetic resin. For example, even if it does not contain a paper strength enhancer such as polyacrylamide, it is thin and excellent in mechanical strength. That is, the nonwoven fabric of the present invention may have a tensile strength of 10 N / 15 mm or more at a basis weight of 10 g / m 2 . Furthermore, the nonwoven fabric of the present invention may have excellent air permeability while maintaining mechanical strength, and the air permeability at a basis weight of 10 g / m 2 may be 10 to 500 seconds / 100 ml.
 本発明には、前記不織布で形成された蓄電素子用セパレータも含まれる。 The present invention also includes a storage element separator formed of the nonwoven fabric.
 本発明では、平均繊維径0.1~20μmのセルロース繊維と平均繊維径100nm未満のセルロースナノファイバーとを抄紙しているため、ミクロンオーダー以下の微小な繊維径を有するセルロース繊維で形成された不織布の機械的強度及び耐熱性を向上できる。さらに、薄肉であっても、透気性と機械的強度とを両立できるため、フィルターや蓄電素子のセパレータなどに利用できる。特に、電気化学的に安定であるため、蓄電素子のセパレータに特に有用であり、生産性にも優れている。さらに、ポリアクリルアミドなどの有害な紙力増強剤を含まないため、安全性も高い。また、孔径が比較的大きいため、蓄電素子の中でも、キャパシタなどに特に適している。 In the present invention, a non-woven fabric formed of cellulose fibers having a fine fiber diameter of micron order or less because paper is made of cellulose fibers having an average fiber diameter of 0.1 to 20 μm and cellulose nanofibers having an average fiber diameter of less than 100 nm. The mechanical strength and heat resistance of can be improved. Furthermore, even if it is thin, it can be used for a filter, a separator of a power storage element, and the like because it can achieve both air permeability and mechanical strength. In particular, since it is electrochemically stable, it is particularly useful for a separator of an electricity storage device and has excellent productivity. Furthermore, since it does not contain harmful paper strength enhancers such as polyacrylamide, it is highly safe. In addition, since the hole diameter is relatively large, it is particularly suitable for a capacitor or the like among power storage elements.
図1は、ホモジナイザーを用いて繊維を含む分散液をホモジナイズ処理する工程を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a process of homogenizing a dispersion containing fibers using a homogenizer. 図2は、破砕型ホモバルブシートとホモバルブとの対向部分の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a facing portion between the crushing type homovalve seat and the homovalve. 図3は、破砕型ホモバルブシートの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a crushing type homo valve seat. 図4は、非破砕型ホモバルブシートの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a non-crushing homo valve seat.
 本発明の不織布は、平均繊維径0.1~20μmのセルロース繊維と平均繊維径100nm未満のセルロースナノファイバーとを抄紙した不織布である。 The nonwoven fabric of the present invention is a nonwoven fabric obtained by papermaking cellulose fibers having an average fiber diameter of 0.1 to 20 μm and cellulose nanofibers having an average fiber diameter of less than 100 nm.
 [セルロース繊維]
 セルロース繊維としては、β-1,4-グルカン構造を有する多糖類である限り、特に制限されず、高等植物由来のセルロース繊維[例えば、木材繊維(針葉樹、広葉樹などの木材パルプなど)、竹繊維、サトウキビ繊維、種子毛繊維(コットンリンター、ボンバックス綿、カポックなど)、ジン皮繊維(例えば、麻、コウゾ、ミツマタなど)、葉繊維(例えば、マニラ麻、ニュージーランド麻など)などの天然セルロース繊維(パルプ繊維)など]、動物由来のセルロース繊維(ホヤセルロースなど)、バクテリア由来のセルロース繊維、化学的に合成されたセルロース繊維[セルロースアセテート(酢酸セルロース)、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどの有機酸エステル;硝酸セルロース、硫酸セルロース、リン酸セルロースなどの無機酸エステル;硝酸酢酸セルロースなどの混酸エステル;ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロースなど);カルボキシアルキルセルロース(カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシエチルセルロースなど);アルキルセルロース(メチルセルロース、エチルセルロースなど);再生セルロース(レーヨン、セロファンなど)などのセルロース誘導体など]などが挙げられる。これらのセルロース繊維は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
[Cellulose fiber]
Cellulose fibers are not particularly limited as long as they are polysaccharides having a β-1,4-glucan structure, and cellulose fibers derived from higher plants [eg, wood fibers (wood pulp of conifers, hardwoods, etc.), bamboo fibers, etc. , Natural cellulose fibers such as sugarcane fibers, seed hair fibers (cotton linters, Bombax cotton, kapok, etc.), gin leather fibers (eg, hemp, mulberry, mitsumata, etc.), leaf fibers (eg, Manila hemp, New Zealand hemp) Pulp fibers) etc.], animal-derived cellulose fibers (eg, squirt cellulose), bacteria-derived cellulose fibers, chemically synthesized cellulose fibers [cellulose acetate (cellulose acetate), cellulose propionate, cellulose butyrate, cellulose acetate Propionate, cellulose acetate Organic acid esters such as rate; inorganic acid esters such as cellulose nitrate, cellulose sulfate, and cellulose phosphate; mixed acid esters such as cellulose nitrate acetate; hydroxyalkyl cellulose (eg, hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxypropyl cellulose, etc.); carboxyalkyl Cellulose (carboxymethyl cellulose (CMC), carboxyethyl cellulose, etc.); alkyl cellulose (methyl cellulose, ethyl cellulose, etc.); and cellulose derivatives such as regenerated cellulose (rayon, cellophane, etc.). These cellulose fibers may be used alone or in combination of two or more.
 なお、セルロース繊維として、パルプを用いる場合、パルプは、機械的方法で得られたパルプ(砕木パルプ、リファイナ・グランド・パルプ、サーモメカニカルパルプ、セミケミカルパルプ、ケミグランドパルプなど)、又は化学的方法で得られたパルプ(クラフトパルプ、亜硫酸パルプなど)などであってもよく、必要に応じて、後述するような叩解(予備叩解)処理された叩解繊維(叩解パルプなど)であってもよい。また、セルロース繊維は、慣用の精製処理、例えば、脱脂処理などが施された繊維(例えば、脱脂綿など)であってもよい。さらに、セルロース繊維は、後述するセルロースナノファイバーと同様に、カッパー価が30以下(特に0~10程度)のネバードライパルプ由来の繊維であってもよい。 In addition, when using a pulp as a cellulose fiber, a pulp is obtained by a mechanical method (pulverized wood pulp, refiner ground pulp, thermomechanical pulp, semichemical pulp, chemiground pulp, etc.), or a chemical method. Or the like (craft pulp, sulfite pulp, etc.) obtained in the above, or beating fibers (beating pulp, etc.) subjected to beating (preliminary beating) as described later, if necessary. Further, the cellulose fiber may be a fiber subjected to a conventional purification treatment such as degreasing treatment (for example, absorbent cotton). Furthermore, the cellulose fiber may be a fiber derived from never dry pulp having a kappa number of 30 or less (particularly about 0 to 10), as in the case of the cellulose nanofiber described later.
 本発明では、セルロース繊維の平均繊維径はミクロンオーダー以下の微小な繊維径である。すなわち、平均繊維径は0.1~20μmであり、例えば、0.1~10μm、好ましくは0.15~3μm(例えば0.2~2μm)、さらに好ましくは0.2~1μm(特に0.25~0.5μm)程度である。本発明では、セルロース繊維がこのような繊維径を有するため、抄紙し易く生産性に優れるとともに、短絡も抑制され、薄肉化が要求されるキャパシタなどの蓄電素子やフィルターに適した不織布を調製できる。 In the present invention, the average fiber diameter of the cellulose fibers is a fine fiber diameter of the order of microns or less. That is, the average fiber diameter is 0.1 to 20 μm, for example, 0.1 to 10 μm, preferably 0.15 to 3 μm (for example, 0.2 to 2 μm), and more preferably 0.2 to 1 μm (particularly 0.2 μm). 25 to 0.5 μm). In the present invention, since the cellulose fiber has such a fiber diameter, it is easy to make paper and has excellent productivity, and a short circuit is also suppressed, and a nonwoven fabric suitable for a power storage element such as a capacitor or a filter that requires thinning can be prepared. .
 さらに、繊維径分布の標準偏差は、例えば、1μm以下(例えば、5~100nm)、好ましくは8~500nm、さらに好ましくは10~100nm程度である。さらに、セルロース繊維の最小繊維径は0.1μm以上(例えば、0.1~0.3μm)程度であってもよい。本発明では、不織布を構成するセルロース繊維の繊維径が均一であるため、不織布の孔径を均一化できる。 Furthermore, the standard deviation of the fiber diameter distribution is, for example, 1 μm or less (for example, 5 to 100 nm), preferably 8 to 500 nm, and more preferably about 10 to 100 nm. Further, the minimum fiber diameter of the cellulose fiber may be about 0.1 μm or more (for example, 0.1 to 0.3 μm). In this invention, since the fiber diameter of the cellulose fiber which comprises a nonwoven fabric is uniform, the hole diameter of a nonwoven fabric can be equalized.
