WO2020100979A1 - Master batch containing anionically modified cellulose nanofibers and method for producing rubber composition - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for producing a rubber composition with low power consumption, said rubber composition containing anionically modified cellulose nanofibers and having a high strength. According to the present invention, a master batch is produced by mixing a rubber component with anionically modified cellulose nanofibers that are obtained by fibrillating anionically modified celluloses with use of a cavitation jet device; and a rubber composition is produced by crosslinking the master batch.

Description

アニオン変性セルロースナノファイバーを含有するマスターバッチおよびゴム組成物の製造方法Masterbatch containing anion-modified cellulose nanofiber and method for producing rubber composition
 本発明は、ゴム成分およびアニオン変性セルロースナノファイバーを含有するマスターバッチおよびゴム組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a masterbatch containing a rubber component and anion-modified cellulose nanofibers and a method for producing a rubber composition.
 ゴムとセルロース系繊維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未満のセルロース短繊維とゴムラテックスとを撹拌混合して得られるゴム/短繊維のマスターバッチが記載されている。当該文献によれば、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た分散液とゴムラテックスと混合して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とされる。 Rubber compositions containing rubber and cellulosic fibers are known to have excellent mechanical strength. For example, Patent Document 1 describes a rubber / short fiber masterbatch obtained by stirring and mixing cellulose short fibers having an average fiber diameter of less than 0.5 μm and rubber latex. According to the document, a rubber in which short fibers having an average fiber diameter of less than 0.5 μm are uniformly dispersed in rubber by mixing a dispersion obtained by fibrillating in water with a rubber latex and drying the mixture / It is said that a rubber composition having an excellent balance between rubber reinforcement and fatigue resistance can be produced from a masterbatch of short fibers.
特開2006-206864号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-206864
 セルロースをフィブリル化して平均繊維径をナノオーダー(1.0μm未満)まで低下させる方法としては、一般的に高圧ホモジナイザーを用いる方法が知られている。高圧ホモジナイザーは、高いエネルギーを被処理体に簡便に与えることができる点で優れているが、セルロースをナノオーダーの平均繊維径まで低下させるには通常非常に高い圧力が必要であり、消費電力量が高くなる。高圧ホモジナイザーに代わる低電力消費量でセルロースをナノオーダーの平均繊維径まで解繊させることができる方法があれば、平均繊維径の小さいフィブリル化セルロースを含むゴム組成物を製造する際により低コストで製造できるようになるため、望ましい。 A method using a high-pressure homogenizer is generally known as a method for fibrillating cellulose to reduce the average fiber diameter to the nano order (less than 1.0 μm). The high-pressure homogenizer is excellent in that it can easily give high energy to the object to be treated, but it usually requires a very high pressure to reduce the average fiber diameter of the nanometer order, and the power consumption Becomes higher. If there is a method capable of defibrating cellulose to a nano-order average fiber diameter with low power consumption instead of a high-pressure homogenizer, at a lower cost when producing a rubber composition containing fibrillated cellulose having a small average fiber diameter. It is desirable because it enables manufacturing.
 また、ゴムにセルロース短繊維を混合する際、短繊維が不均質である場合、具体的には、解繊しきれていない大きい繊維が残存している場合、得られるゴム組成物に力を加えた場合に、大きい繊維が残存している部分を起点にゴムが破断しやすくなる。したがって、ゴムと混合するセルロース系繊維は、均質であることが好ましい。 Further, when the cellulose short fibers are mixed with the rubber, if the short fibers are inhomogeneous, specifically, if large fibers that have not been defibrated remain, a force is applied to the obtained rubber composition. In that case, the rubber is likely to break from the portion where the large fiber remains as a starting point. Therefore, the cellulosic fibers mixed with the rubber are preferably homogeneous.
 本発明者らは鋭意検討を行った結果、セルロースをアニオン変性してアニオン変性セルロースとし、これを、キャビテーション噴流装置を用いて解繊することにより、高圧ホモジナイザーに比べて少ない電力消費量で、ナノオーダーの平均繊維径を有するアニオン変性セルロース(アニオン変性セルロースのナノファイバー)を得ることができることを見出した。また、このアニオン変性セルロースのナノファイバーをゴム組成物中に含有させることにより、ゴム組成物の強度を高めることができることを見出した。本発明は、これらに限定されないが、以下を含む。
(1)アニオン変性セルロースを準備する工程1、
   キャビテーション噴流装置を用いてアニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバーを製造する工程2、及び
   工程2で得られたアニオン変性セルロースナノファイバーをゴム成分と混合してマスターバッチを得る工程3、
を含む、マスターバッチの製造方法。
(2)キャビテーション噴流装置が、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生ずるキャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力をアニオン変性セルロースに与えるものであり、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射する液体噴流の上流側圧力が0.01MPa以上30.00MPa以下であり、下流側圧力/上流側圧力の比が0.001~0.500である、(1)に記載の方法。
(3)アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有するセルロースである、(1)または(2)に記載の方法。
(4)アニオン変性セルロースにおけるカルボキシル基量が、アニオン変性セルロースの絶乾質量に対して、0.4mmol/g~3.0mmol/gである、(3)に記載の方法。
(5)アニオン変性セルロースが、カルボキシメチル基を有するセルロースである、(1)または(2)に記載の方法。
(6)アニオン変性セルロースにおけるカルボキシメチル置換度が、0.01以上0.40未満である、(5)に記載の方法。
(7)ゴム成分が、ジエン系ゴムポリマーを含む、(1)~(6)のいずれか1つに記載の方法。
(8)(1)~(7)のいずれか1つに記載の方法でマスターバッチを製造する工程、および
   前記マスターバッチを架橋する工程
を含む、ゴム組成物の製造方法。
As a result of intensive studies by the present inventors, cellulose was anion-modified to anion-modified cellulose, which was defibrated by using a cavitation jet device to reduce the amount of power consumption compared to a high-pressure homogenizer with nano-sized particles. It has been found that anion-modified cellulose (nanofiber of anion-modified cellulose) having an average fiber diameter of the order can be obtained. It was also found that the strength of the rubber composition can be increased by incorporating the nanofiber of the anion-modified cellulose into the rubber composition. The present invention includes, but is not limited to:
(1) Step 1 of preparing anion-modified cellulose,
Step 2 of defibrating anion-modified cellulose using a cavitation jet device to produce anion-modified cellulose nanofibers, and step 3 of mixing the anion-modified cellulose nanofibers obtained in step 2 with a rubber component to obtain a masterbatch ,
A method for producing a masterbatch, which comprises:
(2) The cavitation jet device provides the anion-modified cellulose with an impact force when the cavitation bubbles generated by the liquid jet injected through the nozzle or the orifice are collapsed, and the upstream pressure of the liquid jet injected through the nozzle or the orifice is The method according to (1), which is 0.01 MPa or more and 30.00 MPa or less, and the ratio of the downstream pressure / upstream pressure is 0.001 to 0.500.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the anion-modified cellulose is a cellulose having a carboxyl group.
(4) The method according to (3), wherein the amount of carboxyl groups in the anion-modified cellulose is 0.4 mmol / g to 3.0 mmol / g based on the absolute dry mass of the anion-modified cellulose.
(5) The method according to (1) or (2), wherein the anion-modified cellulose is a cellulose having a carboxymethyl group.
(6) The method according to (5), wherein the anion-modified cellulose has a degree of carboxymethyl substitution of 0.01 or more and less than 0.40.
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the rubber component contains a diene rubber polymer.
(8) A method for producing a rubber composition, comprising a step of producing a masterbatch by the method described in any one of (1) to (7), and a step of crosslinking the masterbatch.
 フィブリル化に用いるセルロースをアニオン変性セルロースとし、これを、キャビテーション噴流装置を用いて解繊することにより、高圧ホモジナイザーを用いた場合に比べて少ない電力消費量で、ナノオーダーの平均繊維径を有するアニオン変性セルロースナノファイバーを得ることができる。また、このアニオン変性セルロースのナノファイバーをゴム組成物中に含有させることにより、ゴム組成物の強度を高めることができる。 Anion-modified cellulose is used as the cellulose used for fibrillation, and by defibrating it using a cavitation jet device, anion having an average fiber diameter on the order of nanometers is used with less power consumption than when using a high-pressure homogenizer. A modified cellulose nanofiber can be obtained. In addition, the strength of the rubber composition can be increased by incorporating the nanofiber of the anion-modified cellulose into the rubber composition.
 また、ゴム組成物にセルロース繊維を配合する際、未解繊の繊維が多く残存するなど、不均質であると、最終製品であるゴム組成物において、未解繊の大きい繊維を起点として破断しやすいといった問題が生じ得るが、アニオン変性セルロースをキャビテーション噴流装置を用いて解繊して得たアニオン変性セルロースナノファイバーは、均質であるため、上記の問題が生じにくい。 Further, when blending the cellulose fiber into the rubber composition, such as a large amount of undisentangled fibers remaining, if it is inhomogeneous, in the rubber composition which is the final product, the undisintegrated large fibers are ruptured from the starting point. Although the problem that it is easy to occur may occur, since the anion-modified cellulose nanofibers obtained by defibrating anion-modified cellulose using a cavitation jet device are homogeneous, the above-mentioned problems are less likely to occur.
 本発明は、アニオン変性セルロースナノファイバーとゴム成分とを含有するマスターバッチおよびゴム組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a masterbatch containing anion-modified cellulose nanofibers and a rubber component, and a method for producing a rubber composition.
 (1)工程1
 工程1では、アニオン変性セルローを準備する。アニオン変性セルロースとは、セルロースの分子鎖にアニオン性基が導入されたものである。具体的には酸化または置換反応によってセルロースのピラノース環にアニオン性基を導入したものである。
(1) Step 1
In step 1, anion-modified cellulose is prepared. Anion-modified cellulose is one in which an anionic group is introduced into the molecular chain of cellulose. Specifically, an anionic group is introduced into the pyranose ring of cellulose by oxidation or substitution reaction.
 (1-1)セルロース
 アニオン変性セルロースの原料となるセルロースの種類は、特に限定されない。セルロースは、一般に起源、製法等から、天然セルロース、再生セルロース、微細セルロース、非結晶領域を除いた微結晶セルロース等に分類される。本発明では、これらのセルロースのいずれも、原料として用いることができる。
(1-1) Cellulose The type of cellulose used as a raw material for the anion-modified cellulose is not particularly limited. Cellulose is generally classified into natural cellulose, regenerated cellulose, fine cellulose, and microcrystalline cellulose excluding the non-crystalline region according to the origin, production method, and the like. In the present invention, any of these celluloses can be used as a raw material.
 天然セルロースとしては、晒パルプまたは未晒パルプ(晒木材パルプまたは未晒木材パルプ);リンター、精製リンター;酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等が例示される。晒パルプ又は未晒パルプの原料は特に限定されず、例えば、木材、木綿、わら、竹、麻、ジュート、ケナフ等が挙げられる。また、晒パルプ又は未晒パルプの製造方法も特に限定されず、機械的方法、化学的方法、あるいはその中間で二つを組み合せた方法でもよい。製造方法により分類される晒パルプ又は未晒パルプとしては例えば、メカニカルパルプ(サーモメカニカルパルプ(TMP)、砕木パルプ)、ケミカルパルプ(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)等の亜硫酸パルプ、針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)等のクラフトパルプ)等が挙げられる。さらに、製紙用パルプの他に溶解パルプを用いてもよい。溶解パルプとは、化学的に精製されたパルプであり、主として薬品に溶解して使用され、人造繊維、セロハンなどの主原料となる。 Examples of natural cellulose include bleached pulp or unbleached pulp (bleached wood pulp or unbleached wood pulp); linters, refined linters; cellulose produced by microorganisms such as acetic acid bacteria. The raw material of bleached pulp or unbleached pulp is not particularly limited, and examples thereof include wood, cotton, straw, bamboo, hemp, jute, kenaf, and the like. The method for producing the bleached pulp or the unbleached pulp is not particularly limited, and may be a mechanical method, a chemical method, or a method in which the two are combined in between. Examples of the bleached pulp or unbleached pulp classified by the production method include mechanical pulp (thermo-mechanical pulp (TMP), groundwood pulp), chemical pulp (softwood unbleached sulfite pulp (NUSP), softwood bleached sulfite pulp (NBSP). ) And the like, sulfite pulp such as softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), and hardwood bleached kraft pulp (LBKP) and the like). Further, dissolving pulp may be used in addition to the papermaking pulp. Dissolving pulp is chemically refined pulp, which is mainly used by dissolving it in chemicals and is a main raw material for artificial fibers, cellophane, and the like.
 再生セルロースとしては、セルロースを銅アンモニア溶液、セルロースザンテート溶液、モルフォリン誘導体など何らかの溶媒に溶解し、改めて紡糸されたものが例示される。 The regenerated cellulose is exemplified by one in which cellulose is dissolved in any solvent such as a copper ammonia solution, a cellulose xanthate solution, a morpholine derivative, and then spun again.
 微細セルロースとしては、上記天然セルロースや再生セルロースをはじめとする、セルロース系素材を、解重合処理(例えば、酸加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル処理等)して得られるものや、前記セルロース系素材を、機械的に処理して得られるものが例示される。 The fine cellulose can be obtained by depolymerizing a cellulosic material such as the above natural cellulose or regenerated cellulose (for example, acid hydrolysis, alkali hydrolysis, enzymatic decomposition, explosion treatment, vibration ball mill treatment, etc.). Examples thereof include those obtained by mechanically treating the above cellulose-based material.
 (1-2)アニオン変性
 アニオン変性とはセルロースにアニオン性基を導入することをいい、具体的には酸化または置換反応によってセルロースのピラノース環にアニオン性基を導入することをいう。本発明において前記酸化反応とはピラノース環の水酸基を直接カルボキシル基に酸化する反応をいう。また、本発明において置換反応とは、当該酸化以外の置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入する反応をいう。
(1-2) Anion modification Anion modification means introducing an anionic group into cellulose, and specifically, introducing an anionic group into the pyranose ring of cellulose by oxidation or substitution reaction. In the present invention, the oxidation reaction means a reaction of directly oxidizing a hydroxyl group of a pyranose ring to a carboxyl group. In the present invention, the substitution reaction means a reaction of introducing an anionic group into the pyranose ring by a substitution reaction other than the oxidation.
 (1-2-1)カルボキシル化(酸化)
 アニオン変性の一例として、カルボキシル化(カルボキシル基のセルロースへの導入、「酸化」とも呼ぶ。)を挙げることができる。本明細書においてカルボキシル基とは、-COOH(酸型)および-COOM(金属塩型)をいう(式中、Mは金属イオンである)。カルボキシル化セルロース(「酸化セルロース」とも呼ぶ)は、上記のセルロース原料を公知の方法でカルボキシル化(酸化)することにより得ることができる。特に限定されないが、カルボキシル基の量はアニオン変性セルロースまたはアニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、0.4mmol/g~3.0mmol/gが好ましく、0.6mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましく、1.0mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましく、1.1mmol/g~2.0mmol/gがさらに好ましい。
(1-2-1) Carboxylation (oxidation)
As an example of anion modification, carboxylation (introduction of carboxyl group into cellulose, also referred to as “oxidation”) can be mentioned. In the present specification, the carboxyl group refers to —COOH (acid type) and —COOM (metal salt type) (in the formula, M is a metal ion). Carboxylated cellulose (also referred to as “oxidized cellulose”) can be obtained by carboxylating (oxidizing) the above cellulose raw material by a known method. Although not particularly limited, the amount of the carboxyl group is preferably 0.4 mmol / g to 3.0 mmol / g, and 0.6 mmol / g to 2.0 mmol based on the absolute dry mass of the anion-modified cellulose or anion-modified cellulose nanofibers. / G is more preferable, 1.0 mmol / g to 2.0 mmol / g is further preferable, and 1.1 mmol / g to 2.0 mmol / g is further preferable.
