WO2025164693A1 - 積層シート、積層体、熱加工品、透明部材、並びに積層シートおよび熱加工品の製造方法 - Google Patents
積層シート、積層体、熱加工品、透明部材、並びに積層シートおよび熱加工品の製造方法Info
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- B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
Definitions
- the present invention relates to laminated sheets, laminates, heat-processed products, transparent members, and methods for manufacturing laminated sheets and heat-processed products.
- fibrous cellulose with a fiber width of 10 ⁇ m to 50 ⁇ m has been widely used mainly for paper products.
- fibrous cellulose fine fibrous cellulose with a fiber width of 1,000 nm or less is also known.
- sheets made of such fine fibrous cellulose, composite sheets containing fine fibrous cellulose and resin, and molded articles have been developed. It is known that sheets and molded articles containing fine fibrous cellulose have significantly increased contact points between fibers, resulting in significantly improved tensile strength and other properties.
- Patent Document 1 discloses a polycarbonate resin/cellulose fiber laminate comprising a polycarbonate resin layer and a cellulose fiber layer, in which the thickness of the polycarbonate resin layer is 1.4 times or more the thickness of the cellulose fiber layer, with the aim of providing a composite that has high transparency, high elasticity, a low linear expansion coefficient, a good balance of properties such as impact resistance, and is also easy to produce by laminating the polycarbonate resin layer and the cellulose fiber layer.
- fine fibrous cellulose-containing sheets have excellent mechanical strength, such as tensile strength, and also have excellent transparency, they are expected to be used as laminates combined with adhesive layers, resin films, etc., for various display devices, optical components such as various solar cells, and window materials for various vehicles and buildings.
- the inventors' studies have found that when a laminate sheet obtained by forming an adhesive layer on a fine fibrous cellulose-containing sheet is combined with a resin film, etc. to form a laminate, and then heated and processed into a desired shape, bubbles are generated in the resulting processed product, which reduces the appearance and transparency of the heat-processed product.
- the present invention aims to provide a laminate sheet that is excellent in rigidity and is less likely to generate bubbles even when thermally processed as a laminate combined with a resin film, etc., a laminate comprising the laminate sheet, a thermally processed product obtained by thermally processing the laminate, and a transparent component including the thermally processed product, as well as methods for manufacturing the laminate sheet and the thermally processed product.
- the present invention relates to the following items ⁇ 1> to ⁇ 21>.
- ⁇ 1> A laminated sheet, (i) An adhesive layer 1a is provided on one side of a fine fibrous cellulose-containing layer containing fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less, and at least one of the following conditions A and B is satisfied, or (ii) A laminated sheet having an adhesive layer 1a on one side of a fine fibrous cellulose-containing layer containing fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less, and an adhesive layer 1b on the other side, and satisfying at least one of the following conditions C and D: Condition A: The total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer and adhesive layer 1a is, by mass, 0.1 ppm or more and 40 ppm or less.
- Condition B The content of organic solvents in adhesive layer 1a is, by mass, 0.5 ppm or more and 200 ppm or less.
- Condition C The total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer, adhesive layer 1a and adhesive layer 1b is, by mass, 0.1 ppm or more and 60 ppm or less.
- Condition D The total content of organic solvents in adhesive layer 1a and adhesive layer 1b is, by mass, 0.5 ppm or more and 300 ppm or less.
- ⁇ 2> The laminate sheet according to ⁇ 1>, wherein the thicknesses of adhesive layer 1a and adhesive layer 1b are both 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
- ⁇ 3> The laminate sheet according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein (i) has an adhesive layer 1a and a resin film or a protective film in this order on one side of the fine fibrous cellulose-containing layer, and (ii) has an adhesive layer 1a and a resin film or a protective film in this order on one side of the fine fibrous cellulose-containing layer.
- ⁇ 4> The laminate sheet according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the fine fibrous cellulose-containing layer contains a hydrophilic polymer.
- ⁇ 5> The laminate sheet according to ⁇ 4>, wherein the hydrophilic polymer contains a nonionic water-soluble cellulose ether and/or polyvinyl alcohol.
- ⁇ 6> The laminate sheet according to ⁇ 5>, wherein the fine fibrous cellulose-containing layer is a single layer, the hydrophilic polymer contains a nonionic water-soluble cellulose ether, and the content of the nonionic water-soluble cellulose ether in the hydrophilic polymer is 80 mass% or more.
- the mass ratio of the nonionic water-soluble cellulose ether to the fine fibrous cellulose is 10/90 or more and 90/10 or less.
- the fine fibrous cellulose-containing layer is a multilayer and includes a fine fibrous cellulose-containing layer 1a containing polyvinyl alcohol and a fine fibrous cellulose-containing layer 1b containing a nonionic water-soluble cellulose ether.
- the mass ratio of polyvinyl alcohol to fine fibrous cellulose (polyvinyl alcohol/fine fibrous cellulose) in the fine fibrous cellulose-containing layer 1a is 25/75 or more and 90/10 or less.
- the fine fibrous cellulose has an anionic group.
- ⁇ 11> The laminate sheet according to ⁇ 10>, wherein the anionic group includes a phosphorus oxo acid group or a group derived from a phosphorus oxo acid group.
- the anionic group includes a phosphorus oxo acid group or a group derived from a phosphorus oxo acid group.
- a laminate comprising the laminate sheet (ii) according to ⁇ 3>, which has a resin film, on at least one surface of a core resin plate, the core resin plate containing a polycarbonate-based resin, and the adhesive layer 1b of the laminate sheet and the core resin plate being in contact with each other.
- ⁇ 13> The laminate according to ⁇ 12>, having a haze of 5.0% or less.
- ⁇ 14> The laminate according to ⁇ 12> or ⁇ 13>, wherein the difference in haze before and after heating at 170°C for 10 minutes is 2.0% or less.
- ⁇ 15> A method for producing a thermally processed product, comprising a step of thermally processing the laminate according to any one of ⁇ 12> to ⁇ 14>.
- ⁇ 16> A thermally processed product obtained by thermally processing the laminate according to any one of ⁇ 12> to ⁇ 14>.
- ⁇ 17> A transparent member comprising the thermally processed product according to ⁇ 16>.
- Step 2 is a step of applying a coating liquid for an adhesive layer on one side of the fine fibrous cellulose-containing layer obtained in Step 1, followed by drying at 80°C or higher for 5 minutes or more to form adhesive layer 1a or 1b.
- Step 3 The method for producing a laminate sheet according to ⁇ 18> or ⁇ 19>, further comprising the following step 3 after step 2: Step 3: Step ⁇ 21> of applying a coating liquid for an adhesive layer to a surface of the fine fibrous cellulose-containing layer opposite to the surface on which the adhesive layer 1a or 1b is formed, and drying the applied coating liquid to form the adhesive layer 1b or 1a.
- Step 4 A step of attaching a resin film or a protective film onto the adhesive layer 1a or 1b
- FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a slurry containing fine fibrous cellulose having phosphorus oxo acid groups and pH.
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a slurry containing fine fibrous cellulose having carboxy groups and the pH.
- the laminate sheet of the present invention is (i) An adhesive layer 1a is provided on one side of a fine fibrous cellulose-containing layer (single layer or multiple layers) containing fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less, and at least one of the following conditions A and B is satisfied, or (ii) A fine fibrous cellulose-containing layer (single layer or multiple layers) containing fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less has an adhesive layer 1a on one side and an adhesive layer 1b on the other side, and satisfies at least one of the following conditions C and D: Condition A: The total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer (single layer or multi-layer) and adhesive layer 1a is 0.1 ppm or more and 40 ppm or less by mass.
- Condition B The content of organic solvents in adhesive layer 1a is 0.5 ppm or more and 200 ppm or less by mass.
- Condition C The total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer (single layer or multi-layer), adhesive layer 1a and adhesive layer 1b is 0.1 ppm or more and 60 ppm or less by mass.
- Condition D The total content of organic solvents in adhesive layer 1a and adhesive layer 1b is 0.5 ppm or more and 300 ppm or less by mass.
- the laminate sheet of the present invention is in the form of (i) having a resin film on the adhesive layer 1a, (ii) having a resin film on the adhesive layer 1a, or a laminate having any of these forms, and even when thermally processed, it is thought that bubbles are less likely to occur because the content of the organic solvent in the adhesive layers 1a and 1b is controlled within a specific range.
- the laminate including the laminate sheet of this embodiment has additional effects of being resistant to yellowing, having low haze, high total light transmittance, and excellent rigidity and visibility.
- the total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer and adhesive layer 1a may be 1 ppm or more, 3 ppm or more, or 5 ppm or more, and may be 35 ppm or less, 30 ppm or less, or 20 ppm or less.
- the total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer, adhesive layer 1a, and adhesive layer 1b may be 1 ppm or more, 3 ppm or more, or 5 ppm or more, and may be 50 ppm or less, 40 ppm or less, or 30 ppm or less.
- the total content of organic solvents in adhesive layer 1a and adhesive layer 1b may be 10 ppm or more, 30 ppm or more, or 50 ppm or more, and may be 185 ppm or less, 170 ppm or less, or 155 ppm or less.
- the average fiber width of the fine fibrous cellulose is, for example, 1,000 nm or less.
- the average fiber width of the fine fibrous cellulose is preferably 2 nm or more and 1,000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and even more preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
- the average fiber width of the fine fibrous cellulose is, for example, single-filament cellulose.
- the number-average fiber width of fine fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fine fibrous cellulose with a concentration of 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast onto a hydrophilically treated carbon film-coated grid to prepare a sample for transmission electron microscope (TEM) observation. When wide fibers are included, a scanning electron microscope (SEM) image of the surface cast onto glass may be observed. Next, electron microscope images are observed at magnifications of 1,000x, 5,000x, 10,000x, or 50,000x, depending on the width of the fibers to be observed. However, the sample, observation conditions, and magnification are adjusted to satisfy the following conditions. (1) A line X is drawn at any point in the observed image, and 20 or more fibers intersect with the line X. (2) Draw a line Y that intersects the line perpendicularly within the same image, and 20 or more fibers intersect the line Y.
- the fiber length of the fine fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 ⁇ m or more and 1,000 ⁇ m or less, more preferably 0.1 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less, and even more preferably 0.1 ⁇ m or more and 600 ⁇ m or less.
- the fiber length of the fine fibrous cellulose can be determined by image analysis using, for example, a TEM, SEM, or atomic force microscope (AFM).
- the fine fibrous cellulose preferably has a type I crystal structure.
- the proportion of type I crystal structure in the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 50% or more. This allows for even better performance in terms of the development of a low linear thermal expansion coefficient.
- the degree of crystallinity can be determined by measuring an X-ray diffraction profile and using the pattern in a conventional manner (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
- the axial ratio (fiber length/fiber width) of the fine fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably, for example, 20 or more and 10,000 or less, and more preferably 50 or more and 1,000 or less.
- the axial ratio is preferably, for example, 20 or more and 10,000 or less, and more preferably 50 or more and 1,000 or less.
- the fine fibrous cellulose in this embodiment preferably has at least one of an ionic substituent and a nonionic substituent. From the viewpoint of improving the dispersibility of the fibers in the dispersion medium and increasing the defibration efficiency in the defibration treatment, it is more preferable that the fine fibrous cellulose has an ionic substituent.
- the ionic substituent may include, for example, either one or both of an anionic group and a cationic group.
- the nonionic substituent may include, for example, an alkyl group and an acyl group. In this embodiment, it is particularly preferable that the ionic substituent has an anionic group.
- the ionic substituent is preferably a group that is introduced into the fine fibrous cellulose via an ester bond or an ether bond, and more preferably a group that is introduced into the fine fibrous cellulose via an ester bond.
- the ester bond is preferably formed by dehydration condensation between the fine fibrous cellulose and a compound that becomes the ionic substituent.
- the fine fibrous cellulose does not necessarily have to be subjected to a treatment for introducing an ionic substituent.
- anionic groups as ionic substituents include phosphorus oxo acid groups or substituents derived from phosphorus oxo acid groups (sometimes simply referred to as phosphorus oxo acid groups), carboxy groups or substituents derived from carboxy groups (sometimes simply referred to as carboxy groups), sulfur oxo acid groups or substituents derived from sulfur oxo acid groups (sometimes simply referred to as sulfur oxo acid groups), xanthate groups or substituents derived from xanthate groups (sometimes simply referred to as xanthate groups), phosphonic groups or substituents derived from phosphonic groups, phosphine groups or substituents derived from phosphine groups, sulfonic groups or substituents derived from sulfonic groups, carboxyalkyl groups, etc.
- the anionic group is preferably at least one selected from the group consisting of phosphorus oxoacid groups, substituents derived from phosphorus oxoacid groups, carboxy groups, carboxymethyl groups, carboxyethyl groups, sulfur oxoacid groups and sulfur oxoacid groups, xanthate groups, and sulfonic acid groups. More preferably, the anionic group is at least one selected from the group consisting of phosphorus oxoacid groups, substituents derived from phosphorus oxoacid groups, carboxy groups, sulfur oxoacid groups, and sulfur oxoacid groups.
- the anionic group is at least one selected from the group consisting of phosphorus oxoacid groups, substituents derived from phosphorus oxoacid groups, carboxy groups, sulfur oxoacid groups, and sulfur oxoacid groups.
- a phosphorus oxoacid group as an anionic group, for example, the dispersibility of fibrous cellulose can be further improved even under alkaline or acidic conditions, resulting in a high-strength, highly transparent fine fibrous cellulose-containing layer.
- Examples of cationic groups as ionic substituents include ammonium groups, phosphonium groups, and sulfonium groups. Of these, ammonium groups are preferred as the cationic group.
- the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from the phosphorus oxo acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1).
- a plurality of substituents represented by the following formula (1) may be introduced into each fine fibrous cellulose. In this case, the plurality of introduced substituents represented by the following formula (1) may be the same or different.
- ⁇ b+ is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance.
- Each R is a hydrogen atom, a saturated linear hydrocarbon group, a saturated branched hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated branched hydrocarbon group, an unsaturated cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a group derived from any of these.
- ⁇ in formula (1) may be a group derived from a cellulose molecular chain.
- n is preferably 1.
- saturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, or n-butyl groups.
- saturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propyl or t-butyl groups.
- saturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentyl or cyclohexyl groups.
- unsaturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, vinyl or allyl groups.
- unsaturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propenyl or 3-butenyl groups.
- Examples of unsaturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentenyl or cyclohexenyl groups.
- Examples of aromatic groups include, but are not limited to, phenyl or naphthyl groups.
- examples of the derivative group in R include, but are not limited to, functional groups in which at least one functional group selected from the group consisting of a carboxy group, a carboxylate group (—COO ⁇ ), a hydroxy group, and an amino group is added to or substituted on the main chain or side chain of the above-mentioned hydrocarbon groups.
- the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less.
- the molecular weight of the phosphorus oxoacid group can be set within an appropriate range, facilitating penetration into the fiber raw material and increasing the yield of fine fibrous cellulose.
- the multiple R groups may be the same or different.
- phosphorus oxo acid group or substituent derived from a phosphorus oxo acid group include a phosphate group ( -PO3H2 ), a salt of a phosphate group, a phosphorous acid ( phosphonic acid) group ( -PO2H2 ), and a salt of a phosphite (phosphonic acid) group.
- the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from a phosphorus oxo acid group may be a group in which a phosphate group is condensed (e.g., a pyrophosphate group), a group in which a phosphonic acid is condensed (e.g., a polyphosphonic acid group), a phosphate ester group (e.g., a monomethyl phosphate group, a polyoxyethylene alkyl phosphate group), an alkyl phosphonic acid group (e.g., a methylphosphonic acid group), or the like.
- a phosphate group is condensed
- a group in which a phosphonic acid is condensed e.g., a polyphosphonic acid group
- a phosphate ester group e.g., a monomethyl phosphate group, a polyoxyethylene alkyl phosphate group
- an alkyl phosphonic acid group e.g., a methylphospho
- the sulfur oxoacid group (a sulfur oxoacid group or a substituent derived from a sulfur oxoacid group) is, for example, a substituent represented by the following formula (2).
- a substituent represented by the following formula (2) Multiple types of substituents represented by the following formula (2) may be introduced into each fine fibrous cellulose. In this case, the multiple introduced substituents represented by the following formula (2) may be the same or different.
- Examples of the monovalent or higher cation composed of an inorganic substance include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, ions of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, and ammonium ions.
- alkali metals such as sodium, potassium, or lithium
- divalent metals such as calcium or magnesium
- hydrogen ions such as sodium ions
- ammonium ions When multiple types of substituents represented by formula (2) are introduced into the fine fibrous cellulose, the multiple ⁇ b+ may be the same or different.
- sodium or potassium ions are preferred, but are not particularly limited, because they are less likely to yellow when the fiber raw material containing ⁇ b+ is heated and are easy to use industrially.
- the amount of ionic substituent introduced into the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 0.05 mmol/g or more per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose, more preferably 0.10 mmol/g or more, even more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, and even more preferably 1.00 mmol/g or more.
- the amount of ionic substituent introduced into the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol/g or less, even more preferably 3.50 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less.
- the amount of ionic substituent (preferably anionic group) introduced within the above range it is possible to facilitate the micronization of the fiber raw material and improve the stability of the fine fibrous cellulose.
- the denominator in the unit mmol/g indicates the mass of the fine fibrous cellulose when the counter ion of the ionic substituent is a hydrogen ion (H + ).
- the amount of alkali required from the start of titration to the first endpoint is equal to the amount of first dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration
- the amount of alkali required from the first endpoint to the second endpoint is equal to the amount of second dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration
- the amount of alkali required from the start of titration to the second endpoint is equal to the total amount of dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration.
- the value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first endpoint by the solids content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol/g).Note that when simply referring to the amount of phosphorus oxo acid group introduced (or amount of phosphorus oxo acid group), it refers
- the region from the start of titration to the first endpoint is referred to as the first region
- the region from the first endpoint to the second endpoint is referred to as the second region.
- the phosphorus oxoacid group is a phosphate group and this phosphate group undergoes condensation
- the amount of weakly acidic groups in the phosphorus oxoacid group also referred to herein as the second dissociated acid amount
- the amount of alkali required in the second region is less than the amount of alkali required in the first region.
- the amount of strongly acidic groups in the phosphorus oxoacid group corresponds to the amount of phosphorus atoms regardless of whether condensation occurs. Furthermore, when the phosphorus oxoacid group is a phosphite group, the phosphorus oxoacid group no longer contains weakly acidic groups, so the amount of alkali required in the second region is reduced or may even be zero. In this case, there is only one point on the titration curve where the pH increment is maximized.
- the above-mentioned amount of introduced phosphorus oxoacid groups indicates the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the acid-form fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (acid form)), since the denominator indicates the mass of the acid-form fibrous cellulose.
- the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the fibrous cellulose with the cation C as the counter ion (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (C form)) can be determined by converting the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion. That is, it is calculated using the following formula.
- Amount of phosphorus oxoacid group (C type) Amount of phosphorus oxoacid group (acid type)/ ⁇ 1+(W ⁇ 1) ⁇ A/1,000 ⁇
- W Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto the fine fibrous cellulose having a carboxy group and the pH.
- the amount of carboxyl groups introduced into the fine fibrous cellulose can be measured, for example, as follows. First, a slurry containing fine fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, the measurement object may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below before treatment with the strongly acidic ion exchange resin. Next, the change in pH is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve such as that shown in FIG. 2 is obtained.
- the measurement object may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below.
- a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below.
- the increment the differential value of pH with respect to the amount of alkali added
- This maximum increment is called the first end point.
- the region from the start of titration to the first end point in Figure 2 is called the first region.
- the amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxyl groups in the slurry used for titration.
- the amount of alkali introduced was then calculated by dividing the amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve by the solids content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated.
- the above-mentioned amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) indicates the amount of substituents per 1 g of fibrous cellulose mass when the counter ion of the carboxyl group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type)).
- the above-mentioned amount of carboxy groups introduced indicates the amount of carboxy groups possessed by the acid-form fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (acid form)), since the denominator is the mass of the acid-form fibrous cellulose.
- the amount of carboxy groups (acid form)) when the counter ions of the carboxy groups are substituted with any cation C so as to be charge equivalent, the amount of carboxy groups possessed by the fibrous cellulose in which the cation C is the counter ion (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (C form)) (mmol/g) can be determined by converting the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion.
- the amount of sulfur oxoacid groups or sulfonic groups introduced into fibrous cellulose can be calculated by freeze-drying a slurry containing fibrous cellulose and then pulverizing the sample to measure the amount of sulfur. Specifically, a slurry containing fibrous cellulose is freeze-dried, and the resulting pulverized sample is subjected to pressure-heat decomposition using nitric acid in a sealed container, after which the sample is diluted appropriately and the amount of sulfur is measured using ICP-OES. The value calculated by dividing this value by the bone-dry mass of the fibrous cellulose tested is taken as the amount of sulfur oxoacid groups or sulfonic groups (unit: mmol/g) of the fibrous cellulose.
- Fine fibrous cellulose is produced from a fiber raw material containing cellulose.
- the cellulose-containing fiber raw material is not particularly limited, but pulp is preferably used because of its ease of availability and low cost. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp.
- wood pulp examples include, but are not limited to, chemical pulps such as hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP), and oxygen-bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulps such as semi-chemical pulp (SCP) and chemi-ground wood pulp (CGP), and mechanical pulps such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP).
- non-wood pulp examples include, but are not limited to, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lint, and non-wood pulps such as hemp, wheat straw, and bagasse.
- the deinked pulp is not particularly limited, but may be, for example, deinked pulp made from recycled paper.
- the pulp of this embodiment may be one of the above types alone or a mixture of two or more types.
- wood pulp and deinked pulp are preferred from the viewpoint of ease of availability.
- chemical pulp is more preferred, and kraft pulp and sulfite pulp are even more preferred, from the viewpoint of a high cellulose content, a high yield of fine fibrous cellulose during defibration treatment, and small decomposition of cellulose in the pulp to obtain long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio. Note that the use of long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio tends to increase viscosity.
- fiber raw material containing cellulose for example, cellulose contained in sea squirts and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used. Furthermore, instead of fiber raw materials containing cellulose, fibers formed from linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can also be used.
- an ionic substituent introduction step in which ionic substituents are introduced into the above-mentioned cellulose-containing fiber raw material, a washing step, an alkali treatment step (neutralization step), and a defibration treatment step, in this order.
- an acid treatment step may be included instead of or in addition to the washing step.
- Examples of ionic substituent introduction steps include a phosphorus oxoacid group introduction step, a carboxyl group introduction step, a sulfur oxoacid group introduction step, a xanthate group introduction step, a phosphonic or phosphine group introduction step, a sulfonic group introduction step, and a cationic group introduction step. Each step is explained below.
- the phosphorus oxo acid group introduction step is a step in which at least one compound (hereinafter also referred to as "compound A") selected from compounds capable of introducing phosphorus oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups in a cellulose-containing fiber raw material is allowed to act on the cellulose-containing fiber raw material, thereby producing a phosphorus oxo acid group-introduced fiber.
- compound A selected from compounds capable of introducing phosphorus oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups in a cellulose-containing fiber raw material is allowed to act on the cellulose-containing fiber raw material, thereby producing a phosphorus oxo acid group-introduced fiber.
- the reaction of the cellulose-containing fiber raw material with compound A may be carried out in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter also referred to as "compound B").
- the cellulose-containing fiber raw material may be reacted with compound A in the absence of compound B.
- An example of a method for reacting compound A with a fiber raw material in the presence of compound B is a method in which compound A and compound B are mixed with a fiber raw material in a dry, wet, or slurry state.
- the form of the fiber raw material is not particularly limited, but is preferably in the form of a cotton or thin sheet.
- Compound A and compound B may be added to the fiber raw material in the form of a powder, a solution dissolved in a solvent, or a melted state heated to or above their melting point.
- adding compound A and compound B in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly an aqueous solution is preferred because of the high uniformity of the reaction.
- Compound A and compound B may be added to the fiber raw material simultaneously, separately, or as a mixture.
- the method for adding compound A and compound B is not particularly limited.
- the fiber raw material may be immersed in the solution to absorb the liquid and then removed, or the solution may be added dropwise to the fiber raw material.
- the required amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or excess amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, and then the excess compound A and compound B may be removed by squeezing or filtration.
- the compound A used in this embodiment may be any compound that has a phosphorus atom and can form an ester bond with cellulose, including, but not limited to, phosphoric acid or a salt thereof, phosphorous acid or a salt thereof, dehydrated condensed phosphoric acid or a salt thereof, and phosphoric anhydride (diphosphorus pentoxide).
- Phosphoric acid can be used with various purities, such as 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid.
- Phosphorous acid can be, for example, 99% phosphorous acid (phosphonic acid).
- Dehydrated condensed phosphoric acid is a compound in which two or more molecules of phosphoric acid are condensed by a dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid.
- Phosphates, phosphites, and dehydrated condensed phosphates include lithium salts, sodium salts, potassium salts, and ammonium salts of phosphoric acid, phosphorous acid, or dehydrated condensed phosphoric acid, which can be neutralized to various degrees.
- phosphoric acid sodium salts of phosphoric acid, potassium salts of phosphoric acid, and ammonium salts of phosphoric acid are preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, and ammonium dihydrogen phosphate are more preferred, from the viewpoints of high efficiency in introducing phosphorus oxoacid groups, easier improvement of defibration efficiency in the defibration step described below, low cost, and ease of industrial application.
- the amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted into the amount of phosphorus atoms, the amount of phosphorus atoms added to 100 parts by mass of the fiber raw material (bone dry mass) is preferably 0.5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass or more and 50 parts by mass or less, and even more preferably 2 parts by mass or more and 30 parts by mass or less.
- the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved.
- the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to the above upper limit or less, a balance can be achieved between the yield improvement effect and costs.
- the compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives.
- the compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
- urea urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
- aqueous solution of compound B it is preferable to use an aqueous solution of compound B.
- the amount of compound B added relative to 100 parts by mass (bone dry mass) of the fiber raw material is not particularly limited, but is, for example, preferably 1 part by mass or more and 500 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 400 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass or more and 350 parts by mass or less.
- the heat treatment temperature is preferably selected so that the phosphorus oxo acid group can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis of the fiber.
- the heat treatment temperature is, for example, preferably 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
- various types of equipment with heat transfer media can be used for the heat treatment, including, for example, agitator dryers, rotary dryers, disk dryers, roll-type heaters, plate-type heaters, fluidized-bed dryers, band-type dryers, filtration dryers, vibration fluidized-bed dryers, flash dryers, reduced-pressure dryers, infrared heaters, far-infrared heaters, microwave heaters, and high-frequency dryers.
- the heating device used for the heat treatment is preferably one that can constantly discharge, to the outside of the device system, moisture retained in the slurry and moisture generated in the dehydration condensation (phosphorylation) reaction between compound A and hydroxyl groups contained in cellulose or the like in the fiber raw material.
- Examples of such heating devices include an oven using a blower system.
- Constantly discharging moisture from the device system can suppress the hydrolysis reaction of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphate esterification, as well as acid hydrolysis of sugar chains in the fiber. This makes it possible to obtain fine fibrous cellulose with a high axial ratio.
- the heat treatment time is, for example, from when moisture is substantially removed from the fiber raw material, preferably from 1 second to 300 minutes, more preferably from 1 second to 1,000 seconds, and even more preferably from 10 seconds to 800 seconds.
- the amount of phosphorus oxo acid groups introduced can be kept within a preferred range.
- the amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 0.05 mmol/g or more per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose, more preferably 0.10 mmol/g or more, even more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, and even more preferably 1.00 mmol/g or more. Furthermore, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less. By keeping the amount of phosphorus oxoacid groups introduced within the above range, it is possible to facilitate the micronization of the fiber raw material and increase the stability of the fine fibrous cellulose.
- the carboxyl group introduction process is carried out by treating a fiber raw material containing cellulose with an oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, or TEMPO oxidation treatment, or with a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof, or an acid anhydride of a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof.
- an oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, or TEMPO oxidation treatment
- the amount is preferably 0.05 mmol/g or more, more preferably 0.10 mmol/g or more, even more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, and even more preferably 0.90 mmol/g or more per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose.
- the amount is preferably 3.65 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less, even more preferably 2.50 mmol/g or less, even more preferably 2.20 mmol/g or less, and even more preferably 2.00 mmol/g or less.
- the amount may be 5.8 mmol/g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose.
- the process for producing fine fibrous cellulose may include, for example, a sulfur oxoacid group introduction step as an ionic substituent introduction step, in which hydroxyl groups in a cellulose-containing fiber raw material react with sulfur oxoacids to produce cellulose fibers having sulfur oxoacid groups (sulfur oxoacid group-introduced fibers).
- At least one compound (hereinafter also referred to as "compound C") selected from compounds capable of introducing sulfur oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups in cellulose-containing fiber raw materials is used.
- Compound C may be any compound that contains a sulfur atom and is capable of forming an ester bond with cellulose, including, but not limited to, sulfuric acid or its salts, sulfurous acid or its salts, and sulfuric acid amides.
- Sulfuric acid of various purities can be used, for example, 96% sulfuric acid (concentrated sulfuric acid).
- Sulfurous acid can be 5% aqueous sulfurous acid.
- Sulfates or sulfites include lithium, sodium, potassium, and ammonium salts of sulfates or sulfites, which can be neutralized to various degrees.
- Sulfamic acid or the like can be used as the sulfuric acid amide.
- sulfur oxo acid group introduction step it is preferable to use compound B in the above-described ⁇ Phosphorus oxo acid group introduction step> as well.
- the heat-treatment temperature is preferably selected so that sulfur oxoacid groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis of the fibers.
- the heat-treatment temperature is preferably 100°C or higher, more preferably 120°C or higher, and even more preferably 150°C or higher.
- the heat-treatment temperature is also preferably 300°C or lower, more preferably 250°C or lower, and even more preferably 200°C or lower.
- the heat treatment time varies depending on the amount of moisture contained in the cellulose raw material and the amount of aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or urea derivative added, but is preferably between 10 and 10,000 seconds.
- Heat treatment can be performed using equipment with a variety of heat media, including agitator dryers, rotary dryers, disk dryers, roll-type heaters, plate-type heaters, fluidized bed dryers, band dryers, filtration dryers, vibration fluidized dryers, pneumatic dryers, reduced pressure dryers, infrared heaters, far-infrared heaters, microwave heaters, and high-frequency dryers.