 セルロース繊維の平均繊維長は、特に限定されないが、繊維同士が適度に交絡して不織布の強度を確保できる点から、0.01mm以上であるのが好ましく、例えば、0.05~10mm、好ましくは0.1~5mm、さらに好ましくは0.3~4mm(特に0.4~3mm)程度である。セルロース繊維の平均繊維径に対する平均繊維長(平均アスペクト比)は、例えば、100~10000、好ましくは200~5000、さらに好ましくは300~3000(特に、400~2000)程度であってもよい。 The average fiber length of the cellulose fibers is not particularly limited, but is preferably 0.01 mm or more, for example, 0.05 to 10 mm, preferably from the viewpoint that the fibers can be appropriately entangled to ensure the strength of the nonwoven fabric. The thickness is about 0.1 to 5 mm, more preferably about 0.3 to 4 mm (particularly 0.4 to 3 mm). The average fiber length (average aspect ratio) with respect to the average fiber diameter of the cellulose fibers may be, for example, about 100 to 10,000, preferably about 200 to 5,000, more preferably about 300 to 3,000 (particularly 400 to 2,000).
 なお、本発明において、前記平均繊維径、繊維径分布の標準偏差、最小繊維径は、電子顕微鏡写真に基づいて測定した繊維径(n=20程度)から算出した値である。 In the present invention, the average fiber diameter, the standard deviation of the fiber diameter distribution, and the minimum fiber diameter are values calculated from the fiber diameter (about n = 20) measured based on an electron micrograph.
 [セルロース繊維の製造方法]
 セルロース繊維は、通常、ミクロフィブリル化することにより得られ、詳細には、原料セルロース繊維を溶媒に分散させて分散液を調製する分散液調製工程、原料セルロース繊維を叩解してミクロフィブリル化するリファイナー工程を経て製造してもよい。
[Method for producing cellulose fiber]
Cellulose fibers are usually obtained by microfibrillation, and more specifically, a dispersion preparation step for preparing a dispersion by dispersing raw cellulose fibers in a solvent, a refiner for refining microfibrils by beating raw cellulose fibers You may manufacture through a process.
 (分散液調製工程)
 原料繊維の平均繊維長は、例えば、0.01~20mm、好ましくは0.05~10mm、さらに好ましくは0.06~8mm程度であり、通常0.1~5mm程度である。また、原料繊維の平均繊維径は、0.01~500μm、好ましくは0.05~400μm、さらに好ましくは0.1~300μm(特に0.2~250μm)程度である。
(Dispersion preparation process)
The average fiber length of the raw fiber is, for example, 0.01 to 20 mm, preferably 0.05 to 10 mm, more preferably about 0.06 to 8 mm, and usually about 0.1 to 5 mm. The average fiber diameter of the raw fiber is about 0.01 to 500 μm, preferably about 0.05 to 400 μm, more preferably about 0.1 to 300 μm (particularly about 0.2 to 250 μm).
 溶媒としては、原料繊維に化学的又は物理的損傷を与えない限り特に制限されず、例えば、水、有機溶媒[アルコール類(メタノール、エタノール、2-プロパノール、イソプロパノールなどC1-4アルカノールなど)、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのジC1-4アルキルエーテル、テトラヒドロフランなどの環状エーテル(環状C4-6エーテルなど))、エステル類(酢酸エチルなどアルカン酸エステル)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトンなどのジC1-5アルキルケトン、シクロヘキサノンなどのC4-10シクロアルカノンなど)、芳香族炭化水素類(トルエン、キシレンなど)、ハロゲン系炭化水素類(塩化メチル、フッ化メチルなど)など]などが挙げられる。 The solvent is not particularly limited as long as it does not cause chemical or physical damage to the raw fiber. For example, water, organic solvents [alcohols (C 1-4 alkanols such as methanol, ethanol, 2-propanol, isopropanol etc.), Ethers (diC 1-4 alkyl ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether, cyclic ethers such as tetrahydrofuran (cyclic C 4-6 ethers and the like)), esters (alkanoic esters such as ethyl acetate), ketones (acetone, DiC 1-5 alkyl ketones such as methyl ethyl ketone and methyl butyl ketone, C 4-10 cycloalkanones such as cyclohexanone), aromatic hydrocarbons (toluene, xylene, etc.), halogenated hydrocarbons (methyl chloride, fluorine, etc.) Etc.) That.
 これらの溶媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。また、これらの溶媒のうち、生産性、コストの点から、水が好適であり、必要により、水と水性有機溶媒(C1-4アルカノール、アセトンなど)との混合溶媒を用いてもよい。 These solvents may be used alone or in combination of two or more. Of these solvents, water is preferable from the viewpoint of productivity and cost. If necessary, a mixed solvent of water and an aqueous organic solvent (C 1-4 alkanol, acetone, etc.) may be used.
 リファイナー処理に供する原料繊維は、溶媒中に少なくとも共存した状態であればよく、リファイナー処理に先だって、原料繊維を溶媒中に分散(又は懸濁)させてもよい。分散は、例えば、慣用の分散機(超音波分散機、ホモディスパー、スリーワンモーターなど)などを用いて行ってもよい。なお、前記分散機は、機械的撹拌手段(撹拌棒、撹拌子など)を備えていてもよい。 The raw fiber to be subjected to the refiner treatment may be in a state of coexisting at least in the solvent, and the raw fiber may be dispersed (or suspended) in the solvent prior to the refiner treatment. Dispersion may be performed using, for example, a conventional disperser (such as an ultrasonic disperser, a homodisper, or a three-one motor). The disperser may include mechanical stirring means (such as a stirring bar and a stirring bar).
 原料繊維の溶媒中における濃度は、例えば、0.01~20重量%、好ましくは0.05~10重量%、さらに好ましくは0.1~5重量%(特に0.5~3重量%)程度であってもよい。 The concentration of the raw fiber in the solvent is, for example, about 0.01 to 20% by weight, preferably about 0.05 to 10% by weight, more preferably about 0.1 to 5% by weight (particularly about 0.5 to 3% by weight). It may be.
 (リファイナー工程)
 リファイナー処理では、ディスクリファイナー(シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナーなど)を使用することができる。前記ディスクリファイナーのディスククリアランスは、0.1~0.3mm、好ましくは0.12~0.28mm、さらに好ましくは0.13~0.25mm(例えば、0.14~0.23mm)程度であってもよい。
(Refiner process)
In the refiner process, a disk refiner (single disk refiner, double disk refiner, etc.) can be used. The disc refiner has a disc clearance of about 0.1 to 0.3 mm, preferably about 0.12 to 0.28 mm, more preferably about 0.13 to 0.25 mm (eg, 0.14 to 0.23 mm). May be.
 ディスクの回転数は、特に制限されず、1,000~10,000rpmの広い範囲から選択でき、例えば、1,000~8,000rpm、好ましくは1,300~6,000rpm、さらに好ましくは1,600~4,000rpm程度であってもよい。 The rotational speed of the disk is not particularly limited, and can be selected from a wide range of 1,000 to 10,000 rpm. For example, 1,000 to 8,000 rpm, preferably 1,300 to 6,000 rpm, more preferably 1,000 rpm. It may be about 600 to 4,000 rpm.
 前記リファイナー処理では、処理回数(パス回数)は、1~20回、好ましくは2~15回、さらに好ましくは3~10回(例えば、4~9回)程度であってもよい。 In the refiner processing, the number of processing (passing) may be about 1 to 20 times, preferably about 2 to 15 times, more preferably about 3 to 10 times (for example, 4 to 9 times).
 原料繊維の叩解処理の度合いは、例えば、カナディアンフリーネス値(カナダ標準濾水度)が100~300ml、好ましくは120~280ml、さらに好ましくは150~250ml程度となるような度合いであってもよい。なお、カナディアンフリーネス値(CSF)は、JIS P8121「パルプの濾水度試験法;カナダ標準型」に準拠して、0.1重量%濃度の繊維スラリーを用いて測定した値である。 The degree of beating treatment of the raw fiber may be, for example, such that the Canadian freeness value (Canadian standard freeness) is about 100 to 300 ml, preferably about 120 to 280 ml, more preferably about 150 to 250 ml. The Canadian Freeness Value (CSF) is a value measured using a 0.1% by weight fiber slurry in accordance with JIS P8121 “Pulp Freeness Test Method; Canadian Standard Type”.
 なお、叩解処理の度合いは、ディスククリアランス及びリファイナー処理回数で調節することができる。ディスククリアランスが狭すぎたり、処理回数が多すぎると、原料繊維が大きな剪断力を受け、フィブリル化が進行し、ねじれや表面の荒れが生じ、繊維同士が絡まりやすくなり、リファイナー処理して得られたフィブリル化繊維の分散性が低下する。また、ディスククリアランスが広すぎると、原料繊維に加わる剪断力が小さくなり、未分割部分が残存する。 The degree of beating can be adjusted by the disc clearance and the number of refiner processes. If the disk clearance is too narrow or the number of treatments is too high, the raw fiber will receive a large shearing force, fibrillation will proceed, twisting and roughening of the surface will occur, and the fibers will tend to get entangled. The dispersibility of the fibrillated fibers is reduced. On the other hand, if the disk clearance is too wide, the shearing force applied to the raw fiber becomes small, and an undivided portion remains.