 アニオン変性セルロースまたはアニオン変性セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、以下の方法で測定することができる:
 カルボキシル化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出する:
 カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔ml〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕。
The amount of carboxyl groups of anion-modified cellulose or anion-modified cellulose nanofibers can be measured by the following method:
60 ml of a 0.5% by mass slurry of carboxylated cellulose (aqueous dispersion) was prepared and adjusted to pH 2.5 by adding a 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution, and then a 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to adjust the pH to 11 The electric conductivity is measured until it becomes, and it is calculated from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of the weak acid with a gradual change in electric conductivity using the following formula:
Amount of carboxyl group [mmol / g carboxylated cellulose] = a [ml] × 0.05 / mass of carboxylated cellulose [g].
 カルボキシル化(酸化)方法の一例として、セルロース原料を、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(-COOH)またはカルボキシレート基(-COO)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。 As an example of a carboxylation (oxidation) method, a cellulose raw material is oxidized in water with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide, and a mixture thereof. Can be mentioned. By this oxidation reaction, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized, and the cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (—COOH) or a carboxylate group (—COO ) on the surface. Can be obtained. The concentration of cellulose 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うる化合物をいう。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。例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4-ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol~10mmolが好ましく、0.01mmol~1mmolがより好ましく、0.05mmol~0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1mmol/L~4mmol/L程度がよい。 “N-oxyl compound” refers to a compound capable of generating a nitroxy radical. As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it is a compound that promotes the desired oxidation reaction. Examples include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivatives (eg 4-hydroxy TEMPO). The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of oxidizing cellulose as a raw material. For example, 0.01 mmol to 10 mmol is preferable, 0.01 mmol to 1 mmol is more preferable, and 0.05 mmol to 0.5 mmol is further preferable to 1 g of absolutely dried cellulose. Further, it is preferably about 0.1 mmol / L to 4 mmol / L with respect to the reaction system.
 臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol~100mmolが好ましく、0.1mmol~10mmolがより好ましく、0.5mmol~5mmolがさらに好ましい。当該変性は酸化反応による変性である。 Bromide is a compound containing bromine, examples of which include alkali metal bromide that can be dissociated and ionized in water. Iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used can be selected within a range that can accelerate the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 mmol to 100 mmol, more preferably 0.1 mmol to 10 mmol, still more preferably 0.5 mmol to 5 mmol, per 1 g of absolutely dried cellulose. The modification is a modification due to an oxidation reaction.
 酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムは好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol~500mmolが好ましく、0.5mmol~50mmolがより好ましく、1mmol~25mmolがさらに好ましく、3mmol~10mmolが最も好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1mol~40molが好ましい。 As the oxidizing agent, known ones can be used, for example, halogen, hypohalous acid, halogenous acid, perhalogenic acid or salts thereof, halogen oxides, peroxides and the like can be used. Of these, sodium hypochlorite, which is inexpensive and has a low environmental load, is preferable. The appropriate amount of the oxidizing agent used is, for example, preferably 0.5 mmol to 500 mmol, more preferably 0.5 mmol to 50 mmol, still more preferably 1 mmol to 25 mmol, most preferably 3 mmol to 10 mmol, per 1 g of absolutely dried cellulose. . Further, for example, 1 mol to 40 mol is preferable with respect to 1 mol of the N-oxyl compound.
 セルロースの酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4℃~40℃が好ましく、また15℃~30℃程度の室温であってもよい。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の低下が認められる。酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを8~12、好ましくは10~11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間~6時間、例えば、0.5時間~4時間程度である。 The cellulose oxidation process allows the reaction to proceed efficiently even under relatively mild conditions. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 ° C to 40 ° C, and may be room temperature of about 15 ° C to 30 ° C. Since a carboxyl group is generated in the cellulose as the reaction progresses, the pH of the reaction solution is lowered. In order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous solution of sodium hydroxide to maintain the pH of the reaction solution at 8 to 12, preferably about 10 to 11. As the reaction medium, water is preferable because it is easy to handle and side reactions are unlikely to occur. The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually 0.5 hours to 6 hours, for example, 0.5 hours to 4 hours.
 また、酸化反応は、2段階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。 Also, the oxidation reaction may be carried out in two stages. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first step reaction again under the same or different reaction conditions, the reaction efficiency due to the salt by-produced in the first step reaction is not affected. Can be well oxidized.
 カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、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。オゾンを含む気体中のオゾン濃度は、50g/m~250g/mであることが好ましく、50g/m~220g/mであることがより好ましい。セルロース原料に対するオゾン添加量は、セルロース原料の固形分を100質量部とした際に、0.1質量部~30質量部であることが好ましく、5質量部~30質量部であることがより好ましい。オゾン処理温度は、0℃~50℃であることが好ましく、20℃~50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、特に限定されないが、1分~360分程度であり、30分~360分程度が好ましい。オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、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る。オゾン処理を施した後に、酸化剤を用いて、追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物や、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶剤中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させることにより追酸化処理を行うことができる。 As another example of the carboxylation (oxidation) method, a method of oxidizing by bringing a gas containing ozone into contact with a cellulose raw material can be mentioned. This oxidation reaction oxidizes at least the 2- and 6-position hydroxyl groups of the glucopyranose ring and causes decomposition of the cellulose chain. The ozone concentration in the gas containing ozone is preferably 50 g / m 3 to 250 g / m 3 , and more preferably 50 g / m 3 to 220 g / m 3 . The amount of ozone added to the cellulose raw material is preferably 0.1 parts by mass to 30 parts by mass, and more preferably 5 parts by mass to 30 parts by mass, when the solid content of the cellulose raw material is 100 parts by mass. .. The ozone treatment temperature is preferably 0 ° C to 50 ° C, more preferably 20 ° C to 50 ° C. The ozone treatment time is not particularly limited, but is about 1 minute to 360 minutes, preferably about 30 minutes to 360 minutes. When the conditions of ozone treatment are within these ranges, the cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of oxidized cellulose will be good. After performing the ozone treatment, an additional oxidizing treatment may be performed using an oxidizing agent. The oxidizing agent used in the additional oxidation treatment is not particularly limited, but examples thereof include chlorine-based compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, and oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, peracetic acid and the like. For example, an additional oxidization treatment can be performed by dissolving these oxidizing agents in water or a polar organic solvent such as alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and immersing the cellulose raw material in the solution.
 酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。酸化セルロースにおけるカルボキシル基量と同酸化セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシル基量は、通常、同じである。 The amount of carboxyl groups of oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the addition amount of the above-mentioned oxidizing agent and the reaction time. The amount of carboxyl groups in oxidized cellulose and the amount of carboxyl groups when the same oxidized cellulose is used as nanofibers are usually the same.
 (1-2-2)カルボキシアルキル化
 アニオン変性の一例として、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基の導入を挙げることができる。本明細書においてカルボキシアルキル基とは、-RCOOH(酸型)および-RCOOM(金属塩型)をいう。ここでRはメチレン基、エチレン基等のアルキレン基であり、Mは金属イオンである。
(1-2-2) Carboxyalkylation As an example of anion modification, introduction of a carboxyalkyl group such as a carboxymethyl group can be mentioned. In the present specification, the carboxyalkyl group refers to -RCOOH (acid type) and -RCOOM (metal salt type). Here, R is an alkylene group such as a methylene group or an ethylene group, and M is a metal ion.
 カルボキシアルキル化セルロースは公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.40未満であることが好ましい。さらにアニオン性基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシメチル置換度は0.40未満であることが好ましい。当該置換度が0.40以上であるとセルロースの結晶性が低下する。またカルボキシアルキル置換度の下限値は0.01以上が好ましい。操業性を考慮すると当該置換度は0.02以上0.35以下であることが特に好ましく、0.10以上0.35以下であることが更に好ましく、0.15以上0.35以下であることが更に好ましく、0.15以上0.30以下であることが更に好ましい。なお、無水グルコース単位とは、セルロースを構成する個々の無水グルコース(グルコース残基)を意味し、カルボキシアルキル置換度とは、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基(-OH)のうちカルボキシアルキルエーテル基(-ORCOOHまたは-ORCOOM)で置換されているものの割合(1つのグルコース残基当たりのカルボキシアルキルエーテル基の数)を示す。 The carboxyalkylated cellulose may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used. The degree of carboxyalkyl substitution of anhydrous glucose unit of cellulose is preferably less than 0.40. Further, when the anionic group is a carboxymethyl group, the carboxymethyl substitution degree is preferably less than 0.40. If the degree of substitution is 0.40 or more, the crystallinity of cellulose will decrease. The lower limit of the degree of carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 or more. Considering operability, the substitution degree is particularly preferably 0.02 or more and 0.35 or less, further preferably 0.10 or more and 0.35 or less, and 0.15 or more and 0.35 or less. Is more preferable and 0.15 or more and 0.30 or less is further preferable. The anhydrous glucose unit means each anhydrous glucose (glucose residue) that constitutes cellulose, and the degree of carboxyalkyl substitution means the carboxyalkyl group among the hydroxyl groups (—OH) in the glucose residue that constitutes cellulose. The ratio (number of carboxyalkyl ether groups per glucose residue) of those substituted with ether groups (-ORCOOH or -ORCOOM) is shown.
 カルボキシアルキル化セルロースを製造する方法の一例として、以下の工程を含む方法が挙げられる。当該変性は置換反応による変性である。カルボキシメチル化セルロースを例にして説明する。
 i)発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0℃~70℃、好ましくは10℃~60℃、かつ反応時間15分~8時間、好ましくは30分~7時間、マーセル化処理する工程、
 ii)次いで、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05~10.0倍モル添加し、反応温度30℃~90℃、好ましくは40℃~80℃、かつ反応時間30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、エーテル化反応を行う工程。
An example of a method for producing carboxyalkylated cellulose is a method including the following steps. The modification is modification by substitution reaction. Description will be made by taking carboxymethyl cellulose as an example.
i) The bottoming raw material, the solvent and the mercerizing agent are mixed, and the reaction temperature is 0 ° C. to 70 ° C., preferably 10 ° C. to 60 ° C., and the reaction time is 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours, and mercerization is performed. Process,
ii) Then, a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times mol per glucose residue, the reaction temperature is 30 ° C to 90 ° C, preferably 40 ° C to 80 ° C, and the reaction time is 30 minutes to 10 hours. A step of performing the etherification reaction for preferably 1 to 4 hours.
 発底原料としては前述のセルロース原料を使用できる。溶媒としては、3~20質量倍の水または低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、または2種以上の混合媒体を使用できる。低級アルコールを混合する場合、その混合割合は60質量%~95質量%が好ましい。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5~20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用することが好ましい。 The above-mentioned cellulose raw material can be used as the bottoming raw material. As the solvent, 3 to 20 times by mass of water or lower alcohol, specifically water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc., or 2 One or more mixed media can be used. When a lower alcohol is mixed, the mixing ratio is preferably 60% by mass to 95% by mass. As the mercerizing agent, it is preferable to use 0.5 to 20 times mol of alkali metal hydroxide, specifically sodium hydroxide or potassium hydroxide, per anhydrous glucose residue of the bottoming raw material.
 前述のとおり、セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は0.40未満であり、0.01以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにカルボキシメチル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、カルボキシメチル置換基を導入したセルロースはナノ解繊することができるようになる。なお、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換基が0.01より小さいと、ナノ解繊が十分にできない場合がある。カルボキシメチル置換度は、より好ましくは0.10以上0.40未満であり、さらに好ましくは0.15以上0.40未満であり、さらに好ましくは0.20以上0.40未満である。カルボキシアルキル化セルロースにおけるカルボキシアルキル置換度と、同カルボキシアルキル化セルロースをナノファイバーとしたときのカルボキシアルキル置換度とは通常、同じである。 As described above, the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of cellulose is less than 0.40, preferably 0.01 or more and less than 0.40. By introducing a carboxymethyl substituent into the cellulose, the cellulose electrically repels each other. Therefore, the cellulose having the carboxymethyl substituent introduced therein can be nano-defibrated. If the carboxymethyl substituent is less than 0.01 per glucose unit, nano-defibration may not be sufficiently performed. The carboxymethyl substitution degree is more preferably 0.10 or more and less than 0.40, further preferably 0.15 or more and less than 0.40, and further preferably 0.20 or more and less than 0.40. The degree of carboxyalkyl substitution in carboxyalkylated cellulose and the degree of carboxyalkyl substitution when the same carboxyalkylated cellulose is used as nanofibers are usually the same.
 グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、以下の方法で測定することができる:
 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。メタノール900mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチル化セルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースに変換する。水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5g~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。80質量%メタノール15mLで水素型CM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。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定した。カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
 A=[(100×F’-(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾質量(g))
 DS=0.162×A/(1-0.058×A)
 A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
 F:0.1NのHSOのファクター
 F’:0.1NのNaOHのファクター。
The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit can be measured by the following method:
About 2.0 g of carboxymethyl cellulose (extra-dried) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 100 mL of a solution prepared by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 900 mL of methanol is added and shaken for 3 hours to convert the carboxymethylated cellulose salt (CMized cellulose) into hydrogenated CM-modified cellulose. Precisely weigh 1.5 g to 2.0 g of hydrogenated CM cellulose (absolutely dried) and put it in a 300 mL Erlenmeyer flask with a ground stopper. The hydrogenated CM cellulose is wetted with 15 mL of 80 mass% methanol, 100 mL of 0.1 N NaOH is added, and the mixture is shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back titrated with 0.1 N H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator. The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the formula:
A = [(100 × F ′ − (0.1N H 2 SO 4 ) (mL) × F) × 0.1] / (absolute dry mass of hydrogenated CM cellulose (g))
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required to neutralize 1 g of hydrogenated CM-modified cellulose
F: Factor of 0.1 N H 2 SO 4 F ′: Factor of 0.1 N NaOH.
 カルボキシメチル基以外のカルボキシアルキル基置換度の測定も、上記と同様の方法で行うことができる。 The degree of substitution of a carboxyalkyl group other than the carboxymethyl group can be measured by the same method as above.
