JP6686989B2 - Fibrous cellulose-containing composition and paint - Google Patents
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Description
本発明は、繊維状セルロース含有組成物及び塗料に関する。 The present invention relates to a fibrous cellulose-containing composition and a paint.
近年、石油資源の代替及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、繊維径が10〜50μm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。 In recent years, materials that use reproducible natural fibers have been attracting attention due to the substitution of petroleum resources and increasing environmental awareness. Among natural fibers, fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 to 50 μm, in particular, fibrous cellulose (pulp) derived from wood has been widely used as paper products until now.
繊維状セルロースとしては、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。例えば、微細繊維状セルロースを含むシートや樹脂複合体、増粘剤の開発が進められている。 As the fibrous cellulose, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is also known. Fine fibrous cellulose has been attracting attention as a new material, and its uses are diverse. For example, the development of sheets, resin composites, and thickeners containing fine fibrous cellulose is in progress.
また、繊維状セルロースを塗料に適用することが検討されている。特許文献1には、数平均繊維径が2nm以上500nm以下のセルロース繊維と、水系樹脂と、着色剤とを含有する水系塗料組成物が記載されている。 Also, application of fibrous cellulose to paints has been studied. Patent Document 1 describes an aqueous coating composition containing a cellulose fiber having a number average fiber diameter of 2 nm or more and 500 nm or less, an aqueous resin, and a colorant.
本発明者らは、塗料の増粘剤として微細繊維状セルロースを使用することを検討してきた。しかしながら、微細繊維状セルロースを塗料に含有させた場合、塗料の塗工性に改善の余地があることが分かった。本発明は、塗工性が改善された繊維状セルロース含有組成物及び塗料を提供することを解決すべき課題とする。 The inventors have investigated the use of fine fibrous cellulose as a thickening agent for paints. However, it has been found that when the fine fibrous cellulose is contained in the paint, there is room for improvement in the coatability of the paint. It is an object of the present invention to provide a fibrous cellulose-containing composition and a paint having improved coatability.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、イオン性基を有し、所定の酸価又はアミン価を有する顔料分散剤を添加することにより、繊維状セルロース含有組成物の塗工性を改善できることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成したものである。
本発明は以下の構成を有する。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have a fibrous cellulose-containing composition having an ionic group and adding a pigment dispersant having a predetermined acid value or amine value. It has been found that the coating properties of can be improved. The present invention has been completed based on these findings.
The present invention has the following configurations.
[1] 繊維幅が1000nm以下である繊維状セルロースと、イオン性基を有する顔料分散剤とを含む、繊維状セルロース含有組成物であって、前記顔料分散剤の酸価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下であるか、又は前記顔料分散剤のアミン価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下である、繊維状セルロース含有組成物。
[2] 前記顔料分散剤がアルキロールアンモニウム塩又は(メタ)アクリレート樹脂・カリウム塩である[1]に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[3] 前記顔料分散剤の重量平均分子量が1,000以上100,000以下である[1]又は[2]に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[4] 以下の条件により得た塗膜の表面粗さRaが0.20μm以下である[1]〜[3]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
(条件)
前記繊維状セルロース含有組成物と、前記繊維状セルロース1質量部に対してアクリル樹脂156質量部と、前記繊維状セルロース1質量部に対してポリイソシアネート44質量部と、を混ぜて得られた塗布液を、アプリケーターを用いて30μm厚となるように平滑なポリエチレンテレフタレート板上に塗工し塗工後すぐに80℃で30分間乾燥させる。
[5] 前記繊維状セルロースと前記顔料分散剤と水との合計量が、組成物全体に対して90質量%以上である[1]〜[4]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[6] 前記顔料分散剤の含有量が、繊維状セルロース100質量部に対して10質量部以上である[1]〜[5]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[7] 前記繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%として23℃及び回転数3rpmの条件で測定した粘度が40,000mPa・s以下である[1]〜[6]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[8] 繊維状セルロースを分散液とし、当該分散液について下記条件で分離した上澄みを回収したときの上澄み収率が80質量%以上となる[1]〜[7]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
(条件)
繊維状セルロースの分散液を固形分濃度0.2質量%に調整し、冷却高速遠心分離機を用い、12000G、10分の条件で遠心分離する。得られた上澄み液を回収し、上澄み液の固形分濃度を測定した。下記式に基づいて、繊維状セルロースの収率を求める。
上澄み収率(%)=上澄みの固形分濃度(%)/0.2×100
[9] 以下の条件により得た塗膜のヤング率が0.7GPa以上である[1]
〜[8]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
(条件)
前記繊維状セルロース含有組成物と、前記繊維状セルロース1質量部に対してアクリル樹脂156質量部と、前記繊維状セルロース1質量部に対してポリイソシアネート44質量部と、を混ぜて得られた塗布液を、アプリケーターを用いて30μm厚となるように平滑なポリプロピレン板上に塗工し塗工後すぐに80℃で30分間乾燥させる。
[10] 酵素をさらに含む[1]〜[9]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[11] 塗料において使用するための[1]〜[10]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[12] 増粘剤において使用するための[1]〜[10]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物。
[13] [1]〜[12]のいずれか1に記載の繊維状セルロース含有組成物を含む塗料。
[14] 繊維幅が1000nm以下である繊維状セルロースと、イオン性基を有する顔料分散剤とを組み合わせた、繊維状セルロース含有組成物用キット。
[1] A fibrous cellulose-containing composition comprising fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and a pigment dispersant having an ionic group, wherein the pigment dispersant has an acid value of 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH. / G or less, or the amine value of the pigment dispersant is 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH / g or less, a fibrous cellulose-containing composition.
[2] The fibrous cellulose-containing composition according to [1], wherein the pigment dispersant is an alkylol ammonium salt or a (meth) acrylate resin / potassium salt.
[3] The fibrous cellulose-containing composition according to [1] or [2], wherein the pigment dispersant has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less.
[4] The fibrous cellulose-containing composition according to any one of [1] to [3], wherein the coating film obtained under the following conditions has a surface roughness Ra of 0.20 μm or less.
(conditions)
Application obtained by mixing the fibrous cellulose-containing composition, 156 parts by mass of an acrylic resin with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose, and 44 parts by mass of polyisocyanate with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose. The liquid is applied onto a smooth polyethylene terephthalate plate using an applicator so as to have a thickness of 30 μm, and immediately after application, it is dried at 80 ° C. for 30 minutes.
[5] The fibrous cellulose according to any one of [1] to [4], wherein the total amount of the fibrous cellulose, the pigment dispersant, and water is 90% by mass or more based on the entire composition. Composition.
[6] The fibrous cellulose-containing composition according to any one of [1] to [5], wherein the content of the pigment dispersant is 10 parts by mass or more based on 100 parts by mass of fibrous cellulose.
[7] Any one of [1] to [6] having a viscosity of 40,000 mPa · s or less measured at 23 ° C. and a rotation speed of 3 rpm with the solid content concentration of the fibrous cellulose being 0.4% by mass. The fibrous cellulose-containing composition according to.
[8] The fibrous cellulose is used as a dispersion liquid, and the supernatant yield when the supernatant liquid separated from the dispersion liquid under the following conditions is collected is 80% by mass or more. [1] to [7] Fibrous cellulose-containing composition.
(conditions)
The dispersion liquid of fibrous cellulose is adjusted to a solid content concentration of 0.2% by mass, and centrifuged using a cooling high-speed centrifuge under the conditions of 12000 G and 10 minutes. The obtained supernatant was collected and the solid content concentration of the supernatant was measured. The yield of fibrous cellulose is calculated based on the following formula.
Supernatant yield (%) = supernatant solid content concentration (%) / 0.2 × 100
[9] The Young's modulus of the coating film obtained under the following conditions is 0.7 GPa or more [1]
~ The fibrous cellulose-containing composition according to any one of [8].
(conditions)
Application obtained by mixing the fibrous cellulose-containing composition, 156 parts by mass of an acrylic resin with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose, and 44 parts by mass of polyisocyanate with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose. The solution is coated on a smooth polypropylene plate with an applicator so as to have a thickness of 30 μm, and immediately after coating, it is dried at 80 ° C. for 30 minutes.
[10] The fibrous cellulose-containing composition according to any one of [1] to [9], which further contains an enzyme.
[11] The fibrous cellulose-containing composition according to any one of [1] to [10] for use in a paint.
[12] The fibrous cellulose-containing composition according to any one of [1] to [10] for use in a thickener.
[13] A coating material containing the fibrous cellulose-containing composition according to any one of [1] to [12].
[14] A kit for a composition containing a fibrous cellulose, which is a combination of a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and a pigment dispersant having an ionic group.
本発明によれば、塗工性が改善された繊維状セルロース含有組成物及び塗料を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fibrous cellulose-containing composition and a paint having improved coatability.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
本発明の繊維状セルロース含有組成物は、繊維幅が1000nm以下である繊維状セルロース(「微細繊維状セルロース」ということがある)と、イオン性基を有する顔料分散剤(「特定成分」ということがある)とを含有する。 The fibrous cellulose-containing composition of the present invention comprises a fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less (sometimes referred to as “fine fibrous cellulose”) and a pigment dispersant having an ionic group (referred to as “specific component”). There are) and.
(繊維状セルロース)
本発明の繊維状セルロース含有組成物は、微細繊維状セルロースを含む。微細繊維状セルロースは、イオン性置換基を有する繊維であることが好ましく、この場合イオン性置換基は、アニオン性置換基(以下、アニオン基ともいう)であることが好ましい。アニオン基としては、例えば、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基(単にリン酸基ということもある)、カルボキシル基又はカルボキシル基に由来する置換基(単にカルボキシル基ということもある)、及び、スルホン基又はスルホン基に由来する置換基(単にスルホン基ということもある)から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リン酸基及びカルボキシル基から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リン酸基であることが特に好ましい。
(Fibrous cellulose)
The fibrous cellulose-containing composition of the present invention contains fine fibrous cellulose. The fine fibrous cellulose is preferably a fiber having an ionic substituent, and in this case, the ionic substituent is preferably an anionic substituent (hereinafter, also referred to as an anion group). As the anion group, for example, a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group (sometimes simply referred to as a phosphoric acid group), a carboxyl group or a substituent derived from a carboxyl group (may be simply referred to as a carboxyl group), And at least one selected from a sulfone group or a substituent derived from a sulfone group (sometimes simply referred to as a sulfone group), and at least one selected from a phosphoric acid group and a carboxyl group Is more preferable, and a phosphoric acid group is particularly preferable.
