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JP6574601B2 - Cellulose film and method for producing the same - Google Patents
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Description

本発明は、セルロースフィルム、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a cellulose film and a method for producing the same.

生産技術や流通の発達に伴い、食品や医薬品等を透明フィルムに包むことが一般的に行われている。現在、前記透明フィルムは、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコールなどの素材から製造されたものが主流となっている。しかし、前記素材は、石油から合成されたものであるため、前記素材からなる透明フィルムを廃棄する際の燃焼により、大気中の二酸化炭素を増加させることから、環境問題の原因となっている。前記問題を解決させるために、例えば、生分解性材料であるセルロース及びセルロースフィルムが提案されている(例えば、特許文献1)。   With the development of production technology and distribution, it is common practice to wrap food, medicines, etc. in a transparent film. Currently, the transparent film is mainly manufactured from materials such as polyvinyl alcohol and ethylene vinyl alcohol. However, since the raw material is synthesized from petroleum, carbon dioxide in the atmosphere is increased by burning when the transparent film made of the raw material is discarded, which causes environmental problems. In order to solve the above problem, for example, biodegradable materials such as cellulose and cellulose film have been proposed (for example, Patent Document 1).

前記医薬品や前記食品は、酸化されると劣化することが知られている。このため、前記医薬品や前記食品を包装するフィルムは、酸素透過性が低い(以下「酸素バリア性がある」と称することがある)ことが求められてきた。しかし、セルロース繊維は親水性であるため、高湿度環境下では、セルロースフィルムの水蒸気又は酸素の通しやすさが増加するという問題があった。   It is known that the medicine and the food deteriorate when oxidized. For this reason, it has been required that the film for packaging the pharmaceutical product or the food has low oxygen permeability (hereinafter sometimes referred to as “having oxygen barrier property”). However, since the cellulose fibers are hydrophilic, there is a problem that the ease of passing water vapor or oxygen of the cellulose film increases under a high humidity environment.

特開2012−122077号公報JP 2012-122077 A

そこで、本発明は、従来における前記諸問題を解決するため、高湿度環境下でも酸素透過性が低く保たれるセルロースフィルム、及びその製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a cellulose film whose oxygen permeability is kept low even in a high humidity environment, and a method for producing the same, in order to solve the above-described problems.

前記課題を解決するための手段としての、本発明のセルロースフィルムは、少なくとも一部のカルボキシ基が金属で置換されたセルロースフィルムであって、酸素透過性が1(mL・μm・m−2・kPa−1・day−1)以下である。 The cellulose film of the present invention as a means for solving the above problems is a cellulose film in which at least a part of the carboxy groups are substituted with a metal, and has an oxygen permeability of 1 (mL · μm · m −2 · kPa −1 · day −1 ) or less.

本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、高湿度環境下でも酸素透過性が低いセルロースフィルム、及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the said various problems in the past can be solved, the said objective can be achieved, and the cellulose film with low oxygen permeability also in a high humidity environment and its manufacturing method can be provided.

図1は、実施例1及び2、比較例1及び2のセルロースフィルムの酸素透過性の測定結果である。FIG. 1 shows measurement results of oxygen permeability of the cellulose films of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 図2は、実施例1及び2、比較例1及び2のセルロースフィルムの光透過率の測定結果である。FIG. 2 shows the measurement results of the light transmittance of the cellulose films of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 図3は、実施例1及び2、比較例1及び2のセルロースフィルムのFT−IR測定結果である。FIG. 3 shows the FT-IR measurement results of the cellulose films of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

(セルロースフィルム及びその製造方法)
本発明のセルロースフィルムの製造方法は、セルロース繊維製造工程と、フィルム形成工程と、イオン交換工程と、を含み、更にその他の工程を含んでいてもよい。
本発明のセルロースフィルム(以下「セルロースナノファイバーフィルム」と記載することがある)は、前記セルロースフィルムの製造方法により好適に製造することができる。
(Cellulose film and production method thereof)
The method for producing a cellulose film of the present invention includes a cellulose fiber production process, a film formation process, and an ion exchange process, and may further include other processes.
The cellulose film of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “cellulose nanofiber film”) can be preferably produced by the method for producing a cellulose film.

<セルロース繊維製造工程>
本発明のセルロース繊維製造工程は、酸化処理、分散化処理を少なくとも含み、酸化処理と分散化処理の間に追酸化処理を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の処理を含む。
<Cellulose fiber manufacturing process>
The cellulose fiber production process of the present invention includes at least an oxidation treatment and a dispersion treatment, and preferably includes a further oxidation treatment between the oxidation treatment and the dispersion treatment, and further includes other treatments as necessary.

<<酸化処理>>
前記酸化処理とは、セルロースを酸化して酸化セルロースにする処理である。前記セルロースは、セルロース系原料であることが好ましい。前記酸化するとは、前記セルロース系原料とN−オキシル化合物、及び共酸化剤を含む反応液中で前記セルロース系原料を酸化して酸化セルロース繊維を得る処理である。
<< Oxidation treatment >>
The oxidation treatment is a treatment for oxidizing cellulose into oxidized cellulose. The cellulose is preferably a cellulosic material. The oxidation is a treatment for obtaining oxidized cellulose fibers by oxidizing the cellulose raw material in a reaction solution containing the cellulose raw material, an N-oxyl compound, and a co-oxidant.

−セルロース系原料−
前記セルロース系原料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ、コットンリンターやコットンリントのような綿系パルプ、麦わらパルプやバガスパルプ等の非木材系パルプ、バクテリアセルロース、ホヤから単離されるセルロース、海草から単離されるセルロースなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記セルロース系原料は、叩解等の表面積を高める処理を施したものであってもよい。
-Cellulose raw material-
The cellulose-based raw material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, softwood pulp, hardwood pulp, cotton pulp such as cotton linter or cotton lint, straw pulp, bagasse pulp, etc. Non-wood pulp, bacterial cellulose, cellulose isolated from sea squirt, cellulose isolated from seaweed, and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
The cellulosic material may be subjected to a treatment for increasing the surface area such as beating.

前記反応液における前記セルロース系原料の分散媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水などが挙げられる。
前記反応液中における前記セルロース系原料の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
There is no restriction | limiting in particular as the dispersion medium of the said cellulose raw material in the said reaction liquid, According to the objective, it can select suitably, For example, water etc. are mentioned.
There is no restriction | limiting in particular as a density | concentration of the said cellulose raw material in the said reaction liquid, According to the objective, it can select suitably.

−N−オキシル化合物−
前記N−オキシル化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、「Cellulose」Vol.10、2003年、第335ページから341ページにおけるI. Shibata及びA. Isogaiによる「TEMPO誘導体を用いたセルロースの触媒酸化:酸化生成物のHPSEC及びNMR分析」に記載されている化合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記N−オキシル化合物の具体例としては、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル(以下、「TEMPO」と称することがある)、4−アセトアミドTEMPO、4−カルボキシ−TEMPO、4−フォスフォノオキシ−TEMPOなどが挙げられる。
前記反応液における前記N−オキシル化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、触媒量などが挙げられる。
-N-oxyl compound-
There is no restriction | limiting in particular as said N-oxyl compound, According to the objective, it can select suitably, For example, "Cellulose" Vol. 10, 2003, pages 335-341. Shibata and A.I. Examples include compounds described in “Catalyzed Oxidation of Cellulose Using TEMPO Derivatives: HPSEC and NMR Analysis of Oxidation Products” by Isogai. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Specific examples of the N-oxyl compound include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl (hereinafter sometimes referred to as “TEMPO”), 4-acetamido TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO etc. are mentioned.
There is no restriction | limiting in particular as content of the said N- oxyl compound in the said reaction liquid, According to the objective, it can select suitably, For example, a catalyst amount etc. are mentioned.