 (1-2-3)エステル化
 アニオン変性の一例としてエステル化を挙げることができる。エステル化の方法としては、セルロース原料にリン酸系化合物の粉末や水溶液を混合する方法、セルロース原料のスラリーにリン酸系化合物の水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸系化合物としては、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、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、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらの1種、あるいは2種以上を併用してセルロースにリン酸基を導入することができる。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い。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物は水溶液として用いることが望ましい。リン酸系化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。
(1-2-3) Esterification Esterification can be mentioned as an example of anion modification. Examples of the esterification method include a method of mixing a powder or aqueous solution of a phosphoric acid compound with a cellulose raw material, a method of adding an aqueous solution of a phosphoric acid compound to a slurry of a cellulose raw material, and the like. Examples of phosphoric acid compounds include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of salts. Among the above, a compound having a phosphoric acid group is preferable because of its low cost, easy handling, and introduction of a phosphoric acid group into the cellulose of the pulp fiber to improve the defibration efficiency. Examples of the compound having a phosphoric acid group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium phosphite, potassium phosphite, sodium hypophosphite and potassium hypophosphite. , Sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate , Ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like. A phosphate group can be introduced into cellulose by using one kind or a combination of two or more kinds of them. Among these, phosphoric acid, 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 to defibrate in the following defibration step, and easy to apply industrially Ammonium salts are preferred. Particularly, sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are preferable. In addition, the phosphoric acid compound is preferably used as an aqueous solution because the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introducing a phosphoric acid group can be increased. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid compound is preferably 7 or less because the efficiency of phosphoric acid group introduction is high, but a pH of 3 to 7 is preferable from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fibers.
 リン酸エステル化セルロースの製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1質量%~10質量%のセルロース原料の懸濁液に、リン酸系化合物を撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物の添加量はリン元素量として、0.2質量部~500質量部であることが好ましく、1質量部~400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物の割合が前記下限値以上であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるので、コスト面から好ましくない。 The following method can be mentioned as an example of the method for producing phosphate esterified cellulose. A phosphoric acid compound is added to a suspension of a cellulose raw material having a solid content concentration of 0.1% by mass to 10% by mass while stirring to introduce a phosphoric acid group into the cellulose. When the amount of the cellulose raw material is 100 parts by mass, the amount of the phosphoric acid compound added is preferably 0.2 parts by mass to 500 parts by mass, and more preferably 1 part by mass to 400 parts by mass, as the amount of phosphorus element. More preferable. When the proportion of the phosphoric acid compound is at least the above lower limit, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. However, if the upper limit is exceeded, the effect of improving the yield will reach the ceiling, which is not preferable in terms of cost.
 リン酸系化合物に加えて、他の化合物の粉末や水溶液を混合してもよい。リン酸系化合物以外の他の化合物としては、特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃色から赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。他の化合物の添加量はセルロース原料の固形分100質量部に対して、2質量部~1000質量部が好ましく、100質量部~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、1分~600分程度であり、30分~480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100℃~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、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好ましい。 In addition to phosphoric acid compounds, powders of other compounds or aqueous solutions may be mixed. The compound other than the phosphoric acid compound is not particularly limited, but a nitrogen-containing compound having basicity is preferable. The term "basic" as used herein is defined as a pink to red color of an aqueous solution in the presence of a phenolphthalein indicator, or a pH of the aqueous solution of greater than 7. The basic nitrogen-containing compound used in the present invention is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but a compound having an amino group is preferable. Examples thereof include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Of these, urea is preferable because it is inexpensive and easy to handle. The amount of the other compound added is preferably 2 parts by mass to 1000 parts by mass, and more preferably 100 parts by mass to 700 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material. The reaction temperature is preferably 0 ° C to 95 ° C, more preferably 30 ° C to 90 ° C. Although the reaction time is not particularly limited, it is about 1 minute to 600 minutes, more preferably 30 minutes to 480 minutes. When the conditions of the esterification reaction are within these ranges, it is possible to prevent the cellulose from being excessively esterified and easily dissolved, and the yield of the phosphorylated esterified cellulose becomes good. After dehydrating the obtained phosphoric acid esterified cellulose suspension, it is preferable to heat-treat at 100 ° C. to 170 ° C. from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose. Further, it is preferable to heat at 130 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or lower while water is contained in the heat treatment, remove water, and then heat treatment at 100 ° C. to 170 ° C.
 リン酸エステル化された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0.40未満であることが好ましい。セルロースにリン酸基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、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース原料は煮沸した後、冷水を用いて洗浄することが好ましい。これらのエステル化による変性は置換反応による変性である。エステル化セルロースにおける置換度と、同エステル化セルロースをナノファイバーとしたときの置換度は、通常、同じである。 The degree of phosphoric acid group substitution per glucose unit of the phosphorylated cellulose is preferably 0.001 or more and less than 0.40. By introducing a phosphate group substituent into the cellulose, the cellulose repels each other electrically. Therefore, the cellulose having the phosphate group introduced therein can be easily nano-disentangled. When the phosphate group substitution degree per glucose unit is less than 0.001, nanofibrillation cannot be sufficiently carried out. On the other hand, if the phosphate group substitution degree per glucose unit is greater than 0.40, the nanofibers may not be obtained because they swell or dissolve. In order to efficiently perform defibration, it is preferable that the phosphoric acid esterified cellulose raw material obtained above is boiled and then washed with cold water. The modification by esterification is modification by a substitution reaction. The degree of substitution in esterified cellulose and the degree of substitution when the same esterified cellulose is used as nanofibers are usually the same.
 グルコース単位当たりのリン酸基置換度は、以下の方法で測定することができる:
固形分量が0.2質量%のリン酸エステル化セルロースのスラリーを調製する。次いで、スラリーに対し、体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーとを分離することにより、リン酸エステル化セルロースを水素型リン酸エステル化セルロースに変換する。次いで、イオン交換樹脂による処理後のスラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測する。計測結果のうち、急激に電気伝導度が低下する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除すことにより、水素型リン酸エステル化セルロース1g当たりのリン酸基量(mmol/g)を算出する。さらに、リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度(DS)を、次式によって算出する:
DS=0.162×A/(1-0.079×A)
A:水素型リン酸エステル化セルロースの1gあたりのリン酸基量(mmol/g)。
The degree of phosphate group substitution per glucose unit can be measured by the following method:
A phosphoric acid esterified cellulose slurry having a solid content of 0.2% by mass is prepared. Next, 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo, conditioned) was added to the slurry, shaken for 1 hour, and then poured onto a mesh having an opening of 90 μm. The phosphoric acid esterified cellulose is converted into hydrogen type phosphoric acid esterified cellulose by separating the resin and the slurry with. Then, a change in the value of electric conductivity of the slurry is measured while adding 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution to the slurry after the treatment with the ion exchange resin once every 30 seconds by 50 μL. Of the measurement results, the amount of alkali (mmol) required in the region where the electrical conductivity sharply decreases is divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated to give 1 g of hydrogen phosphate esterified cellulose. The amount of phosphoric acid groups (mmol / g) is calculated. Furthermore, the degree of phosphate group substitution (DS) per glucose unit of phosphated cellulose is calculated by the following formula:
DS = 0.162 × A / (1-0.079 × A)
A: Phosphoric acid group amount (mmol / g) per 1 g of hydrogen-type phosphorylated esterified cellulose.
 (1-3)アニオン変性セルロース
 原料であるセルロースに対し、上記で例示したようなアニオン変性を行うことにより、アニオン変性セルロースを得ることができる。また、市販のものを用いてもよい。アニオン変性セルロースの種類としては、カルボキシル基を有するセルロースまたはカルボキシアルキル基を有するセルロースが好ましい。特に、N-オキシル化合物と酸化剤とを用いてセルロースを酸化することにより得られたカルボキシル化セルロースは、カルボキシル基が均一に導入されており、均一に解繊しやすく、透明度の高いセルロースナノファイバーが得られる点で好ましい。
(1-3) Anion-Modified Cellulose The anion-modified cellulose can be obtained by subjecting the cellulose as a raw material to anion modification as exemplified above. Moreover, you may use a commercially available thing. The type of anion-modified cellulose is preferably cellulose having a carboxyl group or cellulose having a carboxyalkyl group. In particular, carboxylated cellulose obtained by oxidizing cellulose with an N-oxyl compound and an oxidizing agent has uniformly introduced carboxylic groups, is easily disentangled uniformly, and has high transparency. Is preferred in that
 アニオン変性セルロースとしては、水や水溶性有機溶媒に分散した際にも繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるものを用いる。繊維状の形状が維持されないもの(すなわち、溶解するもの)を用いると、ナノファイバーを得ることができない。分散した際に繊維状の形状の少なくとも一部が維持されるとは、アニオン変性セルロースの分散体を電子顕微鏡で観察すると、繊維状の物質を観察することができるものである。また、X線回折で測定した際にセルロースI型結晶のピークを観測することができるアニオン変性セルロースは好ましい。 As anion-modified cellulose, use one that maintains at least part of its fibrous shape when dispersed in water or a water-soluble organic solvent. Nanofibers cannot be obtained using a material that does not maintain a fibrous shape (that is, a material that dissolves). That at least a part of the fibrous shape is maintained when dispersed means that a fibrous substance can be observed by observing the dispersion of anion-modified cellulose with an electron microscope. Further, anion-modified cellulose capable of observing the peak of cellulose type I crystal when measured by X-ray diffraction is preferable.
 アニオン変性セルロースにおけるセルロースの結晶化度は、結晶I型が50%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い。結晶性を上記範囲に調整することにより、解繊により繊維を微細化した後も溶解することのない結晶性セルロース繊維を充分に得ることができる。セルロースの結晶性は、原料であるセルロースの結晶化度、及びアニオン変性の度合によって制御できる。アニオン変性セルロースの結晶化度の測定方法は、以下の通りである:
 試料をガラスセルに乗せ、X線回折測定装置(LabX XRD-6000、株式会社島津製作所製)を用いて測定する。結晶化度の算出はSegal等の手法を用いて行い、X線回折図の2θ=10゜~30゜の回折強度をベースラインとして、2θ=22.6゜の002面の回折強度と2θ=18.5゜のアモルファス部分の回折強度から次式により算出する。
Xc=(I002c-Ia)/I002c×100
Xc:セルロースのI型の結晶化度(%)
I002c:2θ=22.6゜、002面の回折強度
Ia:2θ=18.5゜、アモルファス部分の回折強度。
The crystallinity of the cellulose in the anion-modified cellulose is preferably 50% or more, and more preferably 60% or more in the crystal type I. By adjusting the crystallinity within the above range, it is possible to sufficiently obtain crystalline cellulose fibers that do not dissolve even after the fibers are made fine by defibration. The crystallinity of cellulose can be controlled by the crystallinity of the raw material cellulose and the degree of anion modification. The method for measuring the crystallinity of anion-modified cellulose is as follows:
The sample is placed on a glass cell and measured using an X-ray diffraction measurement device (LabX XRD-6000, manufactured by Shimadzu Corporation). The degree of crystallinity was calculated using a method such as Segal, and the diffraction intensity of 2θ = 22.6 ° and the 2θ = 2θ = 22.6 ° were used as the baseline with the diffraction intensity of 2θ = 10 ° to 30 ° of the X-ray diffraction diagram as the baseline. It is calculated by the following formula from the diffraction intensity of the amorphous portion at 18.5 °.
Xc = (I002c-Ia) / I002c × 100
Xc: Type I crystallinity of cellulose (%)
I002c: 2θ = 22.6 °, diffraction intensity Ia: 2θ = 18.5 °, amorphous region diffraction intensity.
 アニオン変性セルロースのセルロースI型結晶の割合と、同アニオン変性セルロースをナノファイバーとしたときのセルロースI型結晶の割合は、通常同じである。 The proportion of cellulose type I crystals of anion-modified cellulose and the proportion of cellulose type I crystals of the same anion-modified cellulose as nanofibers are usually the same.
(2)工程2
 工程2では、アニオン変性セルロースをキャビテーション噴流装置を用いて処理(解繊)することにより、アニオン変性セルロースナノファイバーを製造する。
(2) Step 2
In step 2, anion-modified cellulose nanofibers are produced by treating (defibrating) anion-modified cellulose with a cavitation jet device.
 (2-1)アニオン変性セルロース分散体
 解繊に際しては、アニオン変性セルロースの分散体を準備する。分散媒は、水または有機溶媒、あるいはこれらの混合物を適宜選択できる。有機溶媒の種類は問わないが、例えばセルロース中の水酸基との親和性が高い極性溶媒が好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド等を挙げることができる。上記分散媒は単独で用いても良いし、2種類以上を混合して用いてもよい。例えば、有機溶媒を2種類以上混合する形態、水と有機溶媒を含む形態、水のみの形態などを適宜選択することができる。水のみを分散媒として用いること(すなわち、水100%)は、取扱いの容易性から好ましい。水と有機溶媒とを混合する場合の混合割合は特に限定されず、使用する有機溶媒の種類に応じて適宜混合割合を調整すればよい。
(2-1) Anion-modified cellulose dispersion For defibration, an anion-modified cellulose dispersion is prepared. As the dispersion medium, water, an organic solvent, or a mixture thereof can be appropriately selected. The type of organic solvent is not limited, but for example, a polar solvent having a high affinity for hydroxyl groups in cellulose is preferable, and methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol are preferred. , Glycerin, ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, acetone, methyl ethyl ketone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and the like. The above dispersion media may be used alone or in combination of two or more. For example, a form in which two or more kinds of organic solvents are mixed, a form containing water and an organic solvent, a form containing only water, and the like can be appropriately selected. It is preferable to use only water as the dispersion medium (that is, 100% of water) from the viewpoint of easy handling. The mixing ratio when water and the organic solvent are mixed is not particularly limited, and the mixing ratio may be appropriately adjusted depending on the type of the organic solvent used.
 キャビテーション噴流装置に供するアニオン変性セルロース分散体の固形分濃度は10.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは7.0質量%以下、さらに好ましくは0.1~5.0質量%の範囲で処理することが気泡の発生効率の点から好ましい。 The solid content concentration of the anion-modified cellulose dispersion used in the cavitation jet device is preferably 10.0% by mass or less, more preferably 7.0% by mass or less, and further preferably 0.1 to 5.0% by mass. It is preferable to treat within the range from the viewpoint of bubble generation efficiency.
 また、アニオン変性セルロース分散体のpHは、好ましくはpH6~13、より好ましくはpH6~12、更に好ましくはpH6~10である。pHが6以上であればアニオン変性セルロースの解繊が進行しやすい。一方、pHは13を超えると、パルプ繊維のアルカリ焼けが生じ、白色度が低下するので好ましくない。 The pH of the anion-modified cellulose dispersion is preferably pH 6 to 13, more preferably pH 6 to 12, and still more preferably pH 6 to 10. If the pH is 6 or more, defibration of the anion-modified cellulose is likely to proceed. On the other hand, if the pH exceeds 13, alkaline burning of the pulp fiber occurs and the whiteness decreases, which is not preferable.
 (2-2)キャビテーション噴流装置
 キャビテーション噴流装置とは、噴射液体を圧縮し高速でノズル先端より被噴射液体に向けて噴射することで、ノズル近傍での極めて高いせん断力と、急激な減圧で液体が膨張することにより発生するキャビテーション気泡の崩壊エネルギーと、によって噴射液体及び被噴射液体中の固形の塊を細断する装置である。繊維に対して刃物等の物理的な接触がないことから、繊維の短小化を引き起こしにくい。
(2-2) Cavitation jet device The cavitation jet device compresses the jetted liquid and jets it toward the jetted liquid from the tip of the nozzle at high speed, thereby producing an extremely high shearing force in the vicinity of the nozzle and a sudden depressurization of the liquid. Is a device that shreds solid lumps in the jetted liquid and the jetted liquid by the collapse energy of cavitation bubbles generated by the expansion of the. Since there is no physical contact of the blade with the fiber, it is difficult to cause the fiber to become short.