微細繊維状セルロースを得るための繊維状セルロース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、木材パルプ、非木材パルプ、脱墨パルプを挙げることができる。木材パルプとしては例えば、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)、酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ等が挙げられる。また、セミケミカルパルプ(SCP)、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)、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が、特に限定されない。非木材パルプとしてはコットンリンターやコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら、バガス等の非木材系パルプ、ホヤや海草等から単離されるセルロース、キチン、キトサン等が挙げられるが、特に限定されない。脱墨パルプとしては古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられるが、特に限定されない。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、入手のしやすさという点で、セルロースを含む木材パルプ、脱墨パルプが好ましい。木材パルプの中でも化学パルプはセルロース比率が大きいため、繊維微細化(解繊)時の微細繊維状セルロースの収率が高く、また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点で好ましい。中でもクラフトパルプ、サルファイトパルプが最も好ましく選択される。軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを含有するシートは高強度が得られる傾向がある。 The fibrous cellulose raw material for obtaining the fine fibrous cellulose is not particularly limited, but pulp is preferably used because it is easily available and inexpensive. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of the wood pulp include hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP), oxygen bleaching kraft. Examples include chemical pulp such as pulp (OKP). In addition, semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemi-ground wood pulp (CGP), mechanical pulp such as ground wood pulp (GP), thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. are mentioned, but not particularly limited. Examples of the non-wood pulp include cotton-based pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood-based pulp such as hemp, straw and bagasse, cellulose isolated from ascidian and seaweed, chitin, chitosan and the like, but are not particularly limited. . Examples of the deinked pulp include deinked pulp made from waste paper, but are not particularly limited. The pulp of this embodiment may be used alone or as a mixture of two or more kinds. Among the above pulps, wood pulp containing cellulose and deinked pulp are preferable from the viewpoint of easy availability. Among the wood pulp, the chemical pulp has a high cellulose ratio, so the yield of fine fibrous cellulose at the time of fiber refining (defibration) is high, and the decomposition of cellulose in the pulp is small, and the fine fiber of long fibers with a large axial ratio is used. It is preferable in that fibrous cellulose can be obtained. Among these, kraft pulp and sulfite pulp are most preferably selected. A sheet containing long-fiber fine fibrous cellulose having a large axial ratio tends to have high strength.
微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、電子顕微鏡で観察して、1000nm以下である。平均繊維幅は、好ましくは2nm以上1000nm以下、より好ましくは2nm以上1000nm未満、より好ましくは2nm以上100nm以下であり、より好ましくは2nm以上50nm以下であり、さらに好ましくは2nm以上10nm以下であるが、特に限定されない。微細繊維状セルロースの平均繊維幅が2nm未満であると、セルロース分子として水に溶解しているため、微細繊維状セルロースとしての物性(強度や剛性、寸法安定性)が発現しにくくなる傾向がある。なお、微細繊維状セルロースは、たとえば繊維幅が1000nm以下である単繊維状のセルロースである。 The average fiber width of the fine fibrous cellulose is 1000 nm or less as observed by an electron microscope. The average fiber width is preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and less than 1000 nm, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and further preferably 2 nm or more and 10 nm or less. It is not particularly limited. If the average fiber width of the fine fibrous cellulose is less than 2 nm, the fine fibrous cellulose is dissolved in water as a cellulose molecule, so that the physical properties (strength, rigidity, dimensional stability) of the fine fibrous cellulose tend to be difficult to develop. . The fine fibrous cellulose is, for example, a single fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less.
微細繊維状セルロースの電子顕微鏡観察による繊維幅の測定は以下のようにして行う。濃度0.05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SEM像を観察してもよい。構成する繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000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。但し、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。 The measurement of the fiber width of the fine fibrous cellulose by observation with an electron microscope is performed as follows. An aqueous suspension of fine fibrous cellulose having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less was prepared, and the suspension was cast on a hydrophilized carbon film-covered grid to obtain a TEM observation sample. To do. When a wide fiber is included, an SEM image of the surface cast on glass may be observed. Observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10,000 times, or 50,000 times depending on the width of the constituent fibers. However, the sample, observation conditions and magnification are adjusted so as to satisfy the following conditions.
(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) One straight line X is drawn at an arbitrary position in the observed image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y perpendicular to the straight line is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交錯する繊維の幅を目視で読み取る。こうして少なくとも重なっていない表面部分の画像を3組以上観察し、各々の画像に対して、直線X、直線Yと交錯する繊維の幅を読み取る。このように少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。微細繊維状セルロースの平均繊維幅(単に、「繊維幅」ということもある。)はこのように読み取った繊維幅の平均値である。 The width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is visually read from the observed image satisfying the above conditions. In this way, three or more sets of images of the surface portion that do not at least overlap are observed, and the width of the fiber intersecting the straight line X and the straight line Y is read for each image. In this way, the fiber width of at least 20 fibers × 2 × 3 = 120 fibers is read. The average fiber width of the fine fibrous cellulose (simply referred to as “fiber width”) is the average value of the fiber width read in this way.
微細繊維状セルロースの繊維長は特に限定されないが、0.1μm以上1000μm以下が好ましく、0.1μm以上800μm以下がさらに好ましく、0.1μm以上600μm以下が特に好ましい。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、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ができる。なお、微細繊維状セルロースの繊維長は、TEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、とくに限定されないが、たとえば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000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、微細繊維含有シートを形成しやすい、また、溶媒分散体を作製した際に十分な増粘性が得られやすい。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。
The fiber length of the fine fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and particularly preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. By setting the fiber length within the above range, it is possible to suppress the destruction of the crystalline region of the fine fibrous cellulose, and the slurry viscosity of the fine fibrous cellulose can be set to an appropriate range. The fiber length of the fine fibrous cellulose can be determined by image analysis using TEM, SEM, or AFM.
The axial ratio (fiber length / fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 20 or more and 10000 or less, and more preferably 50 or more and 1000 or less. By setting the axial ratio to the above lower limit or more, it is easy to form a fine fiber-containing sheet, and it is easy to obtain sufficient viscosity increase when a solvent dispersion is prepared. It is preferable that the axial ratio is not more than the above upper limit because handling such as dilution becomes easy when handling fibrous cellulose as an aqueous dispersion.
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型結晶構造をとっていることは、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。 The fine fibrous cellulose preferably has a type I crystal structure. Here, the fact that the fine fibrous cellulose has the I-type crystal structure can be identified in the diffraction profile obtained from the wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ = 1.5418Å) monochromated with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions near 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and around 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less.
微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は30%以上であることが好ましく、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは50%以上である。この場合、耐熱性と低線熱膨張率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)。 The proportion of the I-type crystal structure in the fine fibrous cellulose is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, still more preferably 50% or more. In this case, more excellent performance can be expected in terms of heat resistance and low linear thermal expansion coefficient. The crystallinity is determined by measuring the X-ray diffraction profile and using the pattern in a conventional manner (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, page 786, 1959).
微細繊維状セルロースは、リン酸基又はリン酸基由来の置換基を有することが好ましい。リン酸基はリン酸からヒドロキシル基を取り除いたものにあたる、2価の官能基である。具体的には−PO3H2で表される基である。リン酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮重合した基、リン酸基の塩、リン酸エステル基などの置換基が含まれ、イオン性置換基であっても、非イオン性置換基であってもよい。 The fine fibrous cellulose preferably has a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group. The phosphoric acid group is a divalent functional group corresponding to phosphoric acid from which a hydroxyl group has been removed. Specifically, it is a group represented by —PO 3 H 2 . Substituents derived from phosphoric acid groups include substituents such as groups in which a phosphoric acid group has been polycondensed, salts of phosphoric acid groups, and phosphoric acid ester groups. It may be a group.
本発明では、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基は、下記式(1)で表される置換基であってもよい。
式(1)中、a、b、m及びnはそれぞれ独立に整数を表す(ただし、a=b×mである);α及びα’はそれぞれ独立にR又はORを表す。Rは、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、芳香族基、又はこれらの誘導基である;β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。 In the formula (1), a, b, m and n each independently represent an integer (provided that a = b × m); α and α ′ each independently represent R or OR. 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 aromatic group, or a derivative group thereof; β is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance.
<リン酸基の導入>
リン酸基の導入は、セルロースを含む繊維原料に対し、リン酸基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種(以下、「リン酸化試薬」又は「化合物A」という)を反応させることにより行うことができる。このようなリン酸化試薬は、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料に粉末や水溶液の状態で混合してもよい。また別の例としては、繊維原料のスラリーにリン酸化試薬の粉末や水溶液を添加してもよい。
<Introduction of phosphate group>
The phosphoric acid group is introduced by reacting a cellulose-containing fiber raw material with at least one selected from a compound having a phosphoric acid group and a salt thereof (hereinafter, referred to as "phosphorylation reagent" or "compound A"). Can be done by. Such a phosphorylating reagent may be mixed with the fiber raw material in a dry state or a wet state in the state of powder or aqueous solution. As another example, powder of phosphorylation reagent or aqueous solution may be added to the slurry of fiber raw material.
リン酸基の導入は、セルロースを含む繊維原料に対し、リン酸基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種(リン酸化試薬又は化合物A)を反応させることにより行うことができる。なお、この反応は、尿素及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」という)の存在下で行ってもよい。 The introduction of the phosphoric acid group can be carried out by reacting the cellulose-containing fiber raw material with at least one compound (phosphorylation reagent or compound A) selected from a compound having a phosphoric acid group and a salt thereof. This reaction may be carried out in the presence of at least one kind selected from urea and its derivatives (hereinafter referred to as “compound B”).
化合物Aを化合物B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の繊維原料に化合物A及び化合物Bの粉末や水溶液を混合する方法が挙げられる。また別の例としては、繊維原料のスラリーに化合物A及び化合物Bの粉末や水溶液を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、乾燥状態の繊維原料に化合物A及び化合物Bの水溶液を添加する方法、または湿潤状態の繊維原料に化合物A及び化合物Bの粉末や水溶液を添加する方法が好ましい。また、化合物Aと化合物Bは同時に添加してもよいし、別々に添加してもよい。また、初めに反応に供試する化合物Aと化合物Bを水溶液として添加して、圧搾により余剰の薬液を除いてもよい。繊維原料の形態は綿状や薄いシート状であることが好ましいが、特に限定されない。 As an example of a method of allowing the compound A to act on the fiber raw material in the coexistence of the compound B, there is a method of mixing the powder or the aqueous solution of the compound A and the compound B with the fiber raw material in a dry state or a wet state. Another example is a method of adding powders or aqueous solutions of compound A and compound B to a slurry of fiber raw material. Among these, since the reaction is highly uniform, a method of adding an aqueous solution of compound A and compound B to a fiber material in a dry state, or a powder or an aqueous solution of compound A and compound B to a fiber material in a wet state is added. The method is preferred. Further, the compound A and the compound B may be added simultaneously or separately. Alternatively, the compound A and the compound B to be tested in the reaction may be added as an aqueous solution first, and the excess chemical solution may be removed by pressing. The form of the fiber raw material is preferably cotton or a thin sheet, but is not particularly limited.