- the amount of sulfur oxoacid groups introduced into the cellulose raw material is preferably 0.05 mmol/g or more, more preferably 0.10 mmol/g or more, even more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, and even more preferably 0.90 mmol/g or more. Furthermore, the amount of sulfur oxoacid groups introduced into the cellulose raw material is preferably 5.00 mmol/g or less, and more preferably 3.00 mmol/g or less.
- the ionic substituent introduction step may include an oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent, in which a chlorine-based oxidizing agent is added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to cause a reaction, thereby introducing a carboxyl group into the fiber raw material.
- Chlorine-based oxidizing agents include hypochlorous acid, hypochlorites, chlorous acid, chlorites, chloric acid, chlorates, perchloric acid, perchlorates, and chlorine dioxide. From the standpoints of substituent introduction efficiency, and therefore defibration efficiency, cost, and ease of handling, sodium hypochlorite, sodium chlorite, and chlorine dioxide are preferred chlorine-based oxidizing agents. When adding a chlorine-based oxidizing agent, it may be added directly to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid), or it may be dissolved in a suitable solvent and added.
- the concentration of the chlorine-based oxidizing agent in the solution, converted into effective chlorine concentration is preferably 1% by mass or more and 1,000% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 500% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or more and 100% by mass or less.
- the amount of chlorine-based oxidizing agent added per 100 parts by mass of fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass or more and 5,000 parts by mass or less.
- the reaction time with the chlorine-based oxidizing agent in the oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent may vary depending on the reaction temperature, but is preferably between 1 minute and 1,000 minutes, more preferably between 10 minutes and 500 minutes, and even more preferably between 20 minutes and 400 minutes.
- the pH during the reaction is preferably between 5 and 15, more preferably between 7 and 14, and even more preferably between 9 and 13.
- the ionic substituent introduction step may include, for example, a xanthate group introduction step (hereinafter also referred to as a xanthation step).
- a xanthate group introduction step hereinafter also referred to as a xanthation step.
- carbon disulfide and an alkali compound are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to cause a reaction, thereby introducing a xanthate group into the fiber raw material.
- carbon disulfide is added to a fiber raw material that has been converted into alkali cellulose by the method described below, and the reaction is carried out.
- alkali cellulose When introducing ionic substituents into a fiber raw material, it is preferable to convert the cellulose contained in the fiber raw material into alkali cellulose by treating the cellulose with an alkaline solution. This treatment causes ionic dissociation of some of the hydroxyl groups of the cellulose, thereby increasing the nucleophilicity (reactivity).
- the alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. Due to their high versatility, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, or tetrabutylammonium hydroxide.
- the conversion into alkali cellulose may be carried out simultaneously with the introduction of the ionic substituents, before the introduction, or at both the same time.
- the solution temperature at the start of alkali cellulose conversion is preferably between 0°C and 50°C, more preferably between 5°C and 40°C, and even more preferably between 10°C and 30°C.
- the alkali concentration in the alkaline solution is preferably 0.01 mol/L or more and 4 mol/L or less in molar concentration, more preferably 0.1 mol/L or more and 3 mol/L or less, and even more preferably 1 mol/L or more and 2.5 mol/L or less.
- the alkali concentration is preferably 1 mol/L or more and 2 mol/L or less.
- the treatment time for alkali cellulose formation is preferably 1 minute or more, more preferably 10 minutes or more, and even more preferably 30 minutes or more. Furthermore, the alkali treatment time is preferably 6 hours or less, more preferably 5 hours or less, and even more preferably 4 hours or less.
- the conversion to alkali cellulose is preferably carried out before the introduction of ionic substituents.
- the alkali cellulose obtained in the alkali cellulose conversion treatment is preferably subjected to solid-liquid separation and water removal using a common deliquoring method such as centrifugation or filtration. This improves the reaction efficiency in the subsequent ionic substituent introduction step.
- the cellulose fiber concentration after solid-liquid separation is preferably 5% or more and 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less, and even more preferably 15% or more and 35% or less.
- the ionic substituent introduction step may include a phosphonic or phosphine group introduction step (phosphoalkylation step).
- a compound having a reactive group and a phosphonic or phosphine group (compound E A ) as an essential component, and an alkali compound and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives as optional components, are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce a phosphonic or phosphine group into the fiber raw material.
- Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
- Examples of the compound EA include vinylphosphonic acid, phenylvinylphosphonic acid, phenylvinylphosphinic acid, etc. From the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling, it is preferable that the compound EA is vinylphosphonic acid.
- compound EA When compound EA is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in an appropriate solvent and added.
- the fiber raw material is preferably converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting into alkali cellulose is as described above.
- the temperature during the reaction is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
- the amount of compound E A added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
- the reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably between 1 minute and 1,000 minutes, more preferably between 10 minutes and 500 minutes, and even more preferably between 20 minutes and 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration or other methods.
- the ionic substituent introduction step may include a sulfonic group introduction step (sulfoalkylation step).
- a compound (compound E B ) having a reactive group and a sulfonic group as an essential component, and an optional component, an alkali compound and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce a sulfonic group into the fiber raw material.
- Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
- Examples of compound E B include sodium 2-chloroethanesulfonate, sodium vinylsulfonate, sodium p-styrenesulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, etc.
- compound E B be sodium vinylsulfonate.
- compound E B When compound E B is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in an appropriate solvent and added.
- the fiber raw material is preferably converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting into alkali cellulose is as described above.
- the temperature during the reaction is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
- the amount of compound E B added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
- the reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably between 1 minute and 1,000 minutes, more preferably between 10 minutes and 500 minutes, and even more preferably between 15 minutes and 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration or other methods.
- the ionic substituent introduction step may include a carboxyalkylation step, in which a compound having a reactive group and a carboxy group (compound E C ) as an essential component, an alkali compound, and a compound B selected from the aforementioned urea and its derivatives as optional components, are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce a carboxy group into the fiber raw material.
- a carboxyalkylation step in which a compound having a reactive group and a carboxy group (compound E C ) as an essential component, an alkali compound, and a compound B selected from the aforementioned urea and its derivatives as optional components, are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce a carboxy group into the fiber raw material.
- Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
- the compound E C monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, 2-chloropropionic acid, 3-chloropropionic acid, sodium 2-chloropropionate, and sodium 3-chloropropionate are preferred from the standpoints of the efficiency of introducing substituents, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling.
- compound E C When compound E C is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in an appropriate solvent and added.
- the fiber raw material is preferably converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting into alkali cellulose is as described above.
- the temperature during the reaction is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
- the amount of compound E C added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
- the reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably between 1 minute and 1,000 minutes, more preferably between 3 minutes and 500 minutes, and even more preferably between 5 minutes and 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration or other methods.
- -Cationic group introduction step (cationization step)- A compound having a reactive group and a cationic group (compound E D ) as an essential component, and an alkaline compound and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives as optional components, are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce the cationic group into the fiber raw material.
- Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
- Examples of the cationic group include an ammonium group, a phosphonium group, a sulfonium group, etc. Among these, the cationic group is preferably an ammonium group.
- As the compound E D glycidyl trimethyl ammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride, etc. are preferred from the viewpoints of the efficiency of introducing substituents, and hence the defibration efficiency, cost, and ease of handling.
- the amount added is also preferably as described above.
- compound E or D When compound E or D is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as is, or may be dissolved in an appropriate solvent and added.
- the fiber raw material is preferably converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method for converting into alkali cellulose is as described above.
- the temperature during the reaction is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
- the amount of compound E D added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
- the reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably between 1 minute and 1,000 minutes, more preferably between 5 minutes and 500 minutes, and even more preferably between 10 minutes and 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration or other methods.
- a washing step can be carried out on the ionic substituent-introduced fibers as needed.
- the washing step is carried out by washing the ionic substituent-introduced fibers with water or an organic solvent, for example.
- the washing step may be carried out after each step described below, and the number of washing steps carried out in each washing step is not particularly limited.
- the fiber raw material may be subjected to an alkali treatment (neutralization treatment) between the ionic substituent introduction step and the defibration treatment step described below.
- the alkali treatment method is not particularly limited, but examples thereof include a method of immersing the ionic substituent-introduced fiber in an alkali solution.
- the alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of their high versatility.
- the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent.
- the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent including water or a polar organic solvent such as an alcohol, and more preferably an aqueous solvent including at least water.
- an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is preferable because of their high versatility.
- the temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably, for example, from 5° C. to 80° C., and more preferably from 10° C. to 60° C.
- the immersion time of the ionic substituent-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is, for example, preferably from 5 minutes to 30 minutes, and more preferably from 10 minutes to 20 minutes.
- the amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but is, for example, preferably from 100% by mass to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% by mass to 10,000% by mass, based on the bone dry mass of the ionic substituent-introduced fiber.
- the ionic substituent-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the ionic substituent-introducing step and before the alkaline treatment step. From the perspective of improving handleability, it is preferable to wash the alkaline-treated ionic substituent-introduced fiber with water or an organic solvent after the alkaline treatment step and before the defibrating treatment step.
- the fiber raw material may be subjected to an acid treatment between the step of introducing an ionic substituent and the defibration treatment step described below.
- the step of introducing an ionic substituent, the acid treatment step, the alkali treatment step, and the defibration treatment step may be performed in this order.
- the acid treatment method is not particularly limited, but examples include a method of immersing the fiber raw material in an acidic solution containing an acid.
- the concentration of the acidic solution used is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
- the pH of the acidic solution used is also not particularly limited, but is preferably 0 to 4, and more preferably 1 to 3.
- Examples of the acid contained in the acidic solution include inorganic acids, sulfonic acids, and carboxylic acids.
- inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, and boric acid.
- sulfonic acids include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid.
- carboxylic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, and tartaric acid.
- hydrochloric acid or sulfuric acid is particularly preferred.
- the temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably, for example, from 5° C. to 100° C., and more preferably from 20° C. to 90° C.
- the immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is, for example, preferably from 5 minutes to 120 minutes, and more preferably from 10 minutes to 60 minutes.
- the amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is, for example, preferably from 100% by mass to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% by mass to 10,000% by mass, based on the bone dry mass of the fiber raw material.
- Fine fibrous cellulose By subjecting the ionic substituent-introduced fibers to defibration treatment in a defibration treatment step, fine fibrous cellulose can be obtained.
- a defibration treatment device In the defibration treatment step, for example, a defibration treatment device can be used.
- the defibration treatment device is not particularly limited, but examples that can be used include a high-speed defibrator, a grinder (stone mill-type grinder), a high-pressure homogenizer, an ultra-high-pressure homogenizer, a high-pressure collision grinder, a ball mill, a bead mill, a disk-type refiner, a conical refiner, a twin-screw kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater.
- a high-speed defibrator a grinder (stone mill-type grinder), a high-pressure homogenizer, an ultra-high-pressure homogenizer, a high-pressure collision grinder, a ball mill, a bead mill, a disk-type refiner, a conical refiner, a twin-screw kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser
- a high-speed defibrator a high-pressure homogenizer, or an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and have less risk of contamination.
- the dispersant can be one or more selected from water and organic solvents such as polar organic solvents.
- Polar organic solvents are not particularly limited, but preferred examples include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, and aprotic polar solvents.
- alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol.
- polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin.
- ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK).
- ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether.
- esters include ethyl acetate and butyl acetate.
- Aprotic polar solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP).
- the solid content concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration treatment can be appropriately set.
- the slurry obtained by dispersing the phosphorus oxo acid group-introduced fibers in a dispersion medium may contain solid components other than the phosphorus oxo acid group-introduced fibers, such as urea having hydrogen bonding properties.
- the process for producing fine fibrous cellulose may further include a step of reducing the nitrogen content (nitrogen removal treatment step). By reducing the nitrogen content, fine fibrous cellulose that can further suppress discoloration can be obtained.
- the nitrogen removal treatment step is preferably performed before the defibration treatment step.
- the nitrogen removal treatment step it is preferable to adjust the pH of the slurry containing the substituted fiber to 10 or higher and then perform a heat treatment.
- the liquid temperature of the slurry is preferably 50°C or higher and 100°C or lower, and the heating time is preferably 15 minutes or higher and 180 minutes or lower.
- the pH of the slurry containing the substituted fiber it is preferable to add an alkaline compound that can be used in the alkaline treatment step described above to the slurry.
- the fiber into which the ionic substituents have been introduced can be subjected to a washing step, if necessary.
- the washing step is carried out by washing the fiber into which the ionic substituents have been introduced, for example, with water or an organic solvent. There is no particular limit to the number of washes carried out in each washing step.
- the method for producing fine fibrous cellulose may include a step of removing at least a portion of the substituents from fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1,000 nm or less. By undergoing such a step, it is possible to obtain fine fibrous cellulose having a small fiber width but a low amount of introduced substituents.
- the step of removing at least a portion of the substituents from the fine fibrous cellulose is also referred to as a substituent removal treatment step.
- Substituent removal treatment processes include heat treatment, enzyme treatment, acid treatment, alkali treatment, etc. of fine fibrous cellulose having substituents and a fiber width of 1,000 nm or less. These may be performed alone or in combination. Of these, the substituent removal treatment process is preferably a heat treatment or enzyme treatment.
- the substituent removal treatment process is preferably a heat treatment or enzyme treatment.
- the substituent removal treatment step is preferably carried out in the form of a slurry. That is, the substituent removal treatment step is preferably a step of subjecting a slurry containing fine fibrous cellulose having substituents and a fiber width of 1,000 nm or less to a heat treatment, enzyme treatment, acid treatment, alkali treatment, or the like.
- the substituent removal treatment step is carried out in the form of a slurry, it is possible to prevent the residue of colored substances caused by heating or the like during the substituent removal treatment, as well as added or generated acids, alkalis, salts, etc. This makes it possible to suppress coloration of the fine fibrous cellulose-containing layer.
- a treatment is carried out to remove salts derived from the substituents removed after the substituent removal treatment, it is also possible to increase the efficiency of salt removal.
- the concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry within the above range, it is possible to prevent the residue of coloring substances caused by heating during the substituent removal treatment, as well as added or generated acids, alkalis, salts, etc. This can suppress coloration of the fine fibrous cellulose-containing layer. Furthermore, when a treatment is performed to remove salts derived from the substituents removed after the substituent removal treatment, it is also possible to improve the efficiency of salt removal.
- the heating temperature in the heat treatment step is preferably 40°C or higher, more preferably 50°C or higher, and even more preferably 60°C or higher. Furthermore, the heating temperature in the heat treatment step is preferably 250°C or lower, more preferably 230°C or lower, and even more preferably 200°C or lower.
- the heating temperature in the heat treatment step is preferably 80°C or higher, more preferably 100°C or higher, and even more preferably 120°C or higher.
- the heating equipment that can be used in the heat treatment step is not particularly limited, but includes hot air heating equipment, steam heating equipment, electric heating equipment, hydrothermal heating equipment, thermal heating equipment, infrared heating equipment, far-infrared heating equipment, microwave heating equipment, high-frequency heating equipment, agitator drying equipment, rotary drying equipment, disk drying equipment, roll-type heating equipment, plate-type heating equipment, fluidized bed drying equipment, band-type drying equipment, filtration drying equipment, vibration fluidized drying equipment, flash drying equipment, and reduced-pressure drying equipment.
- heating is preferably carried out in a closed system, and from the viewpoint of increasing the heating temperature, it is preferable to carry out heating in a pressure-resistant device or container.
- Heat treatment may be batch processing, continuous batch processing, or continuous processing.
- the substituent removal treatment step is a step of enzymatically treating fine fibrous cellulose having substituents and a fiber width of 1,000 nm or less
- the enzyme is preferably added so that the enzymatic activity per 1 g of fine fibrous cellulose is 0.1 nkat or more, more preferably 1.0 nkat or more, and even more preferably 10 nkat or more. Furthermore, the enzyme is preferably added so that the enzymatic activity per 1 g of fine fibrous cellulose is 100,000 nkat or less, more preferably 50,000 nkat or less, and even more preferably 10,000 nkat or less.
- After adding the enzyme to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry) it is preferable to treat it at a temperature of 0°C or higher but less than 50°C for 1 minute or more and 100 hours or less.
- a step of deactivating the enzyme may be carried out.
- Methods for deactivating the enzyme include adding an acid or alkaline component to the enzymatically treated slurry, and raising the temperature of the enzymatically treated slurry to 90°C or higher.
- the substituent removal treatment step is a step of acid treating fine fibrous cellulose having substituents and a fiber width of 1,000 nm or less, it is preferable to add an acid compound that can be used in the acid treatment step described above to the slurry in the acid treatment step.
- the substituent removal treatment step is a step of alkali treating fine fibrous cellulose having substituents and a fiber width of 1,000 nm or less, it is preferable to add an alkali compound that can be used in the alkali treatment step described above to the slurry in the alkali treatment step.
- the substituent removal reaction proceeds uniformly.
- the slurry containing the fine fibrous cellulose may be stirred, or the specific surface area of the slurry may be increased.
- the slurry may be stirred by applying external mechanical shear, or by increasing the slurry flow rate during the reaction to promote self-stirring.
- Spacer molecules may be added in the substituent removal treatment step.
- the spacer molecules penetrate between adjacent fine fibrous cellulose particles, thereby acting as spacers to create fine spaces between the fine fibrous cellulose particles. Adding such spacer molecules in the substituent removal treatment step can suppress aggregation of the fine fibrous cellulose particles after the substituent removal treatment. This can more effectively increase the transparency of the fine fibrous cellulose-containing layer.
- the spacer molecule is preferably a water-soluble organic compound.
- water-soluble organic compounds include sugars, water-soluble polymers, and urea. Specific examples include trehalose, urea, polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol (PVA).
- water-soluble organic compounds that can be used include alkyl methacrylate-acrylic acid copolymer, polyvinylpyrrolidone, sodium polyacrylate, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, isoprene glycol, hexylene glycol, 1,3-butylene glycol, polyacrylamide, xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, quince seed, alginic acid, pullulan, carrageenan, pectin, starches such as cationized starch, raw starch, oxidized starch, etherified starch, esterified starch, and amylose, glycerin, diglycerin, polyglycerin, hyaluronic acid, and metal salts of hyaluronic acid.
- pigments can be used as spacer molecules.
- spacer molecules examples include kaolin (containing clay), calcium carbonate, titanium oxide, zinc oxide, amorphous silica (containing colloidal silica), aluminum oxide, zeolite, sepiolite, smectite, synthetic smectite, magnesium silicate, magnesium carbonate, magnesium oxide, diatomaceous earth, styrene-based plastic pigments, hydrotalcite, urea resin-based plastic pigments, and benzoguanamine-based plastic pigments.
- kaolin containing clay
- calcium carbonate titanium oxide
- zinc oxide amorphous silica (containing colloidal silica)
- aluminum oxide zeolite, sepiolite, smectite, synthetic smectite
- magnesium silicate magnesium carbonate
- magnesium oxide diatomaceous earth
- styrene-based plastic pigments hydrotalcite
- urea resin-based plastic pigments and benzoguanamine-based plastic pigment
- a step of adjusting the pH of the slurry containing the fine fibrous cellulose may be provided before the substituent removal treatment step.
- the slurry containing the defibrated fine fibrous cellulose exhibits weak alkalinity. If heating is performed in this state, monosaccharides, which are one of the causes of coloration, may be generated due to decomposition of cellulose, so it is preferable to adjust the pH of the slurry to 8 or less. Furthermore, since monosaccharides may also be generated under acidic conditions, it is preferable to adjust the pH of the slurry to 3 or more.
- the substituted fine fibrous cellulose is a fine fibrous cellulose having phosphate groups
- the phosphorus of the phosphate groups is in a state susceptible to nucleophilic attack.
- the means for adjusting the pH is not particularly limited, but for example, an acid component or an alkaline component may be added to a slurry containing fine fibrous cellulose.
- the acid component may be either an inorganic acid or an organic acid, and inorganic acids include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid.
- Organic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, malic acid, lactic acid, adipic acid, sebacic acid, stearic acid, maleic acid, succinic acid, tartaric acid, fumaric acid, and gluconic acid.
- the alkaline component may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound.
- Inorganic alkaline compounds include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium carbonate, lithium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, sodium carbonate, and sodium bicarbonate.
- Examples of organic alkaline compounds include ammonia, hydrazine, methylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, butylamine, diaminoethane, diaminopropane, diaminobutane, diaminopentane, diaminohexane, cyclohexylamine, aniline, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, pyridine, and N,N-dimethyl-4-aminopyridine.
- ion exchange treatment may be performed to adjust the pH.
- a strong acid cation exchange resin or a weak acid ion exchange resin can be used.
- a slurry containing fine fibrous cellulose with the desired pH can be obtained.
- the addition of an acid component or an alkali component may be combined with the ion exchange treatment.
- the means for removing the salts derived from the substituents is not particularly limited, and examples thereof include a washing treatment and an ion exchange treatment.
- the washing treatment is carried out by washing the fine fibrous cellulose that has aggregated in the substituent removal treatment with, for example, water or an organic solvent.
- an ion exchange resin can be used.
- the substituent removal treatment step may be followed by a step of uniformly dispersing the fine fibrous cellulose obtained through the substituent removal treatment.
- the uniform dispersion treatment step is a step of uniformly dispersing the aggregated fine fibrous cellulose.
- a high-speed defibrator, grinder stone mill type grinder
- high-pressure homogenizer high-pressure collision type grinder
- ball mill bead mill
- disk type refiner conical refiner
- twin-screw kneader vibration mill
- homomixer under high-speed rotation ultrasonic disperser or beater
- ultrasonic disperser or beater can be used.
- a high-speed defibrator, grinder stone mill type grinder
- high-pressure homogenizer high-pressure collision type grinder
- ball mill bead mill
- disk type refiner disk type refiner
- conical refiner conical refiner
- twin-screw kneader vibration mill
- homomixer under high-speed rotation ultrasonic disperser or beater
- the processing conditions for the uniform dispersion processing step are not particularly limited, but it is preferable to increase the maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and the pressure during processing.
- the peripheral speed is preferably 20 m/sec or more, more preferably 25 m/sec or more, and even more preferably 30 m/sec or more.
- a high-pressure homogenizer is more preferably used than a high-speed fiberizer, as it has a higher maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and a higher pressure during processing.
- the pressure during processing is preferably 1 MPa or more and 350 MPa or less, more preferably 10 MPa or more and 300 MPa or less, and even more preferably 50 MPa or more and 250 MPa or less.
- the above-mentioned spacer molecules may be added in the uniform dispersion treatment step.
- the fine fibrous cellulose can be dispersed more uniformly and smoothly. This makes it possible to more effectively increase the transparency of the fine fibrous cellulose-containing layer.
- the content of fine fibrous cellulose in the solid content of the fine fibrous cellulose-containing layer is, from the viewpoint of improving the rigidity of the laminate, preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, even more preferably 20% by mass or more, still more preferably 25% by mass or more, and is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, even more preferably 80% by mass or less, and still more preferably 75% by mass or less.
- the fine fibrous cellulose-containing layer of this embodiment is a multilayered layer, it is preferable that the content of fine fibrous cellulose in the solid content of each layer is within the above range.
- a fine fibrous cellulose containing an ionic group and an unmodified fine fibrous cellulose may be used in combination.
- the fine fibrous cellulose a fine fibrous cellulose containing an ionic group and an unmodified fine fibrous cellulose may be used in combination.
- the cellulose may contain coarse cellulose fibers having a fiber width of more than 1 ⁇ m.
- the fiber width of the coarse cellulose fibers is not particularly limited as long as it is 1 ⁇ m or more, but is, for example, preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more, even more preferably 10 ⁇ m or more, and more preferably 50 ⁇ m or less, and even more preferably 40 ⁇ m or less.
- the fiber width of the coarse cellulose fibers can be determined using a fiber length distribution measuring device (for example, FS5 manufactured by Valmet or L&W Fiber Tester Plus manufactured by ABB).
- the coarse cellulose fibers may have an ionic substituent in order to improve dispersibility in the fine fibrous cellulose-containing layer, and the preferred embodiments of the ionic substituent are the same as those for the fine fibrous cellulose, and the preferred ranges of the type and amount of the substituent are also the same.
- the coarse cellulose fibers are preferably obtained by introducing ionic groups into a fiber raw material and then gently defibrating the raw material. Examples of defibrators used for the gentle defibration treatment include refiners such as disk refiners and conical refiners.
- the preferred content of fine fibrous cellulose in the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing layer is the preferred range of the total content of fibrous cellulose, i.e., fine fibrous cellulose and coarse cellulose fibers.
- the content of coarse cellulose fibers per 100 parts by mass of fibrous cellulose is preferably 1 part by mass or more and 80 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or more, even more preferably 5 parts by mass or more, and preferably 60 parts by mass or less, more preferably 40 parts by mass or less, even more preferably 20 parts by mass or less.
- the content of the coarse cellulose fibers is within the above range, the laminate can be produced more inexpensively because the coarse cellulose fibers can be produced more inexpensively than fine fibrous cellulose.
- the fine fibrous cellulose-containing layer preferably contains a hydrophilic polymer from the viewpoint of ease of production of the fine fibrous cellulose-containing layer.
- the hydrophilic polymer generally refers to a polymer compound that is easily dissolved, swollen, or wetted in water.
- examples of the hydrophilic polymer include polymer compounds having ionic groups such as carboxyl groups, sulfonic groups, or amino groups in the molecular structure, and polymer compounds having nonionic hydrophilic groups such as hydroxyl groups, amide groups, ether groups, polyoxyethylene groups, or polyoxypropylene groups.
- hydrophilic polymers include carboxyvinyl polymers; polyvinyl alcohol; alkyl methacrylate-acrylic acid copolymers; polyvinylpyrrolidone; polyvinyl methyl ether; polyacrylates such as sodium polyacrylate; alkyl acrylate copolymers; urethane copolymers; modified polyesters; modified polyimides; polyalkylene glycols such as polyethylene glycol, polyethylene oxide, and polypropylene glycol; polycations such as polyacrylamide and polyethyleneimine; polyanions; amphoteric polymers; xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, and chrysanthemum gum.
- thickening polysaccharides include inseed, alginic acid, metal salts of alginic acid, pullulan, sakuran, and pectin; cellulose derivatives include carboxymethylcellulose, carboxyethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, and hydroxyethylcellulose; starches include cationized starch, raw starch, oxidized starch, etherified starch, esterified starch, dextrin, and amylose; glycerins such as polyglycerin; hyaluronic acid, metal salts of hyaluronic acid; proteins such as casein.
- these hydrophilic polymers may be copolymers.
- polyvinyl alcohol includes modified polyvinyl alcohol.
- the hydrophilic polymer preferably contains polyvinyl alcohol, polyalkylene glycol, or a cellulose derivative, and more preferably contains polyvinyl alcohol or a cellulose derivative.
- Preferred cellulose derivatives are non-ionic water-soluble cellulose ethers such as methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl methyl cellulose is more preferred.
- the hydrophilic polymer preferably contains nonionic water-soluble cellulose ether and/or polyvinyl alcohol, more preferably nonionic water-soluble cellulose ether.
- water-soluble means that 1 g or more dissolves in 100 g of water at any temperature between 0 ° C. and 100 ° C.
- polymer means that the average molecular weight (weight average molecular weight when there is molecular weight distribution) is 1,000 or more, preferably 1,500 or more, more preferably 2,000 or more.
- the content of the nonionic water-soluble cellulose ether in the hydrophilic polymer is preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or less, and 100% by mass or less.
- the mass ratio of hydrophilic polymer to fine fibrous cellulose (hydrophilic polymer/fine fibrous cellulose) in the fine fibrous cellulose-containing layer is preferably 5/95 or more and 90/10 or less, more preferably 10/90 or more, even more preferably 20/80 or more, still more preferably 25/75 or more, and more preferably 85/15 or less, even more preferably 80/20 or less, and still more preferably 75/25 or less.
- the mass ratio of nonionic water-soluble cellulose ether to fine fibrous cellulose in the fine fibrous cellulose-containing layer is preferably 10/90 or more and 90/10 or less, more preferably 15/85 or more, even more preferably 20/80 or more, still more preferably 25/75 or more, and more preferably 85/15 or less, even more preferably 80/20 or less, and still more preferably 75/25 or less.
- the total content of fine fibrous cellulose and hydrophilic polymer in the solid content of the fine fibrous cellulose-containing layer is, from the viewpoint of improving the rigidity of the laminate, preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more, and is 100% by mass or less.
- the fine fibrous cellulose-containing layer When the fine fibrous cellulose-containing layer is a multi-layer structure, it preferably includes a fine fibrous cellulose-containing layer 1a containing polyvinyl alcohol and a fine fibrous cellulose-containing layer 1b containing a nonionic water-soluble cellulose ether. In the laminate described below, it is preferred that the fine fibrous cellulose-containing layer 1b containing the nonionic water-soluble cellulose ether be in contact with the core resin plate.
- the mass ratio of hydrophilic polymer to fine fibrous cellulose (hydrophilic polymer/fine fibrous cellulose) in each layer constituting the fine fibrous cellulose-containing layer is preferably 5/95 or more and 90/10 or less, more preferably 10/90 or more, even more preferably 20/80 or more, more preferably 80/20 or less, even more preferably 70/30 or less, and even more preferably 60/40 or less.
- the mass ratio of polyvinyl alcohol to fine fibrous cellulose is preferably 25/75 or more and 90/10 or less, more preferably 75/25 or less, even more preferably 60/40 or less, still more preferably 45/55 or less, and even more preferably 40/60 or less, from the viewpoint of interlayer adhesion.
- the mass ratio of nonionic water-soluble cellulose ether to fine fibrous cellulose is, from the viewpoint of interlayer adhesion, preferably 5/95 or more and 90/10 or less, more preferably 10/90 or more, even more preferably 20/80 or more, more preferably 70/30 or less, even more preferably 60/40 or less, still more preferably 50/50 or less, and even more preferably 40/60 or less.
- the total content of fine fibrous cellulose and hydrophilic polymer in the solid content of each layer constituting the fine fibrous cellulose-containing layer is, from the viewpoint of improving the rigidity of the laminate, preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more, and is 100% by mass or less.
- the fine fibrous cellulose-containing layer in this embodiment may contain components (other components) other than the fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less and the hydrophilic polymer.