 [セルロースナノファイバー]
 本発明では、セルロースナノファイバーは、前記セルロース繊維よりも極細のナノメータサイズの繊維径を有するファイバーであり、不織布中において前記セルロース繊維に対して紙力増強剤としての作用を有する。
[Cellulose nanofibers]
In the present invention, the cellulose nanofiber is a fiber having a nanometer-size fiber diameter finer than that of the cellulose fiber, and has a function as a paper strength enhancer for the cellulose fiber in the nonwoven fabric.
 セルロースナノファイバーを構成するセルロースは、前記セルロース繊維を構成するセルロースと同様のセルロースで形成されていてもよい。前記セルロースのうち、ナノファイバーの生産性が高く、適度な繊維径及び繊維長を有する点から、植物由来のセルロース、例えば、木材繊維(針葉樹、広葉樹などの木材パルプなど)や種子毛繊維(コットンリンターパルプなど)などのパルプ由来のセルロースが好ましい。パルプとしては、前記セルロース繊維と同様の方法で得られたパルプを使用できるが、セルロースナノファイバーとしては、原料繊維同士の絡まりを抑制し、ホモジナイズ処理による効率的なミクロフィブリル化を実現し、均一なナノメータサイズのファイバーを得る観点から、ネバードライパルプ、すなわち乾燥履歴のないパルプ(乾燥することなく、湿潤状態を保持したパルプ)が特に好ましい。 The cellulose constituting the cellulose nanofiber may be formed of the same cellulose as the cellulose constituting the cellulose fiber. Among the celluloses, nanofibers are highly productive and have an appropriate fiber diameter and fiber length, so that plant-derived celluloses such as wood fibers (wood pulp such as conifers and hardwoods) and seed hair fibers (cotton) are used. Cellulose derived from pulp such as linter pulp is preferred. As the pulp, pulp obtained by the same method as the cellulose fiber can be used, but as the cellulose nanofiber, the entanglement between the raw material fibers is suppressed, and efficient microfibril formation by homogenization treatment is realized and uniform. From the viewpoint of obtaining a nanometer-sized fiber, never dry pulp, that is, pulp having no drying history (pulp that has been kept wet without being dried) is particularly preferable.
 さらに、セルロースナノファイバーは、用途に応じて、α-セルロース含有量の高い高純度セルロース、例えば、α-セルロース含有量70~100重量%(例えば、95~100重量%)、好ましくは98~100重量%程度であってもよい。さらに、本発明では、リグニンやヘミセルロース含量の少ない高純度セルロースを使用することにより、木材繊維や種子毛繊維を使用しても、ナノメータサイズで、かつ均一な繊維径を有するセルロースナノファイバーを調製できる。リグニンやヘミセルロース含量の少ないセルロースは、特に、カッパー価(κ価)が30以下(例えば、0~30)、好ましくは0~20、さらに好ましくは0~10(特に0~5)程度のセルロースであってもよい。なお、カッパー価は、JIS P8211の「パルプ-カッパー価試験方法」に準拠した方法で測定できる。これらの原料セルロースは、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。 Furthermore, the cellulose nanofibers have a high purity cellulose having a high α-cellulose content, for example, an α-cellulose content of 70 to 100% by weight (for example, 95 to 100% by weight), preferably 98 to 100, depending on applications. It may be about wt%. Furthermore, in the present invention, by using high-purity cellulose having a low lignin or hemicellulose content, cellulose nanofibers having a uniform fiber diameter can be prepared even with wood fibers and seed hair fibers. . Cellulose having a low lignin or hemicellulose content is particularly a cellulose having a kappa number (κ value) of 30 or less (eg, 0 to 30), preferably 0 to 20, more preferably 0 to 10 (particularly 0 to 5). There may be. The kappa number can be measured by a method based on “Pulp-Kappa number test method” of JIS P8211. These raw celluloses may be used alone or in combination of two or more.
 特に、セルロースナノファイバーは、木材繊維及び/又は種子毛繊維で形成され、かつカッパー価が30以下(特に0~10程度)のネバードライパルプ由来のファイバーであってもよい。このようなパルプは、木材繊維及び/又は種子毛繊維を塩素で漂白処理することにより調製してもよい。 In particular, the cellulose nanofiber may be a fiber derived from never dry pulp which is formed of wood fibers and / or seed hair fibers and has a kappa number of 30 or less (particularly about 0 to 10). Such pulp may be prepared by bleaching wood fibers and / or seed hair fibers with chlorine.
 セルロースナノファイバーは、前記セルロース繊維よりも細く、平均繊維径が100nm未満である。平均繊維径は、例えば、10~90nm、好ましくは15~80nm、さらに好ましくは20~60nm(特に25~50nm)程度である。さらに、繊維径分布の標準偏差は、例えば、80nm以下(例えば、1~80nm)、好ましくは3~50nm、さらに好ましくは5~40nm(特に10~30nm)程度である。本発明では、ナノメータサイズで均一であるため、セルロース繊維を均一に補強できるとともに、不織布の孔径も均一化できる。さらに、セルロースナノファイバーは、均一なナノメータサイズを有しており、最大繊維径も100nm未満であり、例えば、30~90nm、好ましくは40~80nm、さらに好ましくは50~70nm程度である。 The cellulose nanofiber is thinner than the cellulose fiber and has an average fiber diameter of less than 100 nm. The average fiber diameter is, for example, about 10 to 90 nm, preferably 15 to 80 nm, and more preferably 20 to 60 nm (particularly 25 to 50 nm). Further, the standard deviation of the fiber diameter distribution is, for example, about 80 nm or less (for example, 1 to 80 nm), preferably 3 to 50 nm, and more preferably 5 to 40 nm (particularly 10 to 30 nm). In this invention, since it is uniform by nanometer size, while being able to reinforce a cellulose fiber uniformly, the hole diameter of a nonwoven fabric can also be equalized. Furthermore, the cellulose nanofibers have a uniform nanometer size, and the maximum fiber diameter is also less than 100 nm, for example, about 30 to 90 nm, preferably about 40 to 80 nm, and more preferably about 50 to 70 nm.
 セルロース繊維の平均繊維径とセルロースナノファイバーの平均繊維径との比は、前者/後者=2/1~1000/1程度の範囲から選択でき、例えば、5/1~500/1、好ましくは10/1~100/1、さらに好ましくは20/1~80/1(特に25/1~70/1)程度であってもよい。両者の繊維径比がこの範囲にあると、セルロースナノファイバーがセルロース繊維により形成された孔を塞ぐことなく、補強できるためか、透気性と強度とを両立できる。 The ratio of the average fiber diameter of cellulose fibers to the average fiber diameter of cellulose nanofibers can be selected from the range of the former / the latter = 2/1 to 1000/1, for example, 5/1 to 500/1, preferably 10 / 1 to 100/1, more preferably about 20/1 to 80/1 (especially 25/1 to 70/1). If the fiber diameter ratio between the two is in this range, it is possible to reinforce the cellulose nanofibers without closing the holes formed by the cellulose fibers, or to achieve both air permeability and strength.
 セルロースナノファイバーの平均繊維長は10~1000μm程度の範囲から選択できるが、不織布の機械的特性を向上できる点から、例えば、100~500μm、好ましくは110~400μm、さらに好ましくは120~300μm(特に130~200μm)程度であってもよい。さらに、平均繊維径に対する平均繊維長の比(平均繊維長/平均繊維径)(平均アスペクト比)は2000以上であり、例えば、2000~15000、好ましくは3000~10000、さらに好ましくは4000~8000(特に5000~7000)程度である。本発明では、このように、ナノメータサイズの平均径を有するにも拘わらず、比較的長い繊維長及びアスペクト比を有するナノファイバーを用いることにより、セルロース繊維とナノファイバー又はナノファイバー同士が適度に絡み合うためか、不織布の強度を向上できる。 The average fiber length of cellulose nanofibers can be selected from the range of about 10 to 1000 μm. From the viewpoint of improving the mechanical properties of the nonwoven fabric, for example, 100 to 500 μm, preferably 110 to 400 μm, more preferably 120 to 300 μm (particularly, 130 to 200 μm). Further, the ratio of the average fiber length to the average fiber diameter (average fiber length / average fiber diameter) (average aspect ratio) is 2000 or more, for example, 2000 to 15000, preferably 3000 to 10,000, more preferably 4000 to 8000 ( In particular, it is about 5000 to 7000). In the present invention, cellulose fibers and nanofibers or nanofibers are appropriately entangled by using nanofibers having a relatively long fiber length and aspect ratio in spite of having an average diameter of nanometer size. Therefore, the strength of the nonwoven fabric can be improved.
 なお、本発明において、前記平均繊維径、繊維径分布の標準偏差、最大繊維径は、電子顕微鏡写真に基づいて測定した繊維径(n=20程度)から算出した値である。 In the present invention, the average fiber diameter, the standard deviation of the fiber diameter distribution, and the maximum fiber diameter are values calculated from the fiber diameter (about n = 20) measured based on an electron micrograph.