 噴射液体としては、上述のアニオン変性セルロース分散体に用いる分散媒や、アニオン変性セルロース分散体自体を用いることができる。被噴射液体としては、上述のアニオン変性セルロース分散体を用いる。噴射液体を被噴射液体であるアニオン変性セルロース分散体に向けて噴射し、噴流を生じさせることにより、被噴射液体中でキャビテーションを発生させ、キャビテーション気泡の崩壊エネルギーにより被噴射液体中のアニオン変性セルロースを解繊することができる。噴射液体として、アニオン変性セルロース分散体を用いることは効率のよい解繊を行う観点から好ましい。噴射液体にアニオン変性セルロース分散体を用いると、噴流周りに発生するキャビテーションによる作用効果に加え、高圧でノズルまたはオリフィスから噴射する際の流体力学的せん断力が得られるため、効率よく解繊を行うことができる。 As the jetting liquid, the dispersion medium used in the above-mentioned anion-modified cellulose dispersion or the anion-modified cellulose dispersion itself can be used. The above-mentioned anion-modified cellulose dispersion is used as the liquid to be ejected. By jetting the jetted liquid toward the anion-modified cellulose dispersion that is the jetted liquid and generating a jet flow, cavitation is generated in the jetted liquid, and the anion-modified cellulose in the jetted liquid is generated by the collapse energy of the cavitation bubbles. Can be defibrated. It is preferable to use an anion-modified cellulose dispersion as the jet liquid from the viewpoint of efficient defibration. When an anion-modified cellulose dispersion is used as the jetting liquid, in addition to the effect of cavitation generated around the jet flow, hydrodynamic shearing force at the time of jetting from a nozzle or orifice at high pressure is obtained, so efficient defibration is performed. be able to.
 キャビテーションは、液体が加速されて局所的な圧力がその液体の蒸気圧より低くなったときに発生するため、キャビテーションの発生を制御するには、流速及び圧力が重要となる。キャビテーション状態を表わす基本的な無次元数、キャビテーション数(Cavitation  Number)σは次の数式1のように定義される(加藤洋治編著、新版キャビテーション基礎と最近の進歩、槇書店、1999)。 Cavitation occurs when the liquid is accelerated and the local pressure becomes lower than the vapor pressure of the liquid, so the flow velocity and pressure are important to control the generation of cavitation. The basic dimensionless number representing the cavitation state, the cavitation number σ, is defined by the following mathematical formula 1 (Yoji Kato, New Edition Cavitation Basics and Recent Advances, Maki Shoten, 1999).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
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 キャビテーション数が大きいということは、その流れ場がキャビテーションを発生し難い状態にあるということを示す。キャビテーション噴流のようなノズルまたはオリフィスを通してキャビテーションを発生させる場合は、ノズルまたはオリフィスの上流側圧力p、ノズルまたはオリフィスの下流側圧力p、試料水の飽和蒸気圧pから、キャビテーション数σは下記の数式2のように書きかえることができ、キャビテーション噴流では、p、p、p間の圧力差が大きく、p>>p>>pとなることから、キャビテーション数σはさらにp/pに近似することができる(H.  Soyama,  J.  Soc.  Mat.  Sci.  Japan,  47(4),  381  1998)。 A large cavitation number means that the flow field is in a state where cavitation is unlikely to occur. When cavitation is generated through a nozzle or orifice such as a cavitation jet, the cavitation number σ is calculated from the upstream pressure p 1 of the nozzle or orifice, the downstream pressure p 2 of the nozzle or orifice, and the saturated vapor pressure p v of the sample water. It can be rewritten as Equation 2 below, and in the cavitation jet, the pressure difference between p 1 , p 2 , and p v is large, and p 1 >> p 2 >> p v , so the cavitation number σ Can be further approximated to p 2 / p 1 (H. Soyama, J. Soc. Mat. Sci. Japan, 47 (4), 381 1998).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
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 本発明においてキャビテーションの条件は、上述したp/pに近似することができるキャビテーション数σ(すなわち、下流側圧力/上流側圧力)が0.001以上0.500以下であることが望ましく、0.003以上0.200以下であることが好ましく、0.010以上0.100以下であることが特に好ましい。キャビテーション数σが0.001未満である場合、キャビテーション気泡が崩壊する時の周囲との圧力差が低いため解繊効果が小さくなり、0.500より大である場合は、流れの圧力差が低くキャビテーションが発生し難くなる。 In the present invention, the cavitation condition is that the cavitation number σ (that is, the downstream pressure / upstream pressure) that can be approximated to p 2 / p 1 described above is preferably 0.001 or more and 0.500 or less, It is preferably 0.003 or more and 0.200 or less, and particularly preferably 0.010 or more and 0.100 or less. When the cavitation number σ is less than 0.001, the defibration effect is small because the pressure difference between the cavitation bubbles and the surroundings is low, and when it is larger than 0.500, the flow pressure difference is low. Cavitation is less likely to occur.
 ノズルまたはオリフィスを通じて噴射液体を噴射してキャビテーションを発生させる際には、噴射液体の圧力(上流側圧力)は0.01MPa以上30.00MPa以下であることが望ましく、0.70MPa以上20.00MPa以下であることが好ましく、2.00MPa以上10.00MPa以下であることが特に好ましい。上流側圧力が0.01MPa未満では下流側圧力との間で圧力差を生じ難く作用効果は小さい。また、30.00MPaより高い場合、消費エネルギーが大きくなることからコスト的に不利である。一方、容器内の圧力(下流側圧力)は静圧で0.05MPa以上0.50MPa以下が好ましい。 When jetting the jetting liquid through a nozzle or an orifice to generate cavitation, the pressure of the jetting liquid (upstream pressure) is preferably 0.01 MPa or more and 30.00 MPa or less, and 0.70 MPa or more and 20.00 MPa or less. Is preferable, and it is particularly preferable that the pressure is 2.00 MPa or more and 10.00 MPa or less. When the upstream pressure is less than 0.01 MPa, a pressure difference is less likely to occur between the upstream pressure and the downstream pressure, and the effect is small. Further, when it is higher than 30.00 MPa, energy consumption becomes large, which is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, the pressure (downstream pressure) in the container is preferably 0.05 MPa or more and 0.50 MPa or less in static pressure.
 噴射液体の噴射の速度は1m/秒以上200m/秒以下の範囲であることが望ましく、20m/秒以上100m/秒以下の範囲であることが好ましい。噴射の速度が1m/秒未満である場合、圧力低下が低く、キャビテーションが発生し難いため、その効果は弱い。一方、200m/秒より大きい場合、高圧を要し特別な装置が必要であり、コスト的に不利である。 The jetting speed of the jetted liquid is preferably in the range of 1 m / sec or more and 200 m / sec or less, and more preferably in the range of 20 m / sec or more and 100 m / sec or less. If the injection speed is less than 1 m / sec, the pressure drop is low and cavitation is unlikely to occur, so the effect is weak. On the other hand, when it is higher than 200 m / sec, high pressure is required and a special device is required, which is disadvantageous in cost.
 キャビテーション噴流装置は、液体を噴射するためのノズルまたはオリフィスの直後に、キャビテーションの発生場所となる一定の広さの配管または容器を有している。このノズルまたはオリフィスの直後の配管の内径(配管または容器の壁厚を含まない内直径)が、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生じるキャビテーション噴流の最大幅と、同程度であると、アニオン変性セルロースの解繊が効率よく進行するようになるので好ましい。例えば、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生じるキャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の50%以上の長さとなるように調整することが好ましく、55%以上がより好ましく、60%以上がより好ましく、65%以上がさらに好ましく、70%以上がさらに好ましく、80%以上がさらに好ましく、85%以上がさらに好ましい。また、130%以下の長さとなるように調整することが好ましく、110%以下がより好ましく、100%未満がより好ましい。ここで、ノズルとは、液体を一定の方向に噴射するためのパイプ状の部品をいい、一般には、配管の円形の断面の面積を縮小させる(または配管内径を縮小させる)ことで液体を高速で噴出させる部品をいう。オリフィスとは、液体を噴射するために壁に開けられた穴をいう。ノズルまたはオリフィスから液体を噴射すると、液体噴流によって生じるキャビテーション気泡の群がノズルまたはオリフィスの出口を頂点とした円錐形状にみられる。このキャビテーション気泡の群をキャビテーション噴流と呼ぶ。キャビテーション噴流の最大幅とは、キャビテーション噴流の噴射方向に垂直な幅(直径)のうち、最大の幅をいうものとする。キャビテーション噴流の最大幅は、用いるノズルまたはオリフィス、噴射液体、被噴射液体、噴射速度、下流側圧力/上流側圧力の比、温度などの条件によって変動する。キャビテーション噴流の最大幅を測定する際、キャビテーション噴流の幅が大きく、ノズルまたはオリフィス直後の配管の内壁に接触する場合には、キャビテーション噴流が内壁に接触しないようなより大きい配管を用いて同一条件で噴射を行い、キャビテーション噴流の最大幅を求めることとする。また、ノズルまたはオリフィス直後の配管に対して複数のノズルまたはオリフィスを接続させて、それぞれのノズルまたはオリフィスから上記配管内に液体を噴射して複数のキャビテーション噴流を生じさせてもよく、この場合のキャビテーション噴流の最大幅は、各々のノズルまたはオリフィスから発生したキャビテーション噴流を1つのキャビテーション噴流と見立てた際の最大幅をいう。すなわち、複数のキャビテーション噴流が末端で合一する場合にはその合一したキャビテーション噴流の最大幅であり、一方、複数のキャビテーション噴流の少なくとも一部が合一せずに互いに独立している場合には、観察される複数のキャビテーション噴流のうちの最も外側(各噴流の噴射方向に垂直な面の中心から配管の内壁側へと離れた側)の位置同士を結んで得られる最大の幅をいう。 The cavitation jet device has a pipe or container of a certain size, which is a place where cavitation occurs immediately after a nozzle or orifice for injecting a liquid. If the inner diameter of the pipe immediately after this nozzle or orifice (the inner diameter not including the wall thickness of the pipe or container) is the same as the maximum width of the cavitation jet generated by the liquid jet injected through the nozzle or orifice, anion modification This is preferable because the defibration of cellulose will proceed efficiently. For example, it is preferable to adjust the maximum width of the cavitation jet generated by the liquid jet jetted through the nozzle or the orifice to be 50% or more of the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or the orifice, and more preferably 55% or more, 60% or more is more preferable, 65% or more is further preferable, 70% or more is further preferable, 80% or more is further preferable, and 85% or more is further preferable. The length is preferably adjusted to 130% or less, more preferably 110% or less, and further preferably less than 100%. Here, the nozzle is a pipe-shaped component for ejecting a liquid in a certain direction, and generally, the liquid can be discharged at high speed by reducing the area of the circular cross section of the pipe (or reducing the inner diameter of the pipe). Refers to the parts that are ejected. An orifice is a hole made in a wall for ejecting a liquid. When liquid is ejected from the nozzle or orifice, a group of cavitation bubbles generated by the liquid jet appears in a conical shape with the outlet of the nozzle or orifice as the apex. This group of cavitation bubbles is called a cavitation jet. The maximum width of the cavitation jet means the maximum width of the width (diameter) perpendicular to the jet direction of the cavitation jet. The maximum width of the cavitation jet changes depending on conditions such as the nozzle or orifice used, the jet liquid, the jet liquid, the jet velocity, the downstream pressure / upstream pressure ratio, and the temperature. When measuring the maximum width of the cavitation jet, if the width of the cavitation jet is large and it contacts the inner wall of the pipe immediately after the nozzle or orifice, use a larger pipe so that the cavitation jet does not contact the inner wall under the same conditions. Injection is performed and the maximum width of the cavitation jet is determined. Further, a plurality of nozzles or orifices may be connected to the pipe immediately after the nozzle or orifice, and a liquid may be jetted into the pipe from each nozzle or orifice to generate a plurality of cavitation jets. The maximum width of the cavitation jet is the maximum width when the cavitation jet generated from each nozzle or orifice is regarded as one cavitation jet. That is, when a plurality of cavitation jets coalesces at the end, it is the maximum width of the coalesced cavitation jet, while on the other hand, when at least some of the cavitation jets do not coalesce and are independent of each other. Is the maximum width obtained by connecting the outermost positions of the plurality of observed cavitation jets (the side away from the center of the plane perpendicular to the jet direction of each jet toward the inner wall of the pipe). ..
 また、ノズルまたはオリフィス直後の配管とは、ノズルまたはオリフィスが接続しており、キャビテーション噴流が形成される場所となる任意の容器または配管をいう。配管の形状は、円筒状、角筒状、円錐状、角錐状などいずれであってもよいが、解繊後の繊維の滞留を防ぐためには、円筒状であることが好ましい。ノズルまたはオリフィス直後の配管径とは、配管のキャビテーション噴流の噴射方向に垂直な幅(配管の内直径)をいう。配管が角筒状であるなど、円筒状以外の筒状の形状である場合には、キャビテーション噴流の噴射方向に垂直な幅のうち、最小の幅をいうものとする。また、配管が円錐状または角錐状である場合には、キャビテーション噴流の幅が最大となる断面の配管径(角錐状である場合には、同断面の最小の幅)をいうものとする。 Further, the pipe immediately after the nozzle or orifice means any container or pipe to which the nozzle or orifice is connected and which is a place where a cavitation jet is formed. The shape of the pipe may be any of a cylindrical shape, a rectangular tube shape, a conical shape, a pyramidal shape, and the like, and is preferably a cylindrical shape in order to prevent the fibers from staying after the defibration. The pipe diameter immediately after the nozzle or the orifice means the width (inner diameter of the pipe) perpendicular to the jetting direction of the cavitation jet of the pipe. When the pipe has a tubular shape other than a cylindrical shape, such as a square tubular shape, the smallest width of the widths perpendicular to the jet direction of the cavitation jet is meant. Further, when the pipe has a conical shape or a pyramid shape, it means the pipe diameter of the cross section where the width of the cavitation jet is maximum (in the case of the pyramid shape, the minimum width of the cross section).
 ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生じるキャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の50%未満の長さである場合、ノズルまたはオリフィス直後の配管(または容器)がキャビテーション噴流に対して大きすぎるため、配管(または容器)内にアニオン変性セルロースとアニオン変性セルロースナノファイバーとが滞留し、解繊が進みにくくなる。一方、130%を超える長さである場合、キャビテーション噴流の多くの部分が、ノズルまたはオリフィス直後の配管に直接、接触し、配管の壊食が生じる場合がある。キャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の100%以上130%以下である場合には、キャビテーション噴流の一部(末端)がノズルまたはオリフィス直後の配管と接触することとなるが、接触は部分的なものであり、また、キャビテーション噴流の末端(ノズルまたはオリフィスから遠い部分)の衝撃はやや弱く、配管への影響が少ないため使用可能である。キャビテーション噴流の最大幅が、ノズルまたオリフィス直後の配管の内径の100%未満である場合には、ノズルまたはオリフィス直後の配管の壊食が生じないため、好ましい。 If the maximum width of the cavitation jet generated by the liquid jet jetted through the nozzle or orifice is less than 50% of the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or orifice, the pipe (or container) immediately after the nozzle or orifice becomes the cavitation jet. On the other hand, since it is too large, the anion-modified cellulose and the anion-modified cellulose nanofibers are retained in the pipe (or container), and the defibration is difficult to proceed. On the other hand, when the length is more than 130%, many parts of the cavitation jet flow may come into direct contact with the pipe immediately after the nozzle or the orifice, causing erosion of the pipe. When the maximum width of the cavitation jet is 100% or more and 130% or less of the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or the orifice, a part (end) of the cavitation jet comes into contact with the pipe immediately after the nozzle or the orifice. The contact is partial, and the impact of the end of the cavitation jet (the part far from the nozzle or orifice) is rather weak, and it has little influence on the piping, so it can be used. When the maximum width of the cavitation jet is less than 100% of the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or the orifice, erosion of the pipe immediately after the nozzle or the orifice does not occur, which is preferable.