−共酸化剤−
前記共酸化剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、次亜ハロゲン酸又はその塩、亜ハロゲン酸又はその塩、過ハロゲン酸又はその塩、過酸化水素、過有機酸など挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記共酸化剤の具体例としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜臭素酸ナトリウムなどが挙げられる。
前記反応液における前記共酸化剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Co-oxidizer-
The co-oxidant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, hypohalous acid or a salt thereof, hypohalous acid or a salt thereof, perhalogen acid or a salt thereof, hydrogen peroxide And perorganic acids. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Specific examples of the co-oxidant include sodium hypochlorite and sodium hypobromite.
There is no restriction | limiting in particular as content of the said co-oxidant in the said reaction liquid, According to the objective, it can select suitably.

−その他の成分−
前記反応液は、上述したセルロース系原料、N−オキシル化合物、及び共酸化剤以外のその他の成分を含んでいてもよい。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、臭化物、ヨウ化物、又はこれらの混合物などが挙げられる。
-Other ingredients-
The said reaction liquid may contain other components other than the cellulose raw material mentioned above, a N-oxyl compound, and a co-oxidant.
There is no restriction | limiting in particular as said other component, According to the objective, it can select suitably, For example, a bromide, iodide, or a mixture thereof etc. are mentioned.

−−臭化物、ヨウ化物、又はこれらの混合物−−
前記臭化物、及びヨウ化物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、臭化アルカリ金属、ヨウ化アルカリ金属などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記反応液における前記臭化物、ヨウ化物、又はこれらの混合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
--Bromide, iodide, or a mixture thereof--
There is no restriction | limiting in particular as said bromide and iodide, According to the objective, it can select suitably, For example, an alkali metal bromide, an alkali metal iodide, etc. are mentioned. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
There is no restriction | limiting in particular as content of the said bromide, iodide, or these mixtures in the said reaction liquid, According to the objective, it can select suitably.

前記酸化処理における、反応液のpH、反応温度、圧力、反応時間などの条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。   Conditions such as pH of the reaction solution, reaction temperature, pressure, and reaction time in the oxidation treatment are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose.

−酸化セルロース繊維−
前記酸化処理により得られる酸化セルロース繊維(以下「TOC」と称することがある)は、カルボキシ基量が0.8mmol/g以上2.2mmol/g以下、アルデヒド基量が0.8mmol/g以下である。
前記酸化セルロース繊維中のカルボキシ基量とアルデヒド基量は、T.Saito及びA.Isogai、「TEMPO−mediated oxidation of native cellulose. The effect of oxidation conditions on chemical and crystal structures of the water−insoluble fractions」(Biomacromolecules、Vol.5、1983〜1989ページ、2004年)に記載されている方法に従い、亜塩素酸ナトリウムによる追酸化処理と電導度滴定によって測定することができる。
-Oxidized cellulose fiber-
The oxidized cellulose fiber (hereinafter sometimes referred to as “TOC”) obtained by the oxidation treatment has a carboxy group content of 0.8 mmol / g or more and 2.2 mmol / g or less, and an aldehyde group content of 0.8 mmol / g or less. is there.
The amount of carboxy groups and the amount of aldehyde groups in the oxidized cellulose fiber are T.P. Saito and A.A. Isogai, “TEMPO-mediated oxidation of native cellulose. The effect of oxidative conditions on chemical and olestial of the sequel. 198, The effect of oxidative conditions on chemistry. It can be measured by an additional oxidation treatment with sodium chlorite and conductivity titration.

また、前記酸化処理の条件を選択することで、後述の追酸化処理を行わなくてもアルデヒド基を含まない酸化セルロース繊維を得ることができる。
前記アルデヒド基含まない酸化処理の条件としては、特に制限はなく、例えば、T.Saito,M.Hirota,N.Tamura,S.Kimura,H.Fukuzumi,L.Heux,A.Isogai、「Individualization of nano−sized plant cellulose fibrils by direct surface carboxylation using TEMPO catalyst under neutral conditions」(Biomacromolecules、Vol.10、1992〜1996ページ、2009年)に記載されている条件を適宜選択することができる。
Moreover, the oxidation cellulose fiber which does not contain an aldehyde group can be obtained even if it does not perform the below-mentioned additional oxidation process by selecting the conditions of the said oxidation process.
The conditions for the oxidation treatment not containing the aldehyde group are not particularly limited. Saito, M .; Hirota, N .; Tamura, S .; Kimura, H .; Fukuzumi, L. Heux, A .; Isogai, “Individualization of nano-sized plant cell fibrils by direct surface carbation using TEMPO, which is described in 1999. .

<<<追酸化処理>>>
前記酸化処理の後に、追酸化処理を含むことが好ましい。
前記追酸化処理は、前記酸化処理で得られた酸化セルロース繊維を亜塩素酸ナトリウムにより更に酸化する工程である。
前記追酸化処理の条件としては、特に制限はなく、例えば、T.Saito及びA.Isogai、「TEMPO−mediated oxidation of native cellulose. The effect of oxidation conditions on chemical and crystal structures of the water−insoluble fractions」、Biomacromolecules、Vol.5、1983〜1989ページ、2004年)に記載されている条件を適宜選択することができる。
前記追酸化処理により、C6位に微量生成したアルデヒド基をカルボキシ基に酸化した、アルデヒド基を含まない酸化セルロース繊維を得ることができる。また、前記カルボキシ基のプロトンの通常は20%以上、好ましくは70%以上ナトリウムに置換されており、前記追酸化処理によりナトリウム型酸化セルロース繊維(以下、「TOC−Na」と称することがある)が得られる。
<<< Additional oxidation treatment >>>
It is preferable that a post-oxidation treatment is included after the oxidation treatment.
The additional oxidation treatment is a step of further oxidizing the oxidized cellulose fiber obtained by the oxidation treatment with sodium chlorite.
The conditions for the additional oxidation treatment are not particularly limited. Saito and A.A. Isogai, “TEMPO-mediated oxidation of native cellulose. The effect of oxidative conditions on chemical and molecular structures of the biofuels of the world. 5, pp. 1983 to 1989, 2004) can be selected as appropriate.
Oxidized cellulose fibers not containing an aldehyde group obtained by oxidizing a small amount of the aldehyde group generated at the C6 position to a carboxy group by the additional oxidation treatment can be obtained. In addition, the proton of the carboxy group is usually replaced with 20% or more, preferably 70% or more of sodium, and sodium-type oxidized cellulose fiber (hereinafter sometimes referred to as “TOC-Na”) by the additional oxidation treatment. Is obtained.