 セルロースナノファイバーの横断面形状(繊維の長手方向に垂直な断面形状)は、バクテリアセルロースのような異方形状(扁平形状)であってもよいが、植物由来のナノファイバーの場合、通常、略等方形状である。略等方形状としては、例えば、真円形状などの略円形状、正多角形状などであり、略円形状の場合、短径に対する長径の比(平均アスペクト比)は、例えば、1~2、好ましくは1~1.5、さらに好ましくは1~1.3(特に1~1.2)程度である。 The cross-sectional shape of the cellulose nanofiber (cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the fiber) may be an anisotropic shape (flat shape) such as bacterial cellulose. Isotropic shape. Examples of the substantially isotropic shape include a substantially circular shape such as a perfect circle shape, a regular polygonal shape, and the like. In the case of a substantially circular shape, the ratio of the major axis to the minor axis (average aspect ratio) is, for example, 1 to 2, It is preferably about 1 to 1.5, more preferably about 1 to 1.3 (particularly 1 to 1.2).
 セルロースナノファイバーの脱水時間は、API規格の脱水量に関する試験方法に準拠して、0.5重量%濃度の繊維スラリーを用いて測定したとき、例えば、1000秒以上であり、好ましくは1200~10000秒、さらに好ましくは1500~8000秒(特に1800~7000秒)程度である。脱水時間が大きいほど、平均繊維長/平均繊維径比の高い繊維形状となり、保水力が高く、少量で機械的特性を向上できる。 The dehydration time of the cellulose nanofiber is, for example, 1000 seconds or more when measured using a fiber slurry having a concentration of 0.5% by weight in accordance with a test method for dewatering amount of API standard, and preferably 1200 to 10000. Second, more preferably 1500 to 8000 seconds (particularly 1800 to 7000 seconds). The longer the dehydration time, the higher the average fiber length / average fiber diameter ratio, and the higher the water retention, the better the mechanical properties.
 セルロースナノファイバーは、水に対する分散性が高く、安定な分散液(又は懸濁液)を形成することができる。例えば、セルロースナノファイバーを水に懸濁させて、2重量%濃度にした懸濁液の粘度は、3000mPa・s以上であり、好ましくは4000~15000mPa・s、さらに好ましくは5000~10000mPa・s程度である。粘度は、B型粘度計を用いて、ロータNo.4を使用し、60rpmの回転数で、25℃における見かけ粘度として測定される値である。なお、フィブリル化の程度が小さかったり、繊維径が大きいと、水への分散性が低下し、均一な懸濁液が得られず、粘度を測定することができない。 Cellulose nanofibers are highly dispersible in water and can form a stable dispersion (or suspension). For example, the viscosity of a suspension in which cellulose nanofibers are suspended in water to a concentration of 2% by weight is 3000 mPa · s or more, preferably 4000 to 15000 mPa · s, more preferably about 5000 to 10,000 mPa · s. It is. The viscosity was measured using a B-type viscometer using a rotor No. 4 is a value measured as an apparent viscosity at 25 ° C. at a rotation speed of 60 rpm. If the degree of fibrillation is small or the fiber diameter is large, the dispersibility in water decreases, a uniform suspension cannot be obtained, and the viscosity cannot be measured.
 [セルロースナノファイバーの製造方法]
 セルロースナノファイバーとしては、バクテリアセルロースなどのナノメータサイズの繊維をそのまま又は分割して用いてもよいが、植物由来のセルロース繊維を用いる場合、天然の植物由来のセルロース繊維は、ミクロンオーダーであるため、通常、原料セルロース繊維をナノメータサイズにミクロフィブリル化(分割)することにより得られる。
[Method for producing cellulose nanofiber]
As cellulose nanofibers, nanometer-sized fibers such as bacterial cellulose may be used as they are or divided, but when plant-derived cellulose fibers are used, natural plant-derived cellulose fibers are on the order of microns, Usually, it is obtained by microfibrillating (dividing) the raw material cellulose fiber into nanometer size.
 原料セルロース繊維の平均繊維長は、0.01~5mm(例えば、0.01~3mm)、好ましくは0.03~4mm(例えば、0.05~2.5mm)、さらに好ましくは0.06~3mm(特に、0.1~2mm)程度であり、通常0.1~5mm程度である。また、原料セルロース繊維の平均繊維径は、0.01~500μm(例えば、0.03~400μm)、好ましくは0.05~450μm(例えば、0.06~400μm)、さらに好ましくは0.1~300μm(例えば、0.2~250μm)程度である。 The average fiber length of the raw material cellulose fibers is 0.01 to 5 mm (eg, 0.01 to 3 mm), preferably 0.03 to 4 mm (eg, 0.05 to 2.5 mm), more preferably 0.06 to It is about 3 mm (particularly 0.1 to 2 mm), and usually about 0.1 to 5 mm. The average fiber diameter of the raw cellulose fibers is 0.01 to 500 μm (for example, 0.03 to 400 μm), preferably 0.05 to 450 μm (for example, 0.06 to 400 μm), more preferably 0.1 to 500 μm. It is about 300 μm (for example, 0.2 to 250 μm).
 ミクロフィブリル化の方法は、詳細には、原料繊維を溶媒に分散させて分散液を調製する分散液調製工程、破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーで前記分散液をホモジナイズ処理するホモジナイズ工程を含む製造方法により得られる。本発明では、特に、以下に示す製造方法により原料セルロース繊維をミクロフィブリル化することにより、平均繊維径100nm未満のセルロースナノファイバーを調製できる。 Specifically, the microfibrillation method includes a dispersion preparation step in which a raw material fiber is dispersed in a solvent to prepare a dispersion, and a homogenization step in which the dispersion is homogenized with a homogenizer equipped with a crushing type homovalve sheet. Obtained by the manufacturing method. In the present invention, in particular, cellulose nanofibers having an average fiber diameter of less than 100 nm can be prepared by microfibrillation of raw material cellulose fibers by the production method described below.
 分散液調製工程は、前記セルロース繊維と同様の方法で分散液を調製できる。 In the dispersion preparation step, a dispersion can be prepared by the same method as the cellulose fiber.
 ホモジナイズ工程について、図面を参照して説明する。図1は、破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーで前記分散液をホモジナイズ処理する工程を示す概略図であり、図2は、破砕型ホモバルブシートとホモバルブとの対向部分の拡大断面図であり、図3は、破砕型ホモバルブシートの斜視図である。一方、図4は、非破砕型ホモバルブシートの斜視図である。 The homogenization process will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a process of homogenizing the dispersion with a homogenizer equipped with a crushing type homo-valve sheet, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a facing portion between the crushing type homo-valve sheet and the homo-valve. FIG. 3 is a perspective view of a crushing type homo-valve seat. On the other hand, FIG. 4 is a perspective view of a non-crushing homo valve seat.
 ホモジナイザーは、中空円筒状インパクトリング6と、このインパクトリング6の上流側に挿入して配設されたホモバルブシート2の中空円筒状凸部2bと、前記インパクトリング6の下流側に、前記中空円筒状凸部2bと対向して挿入された円柱状ホモバルブ5とを備えており、前記中空円筒状凸部2bと前記円柱状ホモバルブ5とは同じ外径を有している。また、中空円筒状凸部2bの下流側の内壁は、下流方向に向かって拡がるテーパー部(傾斜面)2dを有し、中空円筒状凸部2bの下流端は、内径d及び端面の厚みtを有する薄肉のリング状端面2cを形成している。さらに、このリング状端面2cと前記ホモバルブ5と前記インパクトリング6とで小径オリフィス(間隙)4を形成している。 The homogenizer includes a hollow cylindrical impact ring 6, a hollow cylindrical convex portion 2 b of the homovalve seat 2 that is inserted and disposed on the upstream side of the impact ring 6, and a hollow cylinder on the downstream side of the impact ring 6. A cylindrical homobulb 5 inserted opposite to the cylindrical convex portion 2b is provided, and the hollow cylindrical convex portion 2b and the columnar homobulb 5 have the same outer diameter. In addition, the inner wall on the downstream side of the hollow cylindrical convex portion 2b has a tapered portion (inclined surface) 2d that expands in the downstream direction, and the downstream end of the hollow cylindrical convex portion 2b has an inner diameter d and a thickness t of the end surface. A thin ring-shaped end face 2c having the shape is formed. Further, the ring-shaped end face 2c, the homo valve 5 and the impact ring 6 form a small diameter orifice (gap) 4.
 本発明では、破砕型ホモバルブシート2を使用することが大きな特徴である。破砕型ホモバルブシート2は、内部に円筒状流路3を有する中空部材であり、流入口3aを有する中空円盤状本体部2aと、この円盤状本体部2aの内壁から下流方向に延出し、かつ流出口3bを有する中空円筒状凸部2bとで構成されている。さらに、破砕型ホモバルブシート2は、前述のように、内径が拡大するテーパー部2dを形成することにより、図4に示す一般的な(通常の)非破砕型ホモバルブシート12と比べて、流出口3bを形成するリング状端面2cの厚みを薄く形成している。 In the present invention, the use of the crushing type homo-valve seat 2 is a great feature. The crushing type homo-valve seat 2 is a hollow member having a cylindrical flow path 3 therein, and extends in a downstream direction from a hollow disc-shaped main body portion 2a having an inflow port 3a and an inner wall of the disc-shaped main body portion 2a. And it is comprised with the hollow cylindrical convex part 2b which has the outflow port 3b. Furthermore, as described above, the crushing type homovalve seat 2 is formed with the tapered portion 2d having an enlarged inner diameter, so that compared to the general (normal) noncrushing type homovalve seat 12 shown in FIG. The ring-shaped end surface 2c that forms the outlet 3b is formed thin.