 キャビテーション噴流の最大幅とノズルまたはオリフィス直後の配管の内径との割合は、ノズルまたはオリフィス直後の配管の内径を調整する他、前述の下流側圧力/上流側圧力の比を調整したり、また、噴射液体の噴射速度を調整したりするなどしてキャビテーション噴流の最大幅を変化させることにより、調整することができる。 The ratio between the maximum width of the cavitation jet and the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or the orifice is adjusted by adjusting the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle or the orifice, by adjusting the ratio of the downstream pressure / the upstream pressure, and This can be adjusted by changing the maximum width of the cavitation jet by adjusting the jet speed of the jet liquid.
 キャビテーションを発生させるための液体の噴射は、パルパーの様な大気開放の容器の中でなされても良いが、キャビテーションをコントロールするために圧力容器の中でなされるのが好ましい。 The injection of liquid for generating cavitation may be performed in an atmospherically open container such as a pulper, but it is preferable to perform injection in a pressure container to control cavitation.
 キャビテーションは液体中の気体の量に影響され、気体が多過ぎる場合は気泡同士の衝突と合一が起こり崩壊衝撃力が他の気泡に吸収されるクッション効果を生じるため衝撃力が弱まる。液体中の気体の量は、溶存気体と蒸気圧の影響を受けるため、処理温度を一定の範囲に制御することにより、キャビテーションの衝撃力を調整することは好ましい。処理温度は、分散媒の種類にもよるが、0℃以上70℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがさらに好ましい。一般には、融点と沸点の中間点で衝撃力が最大となると考えられることから、水を分散媒とする場合、50℃前後が好適であるが、それ以外の温度であっても上記の範囲であれば十分な解繊効果が得られる。 Cavitation is affected by the amount of gas in the liquid, and when there is too much gas, bubbles collide with each other and coalesce, resulting in a cushioning effect that the collapse impact force is absorbed by other bubbles, weakening the impact force. Since the amount of gas in the liquid is affected by the dissolved gas and vapor pressure, it is preferable to adjust the impact force of cavitation by controlling the treatment temperature within a certain range. The treatment temperature depends on the type of dispersion medium, but is preferably 0 ° C. or higher and 70 ° C. or lower, and more preferably 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. In general, it is considered that the impact force becomes maximum at the midpoint between the melting point and the boiling point, so that when water is used as the dispersion medium, about 50 ° C. is preferable, but at other temperatures, within the above range. If so, a sufficient defibration effect can be obtained.
 キャビテーションを発生させるために必要なエネルギーを低減するために、噴射液体及び/または被噴射液体に界面活性剤を添加してもよい。使用する界面活性剤は特に限定されず、例えば、脂肪酸塩、高級アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール、アルキルフェノール、脂肪酸等のアルキレンオキシド付加物などの非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤などを挙げることができる。これらを単一で、または2種以上組み合せて用いてもよい。界面活性剤を添加する場合、添加量は、噴射液体及び/または被噴射液体の表面張力を低下させるために必要な量であればよい。 A surfactant may be added to the jet liquid and / or the jet liquid in order to reduce the energy required to generate cavitation. The surfactant used is not particularly limited, and examples thereof include nonionic surfactants such as fatty acid salts, higher alkyl sulfates, alkylbenzene sulfonates, higher alcohols, alkylphenols, and alkylene oxide adducts of fatty acids, anionic surfactants. Agents, cationic surfactants, amphoteric surfactants and the like. You may use these individually or in combination of 2 or more types. When the surfactant is added, the addition amount may be an amount necessary to reduce the surface tension of the jet liquid and / or the jet liquid.
 所望の解繊度合となるまで、キャビテーション噴流装置による処理を複数回繰り返してもよい。複数回処理する際には、一台の装置に必要回数循環させてもよいし、複数の装置を並列に用いて、あるいは複数の装置に順に流すことにより、処理してもよい。 The treatment with the cavitation jet device may be repeated multiple times until the desired degree of defibration is achieved. When the treatment is performed a plurality of times, it may be circulated in a single device as many times as necessary, or the treatment may be performed by using a plurality of devices in parallel or by sequentially flowing the plurality of devices.
 (2-3)アニオン変性セルロースナノファイバー
 上記のキャビテーション噴流装置による解繊により、アニオン変性セルロースをナノオーダーの平均繊維径となるまで解繊してナノファイバーを得ることができる。ナノオーダーの平均繊維径とは、1μm未満の平均繊維径をいう。本発明では、アニオン変性セルロースナノファイバーは、好ましくは平均繊維径が3nm~500nm程度、更に好ましくは3nm~150nm程度、更に好ましくは3nm~20nm程度である。アスペクト比は30以上、好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上である。アスペクト比の上限は限定されないが、500以下程度となる。
(2-3) Anion-Modified Cellulose Nanofibers By defibration with the above cavitation jet device, anion-modified cellulose can be defibrated until the average fiber diameter on the order of nanometers is obtained to obtain nanofibers. The nano-order average fiber diameter means an average fiber diameter of less than 1 μm. In the present invention, the anion-modified cellulose nanofibers preferably have an average fiber diameter of about 3 nm to 500 nm, more preferably about 3 nm to 150 nm, further preferably about 3 nm to 20 nm. The aspect ratio is 30 or more, preferably 50 or more, more preferably 100 or more. The upper limit of the aspect ratio is not limited, but is about 500 or less.
 アニオン変性セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、径が20nm未満の場合は原子間力顕微鏡(AFM)、20nm以上の場合は電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析し、平均を算出することにより、測定することができる。また、アスペクト比は下記の式により算出することができる:
 アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径。
The average fiber diameter and the average fiber length of the anion-modified cellulose nanofibers are determined by using an atomic force microscope (AFM) when the diameter is less than 20 nm and a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) when the diameter is 20 nm or more. The measurement can be performed by analyzing 200 randomly selected fibers and calculating an average. Also, the aspect ratio can be calculated by the following formula:
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter.
 アニオン変性セルロースナノファイバーとしては、分散体とした際に透明度が高くなるものが好ましい。透明度は、例えば、以下の方法で測定される:
 所定の濃度のセルロースナノファイバー分散体を調製し、UV-VIS分光光度計 UV-1800(株式会社島津製作所製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて、660nm 光の透過率(%)を測定し、透明度とする。
As the anion-modified cellulose nanofibers, those having high transparency when formed into a dispersion are preferable. Clarity is measured, for example, by the following method:
A cellulose nanofiber dispersion having a predetermined concentration was prepared, and a UV-VIS spectrophotometer UV-1800 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used, and a 660 nm light transmittance (%) was measured using a prismatic cell having an optical path length of 10 mm. ) Is measured and used as the transparency.
 本発明では、例えば、分散媒を水とした固形分1.0質量%のアニオン変性セルロースナノファイバー分散体について、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。透明度が高いことは、未解繊の繊維が少なく、解繊が均質に進んだことを意味する。未解繊の大きい繊維が残存している場合、ゴム成分と混合してゴム組成物を得た際に、ゴム組成物中の大きい繊維を起点としてゴムが破断しやすくなるという問題が生じ得る。透明度が高く、解繊が均質に進んでいるアニオン変性セルロースナノファイバーは、このような問題が生じにくい点から好ましい。透明度の上限は特に限定されないが、例えば99%である。 In the present invention, for example, with respect to an anion-modified cellulose nanofiber dispersion having a solid content of 1.0 mass% with water as a dispersion medium, it is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and 90%. It is more preferable that the above is satisfied. The high transparency means that the number of undisentangled fibers is small and the disentanglement proceeds uniformly. When the undisentangled fibers remain, when the rubber composition is mixed with the rubber component to give a rubber composition, a problem may occur in that the rubber tends to break from the large fibers in the rubber composition as a starting point. Anion-modified cellulose nanofibers having high transparency and defibration progressing uniformly are preferable because such problems are less likely to occur. The upper limit of transparency is not particularly limited, but is 99%, for example.
 アニオン変性セルロースナノファイバーの粘度は、特に限定されないが、分散体とした際に粘度が高くなるものは好ましい。粘度は、例えば、以下の方法で測定される:
 所定の濃度のセルロースナノファイバー分散体を調製し、JIS-Z-8803の方法に準じて、B型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃で、回転数60rpmまたは6rpmで3分後の値を測定する。
The viscosity of the anion-modified cellulose nanofibers is not particularly limited, but those having a high viscosity when made into a dispersion are preferable. Viscosity is measured, for example, by the following method:
A cellulose nanofiber dispersion having a predetermined concentration was prepared, and a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) was used in accordance with the method of JIS-Z-8803 at 25 ° C., and the rotation speed was 60 rpm or 6 rpm. Measure the value after a minute.
 例えば、分散媒を水とした固形分1.0質量%のアニオン変性セルロースナノファイバー分散体について、上記の方法で測定した6rpmにおけるB型粘度が、5000mPa・s以上、あるいは7000mPa・s以上、あるいは10000mPa・s以上、あるいは15000mPa・s以上、あるいは17000mPa・s以上であってもよいし、また、60rpmにおけるB型粘度が、1000mPa・s以上、あるいは2000mPa・s以上、あるいは3000mPa・s以上、あるいは4000mPa・s以上であってもよい。しかし、これらに限定されない。粘度が高いことは、解繊時の繊維の損傷が少ないことを意味する。キャビテーション噴流装置は、超高圧ホモジナイザーに比べて処理圧が低いため、解繊時の繊維の損傷が少なくなると考えられる。粘度の上限は特に限定されない。 For example, regarding an anion-modified cellulose nanofiber dispersion having a solid content of 1.0% by mass with water as a dispersion medium, the B-type viscosity at 6 rpm measured by the above method is 5000 mPa · s or more, or 7,000 mPa · s or more, or It may be 10000 mPa · s or more, or 15000 mPa · s or more, or 17000 mPa · s or more, and the B-type viscosity at 60 rpm is 1000 mPa · s or more, or 2000 mPa · s or more, or 3000 mPa · s or more, or It may be 4000 mPa · s or more. However, it is not limited to these. Higher viscosity means less damage to the fiber during defibration. Since the cavitation jet device has a lower processing pressure than the ultrahigh pressure homogenizer, it is considered that the damage to the fiber during defibration is reduced. The upper limit of the viscosity is not particularly limited.
 (3)工程3
 工程3では、工程2で得られたアニオン変性セルロースナノファイバーをゴム成分と混合してマスターバッチを製造する。
(3) Step 3
In step 3, the anion-modified cellulose nanofibers obtained in step 2 are mixed with a rubber component to produce a masterbatch.
 (3-1)ゴム成分
 ゴム成分とはゴムの原料であって架橋してゴムとなるものをいう。天然ゴム用のゴム成分および合成ゴム用のゴム成分が存在するが、本発明においてはいずれを用いてもよく、また両者を組合せてもよい。便宜上、天然ゴム用等のゴム成分を「天然ゴムポリマー」等という。
(3-1) Rubber Component The rubber component is a raw material of rubber, which is crosslinked to form rubber. Although there are rubber components for natural rubber and rubber components for synthetic rubber, any of them may be used in the present invention, or both may be combined. For convenience, the rubber component for natural rubber or the like is referred to as "natural rubber polymer" or the like.
 天然ゴム(NR)ポリマーとしては、化学修飾を施さない狭義の天然ゴムポリマー;塩素化天然ゴムポリマー、クロロスルホン化天然ゴムポリマー、エポキシ化天然ゴムポリマー等の化学修飾した天然ゴムポリマー;水素化天然ゴムポリマー;脱タンパク天然ゴムポリマーが挙げられる。合成ゴムポリマーとしては例えば、ブタジエンゴム(BR)ポリマー、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)ポリマー、イソプレンゴム(IR)ポリマー、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)ポリマー、クロロプレンゴム(CR)ポリマー、スチレン-イソプレン共重合体ゴムポリマー、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体ゴムポリマー、イソプレン-ブタジエン共重合体ゴムポリマー等のジエン系ゴムポリマー;ブチルゴム(IIR)ポリマー、エチレン-プロピレンゴム(EPM、EPDM)ポリマー、アクリルゴム(ACM)ポリマー、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)ポリマー、フッ素ゴム(FKM)ポリマー、シリコーンゴム(Q)ポリマー、ウレタンゴム(U)ポリマー、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)ポリマー等の非ジエン系ゴムポリマーが挙げられる。これらのゴムポリマーは一種のみ使用してもよいし、複数種を併用してもよい。これらの中でも補強性の観点から、天然ゴム(NR)ポリマーを含むジエン系ゴムポリマーが特に好ましい。好ましいジエン系ゴムポリマーとしては、天然ゴム(NR)ポリマー、イソプレンゴム(IR)ポリマー、ブタジエンゴム(BR)ポリマー、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)ポリマー、ブチルゴム(IIR)ポリマー、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)ポリマー、及び上記の変性天然ゴムポリマー等が挙げられる。 As a natural rubber (NR) polymer, a natural rubber polymer in a narrow sense that is not chemically modified; a chemically modified natural rubber polymer such as a chlorinated natural rubber polymer, a chlorosulfonated natural rubber polymer, an epoxidized natural rubber polymer; a hydrogenated natural Rubber polymer: Deproteinized natural rubber polymer can be mentioned. Examples of synthetic rubber polymers include butadiene rubber (BR) polymer, styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) polymer, isoprene rubber (IR) polymer, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) polymer, chloroprene rubber (CR) polymer, styrene. -Diene rubber polymers such as isoprene copolymer rubber polymers, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber polymers, isoprene-butadiene copolymer rubber polymers; butyl rubber (IIR) polymers, ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM) polymers , Acrylic rubber (ACM) polymer, epichlorohydrin rubber (CO, ECO) polymer, fluororubber (FKM) polymer, silicone rubber (Q) polymer, urethane rubber (U) polymer, chlorosulfonated polyethylene (CSM) polymer, etc. Examples include non-diene rubber polymers. These rubber polymers may be used alone or in combination of two or more. Among these, diene rubber polymers including natural rubber (NR) polymers are particularly preferable from the viewpoint of reinforcement. Preferred diene rubber polymers include natural rubber (NR) polymers, isoprene rubber (IR) polymers, butadiene rubber (BR) polymers, styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) polymers, butyl rubber (IIR) polymers, acrylonitrile-butadiene. Examples thereof include rubber (NBR) polymers and the above-mentioned modified natural rubber polymers.