前記酸化処理で得られたナトリウム型酸化セルロース繊維は、この段階ではナノファイバー単位までバラバラに分散しているわけではないため、通常の水洗−吸引ろ過洗浄方法により洗浄することができる。
前記洗浄方法の具体例としては、吸引ろ過あるいは遠心分離の少なくともいずれかで水洗、洗浄する方法が挙げられる。前記洗浄の回数は、1回であってもよいし、複数回であってもよい。前記洗浄により、未反応の共酸化剤や各種副生成物を除去することができる。
The sodium-type oxidized cellulose fiber obtained by the oxidation treatment is not dispersed evenly to the nanofiber unit at this stage, and can be washed by a normal water washing-suction filtration washing method.
Specific examples of the washing method include a method of washing and washing with at least one of suction filtration and centrifugation. The number of times of washing may be one time or a plurality of times. The unreacted cooxidant and various byproducts can be removed by the washing.

<<分散化処理>>
前記分散化処理は、ナトリウム型酸化セルロース繊維(TOC−Na)を水で希釈し、解繊処理してナトリウム型セルロース微細分散体(以下、「ナトリウム型セルロースナノファイバー」又は「TOCN−Na」と称することがある)を作製する工程である。
前記解繊処理としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、以下のような条件で行うことができる。濃度が0.1質量%のTOC−Na水懸濁液25mLに対し、超音波ホモジナイザー(日本精機社製 US−300T、プローブチップ7mm、出力300W、19.5kHz)で4分間解繊処理を行う。
また、前記懸濁液のTOC−Naの濃度は、0.05質量%以上0.5質量%以下の範囲で適宜選択することができる。
<< Distributed processing >>
In the dispersion treatment, sodium-type oxidized cellulose fibers (TOC-Na) are diluted with water, defibrated and treated with a sodium-type cellulose fine dispersion (hereinafter referred to as “sodium-type cellulose nanofiber” or “TOCN-Na”). It may be referred to as a manufacturing process.
There is no restriction | limiting in particular as said fibrillation process, According to the objective, it can select suitably, For example, it can carry out on the following conditions. A 25-mL TOC-Na aqueous suspension with a concentration of 0.1% by mass is defibrated for 4 minutes with an ultrasonic homogenizer (US-300T manufactured by Nippon Seiki Co., Ltd., probe tip 7 mm, output 300 W, 19.5 kHz). .
The concentration of TOC-Na in the suspension can be appropriately selected within a range of 0.05% by mass or more and 0.5% by mass or less.

次いで、未解繊ナトリウム型酸化セルロース繊維を除去するために、前記解繊処理後の前記懸濁液を9,000rpmで15分間遠心分離機にて遠心分離を行って、沈殿である未解繊ナトリウム型酸化セルロース繊維を除去し、未解繊ナトリウム型酸化セルロース繊維を含まない上澄みである、ナトリウム型セルロース微細分散体(TOCN−Na)を得る。   Subsequently, in order to remove undefibrated sodium-type oxidized cellulose fibers, the suspension after the defibrating treatment is centrifuged at 9,000 rpm for 15 minutes in a centrifuge to obtain undefibrated that is a precipitate. The sodium type oxidized cellulose fiber is removed to obtain a sodium type cellulose fine dispersion (TOCN-Na) which is a supernatant containing no undefibrated sodium type oxidized cellulose fiber.

<フィルム形成工程>
前記フィルム形成工程とは、酸化セルロースを基体上に配して乾燥させて、酸化セルロースフィルムを作製する工程であって、例えば、前記ナトリウム型セルロース微細分散体(TOCN−Na)をシャーレに注入する工程と、乾燥機中で乾燥する工程と、前記シャーレから剥離する工程と、を含み、必要に応じてその他の工程を含む。前記フィルム形成工程により、ナトリウム型セルロースフィルム(以下、「TOCN−Naフィルム」と称することがある)を得ることができる。
前記ナトリウム型セルロース微細分散体の注入量は、前記ナトリウム型セルロース微細分散体フィルムの厚みが、5μm以上50μm以下になるように調節する。前記ナトリウム型セルロース微細分散体フィルムの厚みを前記範囲に調節すると、その密度は、1g/cm以上1.6g/cm以下になる。前記ナトリウム型セルロース微細分散体フィルムの厚みは、前記シャーレの大きさを選択することにより、調整してもよい。
前記シャーレの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリスチレンなどが挙げられる。
前記乾燥機の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、室温(25℃)〜50℃が好ましく、40℃がより好ましい。
前記乾燥の期間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、3日間〜6日間が好ましく、3日間がより好ましい。
<Film formation process>
The film forming step is a step of producing an oxidized cellulose film by placing oxidized cellulose on a substrate and drying it. For example, the sodium-type cellulose fine dispersion (TOCN-Na) is injected into a petri dish. It includes a process, a process of drying in a dryer, and a process of peeling from the petri dish, and includes other processes as necessary. By the film forming step, a sodium-type cellulose film (hereinafter, sometimes referred to as “TOCN-Na film”) can be obtained.
The injection amount of the sodium-type cellulose fine dispersion is adjusted so that the thickness of the sodium-type cellulose fine dispersion film is 5 μm or more and 50 μm or less. When the thickness of the sodium-type cellulose fine dispersion film is adjusted to the above range, the density becomes 1 g / cm 3 or more and 1.6 g / cm 3 or less. The thickness of the sodium-type cellulose fine dispersion film may be adjusted by selecting the size of the petri dish.
There is no restriction | limiting in particular as a material of the said petri dish, According to the objective, it can select suitably, For example, a polystyrene etc. are mentioned.
There is no restriction | limiting in particular as temperature of the said dryer, Although it can select suitably according to the objective, Room temperature (25 degreeC)-50 degreeC are preferable, and 40 degreeC is more preferable.
There is no restriction | limiting in particular as said drying period, Although it can select suitably according to the objective, 3 days-6 days are preferable and 3 days are more preferable.

<イオン交換工程>
本発明におけるイオン交換工程とは、前記酸化セルロースフィルムを酸に接触させることなく、金属塩水溶液に接触させる工程である。前記イオン交換工程は、例えば、前記ナトリウム型セルロースフィルム(TOCN−Naフィルム)を金属塩水溶液に接触させる工程を含み、必要に応じてその他の工程を含む。
前記酸に接触させる工程とは、例えば、前記ナトリウム型セルロースフィルム(TOCN−Naフィルム)を酸に浸して、表面のセルロースのカルボキシ基のナトリウム塩をプロトンにして、表面のセルロースの6位がカルボキシ基になったプロトン型セルロースフィルム(以下、「H型セルロースフィルム」と称することがある)にする工程のことである。前記イオン交換工程においては、イオン交換の効率の点から、前記酸に接触させる工程を経ることなく、得られた前記ナトリウム型セルロースフィルムを金属塩水溶液に浸す工程を行うことが好ましい。
<Ion exchange process>
The ion exchange step in the present invention is a step of bringing the oxidized cellulose film into contact with an aqueous metal salt solution without contacting with an acid. The ion exchange step includes, for example, a step of bringing the sodium-type cellulose film (TOCN-Na film) into contact with an aqueous metal salt solution, and includes other steps as necessary.
The step of contacting the acid is, for example, by immersing the sodium-type cellulose film (TOCN-Na film) in an acid, using the sodium salt of a carboxy group of cellulose on the surface as a proton, and the 6-position of the cellulose on the surface is carboxy. It is a process of forming a proton type cellulose film (hereinafter sometimes referred to as “H type cellulose film”). In the ion exchange step, from the viewpoint of the efficiency of ion exchange, it is preferable to perform a step of immersing the obtained sodium-type cellulose film in an aqueous metal salt solution without passing through the step of contacting with the acid.