- other components include fibrous cellulose having a fiber width of more than 1,000 nm, hydrophilic low-molecular-weight compounds, paper strength agents, thermoplastic resins, surfactants, organic ions, coupling agents, inorganic layer compounds, inorganic compounds, leveling agents, preservatives, antifoaming agents, organic particles, lubricants, antistatic agents, UV protection agents, dyes, pigments, stabilizers, magnetic powders, orientation promoters, plasticizers, dispersants, color inhibitors, polymerization inhibitors, pH adjusters, and crosslinking agents.
- the total content of "other components" in the solid content of the fine fibrous cellulose-containing layer can be, for example, 5% by mass or less, or 3% by mass or less, or 1% by mass or less, or even 0% by mass.
- the thickness of the fine fibrous cellulose-containing layer in this embodiment is preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 15 ⁇ m or more, even more preferably 20 ⁇ m or more, and more preferably 80 ⁇ m or less, even more preferably 60 ⁇ m or less.
- the total thickness is within the above range.
- the thickness of the fine fibrous cellulose-containing layer is preferably adjusted appropriately depending on the intended use of the laminated sheet or laminate.
- the basis weight of the fine fibrous cellulose-containing layer in this embodiment is preferably 20 g/m 2 or more and 110 g/m 2 or less, more preferably 30 g/m 2 or more, even more preferably 40 g/m 2 or more, and more preferably 90 g/m 2 or less, even more preferably 70 g/m 2 or less.
- the total basis weight is within the above range.
- the basis weight of the fine fibrous cellulose-containing layer is preferably adjusted appropriately depending on the application of the laminate sheet or laminate.
- the density of the fine fibrous cellulose-containing layer in this embodiment is preferably 0.6 g/cm3 or more and 2.5 g/ cm3 or less, more preferably 0.8 g/ cm3 or more, even more preferably 1.0 g/ cm3 or more, and more preferably 2.2 g/cm3 or less , even more preferably 1.9 g/ cm3 or less.
- the density of the fine fibrous cellulose-containing layer is calculated by dividing the basis weight of the fine fibrous cellulose-containing layer by its thickness. When the fine fibrous cellulose-containing layer is a multi-layered layer, the density is calculated by dividing the total basis weight by the total thickness.
- the laminated sheet of this embodiment (i) has an adhesive layer 1a on one side of a fine fibrous cellulose-containing layer containing fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less, or (ii) has an adhesive layer 1a on one side of a fine fibrous cellulose-containing layer containing fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less, and an adhesive layer 1b on the other side.
- the components contained and the components that can be contained in the adhesive layers 1a and 1b may be the same or different, but are preferably the same. Note that the preferred forms of the components contained and the components that can be contained in the adhesive layers 1a and 1b are the same.
- the adhesive layers 1a and 1b will also be collectively referred to simply as "adhesive layers.”
- Examples of adhesives that constitute the adhesive layer include polycarbonate-based resins, acrylic-based resins, polyester-based resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, urethane resins, silicone resins, epoxy resins, ethylene/vinyl acetate copolymer resins, polyvinyl alcohol resins, ethylene-vinyl alcohol copolymer resins, and rubber emulsions such as styrene-butadiene rubber (SBR) and nitrile rubber (NBR).
- SBR styrene-butadiene rubber
- NBR nitrile rubber
- One or more selected from the group consisting of polycarbonate-based resins, acrylic-based resins, and polyester-based resins are preferred, and polycarbonate-based resins are more preferred.
- the polycarbonate-based resin for example, the polycarbonate copolymer described in JP-A-2008-24919 can be used.
- the adhesive layer is preferably formed from an adhesive composition containing an adhesive aid (formed using an adhesive composition containing an adhesive aid).
- adhesive aids include compounds containing at least one group selected from an isocyanate group, a carbodiimide group, an epoxy group, an oxazoline group, an amino group, and a silanol group. Of these, compounds containing an isocyanate group (isocyanate compounds) are preferred as adhesive aids, as they provide excellent adhesion to the fine fibrous cellulose-containing layer.
- the adhesive composition preferably contains an adhesive and an adhesive aid, more preferably contains one or more resins selected from the group consisting of polycarbonate-based resins, acrylic-based resins, and polyester-based resins, and an isocyanate compound, and even more preferably contains a polycarbonate-based resin and an isocyanate compound.
- the content of the adhesive aid per 100 parts by mass of adhesive is preferably 5 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more, even more preferably 15 parts by mass or more, and more preferably 25 parts by mass or less, even more preferably 20 parts by mass or less, from the viewpoint of improving adhesiveness.
- the adhesive composition preferably contains an organic solvent, and examples of organic solvents include toluene, methylene chloride, tetrahydrofuran, tetraglyme, dimethyl carbonate, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, dimethylacetamide, and styrene.
- organic solvents include toluene, methylene chloride, tetrahydrofuran, tetraglyme, dimethyl carbonate, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, dimethylacetamide, and styrene.
- the solids concentration of the adhesive composition is preferably 1% by mass or more and 25% by mass or less, more preferably 4% by mass or more, even more preferably 7% by mass or more, and more preferably 20% by mass or less, even more preferably 15% by mass or less.
- the thickness of each adhesive layer is preferably 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, more preferably 40 ⁇ m or less, even more preferably 30 ⁇ m or less, still more preferably 20 ⁇ m or less, and even more preferably 10 ⁇ m or less.
- the thicknesses of adhesive layers 1 a and 1 b may be the same or different.
- the thickness of the adhesive layer is preferably adjusted appropriately depending on the application of the laminate sheet or laminate.
- the laminated sheet of this embodiment (i) has an adhesive layer 1a and a resin film or a protective film in this order on one side of the fine fibrous cellulose-containing layer, and (ii) has an adhesive layer 1a and a resin film or a protective film in this order on one side of the fine fibrous cellulose-containing layer, and an adhesive layer 1b on the other side.
- the resin that makes up the resin film can be selected depending on the application of the laminate sheet or laminate, and is preferably at least one selected from the group consisting of polyolefin resin, cyclic olefin resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polyimide resin, polystyrene resin, and acrylic resin, with polycarbonate being more preferred.
- the protective film is preferably a polyethylene film, polyethylene terephthalate film, polyethylene naphthalate film, polyimide film, or fluororesin film.
- the protective film can be peeled off and a resin film can be laminated on the adhesive layer 1a.
- the thickness of each resin film layer is preferably 30 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or more, even more preferably 70 ⁇ m or more, and more preferably 400 ⁇ m or less, even more preferably 350 ⁇ m or less, still more preferably 300 ⁇ m or less, and even more preferably 250 ⁇ m or less.
- the thickness of the resin film is preferably adjusted appropriately depending on the application of the laminate sheet or laminate.
- the thickness of each protective film layer in this embodiment is preferably 20 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or more, even more preferably 40 ⁇ m or more, and more preferably 250 ⁇ m or less, even more preferably 200 ⁇ m or less.
- the laminate of this embodiment has a laminate sheet (ii) having a resin film on at least one side of a core resin plate, the core resin plate containing a polycarbonate resin, and the adhesive layer 1b of the laminate sheet contacts the core resin plate.
- the laminate of this embodiment has laminate sheets on both sides of the core resin plate, the components contained in the layer or film constituting the laminate sheet on one side, the components that may be contained, the thickness, density, and basis weight of the layer or film, and the components contained in the layer or film constituting the laminate sheet on the other side, the components that may be contained, the thickness, density, and basis weight of the layer or film may be the same or different.
- the laminate of this embodiment has a core resin plate.
- the core resin plate contains a polycarbonate-based resin.
- the content of polycarbonate-based resin in the core resin plate is preferably 70% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, even more preferably 85% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more, and 100% by mass or less.
- the core resin plate may contain, in addition to polycarbonate resin, for example, acrylonitrile butadiene styrene copolymer or polymethyl methacrylate resin.
- the thickness of each core resin plate is preferably 200 ⁇ m or more and 4,500 ⁇ m or less, more preferably 400 ⁇ m or more, even more preferably 800 ⁇ m or more, and more preferably 4,000 ⁇ m or less, even more preferably 3,500 ⁇ m or less.
- the thickness of the core resin plate is preferably adjusted appropriately depending on the application of the laminate.
- the haze of the laminate of this embodiment (the laminate before heating, which will be described later) is preferably 5.0% or less, more preferably 4.0% or less, even more preferably 3.0% or less, and still more preferably 1.5% or less.
- the lower limit of the haze of the laminate may be, for example, 0%.
- the laminate of this embodiment has a haze difference before and after heating at 170°C for 10 minutes (haze after heating - haze before heating) of preferably 2.0% or less, more preferably 1.6% or less, even more preferably 1.2% or less, still more preferably 0.8% or less, even more preferably 0.4% or less, still more preferably 0.3% or less, and may even be 0%.
- the haze of the laminate can be controlled by the fiber width of the fine fibrous cellulose, the type of ionic group, the amount of ionic group introduced, the type of hydrophilic polymer, the type of resin constituting the resin film, the content of fine fibrous cellulose and hydrophilic polymer in the fine fibrous cellulose-containing layer, the thickness of each layer constituting the laminate, etc.
- the haze of the laminate is a value measured in accordance with JIS K 7136:2000.
- the yellow index (YI value) of the laminate of this embodiment is preferably 4.50 or less, more preferably 3.00 or less, and even more preferably 2.50 or less, from the viewpoint of application to various uses, and the lower limit is not particularly limited.
- the YI value is within the above range, it is possible to obtain a thermally processed product in which yellowing is suppressed, which is preferable.
- the YI value of the laminate can be controlled by the fiber width of the fine fibrous cellulose, the type of ionic group, the amount of ionic group introduced, the type of hydrophilic polymer, the type of resin constituting the resin film, the content of fine fibrous cellulose and hydrophilic polymer in the fine fibrous cellulose-containing layer, the thickness of each layer constituting the laminate, etc.
- the YI value of the laminate is a value measured in accordance with JIS K 7373:2006.
- the total light transmittance of the laminate of this embodiment is preferably 80% or more, more preferably 83% or more, and even more preferably 85% or more.
- the upper limit of the total light transmittance of the laminate may be, for example, 100%.
- the total light transmittance of the laminate can be controlled by the fiber width of the fine fibrous cellulose, the type of ionic group, the amount of ionic group introduced, the type of hydrophilic polymer, the type of resin constituting the resin film, the contents of the fine fibrous cellulose and hydrophilic polymer in the fine fibrous cellulose-containing layer, the thickness of each layer constituting the laminate, etc.
- the total light transmittance of the laminate is a value measured in accordance with JIS K 7361-1:1997.
- the thickness of the laminate of this embodiment is preferably 500 ⁇ m or more and 5,000 ⁇ m or less, more preferably 700 ⁇ m or more, even more preferably 900 ⁇ m or more, and more preferably 4,500 ⁇ m or less, even more preferably 4,000 ⁇ m or less, and still more preferably 3,500 ⁇ m or less. It is preferable to adjust the thickness of the laminate appropriately depending on the application.
- the laminate sheet described below can be obtained by the laminate sheet manufacturing method of the present embodiment.
- An adhesive layer 1a is provided on one side of a fine fibrous cellulose-containing layer containing fine fibrous cellulose having a fiber width of 1,000 nm or less, and at least one of the following conditions A and B is satisfied, or
- Condition A The total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer and adhesive layer 1a is 0.1 ppm or more and 40 ppm or less by mass.
- Condition B The content of organic solvents in adhesive layer 1a is 0.5 ppm or more and 200 ppm or less by mass.
- Condition C The total content of organic solvents in the fine fibrous cellulose-containing layer, adhesive layer 1a and adhesive layer 1b is 0.1 ppm or more and 60 ppm or less by mass.
- Condition D The total content of organic solvents in adhesive layer 1a and adhesive layer 1b is 0.5 ppm or more and 300 ppm or less by mass.
- the method 1 for producing a laminated sheet includes the following steps 1 and 2.
- Step 1 A step of applying and drying a coating liquid for a fine fibrous cellulose-containing layer containing fine fibrous cellulose with a fiber width of 1,000 nm or less to obtain a fine fibrous cellulose-containing layer.
- Step 2 A step of applying and drying a coating liquid for an adhesive layer on one side of the fine fibrous cellulose-containing layer obtained in Step 1 to form adhesive layer 1a or 1b.
- the coating liquid for the fine fibrous cellulose-containing layer used in the method for producing a laminate sheet of this embodiment can be obtained by mixing fine fibrous cellulose, water, and, if necessary, a hydrophilic polymer.
- the coating liquid for the fine fibrous cellulose-containing layer can be obtained, for example, by preparing an aqueous dispersion of fine fibrous cellulose in the production of fine fibrous cellulose and mixing this aqueous dispersion with an aqueous solution of a hydrophilic polymer.
- the adhesive layer coating liquid used in the manufacturing method of the laminated sheet of this embodiment can be obtained by dissolving or dispersing the components contained in the resulting adhesive layer in an organic solvent, and for example, the above-mentioned adhesive composition can be used.
- step 1 a coating liquid for a fine fibrous cellulose-containing layer is applied to a substrate and dried.
- the drying temperature is preferably 50° C. or higher and 130° C. or lower, more preferably 65° C. or higher, even more preferably 80° C. or higher, and more preferably 120° C. or lower, and even more preferably 110° C. or lower.
- the drying time is preferably 5 minutes or higher and 120 minutes or lower, more preferably 15 minutes or higher, even more preferably 30 minutes or higher, and more preferably 105 minutes or lower, and even more preferably 90 minutes or lower. Drying may be carried out under atmospheric pressure or under reduced pressure. When drying is carried out multiple times, it is preferable that the total drying time is within the above range at the above drying temperature.
- each drying time is within the above range.
- a polyethylene terephthalate substrate an acrylic resin substrate, a polycarbonate substrate, a polyethylene substrate, a polyethylene substrate, and a polyimide substrate can be used.
- step 2 an adhesive layer coating liquid is applied to one side of the fine fibrous cellulose-containing layer obtained in step 1 and dried to form adhesive layer 1a or 1b.
- the drying temperature is preferably 50°C or higher and 130°C or lower, more preferably 60°C or higher, even more preferably 70°C or higher, even more preferably 80°C or higher, even more preferably 90°C or higher, and more preferably 120°C or lower, even more preferably 110°C or lower.
- the drying time is preferably 1 minute or higher and 120 minutes or lower, more preferably 3 minutes or higher, even more preferably 5 minutes or higher, even more preferably 7 minutes or higher, even more preferably 10 minutes or higher, and more preferably 90 minutes or lower, even more preferably 60 minutes or lower.
- the method 1 for producing a laminate sheet preferably further includes the following step 3 after step 2.
- the adhesive layer coating liquid is applied to the other surface of the fine fibrous cellulose-containing layer (the surface opposite to the surface on which adhesive layer 1a or 1b is formed) and dried to form adhesive layer 1b or 1a.
- the drying temperature is preferably 40°C or higher and 100°C or lower, more preferably 50°C or higher, even more preferably 60°C or higher, more preferably 90°C or lower, and even more preferably 80°C or lower.
- the drying time is preferably 1 minute or higher and 120 minutes or lower, more preferably 2 minutes or higher, even more preferably 3 minutes or higher, and more preferably 90 minutes or lower, and even more preferably 60 minutes or lower.
- an additional heat treatment may be carried out after step 2 or 3 to further strengthen the adhesion between the adhesive layer and the fine fibrous cellulose-containing layer.
- the heating temperature is preferably 50° C. or higher and 120° C. or lower, more preferably 70° C. or higher and 100° C. or lower.
- the heating time is preferably 5 hours or higher and 150 hours or lower, more preferably 15 hours or higher and 100 hours or lower.
- the method 1 for producing a laminated sheet may further include the following step 4 after step 2.
- Step 4 A step of attaching a resin film or a protective film onto the adhesive layer 1a or 1b. Step 4 may be performed before or after step 3, as long as it is performed after step 2.
- the method for producing a laminated sheet 2 includes the following steps I and II in this order.
- Step I A step of applying a coating liquid for an adhesive layer onto a resin film and drying it to form an adhesive layer 1a.
- Step II A step of applying a coating liquid for a fine fibrous cellulose-containing layer onto the adhesive layer 1a obtained in step 1 and drying it to form a fine fibrous cellulose-containing layer.
- step I an adhesive layer coating liquid is applied to a resin film and dried to form an adhesive layer 1a.
- the drying temperature is preferably 50°C or higher and 130°C or lower, more preferably 60°C or higher, even more preferably 70°C or higher, and more preferably 115°C or lower, and even more preferably 100°C or lower.
- the drying time is preferably 1 minute or higher and 30 minutes or lower, more preferably 3 minutes or higher, even more preferably 5 minutes or higher, and more preferably 25 minutes or lower, and even more preferably 20 minutes or lower.
- step II a coating liquid for a fine fibrous cellulose-containing layer is applied to the adhesive layer 1a obtained in step I and dried to form a fine fibrous cellulose-containing layer.
- the drying temperature is preferably 50°C or higher and 130°C or lower, more preferably 65°C or higher, even more preferably 80°C or higher, and more preferably 120°C or lower, and even more preferably 110°C or lower.
- the drying time is preferably 5 minutes or higher and 120 minutes or lower, more preferably 15 minutes or higher, even more preferably 30 minutes or higher, and more preferably 105 minutes or lower, and even more preferably 90 minutes or lower.
- the method 2 for producing a laminated sheet may include step III after step II.
- Step III A step of applying an adhesive layer coating liquid onto the fine fibrous cellulose-containing layer obtained in Step 2 and drying to form an adhesive layer 1b.
- the drying temperature in Step III is preferably 50° C. or higher and 130° C. or lower, more preferably 55° C. or higher, even more preferably 60° C. or higher, and more preferably 115° C. or lower, and even more preferably 100° C. or lower.
- the drying time is preferably 1 minute or higher and 30 minutes or lower, more preferably 3 minutes or higher, even more preferably 5 minutes or higher, and more preferably 20 minutes or lower, and even more preferably 10 minutes or lower.
- an additional heat treatment may be carried out to further strengthen the adhesion between the adhesive layer and the fine fibrous cellulose-containing layer.
- the heating temperature is preferably from 50° C. to 120° C., more preferably from 70° C. to 100° C.
- the heating time is preferably from 5 hours to 150 hours, more preferably from 15 hours to 100 hours.
- the laminate manufacturing method of this embodiment includes any one of the following steps P to S.
- Step P A step of placing a resin film on one surface of adhesive layer 1a or adhesive layer 1b of the laminate sheet (adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in laminate sheet manufacturing method 1, placing a core resin plate on the other surface, and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 30 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 20 minutes or less, even more preferably 10 minutes or less.
- Step Q A step of placing a core resin plate on the adhesive layer 1b of the laminate sheet (resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in the laminate sheet manufacturing method 1, and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 60 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 40 minutes or less, even more preferably 20 minutes or less.
- Step R A step of preparing two laminate sheets (adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in laminate sheet manufacturing method 1, two resin films, and one core resin plate, arranging these in the order of "resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b-core resin plate-adhesive layer 1b-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1a-resin film” or "resin film-adhesive layer 1b-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1a-core resin plate-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b-resin film", and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 60 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 40 minutes or less, even more preferably 20 minutes or less.
- Step S A step of preparing two laminate sheets (resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in laminate sheet manufacturing method 1 and one core resin plate, arranging these in the order of "resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b-core resin plate-adhesive layer 1b-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1a-resin film", and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 60 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 40 minutes or less, even more preferably 20 minutes or less.
- Step T Step of applying a coating liquid for adhesive layer onto a resin film and drying to form adhesive layer 1a
- the drying temperature is preferably 50° C. or higher and 130° C. or lower, more preferably 60° C. or higher, even more preferably 70° C. or higher, and more preferably 115° C. or lower, and even more preferably 100° C. or lower.
- the drying time is preferably 1 minute or higher and 30 minutes or lower, more preferably 3 minutes or higher, even more preferably 5 minutes or higher, and more preferably 25 minutes or lower, and even more preferably 20 minutes or lower.
- Step U A step of arranging the laminate sheet (fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in laminate sheet manufacturing method 1, the laminate sheet (resin film-adhesive layer 1a) obtained in step T, and a core resin plate in the order of "resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b-core resin plate", and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 60 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 40 minutes or less, even more preferably 20 minutes or less.
- Step V A step of arranging two laminate sheets (fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in laminate sheet manufacturing method 1, two laminate sheets (resin film-adhesive layer 1a) obtained in step T, and one core resin plate in the order of "resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b-core resin plate-adhesive layer 1b-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1a-resin film", and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, and even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 60 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 40 minutes or less, even more preferably 20 minutes or less.
- Step W A step of placing a core resin plate on the adhesive layer 1b of the laminate sheet (resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in the laminate sheet manufacturing method 2, and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 60 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 40 minutes or less, even more preferably 20 minutes or less.
- Step X A step of arranging two laminate sheets (resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b) obtained in laminate sheet manufacturing method 2 and one core resin plate in the order of "resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b-core resin plate-adhesive layer 1b-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1a-resin film", and applying pressure.
- the pressure is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or more, even more preferably 0.5 MPa or more, and more preferably 7.5 MPa or less, even more preferably 5.0 MPa or less.
- the temperature during pressing is preferably 130°C or higher and 190°C or lower, more preferably 135°C or higher, even more preferably 140°C or higher, and more preferably 185°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the pressurization time is preferably 15 seconds or more and 60 minutes or less, more preferably 30 seconds or more, even more preferably 1 minute or more, and more preferably 40 minutes or less, even more preferably 20 minutes or less.
- Laminates containing the laminate sheet of this embodiment are suitable for use in various display devices, various solar cells, and other optical components. They are also suitable for use as substrates for electronic devices, separators for electrochemical elements, components for home appliances, window materials for various vehicles and buildings, interior and exterior materials, packaging materials, and other applications.
- a laminate having the laminate sheet of this embodiment can be thermally processed to form a thermally processed product of a desired shape.
- the method for producing a thermally processed product of this embodiment includes a step of thermally processing the laminate.
- the laminate can be heated and pressed against a mold to form a thermally processed product of a desired shape (thermal press molding), or can be bent (thermal bending).
- the heating temperature for the thermal processing is preferably 140°C or higher and 200°C or lower, more preferably 150°C or higher, even more preferably 160°C or higher, and more preferably 190°C or lower, even more preferably 180°C or lower.
- the heating time is, for example, from 1 minute to 30 minutes, may be 2 minutes or more, may be 3 minutes or more, and may be 20 minutes or less, or may be 10 minutes or less.
- the bending radius in the thermal processing is, for example, 10 mm or more and 4,000 mm or less, and may be 30 mm or more, 50 mm or more, and may be 3,000 mm or less, or 2,000 mm or less.
- heat-processed products include transparent materials or components of transparent materials such as windows for various types of transport vehicles, display devices, lenses, transparent containers, and light-transmitting substrates, as well as building windows, interior materials, and exterior materials.
- ⁇ Preparation Example 1 (Preparation of Fine Fibrous Cellulose Dispersion)> (Phosphorylation treatment)
- Hardwood dissolving pulp (dry sheet) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used as the raw material pulp.
- This raw material pulp was subjected to a phosphating treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea was added to 100 parts by mass (bone dry mass) of the raw material pulp to adjust the composition to 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water, thereby obtaining a chemical-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165°C for 250 seconds to introduce phosphate groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a phosphorylated pulp.
- the resulting phosphorylated pulp was then washed.
- the washing process consisted of pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (bone dry mass) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting solution to uniformly disperse the pulp, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 ⁇ S/cm or less.
- the washed phosphorylated pulp was neutralized as follows: First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1 N aqueous solution of sodium hydroxide was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 to 13. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain a neutralized phosphorylated pulp. Next, the neutralized phosphorylated pulp was subjected to the above-mentioned washing treatment.
- the amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g.
- the amount of phosphorus oxo acid groups (equivalent to the amount of phosphorus oxo acid groups in phosphorus oxoxidized (phosphorylated or phosphitized) pulp) was measured by adding ion-exchanged water to a fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose to prepare a slurry containing 0.2 mass% of fine fibrous cellulose. The resulting slurry was treated with an ion-exchange resin and then titrated with an alkali.
- the treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) to the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing slurry, shaking the mixture for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 ⁇ m openings to separate the ion exchange resin from the slurry.
- the alkali titration was performed by adding 10 ⁇ L of 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution to the fine fibrous cellulose-containing slurry after treatment with an ion exchange resin every 5 seconds, while measuring the change in the pH value of the slurry.
- Nitrogen gas was blown into the slurry 15 minutes before the start of the titration.
- two maximum points of increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) were observed on the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added.
- the maximum point of increment obtained first after starting the addition of alkali is called the first endpoint, and the maximum point of increment obtained next is called the second endpoint ( Figure 1).
- the amount of alkali required from the start of the titration to the first endpoint is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used in the titration.
- the amount of alkali required from the start of the titration to the second endpoint is equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used in the titration.
- the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first endpoint divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the amount of phosphorus oxo acid group (mmol/g).
- the amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the second endpoint divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated was defined as the total amount of dissociated acid (mmol/g).
- the amount of phosphorus oxo acid groups indicates the amount of substituents per 1 g of the mass of fine fibrous cellulose when the counter ion of the phosphorus oxo acid group is a hydrogen ion (H + ).
- the amount of carbamide groups in the fine fibrous cellulose was measured by subjecting the freeze-dried and pulverized sample to a TN-110 total nitrogen trace analyzer manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. Ionic nitrogen was removed during the neutralization and washing processes.
- the amount of carbamide groups introduced per unit mass of the fine fibrous cellulose was calculated by dividing the nitrogen content (g/g) per unit mass of the fine fibrous cellulose obtained by trace nitrogen analysis by the atomic weight of nitrogen.
- Preparation Example 2 (Preparation of Aqueous Hydroxypropyl Methylcellulose Solution) Hydroxypropyl methylcellulose (Metolose 65SH-1500, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., weight average molecular weight: 2.2 ⁇ 10 5 , degree of substitution (methoxy group): 1.8, number of moles of substitution (hydroxypropoxy group): 0.15) was dissolved in ion-exchanged water to obtain an aqueous hydroxypropyl methylcellulose solution (solid concentration: 0.5% by mass).
- Preparation Example 3 (Preparation of Aqueous Polyvinyl Alcohol Solution) Acetoacetyl group-modified polyvinyl alcohol (Gohsenex (registered trademark) Z-300, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was added to ion-exchanged water to a concentration of 12% by mass, and the mixture was stirred at 95°C for 1 hour to obtain an aqueous polyvinyl alcohol solution. The aqueous polyvinyl alcohol solution was diluted with ion-exchanged water to a solids concentration of 0.5% by mass.
- Gohsenex registered trademark
- Z-300 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
- Preparation Example 4 (Preparation of Mixture 1) 70 parts by mass of a fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 0.5% by mass) was mixed with 30 parts by mass of an aqueous hydroxypropyl methylcellulose solution (solid content concentration 0.5% by mass) to obtain a mixed solution 1.
- Preparation Example 5 (Preparation of Mixture 2) 70 parts by mass of a fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 0.5% by mass) was mixed with 15 parts by mass of a hydroxypropyl methylcellulose aqueous solution (solid content concentration 0.5% by mass) and 15 parts by mass of a polyvinyl alcohol aqueous solution (solid content concentration 0.5% by mass) to obtain mixed solution 2.
- Preparation Example 6 (Preparation of Mixture 3) 70 parts by mass of a fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 0.5% by mass) was mixed with 21 parts by mass of a hydroxypropyl methylcellulose aqueous solution (solid content concentration 0.5% by mass) and 9 parts by mass of a polyvinyl alcohol aqueous solution (solid content concentration 0.5% by mass) to obtain mixed solution 3.
- Preparation Example 7 (Preparation of Mixture 4)
- Mixture 4 was prepared by mixing 70 parts by mass of a fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 0.5% by mass) with 30 parts by mass of an aqueous polyvinyl alcohol solution (solid content concentration 0.5% by mass).
- Preparation Example 8 (Preparation of Mixture 5)
- Mixture 5 was obtained by mixing 50 parts by mass of a fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 0.5% by mass) with 50 parts by mass of an aqueous polyvinyl alcohol solution (solid content concentration 0.5% by mass).
- Preparation Example 9 (Preparation of Mixture 6) 30 parts by mass of a fine fibrous cellulose dispersion (solid content concentration 0.5% by mass) was mixed with 70 parts by mass of an aqueous hydroxypropyl methylcellulose solution (solid content concentration 0.5% by mass), to obtain mixed solution 6.
- Preparation Example 10 (Preparation of Coating Liquid for Adhesive Layer) 8.5 parts by mass of a modified polycarbonate resin (Iupizeta FPC-2136, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.), 60 parts by mass of toluene, and 30 parts by mass of methyl ethyl ketone were mixed together. 1.5 parts by mass of an isocyanate compound (Duranate TPA-100, manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation) was added as an adhesion aid to the resulting mixture and mixed to obtain a coating liquid for the adhesive layer.
- a modified polycarbonate resin Iupizeta FPC-2136, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.
- an isocyanate compound Duranate TPA-100, manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation
- Example 1 [Production of laminated sheet] (Preparation of fine fibrous cellulose-containing sheet)
- a damming frame (inner dimensions 250 mm ⁇ 250 mm; a single-layer fine fibrous cellulose-containing sheet was obtained by peeling it from the acrylic plate; fine fiber height 5 cm ) was placed on a commercially available acrylic plate, and mixed solution 1 was spread onto the frame so that the finished basis weight would be 50 g/m2. After spreading, the sheet was dried in a dryer at 100°C for 1 hour, and the thickness of the fibrous cellulose-containing sheet was 34 ⁇ m.
- the adhesive layer coating liquid was applied to one side of the fine fibrous cellulose-containing sheet (the side that was in contact with the acrylic plate) using a bar coater. The adhesive layer coating liquid was then cured by heating at 100°C for 30 minutes, forming adhesive layer 1b. The adhesive layer coating liquid was then applied to the other side of the fine fibrous cellulose-containing sheet using a bar coater, and then heated at 70°C for 30 minutes to cure the adhesive layer coating liquid, forming adhesive layer 1a, and a laminate sheet was obtained. The thicknesses of the adhesive layers 1a and 1b were each 3 ⁇ m.
- the laminated sheet provided with adhesive layers 1a and 1b was cut with a cutter to produce a laminated sheet measuring 50 mm x 50 mm.