 ゴム成分はそのまま混合に供してもよいが、ゴム成分を分散媒に分散させた分散液(ラテックス)や溶媒に溶解した溶液にして混合に供してもよい。分散媒および溶媒(以下、まとめて「液状媒体」ともいう)としては例えば、水、有機溶媒が挙げられる。液状媒体の量は、ゴム成分100質量部に対して10~1000質量部が好ましい。 The rubber component may be used for mixing as it is, or may be used for mixing as a dispersion liquid (latex) in which the rubber component is dispersed in a dispersion medium or a solution dissolved in a solvent. Examples of the dispersion medium and the solvent (hereinafter collectively referred to as “liquid medium”) include water and organic solvents. The amount of the liquid medium is preferably 10 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
 (3-2)ゴム成分との混合に供されるセルロースナノファイバーの形態
 ゴム成分と混合されるセルロースナノファイバーの形態は特に限定されない。例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体、当該分散体の乾燥固形物、当該分散体の湿潤固形物を混合に供してよい。分散体における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は0.1~5.0質量%とすることができる。分散媒が水の他にアルコール等の有機溶媒を含む場合は、前記濃度を0.1~20.0質量%としてもよい。湿潤固形物とは、前記分散体と乾燥固形物との中間の態様の固形物である。前記分散体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セルロースナノファイバーに対して5~15質量%程度であってもよいが、液状媒体の追加またはさらなる乾燥により分散媒の量は適宜調整してもよい。
(3-2) Form of Cellulose Nanofiber Used for Mixing with Rubber Component The form of cellulose nanofiber mixed with the rubber component is not particularly limited. For example, a dispersion of anion-modified cellulose nanofibers, a dry solid of the dispersion, and a wet solid of the dispersion may be provided for mixing. The concentration of cellulose nanofibers in the dispersion can be 0.1 to 5.0 mass% when the dispersion medium is water. When the dispersion medium contains an organic solvent such as alcohol in addition to water, the concentration may be 0.1 to 20.0% by mass. A wet solid is a solid in the intermediate form between the dispersion and the dry solid. The amount of the dispersion medium in the wet solid obtained by dehydrating the dispersion by a usual method may be about 5 to 15% by mass with respect to the cellulose nanofibers. The amount of the dispersion medium may be adjusted appropriately.
 また、ゴム成分と混合されるセルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバー分散体と水溶性高分子との混合物、当該混合物の乾燥固形物、当該混合物の湿潤固形物であってもよい。当該混合物および乾燥固形物における液状媒体の量は、前述の範囲であってよい。水溶性高分子としては例えば、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ジェランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、澱粉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、ならびにこれらの混合物が挙げられる。この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は好ましい。なお、ここでいうカルボキシメチルセルロースは、水に完全に溶解し、水中で繊維の形状を有しない点で、水中で繊維の形状を有するカルボキシメチル化されたセルロースナノファイバーとは区別される。 The cellulose nanofibers mixed with the rubber component may be a mixture of the cellulose nanofiber dispersion and a water-soluble polymer, a dry solid product of the mixture, or a wet solid product of the mixture. The amount of liquid medium in the mixture and dry solids may be in the ranges mentioned above. Examples of the water-soluble polymer include cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, ethyl cellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, starch starch, and kudzu. Powder, positive starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein solution, peptone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, sodium polyacrylate , Polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, latex, rosin sizing agent, petroleum resin sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide / polyamine resin, Mention may be made of polyethyleneimine, polyamines, vegetable gums, polyethylene oxide, hydrophilic cross-linked polymers, polyacrylates, starch polyacrylic acid copolymers, tamarind gums, guar gums and colloidal silicas, and mixtures thereof. Among these, carboxymethyl cellulose or a salt thereof is preferable from the viewpoint of solubility. The carboxymethyl cellulose referred to here is completely soluble in water and has no fiber shape in water, and is distinguished from carboxymethylated cellulose nanofibers having a fiber shape in water.
 前記乾燥固形物および湿潤固形物は、セルロースナノファイバーの分散体またはセルロースナノファイバー分散体と水溶性高分子との混合物を乾燥して調製できる。乾燥方法は特に限定されないが、例えば、スプレードライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、または真空乾燥が挙げられる。乾燥装置としては例えば、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置等、回分式の箱型乾燥装置、通気乾燥装置、真空箱型乾燥装置、または撹拌乾燥装置等が挙げられる。これらの乾燥装置は、単独で用いてもよいし、2つ以上を組合せて用いてもよい。ドラム乾燥装置は、均一に被乾燥物に熱エネルギーを直接供給することができるのでエネルギー効率が高く、かつ必要以上に熱を加えずに直ちに乾燥物を回収することができるので好ましい。 The dry and wet solids can be prepared by drying a dispersion of cellulose nanofibers or a mixture of a dispersion of cellulose nanofibers and a water-soluble polymer. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include spray drying, pressing, air drying, hot air drying, and vacuum drying. Examples of the drying device include a continuous tunnel drying device, a band drying device, a vertical drying device, a vertical turbo drying device, a multi-stage disc drying device, an aeration drying device, a rotary drying device, an air flow drying device, a spray dryer drying device. , Spray dryers, cylinder dryers, drum dryers, screw conveyor dryers, rotary dryers with heating tubes, vibration transport dryers, batch-type box dryers, aeration dryers, vacuum box dryers, or A stirring and drying device and the like can be mentioned. These drying devices may be used alone or in combination of two or more. The drum dryer is preferable because it can directly supply heat energy to the material to be dried uniformly, has high energy efficiency, and can immediately recover the dried material without applying more heat than necessary.
 アニオン変性セルロースナノファイバーとゴム成分との混合比率は、後述するゴム組成物としたときの比率を達成できるように調整すればよいが、例えばゴム成分100.0質量部に対してアニオン変性セルロースナノファイバー(固形分)を0.1~100.0質量部とすることが好ましい。 The mixing ratio of the anion-modified cellulose nanofibers and the rubber component may be adjusted so as to achieve the ratio when the rubber composition described below is used. For example, the anion-modified cellulose nanofiber is added to 100.0 parts by mass of the rubber component. The fiber (solid content) is preferably 0.1 to 100.0 parts by mass.
 (3-3)他の配合剤
 工程3においては、ゴム成分とセルロースナノファイバーに加えて、他の配合剤を混合してもよい。他の配合剤としては、例えば、これらに限定されないが、補強剤(カーボンブラック、シリカ等)、シランカップリング剤、架橋剤(硫黄、過酸化物等)、加硫促進剤(酸化亜鉛、ステアリン酸、スルフェンアミド等)、加硫促進助剤、オイル、硬化レジン、ワックス、老化防止剤、しゃく解剤、着色剤、pH調整剤などゴム工業で使用され得る配合剤が挙げられる。加硫促進剤のスルフェンアミドとしては例えば、N-t-ブチル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミドが挙げられる。
(3-3) Other compounding agents In step 3, in addition to the rubber component and the cellulose nanofibers, other compounding agents may be mixed. Other compounding agents include, but are not limited to, reinforcing agents (carbon black, silica, etc.), silane coupling agents, cross-linking agents (sulfur, peroxide, etc.), vulcanization accelerators (zinc oxide, stearin). Acids, sulfenamides, etc.), vulcanization accelerating aids, oils, cured resins, waxes, antioxidants, peptizers, colorants, pH adjusters, and other compounding agents that can be used in the rubber industry. Examples of the vulcanization accelerator sulfenamide include Nt-butyl-2-benzothiazole sulfenamide.
 硫黄を配合する場合、その配合量は、ゴム成分に対し1.0質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましく、1.7質量%以上がさらに好ましい。上限は、10質量%以下が好ましく、7質量%以下が好ましく、5質量%以下が更に好ましい。 When compounding sulfur, the compounding amount thereof is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and further preferably 1.7% by mass or more based on the rubber component. The upper limit is preferably 10% by mass or less, more preferably 7% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less.
 加硫促進剤を配合する場合、その配合量は、ゴム成分に対し0.1質量%が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.4質量%以上がさらに好ましい。上限は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。 When the vulcanization accelerator is compounded, the compounding amount thereof is preferably 0.1% by mass, more preferably 0.3% by mass or more, still more preferably 0.4% by mass or more, based on the rubber component. The upper limit is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less.
 (3-4)混合
 上述のアニオン変性セルロースナノファイバー及びゴム成分と、必要に応じて上述の他の配合剤を混合することにより、マスターバッチを製造する。
(3-4) Mixing A masterbatch is produced by mixing the anion-modified cellulose nanofibers and the rubber component described above with the above-mentioned other compounding agents as necessary.
 混合における材料添加の順序は、特に限定されず、各成分を一度に混合してもよいし、いずれかの材料を先に混合した後で残りの材料を混合してもよい。第1の例としては、アニオン変性セルロースナノファイバーとゴム成分を先に混合し、得られるマスターバッチにそれ以外の配合剤を混合する方法が挙げられる。具体的には例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体とゴム成分の分散液(ラテックス)を混合し(例:ミキサー等による撹拌)、水を除去し、得られた混合物に対し、他の配合剤を添加して混練り(例:オープンロール等の装置)する。これにより、ゴム成分中にアニオン変性セルロースナノファイバーを均一に分散させることができる。 The order of adding the materials in the mixing is not particularly limited, and the respective components may be mixed at once, or one of the materials may be mixed first and then the remaining materials may be mixed. A first example is a method in which the anion-modified cellulose nanofibers and the rubber component are first mixed and then the other masterbatch is mixed with the resulting masterbatch. Specifically, for example, a dispersion of anion-modified cellulose nanofibers and a dispersion liquid (latex) of a rubber component are mixed (eg, stirring with a mixer or the like), water is removed, and the resulting mixture is blended with another compound. Add the agent and knead (eg, equipment such as open roll). This allows the anion-modified cellulose nanofibers to be uniformly dispersed in the rubber component.
 第2の例としては、アニオン変性セルロースナノファイバー、ゴム成分、及び他の配合剤を一度に混合し、水を除去する方法が挙げられる。具体的には例えば、アニオン変性セルロースナノファイバーの分散体、ゴム成分の分散液(ラテックス)、及び他の配合剤を混合し(例:ミキサー等による撹拌)、得られる混合物から水を除去する。これにより、いずれの成分をも均一に分散させることができる。 A second example is a method of removing water by mixing anion-modified cellulose nanofibers, a rubber component, and other compounding agents at once. Specifically, for example, an anion-modified cellulose nanofiber dispersion, a rubber component dispersion (latex), and other compounding agents are mixed (eg, stirring with a mixer or the like), and water is removed from the resulting mixture. This makes it possible to uniformly disperse any component.
 混合物から水を除去する方法は、特に制限されず、例えば、オーブンなどの乾燥器で乾燥させる方法、pHを2~6に調整して凝固させて脱水及び乾燥する方法が挙げられる。    The method of removing water from the mixture is not particularly limited, and examples thereof include a method of drying with a dryer such as an oven and a method of adjusting pH to 2 to 6 to solidify and dehydrating and drying. :
  第3の例としては、ゴム成分に対しそれ以外の成分を任意の順番で添加し混合する方法が挙げられる。具体的には例えば、ゴム成分の固形物に対し、アニオン変性セルロースナノファイバーの固形物と他の配合剤を任意の順番で混合し、同様にオープンロール等の装置で混練りする。これにより、水を除去する工程を省略できる。 A third example is a method of adding other components to the rubber component in any order and mixing. Specifically, for example, the solid substance of the rubber component is mixed with the solid substance of the anion-modified cellulose nanofibers and another compounding agent in any order, and similarly kneaded with an apparatus such as an open roll. Thereby, the step of removing water can be omitted.
 素練り及び混練り装置としては例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、オープンロールなどが挙げられる。 Examples of the masticating and kneading device include a Banbury mixer, a kneader, and an open roll.
 混合の際(例えば、素練り及び混練りの際)の温度は、常温程度(15~30℃程度)でもよいが、ゴム成分が架橋反応しない程度に高温で加熱してもよい。例えば140℃以下、より好ましくは120℃以下である。また下限は70℃以上、好ましくは80℃以上である。従って加熱温度は、80~140℃程度が好ましく、80~120℃程度がより好ましい。 The temperature during mixing (for example, during mastication and kneading) may be room temperature (about 15 to 30 ° C.), or may be heated at a high temperature so that the rubber component does not undergo a crosslinking reaction. For example, it is 140 ° C. or lower, and more preferably 120 ° C. or lower. The lower limit is 70 ° C or higher, preferably 80 ° C or higher. Therefore, the heating temperature is preferably about 80 to 140 ° C, more preferably about 80 to 120 ° C.
 混合終了後に、必要に応じて成形を行ってもよい。成形装置としては、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等が挙げられ、最終製品の形状、用途、成形方法に応じて適宜選択すればよい。 After completion of mixing, molding may be performed if necessary. Examples of the molding apparatus include mold molding, injection molding, extrusion molding, blow molding, foam molding, and the like, and may be appropriately selected depending on the shape, application, and molding method of the final product.
 (3-5)マスターバッチ
 上記の方法により、マスターバッチを製造することができる。マスターバッチとはゴムの前駆体であり、架橋することによりゴムとすることができる未架橋の状態のゴム成分を含む組成物をいう。本明細書において、マスターバッチは、少なくとも未架橋のゴム成分とアニオン変性セルロースナノファイバーを含むものであり、硫黄や加硫促進剤を含む他の配合剤については、添加されていてもよいし、添加される前の状態であってもよい。また、最終製品の形態に応じて成形されていてもよいし、成形される前の状態であってもよい。
(3-5) Masterbatch A masterbatch can be produced by the above method. The masterbatch is a precursor of rubber and refers to a composition containing a rubber component in an uncrosslinked state that can be made into a rubber by crosslinking. In the present specification, the masterbatch contains at least an uncrosslinked rubber component and anion-modified cellulose nanofibers, and other compounding agents containing sulfur and a vulcanization accelerator may be added, It may be in a state before being added. Further, it may be molded depending on the form of the final product, or may be in a state before being molded.
 (4)ゴム組成物の製造
 架橋剤を添加した状態のマスターバッチを用い、架橋を行うことにより、マスターバッチをゴム組成物へと変換することができる。
(4) Production of rubber composition By using a masterbatch with a crosslinking agent added, the masterbatch can be converted into a rubber composition by crosslinking.
 (4-1)架橋
 架橋は、架橋反応が進む条件で行えばよく、温度等の条件に特に制限は無い。一般的には、加熱温度は、140℃以上が好ましく、200℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましい。従って、加熱温度は140~200℃程度が好ましく、140~180℃程度がより好ましい。架橋には、例えば、これらに限定されないが、型加硫、缶加硫、連続加硫等を行う加硫装置を使用できる。本発明のゴム組成物はセルロースナノファイバーを含まない組成物に比べて架橋反応が速やかに進行する傾向にある。この理由は限定されないが、セルロースナノファイバー中のカルボキシル基等の官能基が架橋反応を促進するためではないかと推察される。
(4-1) Crosslinking Crosslinking may be carried out under the condition that the crosslinking reaction proceeds, and the conditions such as temperature are not particularly limited. Generally, the heating temperature is preferably 140 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or lower, and more preferably 180 ° C. or lower. Therefore, the heating temperature is preferably about 140 to 200 ° C, more preferably about 140 to 180 ° C. For the crosslinking, for example, but not limited to, a vulcanizer that performs mold vulcanization, can vulcanization, continuous vulcanization, or the like can be used. The rubber composition of the present invention tends to have a faster crosslinking reaction than a composition containing no cellulose nanofibers. The reason for this is not limited, but it is presumed that the functional group such as a carboxyl group in the cellulose nanofiber accelerates the crosslinking reaction.
 架橋後、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、塩素処理などが挙げられ、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。 After cross-linking, if necessary, finishing treatment may be performed before the final product. Examples of the finishing treatment include polishing, surface treatment, lip finishing, lip cutting, chlorine treatment and the like, and only one of these treatments may be performed or a combination of two or more may be performed.