前記金属塩水溶液に含まれる金属の価数は、目的に応じて適宜選択することができるが、2価及び3価のいずれかの価数の金属であることが好ましい。
前記2価及び3価の金属としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、鉄(2価)、アルミニウム、鉄(3価)などが挙げられるが、前記セルロース微細分散体間の結合を強める点から、カルシウム、アルミニウム、及び鉄(3価)が好ましく、カルシウム又はアルミニウムが特に好ましい。
前記金属塩水溶液に含まれる金属塩としては、例えば、金属塩化物、金属硫化物、金属酸化物がなど挙げられるが、安価であること、毒性が低い点から、金属塩化物が好ましい。
The valence of the metal contained in the aqueous metal salt solution can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably a metal having either a divalent or trivalent valence.
Examples of the divalent and trivalent metals include calcium, magnesium, iron (divalent), aluminum, and iron (trivalent). From the viewpoint of strengthening the bond between the cellulose fine dispersions, calcium is used. Aluminum and iron (trivalent) are preferable, and calcium or aluminum is particularly preferable.
Examples of the metal salt contained in the aqueous metal salt solution include metal chlorides, metal sulfides, metal oxides, and the like, and metal chlorides are preferable because they are inexpensive and have low toxicity.

前記ナトリウム型セルロースフィルム(TOCN−Naフィルム)を金属塩水溶液に浸す条件は、目的に応じて適宜選択することができるが、室温(23℃)で、2時間以上浸すことが好ましい。ナトリウム型セルロースフィルムを金属塩水溶液に浸すことで、セルロース表面のナトリウムが金属塩水溶液に含有されている金属に置換される。例えば、前記ナトリウム型セルロースフィルム(TOCN−Naフィルム)を塩化カルシウム水溶液に浸すことにより、カルシウム型セルロースフィルム(以下、「TOCN−Caフィルム」と称することがある)を製造することができる。
前記イオン交換工程後の前記セルロースフィルムは、酸素バリア性を高める点で、セルロース繊維表面のカルボキシ基がすべて金属イオンに置換しているセルロース繊維から形成されることが好ましい。
前記セルロースフィルムの表面が金属に置換されたことは、後述する蛍光X線装置により、ナトリウムイオンの有無を確認することで調べることができる。
前記金属塩水溶液に浸した後のセルロースフィルムは、洗浄して使用することが好ましい。前記洗浄は、例えば、蒸留水で行うことができる。
Conditions for immersing the sodium-type cellulose film (TOCN-Na film) in the metal salt aqueous solution can be appropriately selected according to the purpose, but it is preferable to immerse at room temperature (23 ° C.) for 2 hours or more. By immersing the sodium-type cellulose film in the metal salt aqueous solution, the sodium on the cellulose surface is replaced with the metal contained in the metal salt aqueous solution. For example, a calcium-type cellulose film (hereinafter sometimes referred to as “TOCN-Ca film”) can be produced by immersing the sodium-type cellulose film (TOCN-Na film) in an aqueous calcium chloride solution.
The cellulose film after the ion exchange step is preferably formed from cellulose fibers in which all of the carboxy groups on the surface of the cellulose fibers are substituted with metal ions in terms of enhancing oxygen barrier properties.
The fact that the surface of the cellulose film has been replaced with metal can be examined by confirming the presence or absence of sodium ions with a fluorescent X-ray apparatus described later.
The cellulose film after being immersed in the metal salt aqueous solution is preferably used after being washed. The washing can be performed with distilled water, for example.

本発明における、セルロースフィルムの製造方法は、セルロース繊維表面のカルボキシ基に着目すると、イオン交換(イオン置換)方法とも取れる。   The method for producing a cellulose film in the present invention can be taken as an ion exchange (ion substitution) method when attention is paid to a carboxy group on the surface of cellulose fibers.

本発明のセルロースフィルムは、前記セルロースフィルムの製造方法により好適に製造されたフィルムである。前記セルロースフィルムは、金属置換する前のセルロースフィルム、及び金属置換後のセルロースフィルムのいずれも含む。以下、本発明のセルロースフィルムの物性について述べる。   The cellulose film of the present invention is a film suitably produced by the method for producing a cellulose film. The cellulose film includes both a cellulose film before metal substitution and a cellulose film after metal substitution. Hereinafter, the physical properties of the cellulose film of the present invention will be described.

<平均光透過率>
前記セルロースフィルムの平均光透過率としては、より無色に近いフィルムを提供できる点から、25℃で、70%以上が好ましく、80%以上が更に好ましい。
前記光透過率を測定する手段としては、特に制限はなく、公知の手段を適宜選択することができ、例えば、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製、V−670)などが挙げられる。
前記平均光透過率は、厚み5μm以上50μm以下のセルロースフィルムを、室温(25℃)にて、波長450nm、500nm、600nmの光透過率をそれぞれ10回ずつ測定し、それら総ての光透過率の平均値(30点平均)を表す。前記平均光透過率が70%以上であると、前記セルロースフィルムは、可視光域にわたって無色透明である。
<Average light transmittance>
The average light transmittance of the cellulose film is preferably 70% or more, more preferably 80% or more at 25 ° C., from the viewpoint that a film having a more colorless color can be provided.
There is no restriction | limiting in particular as a means to measure the said light transmittance, A well-known means can be selected suitably, For example, an ultraviolet visible near-infrared spectrophotometer (the JASCO Corporation make, V-670) etc. Can be mentioned.
The average light transmittance was measured for 10 times each of the light transmittance at a wavelength of 450 nm, 500 nm, and 600 nm for a cellulose film having a thickness of 5 μm to 50 μm at room temperature (25 ° C.). The average value (average of 30 points) is expressed. When the average light transmittance is 70% or more, the cellulose film is colorless and transparent over the visible light range.

<酸素透過性>
前記セルロースフィルムの酸素透過性としては、包装フィルムとして用いた場合に内包物の酸化を防止できる点から、23℃、常圧、相対湿度80%の条件下で、フィルムの厚みが5μmから50μm、欠陥がないフィルムで測定した値が、1(mL・μm・m−2・kPa−1・day−1)以下であり、0.2(mL・μm・m−2・kPa−1・day−1)以下が好ましい。
前記酸素透過性を測定する手段としては、特に制限はなく、公知の手段を適宜選択することができ、例えば、酸素透過性測定装置(Modern control社製、OX−TRAN 2/21)を用いて、国際標準化規格ASTM D−3985に基づいて測定する方法などが挙げられる。
前記常圧とは、1,010hPa±50hPaのことを指す。
<Oxygen permeability>
As the oxygen permeability of the cellulose film, the film thickness is 5 μm to 50 μm under the conditions of 23 ° C., normal pressure, and relative humidity 80% from the point that oxidation of inclusions can be prevented when used as a packaging film. The value measured with a film having no defect is 1 (mL · μm · m −2 · kPa −1 · day −1 ) or less, and 0.2 (mL · μm · m −2 · kPa −1 · day − 1 ) The following is preferable.
There is no restriction | limiting in particular as a means to measure the said oxygen permeability, A well-known means can be selected suitably, For example, using an oxygen permeability measuring apparatus (The product made by Modern control, OX-TRAN 2/21). And a method of measuring based on the international standard ASTM D-3985.
The normal pressure refers to 1,010 hPa ± 50 hPa.