- one core resin plate cut to dimensions of 100 mm x 100 mm from a commercially available polycarbonate plate with a thickness of 1 mm, and two resin films cut to dimensions of 50 mm x 50 mm from a commercially available polycarbonate film with a thickness of 0.2 mm were prepared and stacked to form a resin film/adhesive layer 1a/fine fibrous cellulose-containing layer/adhesive layer 1b/core resin plate/adhesive layer 1b/fine fibrous cellulose-containing layer/adhesive layer 1a/resin film.
- the centers of the resin film and laminated sheet were aligned with the center of the core resin plate.
- the temperature of the mini test press was raised to 150°C over 3 minutes under a pressure of 1 MPa, and after maintaining this state for 5 minutes, it was cooled to 30°C over 5 minutes.
- the stainless steel plates used had a release agent (Teflerise, manufactured by Odec Co., Ltd.) applied to the clamping surfaces.
- a laminate was obtained by the above procedure.
- the laminate was cooled while still pressed against the frame, and then removed from the frame to obtain a hot-bent product with a curvature.
- Example 2 In the "Adhesive Layer Formation” section of Example 1, a laminate sheet having a fine fibrous cellulose layer with adhesive layers 1a and 1b was formed, and then the laminate sheet was placed in a dryer set at 80°C and left to stand for 40 hours for additional heat treatment.
- a core resin plate 100mm x 100mm x 1mm
- a core resin plate cut to dimensions of 100mm x 100mm from a commercially available polycarbonate plate with a thickness of 3mm
- two resin films 50mm x 50mm x 0.2mm
- a laminate sheet, a laminate, and a heat-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Example 1.
- Example 3 In Example 1 (preparation of a fine fibrous cellulose-containing sheet), a laminated sheet, a laminate, and a heat-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Example 1, except that mixed liquid 2 was used instead of mixed liquid 1.
- Example 4 In Example 1 (preparation of a fine fibrous cellulose-containing sheet), a laminated sheet, a laminate, and a heat-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Example 1, except that mixed liquid 3 was used instead of mixed liquid 1.
- Example 5 A damming frame (inner dimensions 250 mm x 250 mm, height 5 cm) was placed on a commercially available acrylic plate, and the mixed solution 1 was spread thereon so that the finished basis weight would be 35 g / m 2. After spreading, the mixture was dried in a dryer at 100 ° C. for 1 hour to form a fine fibrous cellulose-containing layer 1b. A damming frame (inner dimensions 250 mm x 250 mm, height 5 cm) was placed on the fine fibrous cellulose-containing layer 1b, and the mixed solution 4 was spread thereon so that the basis weight would be 15 g / m 2. After spreading, the mixture was dried in a dryer at 100 ° C. for 1 hour to form a fine fibrous cellulose-containing layer 1a.
- the laminated fine fibrous cellulose-containing layers 1a and 1b were peeled off from the acrylic plate to obtain a two-layer fine fibrous cellulose-containing sheet.
- a two-layer fine fibrous cellulose-containing sheet having adhesive layers 1a and 1b was formed, and then this laminated sheet was placed in a dryer set at 80°C and left to stand for 40 hours for additional heat treatment.
- a laminated sheet, a laminate and a heat-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Example 1, except that a two-layer fine fibrous cellulose-containing sheet having an additional heat treatment was used instead of the single-layer fine fibrous cellulose-containing sheet.
- Example 6 In Example 5, a laminated sheet, a laminate, and a hot-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Example 5, except that the drying conditions for the adhesive layer 1a were changed from "70°C for 30 minutes” to "60°C for 5 minutes.”
- Example 7 In Example 5, a laminated sheet, a laminate, and a hot-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Example 5, except that mixed liquid 5 was used instead of mixed liquid 4 and no additional heat treatment was performed on the laminated sheet.
- Example 8 A laminated sheet, a laminate, and a heat-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Example 1 (preparation of a fine fibrous cellulose-containing sheet), except that the finished basis weight was 50 g/ m2 and mixed liquid 6 was used instead of mixed liquid 1.
- Example 1 ⁇ Comparative Example 1>
- the adhesive layer coating liquid was applied to only one side of the single-layer fine fibrous cellulose-containing sheet (the side that was not in contact with the acrylic plate), and the adhesive layer coating liquid was cured by heating at 90°C for 3.3 minutes and at 80°C for 6.6 minutes to form adhesive layer 1b, and a laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that adhesive layer 1a was not formed.
- An adhesive layer coating liquid was applied to a resin film, and the adhesive layer coating liquid was cured by heating at 70°C for 7.5 minutes to form an adhesive layer 1a.
- a laminate having a layer structure of resin film/adhesive layer 1a/fine fibrous cellulose-containing layer/adhesive layer 1b/core resin plate/adhesive layer 1b/fine fibrous cellulose-containing layer/adhesive layer 1a/resin film was obtained in the same manner as in [Production of laminate] of Example 1. Furthermore, a laminate having a curvature was obtained in the same manner as in [Production of heat-bent product] of Example 1.
- ⁇ Comparative Example 2> A damming frame (inner dimensions 250 mm ⁇ 250 mm, height 5 cm) was placed on a commercially available acrylic plate, and mixed liquid 4 was spread thereon so that the finished basis weight would be 15 g/ m2 . After spreading, the mixture was dried in a dryer at 100 ° C. for 1 hour to form a fine fibrous cellulose-containing layer 1a. A damming frame (inner dimensions 250 mm ⁇ 250 mm, height 5 cm) was placed on the fine fibrous cellulose-containing layer 1a, and mixed liquid 1 was spread thereon so that the basis weight would be 35 g/ m2 . After spreading, the mixture was dried in a dryer at 100 ° C.
- a laminate having a layer structure of resin film/adhesive layer 1a/fine fibrous cellulose-containing layer 1a/fine fibrous cellulose-containing layer 1b/adhesive layer 1b/core resin plate/adhesive layer 1b/fine fibrous cellulose-containing layer 1b/fine fibrous cellulose-containing layer 1a/adhesive layer 1a/resin film and a laminate having a curvature were obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the two-layer fine fibrous cellulose-containing sheet obtained by this procedure was used.
- Example 1 preparation of a fine fibrous cellulose-containing sheet
- the adhesive layer coating liquid was applied to a 0.2 mm thick resin film using a bar coater.
- the adhesive layer coating liquid was cured by heating at 90°C for 3.3 minutes and at 80°C for 6.6 minutes to form an adhesive layer 1a.
- Mixed liquid 1 was spread on the adhesive layer 1a so that the finished basis weight was 50 g/ m2 .
- the mixture was dried in a dryer at 100°C for 1 hour to form a single-layer fine fibrous cellulose-containing layer.
- the adhesive layer coating liquid was applied to the single-layer fine fibrous cellulose-containing layer using a bar coater.
- Comparative Example 4 In Comparative Example 3, instead of “mixed liquid 1 was spread on the adhesive layer 1a so that the finished basis weight was 50 g/ m2 ,” mixed liquid 5 was spread on the adhesive layer 1a so that the finished basis weight was 15 g/ m2 . After spreading, it was dried in a dryer at 100 ° C for 1 hour to form a fine fibrous cellulose-containing layer 1a. Mixed liquid 1 was spread on the fine fibrous cellulose-containing layer 1a so that the finished basis weight was 35 g/ m2 . After spreading, it was dried in a dryer at 100 ° C for 1 hour to form a fine fibrous cellulose-containing layer 1b, thereby obtaining a two-layer fine fibrous cellulose-containing layer.
- the adhesive layer coating liquid was applied onto the two-layer fine fibrous cellulose-containing layer using a bar coater. This was heated at 70 ° C for 7.5 minutes to harden the adhesive layer coating liquid, thereby forming the adhesive layer 1b.
- a laminate having a layer structure of resin film/adhesive layer 1a/fine fibrous cellulose-containing layer 1a/fine fibrous cellulose-containing layer 1b/adhesive layer 1b/core resin plate/adhesive layer 1b/fine fibrous cellulose-containing layer 1b/fine fibrous cellulose-containing layer 1a/adhesive layer 1a/resin film and a laminate having a curvature were obtained.
- Comparative Example 5 A laminate and a heat-bent product having a curvature were obtained in the same manner as in Comparative Example 4, except that a resin film having a thickness of 0.3 mm was used instead of the resin film having a thickness of 0.2 mm in Comparative Example 4.
- Example 7 Comparative Example 7 In Example 1, the step of forming an adhesive layer was omitted in the production of a laminate sheet. In the production of a laminate, the resin film, the core resin plate, and the fine fibrous cellulose-containing layer were not bonded after hot pressing, and a laminate could not be obtained. Therefore, the production of a hot-bent product could not be carried out.
- Comparative Example 3 the thickness was measured at the stage when the resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer was formed, and the thickness of the resin film and the thickness of the adhesive layer 1a were subtracted from the measured thickness to calculate the thickness of the fine fibrous cellulose-containing layer.
- thicknesses (1), (2), and (3) were measured at the stage of forming the resin film-adhesive layer 1a, the stage of forming the resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer 1a, and the stage of forming the resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer 1b.
- the thickness of the fine fibrous cellulose-containing layer 1a was calculated by subtracting the thickness of (1) from that of (2).
- the thickness of the fine fibrous cellulose-containing layer 1b was calculated by subtracting the thickness of (2) from that of (3).
- the thickness of adhesive layer 1b was calculated by first subtracting the thickness of the fine fibrous cellulose-containing layer measured by the method described above from the thickness of the laminate sheet provided with adhesive layer 1b.
- the thickness of adhesive layer 1a was calculated by subtracting the total thickness of adhesive layer 1b and the fine fibrous cellulose-containing layer from the thickness of the laminate sheet provided with adhesive layers 1a and 1b.
- the thickness of the adhesive layer 1a was calculated by subtracting the thickness of the resin film from the thickness of the resin film on which the adhesive layer 1a was provided.
- the thickness of the adhesive layer 1b was calculated by subtracting the thickness of the fine fibrous cellulose-containing layer measured by the above-mentioned method from the thickness of the laminate sheet.
- the thicknesses (1), (2), and (3) were measured using a stylus thickness gauge (Millitron 1 202D, manufactured by Mahl) at the stage of forming the resin film-adhesive layer 1a, the stage of forming the resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer, and the stage of forming the resin film-adhesive layer 1a-fine fibrous cellulose-containing layer-adhesive layer 1b.
- the thickness of adhesive layer 1a was calculated by subtracting the thickness of the resin film from (1).
- the thickness of adhesive layer 1b was calculated by subtracting (2) from (3).
- each test piece was cut to 40 mm x 50 mm from a microfibrous cellulose-containing sheet (laminated sheet) having adhesive layer 1a and adhesive layer 1b formed thereon, and then shredded to 10 mm x 50 mm.
- Each shredded material from Examples 1 to 8 was placed in a 20 mL headspace vial, sealed, and measured by headspace-gas chromatography. The sample was heated at 80°C for 20 minutes using a headspace sampler (Agilent Technologies, Inc., 7697A), and the generated gas was measured using a gas chromatograph (with a flame ionization detector) (Agilent Technologies, Inc., 7890A).
- the organic solvent detected by this method was quantified, and the amount of organic solvent (actual test value) was calculated.
- the "amount of organic solvent (converted to per adhesive layer)" in Table 1 was calculated by the formula: [amount of organic solvent (actual test value) x thickness of laminate sheet] / [total thickness of adhesive layers 1a and 1b].
- test pieces cut to 40 mm x 50 mm from a resin film having adhesive layer 1a formed thereon and a fine fibrous cellulose-containing sheet having adhesive layer 1b formed thereon were each shredded to 10 mm x 50 mm.
- each test piece was cut to 40 mm x 50 mm from a laminate sheet having a structure of resin film - adhesive layer 1a - fine fibrous cellulose-containing layer - adhesive layer 1b, and then shredded to 10 mm x 50 mm.
- Each shredded piece in Comparative Examples 3 to 5 was placed in a 20 mL headspace vial, and the organic solvent was detected and quantified in the same manner as in Examples 1 to 8, resulting in a value designated as B.
- B' the value obtained by detecting and quantitating in the same manner was designated as B'.
- the "Amount of organic solvent (actual test value)" in Table 1 was the value obtained by calculating "B - B'".
- the "amount of organic solvent (converted per adhesive layer)" in Table 1 was calculated by "[amount of organic solvent (actual test value) x (total thickness of fine fibrous cellulose-containing sheet, adhesive layers 1a and 1b)] / [total thickness of adhesive layers 1a and 1b]".
- the number of bubbles generated in the hot-bent product was evaluated according to the following criteria: A is acceptable. A: The number of bubbles generated in the hot-bent product is 0. B: The number of bubbles generated in the hot-bent product is 1 or more and 10 or less. C: More than 10 bubbles were found in the hot-bent product.
- the rigidity of the hot-bent product was evaluated according to the following criteria. A: A very large force is required to deform a hot-bent product. B: A large force is required to deform a hot-bent product. C: A small amount of force is required to deform a hot-bent product. D: Hot-bent products are easily deformed.
- Table 1 shows that the hot-bent laminates containing the laminate sheet of the present invention are less likely to develop bubbles (Examples 1 to 8).
- Table 2 shows that Comparative Examples 1 to 5, which do not satisfy either Condition C or Condition D specified in the present invention, developed bubbles, which resulted in increased haze. Furthermore, the polycarbonate plate had poor rigidity (Comparative Example 6).
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Abstract
本発明は、樹脂フィルム等と組み合わせた積層体として、剛性に優れ、熱加工しても気泡の発生しにくい積層シート、積層シートを備える積層体、積層体を熱加工してなる熱加工品および熱加工品を含む透明部材、並びに、積層シートおよび熱加工品の製造方法を提供する。 本発明の積層シートは、(i)繊維幅1000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、有機溶剤の含有量が特定の条件を満たすか、または、(ii)繊維幅1000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、有機溶剤の含有量が特定の条件を満たす。
Description
本発明は、積層シート、積層体、熱加工品、透明部材、並びに積層シートおよび熱加工品の製造方法に関する。
近年、石油資源の代替および環境意識の高まりから、再生産可能な天然繊維を利用した材料が着目されている。天然繊維の中でも、繊維幅が10μm以上50μm以下の繊維状セルロース、特に木材由来の繊維状セルロース(パルプ)は、主に紙製品としてこれまで幅広く使用されてきた。
繊維状セルロースとしては、繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースも知られている。また、このような微細繊維状セルロースから構成されるシートや、微細繊維状セルロースと樹脂とを含む複合シート、および成形体が開発されている。微細繊維状セルロースを含有するシートや成形体においては、繊維同士の接点が著しく増加することから、引張強度等が大きく向上することが知られている。
特許文献1には、ポリカーボネート樹脂層とセルロース繊維層の積層体とすることで、高透明、高弾性、低線膨張係数で、耐衝撃性等の特性のバランスが良で、生産性もよいコンポジットを提供することを目的として、ポリカーボネート樹脂層とセルロース繊維層とを備える積層体において、セルロース繊維層の厚みに対して、ポリカーボネート樹脂層の厚みが1.4倍以上であるポリカーボネート樹脂/セルロース繊維積層体が開示されている。
繊維状セルロースとしては、繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースも知られている。また、このような微細繊維状セルロースから構成されるシートや、微細繊維状セルロースと樹脂とを含む複合シート、および成形体が開発されている。微細繊維状セルロースを含有するシートや成形体においては、繊維同士の接点が著しく増加することから、引張強度等が大きく向上することが知られている。
特許文献1には、ポリカーボネート樹脂層とセルロース繊維層の積層体とすることで、高透明、高弾性、低線膨張係数で、耐衝撃性等の特性のバランスが良で、生産性もよいコンポジットを提供することを目的として、ポリカーボネート樹脂層とセルロース繊維層とを備える積層体において、セルロース繊維層の厚みに対して、ポリカーボネート樹脂層の厚みが1.4倍以上であるポリカーボネート樹脂/セルロース繊維積層体が開示されている。
微細繊維状セルロース含有シートは、引張強度等の機械強度が優れ、また、透明性にも優れることから、接着層や樹脂フィルム等と組み合わせた積層体として、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光学部材、および各種の乗り物や建物の窓材として用いることが期待される。しかし、本発明者らの検討により、微細繊維状セルロース含有シートに接着層を形成して得た積層シートを、樹脂フィルム等と組み合わせて積層体とした後、加熱して所望の形状に加工すると、得られる加工品に気泡が発生し、熱加工品の外観や透明性を低下させてしまう問題があることが分かった。また、上記用途に用いた場合に、製品の品質をさらに向上させるため、積層体には、剛性を向上させることが望まれる。
そこで、本発明は、樹脂フィルム等と組み合わせた積層体として、剛性に優れ、熱加工しても気泡の発生しにくい積層シート、積層シートを備える積層体、積層体を熱加工してなる熱加工品および熱加工品を含む透明部材、並びに、積層シートおよび熱加工品の製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、樹脂フィルム等と組み合わせた積層体として、剛性に優れ、熱加工しても気泡の発生しにくい積層シート、積層シートを備える積層体、積層体を熱加工してなる熱加工品および熱加工品を含む透明部材、並びに、積層シートおよび熱加工品の製造方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、以下の<1>~<21>に関する。
<1> 積層シートであって、
(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、下記条件Aおよび条件Bの少なくともいずれかを満たすか、または、
(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、下記条件Cおよび条件Dの少なくともいずれかを満たす、積層シート。
条件A:微細繊維状セルロース含有層および接着層1a中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上40ppm以下
条件B:接着層1a中の有機溶剤の含有量が、質量基準で、0.5ppm以上200ppm以下
条件C:微細繊維状セルロース含有層、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上60ppm以下
条件D:接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.5ppm以上300ppm以下
<2> 接着層1aおよび接着層1bの厚みが、いずれも1μm以上50μm以下である、<1>に記載の積層シート。
<3> (i)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有し、(ii)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有する、<1>または<2>に記載の積層シート。
<4> 微細繊維状セルロース含有層が親水性高分子を含有する、<1>~<3>のいずれか1つに記載の積層シート。
<5> 親水性高分子が、非イオン性の水溶性セルロースエーテルおよび/またはポリビニルアルコールを含有する、<4>に記載の積層シート。
<6> 微細繊維状セルロース含有層が単層であり、親水性高分子が非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有し、親水性高分子中の非イオン性の水溶性セルロースエーテルの含有量が80質量%以上である、<5>に記載の積層シート。
<7> 微細繊維状セルロース含有層中、微細繊維状セルロースに対する非イオン性の水溶性セルロースエーテルの質量比(非イオン性の水溶性セルロースエーテル/微細繊維状セルロース)が、10/90以上90/10以下である、<6>に記載の積層シート。
<8> 微細繊維状セルロース含有層が複層であり、ポリビニルアルコールを含有する微細繊維状セルロース含有層1aおよび非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有する微細繊維状セルロース含有層1bを含む、<5>に記載の積層シート。
<9> 微細繊維状セルロース含有層1a中、微細繊維状セルロースに対するポリビニルアルコールの質量比(ポリビニルアルコール/微細繊維状セルロース)が、25/75以上90/10以下である、<8>に記載の積層シート。
<10> 微細繊維状セルロースがアニオン性基を有する、<1>~<9>のいずれか1つに記載の積層シート。
<11> アニオン性基が、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基を含む、<10>に記載の積層シート。
<12> 芯材樹脂板の少なくとも一方の面に、<3>に記載の(ii)の積層シートであって、樹脂フィルムを有する積層シートを有し、芯材樹脂板がポリカーボネート系樹脂を含有し、積層シートが有する接着層1bと芯材樹脂板とが接する、積層体。
<13> ヘーズが5.0%以下である、<12>に記載の積層体。
<14> 170℃で10分間加熱前後のヘーズ差が2.0%以下である、<12>または<13>に記載の積層体。
<15> <12>~<14>のいずれか1つに記載の積層体を熱加工する工程を有する、熱加工品の製造方法。
<16> <12>~<14>のいずれか1つに記載の積層体を熱加工してなる、熱加工品。
<17> <16>に記載の熱加工品を含む透明部材。
<18> 下記工程1および2を含む、<1>~<11>のいずれか1つに記載の積層シートの製造方法。
工程1:繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して微細繊維状セルロース含有層を得る工程
工程2:工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程
<19> 工程2が、工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工後、80℃以上で5分間以上乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程である、<18>に記載の積層シートの製造方法。
<20> 工程2の後に、さらに下記工程3を含む、<18>または<19>に記載の積層シートの製造方法。
工程3:微細繊維状セルロース含有層の、接着層1aまたは1bが形成された面とは反対側の面に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1bまたは1aを形成する工程
<21> 工程2の後に、さらに下記工程4を含む、<18>~<20>のいずれか1つに記載の積層シートの製造方法。
工程4:接着層1aまたは1b上に、樹脂フィルムまたは保護フィルムを貼付する工程
<1> 積層シートであって、
(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、下記条件Aおよび条件Bの少なくともいずれかを満たすか、または、
(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、下記条件Cおよび条件Dの少なくともいずれかを満たす、積層シート。
条件A:微細繊維状セルロース含有層および接着層1a中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上40ppm以下
条件B:接着層1a中の有機溶剤の含有量が、質量基準で、0.5ppm以上200ppm以下
条件C:微細繊維状セルロース含有層、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上60ppm以下
条件D:接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.5ppm以上300ppm以下
<2> 接着層1aおよび接着層1bの厚みが、いずれも1μm以上50μm以下である、<1>に記載の積層シート。
<3> (i)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有し、(ii)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有する、<1>または<2>に記載の積層シート。
<4> 微細繊維状セルロース含有層が親水性高分子を含有する、<1>~<3>のいずれか1つに記載の積層シート。
<5> 親水性高分子が、非イオン性の水溶性セルロースエーテルおよび/またはポリビニルアルコールを含有する、<4>に記載の積層シート。
<6> 微細繊維状セルロース含有層が単層であり、親水性高分子が非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有し、親水性高分子中の非イオン性の水溶性セルロースエーテルの含有量が80質量%以上である、<5>に記載の積層シート。
<7> 微細繊維状セルロース含有層中、微細繊維状セルロースに対する非イオン性の水溶性セルロースエーテルの質量比(非イオン性の水溶性セルロースエーテル/微細繊維状セルロース)が、10/90以上90/10以下である、<6>に記載の積層シート。
<8> 微細繊維状セルロース含有層が複層であり、ポリビニルアルコールを含有する微細繊維状セルロース含有層1aおよび非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有する微細繊維状セルロース含有層1bを含む、<5>に記載の積層シート。
<9> 微細繊維状セルロース含有層1a中、微細繊維状セルロースに対するポリビニルアルコールの質量比(ポリビニルアルコール/微細繊維状セルロース)が、25/75以上90/10以下である、<8>に記載の積層シート。
<10> 微細繊維状セルロースがアニオン性基を有する、<1>~<9>のいずれか1つに記載の積層シート。
<11> アニオン性基が、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基を含む、<10>に記載の積層シート。
<12> 芯材樹脂板の少なくとも一方の面に、<3>に記載の(ii)の積層シートであって、樹脂フィルムを有する積層シートを有し、芯材樹脂板がポリカーボネート系樹脂を含有し、積層シートが有する接着層1bと芯材樹脂板とが接する、積層体。
<13> ヘーズが5.0%以下である、<12>に記載の積層体。
<14> 170℃で10分間加熱前後のヘーズ差が2.0%以下である、<12>または<13>に記載の積層体。
<15> <12>~<14>のいずれか1つに記載の積層体を熱加工する工程を有する、熱加工品の製造方法。
<16> <12>~<14>のいずれか1つに記載の積層体を熱加工してなる、熱加工品。
<17> <16>に記載の熱加工品を含む透明部材。
<18> 下記工程1および2を含む、<1>~<11>のいずれか1つに記載の積層シートの製造方法。
工程1:繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して微細繊維状セルロース含有層を得る工程
工程2:工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程
<19> 工程2が、工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工後、80℃以上で5分間以上乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程である、<18>に記載の積層シートの製造方法。
<20> 工程2の後に、さらに下記工程3を含む、<18>または<19>に記載の積層シートの製造方法。
工程3:微細繊維状セルロース含有層の、接着層1aまたは1bが形成された面とは反対側の面に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1bまたは1aを形成する工程
<21> 工程2の後に、さらに下記工程4を含む、<18>~<20>のいずれか1つに記載の積層シートの製造方法。
工程4:接着層1aまたは1b上に、樹脂フィルムまたは保護フィルムを貼付する工程
本発明によれば、樹脂フィルム等と組み合わせた積層体として、剛性に優れ、熱加工しても気泡の発生しにくい積層シート、積層シートを備える積層体、積層体を熱加工してなる熱加工品および熱加工品を含む透明部材、並びに、積層シートおよび熱加工品の製造方法が提供される。
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本明細書において、範囲を示す「X~Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、本明細書において、数値範囲の上限および下限は任意に組み合わせることができる。また、本明細書において、積層シートまたは積層体を構成する各層が含有する成分および含有し得る成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[積層シート]
本発明の積層シートは、
(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する、微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、下記条件Aおよび条件Bの少なくともいずれかを満たすか、または、
(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、下記条件Cおよび条件Dの少なくともいずれかを満たす。
条件A:微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)および接着層1a中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上40ppm以下
条件B:接着層1a中の有機溶剤の含有量が、質量基準で、0.5ppm以上200ppm以下
条件C:微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上60ppm以下
条件D:接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.5ppm以上300ppm以下
本発明の積層シートは、
(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する、微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、下記条件Aおよび条件Bの少なくともいずれかを満たすか、または、
(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、下記条件Cおよび条件Dの少なくともいずれかを満たす。
条件A:微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)および接着層1a中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上40ppm以下
条件B:接着層1a中の有機溶剤の含有量が、質量基準で、0.5ppm以上200ppm以下
条件C:微細繊維状セルロース含有層(単層または複層)、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上60ppm以下
条件D:接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.5ppm以上300ppm以下
本発明の積層シートは、上記(i)の接着層1a上に樹脂フィルムを有する形態、上記(ii)の接着層1a上に樹脂フィルムを有する形態、および、これらのいずれかの形態を有する積層体の形態等で、熱加工しても、接着層1aおよび1b中の有機溶剤の含有量が特定の範囲に制御されていることから、気泡が発生しにくいと考えられる。
本実施形態の積層シートを有する積層体は、付加的な効果として、黄変しにくく、ヘーズが低く、全光線透過率が高く、剛性および視認性に優れる。
本実施形態の積層シートを有する積層体は、付加的な効果として、黄変しにくく、ヘーズが低く、全光線透過率が高く、剛性および視認性に優れる。
条件Aにおいて、微細繊維状セルロース含有層および接着層1a中の有機溶剤の総含有量は、1ppm以上でもよく、3ppm以上でもよく、5ppm以上でもよく、そして、35ppm以下でもよく、30ppm以下でもよく、20ppm以下でもよい。
条件Bにおいて、接着層1a中の有機溶剤の含有量は、10ppm以上でもよく、30ppm以上でもよく、50ppm以上でもよく、そして、185ppm以下でもよく、170ppm以下でもよく、155ppm以下でもよい。
条件Cにおいて、微細繊維状セルロース含有層、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量は、1ppm以上でもよく、3ppm以上でもよく、5ppm以上でもよく、そして、50ppm以下でもよく、40ppm以下でもよく、30ppm以下でもよい。