本実施態様で使用する化合物Aは、リン酸基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種である。
リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸のリチウム塩、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩などが挙げられるが、特に限定されない。リン酸のリチウム塩としては、リン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸三リチウム、ピロリン酸リチウム、またはポリリン酸リチウムなどが挙げられる。リン酸のナトリウム塩としてはリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、またはポリリン酸ナトリウムなどが挙げられる。リン酸のカリウム塩としてはリン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、またはポリリン酸カリウムなどが挙げられる。リン酸のアンモニウム塩としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウムなどが挙げられる。
The compound A used in this embodiment is at least one selected from a compound having a phosphoric acid group and a salt thereof.
Examples of the compound having a phosphoric acid group include phosphoric acid, a lithium salt of phosphoric acid, a sodium salt of phosphoric acid, a potassium salt of phosphoric acid, and an ammonium salt of phosphoric acid, but are not particularly limited. Examples of the lithium salt of phosphoric acid include lithium dihydrogen phosphate, dilithium hydrogen phosphate, trilithium phosphate, lithium pyrophosphate, and lithium polyphosphate. Examples of the sodium salt of phosphoric acid include sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, and sodium polyphosphate. Examples of the potassium salt of phosphoric acid include potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, and potassium polyphosphate. Examples of ammonium salts of phosphoric acid include ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, and ammonium polyphosphate.
これらのうち、リン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、またはリン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましい。リン酸二水素ナトリウム、またはリン酸水素二ナトリウムがより好ましい。 Of these, the efficiency of introduction of the phosphate group is high, the defibration efficiency is more easily improved in the defibration step described later, is low cost, and from the viewpoint of easy industrial application, phosphoric acid, phosphoric acid A sodium salt, a potassium salt of phosphoric acid, or an ammonium salt of phosphoric acid is preferable. More preferred is sodium dihydrogen phosphate or disodium hydrogen phosphate.
また、反応の均一性が高まり、かつリン酸基導入の効率が高くなることから化合物Aは水溶液として用いることが好ましい。化合物Aの水溶液のpHは特に限定されないが、リン酸基の導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましく、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3以上pH7以下がさらに好ましい。化合物Aの水溶液のpHは例えば、リン酸基を有する化合物のうち、酸性を示すものとアルカリ性を示すものを併用し、その量比を変えて調整してもよい。化合物Aの水溶液のpHは、リン酸基を有する化合物のうち、酸性を示すものに無機アルカリまたは有機アルカリを添加すること等により調整してもよい。 Further, the compound A is preferably used as an aqueous solution because the uniformity of the reaction is enhanced and the efficiency of introducing the phosphate group is enhanced. The pH of the aqueous solution of the compound A is not particularly limited, but is preferably 7 or less because the efficiency of introducing the phosphate group is high, and more preferably 3 or more and 7 or less from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fiber. The pH of the aqueous solution of the compound A may be adjusted by, for example, using a compound having an acid group and a compound having an alkalinity among the compounds having a phosphoric acid group and changing the amount ratio. The pH of the aqueous solution of the compound A may be adjusted by adding an inorganic alkali or an organic alkali to a compound having a phosphoric acid group and showing an acidity.
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、化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量は0.5質量%以上100質量%以下が好ましく、1質量%以上50質量%以下がより好ましく、2質量%以上30質量%以下が最も好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量が上記範囲内であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。また、繊維原料に対するリン原子の添加量を100質量%以下とすることにより、リン酸化効率を高めつつも使用する化合物Aのコストを抑制することができる。 The addition amount of the compound A to the fiber raw material is not particularly limited, but when the addition amount of the compound A is converted into the phosphorus atom amount, the addition amount of the phosphorus atom to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more and 100% by mass. The following is preferable, 1 mass% or more and 50 mass% or less is more preferable, and 2 mass% or more and 30 mass% or less is most preferable. When the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material is within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. Further, by setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to 100% by mass or less, it is possible to suppress the cost of the compound A to be used while improving the phosphorylation efficiency.
本実施態様で使用する化合物Bとしては、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、1−エチル尿素などが挙げられる。 Examples of the compound B used in this embodiment include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea and 1-ethylurea.
化合物Bは化合物A同様に水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性が高まることから化合物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(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましく、150質量%以上300質量%以下であることが特に好ましい。 Like the compound A, the compound B is preferably used as an aqueous solution. Further, it is preferable to use an aqueous solution in which both the compound A and the compound B are dissolved because the uniformity of the reaction is enhanced. The addition amount of the compound B to the fiber raw material (absolutely dry mass) is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less, and 100% by mass or more and 350% by mass. The amount is more preferably the following or less, and particularly preferably 150% by mass or more and 300% by mass or less.
化合物Aと化合物Bの他に、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、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、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。 In addition to the compounds A and B, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of the amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Of these, triethylamine is known to work particularly as a good reaction catalyst.
リン酸基の導入においては加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度は、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リン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。具体的には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。また、加熱には減圧乾燥機、赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置を用いてもよい。 A heat treatment is preferably applied to introduce the phosphate group. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which the phosphoric acid group can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition or hydrolysis reaction of the fiber. Specifically, it is preferably 50 ° C or higher and 300 ° C or lower, more preferably 100 ° C or higher and 250 ° C or lower, and further preferably 130 ° C or higher and 200 ° C or lower. Further, a vacuum dryer, an infrared heating device, or a microwave heating device may be used for heating.
加熱処理の際、化合物Aを添加した繊維原料スラリーに水が含まれている間において、繊維原料を静置する時間が長くなると、乾燥に伴い水分子と溶存する化合物Aが繊維原料表面に移動する。そのため、繊維原料中の化合物Aの濃度にムラが生じる可能性があり、繊維表面へのリン酸基の導入が均一に進行しない恐れがある。乾燥による繊維原料中の化合物Aの濃度ムラ発生を抑制するためには、ごく薄いシート状の繊維原料を用いるか、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は攪拌しながら加熱乾燥又は減圧乾燥させる方法を採ればよい。 During the heat treatment, while the fiber raw material slurry containing the compound A contains water, if the fiber raw material is allowed to stand for a long time, the compound A dissolved in water molecules moves to the surface of the fiber raw material with drying. To do. Therefore, the concentration of the compound A in the fiber raw material may be uneven, and the introduction of the phosphate group to the fiber surface may not proceed uniformly. In order to suppress the occurrence of uneven concentration of the compound A in the fiber raw material due to drying, an extremely thin sheet-shaped fiber raw material is used, or the fiber raw material and the compound A are heated or dried under reduced pressure while kneading or stirring the fiber raw material and the compound A. Just take the method.
加熱処理に用いる加熱装置としては、スラリーが保持する水分及びリン酸基などの繊維の水酸基への付加反応で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く、例えば送風方式のオーブン等が好ましい。装置系内の水分を常に排出すれば、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、軸比の高い微細繊維を得ることができる。 The heating device used for the heat treatment is preferably a device that can always discharge the water held in the slurry and the water generated by the addition reaction of the fibers such as phosphate groups to the hydroxyl groups of the fiber, to the outside of the apparatus system, for example, a blower type oven. Etc. are preferred. If water in the device system is constantly discharged, not only the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond, which is the reverse reaction of phosphate esterification, can be suppressed, but also the acid hydrolysis of sugar chains in the fiber can be suppressed. It is possible to obtain fine fibers having a high axial ratio.
加熱処理の時間は、加熱温度にも影響されるが繊維原料スラリーから実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本発明では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リン酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。 Although the time of the heat treatment is influenced by the heating temperature, it is preferably 1 second or more and 300 minutes or less, more preferably 1 second or more and 1000 seconds or less after the water is substantially removed from the fiber raw material slurry. It is preferably 10 seconds or more and 800 seconds or less. In the present invention, by introducing the heating temperature and the heating time in appropriate ranges, the amount of phosphate groups introduced can be kept within the preferred range.
リン酸基の導入量は、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、0.1mmol/g以上3.65mmol/g以下であることがより好ましく、0.14mmol/g以上3.5mmol/g以下がより一層好ましく、0.2mmol/g以上3.2mmol/g以下がさらに好ましく、0.4mmol/g以上3.0mmol/g以下が特に好ましく、最も好ましくは0.6mmol/g以上2.5mmol/g以下である。リン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。また、リン酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細化が容易でありながらも、微細繊維状セルロース同士の水素結合も残すことが可能で、シートとした場合には良好な強度発現が期待できる。 The introduction amount of the phosphate group is preferably 5.20 mmol / g or less, more preferably 0.1 mmol / g or more and 3.65 mmol / g or less, and 0 per 1 g (mass) of the fine fibrous cellulose. .14 mmol / g or more and 3.5 mmol / g or less is more preferable, 0.2 mmol / g or more and 3.2 mmol / g or less is further preferable, 0.4 mmol / g or more and 3.0 mmol / g or less is particularly preferable, and most preferable. Is 0.6 mmol / g or more and 2.5 mmol / g or less. When the amount of the phosphate group introduced is within the above range, the fiber raw material can be easily made finer and the stability of the fine fibrous cellulose can be increased. Further, by setting the amount of the phosphate group introduced within the above range, it is easy to miniaturize, but it is also possible to leave hydrogen bonds between the fine fibrous celluloses, and good strength when formed into a sheet. Expression can be expected.
リン酸基の繊維原料への導入量は、伝導度滴定法により測定することができる。具体的には、解繊処理工程により微細化を行い、得られた微細繊維状セルロース含有スラリーをイオン交換樹脂で処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えながら電気伝導度の変化を求めることにより、導入量を測定することができる。 The amount of the phosphate group introduced into the fiber raw material can be measured by a conductivity titration method. Specifically, it is refined by the defibration process step, after treating the resulting fine fibrous cellulose-containing slurry with an ion exchange resin, by determining the change in electrical conductivity while adding an aqueous sodium hydroxide solution, The amount introduced can be measured.