<金属置換されたセルロース表面のカルボキシ基の検出>
前記セルロースフィルムの表面のカルボキシ基のナトリウム塩が全てナトリウム以外の金属に置換されたことについては、蛍光X線装置を用いて調べることができる。前記蛍光X線装置は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、堀場製作所製MESA−500を用いて測定することができる。
<Detection of carboxy group on metal-substituted cellulose surface>
The fact that the sodium salt of the carboxy group on the surface of the cellulose film is all substituted with a metal other than sodium can be examined using a fluorescent X-ray apparatus. Although the said fluorescent X-ray apparatus can be suitably selected according to the objective, it can measure using MESA-500 by Horiba, for example.

<H型セルロースフィルムのカルボキシ基の検出>
前記セルロースフィルム表面のカルボキシ基のナトリウム塩が、プロトンに置換されたこと(前記H型セルロースフィルム)については、赤外分光測定により調べることができる。前記赤外分光測定は、フーリエ変換赤外分光(以下、「FT−IR」と表記する)光度計で行われる。前記フーリエ変換赤外分光光度計は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、日本分光株式会社製FT/IR−6100で測定することができる。
前記セルロースフィルムを金属置換する工程において、酸溶液に浸す工程を経てから金属塩化物に浸す工程を経て製造されたH型セルロースフィルムのFT−IRスペクトルには、特徴的なピークとして、1,720cm−1付近に前記H型セルロースフィルムの表面のカルボキシ基由来のピークが観測される。前記セルロースフィルムを金属塩化物水溶液に浸す工程により、前記H型セルロースフィルム表面のカルボキシ基のプロトンが金属イオンに置換されると、前記ピークは出現しない。前記1,720cm−1付近とは、1,720±30cm−1の波長を指す。
前記ピークの有無は、装置付帯のソフトでスムージング処理後のFT−IRスペクトル曲線の、1,720±30cm−1域の二次微分がゼロ又はマイナスであれば、ピークがないものと判断する。
<Detection of carboxy group of H-type cellulose film>
The fact that the sodium salt of the carboxy group on the surface of the cellulose film is replaced with a proton (the H-type cellulose film) can be examined by infrared spectroscopy. The infrared spectroscopic measurement is performed with a Fourier transform infrared spectroscopic (hereinafter referred to as “FT-IR”) photometer. Although the said Fourier-transform infrared spectrophotometer can be suitably selected according to the objective, For example, it can measure by JASCO Corporation FT / IR-6100.
In the FT-IR spectrum of the H-type cellulose film produced through the step of immersing in an acid solution and then the step of immersing in a metal chloride in the step of substituting the cellulose film with metal, the characteristic peak is 1,720 cm. A peak derived from a carboxy group on the surface of the H-type cellulose film is observed in the vicinity of -1 . When the proton of the carboxy group on the surface of the H-type cellulose film is replaced with a metal ion by the step of immersing the cellulose film in a metal chloride aqueous solution, the peak does not appear. The 1,720cm and around -1 refers to a wavelength of 1,720 ± 30 cm -1.
The presence / absence of the peak is determined to be absent when the second derivative in the 1,720 ± 30 cm −1 region of the FT-IR spectrum curve after smoothing processing is zero or minus in the software attached to the apparatus.

<セルロースフィルムの厚み、水分率、密度>
前記セルロースフィルムの厚みとしては、5μm以上50μm以下が好ましい。
前記フィルムの厚みは、フィルムの干渉スペクトルのピーク数と屈折率により求めることができる。その詳細は、「Method. Journal of Sol−Gel Science and Technology 2009年、51巻、215〜221ページ」に記載されている条件を適宜選択する。
前記フィルムの屈折率を測定する手段としては、特に制限はなく、公知の手段を適宜選択することができ、例えば、株式会社アタゴ製のアッベ屈折計(NAR―1T Solid)などが挙げられる。前記フィルムの干渉スペクトルは、紫外可視近赤外分光光度計(例えば、日本分光株式会社製、V−670を用いて測定することができる。
前記セルロースフィルムの水分率は、23℃、50%RHで一日以上調湿したのちのフィルムの水分率のことを指し、前記水分率としては、5質量%以上20質量%以下が好ましい。前記フィルムの水分率の測定方法としては、105℃、3時間の加熱処理前後の重量差の割合から求めることができる。
前記セルロースフィルムの密度としては、1g/cm以上2.0g/cm以下が好ましい。前記密度の算出方法としては、23℃、相対湿度50%での重量を体積で除することで求めることができる。
<Thickness, moisture content, density of cellulose film>
The thickness of the cellulose film is preferably 5 μm or more and 50 μm or less.
The thickness of the film can be obtained from the peak number and refractive index of the interference spectrum of the film. For details, conditions described in “Method. Journal of Sol-Gel Science and Technology 2009, 51, 215-221” are appropriately selected.
There is no restriction | limiting in particular as a means to measure the refractive index of the said film, A well-known means can be selected suitably, For example, the Abbe refractometer (NAR-1T Solid) by an Atago Co., Ltd. etc. is mentioned. The interference spectrum of the film can be measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (for example, V-670 manufactured by JASCO Corporation).
The moisture content of the cellulose film refers to the moisture content of the film after conditioning for one day or more at 23 ° C. and 50% RH, and the moisture content is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less. As a measuring method of the moisture content of the film, it can be determined from the ratio of the weight difference before and after the heat treatment at 105 ° C. for 3 hours.
The density of the cellulose film is preferably 1 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less. The density can be calculated by dividing the weight at 23 ° C. and 50% relative humidity by the volume.

<乾燥引張り機械特性>
前記乾燥セルロースフィルムの前記乾燥引張り機械特性(ヤング率、引張り強度、破断ひずみ、破壊仕事)のうち、ヤング率は、10GPa以上が、引張り強度は150MPa以上が、破断ひずみは2%以上10%以下が好ましい。
前記乾燥セルロースフィルムの引張り試験としては、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、以下の条件で測定できる。23℃、常圧、50%RHの雰囲気下で500Nのロードセルを有する島津製作所製の精密万能試験機(EZ Test)により、幅3mm、長さ3cmの切片に切り出したフィルムを用いて行う。試験条件はスパン長10mm、引張速度1mm・min−1とし、同じフィルムで5回以上測定を行い、3回の測定平均値を算出した値を用いる。
<Dry tensile mechanical properties>
Among the dry tensile mechanical properties (Young's modulus, tensile strength, breaking strain, breaking work) of the dried cellulose film, Young's modulus is 10 GPa or more, tensile strength is 150 MPa or more, and breaking strain is 2% or more and 10% or less. Is preferred.
The tensile test of the dry cellulose film can be appropriately selected depending on the purpose, but can be measured, for example, under the following conditions. Using a film cut into 3 mm wide and 3 cm long sections using a precision universal testing machine (EZ Test) manufactured by Shimadzu Corporation having a load cell of 500 N in an atmosphere of 23 ° C., normal pressure and 50% RH. The test conditions are a span length of 10 mm and a tensile speed of 1 mm · min −1, and the value obtained by measuring five or more times with the same film and calculating an average value of three times is used.