 (4-2)ゴム組成物
 本明細書において、ゴム組成物とは、上述のマスターバッチを架橋することにより得られる組成物をいう。ゴム組成物におけるアニオン変性セルロースナノファイバー(固形分)の含有量は、ゴム成分100.0質量部に対して0.1~100.0質量部であることが好ましい。引張強度の向上の観点からは、前記含有量はゴム成分100.0質量部に対して1.0質量部以上がより好ましく、2.0質量部以上がさらに好ましく、3.0質量部以上がよりさらに好ましい。当該量の上限は、50.0質量部以下がより好ましく、40.0質量部以下がさらに好ましく、30.0質量部以下がよりさらに好ましい。当該量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。
(4-2) Rubber composition In the present specification, the rubber composition means a composition obtained by crosslinking the above masterbatch. The content of the anion-modified cellulose nanofibers (solid content) in the rubber composition is preferably 0.1 to 100.0 parts by mass with respect to 100.0 parts by mass of the rubber component. From the viewpoint of improving the tensile strength, the content is more preferably 1.0 part by mass or more, further preferably 2.0 parts by mass or more, and 3.0 parts by mass or more based on 100.0 parts by mass of the rubber component. Even more preferable. The upper limit of the amount is more preferably 50.0 parts by mass or less, further preferably 40.0 parts by mass or less, and further preferably 30.0 parts by mass or less. By the amount, the workability in the manufacturing process can be maintained.
 本発明のゴム組成物の用途は、特に制限されず、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器等;パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等;携帯電話等の移動通信機器等;携帯音楽再生機器、映像再生機器等のAV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、コンテナー等の梱包用品が挙げられる。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、重車両用などの空気入りタイヤが挙げられる。 The use of the rubber composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include transportation equipment such as automobiles, trains, ships, and planes; electric appliances such as personal computers, televisions, telephones, and watches; mobile communication equipment such as mobile phones. Etc .; AV equipment such as portable music reproduction equipment and video reproduction equipment; printing equipment; copying equipment; sports equipment; building materials; office equipment such as stationery; packaging goods such as containers and containers. Other than these, it can be applied to a member using rubber or flexible plastic, and is preferably applied to a tire. Examples of tires include pneumatic tires for passenger cars, trucks, buses, heavy vehicles, and the like.
 本発明により得られるゴム組成物は、セルロースナノファイバーを含有しないゴム組成物に比べて、高い機械強度を示す。また、ゴム成分に混合するセルロースナノファイバーとして、アニオン変性セルロースをキャビテーション噴流装置を用いて解繊したアニオン変性セルロースナノファイバーを用いることにより、マスターバッチ及びゴム組成物の製造工程において、消費電力量を低減させることができ、高い機械強度を有するゴム組成物をコスト的に有利に製造することができる。 The rubber composition obtained by the present invention exhibits higher mechanical strength than a rubber composition containing no cellulose nanofiber. Further, as the cellulose nanofibers to be mixed with the rubber component, by using anion-modified cellulose nanofibers obtained by defibrating anion-modified cellulose using a cavitation jet device, in the production process of the masterbatch and the rubber composition, the power consumption is reduced. A rubber composition that can be reduced and has high mechanical strength can be produced cost-effectively.
 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
 <製造例1:カルボキシル化セルロースナノファイバーの製造(キャビテーション解繊)>
 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社製)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が消費され系内の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、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ(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1.4mmol/gであった。反応混合物に水を加えて濃度を1質量%(w/v)に調整し、キャビテーション噴流装置を用いて上流圧9MPa、下流圧0.4MPaにて、キャビテーション処理を1~24パス繰り返し行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。なお、キャビテーション処理におけるパス数は、以下の式を用いて算出した:
パス数=ノズル流量×処理時間/サンプル量
<Production Example 1: Production of carboxylated cellulose nanofiber (cavitation defibration)>
Bleached unbeaten kraft pulp from softwood (whiteness 85%) 5.00 g (absolute dryness), TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) 39 mg (0.05 mmol with respect to absolute dryness 1 g of cellulose) and sodium bromide 514 mg ( It was added to 500 mL of an aqueous solution in which 1.0 mmol of absolutely dried cellulose was dissolved and stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous solution of sodium hypochlorite was added to the reaction system so that sodium hypochlorite was 5.5 mmol / g, and the oxidation reaction was started at room temperature. Although the pH of the system was lowered during the reaction, the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M sodium hydroxide aqueous 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 with a glass filter to separate pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). The pulp yield at this time was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.4 mmol / g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1% by mass (w / v), and the cavitation treatment was repeated for 1 to 24 passes using a cavitation jet device at an upstream pressure of 9 MPa and a downstream pressure of 0.4 MPa to obtain a carboxyl group. A cellulose nanofiber dispersion was obtained. The number of passes in the cavitation process was calculated using the following formula:
Number of passes = Nozzle flow rate × Processing time / Sample volume
 <製造例2>
 次亜塩素酸ナトリウムを6.0mmol/gになるように添加して酸化反応を開始した以外は製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(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。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、ノズルの孔形状を調節したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.45MPaにて、キャビテーション処理を24パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は70%であった。
<Production Example 2>
Oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that sodium hypochlorite was added at 6.0 mmol / g to start the oxidation reaction. The pulp yield at this time was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device (internal diameter of the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) in which the nozzle hole shape was adjusted (upstream pressure: 9 MPa, downstream pressure: 0) Cavitation treatment was performed for 24 passes at 0.45 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 70%.
 <製造例3>
 TEMPO(Sigma Aldrich社製)80mg(絶乾1gのセルロースに対し0.1mmol)と臭化ナトリウム800mg(絶乾1gのセルロースに対し1.47mmol)を溶解した水溶液500mLを用い、次亜塩素酸ナトリウムが8.6mmol/gになるように添加して酸化反応を開始した以外は製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(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86%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1.9mmol/gであった。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.45MPaにて、キャビテーション処理を16パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は59%であった。
<Production Example 3>
Using 500 mL of an aqueous solution in which TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) 80 mg (0.1 mmol for 1 g of absolutely dried cellulose) and 800 mg of sodium bromide (1.47 mmol for 1 g of completely dried cellulose) were used, sodium hypochlorite was used. Was added at a rate of 8.6 mmol / g to start the oxidation reaction, and an oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 1. The pulp yield at this time was 86%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.9 mmol / g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 16 passes at a pressure of 0.45 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 59%.
 <製造例4>
 TEMPO(Sigma Aldrich社製)20mg(絶乾1gのセルロースに対し0.025mmol)を用い、次亜塩素酸ナトリウムが2.2mmol/gになるように添加して酸化反応を開始した以外は製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(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93%であり、酸化反応に要した時間は60分、カルボキシル基量は0.7mmol/gであった。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.40MPaにて、キャビテーション処理を70パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は61%であった。
<Production Example 4>
Production Example except that 20 mg of TEMPO (manufactured by Sigma Aldrich) (0.025 mmol with respect to 1 g of absolutely dried cellulose) was used and sodium hypochlorite was added to 2.2 mmol / g to start the oxidation reaction. Oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in 1. The pulp yield at this time was 93%, the time required for the oxidation reaction was 60 minutes, and the amount of carboxyl groups was 0.7 mmol / g. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 70 passes at a pressure of 0.40 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 61%.
 <製造例5>
 製造例2と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を2.5質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.40MPaにて、キャビテーション処理を63パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は62%であった。
<Production Example 5>
Oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 2. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 2.5% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 63 passes at a pressure of 0.40 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 62%.
 <製造例6>
 製造例2と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.9cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.04MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は51%であった。
<Production Example 6>
Oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 2. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.9 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 30 passes at a pressure of 0.04 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 51%.
 <製造例7>
 製造例2と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.9cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.27MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は50%であった。
<Production Example 7>
Oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 2. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.9 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 30 passes at a pressure of 0.27 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 50%.
 <製造例8>
 上流圧9MPa、下流圧0.45MPa、ノズル直後の配管内直径が2.3cmとした以外は製造例6と同様にして、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は65%であった。
<Production Example 8>
A carboxylated cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 6 except that the upstream pressure was 9 MPa, the downstream pressure was 0.45 MPa, and the pipe inner diameter immediately after the nozzle was 2.3 cm. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 65%.
 <製造例9>
 上流圧9MPa、下流圧0.63MPaとした以外は製造例8と同様にして、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は66%であった。
<Production Example 9>
A carboxylated cellulose nanofiber dispersion was obtained in the same manner as in Production Example 8 except that the upstream pressure was 9 MPa and the downstream pressure was 0.63 MPa. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 66%.
 <製造例10>
 製造例1と同様にして、酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.54MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は60%であった。
<Production Example 10>
Oxidized pulp (carboxylated cellulose) was obtained in the same manner as in Production Example 1. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 30 passes at a pressure of 0.54 MPa to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 60%.
 <製造例11>
 回転数を100rpmに調節した二軸ニーダーに、水130質量部と、水酸化ナトリウム20質量部を水100質量部に溶解したものとを加え、広葉樹パルプ(日本製紙(株)製、LBKP)を100℃60分間乾燥した際の乾燥質量で100質量部仕込んだ。30℃で90分間撹拌、混合しマーセル化セルロースを調製した。更に撹拌しつつイソプロパノール(IPA)230質量部と、モノクロロ酢酸ナトリウム60質量部を添加し、30分間撹拌した後、70℃に昇温して90分間カルボキシメチル化反応をさせた。反応終了後、中和、脱液、乾燥、粉砕して、カルボキシメチル置換度0.31、セルロースI型の結晶化度67%のカルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩を得た。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.40MPaにて、キャビテーション処理を40パス行い、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は63%であった。
<Production Example 11>
To a twin-screw kneader whose rotation speed was adjusted to 100 rpm, 130 parts by mass of water and 20 parts by mass of sodium hydroxide dissolved in 100 parts by mass of water were added, and a hardwood pulp (NBK, LBKP) was added. 100 parts by mass of the dry mass when dried at 100 ° C. for 60 minutes were charged. The mixture was stirred and mixed at 30 ° C. for 90 minutes to prepare mercerized cellulose. While further stirring, 230 parts by mass of isopropanol (IPA) and 60 parts by mass of sodium monochloroacetate were added, and after stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C. to carry out a carboxymethylation reaction for 90 minutes. After completion of the reaction, neutralization, deliquoring, drying and pulverization were carried out to obtain a sodium salt of carboxymethylated cellulose having a carboxymethyl substitution degree of 0.31 and a cellulose type I crystallinity of 67%. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 40 passes at a pressure of 0.40 MPa to obtain a carboxymethyl cellulose nanofiber dispersion. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 63%.
 <製造例12>
 リン酸二水素ナトリウム二水和物6.75g、リン酸水素二ナトリウム4.83gを19.62gの水に溶解させ、リン酸系化合物の水溶液(以下、「リン酸化試薬」という。)を得た。針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP、水分80%、JIS P8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)580ml)に、濃度が4質量%になるように水を加えた。その後、ダブルディスクリファイナーを用いて、変則CSF(平織り80メッシュ、パルプ採取量を0.3gとした以外はJIS P8121に準ずる)が200ml、長さ平均繊維長が0.66mmになるまで叩解した。これにより得たセルロース懸濁液を0.3%に希釈し、含水率90%、固形分(絶乾質量)3gのパルプシート(厚み200μm)を抄紙法で得た。このパルプシートを前記リン酸化試薬31.2g(乾燥パルプ100質量部に対してリン元素量として80質量部)に浸漬させ、105℃の送風乾燥機(ヤマト科学株式会社 DKM400)で1時間加熱後、さらに150℃で1時間加熱処理して、セルロース繊維にリン酸基を導入した。次いで、セルロース繊維にリン酸基を導入したパルプシートに500mlのイオン交換水を加え、攪拌洗浄後、脱水した。脱水後のシートを300mlのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1Nの水酸化ナトリウム水溶液5mlを少しずつ添加し、pHが12~13のセルロース懸濁液を得た。その後、このセルロース懸濁液を脱水し、500mlのイオン交換水を加えて洗浄を行った。この脱水洗浄をさらに2回繰り返した。この時のリン酸基置換度は0.34であった。反応混合物に水を加えて濃度を1.0質量%に調整し、製造例2と同じノズルを装着したキャビテーション噴流装置(ノズル直後の配管内直径が2.3cm)を用いて上流圧9MPa、下流圧0.4MPaにて、キャビテーション処理を30パス行い、リン酸エステル化セルロースナノファイバー分散液を得た。ノズル直後の配管内直径に対する噴流の最大幅の割合は61%であった。
<Production Example 12>
Sodium dihydrogen phosphate dihydrate (6.75 g) and disodium hydrogen phosphate (4.83 g) were dissolved in 19.62 g of water to obtain an aqueous solution of a phosphoric acid compound (hereinafter referred to as "phosphorylation reagent"). It was Water was added to softwood unbleached kraft pulp (NUKP, water content 80%, Canadian Standard Freeness (CSF) 580 ml measured according to JIS P8121) so that the concentration was 4% by mass. Then, using a double disc refiner, anomalous CSF (plain weave 80 mesh, conforming to JIS P8121 except that the amount of pulp collected was 0.3 g) was 200 ml and beaten until the average fiber length was 0.66 mm. The cellulose suspension thus obtained was diluted to 0.3% to obtain a pulp sheet (thickness: 200 μm) having a water content of 90% and a solid content (absolute dry mass) of 3 g by a papermaking method. This pulp sheet was immersed in 31.2 g of the phosphorylation reagent (80 parts by mass as the amount of phosphorus element based on 100 parts by mass of dry pulp), and heated for 1 hour with a blow dryer (Yamato Scientific Co., Ltd. DKM400) at 105 ° C Further, it was heat-treated at 150 ° C. for 1 hour to introduce a phosphate group into the cellulose fiber. Next, 500 ml of ion-exchanged water was added to the pulp sheet in which the phosphoric acid groups were introduced into the cellulose fibers, and the mixture was washed with stirring and then dehydrated. The dehydrated sheet was diluted with 300 ml of ion-exchanged water, and 5 ml of 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little while stirring to obtain a cellulose suspension having a pH of 12 to 13. Then, this cellulose suspension was dehydrated, and washed with 500 ml of ion-exchanged water. This dehydration washing was repeated twice more. At this time, the phosphoric acid group substitution degree was 0.34. Water was added to the reaction mixture to adjust the concentration to 1.0% by mass, and a cavitation jet device equipped with the same nozzle as in Production Example 2 (diameter inside the pipe immediately after the nozzle was 2.3 cm) was used for upstream pressure 9 MPa and downstream. Cavitation treatment was performed for 30 passes at a pressure of 0.4 MPa to obtain a phosphoric acid esterified cellulose nanofiber dispersion liquid. The ratio of the maximum width of the jet flow to the inner diameter of the pipe immediately after the nozzle was 61%.
 <製造例13:カルボキシル化セルロースナノファイバーの製造(高圧ホモジナイザー解繊)>
 製造例1と同様にして得られた反応混合物(カルボキシル化セルロース)に水を加えて濃度を1.0質量%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で1~3パス処理して、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。
<Production Example 13: Production of carboxylated cellulose nanofibers (high pressure homogenizer defibration)>
Water was added to the reaction mixture (carboxylated cellulose) obtained in the same manner as in Production Example 1 to adjust the concentration to 1.0% by mass (w / v), and the ultrahigh pressure homogenizer (20 ° C., 150 Mpa) was used for 1 to It was treated for 3 passes to obtain a carboxylated cellulose nanofiber dispersion.