伝導度滴定では、アルカリを加えていくと、図1に示した曲線を与える。最初は、急激に電気伝導度が低下する(以下、「第1領域」という)。その後、わずかに伝導度が上昇を始める(以下、「第2領域」という)。さらにその後、伝導度の増分が増加する(以下、「第3領域」という)。すなわち、3つの領域が現れる。なお、第2領域と第3領域の境界点は、伝導度の2回微分値、すなわち伝導度の増分(傾き)の変化量が最大となる点で定義される。このうち、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強酸性基量と等しく、第2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弱酸性基量と等しくなる。リン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上弱酸性基が失われ、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、強酸性基量は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致することから、単にリン酸基導入量(またはリン酸基量)、または置換基導入量(または置換基量)と言った場合は、強酸性基量のことを表す。すなわち、図1に示した曲線の第1領域で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)で除して、置換基導入量(mmol/g)とする。 In conductivity titration, the addition of alkali gives the curve shown in FIG. At first, the electrical conductivity sharply decreases (hereinafter referred to as "first region"). After that, the conductivity starts to slightly increase (hereinafter, referred to as “second region”). After that, the increment of conductivity increases (hereinafter, referred to as “third region”). That is, three areas appear. The boundary point between the second region and the third region is defined as the point where the second derivative of the conductivity, that is, the amount of change in the conductivity increment (slope) is maximum. Of these, the amount of alkali required in the first region is equal to the amount of strong acidic groups in the slurry used for titration, and the amount of alkali required in the second region is the amount of weak acidic groups in the slurry used for titration. Will be equal. When the phosphoric acid groups undergo condensation, apparently weak acidic groups are lost, and the amount of alkali required in the second region is smaller than the amount of alkali required in the first region. On the other hand, since the amount of strong acidic group is the same as the amount of phosphorus atom regardless of the presence or absence of condensation, simply the amount of introduced phosphate group (or the amount of phosphate group) or the introduced amount of substituent (or the amount of substituent) When said, it means the amount of strongly acidic groups. That is, the amount of alkali (mmol) required in the first region of the curve shown in FIG. 1 is divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated to obtain the amount of introduced substituent (mmol / g).
リン酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、複数回繰り返すこともできる。この場合、より多くのリン酸基が導入されるので好ましい。 The phosphate group introducing step may be performed at least once, but may be repeated a plurality of times. In this case, more phosphate groups are introduced, which is preferable.
<カルボキシル基の導入>
本発明においては、微細繊維状セルロースがカルボキシル基を有するものである場合、たとえば繊維原料にTEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)酸化処理などの酸化処理を施すことや、カルボン酸由来の基を有する化合物、その誘導体、またはその酸無水物もしくはその誘導体によって処理することで、カルボキシル基を導入することができる。
<Introduction of carboxyl group>
In the present invention, when the fine fibrous cellulose has a carboxyl group, for example, the fiber raw material is subjected to an oxidation treatment such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) oxidation treatment. Alternatively, a carboxyl group can be introduced by treating with a compound having a group derived from a carboxylic acid, a derivative thereof, or an acid anhydride thereof or a derivative thereof.
カルボキシル基を有する化合物としては特に限定されないが、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、アコニット酸等トリカルボン酸化合物が挙げられる。 The compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include dicarboxylic acid compounds such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid, and tricarboxylic acid compounds such as citric acid and aconitic acid. .
カルボキシル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、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。 The acid anhydride of the compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic acid anhydride, and acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as itaconic anhydride. To be
カルボキシル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、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシル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、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。 The derivative of the compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include an imidized product of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group and a derivative of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group. The imidized product of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include imidized products of dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalimide.
カルボキシル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。例えば、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、カルボキシル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置換基(例えば、アルキル基、フェニル基等)で置換されたものが挙げられる。 The derivative of the acid anhydride of the compound having a carboxyl group is not particularly limited. For example, at least a part of hydrogen atoms of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group such as dimethyl maleic anhydride, diethyl maleic anhydride, and diphenyl maleic anhydride is a substituent (for example, an alkyl group, a phenyl group, etc.). ).
カルボキシル基の導入量は、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.1mmol/g以上3.65mmol/g以下であることが好ましく、0.14mmol/g以上3.5mmol/g以下がより好ましく、0.2mmol/g以上3.2mmol/g以下がさらに好ましく、0.4mmol/g以上3.0mmol/g以下が特に好ましく、最も好ましくは0.6mmol/g以上2.5mmol/g以下である。
カルボキシル基の繊維原料への導入量は、伝導度滴定法により測定することができる。伝導度滴定では、アルカリを加えていくと、図2に示した曲線を与える。図2に示した曲線の第1領域で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)で除して、置換基導入量(mmol/g)とする。
The introduction amount of the carboxyl group is preferably 0.1 mmol / g or more and 3.65 mmol / g or less, more preferably 0.14 mmol / g or more and 3.5 mmol / g or less, per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. It is more preferably 0.2 mmol / g or more and 3.2 mmol / g or less, particularly preferably 0.4 mmol / g or more and 3.0 mmol / g or less, and most preferably 0.6 mmol / g or more and 2.5 mmol / g or less.
The amount of carboxyl groups introduced into the fiber raw material can be measured by a conductivity titration method. In conductivity titration, the addition of alkali gives the curve shown in FIG. The alkali amount (mmol) required in the first region of the curve shown in FIG. 2 is divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated to obtain a substituent introduction amount (mmol / g).
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、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、例えばアルカリ溶液中に、置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkali treatment process>
When producing fine fibrous cellulose, an alkali treatment may be performed on the fiber raw material between the substituent introduction step and the defibration treatment step described later. The method of alkali treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the substituent-introduced fiber in an alkali solution.
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又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媒は、水又は有機溶媒のいずれであってもよい。アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、又はアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒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、又は水酸化カリウム水溶液が好ましい。 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, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide is preferably used as the alkali compound because of its 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 containing water or a polar organic solvent such as an alcohol, and more preferably an aqueous solvent containing at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or an aqueous solution of potassium hydroxide is preferable because it has high versatility.
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分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分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、たとえば置換基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkali solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and more preferably 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. The time for immersing the substituent-introduced fiber in the alkali solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less and 1000% by mass or more and 10000% by mass or less based on the absolute dry mass of the substituent-introduced fiber. More preferably.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液使用量を減らすために、置換基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、置換基導入繊維を水や有機溶媒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置換基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkali solution used in the alkali treatment step, the substituent-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the substituent introduction step and before the alkali treatment step. After the alkali treatment step and before the defibration treatment step, it is preferable to wash the alkali-treated substituent-introduced fiber with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、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。本実施形態の一例としては、置換基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行う場合が挙げられる。
<Acid treatment step>
In the case of producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be subjected to an acid treatment between the step of introducing a substituent and the defibration treatment step described later. An example of the present embodiment is a case where the substituent introduction step, the acid treatment, the alkali treatment, and the defibration treatment are performed in this order.
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分以上120分以下が好ましく、10分以上60分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対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 20 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but for example, is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10000% by mass or less based on the absolute dry mass of the fiber raw material. Is more preferable.
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から4が好ましく、1から3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、塩酸又は硫酸を用いることがとくに好ましい。 The method of acid treatment is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the fiber raw material in an acid solution containing an acid. The concentration of the acidic liquid 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 liquid used is not particularly limited, but is preferably 0 to 4 and more preferably 1 to 3, for example. As the acid contained in the acidic liquid, for example, an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid or the like can be used. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid and boric acid. Examples of the sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid and the like. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
<解繊処理(微細化)>
置換基導入繊維は、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、たとえば湿式微粒化装置、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、又はビーターなどを使用することができ、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。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湿式微粒化装置、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(微細化)の回数は特に限定されないが、十分な微細化を促すために複数回行うことが好ましい。上限は特に限定されないが10回以下であることが実際的である。
<Disentanglement treatment (miniaturization)>
Fine fiber cellulose is obtained by defibrating the substituent-introduced fiber in the defibrating process. In the defibration processing step, for example, a defibration processing device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, but includes, for example, a wet atomization device, a high-speed defibration device, a grinder (stone mill type crusher), a high pressure homogenizer or an ultrahigh pressure homogenizer, a high pressure collision type crusher, a ball mill, a bead mill, a disc type refiner, A conical refiner, a twin-screw kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater can be used, and the solid content concentration of fine fibrous cellulose at the time of defibration treatment is appropriately set. it can. Among the above-mentioned defibration treatment devices, it is more preferable to use a wet atomization device, a high-speed defibration device, a high-pressure homogenizer, and an ultrahigh-pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and less likely to cause contamination. The number of defibration treatments (miniaturization) is not particularly limited, but it is preferably performed multiple times in order to promote sufficient miniaturization. The upper limit is not particularly limited, but it is practical that it is 10 times or less.
解繊処理工程においては、たとえば置換基導入繊維を、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、及び極性有機溶剤などの有機溶媒から選択される1種又は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、とくに限定されないが、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、非プロトン極性溶媒等が好ましい。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媒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。 In the defibration process step, for example, the substituent-introduced fibers are preferably diluted with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more selected from water and organic solvents such as polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin and the like. Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK). Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate and the like. Examples of the aprotic polar solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.
<酵素処理>
本発明においては、酵素処理を行ってもよい。即ち、本発明のセルロース含有組成物は、酵素を含んでいてもよい。また、本発明のセルロース含有組成物は、酵素が失活してなるタンパク質を含んでいてもよい。
本発明で用いることができる酵素は、セルラーゼ系酵素であり、セルロースの加水分解反応機能を有する触媒ドメインの高次構造に基づく糖質加水分解酵素ファミリーに分類される。セルラーゼ系酵素はセルロース分解特性によってエンド型グルカナーゼ(endo−glucanase)とセロビオヒドロラーゼ(cellobiohydrolase)に分類される。エンド型グルカナーゼはセルロースの非晶部分や可溶性セロオリゴ糖、又はカルボキシメチルセルロースのようなセルロース誘導体に対する加水分解性が高く、それらの分子鎖を内側からランダムに切断し、重合度を低下させる。しかし、エンド型グルカナーゼは結晶性を有するセルロースミクロフィブリルへの加水分解反応性は低い。これに対して、セロビオヒドロラーゼはセルロースの結晶部分を分解し、セロビオースを与える。また、セロビオヒドロラーゼはセルロース分子の末端から加水分解し、エキソ型或いはプロセッシブ酵素とも呼ばれる。本発明においては、エンド型グルカナーゼを使用することが好ましい。
<Enzyme treatment>
In the present invention, enzyme treatment may be performed. That is, the cellulose-containing composition of the present invention may contain an enzyme. Further, the cellulose-containing composition of the present invention may contain a protein obtained by deactivating an enzyme.