<湿潤引張り機械特性>
前記乾燥セルロースフィルムの前記湿潤引張り機械特性(ヤング率、引張り強度、破断ひずみ、破壊仕事)のうち、ヤング率は0.03GPa以上5GPa以下が、引張り強度は1MPa以上50MPa以下が、破断ひずみは1%以上20%以下が好ましい。
湿潤フィルムの引張試験としては、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、以下の条件で測定できる。TAPPI規格(456 om−87)に従い、蒸留水中で保存した試験片を取り出し、ろ紙で表面水分を除いた後直ちに引張試験に供することにより行うことができる。試験片のサイズは幅3mm、長さ30mmとし、測定のスパン長は10mmとする。湿潤フィルムの厚みは、ソフトタッチマイクロメータ(ミツトヨ株式会社製、CLM1−15QM)を用いて湿潤引張試験を行う直前に測定した値を用いる。
<Wet tensile mechanical properties>
Of the wet tensile mechanical properties (Young's modulus, tensile strength, breaking strain, breaking work) of the dry cellulose film, the Young's modulus is 0.03 GPa to 5 GPa, the tensile strength is 1 MPa to 50 MPa, and the breaking strain is 1. % To 20% is preferable.
The tensile test of the wet film can be appropriately selected according to the purpose, but can be measured, for example, under the following conditions. According to the TAPPI standard (456 om-87), a test piece stored in distilled water can be taken out and subjected to a tensile test immediately after removing surface moisture with filter paper. The size of the test piece is 3 mm in width and 30 mm in length, and the measurement span length is 10 mm. As the thickness of the wet film, a value measured immediately before the wet tensile test is performed using a soft touch micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation, CLM1-15QM) is used.

本発明のセルロースフィルムは、目視で包装する対象物の色、変化の判別ができることが好ましい、食品や医薬品の包装材として好適に用いることができる。   The cellulose film of the present invention can be suitably used as a packaging material for foods and pharmaceuticals, preferably capable of distinguishing the color and change of an object to be packaged visually.

以下に実施例等を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等に何ら限定されるものではない。以下の実施例では、製造会社の記載を特別にしていない試薬は和光純薬株式会社製を用いた。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as a reagent whose manufacturing company was not specified.

(実施例1)
<ナトリウム型セルロースナノファイバー製造工程>
500mLビーカーに、乾燥重量で3g相当分の針葉樹漂白クラフトパルプ(日本製紙株式会社製、α―セルロース含有量約90質量%、粘度平均重合度約1,300)、0.458gの前記TEMPO、及び0.3gの臭化ナトリウムを蒸留水300mLに分散させた後、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1gのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウムの量が10mmolとなるように加えて反応を開始した。反応中は、0.5mol・L−1の水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10に保ち、室温(20℃〜25℃)で撹拌しながら、2.5時間後にエタノールを添加し、反応を停止させた。反応液をろ過し、蒸留水で洗浄して、セルロース繊維を得た。
得られたセルロース繊維(乾燥重量で3g相当分)、3.42gの亜塩素酸ナトリウムをpH4.8の酢酸緩衝液300mLに分散させ、撹拌し反応を開始した。2日間撹拌し、反応液をガラスフィルターでろ過し、蒸留水で洗浄してナトリウム型セルロース繊維(TOC−Na)を得た。
前記ナトリウム型セルロース繊維を、0.1%(w/v)になるように蒸留水に分散させ、7mm径のチップを有する超音波ホモジナイザー(US−300T、日本精機製作所株式会社)による解繊処理を行った。前記解繊処理は25mLの前記TOC−Na分散液に対して、19.5kHz(最大出力300W)の条件により4分間行った。前記解繊処理後の前記TOC−Na分散液を、9,000rpm、15分間の遠心分離により粗大物を除き、ナトリウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Na)分散液を得た。
Example 1
<Sodium-type cellulose nanofiber manufacturing process>
In a 500 mL beaker, 3 g of softwood bleached kraft pulp equivalent to a dry weight (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., α-cellulose content of about 90 mass%, viscosity average degree of polymerization of about 1,300), 0.458 g of TEMPO, and After dispersing 0.3 g of sodium bromide in 300 mL of distilled water, a 13 mass% sodium hypochlorite aqueous solution was added so that the amount of sodium hypochlorite was 10 mmol with respect to 1 g of pulp. The reaction was started. During the reaction, 0.5 mol·L −1 aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to keep the pH at 10, and ethanol was added after 2.5 hours while stirring at room temperature (20 ° C. to 25 ° C.). Was stopped. The reaction solution was filtered and washed with distilled water to obtain cellulose fibers.
The obtained cellulose fiber (corresponding to 3 g by dry weight), 3.42 g of sodium chlorite was dispersed in 300 mL of an acetic acid buffer having a pH of 4.8, and the reaction was started by stirring. The mixture was stirred for 2 days, the reaction solution was filtered through a glass filter, and washed with distilled water to obtain sodium-type cellulose fibers (TOC-Na).
Disentanglement treatment using an ultrasonic homogenizer (US-300T, Nippon Seiki Seisakusyo Co., Ltd.) having a 7 mm diameter tip in which the sodium-type cellulose fiber is dispersed in distilled water to a concentration of 0.1% (w / v). Went. The fibrillation treatment was performed for 4 minutes under the condition of 19.5 kHz (maximum output 300 W) with respect to 25 mL of the TOC-Na dispersion. The TOC-Na dispersion after the defibration treatment was subjected to centrifugation at 9,000 rpm for 15 minutes to remove coarse substances, thereby obtaining a sodium-type cellulose nanofiber (TOCN-Na) dispersion.

<ナトリウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Na)フィルム形成工程>
前記TOCN−Naを0.1%(w/v)になるように水に分散させ、前記0.1%(w/v)TOCN−Na水分散液30mLをポリスチレン製シャーレに注ぎ、40℃、3日間、オーブンにて乾燥させ、ナトリウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Na)フィルムを得た。
<Sodium-type cellulose nanofiber (TOCN-Na) film formation step>
The TOCN-Na was dispersed in water so as to be 0.1% (w / v), and 30 mL of the 0.1% (w / v) TOCN-Na aqueous dispersion was poured into a petri dish made of polystyrene, It was dried in an oven for 3 days to obtain a sodium-type cellulose nanofiber (TOCN-Na) film.

<カルシウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Ca)フィルムの作製>
前記ナトリウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Na)フィルムを、0.1mol・L−1塩化カルシウム水溶液に2時間浸し、蒸留水で洗浄し、23℃、50%RHの恒温室で1日乾燥させてカルシウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Ca)フィルムを得た。
<Preparation of calcium-type cellulose nanofiber (TOCN-Ca) film>
The sodium-type cellulose nanofiber (TOCN-Na) film is immersed in a 0.1 mol·L −1 calcium chloride aqueous solution for 2 hours, washed with distilled water, and dried in a thermostatic chamber at 23 ° C. and 50% RH for one day. A calcium-type cellulose nanofiber (TOCN-Ca) film was obtained.

<酸素透過性>
前記TOCN−Caフィルムの酸素透過性は、酸素透過性測定装置(Modern control社製、OX−TRAN 2/21)を用いて、ASTM D−3985に準拠して測定した。結果を図1に示す。前記TOCN−Caフィルムの80%RHにおける酸素透過性は、0.08(mL・μm・m−2・kPa−1・day−1)だった。
<Oxygen permeability>
The oxygen permeability of the TOCN-Ca film was measured according to ASTM D-3985 using an oxygen permeability measuring device (manufactured by Modern control, OX-TRAN 2/21). The results are shown in FIG. The oxygen permeability at 80% RH of the TOCN-Ca film was 0.08 (mL · μm · m −2 · kPa −1 · day −1 ).

<光透過率>
前記TOCN−Caフィルムの光透過率を、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製、V−670)を用いて測定した結果を図2に示す。前記TOCN−Caフィルムの450nmの光透過率を10回測定した平均光透過率は83.3%、500nmの光透過率を10回測定した平均光透過率は83.7%、600nmの光透過率を10回測定した平均光透過率は84.4%であり、前記総ての平均光透過率(30点平均)は83.8%であった。
<Light transmittance>
The result of having measured the light transmittance of the said TOCN-Ca film using the ultraviolet visible near-infrared spectrophotometer (The JASCO Corporation make, V-670) is shown in FIG. The TOCN-Ca film has an average light transmittance of 103.3 times measured at 450 nm and an optical transmittance of 83.7% measured at 10 times of 500 nm. The light transmittance at 600 nm is 600 nm. The average light transmittance measured 10 times was 84.4%, and all the average light transmittances (30 point average) were 83.8%.

<赤外(IR)吸収スペクトル>
前記TOCN−CaフィルムのIRスペクトルを、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光株式会社製、FT/IR−6100)を用いて測定し、装置付帯のソフトで解析した結果を図3に示す。前記TOCN−CaフィルムのIRスペクトルには、カルボキシ基の吸収ピークである1,720cm−1付近にはピークを示さなかった。
<Infrared (IR) absorption spectrum>
The IR spectrum of the TOCN-Ca film was measured using a Fourier transform infrared spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, FT / IR-6100), and the result of analysis with software attached to the apparatus is shown in FIG. The IR spectrum of the TOCN-Ca film showed no peak in the vicinity of 1,720 cm −1, which is the absorption peak of the carboxy group.

前記TOCN−Caフィルムの厚み、密度、乾燥フィルムの物性(水分率、ヤング率、引張り強度、破断ひずみ、破壊仕事)、及び湿潤処理を行った後の湿潤フィルムの物性(水分率、ヤング率、引張り強度、破断ひずみ、破壊仕事)を表1に記載した。   Thickness and density of the TOCN-Ca film, physical properties of the dried film (water content, Young's modulus, tensile strength, breaking strain, fracture work), and physical properties of the wet film after the wet treatment (water content, Young's modulus, Table 1 shows the tensile strength, breaking strain, and fracture work.

(実施例2)
<アルミニウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Al)フィルムの作製>
前記実施例1のカルシウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Na)フィルムを作製する工程において、0.1M塩化カルシウム水溶液を、0.1M塩化アルミニウム水溶液に変えた以外は、実施例1と同じように作製し、アルミニウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Al)フィルムを得た。得られたアルミニウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Al)フィルムについては、実施例1と同様の測定を行い、結果を表1及び図1〜図3に示した。
(Example 2)
<Preparation of Aluminum Type Cellulose Nanofiber (TOCN-Al) Film>
Produced in the same manner as in Example 1 except that the 0.1M calcium chloride aqueous solution was changed to a 0.1M aluminum chloride aqueous solution in the step of producing the calcium-type cellulose nanofiber (TOCN-Na) film of Example 1. Then, an aluminum type cellulose nanofiber (TOCN-Al) film was obtained. About the obtained aluminum type cellulose nanofiber (TOCN-Al) film, the same measurement as Example 1 was performed and the result was shown in Table 1 and FIGS. 1-3.

(比較例1)
<イオン交換工程なしのセルロースフィルム>
前記実施例1のナトリウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Na)フィルムを用いて、実施例1と同様の測定を行い、結果を表1及び図1〜図3に示した。
(Comparative Example 1)
<Cellulose film without ion exchange process>
Using the sodium-type cellulose nanofiber (TOCN-Na) film of Example 1, the same measurement as in Example 1 was performed, and the results are shown in Table 1 and FIGS.

(比較例2)
<酸処理を経てカルシウム置換したカルシウム型セルロースナノファイバー(H型TOCN−Ca)フィルムの作製>
前記実施例1のカルシウム型セルロースナノファイバー(TOCN−Na)フィルムを作製する工程において、0.1M塩化カルシウム水溶液に2時間浸す工程を、0.01Mの塩酸に30分間浸し、水で洗浄した後に0.1M塩化カルシウム水溶液に2時間浸し、水で洗浄する工程に換え、酸処理後にイオン交換させたカルシウム型セルロースナノファイバーフィルム(H型TOCN−Caフィルム)を得た。得られたH型TOCN−Caフィルムを、実施例1と同様の測定を行い、結果を表1及び図1〜図3に示した。
(Comparative Example 2)
<Preparation of calcium type cellulose nanofiber (H type TOCN-Ca) film substituted with calcium through acid treatment>
In the step of preparing the calcium-type cellulose nanofiber (TOCN-Na) film of Example 1, the step of immersing in a 0.1 M aqueous solution of calcium chloride for 2 hours was immersed in 0.01 M hydrochloric acid for 30 minutes and washed with water. A calcium-type cellulose nanofiber film (H-type TOCN-Ca film) ion-exchanged after acid treatment was obtained instead of a step of immersing in a 0.1 M calcium chloride aqueous solution for 2 hours and washing with water. The obtained H-type TOCN-Ca film was measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 and FIGS.

−*は、水に浸すとゲル化したため、測定不能であったことを表す。 -* Indicates that measurement was impossible because gelation occurred when immersed in water.

前記実施例1及び2の結果から、セルロースフィルムの表面金属をカルシウム又はアルミニウムに置換したフィルムは、透明かつ高い酸素バリア性を示した。また、比較例2の結果から、セルロースフィルムを酸に浸して、表面のカルボキシナトリウムをカルボキシ基に戻す工程を経てから、カルボキシ基のプロトンをカルシウムに置換するイオン交換方法では、100%イオン交換することができず、カルボキシ基が残り、かつ、酸素バリア性が低かった。以上の結果から、本発明の方法により、高湿度環境下で透明かつ酸素バリア性の高いセルロースフィルムを得ることが可能であることが示された。   From the results of Examples 1 and 2, the film in which the surface metal of the cellulose film was replaced with calcium or aluminum showed a transparent and high oxygen barrier property. Further, from the result of Comparative Example 2, the ion exchange method in which the cellulose film is immersed in an acid and the surface carboxy sodium is returned to the carboxy group and then the proton of the carboxy group is replaced with calcium is ion-exchanged 100%. The carboxy group remained and the oxygen barrier property was low. From the above results, it was shown that a cellulose film having a high transparency and a high oxygen barrier property under a high humidity environment can be obtained by the method of the present invention.