 このようなホモジナイザーによるホモジナイズ処理では、図1に示すように、原料繊維1を含む分散液は、破砕型ホモバルブシート2の流入口3aからホモバルブシート内の流路3に流入し、流路3を通過した後、小径オリフィス4を通過して、セルロースナノファイバー7を含む分散液となる。詳しくは、ホモジナイザーによる処理では、高圧でホモジナイザー内を圧送される原料繊維1が、狭い間隙である小径オリフィス4を通過する際に、小径オリフィス4の壁面(特にインパクトリング6の壁面)と衝突することにより、剪断応力又は切断作用を受けて分割され、均一なナノメータサイズのセルロースナノファイバー7となる。特に、ホモバルブシート内の流路3を通過した分散液がホモバルブシート2とホモバルブ5とで形成された間隙を通過する際に、分散液の流速が急激に上昇するのに伴って、流速の上昇に反比例して分散液の圧送圧力が急激に低下する。そのため、分散液の圧力差を大きくでき、前記間隙を通過した分散液のキャビテーションが激しくなり、小径オリフィス4内での壁面との衝突力の上昇や気泡の崩壊により原料繊維1の均一なナノメータサイズのミクロフィブリル化を実現していると推測できる。 In such a homogenization process using a homogenizer, as shown in FIG. 1, the dispersion liquid containing the raw fiber 1 flows into the flow path 3 in the homo valve seat from the inlet 3a of the crushing homo valve seat 2, and the flow path After passing through 3, it passes through the small-diameter orifice 4 and becomes a dispersion containing cellulose nanofibers 7. Specifically, in the processing by the homogenizer, the raw material fiber 1 pumped through the homogenizer at high pressure collides with the wall surface of the small diameter orifice 4 (particularly, the wall surface of the impact ring 6) when passing through the small diameter orifice 4 which is a narrow gap. As a result, the cellulose nanofibers 7 are divided by receiving a shearing stress or a cutting action to be uniform nanometer-sized cellulose nanofibers 7. In particular, when the dispersion liquid that has passed through the flow path 3 in the homo valve seat passes through the gap formed by the homo valve seat 2 and the homo valve 5, the flow speed of the dispersion liquid increases rapidly. The pumping pressure of the dispersion rapidly decreases in inverse proportion to the increase in. Therefore, the pressure difference of the dispersion liquid can be increased, the cavitation of the dispersion liquid that has passed through the gap becomes intense, and the uniform nanometer size of the raw fiber 1 is increased due to an increase in the collision force with the wall surface in the small diameter orifice 4 and the collapse of the bubbles. It can be inferred that microfibrillation is realized.
 このようなミクロフィブリル化を効果的に行うために、破砕型ホモバルブシートの流出口を形成する壁部の端面の厚み(中空円筒状凸部の下流端のリング状端面)を薄くすることが重要であるが、具体的には、破砕型ホモバルブシートにおける中空円筒状凸部の下流端の内径dと、下流端のリング状端面の厚みtとの比を、前者/後者=100/1~5/1、好ましくは80/1~6/1(例えば、50/1~8/1)、さらに好ましくは30/1~10/1(特に20/1~12/1)程度に調整する。両者の比率がこの範囲にあると、ホモバルブシートとホモバルブとの間隙を通過する分散液の圧力の急激な低下を実現でき、原料繊維をナノメータサイズで均一な繊維径に分割できる。流出口を形成する壁部の端面の厚みは、流出口の口径に応じて選択できるが、通常、0.01~2mm、好ましくは0.05~1.5mm、さらに好ましくは0.1~1mm(特に0.2~0.8mm)程度である。 In order to effectively perform such microfibrillation, it is possible to reduce the thickness of the end surface of the wall portion forming the outlet of the crushing type homovalve seat (the ring-shaped end surface at the downstream end of the hollow cylindrical convex portion). Although it is important, specifically, the ratio between the inner diameter d of the downstream end of the hollow cylindrical convex portion and the thickness t of the ring-shaped end surface of the downstream end in the crush-type homovalve seat is expressed by the former / the latter = 100/1. Adjusted to about 5/1, preferably about 80/1 to 6/1 (for example, 50/1 to 8/1), more preferably about 30/1 to 10/1 (especially 20/1 to 12/1). . When the ratio between the two is within this range, a rapid decrease in the pressure of the dispersion liquid passing through the gap between the homovalve seat and the homovalve can be realized, and the raw fibers can be divided into nanometer-sized uniform fiber diameters. The thickness of the end face of the wall portion forming the outlet can be selected according to the diameter of the outlet, but is usually 0.01 to 2 mm, preferably 0.05 to 1.5 mm, more preferably 0.1 to 1 mm. (Especially 0.2 to 0.8 mm).
 小径オリフィスの間隔又はクリアランス(特に、ホモバルブシート凸部の端面とホモバルブとの間隔)は、例えば、5~50μm、好ましくは10~40μm、さらに好ましくは15~35μm(特に20~30μm)程度である。 The interval or clearance of the small diameter orifice (especially the interval between the end face of the convex portion of the homovalve seat and the homovalve) is, for example, about 5 to 50 μm, preferably 10 to 40 μm, more preferably 15 to 35 μm (particularly 20 to 30 μm). is there.
 このようなホモジナイザーにおいて、小径オリフィスを通過させるための圧力(又はホモジナイザーへ分散液を圧送する圧力(又は処理圧力))は、例えば、30~200MPa程度の範囲から選択でき、好ましくは35~150MPa、さらに好ましくは40~140MPa程度であってもよい。本発明では、破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーに対して、このような高い圧力で分散液を圧送することにより、ナノメータサイズの繊維径に分割できる。 In such a homogenizer, the pressure for passing through the small-diameter orifice (or the pressure for feeding the dispersion liquid to the homogenizer (or treatment pressure)) can be selected from the range of about 30 to 200 MPa, preferably 35 to 150 MPa, More preferably, it may be about 40 to 140 MPa. In this invention, it can divide | segment into a nanometer size fiber diameter by pumping a dispersion liquid with such a high pressure with respect to the homogenizer provided with the crushing type | mold homo valve seat.
 また、小径オリフィスへの通過と壁面への衝突とを繰り返して行うことにより、前記原料繊維のミクロフィブリル化の程度を適宜調整することができる。小径オリフィスを通過させる処理回数(又はパス回数)は、例えば、5~100回程度の範囲から選択でき、好ましくは10~80回、さらに好ましくは12~60回程度であってもよい。 Further, by repeatedly passing through the small-diameter orifice and colliding with the wall surface, the degree of microfibrillation of the raw fiber can be appropriately adjusted. The number of treatments (or the number of passes) that pass through the small-diameter orifice can be selected from a range of, for example, about 5 to 100 times, preferably 10 to 80 times, and more preferably about 12 to 60 times.
 さらに、前記処理圧力は、処理回数に応じて選択してもよく、例えば、処理圧力が高圧処理(例えば、60~200MPa、好ましくは80~150MPa、さらに好ましくは100~130MPa程度)の場合、処理回数は、例えば、5~50回、好ましくは10~40回、さらに好ましくは12~30回(特に、15~25回)程度である。一方、処理圧力が低圧処理(例えば、20~80MPa、好ましくは30~70MPa、さらに好ましくは40~60MPa程度)の場合、処理回数は、例えば、10~100回、好ましくは20~80回、さらに好ましくは30~70回(特に、40~60回)程度である。 Further, the treatment pressure may be selected according to the number of treatments. For example, when the treatment pressure is a high-pressure treatment (eg, about 60 to 200 MPa, preferably about 80 to 150 MPa, more preferably about 100 to 130 MPa), The number of times is, for example, about 5 to 50 times, preferably about 10 to 40 times, more preferably about 12 to 30 times (particularly about 15 to 25 times). On the other hand, when the treatment pressure is low-pressure treatment (for example, about 20 to 80 MPa, preferably about 30 to 70 MPa, more preferably about 40 to 60 MPa), the number of treatments is, for example, 10 to 100 times, preferably 20 to 80 times, Preferably, it is about 30 to 70 times (particularly 40 to 60 times).
 一般的にホモジナイズ処理において、処理圧力が高すぎたり、処理回数が多すぎると、繊維が大きな剪断力を受け、繊維の切断、ねじれなどが生じ、繊維の特性が失われたり、フィブリル化が進行し、繊維同士の強固な絡み合いが生じるため、繊維の分散性が低下し易い。これに対して、本発明では、破砕型ホモバルブシートを用いることにより、これらの問題を解消できる。特に、原料繊維として、ネバードライパルプを用いると効果的である。 Generally, in the homogenization treatment, if the treatment pressure is too high or the number of treatments is too high, the fiber is subjected to a large shearing force, causing the fiber to be cut or twisted, resulting in loss of fiber properties or fibrillation. In addition, since strong entanglement between the fibers occurs, the dispersibility of the fibers tends to decrease. On the other hand, in this invention, these problems can be eliminated by using a crushing type homo valve seat. In particular, it is effective to use never dry pulp as the raw fiber.