The enzyme that can be used in the present invention is a cellulase-based enzyme, and is classified into the sugar hydrolase family based on the higher-order structure of the catalytic domain having the hydrolysis reaction function of cellulose. Cellulase-based enzymes are classified into endo-glucanases and cellobiohydrolases according to their cellulolytic properties. Endo-glucanase has a high hydrolyzability with respect to an amorphous portion of cellulose, soluble cellooligosaccharides, or a cellulose derivative such as carboxymethyl cellulose, and randomly cleaves their molecular chains from the inside to reduce the degree of polymerization. However, endo-glucanase has low hydrolytic reactivity to crystalline cellulose microfibrils. On the other hand, cellobiohydrolase decomposes the crystal part of cellulose to give cellobiose. Cellobiohydrolase hydrolyzes from the end of the cellulose molecule and is also called an exo-type or processive enzyme. In the present invention, it is preferable to use an endo-type glucanase.
本発明において使用する酵素としては、エンド型グルカナーゼ及びセロビオヒドロラーゼ以外に、ヘミセルラーゼ系酵素を使用してもよい。ヘミセルラーゼ系酵素の中でもキシランを分解する酵素であるキシラナーゼ(xylanase)、マンナンを分解する酵素であるマンナーゼ(mannase)、又はアラバンを分解する酵素であるアラバナーゼ(arabanase)が挙げられる。また、ペクチンを分解する酵素であるペクチナーゼもヘミセルラーゼ系酵素として使用することができる。ヘミセルラーゼ系酵素を産生する微生物はセルラーゼ系酵素も産生する場合が多い。 As the enzyme used in the present invention, a hemicellulase enzyme may be used in addition to the endo-glucanase and cellobiohydrolase. Among hemicellulase-based enzymes, xylanase, which is an enzyme that decomposes xylan, mannase, which is an enzyme that decomposes mannan, or arabanase, which is an enzyme that decomposes araban, can be mentioned. Pectinase, which is an enzyme that decomposes pectin, can also be used as a hemicellulase enzyme. Microorganisms that produce hemicellulase enzymes often produce cellulase enzymes.
ヘミセルロースは植物細胞壁のセルロースミクロフィブリル間にあるペクチン類を除いた多糖類である。ヘミセルロースは多種多様で植物の種類や細胞壁の壁層間でも異なる。木材においては針葉樹の2次壁ではグルコマンナンが主成分であり、広葉樹の2次壁では4−O−メチルグルクロノキシランが主成分である。そのため、針葉樹から微細繊維を得るためにはマンナーゼを使用する方が好ましく、広葉樹の場合はキシラナーゼを使用する方が好ましい。 Hemicellulose is a polysaccharide excluding pectins between cellulose microfibrils of plant cell walls. Hemicellulose is a wide variety, and it is different in the type of plant and the wall layer of the cell wall. In wood, glucomannan is the main component in the secondary wall of conifers, and 4-O-methylglucuronoxylan is the main component in secondary walls of hardwoods. Therefore, it is preferable to use mannase for obtaining fine fibers from conifers, and it is preferable to use xylanase for hardwoods.
本発明によれば、酵素を添加する工程を含む、セルロース含有組成物の製造方法が提供される。微細繊維状セルロースに対して酵素を添加することにより、微細繊維状セルロースと酵素を反応させることができる。本発明においては、酵素処理後に、微細繊維状セルロースの洗浄工程を行わない形態を採用することができる。
本発明においては、酵素処理後に酵素を失活させてもよい。酵素を失活させるための方法としては、微細繊維状セルロースと酵素の混合物を加熱して100℃にし、温度を保ったまま30分〜1時間静置したり、微細繊維状セルロースと酵素の混合物に対し、強塩基を加えてpHを10以上に調整することなどが挙げられるが、特に限定されない。
上記したセルロース含有組成物の製造方法により、本発明のセルロース含有組成物を製造することができる。
According to the present invention, there is provided a method for producing a cellulose-containing composition, which comprises the step of adding an enzyme. The enzyme can be reacted with the fine fibrous cellulose by adding the enzyme to the fine fibrous cellulose. In the present invention, it is possible to adopt a form in which the washing step of the fine fibrous cellulose is not performed after the enzyme treatment.
In the present invention, the enzyme may be deactivated after the enzyme treatment. As a method for deactivating the enzyme, a mixture of fine fibrous cellulose and enzyme is heated to 100 ° C. and left standing for 30 minutes to 1 hour while maintaining the temperature, or a mixture of fine fibrous cellulose and enzyme. On the other hand, it is possible to add a strong base to adjust the pH to 10 or more, but it is not particularly limited.
The cellulose-containing composition of the present invention can be manufactured by the above-described method for manufacturing a cellulose-containing composition.
繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロース1質量部に対して添加する酵素の量は特に限定されないが、1×10-3質量部以下が好ましく、1×10-4質量部以下がより好ましく、1×10-5質量部以下がさらに好ましく、5.0×10-6質量部以下が特に好ましい。また、酵素の添加量は、繊維状セルロース1質量部に対して1×10-7質量部以上が好ましく、3×10-7質量部以上がより好ましく、1×10-6質量部以上がさらに好ましい。
酵素の添加量を上記の範囲内とすることにより、塗工物における粒(凝集物)を抑制することができる。
The amount of enzyme added to 1 part by mass of fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is not particularly limited, but is preferably 1 × 10 −3 parts by mass or less, more preferably 1 × 10 −4 parts by mass or less, and 1 It is more preferably not more than × 10 -5 parts by mass, particularly preferably not more than 5.0 × 10 -6 parts by mass. The amount of enzyme added is preferably 1 × 10 -7 parts by mass or more, more preferably 3 × 10 -7 parts by mass or more, and further preferably 1 × 10 -6 parts by mass or more, relative to 1 part by mass of fibrous cellulose. preferable.
By setting the addition amount of the enzyme within the above range, it is possible to suppress the particles (aggregates) in the coated product.
微細繊維状セルロースと酵素との反応時間は、特に限定されないが、一般的には1分〜24時間が好ましく、1分〜1時間がより好ましい。
微細繊維状セルロースと酵素の反応温度及び反応pHは、使用する酵素の至適温度及び至適pHに保つことが好ましく、一般的には、20℃〜80℃、pH4.5〜9.5に保つことが好ましい。
反応条件を上記の範囲内とすることにより、塗工物における粒(凝集物)を抑制することができる。
The reaction time between the fine fibrous cellulose and the enzyme is not particularly limited, but is generally 1 minute to 24 hours, more preferably 1 minute to 1 hour.
The reaction temperature and the reaction pH of the fine fibrous cellulose and the enzyme are preferably maintained at the optimum temperature and the optimum pH of the enzyme to be used, and are generally 20 ° C to 80 ° C and pH 4.5 to 9.5. It is preferable to keep.
By setting the reaction conditions within the above range, particles (aggregates) in the coated product can be suppressed.
<粗大繊維状セルロース>
上述したように微細繊維状セルロースを得る工程においては、繊維原料(粗大繊維状セルロース)を微細化する工程を含むことが好ましい。このとき粗大繊維状セルロースの大部分は微細化されるが、その一部は微細化されずに残る場合がある。このような場合、本発明繊維状セルロース含有組成物には、粗大繊維状セルロースが含まれることとなる。
<Coarse fibrous cellulose>
As described above, the step of obtaining the fine fibrous cellulose preferably includes a step of refining the fiber raw material (coarse fibrous cellulose). At this time, most of the coarse fibrous cellulose is pulverized, but a part thereof may remain without being pulverized. In such a case, the fibrous cellulose-containing composition of the present invention contains coarse fibrous cellulose.
本発明の繊維状セルロース含有組成物中に含まれる粗大繊維状セルロースとは、セルロース分散液を固形分濃度0.2質量%に調整し、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H−2000B)を用い、12000G、10分の条件で遠心分離した際に沈降する繊維状セルロースのことである。 The coarse fibrous cellulose contained in the fibrous cellulose-containing composition of the present invention means that the cellulose dispersion is adjusted to a solid concentration of 0.2% by mass, and a cooling high-speed centrifuge (Kokusan Co., Ltd., H-2000B) is used. It is a fibrous cellulose that precipitates when it is used and centrifuged at 12000 G for 10 minutes.
沈降成分が少ないとはすなわち遠心分離後の上澄み液の収率が高いということである。この遠心分離後の上澄み収率が繊維状セルロースの全質量に対して、80質量%以上であることが好ましい。遠心分離後の上澄み収率は90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましく、99質量%以上であることが特に好ましい。 Less sedimentation component means higher yield of supernatant after centrifugation. The supernatant yield after this centrifugation is preferably 80% by mass or more based on the total mass of the fibrous cellulose. The supernatant yield after centrifugation is more preferably 90% by mass or more, further preferably 95% by mass or more, and particularly preferably 99% by mass or more.
なお、上記の微細繊維状セルロース分散液の遠心分離後の上澄み収率は、本明細書においては以下の方法により測定することができる。
微細繊維状セルロース分散液を遠心分離した後の上澄み収率を以下に記載の方法により測定した。遠心分離後の上澄み収率は、微細繊維状セルロースの収率の指標となり、上澄み収率が高い程、微細繊維状セルロースの収率が高い。
The supernatant yield of the above-mentioned fine fibrous cellulose dispersion after centrifugation can be measured by the following method in this specification.
The supernatant yield after centrifugation of the fine fibrous cellulose dispersion was measured by the method described below. The supernatant yield after centrifugation is an index of the yield of fine fibrous cellulose, and the higher the supernatant yield, the higher the yield of fine fibrous cellulose.
微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度0.2質量%に調整し、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H−2000B)を用い、12000G、10分の条件で遠心分離した。得られた上澄み液を回収し、上澄み液の固形分濃度を測定した。下記式に基づいて、微細繊維状セルロースの収率を求めた。
微細繊維状セルロースの収率(%)=上澄みの固形分濃度(%)/0.2×100
The fine fibrous cellulose dispersion liquid was adjusted to a solid content concentration of 0.2% by mass, and centrifuged using a cooling high-speed centrifuge (H-2000B, manufactured by Kokusan Co., Ltd.) under the conditions of 12000 G and 10 minutes. The obtained supernatant was collected and the solid content concentration of the supernatant was measured. The yield of fine fibrous cellulose was calculated based on the following formula.