本発明の態様としては、例えば、以下のものなどが挙げられる。
<1> 少なくとも一部のカルボキシ基が金属で置換されたセルロースフィルムであって、酸素透過性が1(mL・μm・m−2・kPa−1・day−1)以下であることを特徴とするセルロースフィルムである。
<2> 波長450nm〜650nmの光の平均光透過率が60%以上である請求項1に記載のセルロースフィルムである。
<3> 赤外分光法(IR)で得られたスペクトルにおいて、1,720cm−1付近にピークを有さない前記<1>から<2>のいずれかに記載のセルロースフィルムである。
<4> セルロースを酸化して酸化セルロースにする工程と、前記酸化セルロースを基体上に配して乾燥させて、酸化セルロースフィルムを作製する工程と、前記酸化セルロースフィルムを金属塩水溶液に接触させる工程と、を含むこと特徴とするセルロースフィルムの製造方法である。
<5> 前記金属塩の金属が、2価及び3価のいずれかである前記<4>に記載のセルロースフィルムの製造方法である。
<6> 前記金属塩水溶液が、金属塩化物水溶液である前記<4>から<5>のいずれかに記載のセルロースフィルムの製造方法である。
<7> セルロースフィルムにおけるカルボキシ基がイオン置換されたフィルムの製造方法であって、前記<4>から<6>のいずれかに記載のセルロースフィルムの製造方法を含むことを特徴とするセルロースフィルムの製造方法である。
<8> セルロースが、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(TEMPO)を用いて酸化させて得られた酸化セルロースである前記<7>に記載のセルロースフィルムの製造方法である。
Examples of the aspect of the present invention include the following.
<1> A cellulose film in which at least a part of the carboxy groups are substituted with a metal, wherein oxygen permeability is 1 (mL · μm · m −2 · kPa −1 · day −1 ) or less. It is a cellulose film.
<2> The cellulose film according to claim 1, wherein an average light transmittance of light having a wavelength of 450 nm to 650 nm is 60% or more.
<3> The cellulose film according to any one of <1> and <2>, wherein the spectrum obtained by infrared spectroscopy (IR) does not have a peak in the vicinity of 1,720 cm −1 .
<4> Oxidizing cellulose to make oxidized cellulose, placing the oxidized cellulose on a substrate and drying to produce an oxidized cellulose film, and contacting the oxidized cellulose film with a metal salt aqueous solution And a method for producing a cellulose film.
<5> The method for producing a cellulose film according to <4>, wherein the metal of the metal salt is either divalent or trivalent.
<6> The method for producing a cellulose film according to any one of <4> to <5>, wherein the metal salt aqueous solution is a metal chloride aqueous solution.
<7> A method for producing a film in which a carboxyl group in a cellulose film is ion-substituted, comprising the method for producing a cellulose film according to any one of <4> to <6>. It is a manufacturing method.
<8> The method for producing a cellulose film according to <7>, wherein the cellulose is oxidized cellulose obtained by oxidation using 2,2,6,6-tetramethylpiperidine (TEMPO).

Claims (8)

カルボキシ基のプロトンの20%以上がナトリウムに置換されたナトリウム型酸化セルロースの少なくとも一部のカルボキシ基がナトリウム以外の金属で置換されたセルロースフィルムであって、
酸素透過性が1(mL・μm・m−2・kPa−1・day−1)以下であることを特徴とするセルロースフィルム。
A cellulose film in which at least a part of carboxy groups of sodium-type oxidized cellulose in which 20% or more of protons of carboxy groups are replaced with sodium, are replaced with a metal other than sodium ,
Cellulose film, wherein the oxygen permeability is less than 1 (mL · μm · m -2 · kPa -1 · day -1).
波長450nm〜650nmの光の平均光透過率が60%以上である請求項1に記載のセルロースフィルム。   The cellulose film according to claim 1, wherein an average light transmittance of light having a wavelength of 450 nm to 650 nm is 60% or more. 赤外分光法(IR)で得られたスペクトルにおいて、1,720cm−1付近にピークを有さない請求項1から2のいずれかに記載のセルロースフィルム。 The cellulose film according to claim 1, which has no peak in the vicinity of 1,720 cm −1 in a spectrum obtained by infrared spectroscopy (IR). セルロースを酸化して酸化セルロースにする工程と、
前記酸化セルロースを亜塩素酸ナトリウムにより更に酸化して、カルボキシ基のプロトンの20%以上がナトリウムに置換されたナトリウム型酸化セルロースを得る工程と、
前記ナトリウム型酸化セルロースを基体上に配して乾燥させて、ナトリウム型酸化セルロースフィルムを作製する工程と、
前記ナトリウム型酸化セルロースフィルムを酸に接触させることなく、ナトリウム以外の金属塩水溶液に接触させ、前記ナトリウムを前記ナトリウム以外の金属塩水溶液に含有されている金属に置換する工程と、を含むこと特徴とするセルロースフィルムの製造方法。
A process of oxidizing cellulose to oxidized cellulose;
Further oxidizing the oxidized cellulose with sodium chlorite to obtain sodium-type oxidized cellulose in which 20% or more of protons of the carboxy group are substituted with sodium;
Disposing the sodium-type oxidized cellulose on a substrate and drying to produce a sodium-type oxidized cellulose film;
Without contacting the acid the sodium form oxidized cellulose film, comprise contacting a metal salt solution other than sodium, the steps you replacing the sodium metal contained in the metal salt aqueous solution other than said sodium, the A method for producing a cellulose film.
前記金属塩の金属が、2価及び3価のいずれかである請求項4に記載のセルロースフィルムの製造方法。   The method for producing a cellulose film according to claim 4, wherein the metal of the metal salt is divalent or trivalent. 前記金属塩水溶液が、金属塩化物水溶液である請求項4から5のいずれかに記載のセルロースフィルムの製造方法。   The method for producing a cellulose film according to claim 4, wherein the metal salt aqueous solution is a metal chloride aqueous solution. セルロースフィルムにおけるカルボキシ基がイオン置換されたフィルムの製造方法であって、
請求項4から6のいずれかに記載のセルロースフィルムの製造方法を含むことを特徴とするセルロースフィルムの製造方法。
A method for producing a film in which a carboxyl group in a cellulose film is ion-substituted,
The manufacturing method of the cellulose film characterized by including the manufacturing method of the cellulose film in any one of Claim 4 to 6.
セルロースが、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン(TEMPO)を用いて酸化させて得られた酸化セルロースである請求項7に記載のセルロースフィルムの製造方法。   The method for producing a cellulose film according to claim 7, wherein the cellulose is oxidized cellulose obtained by oxidation using 2,2,6,6-tetramethylpiperidine (TEMPO).
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