条件Dにおいて、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量は、10ppm以上でもよく、30ppm以上でもよく、50ppm以上でもよく、そして、185ppm以下でもよく、170ppm以下でもよく、155ppm以下でもよい。
〔微細繊維状セルロース含有層〕
本実施形態の積層シートは、(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有するか、または、(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有する。
微細繊維状セルロース含有層は単層でもよく、複層でもよい。微細繊維状セルロース含有層が複層の場合、好ましくは2層以上5層以下であり、より好ましくは4層以下、さらに好ましくは3層以下、よりさらに好ましくは2層である。
本実施形態の積層シートは、(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有するか、または、(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有する。
微細繊維状セルロース含有層は単層でもよく、複層でもよい。微細繊維状セルロース含有層が複層の場合、好ましくは2層以上5層以下であり、より好ましくは4層以下、さらに好ましくは3層以下、よりさらに好ましくは2層である。
<微細繊維状セルロース>
微細繊維状セルロースは、繊維幅が1,000nm以下である繊維状セルロースである。なお、繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。
微細繊維状セルロースの繊維幅は、1,000nm以下である。微細繊維状セルロースの繊維幅は、好ましくは2nm以上1,000nm以下、より好ましくは2nm以上100nm以下、さらに好ましくは2nm以上50nm以下、よりさらに好ましくは2nm以上10nm以下である。微細繊維状セルロースの繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、微細繊維状セルロースによる強度や寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。
微細繊維状セルロースは、繊維幅が1,000nm以下である繊維状セルロースである。なお、繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。
微細繊維状セルロースの繊維幅は、1,000nm以下である。微細繊維状セルロースの繊維幅は、好ましくは2nm以上1,000nm以下、より好ましくは2nm以上100nm以下、さらに好ましくは2nm以上50nm以下、よりさらに好ましくは2nm以上10nm以下である。微細繊維状セルロースの繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、微細繊維状セルロースによる強度や寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。
微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば1,000nm以下である。微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、好ましくは2nm以上1,000nm以下、より好ましくは2nm以上100nm以下、さらに好ましくは2nm以上50nm以下、よりさらに好ましくは2nm以上10nm以下である。微細繊維状セルロースの平均繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、微細繊維状セルロースによる強度や寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。なお、微細繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。
微細繊維状セルロースの数平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.01質量%以上0.1質量%以下の微細繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストして透過型電子顕微鏡(TEM)観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面の走査電子顕微鏡(SEM)像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1,000倍、5,000倍、10,000倍あるいは50,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。ただし、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの数平均繊維幅とする。
微細繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、たとえば、好ましくは0.1μm以上1,000μm以下、より好ましくは0.1μm以上800μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上600μm以下である。繊維長を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、微細繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、微細繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、原子間力顕微鏡(AFM)による画像解析より求めることができる。
微細繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、微細繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。
微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、低線熱膨張係数発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。
微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、低線熱膨張係数発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。
微細繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば20以上10,000以下であることが好ましく、50以上1,000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば微細繊維状セルロースを水分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。
本実施形態における微細繊維状セルロースは、たとえばイオン性置換基および非イオン性置換基のうちの少なくとも1種を有することが好ましい。分散媒中における繊維の分散性を向上させ、解繊処理における解繊効率を高める観点からは、微細繊維状セルロースがイオン性置換基を有することがより好ましい。イオン性置換基としては、たとえばアニオン性基およびカチオン性基のいずれか一方または双方を含むことができる。また、非イオン性置換基としては、たとえばアルキル基およびアシル基などを含むことができる。本実施形態においては、イオン性置換基としてアニオン性基を有することが特に好ましい。また、イオン性置換基は、エステル結合またはエーテル結合を介して微細繊維状セルロースに導入される基であることが好ましく、エステル結合を介して微細繊維状セルロースに導入される基であることがより好ましい。この場合、エステル結合は、微細繊維状セルロースとイオン性置換基となる化合物の脱水縮合で形成されることが好ましい。
なお、微細繊維状セルロースには、イオン性置換基を導入する処理が行われていなくてもよい。
なお、微細繊維状セルロースには、イオン性置換基を導入する処理が行われていなくてもよい。
イオン性置換基としてのアニオン性基としては、たとえばリンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する置換基(単にカルボキシ基ということもある)、硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する置換基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)、ザンテート基またはザンテート基に由来する置換基(単にザンテート基ということもある)、ホスホン基またはホスホン基に由来する置換基、ホスフィン基またはホスフィン基に由来する置換基、スルホン基またはスルホン基に由来する置換基、カルボキシアルキル基等を挙げることができる。中でも、アニオン性基は、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、硫黄オキソ酸基および硫黄オキソ酸基、ザンテート基、スルホン基に由来する置換基からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基、ザンテート基からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基からなる群より選択される少なくとも1種であることがさらに好ましく、リンオキソ酸基であることがよりさらに好ましい。アニオン性基としてリンオキソ酸基を導入することにより、たとえば、アルカリ性条件下や酸性条件下においても、繊維状セルロースの分散性をより高めることができ、結果として高強度かつ高透明な微細繊維状セルロース含有層が得られやすくなる。イオン性置換基としてのカチオン性基としては、たとえばアンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性基はアンモニウム基であることが好ましい。
リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基である。各微細繊維状セルロースには、下記式(1)で表される置換基が複数導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(1)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
式(1)中、a、bおよびnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。n個あるαおよびα’のうち少なくとも1つ(好ましくはa個)がO-であり、残りはRまたはORである。なお、各αおよびα’の全てがO-であっても構わない。n個あるαは全て同じでも、それぞれ異なっていてもよい。βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。
Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。なお、式(1)におけるαは、セルロース分子鎖に由来する基であってもよい。また、式(1)においては、nは1であることが好ましい。
Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。なお、式(1)におけるαは、セルロース分子鎖に由来する基であってもよい。また、式(1)においては、nは1であることが好ましい。
飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、またはn-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、またはt-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、またはシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、またはアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、または3-ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、またはナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖または側鎖に対し、カルボキシ基、カルボキシレート基(-COO-)、ヒドロキシ基、およびアミノ基などの官能基から選択される少なくとも1種類が付加または置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細繊維状セルロースの収率を高めることもできる。なお、式(1)中にRが複数個存在する場合や微細繊維状セルロースに上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖または側鎖に対し、カルボキシ基、カルボキシレート基(-COO-)、ヒドロキシ基、およびアミノ基などの官能基から選択される少なくとも1種類が付加または置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細繊維状セルロースの収率を高めることもできる。なお、式(1)中にRが複数個存在する場合や微細繊維状セルロースに上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、たとえば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、たとえば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、たとえば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、もしくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、もしくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種または2種類以上を組み合わせて適用することもできる。なお、式(1)中にβb+が複数個存在する場合や微細繊維状セルロースに上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、またはカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。
リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基としては、より具体的には、リン酸基(-PO3H2)、リン酸基の塩、亜リン酸基(ホスホン酸基)(-PO2H2)、亜リン酸基(ホスホン酸基)の塩が挙げられる。また、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(たとえば、ピロリン酸基)、ホスホン酸が縮合した基(たとえば、ポリホスホン酸基)、リン酸エステル基(たとえば、モノメチルリン酸基、ポリオキシエチレンアルキルリン酸基)、アルキルホスホン酸基(たとえば、メチルホスホン酸基)などであってもよい。
また、硫黄オキソ酸基(硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する置換基)は、たとえば下記式(2)で表される置換基である。各微細繊維状セルロースには、下記式(2)で表される置換基が複数種導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(2)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
式(2)中、bおよびnは自然数であり、pは0または1であり、mは任意の数である(ただし、1=b×mである)。なお、nが2以上である場合、複数あるpは同一の数であってもよく、異なる数であってもよい。式(2)中、βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、たとえば、有機アンモニウムイオンや有機ホスホニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、たとえば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機ホスホニウムイオンとしては、たとえば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、もしくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、もしくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、微細繊維状セルロースに上記式(2)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、またはカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。
微細繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.05mmol/g以上であることが好ましく、0.10mmol/g以上であることがより好ましく、0.20mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.50mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましい。また、微細繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、3.00mmol/g以下であることがよりさらに好ましい。イオン性置換基(好ましくはアニオン性基)の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、微細繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。
ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性置換基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの微細繊維状セルロースの質量を示す。
ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性置換基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの微細繊維状セルロースの質量を示す。
また、微細繊維状セルロースに対するイオン性置換基(好ましくはアニオン性基)の導入量は、積層体の吸水性の観点から、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.50mmol/g未満であることが好ましく、0.40mmol/g以下であることがより好ましく、0.30mmol/g以下であることがさらに好ましく、0.25mmol/g以下であることがよりさらに好ましく、0.15mmol/g以下であることが一層好ましく、積層体の全光線透過率およびヘーズの観点から0.01mmol/g以上であることが好ましく、0.02mmol/g以上であることがより好ましく、0.03mmol/g以上であることがさらに好ましい。このような低置換基量の微細繊維状セルロースは、たとえば、後述する、微細繊維状セルロースの置換基を除去する処理を施すことにより得られるものであってもよい。
微細繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた微細繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。
図1は、リンオキソ酸基を有する繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)といった場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。たとえば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1,000}
A[mmol/g]:繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の強酸性基量と弱酸性基量を足した値)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
まず、繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(またはリンオキソ酸基量)といった場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。たとえば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1,000}
A[mmol/g]:繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の強酸性基量と弱酸性基量を足した値)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
図2は、カルボキシ基を有する微細繊維状セルロースに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。
微細繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、微細繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図2に示すような滴定曲線を得る。なお、必要に応じて、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の微細繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
微細繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、微細繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図2に示すような滴定曲線を得る。なお、必要に応じて、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の微細繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量であることから、酸型の繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(C型))(mmol/g)を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
カルボキシ基量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1,000}
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
すなわち、下記計算式によって算出する。
カルボキシ基量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1,000}
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
なお、滴定法による置換基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低い置換基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、たとえば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒に10~50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、たとえば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。
また、繊維状セルロースに対する硫黄オキソ酸基またはスルホン基の導入量は、繊維状セルロースを含むスラリーを凍結乾燥し、さらに粉砕した試料の硫黄量を測定することで算出することができる。具体的には、繊維状セルロースを含むスラリーを凍結乾燥し、さらに粉砕した試料を、密閉容器中で硝酸を用いて加圧加熱分解した後、適宜希釈してICP-OESで硫黄量を測定する。供試した繊維状セルロースの絶乾質量で割り返して算出した値を繊維状セルロースの硫黄オキソ酸基量またはスルホン基量(単位:mmol/g)とする。
<<微細繊維状セルロースの製造方法>>
(セルロースを含む繊維原料)
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。
セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。
また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。
(セルロースを含む繊維原料)
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。
セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。
また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。
上述のようなイオン性置換基を導入した微細繊維状セルロースを得るためには、上述したセルロースを含む繊維原料にイオン性置換基を導入するイオン性置換基導入工程、洗浄工程、アルカリ処理工程(中和工程)、解繊処理工程をこの順で有することが好ましく、洗浄工程の代わりに、または洗浄工程に加えて、酸処理工程を有していてもよい。イオン性置換基導入工程としては、リンオキソ酸基導入工程、カルボキシ基導入工程、硫黄オキソ酸基導入工程、ザンテート基導入工程、ホスホン基またはホスフィン基導入工程、スルホン基導入工程、およびカチオン性基導入工程が例示される。以下、それぞれについて説明する。
(イオン性置換基導入工程)
-リンオキソ酸基導入工程-
リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
本実施形態に係るリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態または湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶剤に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶剤に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。
-リンオキソ酸基導入工程-
リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
本実施形態に係るリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態または湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶剤に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶剤に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが、特に限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、たとえば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、たとえばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。
これらのうち、リンオキソ酸基の導入の効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、またはリン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはリン酸二水素アンモニウムがより好ましい。
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料100質量部(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が、好ましくは0.5質量部以上100質量部以下、より好ましくは1質量部以上50質量部以下、さらに好ましくは2質量部以上30質量部以下である。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。
これらのうち、リンオキソ酸基の導入の効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、またはリン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはリン酸二水素アンモニウムがより好ましい。
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料100質量部(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が、好ましくは0.5質量部以上100質量部以下、より好ましくは1質量部以上50質量部以下、さらに好ましくは2質量部以上30質量部以下である。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素およびその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
繊維原料100質量部(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば、好ましくは1質量部以上500質量部以下、より好ましくは10質量部以上400質量部以下、さらに好ましくは100質量部以上350質量部以下である。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
繊維原料100質量部(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば、好ましくは1質量部以上500質量部以下、より好ましくは10質量部以上400質量部以下、さらに好ましくは100質量部以上350質量部以下である。
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加または混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば、好ましくは50℃以上300℃以下、より好ましくは100℃以上250℃以下、さらに好ましくは130℃以上200℃以下である。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練または撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分および化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、たとえば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから、好ましくは1秒以上300分以下、より好ましくは1秒以上1,000秒以下、さらに好ましくは10秒以上800秒以下である。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分および化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、たとえば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから、好ましくは1秒以上300分以下、より好ましくは1秒以上1,000秒以下、さらに好ましくは10秒以上800秒以下である。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。
繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.05mmol/g以上であることが好ましく、0.10mmol/g以上であることがより好ましく、0.20mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.50mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましい。また、繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。
-カルボキシ基導入工程-
カルボキシ基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、特に限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、特に限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。
カルボキシ基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、特に限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、特に限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。
カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、特に限定されないが、たとえば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。
カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、たとえばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、たとえばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、繊維原料としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。
また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、たとえば繊維原料としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。
繊維原料に対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.05mmol/g以上であることが好ましく、0.10mmol/g以上であることがより好ましく、0.20mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.50mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることが一層好ましい。また、3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましく、2.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.20mmol/g以下であることがよりさらに好ましく、2.00mmol/g以下であることが一層好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細化処理工程におけるセルロース繊維の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。
また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、たとえば繊維原料としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。
繊維原料に対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.05mmol/g以上であることが好ましく、0.10mmol/g以上であることがより好ましく、0.20mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.50mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることが一層好ましい。また、3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましく、2.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.20mmol/g以下であることがよりさらに好ましく、2.00mmol/g以下であることが一層好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細化処理工程におけるセルロース繊維の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。
-硫黄オキソ酸基導入工程-
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、たとえば、硫黄オキソ酸基導入工程を含んでもよい。硫黄オキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と硫黄オキソ酸が反応することで、硫黄オキソ酸基を有するセルロース繊維(硫黄オキソ酸基導入繊維)を得ることができる。
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、たとえば、硫黄オキソ酸基導入工程を含んでもよい。硫黄オキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と硫黄オキソ酸が反応することで、硫黄オキソ酸基を有するセルロース繊維(硫黄オキソ酸基導入繊維)を得ることができる。
硫黄オキソ酸基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Aに代えて、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、硫黄オキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物C」ともいう)を用いる。化合物Cとしては、硫黄原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、硫酸もしくはその塩、亜硫酸もしくはその塩、硫酸アミドなどが挙げられるが特に限定されない。硫酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば96%硫酸(濃硫酸)を使用することができる。亜硫酸としては、5%亜硫酸水が挙げられる。硫酸塩または亜硫酸塩としては、硫酸塩または亜硫酸塩のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。硫酸アミドとしては、スルファミン酸などを使用することができる。硫黄オキソ酸基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることが好ましい。
硫黄オキソ酸基導入工程においては、セルロース原料に硫黄オキソ酸、並びに、尿素および/または尿素誘導体を含む水溶液を混合した後、当該セルロース原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、硫黄オキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理温度は、300℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。
加熱処理工程では、実質的に水分がなくなるまで加熱をすることが好ましい。このため、加熱処理時間は、セルロース原料に含まれる水分量や、硫黄オキソ酸、並びに、尿素および/または尿素誘導体を含む水溶液の添加量によって、変動するが、たとえば、10秒以上10,000秒以下とすることが好ましい。加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。
セルロース原料に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、0.05mmol/g以上であることが好ましく、0.10mmol/g以上であることがより好ましく、0.20mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.50mmol/g以上であることがよりさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることが一層好ましい。また、セルロース原料に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。硫黄オキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。
-塩素系酸化剤による酸化工程(第二のカルボキシ基導入工程)-
イオン性置換基導入工程としては、塩素系酸化剤による酸化工程を含んでもよい。塩素系酸化剤による酸化工程では、塩素系酸化剤を湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
イオン性置換基導入工程としては、塩素系酸化剤による酸化工程を含んでもよい。塩素系酸化剤による酸化工程では、塩素系酸化剤を湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、亜塩素酸、亜塩素酸塩、塩素酸、塩素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、二酸化塩素などが挙げられる。置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から、塩素系酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素であることが好ましい。塩素系酸化剤を添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶剤に溶かして加えてもよい。
塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤の溶液中濃度は、たとえば有効塩素濃度に換算して、1質量%以上1,000質量%以下であることが好ましく、5質量%以上500質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上100質量%以下であることがさらに好ましい。塩素系酸化剤の繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、10質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、100質量部以上5,000質量部以下であることがさらに好ましい。
塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤との反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。反応時のpHは、5以上15以下であることが好ましく、7以上14以下であることがより好ましく、9以上13以下であることがさらに好ましい。また、反応開始時、反応中のpHは塩酸や水酸化ナトリウムを適宜添加しながら一定(たとえば、pH11)を保つことが好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
-ザンテート基導入工程(キサントゲン酸エステル化工程)-
イオン性置換基導入工程としては、たとえばザンテート基導入工程(以下、ザンテート化工程ともいう。)を含んでもよい。ザンテート化工程では、二硫化炭素とアルカリ化合物を、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にザンテート基が導入される。具体的には、二硫化炭素を後述の手法でアルカリセルロース化した繊維原料に対して加え、反応を行う。
イオン性置換基導入工程としては、たとえばザンテート基導入工程(以下、ザンテート化工程ともいう。)を含んでもよい。ザンテート化工程では、二硫化炭素とアルカリ化合物を、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にザンテート基が導入される。具体的には、二硫化炭素を後述の手法でアルカリセルロース化した繊維原料に対して加え、反応を行う。
((アルカリセルロース化))
繊維原料へのイオン性置換基導入に際しては、繊維原料が含むセルロースにアルカリ溶液を作用させ、セルロースをアルカリセルロース化することが好ましい。この処理により、セルロースの水酸基の一部がイオン解離し、求核性(反応性)を高めることができる。アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いることが好ましい。アルカリセルロース化は、イオン性置換基の導入と同時に行ってもよいし、その前段として行ってもよいし、両方のタイミングで行ってもよい。
繊維原料へのイオン性置換基導入に際しては、繊維原料が含むセルロースにアルカリ溶液を作用させ、セルロースをアルカリセルロース化することが好ましい。この処理により、セルロースの水酸基の一部がイオン解離し、求核性(反応性)を高めることができる。アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いることが好ましい。アルカリセルロース化は、イオン性置換基の導入と同時に行ってもよいし、その前段として行ってもよいし、両方のタイミングで行ってもよい。
アルカリセルロース化を始める際の溶液温度は、0℃以上50℃以下であることが好ましく、5℃以上40℃以下であることがより好ましく、10℃以上30℃以下であることがさらに好ましい。
アルカリ溶液中のアルカリ濃度としては、モル濃度として0.01mol/L以上4mol/L以下であることが好ましく、0.1mol/L以上3mol/L以下であることがより好ましく、1mol/L以上2.5mol/L以下であることがさらに好ましい。特に、アルカリセルロース化における処理温度が10℃未満である場合は、アルカリ濃度は1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましい。
アルカリセルロース化の処理時間は、1分間以上であることが好ましく、10分間以上であることがより好ましく、30分間以上であることがさらに好ましい。また、アルカリ処理の時間は、6時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましく、4時間以下であることがさらに好ましい。
アルカリ溶液の種類、処理温度、濃度、浸漬時間を上述のように調整することで、セルロースの結晶領域へのアルカリ溶液浸透を抑制でき、セルロースI型の結晶構造が維持されやすくなり、微細繊維状セルロースの収率を高めることができる。
イオン性置換基導入とアルカリセルロース化を同時に行わない場合、アルカリセルロース化はイオン性置換基導入の前段で行われるのが好ましい。この場合、アルカリセルロース化処理で得られたアルカリセルロースは、遠心分離や、濾別などの一般的な脱液方法により、固液分離し、水分を除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるイオン性置換基導入工程での、反応効率が向上する。固液分離後のセルロース繊維濃度は、5%以上50%以下であることが好ましく、10%以上40%以下であることがより好ましく、15%以上35%以下であることがさらに好ましい。
-ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)-
イオン性置換基導入工程としては、ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)を含んでもよい。ホスホアルキル化工程では、必須成分として、反応性基とホスホ基またはホスフィン基とを有する化合物(化合物EA)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にホスホン基またはホスフィン基が導入される。
イオン性置換基導入工程としては、ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)を含んでもよい。ホスホアルキル化工程では、必須成分として、反応性基とホスホ基またはホスフィン基とを有する化合物(化合物EA)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にホスホン基またはホスフィン基が導入される。
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物EAとしては、たとえばビニルホスホン酸、フェニルビニルホスホン酸、フェニルビニルホスフィン酸等が挙げられる。置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EAはビニルホスホン酸であることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
化合物EAとしては、たとえばビニルホスホン酸、フェニルビニルホスホン酸、フェニルビニルホスフィン酸等が挙げられる。置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EAはビニルホスホン酸であることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
化合物EAを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶剤に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。
化合物EAの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
-スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)-
イオン性置換基導入工程としては、スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)を含んでもよい。スルホアルキル化では、必須成分として、反応性基とスルホン基とを有する化合物(化合物EB)と、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にスルホン基が導入される。
イオン性置換基導入工程としては、スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)を含んでもよい。スルホアルキル化では、必須成分として、反応性基とスルホン基とを有する化合物(化合物EB)と、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にスルホン基が導入される。
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物EBとしては、2-クロロエタンスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、p-スチレンスルホン酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。中でも、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EBはビニルスルホン酸ナトリウムであることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
化合物EBとしては、2-クロロエタンスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、p-スチレンスルホン酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。中でも、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EBはビニルスルホン酸ナトリウムであることが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
化合物EBを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶剤に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。
化合物EBの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、15分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