 ホモジナイズ工程では、非破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーを用いたホモジナイズ処理を組み合わせてもよい。特に、前記破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーによるホモジナイズ処理(特に60MPa以上の高圧処理)の前工程(予備工程)として、非破砕型ホモジナイザーを備えたホモジナイザーを用いてホモジナイズ処理してもよい。ホモジナイズ工程において、非破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーで前処理することにより、破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーでの処理効率を向上できる。 In the homogenization step, a homogenization process using a homogenizer equipped with a non-crushing type homo valve seat may be combined. In particular, as a pre-process (preliminary process) of a homogenization process (particularly, a high-pressure process of 60 MPa or more) using a homogenizer provided with the crushing type homovalve seat, a homogenization process may be performed using a homogenizer provided with a non-crushing type homogenizer. In the homogenization step, pretreatment with a homogenizer provided with a non-crushing type homovalve sheet can improve the processing efficiency in the homogenizer provided with a crushing type homovalve sheet.
 非破砕型ホモバルブシートでは、図4に示されるように、通常、ホモバルブシート12の中空円盤状本体部12aから延出する中空円筒状凸部12bの内壁にはテーパ部が形成されておらず、ホモバルブシートにおける中空円筒状凸部の下流端の内径と、下流端のリング状端面の厚みとの比は、通常、前者/後者=3/1~1/1(特に2.5/1~1.5/1)程度である。 In the non-crushing type homo-valve seat, as shown in FIG. 4, a tapered portion is usually formed on the inner wall of the hollow cylindrical convex portion 12 b extending from the hollow disc-shaped main body portion 12 a of the homo-valve seat 12. First, the ratio of the inner diameter of the downstream end of the hollow cylindrical convex portion of the homovalve seat to the thickness of the ring-shaped end surface of the downstream end is usually the former / the latter = 3/1 to 1/1 (especially 2.5 / 1 to 1.5 / 1).
 非破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーにおいて、小径オリフィスを通過させるための圧力(又はホモジナイザーへ分散液を圧送する圧力(又は処理圧力))は、例えば、30~100MPa、好ましくは35~80MPa、さらに好ましくは40~70MPa程度であってもよい。パス回数は、例えば、10~40回、好ましくは12~30回、さらに好ましくは15~25回程度であってもよい。 In the homogenizer provided with the non-crushing type homovalve seat, the pressure for passing through the small-diameter orifice (or the pressure for feeding the dispersion liquid to the homogenizer (or processing pressure)) is, for example, 30 to 100 MPa, preferably 35 to 80 MPa, More preferably, it may be about 40 to 70 MPa. The number of passes may be, for example, about 10 to 40 times, preferably about 12 to 30 times, and more preferably about 15 to 25 times.
 なお、セルロースナノファイバーの製造方法においても、前記ホモジナイズ工程の前工程(予備工程)として、分散液をリファイナー処理してもよい。リファイナー処理としては、前記セルロース繊維の製造方法と同様のリファイナー処理を行ってもよい。 In addition, also in the manufacturing method of a cellulose nanofiber, you may refiner process a dispersion liquid as a pre-process (preliminary process) of the said homogenization process. As a refiner process, you may perform the refiner process similar to the manufacturing method of the said cellulose fiber.
 [不織布及びその製造方法]
 本発明の不織布(又は抄紙体)において、セルロースナノファイバーの割合は、セルロース繊維100重量部に対して、例えば、0.01~15重量部、好ましくは0.1~10重量部(例えば、0.5~8重量部)、さらに好ましくは1~8重量部(特に3~7重量部)程度である。本発明では、セルロース繊維に対して、セルロースナノファイバーを少量配合するだけで、不織布の透気度を低下させることなく、不織布を薄肉化でき、かつ強度を向上できる。さらに、セルロースナノファイバーがナノメータサイズでかつ少量であるため、セルロース繊維で構成された不織布の孔(網目)を埋めることなく絡合するためか、透気性も高い。一方、セルロースナノファイバーの割合が多すぎると、透気度が高すぎて(例えば、200秒/mlを超え)、セパレータには適さなくなる。
[Nonwoven fabric and production method thereof]
In the nonwoven fabric (or paper body) of the present invention, the ratio of cellulose nanofibers is, for example, 0.01 to 15 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight (for example, 0 to 100 parts by weight of cellulose fibers). 0.5 to 8 parts by weight), more preferably about 1 to 8 parts by weight (particularly 3 to 7 parts by weight). In the present invention, the nonwoven fabric can be thinned and the strength can be improved without reducing the air permeability of the nonwoven fabric by simply adding a small amount of cellulose nanofiber to the cellulose fiber. Furthermore, since the cellulose nanofibers are nanometer-sized and in a small amount, the air permeability is also high because they are entangled without filling the pores (mesh) of the nonwoven fabric composed of cellulose fibers. On the other hand, when the ratio of cellulose nanofiber is too large, the air permeability is too high (for example, more than 200 seconds / ml) and it is not suitable for a separator.
 本発明の不織布は、用途に応じて、慣用の添加剤、例えば、サイズ剤、ワックス、無機充填剤、着色剤、安定化剤(酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤など)、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤などを含有していてもよい。なお、本発明の不織布は、前述のように、セルロースナノファイバーの配合により、不織布の強度を向上できるため、合成樹脂、デンプン、天然ゴムなどの紙力増強剤を含んでいなくてもよい。特に、ポリアクリルアミドなどの合成樹脂を実質的に含まないため、耐熱性及び電気化学的安定性に優れるとともに、安全性も高い。 The non-woven fabric of the present invention is a conventional additive such as a sizing agent, wax, inorganic filler, colorant, stabilizer (antioxidant, heat stabilizer, ultraviolet absorber, etc.), plasticizer depending on the application. Further, it may contain an antistatic agent, a flame retardant and the like. In addition, since the nonwoven fabric of this invention can improve the intensity | strength of a nonwoven fabric by the mixing | blending of cellulose nanofiber as mentioned above, it does not need to contain paper strength enhancers, such as a synthetic resin, starch, and natural rubber. In particular, since it does not substantially contain a synthetic resin such as polyacrylamide, it has excellent heat resistance and electrochemical stability, and also has high safety.
 本発明の不織布は、機械的特性に優れ、薄肉であっても強度が高く、坪量10g/mにおける引張強度が6N/15mm以上であり、例えば、6~20N/15mm、好ましくは6.5~15N/15mm、さらに好ましくは7~10N/15mm(特に7.2~8N/15mm)程度である。 The nonwoven fabric of the present invention is excellent in mechanical properties, has high strength even if it is thin, and has a tensile strength of 10 N / 15 mm or more at a basis weight of 10 g / m 2 , for example, 6 to 20 N / 15 mm, preferably 6. It is about 5 to 15 N / 15 mm, more preferably about 7 to 10 N / 15 mm (especially 7.2 to 8 N / 15 mm).
 本発明の不織布は、前記引張強度を有しているにも拘わらず、透気性にも優れており、坪量10g/mにおける透気度が10~500秒/100mlであり、例えば、10~200秒/100ml、好ましくは30~150秒/100ml、さらに好ましくは50~100秒/100ml(特に60~80秒/100ml)程度である。 The nonwoven fabric of the present invention is excellent in air permeability despite having the above tensile strength, and has an air permeability of 10 to 500 seconds / 100 ml at a basis weight of 10 g / m 2 . It is about -200 seconds / 100 ml, preferably about 30-150 seconds / 100 ml, more preferably about 50-100 seconds / 100 ml (especially 60-80 seconds / 100 ml).
 本発明の不織布の平均孔径は0.1μm以上(例えば、0.1~20μm)であり、例えば、0.1~10μm、好ましくは0.15~3μm(例えば0.2~2μm)、さらに好ましくは0.2~1μm(特に0.25~0.5μm)程度である。このような孔径を有する不織布は、例えば、キャパシタのセパレータとして適している。 The average pore diameter of the nonwoven fabric of the present invention is 0.1 μm or more (for example, 0.1 to 20 μm), for example, 0.1 to 10 μm, preferably 0.15 to 3 μm (for example, 0.2 to 2 μm), and more preferably. Is about 0.2 to 1 μm (especially 0.25 to 0.5 μm). The nonwoven fabric having such a hole diameter is suitable as a capacitor separator, for example.
 本発明の不織布の厚みは、厚肉であってもよいが、薄肉であっても強度を保持できる点に特徴を有しており、薄肉であるのが好ましい。すなわち、本発明の不織布の厚みは20μm以下であってもよく、例えば、1~20μm、好ましくは5~19μm、さらに好ましくは10~18μm(特に12~17μm)程度であってもよい。不織布は、目的に応じて複数の不織布を積層してもよい。 The thickness of the nonwoven fabric of the present invention may be thick, but even if it is thin, it is characterized in that the strength can be maintained, and is preferably thin. That is, the nonwoven fabric of the present invention may have a thickness of 20 μm or less, for example, 1 to 20 μm, preferably 5 to 19 μm, and more preferably 10 to 18 μm (particularly 12 to 17 μm). A nonwoven fabric may laminate | stack a some nonwoven fabric according to the objective.