 <製造例14:カルボキシル化セルロースナノファイバーの製造(高圧ホモジナイザー解繊)>
 製造例4と同様にして得られた反応混合物(カルボキシル化セルロース)に水を加えて濃度を1.0質量%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で5パス処理して、カルボキシル化セルロースナノファイバー分散液を得た。
<Production Example 14: Production of carboxylated cellulose nanofibers (high pressure homogenizer defibration)>
Water was added to the reaction mixture (carboxylated cellulose) obtained in the same manner as in Production Example 4 to adjust the concentration to 1.0% by mass (w / v), and 5 passes with an ultrahigh pressure homogenizer (20 ° C., 150 Mpa). It processed and the carboxylated cellulose nanofiber dispersion liquid was obtained.
 <実施例1>
 上記の製造例1のセルロースナノファイバーの1.0質量%水分散体と、天然ゴムラテックス(商品名:HAラテックス、レヂテックス社、固形分濃度61.5質量%)とを混合した。天然ゴムラテックス(絶乾固形分)とセルロースナノファイバー(絶乾固形分)との混合比は、天然ゴムラテックスを100質量部とした場合、セルロースナノファイバーが5.0質量部であった。これらをTKホモミキサー(8000rpm)で30分間撹拌して混合物を得た。この混合物を、70℃の加熱オーブン中で15時間乾燥させた。
<Example 1>
A 1.0% by mass aqueous dispersion of the cellulose nanofibers of the above Production Example 1 was mixed with natural rubber latex (trade name: HA latex, Redex Co., solid content concentration 61.5% by mass). The mixing ratio of the natural rubber latex (extra-dry solid content) and the cellulose nanofibers (extra-dry solid content) was 5.0 parts by mass when the natural rubber latex was 100 parts by mass. These were stirred for 30 minutes with a TK homomixer (8000 rpm) to obtain a mixture. The mixture was dried in a 70 ° C. heating oven for 15 hours.
 得られた混合物に対し、酸化亜鉛、ステアリン酸を混合物中のゴム成分に対しそれぞれ6.0質量%、0.5質量%混合し、オープンロール(関西ロール株式会社製)にて、30℃で10分間混練することによって混練物を得た。この混練物に対し、硫黄および加硫促進剤(BBS、N-t-ブチル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド)を、混練物中のゴム成分に対しそれぞれ3.5質量%、0.7質量%加え、オープンロール(関西ロール株式会社製)を用い、30℃で10分間混練して、未架橋ゴム組成物(マスターバッチ)のシートを得た。得られた未架橋ゴム組成物のシートを金型にはさみ、150℃で15分間プレスすることにより、厚さ2mmの架橋ゴムシートを得た。 To the obtained mixture, zinc oxide and stearic acid were mixed in an amount of 6.0% by mass and 0.5% by mass, respectively, with respect to the rubber component in the mixture, and the mixture was mixed with an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.) at 30 ° C. A kneaded material was obtained by kneading for 10 minutes. Sulfur and a vulcanization accelerator (BBS, Nt-butyl-2-benzothiazole sulfenamide) were added to the kneaded material in amounts of 3.5% by mass and 0.7% by mass, respectively, based on the rubber component in the kneaded material. %, And the mixture was kneaded at 30 ° C. for 10 minutes using an open roll (manufactured by Kansai Roll Co., Ltd.) to obtain a sheet of uncrosslinked rubber composition (masterbatch). The obtained sheet of uncrosslinked rubber composition was sandwiched between molds and pressed at 150 ° C. for 15 minutes to obtain a crosslinked rubber sheet having a thickness of 2 mm.
 得られた架橋ゴムシートを、所定の形状の試験片(ダンベル状3号形)に裁断し、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、引張強度を示すものとして、50%ひずみ時(M50)、100%ひずみ時(M100)、および300%ひずみ時(M300)における応力、ならびに破断強度をそれぞれ測定した。各々の数値が大きい程、架橋ゴム組成物が良好に補強されており、機械強度に優れることを示す。 The obtained crosslinked rubber sheet was cut into a test piece (dumbbell-shaped No. 3 shape) having a predetermined shape, and as a piece showing tensile strength in accordance with JIS K6251 "Vulcanized rubber and thermoplastic rubber-Determination of tensile properties" The stress at 50% strain (M50), 100% strain (M100), and 300% strain (M300), and the breaking strength were measured. The larger each value is, the better the crosslinked rubber composition is reinforced, and the more excellent the mechanical strength is.
 <実施例2~12>
 製造例1のセルロースナノファイバーの代わりに、それぞれ製造例2~12のセルロースナノファイバーを用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2~12の架橋ゴムシートを得た。
<Examples 2 to 12>
Crosslinked rubber sheets of Examples 2 to 12 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofibers of Production Examples 2 to 12 were used instead of the cellulose nanofibers of Production Example 1.
 <比較例1>
 セルロースナノファイバーを混合しない以外は実施例1と同様にして、比較例1の架橋ゴムシートを得た。
<Comparative Example 1>
A crosslinked rubber sheet of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that cellulose nanofibers were not mixed.
 <参考例1、2>
 製造例13または14のセルロースナノファイバーを用いた以外は実施例1と同様にして、参考例1及び2の架橋ゴムシートをそれぞれ得た。
<Reference Examples 1 and 2>
Crosslinked rubber sheets of Reference Examples 1 and 2 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofibers of Production Example 13 or 14 were used.
 実施例1~12、比較例1、ならびに参考例1及び2の架橋ゴムシートの50%ひずみ時(M50)、100%ひずみ時(M100)、および300%ひずみ時(M300)における応力、ならびに破断強度を表1に示す。 Stress at 50% strain (M50), 100% strain (M100), and 300% strain (M300) of the crosslinked rubber sheets of Examples 1 to 12, Comparative Example 1, and Reference Examples 1 and 2, and fracture. The strength is shown in Table 1.
 また、製造例1~14において、アニオン変性セルロースからアニオン変性セルロースナノファイバーへと解繊を行う際に解繊装置により消費された電力量と、得られたアニオン変性セルロースナノファイバーを水を分散媒とする分散体(固形分濃度1.0質量%)とした際の粘度と、同分散体の透明度を、表1に示す。粘度及び透明度の測定方法は、以下の通りである。 Further, in Production Examples 1 to 14, the amount of power consumed by the defibration device when defibrating anion-modified cellulose into anion-modified cellulose nanofibers, and the obtained anion-modified cellulose nanofibers were dispersed in water as a dispersion medium. Table 1 shows the viscosity of the dispersion (solid concentration 1.0% by mass) and the transparency of the dispersion. The methods for measuring the viscosity and the transparency are as follows.
 <粘度の測定>
 ガラスビーカーに、アニオン変性セルロースナノファイバーの固形分濃度が1.0質量%となるように水分散体300gを調製する。水分散体を25℃とし、JIS-Z-8803の方法に準じて、B型粘度計(東機産業社製)を用いて、回転数60rpmまたは6rpmで3分後の粘度を測定する。
<Measurement of viscosity>
In a glass beaker, 300 g of an aqueous dispersion is prepared so that the solid content concentration of anion-modified cellulose nanofibers is 1.0% by mass. The temperature of the aqueous dispersion is set to 25 ° C., and the viscosity after 3 minutes is measured at a rotation speed of 60 rpm or 6 rpm using a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) according to the method of JIS-Z-8803.
 <透明度の測定>
 固形分濃度を1.0質量%となるようにアニオン変性セルロースナノファイバー水分散体を調製後、UV-VIS分光光度計 UV-1800(株式会社島津製作所製)を用い、光路長10mmの角型セルを用いて、660nm 光の透過率(%)を測定し、透明度とする。
<Measurement of transparency>
An anion-modified cellulose nanofiber aqueous dispersion was prepared so that the solid content concentration was 1.0% by mass, and then a UV-VIS spectrophotometer UV-1800 (manufactured by Shimadzu Corporation) was used to form a prismatic type with an optical path length of 10 mm. Using a cell, the transmittance (%) of 660 nm light is measured and taken as the transparency.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表1の結果より、実施例1~12で得られたゴム組成物は、比較例1のアニオン変性セルロースナノファイバーを含有しないゴム組成物に比べて、有意に高い機械強度を示すことがわかる。 From the results shown in Table 1, it can be seen that the rubber compositions obtained in Examples 1 to 12 have significantly higher mechanical strength than the rubber compositions of Comparative Example 1 containing no anion-modified cellulose nanofibers.
 また、実施例1~3、5~10のカルボキシル化セルロースナノファイバー製造時にキャビテーション噴流装置を用いる方法では、参考例1の超高圧ホモジナイザーを用いる方法に比べて、少ない消費電力量で、同等以上の機械強度を示すゴム組成物を製造できることがわかる。また、実施例4のカルボキシル化セルロースナノファイバー製造時にキャビテーション噴流装置を用いる方法では、参考例2の超高圧ホモジナイザーを用いる方法に比べて、少ない消費電力量で、同等以上の機械強度を示すゴム組成物を製造できることがわかる。また、実施例11のカルボキシメチル化セルロースナノファイバーと、実施例12のリン酸エステル化セルロースナノファイバーも、キャビテーション噴流装置を用いて、少ない消費電力量で、機械強度の高いセルロースナノファイバーを製造することができることがわかる。 In addition, in the method of using the cavitation jet apparatus in the production of the carboxylated cellulose nanofibers of Examples 1 to 3, 5 to 10, compared with the method of using the ultrahigh pressure homogenizer of Reference Example 1, the power consumption was smaller and the same or more. It can be seen that a rubber composition exhibiting mechanical strength can be produced. In addition, in the method of using the cavitation jet device in the production of the carboxylated cellulose nanofibers of Example 4, the rubber composition showing the same or higher mechanical strength with less power consumption than the method of using the ultrahigh pressure homogenizer of Reference Example 2. It turns out that the thing can be manufactured. In addition, the carboxymethylated cellulose nanofibers of Example 11 and the phosphorylated esterified cellulose nanofibers of Example 12 also use the cavitation jet device to produce cellulose nanofibers of high mechanical strength with low power consumption. You can see that you can.
 また、実施例1~3、5~10の方法では、参考例1の方法に比べて、少ない消費電力量で、透明度が高く、粘度が高いアニオン変性セルロースナノファイバーを製造することができることがわかる。また、実施例4の方法では、参考例2の方法に比べて、少ない消費電力量で、同等の透明度を有し、粘度が高いアニオン変性セルロースナノファイバーを製造できることがわかる。また、実施例11のカルボキシメチル化セルロースナノファイバーと、実施例12のリン酸エステル化セルロースナノファイバーも、キャビテーション噴流装置を用いて、少ない消費電力量で、透明度が高く、粘度が高いセルロースナノファイバーを製造することができることがわかる。アニオン変性セルロースナノファイバーの透明度が高いことは、解繊が均質に進んだことを示しており、ゴム成分と混合してゴム組成物とした際に、破断の起点になるおそれのある未解繊の大きい繊維が少ないことを示す。また、粘度が高いことは、繊維の損傷が少ないことを示す。このような透明度が高く粘度が高いアニオン変性セルロースナノファイバーを低い消費電力量で製造できることは、マスターバッチおよびゴム組成物の製造において、低コストで破断のしにくい製品を製造できることにつながるため、有利であるといえる。 Further, it can be seen that the methods of Examples 1 to 3 and 5 to 10 can produce anion-modified cellulose nanofibers having high transparency and high viscosity with less power consumption than the method of Reference Example 1. . In addition, it can be seen that the method of Example 4 can produce anion-modified cellulose nanofibers having a high viscosity and having the same transparency with less power consumption than the method of Reference Example 2. The carboxymethylated cellulose nanofibers of Example 11 and the phosphorylated esterified cellulose nanofibers of Example 12 also use a cavitation jet device and have a low power consumption, high transparency, and high viscosity. It can be seen that can be manufactured. The high transparency of the anion-modified cellulose nanofibers indicates that the defibration proceeded homogeneously, and when mixed with the rubber component to form a rubber composition, it may become a starting point of rupture. Indicates that there are few large fibers. Further, the high viscosity means that the fiber is less damaged. The ability to produce such an anion-modified cellulose nanofiber having high transparency and high viscosity with low power consumption leads to the production of a masterbatch and a rubber composition at low cost, which makes it difficult to break, which is advantageous. You can say that.

Claims (8)

  1.  アニオン変性セルロースを準備する工程1、
     キャビテーション噴流装置を用いてアニオン変性セルロースを解繊してアニオン変性セルロースナノファイバーを製造する工程2、及び
     工程2で得られたアニオン変性セルロースナノファイバーをゴム成分と混合してマスターバッチを得る工程3、
    を含む、マスターバッチの製造方法。
    Step 1 of preparing anion-modified cellulose,
    Step 2 of defibrating anion-modified cellulose using a cavitation jet device to produce anion-modified cellulose nanofibers, and step 3 of mixing the anion-modified cellulose nanofibers obtained in step 2 with a rubber component to obtain a masterbatch ,
    A method for producing a masterbatch, which comprises:
  2.  キャビテーション噴流装置が、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射した液体噴流によって生ずるキャビテーション気泡が崩壊する際の衝撃力をアニオン変性セルロースに与えるものであり、ノズルまたはオリフィスを通じて噴射する液体噴流の上流側圧力が0.01MPa以上30.00MPa以下であり、下流側圧力/上流側圧力の比が0.001~0.500である、請求項1に記載の方法。 The cavitation jet device gives the anion-modified cellulose an impact force when the cavitation bubbles generated by the liquid jet jetted through the nozzle or orifice are collapsed, and the upstream pressure of the liquid jet jetted through the nozzle or orifice is 0.01 MPa. The method according to claim 1, wherein the ratio is not less than 30.00 MPa and not more than 30.00 MPa, and the ratio of the downstream pressure / upstream pressure is 0.001 to 0.500.
  3.  アニオン変性セルロースが、カルボキシル基を有するセルロースである、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the anion-modified cellulose is a cellulose having a carboxyl group.
  4.  アニオン変性セルロースにおけるカルボキシル基量が、アニオン変性セルロースの絶乾質量に対して、0.4mmol/g~3.0mmol/gである、請求項3に記載の方法。 The method according to claim 3, wherein the amount of carboxyl groups in the anion-modified cellulose is 0.4 mmol / g to 3.0 mmol / g based on the absolute dry mass of the anion-modified cellulose.
  5.  アニオン変性セルロースが、カルボキシメチル基を有するセルロースである、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the anion-modified cellulose is a cellulose having a carboxymethyl group.
  6.  アニオン変性セルロースにおけるカルボキシメチル置換度が、0.01以上0.40未満である、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the anion-modified cellulose has a degree of carboxymethyl substitution of 0.01 or more and less than 0.40.
  7.  ゴム成分が、ジエン系ゴムポリマーを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the rubber component contains a diene rubber polymer.
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の方法でマスターバッチを製造する工程、および
     前記マスターバッチを架橋する工程
    を含む、ゴム組成物の製造方法。
    A method for producing a rubber composition, comprising the steps of producing a masterbatch by the method according to any one of claims 1 to 7, and a step of crosslinking the masterbatch.
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