-カルボキシアルキル化工程(第三のカルボキシ基導入工程)-
イオン性置換基導入工程としては、カルボキシアルキル化工程を含んでもよい。必須成分として、反応性基とカルボキシ基とを有する化合物(化合物EC)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
イオン性置換基導入工程としては、カルボキシアルキル化工程を含んでもよい。必須成分として、反応性基とカルボキシ基とを有する化合物(化合物EC)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物ECとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点からモノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、2-クロロプロピオン酸、3-クロロプロピオン酸、2-クロロプロピオン酸ナトリウム、3-クロロプロピオン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
化合物ECとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点からモノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、2-クロロプロピオン酸、3-クロロプロピオン酸、2-クロロプロピオン酸ナトリウム、3-クロロプロピオン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
化合物ECを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶剤に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。
化合物ECの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、3分間以上500分間以下であることがより好ましく、5分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
-カチオン性基導入工程(カチオン化工程)-
必須成分として、反応性基とカチオン性基とを有する化合物(化合物ED)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカチオン性基が導入される。
必須成分として、反応性基とカチオン性基とを有する化合物(化合物ED)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカチオン性基が導入される。
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
カチオン性基としては、アンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性基はアンモニウム基であることが好ましい。
化合物EDとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点からグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等が好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましい。添加量も前述のようにすることが好ましい。
カチオン性基としては、アンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性基はアンモニウム基であることが好ましい。
化合物EDとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点からグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等が好ましい。
さらに任意成分として、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることも好ましい。添加量も前述のようにすることが好ましい。
化合物EDを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶剤に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。
反応時の温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。
化合物EDの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、5分間以上500分間以下であることがより好ましく、10分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。
(洗浄工程)
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてイオン性置換基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶剤によりイオン性置換基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてイオン性置換基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶剤によりイオン性置換基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
(アルカリ処理(中和処理)工程)
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理(中和処理)を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、たとえばアルカリ溶液中に、イオン性置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶剤は、水または有機溶剤のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶剤は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶剤などを含む極性溶剤であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶剤であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるイオン性置換基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分間以上30分間以下であることが好ましく、10分間以上20分間以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばイオン性置換基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理(中和処理)を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、たとえばアルカリ溶液中に、イオン性置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶剤は、水または有機溶剤のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶剤は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶剤などを含む極性溶剤であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶剤であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるイオン性置換基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分間以上30分間以下であることが好ましく、10分間以上20分間以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばイオン性置換基導入繊維の絶乾質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、イオン性置換基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性置換基導入繊維を水や有機溶剤により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったイオン性置換基導入繊維を水や有機溶剤により洗浄することが好ましい。
(酸処理工程)
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。たとえば、イオン性置換基導入工程、酸処理工程、アルカリ処理工程および解繊処理工程をこの順で行ってもよい。
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分間以上120分間以下が好ましく、10分間以上60分間以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶乾質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。たとえば、イオン性置換基導入工程、酸処理工程、アルカリ処理工程および解繊処理工程をこの順で行ってもよい。
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることが特に好ましい。
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分間以上120分間以下が好ましく、10分間以上60分間以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶乾質量に対して100質量%以上100,000質量%以下であることが好ましく、1,000質量%以上10,000質量%以下であることがより好ましい。
(解繊処理工程)
イオン性置換基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、微細繊維状セルロースが得られる。
解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
イオン性置換基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、微細繊維状セルロースが得られる。
解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
解繊処理工程においては、たとえばイオン性置換基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶剤などの有機溶剤から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶剤としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶剤等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶剤としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF),ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。
また、リンオキソ酸基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、たとえば水素結合性のある尿素などのリンオキソ酸基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。
また、リンオキソ酸基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、たとえば水素結合性のある尿素などのリンオキソ酸基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。
(窒素除去処理)
微細繊維状セルロースの製造工程は、窒素量を低減させる工程(窒素除去処理工程)をさらに含んでもよい。窒素量を低減させることで、さらに着色を抑制し得る微細繊維状セルロースを得ることができる。窒素除去処理工程は、解繊処理工程の前に設けられることが好ましい。
微細繊維状セルロースの製造工程は、窒素量を低減させる工程(窒素除去処理工程)をさらに含んでもよい。窒素量を低減させることで、さらに着色を抑制し得る微細繊維状セルロースを得ることができる。窒素除去処理工程は、解繊処理工程の前に設けられることが好ましい。
窒素除去処理工程においては、置換基導入繊維を含むスラリーのpHを10以上に調整し、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理においては、スラリーの液温を50℃以上100℃以下とすることが好ましく、加熱時間は15分間以上180分間以下とすることが好ましい。置換基導入繊維を含むスラリーのpHを調整する際には、上述したアルカリ処理工程で用いることができるアルカリ化合物をスラリーに添加することが好ましい。
窒素除去処理工程の後、必要に応じて置換基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶剤によりイオン性置換基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
(置換基除去処理)
微細繊維状セルロースの製造方法は、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程を含んでもよい。このような工程を経ることで、置換基導入量が低いが、繊維幅の小さい微細繊維状セルロースを得ることもできる。本明細書において、微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程は、置換基除去処理工程ともいう。
微細繊維状セルロースの製造方法は、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程を含んでもよい。このような工程を経ることで、置換基導入量が低いが、繊維幅の小さい微細繊維状セルロースを得ることもできる。本明細書において、微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程は、置換基除去処理工程ともいう。
置換基除去処理工程としては、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースを加熱処理する工程、酵素処理する工程、酸処理する工程、アルカリ処理する工程等が挙げられる。これらは単独で行ってもよく、組み合わせて行ってもよい。中でも、置換基除去処理工程は、加熱処理する工程または酵素処理する工程であることが好ましい。上記処理工程を経ることで、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部が除去され、置換基導入量が0.5mmol/g未満の微細繊維状セルロースを得ることができる。このような微細繊維状セルロースを用いて微細繊維状セルロース含有層を形成することにより、より耐水性に優れる積層体が得られやすくなる。
置換基除去処理工程は、スラリー状で行われることが好ましい。すなわち、置換基除去処理工程は、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含むスラリーを、加熱処理する工程、酵素処理する工程、酸処理する工程、アルカリ処理する工程等であることが好ましい。置換基除去処理工程をスラリー状で実施することによって、置換基除去処理時の加熱等によって生じる着色物質や、添加もしくは発生する酸、アルカリ、塩などの残留を防ぐことができる。これにより、微細繊維状セルロース含有層の着色を抑制することができる。また、置換基除去処理後に除去した置換基由来の塩の除去処理を行う場合、塩の除去効率を高めることも可能となる。
置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含むスラリーに対して置換基除去処理を行う場合、該スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度は、0.05質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.2質量%以上であることがさらに好ましい。また、該スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度は、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度を上記範囲内とすることにより、置換基除去処理をより効率よく行うことができる。さらに、スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度を上記範囲内とすることにより、置換基除去処理時の加熱等によって生じる着色物質や、添加もしくは発生する酸、アルカリ、塩などの残留を防ぐことができる。これにより、微細繊維状セルロース含有層の着色を抑制することができる。また、置換基除去処理後に除去した置換基由来の塩の除去処理を行う場合、塩の除去効率を高めることも可能となる。
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースを加熱処理する工程である場合、加熱処理する工程における加熱温度は、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましく、60℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理する工程における加熱温度は、250℃以下であることが好ましく、230℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。中でも、置換基除去処理工程に供する微細繊維状セルロースが有する置換基がリンオキソ酸基である場合、加熱処理する工程における加熱温度は、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることがさらに好ましい。
置換基除去処理工程が加熱処理する工程である場合、加熱処理工程において使用できる加熱装置としては、特に限定されないが、熱風加熱装置、蒸気加熱装置、電熱加熱装置、水熱加熱装置、火力加熱装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波加熱装置、撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置を用いることができる。蒸発を防ぐ観点から、加熱は密閉系で行われることが好ましく、さらに加熱温度を高める観点から、耐圧性の装置内や容器内で行われることが好ましい。加熱処理はバッチ処理であってもよく、バッチ連続処理であってもよく、連続処理であってもよい。
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースを酵素処理する工程である場合、酵素処理する工程では、置換基の種類に応じて、リン酸エステル加水分解酵素、硫酸エステル加水分解酵素等を用いることが好ましい。
酵素処理工程では、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が0.1nkat以上となるよう酵素を添加することが好ましく、1.0nkat以上となるよう酵素を添加することがより好ましく、10nkat以上となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が100,000nkat以下となるよう酵素を添加することが好ましく、50,000nkat以下となるよう酵素を添加することがより好ましく10,000nkat以下となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に酵素を添加した後には、0℃以上50℃未満の条件下で1分間以上100時間以下処理を行うことが好ましい。
酵素反応の後、酵素を失活させる工程を設けてもよい。酵素を失活させる方法としては、酵素処理を施したスラリーに酸成分もしくはアルカリ成分を添加して酵素を失活させる方法、酵素処理を施したスラリーの温度を90℃以上に上昇させて酵素を失活させる方法が挙げられる。
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースを酸処理する工程である場合、酸処理する工程では、上述した酸処理工程で用いることができる酸化合物をスラリーに添加することが好ましい。
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1,000nm以下の微細繊維状セルロースをアルカリ処理する工程である場合、アルカリ処理する工程では、上述したアルカリ処理工程で用いることができるアルカリ化合物をスラリーに添加することが好ましい。
置換基除去処理工程では、置換基除去反応が均一に進むことが好ましい。反応を均一に進めるためには、たとえば、微細繊維状セルロースを含むスラリーを撹拌してもよく、スラリーの比表面積を高めてもよい。スラリーを撹拌する方法としては、外部からの機械的シェアを与えてもよく、反応中のスラリーの送液速度を上げることで自己撹拌を促してもよい。
置換基除去処理工程では、スペーサー分子を添加してもよい。スペーサー分子は、隣接する微細繊維状セルロースの間に入り込み、それにより微細繊維状セルロース間に微細なスペースを設けるためのスペーサーとして働く。置換基除去処理工程において、このようなスペーサー分子を添加することで、置換基除去処理後の微細繊維状セルロースの凝集を抑制することができる。これにより、微細繊維状セルロース含有層の透明性をより効果的に高めることができる。
スペーサー分子は水溶性有機化合物であることが好ましい。水溶性有機化合物としては、たとえば、糖や水溶性高分子、尿素等を挙げることができる。具体的には、トレハロース、尿素、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)等を挙げることができる。また、水溶性有機化合物として、メタクリル酸アルキル・アクリル酸コポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、イソプレングリコール、ヘキシレングリコール、1,3-ブチレングリコール、ポリアクリルアミド、キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、プルラン、カラギーナン、ペクチン、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース等のデンプン類、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩を用いることもできる。
また、スペーサー分子として公知の顔料を使用することができる。たとえば、カオリン(含クレー)、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、非晶質シリカ(含コロイダルシリカ)、酸化アルミニウム、ゼオライト、セピオライト、スメクタイト、合成スメクタイト、珪酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、珪藻土、スチレン系プラスチックピグメント、ハイドロタルサイト、尿素樹脂系プラスチックピグメント、ベンゾグアナミン系プラスチックピグメント等が挙げられる。
(pH調整工程)
上述した置換基除去処理工程がスラリー状で行われる場合、置換基除去処理工程の前に、微細繊維状セルロースを含むスラリーのpHを調整する工程を設けてもよい。たとえば、セルロース繊維にイオン性置換基を導入し、このイオン性置換基の対イオンがNa+である場合、解繊後の微細繊維状セルロースを含むスラリーは弱アルカリ性を示す。この状態で加熱を行うと、セルロースの分解により着色要因の一つである単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを8以下に調整することが好ましい。また、酸性条件においても同様に単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを3以上に調整することが好ましい。
上述した置換基除去処理工程がスラリー状で行われる場合、置換基除去処理工程の前に、微細繊維状セルロースを含むスラリーのpHを調整する工程を設けてもよい。たとえば、セルロース繊維にイオン性置換基を導入し、このイオン性置換基の対イオンがNa+である場合、解繊後の微細繊維状セルロースを含むスラリーは弱アルカリ性を示す。この状態で加熱を行うと、セルロースの分解により着色要因の一つである単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを8以下に調整することが好ましい。また、酸性条件においても同様に単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを3以上に調整することが好ましい。
また、置換基を有する微細繊維状セルロースがリン酸基を有する微細繊維状セルロースである場合、置換基の除去効率向上の観点から、リン酸基のリンが求核攻撃を受けやすい状態であることが好ましい。求核攻撃を受けやすいのは、セルロース-O-P(=O)(-O-H+)(-O-Na+)と表される中和度1の状態であり、この状態とするには、スラリーのpHを3以上8以下に調整することが好ましく、pHを4以上6以下に調整することがさらに好ましい。
pHを調整する手段は特に限定されないが、たとえば微細繊維状セルロースを含むスラリーに酸成分やアルカリ成分を添加してもよい。酸成分は無機酸および有機酸のいずれであってもよく、無機酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等が挙げられる。有機酸としては、ギ酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、フマル酸、グルコン酸等が挙げられる。アルカリ成分は、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。無機アルカリ化合物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。有機アルカリ化合物としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン等が挙げられる。
また、pH調整工程では、pHを調整するためにイオン交換処理を行ってもよい。イオン交換処理に際しては、強酸性陽イオン交換樹脂もしくは弱酸性イオン交換樹脂を用いることができる。適切な量の陽イオン交換樹脂で十分な時間処理することにより、目的とするpHの微細繊維状セルロースを含むスラリーを得ることができる。さらに、pH調整工程では酸成分やアルカリ成分の添加とイオン交換処理を組み合わせてもよい。
(塩の除去処理)
置換基除去処理工程の後には、除去した置換基由来の塩の除去処理を行うことが好ましい。置換基由来の塩を除去することで、着色を抑制し得る微細繊維状セルロースが得られ易くなる。置換基由来の塩を除去する手段は特に限定されないが、たとえば洗浄処理やイオン交換処理が挙げられる。洗浄処理は、たとえば水や有機溶剤により、置換基除去処理で凝集した微細繊維状セルロースを洗浄することにより行われる。イオン交換処理では、イオン交換樹脂を用いることができる。
置換基除去処理工程の後には、除去した置換基由来の塩の除去処理を行うことが好ましい。置換基由来の塩を除去することで、着色を抑制し得る微細繊維状セルロースが得られ易くなる。置換基由来の塩を除去する手段は特に限定されないが、たとえば洗浄処理やイオン交換処理が挙げられる。洗浄処理は、たとえば水や有機溶剤により、置換基除去処理で凝集した微細繊維状セルロースを洗浄することにより行われる。イオン交換処理では、イオン交換樹脂を用いることができる。
(均一分散処理)
置換基除去処理工程の後には、置換基除去処理を経て得られた微細繊維状セルロースを均一分散処理する工程を設けてもよい。微細繊維状セルロースに対して置換基除去処理を施すことにより、少なくとも一部の微細繊維状セルロースが凝集する。均一分散処理工程においては、このように凝集した微細繊維状セルロースを均一分散する工程である。
置換基除去処理工程の後には、置換基除去処理を経て得られた微細繊維状セルロースを均一分散処理する工程を設けてもよい。微細繊維状セルロースに対して置換基除去処理を施すことにより、少なくとも一部の微細繊維状セルロースが凝集する。均一分散処理工程においては、このように凝集した微細繊維状セルロースを均一分散する工程である。
均一分散処理工程では、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザー高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機またはビーターなどを使用することができる。上記均一分散処理装置の中でも、高速解繊機、高圧ホモジナイザーを用いることがより好ましい。
均一分散処理工程における処理条件は特に限定されないが、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力を大きくすることが好ましい。高速解繊機においては、その周速が20m/sec以上であることが好ましく、25m/sec以上であることがより好ましく、30m/sec以上であることがさらに好ましい。高圧ホモジナイザーは、高速解繊機よりも、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力が大きくなるため、より好ましく使用できる。高圧ホモジナイザー処理においては、処理時の圧力は1MPa以上350MPa以下が好ましく、10MPa以上300MPa以下がより好ましく、50MPa以上250MPa以下がさらに好ましい。
なお、均一分散処理工程においては、上述したスペーサー分子を新たに添加してもよい。均一分散処理工程において、このようなスペーサー分子を添加することで、微細繊維状セルロースの均一分散をよりスムーズに行うことができる。これにより、微細繊維状セルロース含有層の透明性をより効果的に高めることができる。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層において、微細繊維状セルロース含有層の固形分中の微細繊維状セルロースの含有量は、積層体の剛性向上の観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、よりさらに好ましくは25質量%以上であり、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下、よりさらに好ましくは75質量%以下である。本実施形態における微細繊維状セルロース含有層が複層の場合、各層の固形分中の微細繊維状セルロースの含有量が上記範囲であることが好ましい。
微細繊維状セルロースとして、イオン性基を含有する微細繊維状セルロースと、未変性微細繊維状セルロースとを併用してもよい。
微細繊維状セルロースとして、イオン性基を含有する微細繊維状セルロースと、未変性微細繊維状セルロースとを併用してもよい。
本実施形態において、微細繊維状セルロースとして、イオン性基を含有する微細繊維状セルロースと、未変性微細繊維状セルロースとを併用してもよい。
また、微細繊維状セルロースに加えて、繊維幅が1μmを超える粗大セルロース繊維を含有してもよい。以下の説明において、微細繊維状セルロースおよび粗大セルロース繊維を総称して、「セルロース繊維」ともいう。
粗大セルロース繊維の繊維幅は、1μm以上であれば特に限定されないが、たとえば、好ましくは1μm以上100μm以下であり、より好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上であり、そして、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは40μm以下である。なお、粗大セルロース繊維の繊維幅は、繊維長分布測定装置(たとえば、バルメット社製のFS5、ABB社製のL&W Fiber Tester Plus)により求めることができる。
また、微細繊維状セルロースに加えて、繊維幅が1μmを超える粗大セルロース繊維を含有してもよい。以下の説明において、微細繊維状セルロースおよび粗大セルロース繊維を総称して、「セルロース繊維」ともいう。
粗大セルロース繊維の繊維幅は、1μm以上であれば特に限定されないが、たとえば、好ましくは1μm以上100μm以下であり、より好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上であり、そして、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは40μm以下である。なお、粗大セルロース繊維の繊維幅は、繊維長分布測定装置(たとえば、バルメット社製のFS5、ABB社製のL&W Fiber Tester Plus)により求めることができる。
粗大セルロース繊維は、微細繊維状セルロース含有層中での分散性を向上させる観点から、イオン性置換基を有してもよく、イオン性置換基の好ましい態様は、微細繊維状セルロースと同様であり、その種類および置換基量の好ましい範囲も同様である。
粗大セルロース繊維は、繊維原料にイオン性基を導入後、緩やかに解繊することによって得ることが好ましい。緩やかな解繊処理に使用する解繊機としては、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナーなどのリファイナーが例示される。
粗大セルロース繊維は、繊維原料にイオン性基を導入後、緩やかに解繊することによって得ることが好ましい。緩やかな解繊処理に使用する解繊機としては、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナーなどのリファイナーが例示される。
粗大セルロース繊維を含有する場合、上述した微細繊維状セルロース含有層における微細繊維状セルロースの好ましい含有量は、繊維状セルロース、すなわち、微細繊維状セルロースと粗大セルロース繊維との合計の含有量の好ましい範囲である。
粗大セルロース繊維を含有する場合、繊維状セルロース(微細繊維状セルロースと粗大セルロース繊維との合計)100質量部に対する粗大セルロースの繊維の含有量は、好ましくは1質量部以上80質量部以下であり、より好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上であり、そして、好ましくは60質量部以下、より好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下である。
粗大セルロース繊維の含有量が上記範囲内であると、粗大セルロース繊維は微細繊維状セルロースに比べて安価に製造可能であるため、積層体をより安価に製造可能である。
粗大セルロース繊維を含有する場合、繊維状セルロース(微細繊維状セルロースと粗大セルロース繊維との合計)100質量部に対する粗大セルロースの繊維の含有量は、好ましくは1質量部以上80質量部以下であり、より好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上であり、そして、好ましくは60質量部以下、より好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下である。
粗大セルロース繊維の含有量が上記範囲内であると、粗大セルロース繊維は微細繊維状セルロースに比べて安価に製造可能であるため、積層体をより安価に製造可能である。
<親水性高分子>
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層は、微細繊維状セルロース含有層の製造しやすさの観点から、親水性高分子を含むことが好ましい。親水性高分子とは、一般に水に溶解、膨潤、または濡れやすい高分子化合物のことである。分子構造中に、カルボキシ基、スルホン基、またはアミノ基などのイオン性基を有する高分子化合物、水酸基、アミド基、エーテル基、またはポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基等の非イオン性の親水性基を有する高分子化合物が例示される。
親水性高分子としては、たとえばカルボキシビニルポリマー;ポリビニルアルコール;メタクリル酸アルキル・アクリル酸コポリマー;ポリビニルピロリドン;ポリビニルメチルエーテル;ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩;アクリル酸アルキルエステル共重合体;ウレタン系共重合体;変性ポリエステル;変性ポリイミド;ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール;ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン等のポリカチオン;ポリアニオン;両性イオン型のポリマー;キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、アルギン酸の金属塩、プルラン、サクラン、およびペクチンなどに例示される増粘性多糖類;カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースなどに例示されるセルロース誘導体;カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、デキストリン、およびアミロースなどに例示されるデンプン類;ポリグリセリンなどのグリセリン類;ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩;カゼインなどのタンパク質類等を挙げることができる。また、これらの親水性高分子の共重合体であってもよい。なお、「ポリビニルアルコール」には、ポリビニルアルコールの変性物が含まれるものとする。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層は、微細繊維状セルロース含有層の製造しやすさの観点から、親水性高分子を含むことが好ましい。親水性高分子とは、一般に水に溶解、膨潤、または濡れやすい高分子化合物のことである。分子構造中に、カルボキシ基、スルホン基、またはアミノ基などのイオン性基を有する高分子化合物、水酸基、アミド基、エーテル基、またはポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基等の非イオン性の親水性基を有する高分子化合物が例示される。
親水性高分子としては、たとえばカルボキシビニルポリマー;ポリビニルアルコール;メタクリル酸アルキル・アクリル酸コポリマー;ポリビニルピロリドン;ポリビニルメチルエーテル;ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩;アクリル酸アルキルエステル共重合体;ウレタン系共重合体;変性ポリエステル;変性ポリイミド;ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール;ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン等のポリカチオン;ポリアニオン;両性イオン型のポリマー;キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、アルギン酸の金属塩、プルラン、サクラン、およびペクチンなどに例示される増粘性多糖類;カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースなどに例示されるセルロース誘導体;カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、デキストリン、およびアミロースなどに例示されるデンプン類;ポリグリセリンなどのグリセリン類;ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩;カゼインなどのタンパク質類等を挙げることができる。また、これらの親水性高分子の共重合体であってもよい。なお、「ポリビニルアルコール」には、ポリビニルアルコールの変性物が含まれるものとする。
親水性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリアルキレングリコール、セルロース誘導体を含有することが好ましく、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体を含むことがより好ましい。セルロース誘導体としては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースなどの非イオン性の水溶性セルロースエーテルが好ましく、ヒドロキシプロピルメチルセルロースがより好ましい。
微細繊維状セルロース含有層が単層の場合、親水性高分子が非イオン性の水溶性セルロースエーテルおよび/またはポリビニルアルコールを含有することが好ましく、非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有することがより好ましい。なお、「水溶性」とは、0℃以上100℃以下の任意の温度の水100gに対して、1g以上が溶解することを意味する。また、「高分子」とは、平均分子量(分子量分布を有する場合には重量平均分子量)が1,000以上であることを意味し、好ましくは1,500以上、より好ましくは2,000以上である。
非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含む場合、親水性高分子中の非イオン性の水溶性セルロースエーテルの含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、よりさらに好ましくは95質量%以下であり、そして、100質量%以下である。
非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含む場合、親水性高分子中の非イオン性の水溶性セルロースエーテルの含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、よりさらに好ましくは95質量%以下であり、そして、100質量%以下である。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層が単層の場合、微細繊維状セルロース含有層中、積層シートの剛性向上の観点から、微細繊維状セルロースに対する親水性高分子の質量比(親水性高分子/微細繊維状セルロース)は、好ましくは5/95以上90/10以下であり、より好ましくは10/90以上、さらに好ましくは20/80以上、よりさらに好ましくは25/75以上であり、そして、より好ましくは85/15以下、さらに好ましくは80/20以下、よりさらに好ましくは75/25以下である。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層が単層の場合、微細繊維状セルロース含有層中、積層シートの剛性向上の観点から、微細繊維状セルロースに対する非イオン性の水溶性セルロースエーテルの質量比(非イオン性の水溶性セルロースエーテル/微細繊維状セルロース)は、好ましくは10/90以上90/10以下であり、より好ましくは15/85以上、さらに好ましくは20/80以上、よりさらに好ましくは25/75以上であり、そして、より好ましくは85/15以下、さらに好ましくは80/20以下、よりさらに好ましくは75/25以下である。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層が単層の場合、微細繊維状セルロース含有層の固形分中の微細繊維状セルロースの含有量と親水性高分子の含有量の合計は、積層体の剛性向上の観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、よりさらに好ましくは95質量%以上であり、そして、100質量%以下である。
微細繊維状セルロース含有層が複層の場合、ポリビニルアルコールを含有する微細繊維状セルロース含有層1aおよび非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有する微細繊維状セルロース含有層1bを含むことが好ましい。後述する積層体において、非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有する微細繊維状セルロース含有層1bが芯材樹脂板と接することが好ましい。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層が複層の場合、微細繊維状セルロース含有層を構成する各層中、微細繊維状セルロースに対する親水性高分子の質量比(親水性高分子/微細繊維状セルロース)は、好ましくは5/95以上90/10以下であり、より好ましくは10/90以上、さらに好ましくは20/80以上であり、そして、より好ましくは80/20以下、さらに好ましくは70/30以下、よりさらに好ましくは60/40以下である。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層1a中、微細繊維状セルロースに対するポリビニルアルコールの質量比(ポリビニルアルコール/微細繊維状セルロース)は、層間の接着性の観点から、好ましくは25/75以上90/10以下であり、より好ましくは75/25以下、さらに好ましくは60/40以下、よりさらに好ましくは45/55以下、一層好ましくは40/60以下である。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層1b中、微細繊維状セルロースに対する非イオン性の水溶性セルロースエーテルの質量比(非イオン性の水溶性セルロースエーテル/微細繊維状セルロース)は、層間の接着性の観点から、好ましくは5/95以上90/10以下であり、より好ましくは10/90以上、さらに好ましくは20/80以上であり、そして、より好ましくは70/30以下、さらに好ましくは60/40以下、よりさらに好ましくは50/50以下、一層好ましくは40/60以下である。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層が複層の場合、微細繊維状セルロース含有層を構成する各層中の固形分中の微細繊維状セルロースの含有量と親水性高分子の含有量の合計は、積層体の剛性向上の観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、よりさらに好ましくは95質量%以上であり、そして、100質量%以下である。
<その他の成分>
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層には、繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロース、および親水性高分子以外の成分(その他の成分)が含まれていてもよい。その他の成分としては、たとえば、繊維幅1,000nm超の繊維状セルロース、親水性低分子、紙力増強剤、熱可塑性樹脂、界面活性剤、有機イオン、カップリング剤、無機層状化合物、無機化合物、レベリング剤、防腐剤、消泡剤、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線防御剤、染料、顔料、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、分散剤、着色防止剤、重合禁止剤、pH調整剤および架橋剤等が挙げられる。
なお、本実施形態における微細繊維状セルロース含有層において、微細繊維状セルロース含有層の固形分中の「その他の成分」の含有量は合計で、たとえば、5質量%以下とすることができ、3質量%以下であってもよく、1質量%以下であってもよく、そして、0質量%であってもよい。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層には、繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロース、および親水性高分子以外の成分(その他の成分)が含まれていてもよい。その他の成分としては、たとえば、繊維幅1,000nm超の繊維状セルロース、親水性低分子、紙力増強剤、熱可塑性樹脂、界面活性剤、有機イオン、カップリング剤、無機層状化合物、無機化合物、レベリング剤、防腐剤、消泡剤、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線防御剤、染料、顔料、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、分散剤、着色防止剤、重合禁止剤、pH調整剤および架橋剤等が挙げられる。
なお、本実施形態における微細繊維状セルロース含有層において、微細繊維状セルロース含有層の固形分中の「その他の成分」の含有量は合計で、たとえば、5質量%以下とすることができ、3質量%以下であってもよく、1質量%以下であってもよく、そして、0質量%であってもよい。
<厚み>
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層の厚みは、好ましくは10μm以上100μm以下であり、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上であり、そして、より好ましくは80μm以下、さらに好ましくは60μm以下である。なお、微細繊維状セルロース含有層が複層の場合には、合計の厚みが上記範囲にあることが好ましい。
微細繊維状セルロース含有層の厚みは、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層の厚みは、好ましくは10μm以上100μm以下であり、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上であり、そして、より好ましくは80μm以下、さらに好ましくは60μm以下である。なお、微細繊維状セルロース含有層が複層の場合には、合計の厚みが上記範囲にあることが好ましい。
微細繊維状セルロース含有層の厚みは、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
<坪量>
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層の坪量は、好ましくは20g/m2以上110g/m2以下であり、より好ましくは30g/m2以上、さらに好ましくは40g/m2以上であり、そして、より好ましくは90g/m2以下、さらに好ましくは70g/m2以下である。なお、微細繊維状セルロース含有層が複層の場合には、合計の坪量が上記範囲にあることが好ましい。
微細繊維状セルロース含有層の坪量は、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層の坪量は、好ましくは20g/m2以上110g/m2以下であり、より好ましくは30g/m2以上、さらに好ましくは40g/m2以上であり、そして、より好ましくは90g/m2以下、さらに好ましくは70g/m2以下である。なお、微細繊維状セルロース含有層が複層の場合には、合計の坪量が上記範囲にあることが好ましい。
微細繊維状セルロース含有層の坪量は、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
<密度>
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層の密度は、好ましくは0.6g/cm3以上2.5g/cm3以下、より好ましくは0.8g/cm3以上であり、さらに好ましくは1.0g/cm3以上であり、そして、より好ましくは2.2g/cm3以下、さらに好ましくは1.9g/cm3以下である。
微細繊維状セルロース含有層の密度は、微細繊維状セルロース含有層の坪量を厚みで除することで算出する。微細繊維状セルロース含有層が複層の場合には、合計坪量を合計厚みで除することで算出する。
本実施形態における微細繊維状セルロース含有層の密度は、好ましくは0.6g/cm3以上2.5g/cm3以下、より好ましくは0.8g/cm3以上であり、さらに好ましくは1.0g/cm3以上であり、そして、より好ましくは2.2g/cm3以下、さらに好ましくは1.9g/cm3以下である。
微細繊維状セルロース含有層の密度は、微細繊維状セルロース含有層の坪量を厚みで除することで算出する。微細繊維状セルロース含有層が複層の場合には、合計坪量を合計厚みで除することで算出する。
〔接着層1a、1b〕
本実施形態の積層シートは、(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有するか、または、(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有する。
接着層1aおよび1bの各層が含有する成分および含有し得る成分は同じでもよく、異なってもよいが、同じであることが好ましい。なお、接着層1aおよび1bの各層が含有する成分および含有し得る成分の好ましい形態は同じである。
以下、接着層1aおよび1bを、まとめて、単に「接着層」とも称する。