Yield (%) of fine fibrous cellulose = solid content concentration (%) of supernatant / 0.2 × 100
本実施形態においては、微細繊維状セルロース分散液の遠心後の上澄み収率が高く、すなわち繊維状セルロース含有組成物中に粗大繊維の含有量が少ない点に特徴があり、微細繊維状セルロース分散液の遠心後の上澄み収率を上記範囲とすることにより、塗料に配合した際に良好な塗工性を得ることができる。 In the present embodiment, the supernatant yield after centrifugation of the fine fibrous cellulose dispersion is high, that is, the fibrous cellulose-containing composition is characterized in that the content of coarse fibers is small, the fine fibrous cellulose dispersion By setting the supernatant yield after centrifugation in the above range, good coatability can be obtained when blended in a coating material.
(特定成分)
本発明ではイオン性基を有する顔料分散剤(「特定成分」ともいう)を用いる。本発明で用いる顔料分散剤は、酸価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下であるか、又はアミン価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下である。顔料分散剤は顔料(微細な固体)を分散媒体中に均一に分散させ安定な分散体を調製するために使用される成分である。
(Specific component)
In the present invention, a pigment dispersant having an ionic group (also referred to as "specific component") is used. The pigment dispersant used in the present invention has an acid value of 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH / g or less, or an amine value of 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH / g or less. The pigment dispersant is a component used for uniformly dispersing a pigment (fine solid) in a dispersion medium to prepare a stable dispersion.
顔料分散剤は、例えば構造的には界面活性剤の一種であるが、特に、分散媒への親和性とともに、顔料などの固体表面に吸着するための機能を有するものが好ましい。さらに、顔料吸着作用、分散媒親和に加え、顔料の再凝集の防止や沈降生成抑止のために静電反発あるいは立体反発性(分散時の斥力付与)を併せ持つものがある。本発明では、この顔料吸着作用、分散媒親和作用、分散時の斥力付与作用を併せ持つものが微細繊維状セルロースの凝集防止に効果があり好ましい。
これら3つの機能を併せ持つ顔料分散剤として、樹脂型の顔料分散剤が挙げられる。
The pigment dispersant is, for example, structurally one kind of a surfactant, and in particular, one having an affinity for a dispersion medium and a function for adsorbing it on a solid surface such as a pigment is preferable. Further, in addition to the pigment adsorbing action and the affinity for the dispersion medium, there is one that also has electrostatic repulsion or steric repulsion (giving repulsive force at the time of dispersion) in order to prevent reaggregation of the pigment and prevent sedimentation. In the present invention, it is preferable that the pigment adsorption action, the dispersion medium affinity action, and the repulsive force imparting action at the time of dispersion are effective in preventing the aggregation of the fine fibrous cellulose.
Examples of the pigment dispersant having these three functions include resin-type pigment dispersants.
樹脂型顔料分散剤としてはポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、(メタ)アクリル酸系樹脂で構成される高分子が例示され、側鎖にアミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、アミド基、アンモニウム基、スルホ基、硫酸エステル基、ホスホリル基、リン酸基、カルバモイル基、スルファモイル基などの官能基をもつものが好ましい。 Examples of the resin-type pigment dispersant include a polymer composed of polyester resin, polyolefin resin, polyurethane resin, (meth) acrylic acid resin, and an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a carboxylic acid in a side chain. Those having a functional group such as an ester group, an amide group, an ammonium group, a sulfo group, a sulfate ester group, a phosphoryl group, a phosphoric acid group, a carbamoyl group and a sulfamoyl group are preferable.
イオン性基を有する顔料分散剤の分子量は特に限定されないが、高分子量の化合物であることが好ましく、重量平均分子量1,000以上が好ましく、2,000以上がより好ましい。上限は、100,000以下が好ましく、60,000以下がより好ましい。顔料分散剤の重量平均分子量が上記下限値未満では十分な立体障害が得られず、分散効果が低下することがある。重量平均分子量が上記上限値より大きくなると、逆に凝集作用が生じる場合がある。なお、顔料分散剤の重量平均分子量(Mw)は、特に断らない限り、ゲルパーミエ―ションクロマトグラフ(GPC)により下記の条件で測定した値とする。 The molecular weight of the pigment dispersant having an ionic group is not particularly limited, but a high molecular weight compound is preferable, a weight average molecular weight of 1,000 or more is preferable, and 2,000 or more is more preferable. The upper limit is preferably 100,000 or less, more preferably 60,000 or less. If the weight average molecular weight of the pigment dispersant is less than the above lower limit value, sufficient steric hindrance cannot be obtained, and the dispersing effect may decrease. When the weight average molecular weight is larger than the above upper limit, conversely, an aggregation action may occur. Unless otherwise specified, the weight average molecular weight (Mw) of the pigment dispersant is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
カラム:Shodex K806、K805、K803G
(昭和電工(株)製を3本接続して使用)
カラム温度:40℃
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI Model 504(GLサイエンス社製)
ポンプ:L6000(日立製作所(株)製)
流量(流速):1.0ml/min
注入量:10μL
校正曲線:標準ポリスチレンSTK standard ポリスチレン(東ソー(株)製)Mw=500以上2,800,000以下迄の13サンプルによる校正曲線を使用した。13サンプルは、ほぼ等間隔に用いる。
Solvent: Tetrahydrofuran (THF)
Column: Shodex K806, K805, K803G
(Use 3 by connecting Showa Denko KK)
Column temperature: 40 ° C
Sample concentration: 0.1% by mass
Detector: RI Model 504 (GL Science Co., Ltd.)
Pump: L6000 (manufactured by Hitachi, Ltd.)
Flow rate (flow velocity): 1.0 ml / min
Injection volume: 10 μL
Calibration curve: Standard polystyrene STK standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corp.) A calibration curve of 13 samples from Mw = 500 to 2.8 million was used. The 13 samples are used at substantially equal intervals.
イオン性基を有する顔料分散剤は、酸価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下であるか、又はアミン価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下である。
イオン性基を有する顔料分散剤の酸価は、5mgKOH/g以上が好ましく、10mgKOH/g以上がより好ましく、15mgKOH/g以上がさらに好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましく、25mgKOH/g以上がさらに好ましく、30mgKOH/g以上が特に好ましい。酸価の上限としては、200mgKOH/g以下が好ましく、180mgKOH/g以下がより好ましく、150mgKOH/g以下がさらに好ましく、120mgKOH/g以下がさらに好ましく、100mgKOH/g以下が特に好ましい。
The pigment dispersant having an ionic group has an acid value of 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH / g or less, or an amine value of 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH / g or less.
The acid value of the pigment dispersant having an ionic group is preferably 5 mgKOH / g or more, more preferably 10 mgKOH / g or more, further preferably 15 mgKOH / g or more, further preferably 20 mgKOH / g or more, further preferably 25 mgKOH / g or more. 30 mgKOH / g or more is particularly preferable. The upper limit of the acid value is preferably 200 mgKOH / g or less, more preferably 180 mgKOH / g or less, further preferably 150 mgKOH / g or less, further preferably 120 mgKOH / g or less, and particularly preferably 100 mgKOH / g or less.
イオン性基を有する顔料分散剤のアミン価は、5mgKOH/g以上が好ましく、10mgKOH/g以上がより好ましく、15mgKOH/g以上がさらに好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましく、25mgKOH/g以上がさらに好ましく、30mgKOH/g以上が特に好ましい。アミン価の上限としては、200mgKOH/g以下が好ましく、180mgKOH/g以下がより好ましく、150mgKOH/g以下がさらに好ましく、120mgKOH/g以下がさらに好ましく、100mgKOH/g以下が特に好ましい。 The amine value of the pigment dispersant having an ionic group is preferably 5 mgKOH / g or more, more preferably 10 mgKOH / g or more, further preferably 15 mgKOH / g or more, further preferably 20 mgKOH / g or more, further 25 mgKOH / g or more. 30 mgKOH / g or more is particularly preferable. The upper limit of the amine value is preferably 200 mgKOH / g or less, more preferably 180 mgKOH / g or less, further preferably 150 mgKOH / g or less, further preferably 120 mgKOH / g or less, and particularly preferably 100 mgKOH / g or less.
イオン性基を有する顔料分散剤の酸価もしくはアミン価が上記下限値未満では微細繊維状セルロースとの相互作用が不十分になりやすく、十分な凝集防止効果が得られず、塗工性に劣り、平滑な表面が得られない場合がある。一方、上記酸価もしくはアミン価が上記上限値を越えると微細繊維状セルロースへの親和部に比べ立体障害層が少なくなり、凝集防止効果が不十分になることがある。 When the acid value or amine value of the pigment dispersant having an ionic group is less than the above lower limit, the interaction with the fine fibrous cellulose is likely to be insufficient, a sufficient aggregation preventing effect cannot be obtained, and the coatability is poor. However, a smooth surface may not be obtained. On the other hand, when the acid value or amine value exceeds the upper limit, the steric hindrance layer becomes smaller than that in the affinity portion for fine fibrous cellulose, and the effect of preventing aggregation may be insufficient.
イオン性基を有する顔料分散剤のイオン性基は特に限定されないが、カチオン基でもアニオン基でも酸もしくは塩基による解離性基でもよい。カチオン基としてはアミノ基、第四級アンモニウム基が挙げられる。アニオン基としてはスルホ基、カルボキシル基、硫酸エステル基、リン酸基が挙げられる。解離性基としてはアミド基が挙げられる。イオン性基は対イオンをもつ塩を形成していてもよい。イオン性基を有する顔料分散剤は、上記のカチオン基、アニオン基、解離性基を同時に分子内に有していてもよい。 The ionic group of the pigment dispersant having an ionic group is not particularly limited, and may be a cation group, an anion group, or an acid or base dissociable group. Examples of the cationic group include an amino group and a quaternary ammonium group. Examples of the anion group include a sulfo group, a carboxyl group, a sulfuric acid ester group, and a phosphoric acid group. Examples of the dissociative group include an amide group. The ionic group may form a salt with a counterion. The pigment dispersant having an ionic group may have the above-mentioned cation group, anion group and dissociative group in the molecule at the same time.