 不織布の坪量は、例えば、0.1~50g/m、好ましくは1~30g/m、さらに好ましくは3~20g/m(特に5~15g/m)程度であってもよい。不織布の空隙率は50%以上であってもよく、好ましくは50~90%、さらに好ましくは60~80%程度であってもよい。 The basis weight of the nonwoven fabric may be, for example, about 0.1 to 50 g / m 2 , preferably 1 to 30 g / m 2 , more preferably 3 to 20 g / m 2 (particularly 5 to 15 g / m 2 ). . The porosity of the nonwoven fabric may be 50% or more, preferably 50 to 90%, more preferably about 60 to 80%.
 本発明の不織布の製造方法は、特に限定されず、慣用の方法、例えば、セルロース繊維とセルロースナノファイバーとを混合し、湿式抄紙又は乾式抄紙などの抄紙により製造できる。湿式抄紙は、慣用の方法で行うことができ、例えば、手抄き抄紙器や多孔板などを備えた湿式抄紙機などを用いて抄紙してもよい。乾式抄紙も、慣用の方法、例えば、エアレイド製法、カード製法などを用いて抄紙することができる。さらに、電池などの蓄電デバイスにおけるセパレータとして利用される場合、例えば、0.1~100MPa、好ましくは1~50MPa、さらに好ましくは5~30MPa(特に8~20MPa)程度の圧力でプレス加工してもよい。本発明では、100nm以上の適度に大きな繊維径を有するセルロース繊維に対して、少量のセルロースナノファイバーを含むため、簡便に抄紙でき、生産性も高い。 The method for producing the nonwoven fabric of the present invention is not particularly limited, and can be produced by a conventional method, for example, by mixing cellulose fibers and cellulose nanofibers and making paper such as wet papermaking or dry papermaking. The wet papermaking can be performed by a conventional method, and for example, the papermaking may be performed using a wet papermaking machine equipped with a manual papermaking machine or a perforated plate. Dry papermaking can also be made using conventional methods such as airlaid and card manufacturing. Furthermore, when used as a separator in an electricity storage device such as a battery, for example, it may be pressed at a pressure of about 0.1 to 100 MPa, preferably 1 to 50 MPa, more preferably 5 to 30 MPa (particularly 8 to 20 MPa). Good. In the present invention, since a small amount of cellulose nanofibers are contained with respect to cellulose fibers having a reasonably large fiber diameter of 100 nm or more, paper can be easily produced and productivity is high.
 以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。実施例及び比較例で得られた不織布の評価は以下の方法で測定した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples. Evaluation of the nonwoven fabric obtained by the Example and the comparative example was measured with the following method.
 [繊維径]
 実施例及び比較例で得られたセルロース繊維又はセルロースナノファイバーについて50000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を撮影し、撮影した写真上において、写真を横切る任意の位置に2本の線を引き、線と交差する全ての繊維径をカウントして平均繊維径(n=20以上)を算出した。線の引き方は、線と交差する繊維の数が20以上となれば、特に限定されない。さらに、繊維径の測定値から、繊維径分布の標準偏差及び最大繊維径を求めた。なお、最大繊維径が1μmを超えるセルロース繊維の場合には、5000倍のSEM写真を用いて算出した。
[Fiber diameter]
About the cellulose fiber or cellulose nanofiber obtained by the Example and the comparative example, the 50000 times scanning electron microscope (SEM) photograph was image | photographed, and two lines are drawn in the arbitrary positions which cross a photograph on the photographed photograph. The average fiber diameter (n = 20 or more) was calculated by counting all fiber diameters intersecting the line. The method of drawing a line is not particularly limited as long as the number of fibers crossing the line is 20 or more. Furthermore, the standard deviation of the fiber diameter distribution and the maximum fiber diameter were determined from the measured values of the fiber diameter. In addition, in the case of the cellulose fiber whose maximum fiber diameter exceeds 1 μm, the calculation was performed using a 5000 times SEM photograph.
 [繊維長]
 繊維長は、繊維長測定器(カヤーニ社製「FS-200」)を用いて測定した。
[Fiber length]
The fiber length was measured using a fiber length measuring device (“FS-200” manufactured by Kajaani).
 [平均孔径]
 実施例及び比較例で得られた不織布を5000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を撮影し、最表面の孔径のみを50点抽出し、平均孔径を求めた。
[Average pore size]
The nonwoven fabrics obtained in the examples and comparative examples were photographed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 5000 times, and only 50 pore diameters on the outermost surface were extracted to obtain an average pore diameter.
 [透気度]
 JIS P8117に準拠して、ガーレー法で空気100mlが透気する時間を測定した。
[Air permeability]
In accordance with JIS P8117, the time required for 100 ml of air to pass through was measured by the Gurley method.
 [引張強度]
 JIS P8113に準じて、得られた不織布を幅15mm、長さ250mmの短冊状に裁断してサンプルとし、可変速引張試験機((株)東洋精機製作所製)により、チャック間隔100mm、引張速度20mm/分で、引張強度を測定した。引張強度の測定は、長さ方向(又は縦方向)について行った。
[Tensile strength]
According to JIS P8113, the obtained non-woven fabric was cut into a strip shape having a width of 15 mm and a length of 250 mm to obtain a sample. The tensile strength was measured at / min. The tensile strength was measured in the length direction (or longitudinal direction).
 実施例1
 NBKPパルプ(丸住製紙(株)製、固形分約50重量%、カッパー価約0.3)を用いて、パルプを2重量%の割合で含有するスラリー液を100リットル調製した。次いで、ディスクリファイナー(長谷川鉄工(株)製、SUPERFIBRATER 400-TFS)を用いて、クリアランス0.15mm、ディスク回転数1750rpmとして10回叩解処理し、CSF200mlのリファイナー処理品を得た。このリファイナー処理品(セルロース繊維)は、平均繊維径1.6μm、平均繊維長2.1mmであった。
Example 1
Using NBKP pulp (manufactured by Marusumi Paper Co., Ltd., solid content of about 50% by weight, copper number of about 0.3), 100 liters of a slurry liquid containing 2% by weight of pulp was prepared. Subsequently, using a disc refiner (SUPERFIBRATER 400-TFS, manufactured by Hasegawa Tekko Co., Ltd.), a refiner-treated product having a CSF of 200 ml was obtained by beating 10 times with a clearance of 0.15 mm and a disc rotational speed of 1750 rpm. This refiner-treated product (cellulose fiber) had an average fiber diameter of 1.6 μm and an average fiber length of 2.1 mm.
 このリファイナー処理品を、通常の非破砕型ホモバルブシート(中空円筒状凸部の下流端の内径/リング状端面の厚み=1.9/1)を備えた第1ホモジナイザー(ゴーリン社製、15M8AT)を用いて、処理圧50MPaで20回処理した。さらに、破砕型ホモバルブシート(中空円筒状凸部の下流端の内径/リング状端面の厚み=16.8/1)を備えた第2ホモジナイザー(ニロソアビ社製、PANDA2K)を用いて、処理圧120MPaで20回処理した。さらに、得られたセルロースナノファイバーの平均繊維径は29nm、繊維径分布の標準偏差は14.1nm、最大繊維径は64.3nm、平均繊維長は153μm、アスペクト比(平均繊維長/平均繊維径)は5276であった。 This refiner-treated product was converted into a first homogenizer (manufactured by Gorin, 15M8AT) equipped with a normal non-crushing type homovalve seat (inner diameter at the downstream end of the hollow cylindrical projection / thickness of the ring-shaped end surface = 1.9 / 1). ) Was used 20 times at a processing pressure of 50 MPa. Furthermore, using a second homogenizer (manufactured by Nirosoavi, PANDA2K) equipped with a crushing type homovalve seat (inner diameter of the downstream end of the hollow cylindrical convex portion / thickness of the ring-shaped end face = 16.8 / 1) The treatment was performed 20 times at 120 MPa. Furthermore, the average fiber diameter of the obtained cellulose nanofibers is 29 nm, the standard deviation of the fiber diameter distribution is 14.1 nm, the maximum fiber diameter is 64.3 nm, the average fiber length is 153 μm, the aspect ratio (average fiber length / average fiber diameter) ) Was 5276.