本実施形態の積層シートは、(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有するか、または、(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有する。
接着層1aおよび1bの各層が含有する成分および含有し得る成分は同じでもよく、異なってもよいが、同じであることが好ましい。なお、接着層1aおよび1bの各層が含有する成分および含有し得る成分の好ましい形態は同じである。
以下、接着層1aおよび1bを、まとめて、単に「接着層」とも称する。
接着層を構成する接着剤として、たとえば、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン/酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体樹脂や、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)等のゴム系エマルジョンなどが挙げられ、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される1種以上が好ましく、ポリカーボネート系樹脂がより好ましい。
ポリカーボネート系樹脂としては、たとえば、特開2008-24919号公報に記載のポリカーボネート共重合体を用いることができる。
ポリカーボネート系樹脂としては、たとえば、特開2008-24919号公報に記載のポリカーボネート共重合体を用いることができる。
接着層は、接着助剤を含有する接着剤組成物より形成されてなる(接着助剤を含有する接着剤組成物を用いて形成されてなる)ことが好ましい。接着助剤としては、たとえば、イソシアネート基、カルボジイミド基、エポキシ基、オキサゾリン基、アミノ基およびシラノール基から選択される少なくとも1種を含む化合物が挙げられる。中でも、接着助剤は微細繊維状セルロース含有層との接着性に優れる観点から、イソシアネート基を含む化合物(イソシアネート化合物)が好ましい。
接着剤組成物は接着剤と接着助剤とを含有することが好ましく、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される1種以上と、イソシアネート化合物とを含有することがより好ましく、ポリカーボネート系樹脂とイソシアネート化合物とを含有することがさらに好ましい。
接着剤組成物中、接着剤100質量部に対する接着助剤の含有量は、接着性向上の観点から、好ましくは5質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは10質量部以上、さらに好ましくは15質量部以上であり、そして、より好ましくは25質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下である。
接着剤組成物は有機溶剤を含有することが好ましく、有機溶剤としては、たとえば、トルエン、塩化メチレン、テトラヒドロフラン、テトラグライム、ジメチルカーボネート、メチルエチルケトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、およびスチレンが挙げられる。
接着剤組成物の固形分濃度は、塗工適性および溶剤除去の観点から、好ましくは1質量%以上25質量%以下であり、より好ましくは4質量%以上、さらに好ましくは7質量%以上であり、そして、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。
<厚み>
本実施形態における接着層1層あたりの厚みは、好ましくは1μm以上50μm以下であり、より好ましくは40μm以下、さらに好ましくは30μm以下、よりさらに好ましくは20μm以下、一層好ましくは10μm以下である。接着層1aおよび1bの厚みは同じでもよく、異なってもよい。
接着層の厚みは、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
本実施形態における接着層1層あたりの厚みは、好ましくは1μm以上50μm以下であり、より好ましくは40μm以下、さらに好ましくは30μm以下、よりさらに好ましくは20μm以下、一層好ましくは10μm以下である。接着層1aおよび1bの厚みは同じでもよく、異なってもよい。
接着層の厚みは、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
<樹脂フィルム、保護フィルム>
本実施形態の積層シートは、(i)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有し、(ii)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有し、かつ、他方の面に接着層1bを有することが好ましい。
本実施形態の積層シートは、(i)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有し、(ii)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有し、かつ、他方の面に接着層1bを有することが好ましい。
樹脂フィルムを構成する樹脂は、積層シートや積層体の用途に応じて選択することができ、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂およびアクリル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、ポリカーボネートがより好ましい。
保護フィルムは、ポリエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、またはフッ素樹脂フィルムが好ましい。本実施形態の積層シートは、たとえば、積層体の製造段階において、保護フィルムを剥離して樹脂フィルムを接着層1a上に積層することができる。
<厚み>
本実施形態における樹脂フィルム1層あたりの厚みは、好ましくは30μm以上500μm以下であり、より好ましくは50μm以上、さらに好ましくは70μm以上であり、そして、より好ましくは400μm以下、さらに好ましくは350μm以下、よりさらに好ましくは300μm以下、一層好ましくは250μm以下である。
樹脂フィルムの厚みは、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
本実施形態における保護フィルム1層あたりの厚みは、好ましくは20μm以上300μm以下であり、より好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上であり、そして、より好ましくは250μm以下、さらに好ましくは200μm以下である。
本実施形態における樹脂フィルム1層あたりの厚みは、好ましくは30μm以上500μm以下であり、より好ましくは50μm以上、さらに好ましくは70μm以上であり、そして、より好ましくは400μm以下、さらに好ましくは350μm以下、よりさらに好ましくは300μm以下、一層好ましくは250μm以下である。
樹脂フィルムの厚みは、積層シートや積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
本実施形態における保護フィルム1層あたりの厚みは、好ましくは20μm以上300μm以下であり、より好ましくは30μm以上、さらに好ましくは40μm以上であり、そして、より好ましくは250μm以下、さらに好ましくは200μm以下である。
[積層体]
本実施形態の積層体は、芯材樹脂板の少なくとも一方の面に、(ii)の積層シートであって、樹脂フィルムを有する積層シートを有し、芯材樹脂板がポリカーボネート系樹脂を含有し、積層シートが有する接着層1bと芯材樹脂板とが接する。本実施形態の積層体が芯材樹脂板の両面に積層シートを有する場合、一方の面に有する積層シートを構成する層またはフィルムが含有する成分、含有し得る成分、層またはフィルムの厚み、密度および坪量と、他方の面に有する積層シートを構成する層またはフィルムが含有する成分、含有し得る成分、層またはフィルムの厚み、密度および坪量は同じでもよく、異なってもよい。
本実施形態の積層体は、芯材樹脂板の少なくとも一方の面に、(ii)の積層シートであって、樹脂フィルムを有する積層シートを有し、芯材樹脂板がポリカーボネート系樹脂を含有し、積層シートが有する接着層1bと芯材樹脂板とが接する。本実施形態の積層体が芯材樹脂板の両面に積層シートを有する場合、一方の面に有する積層シートを構成する層またはフィルムが含有する成分、含有し得る成分、層またはフィルムの厚み、密度および坪量と、他方の面に有する積層シートを構成する層またはフィルムが含有する成分、含有し得る成分、層またはフィルムの厚み、密度および坪量は同じでもよく、異なってもよい。
〔芯材樹脂板〕
本実施形態の積層体は、芯材樹脂板を有する。芯材樹脂板は、ポリカーボネート系樹脂を含有する。「ポリカーボネート系樹脂」とは、構成単位がカーボネート基(-O-(C=O)-O-)を介して繰り返し結合している部位を含む樹脂を意味する。
芯材樹脂板中、ポリカーボネート系樹脂の含有量は、積層体の剛性向上の観点から、好ましくは70質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、よりさらに好ましくは85質量%以上、一層好ましくは90質量%以上、より一層好ましくは95質量%以上、そして、100質量%以下である。
なお、芯材樹脂板には、ポリカーボネート系樹脂以外に、たとえば、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート樹脂が含有されてもよい。
本実施形態の積層体は、芯材樹脂板を有する。芯材樹脂板は、ポリカーボネート系樹脂を含有する。「ポリカーボネート系樹脂」とは、構成単位がカーボネート基(-O-(C=O)-O-)を介して繰り返し結合している部位を含む樹脂を意味する。
芯材樹脂板中、ポリカーボネート系樹脂の含有量は、積層体の剛性向上の観点から、好ましくは70質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、よりさらに好ましくは85質量%以上、一層好ましくは90質量%以上、より一層好ましくは95質量%以上、そして、100質量%以下である。
なお、芯材樹脂板には、ポリカーボネート系樹脂以外に、たとえば、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート樹脂が含有されてもよい。
<厚み>
本実施形態における芯材樹脂板1枚あたりの厚みは、好ましくは200μm以上4,500μm以下であり、より好ましくは400μm以上、さらに好ましくは800μm以上であり、そして、より好ましくは4,000μm以下、さらに好ましくは3,500μm以下である。芯材樹脂板の厚みは、積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
本実施形態における芯材樹脂板1枚あたりの厚みは、好ましくは200μm以上4,500μm以下であり、より好ましくは400μm以上、さらに好ましくは800μm以上であり、そして、より好ましくは4,000μm以下、さらに好ましくは3,500μm以下である。芯材樹脂板の厚みは、積層体の用途に応じて適宜調整することが好ましい。
[積層体の特性]
〔ヘーズ〕
本実施形態の積層体(後述する加熱前の積層体)のヘーズは、好ましくは5.0%以下、より好ましくは4.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下、よりさらに好ましくは1.5%以下である。一方で、積層体のヘーズの下限値は、たとえば0%であってもよい。
本実施形態の積層体は、170℃で10分間加熱前後のヘーズ差(加熱後のヘーズ-加熱前のヘーズ)が、好ましくは2.0%以下、より好ましくは1.6%以下、さらに好ましくは1.2%以下、よりさらに好ましくは0.8%以下、一層好ましくは0.4%以下、より一層好ましくは0.3%以下であり、そして、0%であってもよい。
積層体のヘーズは、微細繊維状セルロースの繊維幅、イオン性基の種類、イオン性基の導入量、親水性高分子の種類、樹脂フィルムを構成する樹脂の種類、微細繊維状セルロース含有層中の微細繊維状セルロースおよび親水性高分子の含有量、積層体を構成する各層の厚み等によって制御することができる。
積層体のヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠して測定される値である。
〔ヘーズ〕
本実施形態の積層体(後述する加熱前の積層体)のヘーズは、好ましくは5.0%以下、より好ましくは4.0%以下、さらに好ましくは3.0%以下、よりさらに好ましくは1.5%以下である。一方で、積層体のヘーズの下限値は、たとえば0%であってもよい。
本実施形態の積層体は、170℃で10分間加熱前後のヘーズ差(加熱後のヘーズ-加熱前のヘーズ)が、好ましくは2.0%以下、より好ましくは1.6%以下、さらに好ましくは1.2%以下、よりさらに好ましくは0.8%以下、一層好ましくは0.4%以下、より一層好ましくは0.3%以下であり、そして、0%であってもよい。
積層体のヘーズは、微細繊維状セルロースの繊維幅、イオン性基の種類、イオン性基の導入量、親水性高分子の種類、樹脂フィルムを構成する樹脂の種類、微細繊維状セルロース含有層中の微細繊維状セルロースおよび親水性高分子の含有量、積層体を構成する各層の厚み等によって制御することができる。
積層体のヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠して測定される値である。
〔イエローインデックス〕
本実施形態の積層体のイエローインデックス(YI値)は、各用途に適用する観点から、好ましくは4.50以下、より好ましくは3.00以下、さらに好ましくは2.50以下であり、下限は特に限定されない。YI値が上記範囲内であると、黄変が抑制された熱加工品を得ることもできるので好ましい。
積層体のYI値は、微細繊維状セルロースの繊維幅、イオン性基の種類、イオン性基の導入量、親水性高分子の種類、樹脂フィルムを構成する樹脂の種類、微細繊維状セルロース含有層中の微細繊維状セルロースおよび親水性高分子の含有量、積層体を構成する各層の厚み等によって制御することができる。
積層体のYI値は、JIS K 7373:2006に準拠して測定される値である。
本実施形態の積層体のイエローインデックス(YI値)は、各用途に適用する観点から、好ましくは4.50以下、より好ましくは3.00以下、さらに好ましくは2.50以下であり、下限は特に限定されない。YI値が上記範囲内であると、黄変が抑制された熱加工品を得ることもできるので好ましい。
積層体のYI値は、微細繊維状セルロースの繊維幅、イオン性基の種類、イオン性基の導入量、親水性高分子の種類、樹脂フィルムを構成する樹脂の種類、微細繊維状セルロース含有層中の微細繊維状セルロースおよび親水性高分子の含有量、積層体を構成する各層の厚み等によって制御することができる。
積層体のYI値は、JIS K 7373:2006に準拠して測定される値である。
〔全光線透過率〕
本実施形態の積層体の全光線透過率は、好ましくは80%以上、より好ましくは83%以上、さらに好ましくは85%以上である。一方で、積層体の全光線透過率の上限値は、たとえば100%であってもよい。積層体の全光線透過率は、微細繊維状セルロースの繊維幅、イオン性基の種類、イオン性基の導入量、親水性高分子の種類、樹脂フィルムを構成する樹脂の種類、微細繊維状セルロース含有層中の微細繊維状セルロースおよび親水性高分子の含有量、積層体を構成する各層の厚み等によって制御することができる。
積層体の全光線透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠して測定される値である。
本実施形態の積層体の全光線透過率は、好ましくは80%以上、より好ましくは83%以上、さらに好ましくは85%以上である。一方で、積層体の全光線透過率の上限値は、たとえば100%であってもよい。積層体の全光線透過率は、微細繊維状セルロースの繊維幅、イオン性基の種類、イオン性基の導入量、親水性高分子の種類、樹脂フィルムを構成する樹脂の種類、微細繊維状セルロース含有層中の微細繊維状セルロースおよび親水性高分子の含有量、積層体を構成する各層の厚み等によって制御することができる。
積層体の全光線透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠して測定される値である。
〔厚み〕
本実施形態の積層体の厚みは、好ましくは500μm以上5,000μm以下であり、より好ましくは700μm以上、さらに好ましくは900μm以上であり、そして、より好ましくは4,500μm以下、さらに好ましくは4,000μm以下、よりさらに好ましくは3,500μm以下である。積層体の厚みは用途に応じて適宜調整することが好ましい。
本実施形態の積層体の厚みは、好ましくは500μm以上5,000μm以下であり、より好ましくは700μm以上、さらに好ましくは900μm以上であり、そして、より好ましくは4,500μm以下、さらに好ましくは4,000μm以下、よりさらに好ましくは3,500μm以下である。積層体の厚みは用途に応じて適宜調整することが好ましい。
[積層シートの製造方法]
本実施形態の積層シートの製造方法により、下記積層シートが得られる。
(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、下記条件Aおよび条件Bの少なくともいずれかを満たすか、または、
(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、下記条件Cおよび条件Dの少なくともいずれかを満たす、積層シート。
条件A:微細繊維状セルロース含有層および接着層1a中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上40ppm以下
条件B:接着層1a中の有機溶剤の含有量が、質量基準で、0.5ppm以上200ppm以下
条件C:微細繊維状セルロース含有層、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上60ppm以下
条件D:接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.5ppm以上300ppm以下
本実施形態の積層シートの製造方法により、下記積層シートが得られる。
(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、下記条件Aおよび条件Bの少なくともいずれかを満たすか、または、
(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、下記条件Cおよび条件Dの少なくともいずれかを満たす、積層シート。
条件A:微細繊維状セルロース含有層および接着層1a中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上40ppm以下
条件B:接着層1a中の有機溶剤の含有量が、質量基準で、0.5ppm以上200ppm以下
条件C:微細繊維状セルロース含有層、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上60ppm以下
条件D:接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.5ppm以上300ppm以下
以下、本実施形態の積層シートの製造方法として、積層シートの製造方法1および2を説明する。なお、本実施形態の積層シートの製造方法としては、積層シートの製造方法1が好ましい。
積層シートの製造方法1は、下記工程1および2を含む。
工程1:繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して微細繊維状セルロース含有層を得る工程
工程2:工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程
積層シートの製造方法1は、下記工程1および2を含む。
工程1:繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して微細繊維状セルロース含有層を得る工程
工程2:工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程
本実施形態の積層シートの製造方法に用いられる微細繊維状セルロース含有層用塗工液は、微細繊維状セルロースと、水と、必要に応じて親水性高分子とを混合することにより得ることができる。微細繊維状セルロース含有層用塗工液は、たとえば、微細繊維状セルロースの製造において、微細繊維状セルロースを水分散液として得て、この水分散液と、親水性高分子の水溶液とを混合することにより得ることができる。
また、本実施形態の積層シートの製造方法に用いられる接着層用塗工液は、得られる接着層が含有する成分を有機溶剤に溶解または分散させて得ることができ、たとえば、上述の接着剤組成物を用いることができる。
また、本実施形態の積層シートの製造方法に用いられる接着層用塗工液は、得られる接着層が含有する成分を有機溶剤に溶解または分散させて得ることができ、たとえば、上述の接着剤組成物を用いることができる。
〔工程1〕
工程1では、基材上に、微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは65℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、そして、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは110℃以下である。乾燥時間は、好ましくは5分間以上120分間以下であり、より好ましくは15分間以上、さらに好ましくは30分間以上であり、そして、より好ましくは105分間以下、さらに好ましくは90分間以下である。
乾燥は、大気圧下で行ってもよく、減圧下で行ってもよい。また、乾燥を複数回行う場合には、上記乾燥温度で、乾燥時間の合計が上記範囲であることが好ましい。また、各乾燥時間が上記範囲であることが好ましい。以下の乾燥についても同様である。
基材としてはポリエチレンテレフタレート基材、アクリル樹脂基材、ポリカーボネート基材、ポリエチレン基材、ポリエチレン基材およびポリイミド基材を用いることができる。
工程1では、基材上に、微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは65℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、そして、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは110℃以下である。乾燥時間は、好ましくは5分間以上120分間以下であり、より好ましくは15分間以上、さらに好ましくは30分間以上であり、そして、より好ましくは105分間以下、さらに好ましくは90分間以下である。
乾燥は、大気圧下で行ってもよく、減圧下で行ってもよい。また、乾燥を複数回行う場合には、上記乾燥温度で、乾燥時間の合計が上記範囲であることが好ましい。また、各乾燥時間が上記範囲であることが好ましい。以下の乾燥についても同様である。
基材としてはポリエチレンテレフタレート基材、アクリル樹脂基材、ポリカーボネート基材、ポリエチレン基材、ポリエチレン基材およびポリイミド基材を用いることができる。
〔工程2〕
工程2では、工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上、よりさらに好ましくは80℃以上、一層好ましくは90℃以上であり、そして、より好ましくは120℃以下、よりさらに好ましくは110℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上120分間以下であり、より好ましくは3分間以上、よりさらに好ましくは5分間以上、一層好ましくは7分間以上、より一層好ましくは10分間以上であり、そして、より好ましくは90分間以下、よりさらに好ましくは60分間以下である。
工程2では、工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上、よりさらに好ましくは80℃以上、一層好ましくは90℃以上であり、そして、より好ましくは120℃以下、よりさらに好ましくは110℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上120分間以下であり、より好ましくは3分間以上、よりさらに好ましくは5分間以上、一層好ましくは7分間以上、より一層好ましくは10分間以上であり、そして、より好ましくは90分間以下、よりさらに好ましくは60分間以下である。
積層シートの製造方法1は、工程2の後に、さらに下記工程3を含むことが好ましい。
工程3では、微細繊維状セルロース含有層の他方の面(接着層1aまたは1bを形成した面とは反対側の面)に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1bまたは1aを形成する。乾燥温度は、好ましくは40℃以上100℃以下であり、より好ましくは50℃以上、よりさらに好ましくは60℃以上、そして、より好ましくは90℃以下、よりさらに好ましくは80℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上120分間以下であり、より好ましくは2分間以上、よりさらに好ましくは3分間以上であり、そして、より好ましくは90分間以下、よりさらに好ましくは60分間以下である。
積層シートの製造方法1は、さらに、工程2または3の後に、接着層と微細繊維状セルロース含有層の接着をより強固なものとするために、追加加熱処理を行ってもよい。加熱温度は、好ましくは50℃以上120℃以下、より好ましくは70℃以上100℃以下である。加熱時間は好ましくは5時間以上150時間以下、より好ましくは15時間以上100時間以下である。
工程3では、微細繊維状セルロース含有層の他方の面(接着層1aまたは1bを形成した面とは反対側の面)に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1bまたは1aを形成する。乾燥温度は、好ましくは40℃以上100℃以下であり、より好ましくは50℃以上、よりさらに好ましくは60℃以上、そして、より好ましくは90℃以下、よりさらに好ましくは80℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上120分間以下であり、より好ましくは2分間以上、よりさらに好ましくは3分間以上であり、そして、より好ましくは90分間以下、よりさらに好ましくは60分間以下である。
積層シートの製造方法1は、さらに、工程2または3の後に、接着層と微細繊維状セルロース含有層の接着をより強固なものとするために、追加加熱処理を行ってもよい。加熱温度は、好ましくは50℃以上120℃以下、より好ましくは70℃以上100℃以下である。加熱時間は好ましくは5時間以上150時間以下、より好ましくは15時間以上100時間以下である。
積層シートの製造方法1は、工程2の後に、さらに下記工程4を含んでもよい。
工程4:接着層1aまたは1b上に、樹脂フィルムまたは保護フィルムを貼付する工程
なお、工程4は、工程2の後であれば、工程3の前に行ってもよく、工程3の後に行ってもよい。
工程4:接着層1aまたは1b上に、樹脂フィルムまたは保護フィルムを貼付する工程
なお、工程4は、工程2の後であれば、工程3の前に行ってもよく、工程3の後に行ってもよい。
積層シートの製造方法2は、下記工程IおよびIIをこの順に有する。
工程I:樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aを形成する工程
工程II:工程1で得られた接着層1a上に、微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して、微細繊維状セルロース含有層を形成する工程
工程I:樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aを形成する工程
工程II:工程1で得られた接着層1a上に、微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して、微細繊維状セルロース含有層を形成する工程
〔工程I〕
工程Iでは、樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aを形成する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上であり、そして、より好ましくは115℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上30分間以下であり、より好ましくは3分間以上、さらに好ましくは5分間以上であり、そして、より好ましくは25分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程Iでは、樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aを形成する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上であり、そして、より好ましくは115℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上30分間以下であり、より好ましくは3分間以上、さらに好ましくは5分間以上であり、そして、より好ましくは25分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
〔工程II〕
工程IIでは、工程Iで得られた接着層1a上に、微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して、微細繊維状セルロース含有層を形成する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは65℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、そして、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは110℃以下である。乾燥時間は、好ましくは5分間以上120分間以下であり、より好ましくは15分間以上、さらに好ましくは30分間以上であり、そして、より好ましくは105分間以下、さらに好ましくは90分間以下である。
工程IIでは、工程Iで得られた接着層1a上に、微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して、微細繊維状セルロース含有層を形成する。乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは65℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、そして、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは110℃以下である。乾燥時間は、好ましくは5分間以上120分間以下であり、より好ましくは15分間以上、さらに好ましくは30分間以上であり、そして、より好ましくは105分間以下、さらに好ましくは90分間以下である。
〔工程III〕
積層シートの製造方法2は、工程IIの後に工程IIIを有してもよい。
工程III:工程2で得られた微細繊維状セルロース含有層上に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1bを形成する工程
工程IIIの乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは55℃以上、さらに好ましくは60℃以上であり、そして、より好ましくは115℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上30分間以下であり、より好ましくは3分間以上、さらに好ましくは5分間以上であり、そして、より好ましくは20分間以下、さらに好ましくは10分間以下である。
さらに、工程IIIの後、接着層と微細繊維状セルロース含有層の接着をより強固なものとするために、追加加熱処理を行ってもよい。加熱温度は、好ましくは50℃以上120℃以下、より好ましくは70℃以上100℃以下である。加熱時間は好ましくは5時間以上150時間以下、より好ましくは15時間以上100時間以下である。
積層シートの製造方法2は、工程IIの後に工程IIIを有してもよい。
工程III:工程2で得られた微細繊維状セルロース含有層上に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1bを形成する工程
工程IIIの乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは55℃以上、さらに好ましくは60℃以上であり、そして、より好ましくは115℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上30分間以下であり、より好ましくは3分間以上、さらに好ましくは5分間以上であり、そして、より好ましくは20分間以下、さらに好ましくは10分間以下である。
さらに、工程IIIの後、接着層と微細繊維状セルロース含有層の接着をより強固なものとするために、追加加熱処理を行ってもよい。加熱温度は、好ましくは50℃以上120℃以下、より好ましくは70℃以上100℃以下である。加熱時間は好ましくは5時間以上150時間以下、より好ましくは15時間以上100時間以下である。
[積層体の製造方法]
本実施形態の積層体の製造方法(積層体の製造方法1)は、下記工程P~Sのいずれかを有する。
工程P:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)の接着層1aおよび接着層1bのいずれか一方の面上に樹脂フィルムを配置し、他方の面上に芯材樹脂板を配置し、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上30分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは20分間以下、さらに好ましくは10分間以下である。
工程Q:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)の接着層1b上に芯材樹脂板を配置し、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程R:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、2つの樹脂フィルムおよび1つの芯材樹脂板を準備し、これらを、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」または「樹脂フィルム-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-芯材樹脂板-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程S:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、1枚の芯材樹脂板を準備し、これらを、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
本実施形態の積層体の製造方法(積層体の製造方法1)は、下記工程P~Sのいずれかを有する。
工程P:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)の接着層1aおよび接着層1bのいずれか一方の面上に樹脂フィルムを配置し、他方の面上に芯材樹脂板を配置し、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上30分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは20分間以下、さらに好ましくは10分間以下である。
工程Q:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)の接着層1b上に芯材樹脂板を配置し、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程R:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、2つの樹脂フィルムおよび1つの芯材樹脂板を準備し、これらを、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」または「樹脂フィルム-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-芯材樹脂板-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程S:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、1枚の芯材樹脂板を準備し、これらを、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
本実施形態の別の積層体の製造方法(積層体の製造方法2)は、下記工程Tと、下記工程UまたはVとを有する。
工程T:樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aを形成する工程
乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上であり、そして、より好ましくは115℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上30分間以下であり、より好ましくは3分間以上、さらに好ましくは5分間以上であり、そして、より好ましくは25分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程U:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)と、工程Tで得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a)と、芯材樹脂板を、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程V:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、工程Tで得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a)2つと、1つの芯材樹脂板を、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程T:樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aを形成する工程
乾燥温度は、好ましくは50℃以上130℃以下であり、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上であり、そして、より好ましくは115℃以下、さらに好ましくは100℃以下である。乾燥時間は、好ましくは1分間以上30分間以下であり、より好ましくは3分間以上、さらに好ましくは5分間以上であり、そして、より好ましくは25分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程U:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)と、工程Tで得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a)と、芯材樹脂板を、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程V:積層シートの製造方法1で得られた積層シート(微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、工程Tで得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a)2つと、1つの芯材樹脂板を、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
本実施形態のさらに別の積層体の製造方法(積層体の製造方法3)は下記工程WまたはXを有する。
工程W:積層シートの製造方法2で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)の接着層1b上に芯材樹脂板を配置し、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程X:積層シートの製造方法2で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、1つの芯材樹脂板を、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程W:積層シートの製造方法2で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)の接着層1b上に芯材樹脂板を配置し、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
工程X:積層シートの製造方法2で得られた積層シート(樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b)2つと、1つの芯材樹脂板を、「樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1b-芯材樹脂板-接着層1b-微細繊維状セルロース含有層-接着層1a-樹脂フィルム」の順に配置して、加圧する工程
圧力は、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.3MPa以上、さらに好ましくは0.5MPa以上であり、そして、より好ましくは7.5MPa以下、さらに好ましくは5.0MPa以下である。
加圧時の温度は、好ましくは130℃以上190℃以下であり、より好ましくは135℃以上、さらに好ましくは140℃以上であり、そして、より好ましくは185℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加圧時間は、好ましくは15秒間以上60分間以下であり、より好ましくは30秒間以上、さらに好ましくは1分間以上であり、そして、より好ましくは40分間以下、さらに好ましくは20分間以下である。
本実施形態の積層シートを有する積層体は、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光学部材用に適している。また、電子機器の基板、電気化学素子用セパレータ、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材等の用途にも適している。
[熱加工品の製造方法]
本実施形態の積層シートを有する積層体は、熱加工して所望の形状の熱加工品とすることができる。本実施形態の熱加工品の製造方法は、積層体を熱加工する工程を有する。熱加工する工程では、たとえば、積層体を加熱して金型に押し当てた状態でプレスして成形(熱プレス成形)したり、曲げに付すこと(熱曲げ)により、所望の形状の熱加工品を得ることができる。
熱加工の加熱温度は、好ましくは140℃以上200℃以下であり、より好ましくは150℃以上、さらに好ましくは160℃以上であり、そして、より好ましくは190℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加熱する時間は、たとえば1分間以上30分間以下であり、2分間以上であってもよく、3分間以上であってもよく、そして、20分間以下であってもよく、10分間以下であってもよい。
また、熱加工における曲げ半径は、たとえば10mm以上4,000mm以下であり、30mm以上であってもよく、50mm以上であってもよく、そして、3,000mm以下であってもよく、2,000mm以下であってもよい。
本実施形態の積層シートを有する積層体は、熱加工して所望の形状の熱加工品とすることができる。本実施形態の熱加工品の製造方法は、積層体を熱加工する工程を有する。熱加工する工程では、たとえば、積層体を加熱して金型に押し当てた状態でプレスして成形(熱プレス成形)したり、曲げに付すこと(熱曲げ)により、所望の形状の熱加工品を得ることができる。
熱加工の加熱温度は、好ましくは140℃以上200℃以下であり、より好ましくは150℃以上、さらに好ましくは160℃以上であり、そして、より好ましくは190℃以下、さらに好ましくは180℃以下である。
加熱する時間は、たとえば1分間以上30分間以下であり、2分間以上であってもよく、3分間以上であってもよく、そして、20分間以下であってもよく、10分間以下であってもよい。
また、熱加工における曲げ半径は、たとえば10mm以上4,000mm以下であり、30mm以上であってもよく、50mm以上であってもよく、そして、3,000mm以下であってもよく、2,000mm以下であってもよい。
上記熱加工品としては、たとえば、各種輸送機の窓、ディスプレイ装置、レンズ、透明容器および光透過性基板等の透明部材または透明部材の構成要素や建物の窓、内装材、外装材が挙げられる。
以下に実施例と比較例を挙げて、本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。なお、特に断らない限り、以下の操作は室温(23℃)、相対湿度50%の条件で行った。
<調製例1(微細繊維状セルロース分散液の調製)>
(リン酸化処理)
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート)を使用した。この原料パルプに対してリン酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
(リン酸化処理)
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート)を使用した。この原料パルプに対してリン酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
(洗浄処理)
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
(中和処理)
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
(窒素除去処理)
リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が4質量%のスラリーを調製した。スラリーに48質量%の水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH13.4に調整し、液温85℃の条件で1時間加熱した。その後、このパルプスラリーを脱水し、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌し、濾過脱水する操作を繰り返すことにより余剰の水酸化ナトリウムを除去した。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、除去の終点とした。なお、後述する測定方法で測定される窒素量から得られるカルバミド基の導入量は、0.01mmol/gであった。
リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が4質量%のスラリーを調製した。スラリーに48質量%の水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH13.4に調整し、液温85℃の条件で1時間加熱した。その後、このパルプスラリーを脱水し、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌し、濾過脱水する操作を繰り返すことにより余剰の水酸化ナトリウムを除去した。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、除去の終点とした。なお、後述する測定方法で測定される窒素量から得られるカルバミド基の導入量は、0.01mmol/gであった。
これにより得られたリンオキソ酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1,230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2か所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶が維持されていることが確認された。なお、後述する測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
(解繊処理)
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
(置換基除去処理(高温熱処理))
得られた微細繊維状セルロース分散液に、20質量%のクエン酸水溶液を添加し、分散液のpHを5.5に調整した。その後、微細繊維状セルロース分散液を耐圧容器に入れ、液温160℃で15分間、リン酸基量が0.08mmol/gとなるまで加熱を行った。この操作により微細繊維状セルロース凝集物の生成が確認された。
得られた微細繊維状セルロース分散液に、20質量%のクエン酸水溶液を添加し、分散液のpHを5.5に調整した。その後、微細繊維状セルロース分散液を耐圧容器に入れ、液温160℃で15分間、リン酸基量が0.08mmol/gとなるまで加熱を行った。この操作により微細繊維状セルロース凝集物の生成が確認された。
(置換基除去後スラリーの洗浄処理)
加熱後のスラリーに、スラリーと同量のイオン交換水を加えて固形分濃度が約1質量%のスラリーとし、スラリーを撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより、スラリーの洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点で、再びイオン交換水を添加して約1質量%のスラリーとし、24時間静置した。そこからさらに濾過脱水する操作を繰り返し、再びろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点を洗浄終点とした。得られた微細繊維状セルロース凝集物にイオン交換水を加え、置換基除去後スラリーを得た。このスラリーの固形分濃度は1.7質量%であった。
加熱後のスラリーに、スラリーと同量のイオン交換水を加えて固形分濃度が約1質量%のスラリーとし、スラリーを撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより、スラリーの洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点で、再びイオン交換水を添加して約1質量%のスラリーとし、24時間静置した。そこからさらに濾過脱水する操作を繰り返し、再びろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点を洗浄終点とした。得られた微細繊維状セルロース凝集物にイオン交換水を加え、置換基除去後スラリーを得た。このスラリーの固形分濃度は1.7質量%であった。
(置換基除去後スラリーの均一分散)
得られた置換基除去後スラリーにイオン交換水を加え、固形分濃度が1.0質量%のスラリーとした後、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、置換基除去微細繊維状セルロースを含む置換基除去微細繊維状セルロース分散液を得た。また、透過型電子顕微鏡を用いて微細繊維状セルロースの繊維幅を測定したところ、3~5nmであった。また、置換基除去微細繊維状セルロース分散液にイオン交換水を加えて固形分濃度0.5質量%の微細繊維状セルロース分散液を得た。
得られた置換基除去後スラリーにイオン交換水を加え、固形分濃度が1.0質量%のスラリーとした後、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、置換基除去微細繊維状セルロースを含む置換基除去微細繊維状セルロース分散液を得た。また、透過型電子顕微鏡を用いて微細繊維状セルロースの繊維幅を測定したところ、3~5nmであった。また、置換基除去微細繊維状セルロース分散液にイオン交換水を加えて固形分濃度0.5質量%の微細繊維状セルロース分散液を得た。
(リンオキソ酸基量の測定)
リンオキソ酸基量(リンオキソ酸化(リン酸化または亜リン酸化)パルプのリンオキソ酸基量と等しい)は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液にイオン交換水を添加して、微細繊維状セルロースの含有量が0.2質量%のスラリーを調製した。得られたスラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)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イオン交換樹脂とスラリーとを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の微細繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、5秒におきに10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値をリンオキソ酸基量(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。