イオン性基を有する顔料分散剤としては種々のものが挙げられるが、ポリマー分散剤としては、スチレン・無水マレイン酸共重合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン結合物、ポリ(メタ)アクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース、オレフィン・無水マレイン酸共重合物、ポリスチレンスルホン酸塩、アクリルアミド・アクリル酸共重合物、アルギン酸ソーダ等のアニオン系ポリマー分散剤、ポリエチレンイミン、アミノアルキル(メタ)アクリレート共重合物、ポリビニルイミダゾリン、サトキンサン、(メタ)アクリレートアルカリ金属塩部位を有する樹脂(ポリマー)、(メタ)アクリル酸部位を有する樹脂、アルキロールアンモニウム塩部位を有する樹脂等のポリマー分散剤が挙げられる。これらのポリマー分散剤については、例えば、久司美登「分散剤」J.Jpn.Soc.Colour Mater.,78〔3〕(2005)pp.41−48を参照することができる。 Examples of the pigment dispersant having an ionic group include various ones, and as the polymer dispersant, a styrene / maleic anhydride copolymer, a formalin bond of naphthalene sulfonate, a poly (meth) acrylate, Carboxymethyl cellulose, olefin / maleic anhydride copolymer, polystyrene sulfonate, acrylamide / acrylic acid copolymer, anionic polymer dispersant such as sodium alginate, polyethyleneimine, aminoalkyl (meth) acrylate copolymer, polyvinylimidazoline , Satkin sun, a resin (polymer) having a (meth) acrylate alkali metal salt moiety, a resin having a (meth) acrylic acid moiety, a resin having an alkylol ammonium salt moiety, and the like. For these polymer dispersants, see, for example, Mito Kushi “Dispersant” J. Jpn. Soc. Color Mater. , 78 [3] (2005) pp. 41-48 can be referred to.
中でも本発明においては、イオン性基を有する顔料分散剤が、アルキロールアンモニウム塩部位を有する樹脂、(メタ)アクリル酸部位を有する樹脂、又は(メタ)アクリレートアルカリ金属塩部位を有する樹脂であることが好ましく、ポリカルボン酸のアルキロールアンモニウム塩や、酸基を含む共重合物のアルキロールアンモニウム塩、多官能ポリマーのアルキロールアンモニウム塩等のアルキロールアンモニウム塩、(メタ)アクリレート樹脂・カリウム塩等が特に好ましい。なお、本明細書において、(メタ)アクリレートというときには、アクリレートとメタクリレートの総称を意味する。 Among them, in the present invention, the pigment dispersant having an ionic group is a resin having an alkylol ammonium salt moiety, a resin having a (meth) acrylic acid moiety, or a resin having a (meth) acrylate alkali metal salt moiety. Preferred are alkylol ammonium salts of polycarboxylic acids, alkylol ammonium salts of copolymers containing an acid group, alkylol ammonium salts such as alkylol ammonium salts of polyfunctional polymers, (meth) acrylate resins, potassium salts, etc. Is particularly preferable. In addition, in this specification, the term (meth) acrylate means a generic term for acrylate and methacrylate.
アルキロールアンモニウム塩部位は、酸性基(例えば、スルホ基、カルボキシル基、硫酸エステル基、ホスホリル基、又はリン酸等)とアルキロールアンモニウムとの反応部位であることが好ましい。アルキロールアンモニウム塩部位は下記の部分構造を有することが好ましい。
−C(=O)−N(−R1)(−R2−OH) 式(2)
ここで、R1は水素原子又はアルキル基(炭素数1〜12が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3がさらに好ましい)、R2はアルキレン基(炭素数1〜12が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3がさらに好ましい)である。R1及びR2はさらに本発明の効果を奏する範囲で置換基Zを有していてもよい。
The alkylol ammonium salt site is preferably a reactive site between an acidic group (for example, a sulfo group, a carboxyl group, a sulfate ester group, a phosphoryl group, phosphoric acid, etc.) and an alkylol ammonium salt. The alkylol ammonium salt moiety preferably has the following partial structure.
-C (= O) -N (-R 1) (- R 2 -OH) formula (2)
Here, R 1 is a hydrogen atom or an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 and further preferably 1 to 3), and R 2 is an alkylene group (preferably having 1 to 12 carbon atoms, 1 ~ 6 are more preferred, and 1-3 are still more preferred). R 1 and R 2 may further have a substituent Z within the range that the effect of the present invention is exhibited.
アニオン基を有する顔料分散剤としては、下記式(3)の部分構造を有するポリマーであることが好ましい。
−C(=O)−O−M 式(3)
ここで、Mは水素原子又はアルカリ金属である。アルカリ金属はナトリウム又はカリウムであることが好ましい。なお、式中のOはアニオンとなり、Mがカチオンとなって塩を構成していてもよい。
The pigment dispersant having an anion group is preferably a polymer having a partial structure of the following formula (3).
-C (= O) -OM formula (3)
Here, M is a hydrogen atom or an alkali metal. The alkali metal is preferably sodium or potassium. In the formula, O may be an anion and M may be a cation to form a salt.
アニオン基を有する顔料分散剤としては、下記式(4)の部分構造を有するポリマーであることもまた好ましい。
−C(=O)−O−L1−A 式(4)
Aは酸性基であり、スルホ基、カルボキシル基、硫酸エステル基、ホスホリル基、又はリン酸基であることが好ましい。この酸性基は塩を形成していてもよい。好ましい塩はアルカリ金属塩であり、ナトリウム塩又はカリウム塩が好ましい。L1は後記連結基Yであり、なかでもアルキレン基(C1〜12が好ましく、1〜6がより好ましく、2又は3がさらに好ましい)が好ましい。
As the pigment dispersant having an anion group, a polymer having a partial structure of the following formula (4) is also preferable.
-C (= O) -O-L 1 -A formula (4)
A is an acidic group, preferably a sulfo group, a carboxyl group, a sulfate ester group, a phosphoryl group, or a phosphoric acid group. This acidic group may form a salt. Preferred salts are alkali metal salts, with sodium or potassium salts being preferred. L 1 is a linking group Y described later, and among them, an alkylene group (C 1-12 is preferable, 1-6 is more preferable, 2 or 3 is more preferable).
アルキロールアンモニウム塩部位を有する顔料分散剤としては、
DISPERBYK、
DISPERBYK−180、
DISPERBYK−181、
DISPERBYK−187、
DISPERBYK−140、
DISPERBYK−250、
BYK−9076、
BYK−W969
(いずれも商品名、ビック-ケミー社製)等を用いることができる。
(メタ)アクリレートカリウム塩部位を有する顔料分散剤としては、スルホプロピル(メタ)アクリレートカリウムをモノマーとして用いて合成したポリマー(コポリマーを含む)を用いることができる。
(メタ)アクリレート樹脂・カリウム塩としては、例えばDISPER−AW300P(大塚化学社製)等を用いることができる。
As the pigment dispersant having an alkylol ammonium salt moiety,
DISPERBYK,
DISPERBYK-180,
DISPERBYK-181,
DISPERBYK-187,
DISPERBYK-140,
DISPERBYK-250,
BYK-9076,
BYK-W969
(All are trade names, manufactured by BIC-Chemie) and the like can be used.
As the pigment dispersant having a (meth) acrylate potassium salt moiety, a polymer (including a copolymer) synthesized by using potassium sulfopropyl (meth) acrylate as a monomer can be used.
As the (meth) acrylate resin / potassium salt, for example, DISPER-AW300P (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd.) can be used.
置換基Zとしては、アルキル基(炭素数1〜24が好ましく、炭素数1〜12がより好ましく、炭素数1〜6がさらに好ましい)、アラルキル基(炭素数7〜21が好ましく、炭素数7〜15がより好ましく、炭素数7〜11がさらに好ましい)、ヒドロキシル基、アミノ基もしくはその塩(炭素数0〜24が好ましく、炭素数0〜12がより好ましく、炭素数0〜6がさらに好ましい)、チオール基、カルボキシル基もしくはその塩、カルバモイル基もしくはその塩(炭素数1〜24が好ましく、炭素数1〜12がより好ましく、炭素数1〜6がさらに好ましい)、スルファモイル基もしくはその塩(炭素数0〜24が好ましく、炭素数0〜12がより好ましく、炭素数0〜6がさらに好ましい)、アリール基(炭素数6〜22が好ましく、炭素数6〜18がより好ましく、炭素数6〜10がさらに好ましい)、アシル基(炭素数2〜12が好ましく、炭素数2〜6がより好ましく、炭素数2又は3がさらに好ましい)、アシルオキシ基(炭素数2〜12が好ましく、炭素数2〜6がより好ましく、炭素数2又は3がさらに好ましい)、複素環基(炭素数2〜8がより好ましく、炭素数2〜5がさらに好ましい)、ハロゲン原子、第四級アンモニウム基もしくはその塩(炭素数3〜23が好ましく、炭素数3〜19がより好ましく、炭素数3〜11がさらに好ましい)などが挙げられる。 As the substituent Z, an alkyl group (preferably having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, further preferably 1 to 6 carbon atoms), an aralkyl group (preferably having 7 to 21 carbon atoms, and 7 carbon atoms) To 15 are more preferable, and those having 7 to 11 carbon atoms are more preferable), hydroxyl group, amino group or salts thereof (0 to 24 carbon atoms are preferable, 0 to 12 carbon atoms are more preferable, and 0 to 6 carbon atoms are further preferable). ), A thiol group, a carboxyl group or a salt thereof, a carbamoyl group or a salt thereof (preferably having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, further preferably 1 to 6 carbon atoms), a sulfamoyl group or a salt thereof ( It preferably has 0 to 24 carbon atoms, more preferably 0 to 12 carbon atoms, further preferably 0 to 6 carbon atoms, and an aryl group (preferably 6 to 22 carbon atoms). C6-18 is more preferable, C6-10 is more preferable), acyl group (C2-12 is preferable, C2-6 is more preferable, C2 or C3 is more preferable), acyloxy. Group (C2-12 is preferable, C2-6 is more preferable, C2 or C3 is more preferable), heterocyclic group (C2-8 is more preferable, C2-5 is further preferable. ), A halogen atom, a quaternary ammonium group or a salt thereof (preferably having 3 to 23 carbon atoms, more preferably 3 to 19 carbon atoms, and further preferably 3 to 11 carbon atoms).
連結基Yとしては、アルキレン基(メチレン基、エチレン基、プロピレン基等)、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、イミノ基(NRL)、及びそれらの組み合わせに係る連結基が挙げられる。RLは水素原子、メチル基、エチル基、又はプロピル基である。連結基Yに含まれる原子の数は1個以上12個以下が好ましく、1個以上6個以下がさらに好ましい。 As the linking group Y, an alkylene group (methylene group, ethylene group, propylene group, etc.), an oxygen atom, a sulfur atom, a carbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, an imino group (NR L ), and a linking group related to a combination thereof. Is mentioned. R L is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a propyl group. The number of atoms contained in the linking group Y is preferably 1 or more and 12 or less, and more preferably 1 or more and 6 or less.