 さらに、得られたセルロース繊維95重量部及びセルロースナノファイバー5重量部を混合したスラリーを0.2重量%に希釈し、減圧装置付き抄紙マシーン((株)東洋精機製作所製「標準角型マシン」)を用いて、No.5C濾紙を濾布として抄紙を行った。得られた湿潤状態の湿紙の両面に、吸い取り紙としてNo.5C濾紙を重ねた。次いで、抄紙体を超音波処理しながらイソプロピルアルコールに10分間浸漬して溶媒置換した。さらに、新しいNo.5C濾紙で両面を挟み、10MPaの圧力で1分間プレスした。その後、表面温度が100℃に設定されたドラムドライヤ(熊谷理機工業(株)製)に貼り付けて120秒間乾燥した。得られた不織布の坪量、厚み、平均孔径、透気度、引張強度を表1に示す。 Further, a slurry obtained by mixing 95 parts by weight of cellulose fibers and 5 parts by weight of cellulose nanofibers was diluted to 0.2% by weight, and a paper machine with a decompression device (“Standard Square Machine” manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.). ), No. Papermaking was performed using 5C filter paper as a filter cloth. As a blotting paper, no. Stacked 5C filter paper. Next, the paper body was immersed in isopropyl alcohol for 10 minutes with ultrasonic treatment to replace the solvent. Furthermore, the new No. Both surfaces were sandwiched between 5C filter papers and pressed at a pressure of 10 MPa for 1 minute. Then, it was attached to a drum dryer (manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.) whose surface temperature was set to 100 ° C. and dried for 120 seconds. Table 1 shows the basis weight, thickness, average pore diameter, air permeability, and tensile strength of the obtained nonwoven fabric.
 実施例2
 セルロース繊維99重量部とセルロースナノファイバー1重量部とを混抄する以外は実施例1と同様にして不織布を得た。評価結果を表1に示す。
Example 2
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that 99 parts by weight of cellulose fibers and 1 part by weight of cellulose nanofibers were mixed. The evaluation results are shown in Table 1.
 実施例3
 セルロース繊維として、市販のセルロース繊維(ダイセル化学工業(株)製「セリッシュKY100G」、平均繊維径0.3μm、平均繊維長420μm)を使用する以外は実施例1と同様にして不織布を得た。評価結果を表1に示す。
Example 3
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that a commercially available cellulose fiber (“Serish KY100G” manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., average fiber diameter 0.3 μm, average fiber length 420 μm) was used as the cellulose fiber. The evaluation results are shown in Table 1.
 実施例4
 セルロース繊維5重量部とセルロースナノファイバー95重量部とを混抄する以外は実施例1と同様にして不織布を得た。評価結果を表1に示す。
Example 4
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5 parts by weight of cellulose fibers and 95 parts by weight of cellulose nanofibers were mixed. The evaluation results are shown in Table 1.
 実施例5
 市販のセルロース繊維(セリッシュKY100G)92重量部とセルロースナノファイバー8重量部と混抄する以外は実施例1と同様にして不織布を得た。評価結果を表1に示す。
Example 5
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that 92 parts by weight of commercially available cellulose fiber (Cerish KY100G) and 8 parts by weight of cellulose nanofiber were mixed. The evaluation results are shown in Table 1.
 実施例6
 市販のセルロース繊維(セリッシュKY100G)92重量部とセルロースナノファイバー8重量部と混抄する以外は実施例1と同様にして不織布を得た。評価結果を表1に示す。
Example 6
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that 92 parts by weight of commercially available cellulose fiber (Cerish KY100G) and 8 parts by weight of cellulose nanofiber were mixed. The evaluation results are shown in Table 1.
 比較例1
 セルロース繊維(セリッシュKY100G)を単独で抄紙する以外は実施例1と同様にして不織布を得た。評価結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cellulose fiber (Serish KY100G) was made alone. The evaluation results are shown in Table 1.
 比較例2
 セルロースナノファイバーの代わりに、セルロース繊維(セリッシュKY100G)を用いる以外は実施例1と同様にして不織布を得た。評価結果を表1に示す。
Comparative Example 2
A nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that cellulose fibers (Serish KY100G) were used instead of cellulose nanofibers. The evaluation results are shown in Table 1.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1の結果から明らかなように、実施例の不織布は、透気度及び引張強度が高い。一方、比較例の不織布は、引張強度が低い。 As is clear from the results in Table 1, the nonwoven fabrics of the examples have high air permeability and tensile strength. On the other hand, the nonwoven fabric of the comparative example has low tensile strength.
 本発明の不織布は、各種のセパレータやフィルターに利用できるが、電気化学的に安定性が高いため、電池(リチウム電池、リチウム二次電池、燃料電池、アルカリ二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケル-カドミウム電池、鉛蓄電池など)、コンデンサー、キャパシタなどの蓄電素子のセパレータに有用である。特に、薄肉でも透気度及び強度が高く、孔径も比較的大きいため、電子機器、電気機器、自動車(ハイブリッド自動車、大型自動車など)、電力貯蔵などの電源や補助電源などのキャパシタに適している。 The nonwoven fabric of the present invention can be used for various separators and filters, but because of its high electrochemical stability, the battery (lithium battery, lithium secondary battery, fuel cell, alkaline secondary battery, nickel metal hydride secondary battery, (Nickel-cadmium battery, lead-acid battery, etc.), capacitors, capacitors and other storage element separators are useful. In particular, even though it is thin, its air permeability and strength are high, and its pore size is relatively large. Therefore, it is suitable for electronic devices, electrical devices, automobiles (hybrid automobiles, large automobiles, etc.), power storage capacitors and auxiliary power supply capacitors. .
 1…原料繊維
 2…破砕型ホモバルブシート
 3…破砕型ホモバルブシートの流路
 4…小径オリフィス
 5…ホモバルブ
 6…インパクトリング
 7…セルロースナノファイバー
 12…非破砕型ホモバルブシート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Raw fiber 2 ... Crushing type | mold homo valve seat 3 ... Flow path of crushing type | mold homo valve seat 4 ... Small diameter orifice 5 ... Homo valve 6 ... Impact ring 7 ... Cellulose nanofiber 12 ... Non-crushing type homo valve seat

Claims (13)

  1.  平均繊維径0.1~20μmのセルロース繊維と平均繊維径100nm未満のセルロースナノファイバーとを抄紙した不織布。 Nonwoven fabric made of paper made of cellulose fibers having an average fiber diameter of 0.1 to 20 μm and cellulose nanofibers having an average fiber diameter of less than 100 nm.
  2.  厚みが20μm以下である請求項1記載の不織布。 The nonwoven fabric according to claim 1, wherein the thickness is 20 μm or less.
  3.  セルロースナノファイバーが植物由来であり、かつ平均繊維径に対する平均繊維長の比が2000以上である請求項1又は2記載の不織布。 The nonwoven fabric according to claim 1 or 2, wherein the cellulose nanofiber is derived from a plant and the ratio of the average fiber length to the average fiber diameter is 2000 or more.
  4.  セルロースナノファイバーの平均繊維径が15~80nmであり、かつ繊維径分布の標準偏差が80nm以下である請求項1~3のいずれかに記載の不織布。 The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 3, wherein the cellulose nanofibers have an average fiber diameter of 15 to 80 nm and a standard deviation of the fiber diameter distribution of 80 nm or less.
  5.  セルロースナノファイバーが、原料セルロース繊維を溶媒に分散させて分散液を調製する分散液調製工程、破砕型ホモバルブシートを備えたホモジナイザーで前記分散液をホモジナイズ処理するホモジナイズ工程を含む製造方法で得られる請求項1~4のいずれかに記載の不織布。 Cellulose nanofibers can be obtained by a production method including a dispersion preparation step of preparing a dispersion by dispersing raw cellulose fibers in a solvent, and a homogenization step of homogenizing the dispersion with a homogenizer equipped with a crushing type homovalve sheet. The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 4.
  6.  原料セルロース繊維が、木材繊維及び/又は種子毛繊維で形成されたネバードライパルプ由来のセルロース繊維であり、かつカッパー価が30以下である請求項5記載の不織布。 The nonwoven fabric according to claim 5, wherein the raw material cellulose fibers are cellulose fibers derived from never dry pulp formed of wood fibers and / or seed hair fibers, and have a kappa number of 30 or less.
  7.  セルロース繊維の平均繊維径が0.1~10μmである請求項1~6のいずれかに記載の不織布。 The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 6, wherein the average fiber diameter of the cellulose fibers is 0.1 to 10 µm.
  8.  セルロース繊維の平均繊維径とセルロースナノファイバーの平均繊維径との比が、前者/後者=10/1~100/1である請求項1~7のいずれかに記載の不織布。 The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 7, wherein the ratio of the average fiber diameter of the cellulose fibers to the average fiber diameter of the cellulose nanofibers is the former / the latter = 10/1 to 100/1.
  9.  セルロースナノファイバーの割合が、セルロース繊維100重量部に対して、0.01~15重量部である請求項1~8のいずれかに記載の不織布。 The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 8, wherein the ratio of cellulose nanofibers is 0.01 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of cellulose fibers.
  10.  合成樹脂を実質的に含まない請求項1~9のいずれかに記載の不織布。 The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 9, which is substantially free of synthetic resin.
  11.  坪量10g/mにおける引張強度が6N/15mm以上である請求項1~10のいずれかに記載の不織布。 The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 10, which has a tensile strength of 6 N / 15 mm or more at a basis weight of 10 g / m 2 .
  12.  坪量10g/mにおける透気度が10~500秒/100mlである請求項1~11のいずれかに記載の不織布。 The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 11, wherein the air permeability at a basis weight of 10 g / m 2 is 10 to 500 seconds / 100 ml.
  13.  請求項1~12のいずれかに記載の不織布で形成された蓄電素子用セパレータ。 A separator for a storage element formed of the nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 12.
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