なお、リンオキソ酸基量(リンオキソ酸基導入量)(mmol/g)は、リンオキソ酸基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの微細繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量を示している。
リンオキソ酸基量(リンオキソ酸化(リン酸化または亜リン酸化)パルプのリンオキソ酸基量と等しい)は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液にイオン交換水を添加して、微細繊維状セルロースの含有量が0.2質量%のスラリーを調製した。得られたスラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)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イオン交換樹脂とスラリーとを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の微細繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、5秒におきに10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値をリンオキソ酸基量(mmol/g)とした。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値を総解離酸量(mmol/g)とした。
なお、リンオキソ酸基量(リンオキソ酸基導入量)(mmol/g)は、リンオキソ酸基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの微細繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量を示している。
(カルバミド基量の測定)
微細繊維状セルロースのカルバミド基量は、凍結乾燥および粉砕処理後の試料を株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110に供試して測定した。なお、イオン性の窒素は、中和処理、洗浄処理の過程で除かれていた。微細繊維状セルロース単位質量あたりのカルバミド基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られた微細繊維状セルロース単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出した。
微細繊維状セルロースのカルバミド基量は、凍結乾燥および粉砕処理後の試料を株式会社三菱ケミカルアナリテック製の微量全窒素分析装置TN-110に供試して測定した。なお、イオン性の窒素は、中和処理、洗浄処理の過程で除かれていた。微細繊維状セルロース単位質量あたりのカルバミド基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られた微細繊維状セルロース単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出した。
<調製例2(ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液の調製)>
イオン交換水に、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(信越化学工業株式会社製、メトローズ65SH-1500、重量平均分子量:2.2×105、置換度(メトキシ基):1.8、置換モル数(ヒドロキシプロポキシ基):0.15)を溶解したヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)を得た。
イオン交換水に、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(信越化学工業株式会社製、メトローズ65SH-1500、重量平均分子量:2.2×105、置換度(メトキシ基):1.8、置換モル数(ヒドロキシプロポキシ基):0.15)を溶解したヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)を得た。
<調製例3(ポリビニルアルコール水溶液の調製)>
イオン交換水に、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール(三菱ケミカル株式会社製、ゴーセネックス(登録商標)Z-300)を12質量%になるように加え、95℃で1時間撹拌してポリビニルアルコール水溶液を得た。ポリビニルアルコール水溶液を固形分濃度が0.5質量%となるようにイオン交換水で希釈した。
イオン交換水に、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール(三菱ケミカル株式会社製、ゴーセネックス(登録商標)Z-300)を12質量%になるように加え、95℃で1時間撹拌してポリビニルアルコール水溶液を得た。ポリビニルアルコール水溶液を固形分濃度が0.5質量%となるようにイオン交換水で希釈した。
<調製例4(混合液1の調製)>
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が30質量部となるように混合し、混合液1を得た。
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が30質量部となるように混合し、混合液1を得た。
<調製例5(混合液2の調製)>
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が15質量部、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が15質量部となるように混合し、混合液2を得た。
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が15質量部、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が15質量部となるように混合し、混合液2を得た。
<調製例6(混合液3の調製)>
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が21質量部、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が9質量部となるように混合し、混合液3を得た。
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が21質量部、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が9質量部となるように混合し、混合液3を得た。
<調製例7(混合液4の調製)>
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が30質量部となるように混合して混合液4を調製した。
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)70質量部に対し、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が30質量部となるように混合して混合液4を調製した。
<調製例8(混合液5の調製)>
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)50質量部に対し、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が50質量部となるように混合して混合液5を得た。
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)50質量部に対し、ポリビニルアルコール水溶液(固形分濃度0.5質量%)が50質量部となるように混合して混合液5を得た。
<調製例9(混合液6の調製)>
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)30質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が70質量部となるように混合し、混合液6を得た。
微細繊維状セルロース分散液(固形分濃度0.5質量%)30質量部に対し、ヒドロキシプロピルメチルセルロース水溶液(固形分濃度0.5質量%)が70質量部となるように混合し、混合液6を得た。
<調製例10(接着層用塗工液の調製)>
変性ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学株式会社製、ユピゼータFPC-2136)8.5質量部、トルエン60質量部、メチルエチルケトン30質量部を混合した。得られた混合液に密着助剤としてイソシアネート化合物(旭化成ケミカルズ株式会社製、デュラネートTPA-100)を1.5質量部添加して混合することにより接着層用塗工液を得た。
変性ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学株式会社製、ユピゼータFPC-2136)8.5質量部、トルエン60質量部、メチルエチルケトン30質量部を混合した。得られた混合液に密着助剤としてイソシアネート化合物(旭化成ケミカルズ株式会社製、デュラネートTPA-100)を1.5質量部添加して混合することにより接着層用塗工液を得た。
<実施例1>
〔積層シートの製造〕
(微細繊維状セルロース含有シートの作製)
仕上がり坪量が50g/m2となるように、市販のアクリル板上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、アクリル板から剥離することで、単層の微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊高さ5cm)を配置して、混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、維状セルロース含有シートの厚みは34μmであった。
〔積層シートの製造〕
(微細繊維状セルロース含有シートの作製)
仕上がり坪量が50g/m2となるように、市販のアクリル板上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、アクリル板から剥離することで、単層の微細繊維状セルロース含有シートを得た。微細繊高さ5cm)を配置して、混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、維状セルロース含有シートの厚みは34μmであった。
(接着層の形成)
接着層用塗工液を微細繊維状セルロース含有シートの一方の面(アクリル板と接していた面)にバーコーターにて塗工した。その後、100℃で30分間加熱して接着層用塗工液を硬化させ、接着層1bを形成した。次いで、微細繊維状セルロース含有シートの反対側の面にもバーコーターで接着層用塗工液を塗工した後、70℃で30分間加熱して接着層用塗工液を硬化させ、接着層1aを形成し、積層シートを得た。接着層1aおよび1bの各厚みは3μmであった。
接着層用塗工液を微細繊維状セルロース含有シートの一方の面(アクリル板と接していた面)にバーコーターにて塗工した。その後、100℃で30分間加熱して接着層用塗工液を硬化させ、接着層1bを形成した。次いで、微細繊維状セルロース含有シートの反対側の面にもバーコーターで接着層用塗工液を塗工した後、70℃で30分間加熱して接着層用塗工液を硬化させ、接着層1aを形成し、積層シートを得た。接着層1aおよび1bの各厚みは3μmであった。
〔積層体の製造〕
接着層1aおよび1bを設けた積層シートをカッターで裁断し、寸法50mm×50mmの積層シートを作製した。次いで、厚み1mmの市販のポリカーボネート板から寸法100mm×100mmに切り出した芯材樹脂板を1枚、厚み0.2mmの市販のポリカーボネートフィルムから寸法50mm×50mmに切り出した樹脂フィルムを2枚用意し、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層/接着層1a/樹脂フィルムとなるように重ね合わせた。この時、樹脂フィルムと積層シートの中心を芯材樹脂板の中心に合わせた。これを、厚み1mm、寸法200mm×200mmのステンレス板で挟み、常温に設定したミニテストプレス(株式会社東洋精機製作所製、MP-WCH)に挿入した。ミニテストプレスを1MPaのプレス圧力下、3分かけて150℃まで昇温し、この状態で5分間保持した後、5分間かけて30℃まで冷却した。なお、ステンレス板としては、離型剤(株式会社オーデック製、テフリリーズ)を挟持面に塗工したものを使用した。上記の手順により、積層体を得た。
接着層1aおよび1bを設けた積層シートをカッターで裁断し、寸法50mm×50mmの積層シートを作製した。次いで、厚み1mmの市販のポリカーボネート板から寸法100mm×100mmに切り出した芯材樹脂板を1枚、厚み0.2mmの市販のポリカーボネートフィルムから寸法50mm×50mmに切り出した樹脂フィルムを2枚用意し、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層/接着層1a/樹脂フィルムとなるように重ね合わせた。この時、樹脂フィルムと積層シートの中心を芯材樹脂板の中心に合わせた。これを、厚み1mm、寸法200mm×200mmのステンレス板で挟み、常温に設定したミニテストプレス(株式会社東洋精機製作所製、MP-WCH)に挿入した。ミニテストプレスを1MPaのプレス圧力下、3分かけて150℃まで昇温し、この状態で5分間保持した後、5分間かけて30℃まで冷却した。なお、ステンレス板としては、離型剤(株式会社オーデック製、テフリリーズ)を挟持面に塗工したものを使用した。上記の手順により、積層体を得た。
〔熱曲げ加工品の製造〕
積層体を170℃に設定した乾燥機に投入して5分間静置した後、170℃で所定の曲率半径(R=120mm)を有した枠に押し当てて固定した。枠に押し当てたまま冷却し、枠から取り外して曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
積層体を170℃に設定した乾燥機に投入して5分間静置した後、170℃で所定の曲率半径(R=120mm)を有した枠に押し当てて固定した。枠に押し当てたまま冷却し、枠から取り外して曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<実施例2>
実施例1の〔接着層の形成〕において、接着層1aおよび1bを設けた微細繊維状セルロース含層を有する積層シートを形成した後、この積層シートを80℃に設定した乾燥機に投入して40時間静置し、追加加熱処理を行った。また、実施例1の〔積層体の製造〕において、芯材樹脂板(100mm×100mm×1mm)に代えて、厚み3mmの市販のポリカーボネート板から寸法100mm×100mmに切り出した芯材樹脂板を用いたこと、樹脂フィルム(50mm×50mm×0.2mm)に代えて、厚み0.1mmの市販のポリカーボネートフィルムから寸法50mm×50mmに切り出した樹脂フィルム2枚を用いた。これら以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
実施例1の〔接着層の形成〕において、接着層1aおよび1bを設けた微細繊維状セルロース含層を有する積層シートを形成した後、この積層シートを80℃に設定した乾燥機に投入して40時間静置し、追加加熱処理を行った。また、実施例1の〔積層体の製造〕において、芯材樹脂板(100mm×100mm×1mm)に代えて、厚み3mmの市販のポリカーボネート板から寸法100mm×100mmに切り出した芯材樹脂板を用いたこと、樹脂フィルム(50mm×50mm×0.2mm)に代えて、厚み0.1mmの市販のポリカーボネートフィルムから寸法50mm×50mmに切り出した樹脂フィルム2枚を用いた。これら以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<実施例3>
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)において、混合液1に代えて混合液2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)において、混合液1に代えて混合液2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<実施例4>
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)において、混合液1に代えて混合液3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)において、混合液1に代えて混合液3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<実施例5>
仕上がり坪量が35g/m2となるように、市販のアクリル板上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1bを形成した。坪量が15g/m2となるように、微細繊維状セルロース含有層1b上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液4を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1aを形成した。積層された微細繊維状セルロース含有層1aおよび1bをアクリル板から剥離することで、2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを得た。実施例1の〔接着層の形成〕において、接着層1aおよび1bを設けた2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを形成した後、この積層シートを80℃に設定した乾燥機に投入して40時間静置し、追加加熱処理を行った。実施例1の〔積層体の製造〕において、単層の微細繊維状セルロース含有シートに代えて、追加加熱処理を行った2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを用いた以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
仕上がり坪量が35g/m2となるように、市販のアクリル板上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1bを形成した。坪量が15g/m2となるように、微細繊維状セルロース含有層1b上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液4を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1aを形成した。積層された微細繊維状セルロース含有層1aおよび1bをアクリル板から剥離することで、2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを得た。実施例1の〔接着層の形成〕において、接着層1aおよび1bを設けた2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを形成した後、この積層シートを80℃に設定した乾燥機に投入して40時間静置し、追加加熱処理を行った。実施例1の〔積層体の製造〕において、単層の微細繊維状セルロース含有シートに代えて、追加加熱処理を行った2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを用いた以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<実施例6>
実施例5において、接着層1aの乾燥条件を「70℃30分間」から「60℃5分間」に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
実施例5において、接着層1aの乾燥条件を「70℃30分間」から「60℃5分間」に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<実施例7>
実施例5において、混合液4に代えて混合液5を用いたことおよび積層シートの追加加熱処理を行わなかったこと以外は、実施例5と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
実施例5において、混合液4に代えて混合液5を用いたことおよび積層シートの追加加熱処理を行わなかったこと以外は、実施例5と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<実施例8>
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)において、仕上がり坪量が50g/m2となるようにし、混合液1に代えて混合液6を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)において、仕上がり坪量が50g/m2となるようにし、混合液1に代えて混合液6を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、積層シート、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<比較例1>
実施例1の(接着層の形成)において、単層の微細繊維状セルロース含有シートの片方の面(アクリル板に接していなかった面)にのみ接着層用塗工液を塗工し、90℃で3.3分間、80℃で6.6分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1bを形成し、接着層1aを形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして積層シートを得た。
樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工し、70℃で7.5分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1aを形成し、実施例1の〔積層体の製造〕と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体を得た。また、実施例1の〔熱曲げ加工品の製造〕と同様にして、曲率を有する積層体を得た。
実施例1の(接着層の形成)において、単層の微細繊維状セルロース含有シートの片方の面(アクリル板に接していなかった面)にのみ接着層用塗工液を塗工し、90℃で3.3分間、80℃で6.6分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1bを形成し、接着層1aを形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして積層シートを得た。
樹脂フィルム上に接着層用塗工液を塗工し、70℃で7.5分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1aを形成し、実施例1の〔積層体の製造〕と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体を得た。また、実施例1の〔熱曲げ加工品の製造〕と同様にして、曲率を有する積層体を得た。
<比較例2>
仕上がり坪量が15g/m2となるように、市販のアクリル板上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液4を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1aを形成した。坪量が35g/m2となるように、微細繊維状セルロース含有層1a上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1bを形成した。この手順で得られた2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを用いた以外は比較例1と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層1a/微細繊維状セルロース含有層1b/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層1b/微細繊維状セルロース含有層1a/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体および曲率を有する積層体を得た。
仕上がり坪量が15g/m2となるように、市販のアクリル板上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液4を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1aを形成した。坪量が35g/m2となるように、微細繊維状セルロース含有層1a上に堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置して、混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1bを形成した。この手順で得られた2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを用いた以外は比較例1と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層1a/微細繊維状セルロース含有層1b/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層1b/微細繊維状セルロース含有層1a/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体および曲率を有する積層体を得た。
<比較例3>
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)および(接着層の形成)において、まず、厚さ0.2mmの樹脂フィルムの上に接着層用塗工液をバーコーターにて塗工した。90℃で3.3分間、80℃で6.6分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1aを形成した。接着層1aの上に、仕上がり坪量が50g/m2となるように混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、単層の微細繊維状セルロース含有層を形成した。単層の微細繊維状セルロース含有層に上に接着層用塗工液をバーコーターにて塗工した。これを70℃で7.5分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1bを形成した。
市販のポリカーボネート板から切り出した芯材樹脂板(100mm×100mm×1mm)を用いて、実施例1の〔積層体の製造〕と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有シート/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有シート/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体を得た。また、実施例1の〔熱曲げ加工品の製造〕と同様にして、曲率を有する積層体を得た。
実施例1の(微細繊維状セルロース含有シートの作製)および(接着層の形成)において、まず、厚さ0.2mmの樹脂フィルムの上に接着層用塗工液をバーコーターにて塗工した。90℃で3.3分間、80℃で6.6分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1aを形成した。接着層1aの上に、仕上がり坪量が50g/m2となるように混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、単層の微細繊維状セルロース含有層を形成した。単層の微細繊維状セルロース含有層に上に接着層用塗工液をバーコーターにて塗工した。これを70℃で7.5分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1bを形成した。
市販のポリカーボネート板から切り出した芯材樹脂板(100mm×100mm×1mm)を用いて、実施例1の〔積層体の製造〕と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有シート/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有シート/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体を得た。また、実施例1の〔熱曲げ加工品の製造〕と同様にして、曲率を有する積層体を得た。
<比較例4>
比較例3において、「接着層1aの上に、仕上がり坪量が50g/m2となるように混合液1を展開した。」に代えて、接着層1aの上に、仕上がり坪量が15g/m2となるように混合液5を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1aを形成した。微細繊維状セルロース含有層1a上に、仕上がり坪量が35g/m2となるように混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1bを形成し、2層構成の微細繊維状セルロース含有層を得た。2層構成の微細繊維状セルロース含有層に上に接着層用塗工液をバーコーターにて塗工した。これを70℃で7.5分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1bを形成した。これ以外は、比較例3と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層1a/微細繊維状セルロース含有層1b/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層1b/微細繊維状セルロース含有層1a/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体および曲率を有する積層体を得た。
比較例3において、「接着層1aの上に、仕上がり坪量が50g/m2となるように混合液1を展開した。」に代えて、接着層1aの上に、仕上がり坪量が15g/m2となるように混合液5を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1aを形成した。微細繊維状セルロース含有層1a上に、仕上がり坪量が35g/m2となるように混合液1を展開した。展開後100℃の乾燥機で1時間乾燥し、微細繊維状セルロース含有層1bを形成し、2層構成の微細繊維状セルロース含有層を得た。2層構成の微細繊維状セルロース含有層に上に接着層用塗工液をバーコーターにて塗工した。これを70℃で7.5分間加熱して接着層用塗工液を硬化させて接着層1bを形成した。これ以外は、比較例3と同様にして、樹脂フィルム/接着層1a/微細繊維状セルロース含有層1a/微細繊維状セルロース含有層1b/接着層1b/芯材樹脂板/接着層1b/微細繊維状セルロース含有層1b/微細繊維状セルロース含有層1a/接着層1a/樹脂フィルムの層構成を有する積層体および曲率を有する積層体を得た。
<比較例5>
比較例4において、厚さ0.2mmの樹脂フィルムに代えて、厚さ0.3mmの樹脂フィルムを用いた。以外は、比較例4と同様にして、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
比較例4において、厚さ0.2mmの樹脂フィルムに代えて、厚さ0.3mmの樹脂フィルムを用いた。以外は、比較例4と同様にして、積層体および曲率を有する熱曲げ加工品を得た。
<比較例6>
厚さ1.5mmのポリカーボネート板のみを用いて、実施例1の〔熱曲げ加工品の製造〕と同条件で曲げ加工を実施し、曲率を有するポリカーボネート板を得た。
厚さ1.5mmのポリカーボネート板のみを用いて、実施例1の〔熱曲げ加工品の製造〕と同条件で曲げ加工を実施し、曲率を有するポリカーボネート板を得た。
<比較例7>
実施例1の〔積層シートの製造〕において、(接着層の形成)の過程を省略した。〔積層体の製造〕において、熱プレス後に樹脂フィルムと、芯材樹脂板と、微細繊維状セルロース含有層が接着せず、積層体が得られなった。そのため、〔熱曲げ加工品の製造〕を実施することができなかった。
実施例1の〔積層シートの製造〕において、(接着層の形成)の過程を省略した。〔積層体の製造〕において、熱プレス後に樹脂フィルムと、芯材樹脂板と、微細繊維状セルロース含有層が接着せず、積層体が得られなった。そのため、〔熱曲げ加工品の製造〕を実施することができなかった。
<測定および評価>
(微細繊維状セルロース含有層の厚み)
実施例1~4、8および比較例1では、接着層を設ける前の微細繊維状セルロース含有シートの厚みを触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定した。比較例7では、(微細繊維状セルロース含有シートの作製)で得られた微細繊維状セルロース含有シートの厚みを測定した。
実施例5~7および比較例2では、接着層を設ける前の2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを形成した後に厚みを測定した。さらに、想定した仕上がり坪量の比を勘案して各層の厚みを算出した。
比較例3では、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層を形成した段階で厚みを測定し、その厚みから、樹脂フィルムの厚みおよび接着層1aの厚みを減じることで、微細繊維状セルロース含有層の厚みを算出した。
比較例4、5では、樹脂フィルム-接着層1aを形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層1aを形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層1a-微細繊維状セルロース含有層1bを形成した段階、でそれぞれの厚み(1)、(2)、(3)を測定した。(2)から(1)の厚みを減じることで微細繊維状セルロース含有層1aの厚みを算出した。(3)から(2)の厚みを減じることで微細繊維状セルロース含有層1bの厚みを算出した。
(微細繊維状セルロース含有層の厚み)
実施例1~4、8および比較例1では、接着層を設ける前の微細繊維状セルロース含有シートの厚みを触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定した。比較例7では、(微細繊維状セルロース含有シートの作製)で得られた微細繊維状セルロース含有シートの厚みを測定した。
実施例5~7および比較例2では、接着層を設ける前の2層構成の微細繊維状セルロース含有シートを形成した後に厚みを測定した。さらに、想定した仕上がり坪量の比を勘案して各層の厚みを算出した。
比較例3では、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層を形成した段階で厚みを測定し、その厚みから、樹脂フィルムの厚みおよび接着層1aの厚みを減じることで、微細繊維状セルロース含有層の厚みを算出した。
比較例4、5では、樹脂フィルム-接着層1aを形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層1aを形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層1a-微細繊維状セルロース含有層1bを形成した段階、でそれぞれの厚み(1)、(2)、(3)を測定した。(2)から(1)の厚みを減じることで微細繊維状セルロース含有層1aの厚みを算出した。(3)から(2)の厚みを減じることで微細繊維状セルロース含有層1bの厚みを算出した。
(接着層の厚み)
全ての実施例1~8では、まず、接着層1bを設けた積層シートの厚みから、上述する方法で測定した微細繊維状セルロース含有層の厚みを減じることで、接着層1bの厚みを算出した。また、接着層1aおよび1bを設けた積層シートの厚みから、接着層1bおよび微細繊維状セルロース含有層の厚みの合計を減じることで接着層1aの厚みを算出した。
比較例1および2では、接着層1aを設けた樹脂フィルムの厚みから、樹脂フィルムの厚みを減じることで接着層1aの厚みを算出した。また、積層シートの厚みから、上述する方法で測定した微細繊維状セルロース含有層の厚みを減じることで、接着層1bの厚みを算出した。
比較例3~5では、樹脂フィルム-接着層1aを形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層を形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1bを形成した段階、でそれぞれの厚み(1)、(2)、(3)を触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1 202D)で測定した。(1)から樹脂フィルムの厚みを減じることで接着層1aの厚みを算出した。(3)から(2)を減じることで接着層1bの厚みを算出した。
全ての実施例1~8では、まず、接着層1bを設けた積層シートの厚みから、上述する方法で測定した微細繊維状セルロース含有層の厚みを減じることで、接着層1bの厚みを算出した。また、接着層1aおよび1bを設けた積層シートの厚みから、接着層1bおよび微細繊維状セルロース含有層の厚みの合計を減じることで接着層1aの厚みを算出した。
比較例1および2では、接着層1aを設けた樹脂フィルムの厚みから、樹脂フィルムの厚みを減じることで接着層1aの厚みを算出した。また、積層シートの厚みから、上述する方法で測定した微細繊維状セルロース含有層の厚みを減じることで、接着層1bの厚みを算出した。
比較例3~5では、樹脂フィルム-接着層1aを形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層を形成した段階、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1bを形成した段階、でそれぞれの厚み(1)、(2)、(3)を触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1 202D)で測定した。(1)から樹脂フィルムの厚みを減じることで接着層1aの厚みを算出した。(3)から(2)を減じることで接着層1bの厚みを算出した。
(有機溶剤量)
実施例1~8では、接着層1aおよび接着層1bを形成した微細繊維状セルロース含有シート(積層シート)から、それぞれ40mm×50mmに切り出した各試験片を、10mm×50mmに細断した。実施例1~8の各細断物を20mL容のヘッドスペースバイアルに入れ密栓し、ヘッドスペース-ガスクロマグラフィーにて測定を行った。ヘッドスペースサンプラにて80℃で20分間加熱(アジレント・テクノロジー株式会社製、7697A)し、発生したガスをガスクロマトグラフ(水素炎イオン化検出器付き)によって測定した(アジレント・テクノロジー株式会社製、7890A)。この方法によって検出された有機溶剤を定量して、有機溶剤量(試験実測値)を算出した。表1の「有機溶剤量(接着層あたりに換算)」は、「[有機溶剤量(試験実測値)×積層シートの厚み]/[接着層1aおよび1bの厚みの合計]」により算出した。
比較例1、2では、接着層1aを形成した樹脂フィルムおよび接着層1bを形成した微細繊維状セルロース含有シートから、それぞれ40mm×50mmに切り出した各試験片を、10mm×50mmに細断した。比較例1、2の各細断物を20mL容のヘッドスペースバイアルに入れ、実施例1~8と同様の方法で有機溶剤を検出し定量して得た値をAとした。また、接着層を設けていない樹脂フィルムについても、同様の方法で検出し定量して得た値をA’とした。表1の「有機溶剤量(試験実測値)」は、「A-A’」により算出して得られた値とした。
また、表1の「有機溶剤量(接着層あたりに換算)」は、「[有機溶剤量(試験実測値)×(微細繊維状セルロース含有シート、接着層1aおよび1bの厚みの合計)]/[接着層1aおよび1bの厚みの合計]」により算出した。
比較例3~5では、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1bの構成を有する積層シートから、それぞれ40mm×50mmに切り出した各試験片を、10mm×50mmに細断した。比較例3~5の各細断物を20mL容のヘッドスペースバイアルに入れ、実施例1~8と同様の方法で有機溶剤を検出し定量して得た値をBとした。また、接着層を設けていない樹脂フィルムについても、同様の方法で検出し定量して得た値をB’とした。表1の「有機溶剤量(試験実測値)」は、「B-B’」により算出して得られた値とした。
また、表1の「有機溶剤量(接着層あたりに換算)」は、「[有機溶剤量(試験実測値)×(微細繊維状セルロース含有シート、接着層1aおよび1bの厚みの合計)]/[接着層1aおよび1bの厚みの合計]」により算出した。
実施例1~8では、接着層1aおよび接着層1bを形成した微細繊維状セルロース含有シート(積層シート)から、それぞれ40mm×50mmに切り出した各試験片を、10mm×50mmに細断した。実施例1~8の各細断物を20mL容のヘッドスペースバイアルに入れ密栓し、ヘッドスペース-ガスクロマグラフィーにて測定を行った。ヘッドスペースサンプラにて80℃で20分間加熱(アジレント・テクノロジー株式会社製、7697A)し、発生したガスをガスクロマトグラフ(水素炎イオン化検出器付き)によって測定した(アジレント・テクノロジー株式会社製、7890A)。この方法によって検出された有機溶剤を定量して、有機溶剤量(試験実測値)を算出した。表1の「有機溶剤量(接着層あたりに換算)」は、「[有機溶剤量(試験実測値)×積層シートの厚み]/[接着層1aおよび1bの厚みの合計]」により算出した。
比較例1、2では、接着層1aを形成した樹脂フィルムおよび接着層1bを形成した微細繊維状セルロース含有シートから、それぞれ40mm×50mmに切り出した各試験片を、10mm×50mmに細断した。比較例1、2の各細断物を20mL容のヘッドスペースバイアルに入れ、実施例1~8と同様の方法で有機溶剤を検出し定量して得た値をAとした。また、接着層を設けていない樹脂フィルムについても、同様の方法で検出し定量して得た値をA’とした。表1の「有機溶剤量(試験実測値)」は、「A-A’」により算出して得られた値とした。
また、表1の「有機溶剤量(接着層あたりに換算)」は、「[有機溶剤量(試験実測値)×(微細繊維状セルロース含有シート、接着層1aおよび1bの厚みの合計)]/[接着層1aおよび1bの厚みの合計]」により算出した。
比較例3~5では、樹脂フィルム-接着層1a-微細繊維状セルロース含有層-接着層1bの構成を有する積層シートから、それぞれ40mm×50mmに切り出した各試験片を、10mm×50mmに細断した。比較例3~5の各細断物を20mL容のヘッドスペースバイアルに入れ、実施例1~8と同様の方法で有機溶剤を検出し定量して得た値をBとした。また、接着層を設けていない樹脂フィルムについても、同様の方法で検出し定量して得た値をB’とした。表1の「有機溶剤量(試験実測値)」は、「B-B’」により算出して得られた値とした。
また、表1の「有機溶剤量(接着層あたりに換算)」は、「[有機溶剤量(試験実測値)×(微細繊維状セルロース含有シート、接着層1aおよび1bの厚みの合計)]/[接着層1aおよび1bの厚みの合計]」により算出した。
(積層体の透明性)
JIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)を用いて、積層体の全光線透過率を測定した。また、JIS K 7136:2000に準拠し、積層体の加熱前後のヘーズ(%)を評価した。なお、加熱後のヘーズは、170℃で10分間加熱した積層体のヘーズとした。また、下記の方法で加熱前後の積層体のヘーズの差を算出した。
加熱前後の積層体のヘーズの差(%)=加熱後の積層体のヘーズ(%)-加熱前の積層体のヘーズ(%)
JIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)を用いて、積層体の全光線透過率を測定した。また、JIS K 7136:2000に準拠し、積層体の加熱前後のヘーズ(%)を評価した。なお、加熱後のヘーズは、170℃で10分間加熱した積層体のヘーズとした。また、下記の方法で加熱前後の積層体のヘーズの差を算出した。
加熱前後の積層体のヘーズの差(%)=加熱後の積層体のヘーズ(%)-加熱前の積層体のヘーズ(%)
(積層体のイエローインデックス(YI値))
JIS K 7373:2006に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いて積層体の黄色度を測定した。
JIS K 7373:2006に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いて積層体の黄色度を測定した。
(熱曲げ加工品の気泡発生の有無)
熱曲げ加工品に発生している気泡の数を以下の基準で評価した。Aが合格である。
A:熱曲げ加工品に発生している気泡の数が0個である。
B:熱曲げ加工品に発生している気泡の数が1個以上10個以下である。
C:熱曲げ加工品に10個より多い数の気泡が発生している。
熱曲げ加工品に発生している気泡の数を以下の基準で評価した。Aが合格である。
A:熱曲げ加工品に発生している気泡の数が0個である。
B:熱曲げ加工品に発生している気泡の数が1個以上10個以下である。
C:熱曲げ加工品に10個より多い数の気泡が発生している。
(熱曲げ加工品の視認性)
熱曲げ加工品の視認性を以下の基準で評価した。
A:熱曲げ加工品を透かして見る像に全く歪みがない。
B:熱曲げ加工品を透かして見る像にほとんど歪みがない。
C:熱曲げ加工品を透かして見る像が少し歪んでいる。
D:熱曲げ加工品を透かして見る像が歪んでいる。
E:熱曲げ加工品を透かして見る像が著しく歪んでいる。
熱曲げ加工品の視認性を以下の基準で評価した。
A:熱曲げ加工品を透かして見る像に全く歪みがない。
B:熱曲げ加工品を透かして見る像にほとんど歪みがない。
C:熱曲げ加工品を透かして見る像が少し歪んでいる。
D:熱曲げ加工品を透かして見る像が歪んでいる。
E:熱曲げ加工品を透かして見る像が著しく歪んでいる。
(熱曲げ加工品の剛性)
熱曲げ加工品の剛性を以下の基準で評価した。
A:熱曲げ加工品を変形させようとすると、非常に大きな力が必要
B:熱曲げ加工品を変形させようとすると、大きな力が必要
C:熱曲げ加工品を変形させようとすると、少し力が必要
D:熱曲げ加工品は容易に変形する。
熱曲げ加工品の剛性を以下の基準で評価した。
A:熱曲げ加工品を変形させようとすると、非常に大きな力が必要
B:熱曲げ加工品を変形させようとすると、大きな力が必要
C:熱曲げ加工品を変形させようとすると、少し力が必要
D:熱曲げ加工品は容易に変形する。
(表の注)
PC:ポリカーボネート
CNF層:微細繊維状セルロース含有層
HPMC:ヒドロキシプロピルメチルセルロース
PVA:ポリビニルアルコール
接着層1aの厚さ:3μm
接着層1bの厚さ:3μm
PC:ポリカーボネート
CNF層:微細繊維状セルロース含有層
HPMC:ヒドロキシプロピルメチルセルロース
PVA:ポリビニルアルコール
接着層1aの厚さ:3μm
接着層1bの厚さ:3μm
表1から、本発明の積層シートを有する積層体の熱曲げ加工品は、気泡が発生しにくいことが分かる(実施例1~8)。これに対して、表2から、本発明で規定する条件Cおよび条件Dのいずれも満たさない比較例1~5は、気泡が発生し、その影響でヘーズも上昇した。また、ポリカーボネート板は、剛性が劣った(比較例6)。
Claims (21)
- 積層シートであって、
(i)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、下記条件Aおよび条件Bの少なくともいずれかを満たすか、または、
(ii)繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aを有し、かつ、他方の面に接着層1bを有し、かつ、下記条件Cおよび条件Dの少なくともいずれかを満たす、積層シート。
条件A:微細繊維状セルロース含有層および接着層1a中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上40ppm以下
条件B:接着層1a中の有機溶剤の含有量が、質量基準で、0.5ppm以上200ppm以下
条件C:微細繊維状セルロース含有層、接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.1ppm以上60ppm以下
条件D:接着層1aおよび接着層1b中の有機溶剤の総含有量が、質量基準で、0.5ppm以上300ppm以下 - 接着層1aおよび接着層1bの厚みが、いずれも1μm以上50μm以下である、請求項1に記載の積層シート。
- (i)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有し、(ii)が、微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層1aおよび樹脂フィルムまたは保護フィルムをこの順に有する、請求項1または2に記載の積層シート。
- 微細繊維状セルロース含有層が親水性高分子を含有する、請求項1または2に記載の積層シート。
- 親水性高分子が、非イオン性の水溶性セルロースエーテルおよび/またはポリビニルアルコールを含有する、請求項4に記載の積層シート。
- 微細繊維状セルロース含有層が単層であり、親水性高分子が非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有し、親水性高分子中の非イオン性の水溶性セルロースエーテルの含有量が80質量%以上である、請求項5に記載の積層シート。
- 微細繊維状セルロース含有層中、微細繊維状セルロースに対する非イオン性の水溶性セルロースエーテルの質量比(非イオン性の水溶性セルロースエーテル/微細繊維状セルロース)が、10/90以上90/10以下である、請求項6に記載の積層シート。
- 微細繊維状セルロース含有層が複層であり、ポリビニルアルコールを含有する微細繊維状セルロース含有層1aおよび非イオン性の水溶性セルロースエーテルを含有する微細繊維状セルロース含有層1bを含む、請求項5に記載の積層シート。
- 微細繊維状セルロース含有層1a中、微細繊維状セルロースに対するポリビニルアルコールの質量比(ポリビニルアルコール/微細繊維状セルロース)が、25/75以上90/10以下である、請求項8に記載の積層シート。
- 微細繊維状セルロースがアニオン性基を有する、請求項1または2に記載の積層シート。
- アニオン性基が、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸基に由来する基を含む、請求項10に記載の積層シート。
- 芯材樹脂板の少なくとも一方の面に、請求項1または2に記載の(ii)の積層シートであって、樹脂フィルムを有する積層シートを有し、芯材樹脂板がポリカーボネート系樹脂を含有し、積層シートが有する接着層1bと芯材樹脂板とが接する、積層体。
- ヘーズが5.0%以下である、請求項12に記載の積層体。
- 170℃で10分間加熱前後のヘーズ差が2.0%以下である、請求項12に記載の積層体。
- 請求項12に記載の積層体を熱加工する工程を有する、熱加工品の製造方法。
- 請求項12に記載の積層体を熱加工してなる、熱加工品。
- 請求項16に記載の熱加工品を含む透明部材。
- 下記工程1および2を含む、請求項1に記載の積層シートの製造方法。
工程1:繊維幅1,000nm以下の微細繊維状セルロースを含有する微細繊維状セルロース含有層用塗工液を塗工乾燥して微細繊維状セルロース含有層を得る工程
工程2:工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程 - 工程2が、工程1で得られた微細繊維状セルロース含有層の一方の面に、接着層用塗工液を塗工後、80℃以上で5分間以上乾燥して、接着層1aまたは1bを形成する工程である、請求項18に記載の積層シートの製造方法。
- 工程2の後に、さらに下記工程3を含む、請求項18または19に記載の積層シートの製造方法。
工程3:微細繊維状セルロース含有層の、接着層1aまたは1bが形成された面とは反対側の面に接着層用塗工液を塗工乾燥して、接着層1bまたは1aを形成する工程 - 工程2の後に、さらに下記工程4を含む、請求項18または19に記載の積層シートの製造方法。
工程4:接着層1aまたは1b上に、樹脂フィルムまたは保護フィルムを貼付する工程
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