特定成分の含有量は、繊維状セルロース100質量部に対して、600質量部以下であることが好ましく、400質量部以下であることがより好ましく、300質量部以下であることがさらに好ましく、200質量部以下であることが特に好ましい。また、特定成分の含有量は、繊維状セルロース100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましく、10質量部以上であることがさらに好ましく、15質量部以上であることが特に好ましい。上記の下限値以上とすることで、繊維状セルロース含有組成物の塗工性と必要により塗膜の平滑性を高いレベルで達成することができ好ましい。上記の上限値以下とすることで、繊維状セルロース含有組成物に求められる特性や製造適正を阻害せず、所望の効果を発揮することができ好ましい。 The content of the specific component is preferably 600 parts by mass or less, more preferably 400 parts by mass or less, further preferably 300 parts by mass or less, and 200 with respect to 100 parts by mass of the fibrous cellulose. It is particularly preferable that the amount is less than or equal to parts by mass. In addition, the content of the specific component is preferably 1 part by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and further preferably 10 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the fibrous cellulose. , 15 parts by mass or more is particularly preferable. When the content is at least the above lower limit, the coatability of the fibrous cellulose-containing composition and, if necessary, the smoothness of the coating film can be achieved at a high level, which is preferable. When the content is not more than the above upper limit, the desired effect can be exhibited without impairing the properties required for the fibrous cellulose-containing composition and the manufacturing suitability, which is preferable.
特定成分は一種のみを用いても二種以上を組み合わせて用いてよい。二種以上を用いる場合はその合計量が上記の範囲であることが好ましい。 Only one specific component may be used, or two or more specific components may be used in combination. When two or more kinds are used, the total amount is preferably within the above range.
(樹脂)
本発明の繊維状セルロース含有組成物は、例えば塗料とする場合、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は光硬化性樹脂などの樹脂をさらに含んでもよい。樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、芳香族ポリカーボネート系樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリオレフィン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスルホン系樹脂、非晶性フッ素系樹脂、ロジン系樹脂、ニトロセルロース、塩化ビニル系樹脂、塩化ゴム系樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられるがこれらに制限されない。
(resin)
The fibrous cellulose-containing composition of the present invention may further contain a resin such as a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or a photocurable resin when it is used as a paint. Examples of the resin include styrene resin, acrylic resin, aromatic polycarbonate resin, aliphatic polycarbonate resin, aromatic polyester resin, aliphatic polyester resin, aliphatic polyolefin resin, cyclic olefin resin, polyamide Resin, polyphenylene ether resin, thermoplastic polyimide resin, polyacetal resin, polysulfone resin, amorphous fluorine resin, rosin resin, nitrocellulose, vinyl chloride resin, chlorinated rubber resin, vinyl acetate resin, Examples include, but are not limited to, phenol resins and epoxy resins.
樹脂の含有量は、塗料とする場合には、繊維状セルロース1質量部に対して、30質量部以上であることが好ましく、70質量部以上であることがより好ましく、100質量部以上であることが特に好ましい。また、樹脂の含有量は、繊維状セルロース1質量部に対して、500質量部以下であることが好ましく、300質量部以下であることがより好ましく、200質量部以下であることが特に好ましい。樹脂を上記含有量となるように含有させることで、上記特定成分の効果を好適に発揮させ、塗工性や塗膜の平滑性、弾性率や強度の好適化などを実現することができる。 The content of the resin is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 70 parts by mass or more, and 100 parts by mass or more with respect to 1 part by mass of fibrous cellulose in the case of a coating material. Is particularly preferred. Further, the content of the resin is preferably 500 parts by mass or less, more preferably 300 parts by mass or less, and particularly preferably 200 parts by mass or less, relative to 1 part by mass of the fibrous cellulose. By containing the resin so as to have the above content, the effects of the specific component can be suitably exhibited, and the coatability, the smoothness of the coating film, and the optimization of the elastic modulus and the strength can be realized.
(硬化剤)
本発明の繊維状セルロース含有組成物は、塗料とする場合、硬化剤を含有させることが好ましい。硬化剤としては、公知のものを適宜使用することができるが、例えば、イソシアネート系硬化剤(ポリイソシアネート等)、エポキシ(オキシラン)系硬化剤、オキセタン系硬化剤等が挙げられる。本発明においては、中でも、イソシアネート系硬化剤が好ましい。
(Curing agent)
The fibrous cellulose-containing composition of the present invention preferably contains a curing agent when it is used as a coating material. As the curing agent, known ones can be appropriately used, and examples thereof include an isocyanate curing agent (polyisocyanate and the like), an epoxy (oxirane) curing agent, an oxetane curing agent, and the like. In the present invention, the isocyanate curing agent is particularly preferable.
硬化剤の含有量は、塗料とする場合には、繊維状セルロース1質量部に対して、10質量部以上であることが好ましく、20質量部以上であることがより好ましく、30質量部以上であることが特に好ましい。また、硬化剤の含有量は、繊維状セルロース1質量部に対して、100質量部以下であることが好ましく、80質量部以下であることがより好ましく、60質量部以下であることが特に好ましい。硬化剤を上記含有量となるように含有させることで、上記特定成分の効果を好適に発揮させ、塗工性や塗膜の平滑性、弾性率の好適化などを実現することができる。 When used as a coating material, the content of the curing agent is preferably 10 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more, and 30 parts by mass or more with respect to 1 part by mass of fibrous cellulose. It is particularly preferable that Further, the content of the curing agent is preferably 100 parts by mass or less, more preferably 80 parts by mass or less, and particularly preferably 60 parts by mass or less, with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose. . By containing the curing agent so as to have the above content, the effects of the above-mentioned specific components can be suitably exerted, and the coatability, the smoothness of the coating film, and the optimization of the elastic modulus can be realized.
(任意成分)
本発明の繊維状セルロース含有組成物には、上述した成分以外の任意成分が含まれていてもよい。任意成分としては、たとえば、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、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、有機系粒子、帯電防止剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、防腐剤、架橋剤等を挙げることができる。また、任意成分として、有機イオンを添加してもよい。
(Arbitrary component)
The fibrous cellulose-containing composition of the present invention may contain optional components other than the above-mentioned components. Examples of optional components include antifoaming agents, lubricants, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, stabilizers, surfactants, coupling agents, inorganic layered compounds, inorganic compounds, leveling agents, organic particles, antistatic agents. , Magnetic powder, orientation promoter, plasticizer, preservative, cross-linking agent and the like. Moreover, you may add an organic ion as an arbitrary component.
(繊維状セルロース含有組成物)
繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロース含有組成物が塗料である場合には、繊維状セルロース含有組成物中の固形分に対して、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、0.3質量%以上であることがさらに好ましい。また、繊維状セルロースの含有量は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く、2質量%以下であることがさらに好ましい。
(Fibrous cellulose-containing composition)
When the fibrous cellulose-containing composition is a paint, the content of the fibrous cellulose is preferably 0.05% by mass or more based on the solid content in the fibrous cellulose-containing composition, It is more preferably 1% by mass or more, and further preferably 0.3% by mass or more. The content of fibrous cellulose is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less.
繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロース含有組成物を増粘剤とする場合には、繊維状セルロース含有組成物の全量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、0.4質量%以上、1質量%以上、5質量%以上、10質量%以上、20質量%以上、30質量%以上、40質量%以上、50質量%以上、又は55質量%以上でもよい。また、繊維状セルロースの含有量は95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい。 When the fibrous cellulose-containing composition is used as the thickener, the content of the fibrous cellulose is preferably 0.1% by mass or more based on the total amount of the fibrous cellulose-containing composition, It may be 4% by mass or more, 1% by mass or more, 5% by mass or more, 10% by mass or more, 20% by mass or more, 30% by mass or more, 40% by mass or more, 50% by mass or more, or 55% by mass or more. The content of fibrous cellulose is preferably 95% by mass or less, and more preferably 90% by mass or less.
増粘剤の用途においては、前記繊維状セルロースと前記特定成分と水との合計量が、繊維状セルロース含有組成物全体に対して80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることが特に好ましい。 In the use of the thickener, the total amount of the fibrous cellulose, the specific component and water is preferably 80% by mass or more, and 90% by mass or more with respect to the entire fibrous cellulose-containing composition. It is more preferable that the content is 95% by mass or more.
本発明の繊維状セルロース含有組成物の形態は特に制限されるものではなく、例えば、粉体や、スラリー、固体といった種々の形態で存在することができる。中でも繊維状セルロース含有組成物は、スラリーであることが好ましく、高粘度スラリーであることがより好ましい。具体的には、繊維状セルロース含有組成物は、繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%として23℃及び回転数3rpmの条件で測定した粘度が40,000mPa・s以下であることが好ましく、35,000mPa・s以下であることがより好ましく、30,000mPa・s以下であることがさらに好ましく、25,000mPa・s以下であることが特に好ましい。下限値としては、3,000mPa・s以上のスラリーであることが好ましく、5,000mPa・s以上のスラリーであることがより好ましく、6,000mPa・s以上のスラリーであることがさらに好ましく、7,000mPa・s以上のスラリーであることが特に好ましい。この粘度を上記の上限値以下とすることで良好な塗工性を発揮し好ましい。上記の下限値以上とすることで、塗膜としたときのヤング率や強度を好適化することができ好ましい。 The form of the fibrous cellulose-containing composition of the present invention is not particularly limited and can be present in various forms such as powder, slurry and solid. Among them, the fibrous cellulose-containing composition is preferably a slurry, and more preferably a high viscosity slurry. Specifically, the fibrous cellulose-containing composition has a viscosity of 40,000 mPa · s or less measured at 23 ° C. and a rotation speed of 3 rpm with the solid content concentration of the fibrous cellulose being 0.4% by mass. It is more preferably 35,000 mPa · s or less, still more preferably 30,000 mPa · s or less, and particularly preferably 25,000 mPa · s or less. The lower limit is preferably a slurry of 3,000 mPa · s or more, more preferably a slurry of 5,000 mPa · s or more, further preferably a slurry of 6,000 mPa · s or more, 7 A slurry of 1,000 mPa · s or more is particularly preferable. When the viscosity is not more than the above upper limit, good coatability is exhibited, which is preferable. By setting the above lower limit value or more, the Young's modulus and strength of the coating film can be optimized, which is preferable.
繊維状セルロース含有組成物の粘度は、次のように測定する。繊維状セルロース含有組成物を固形分濃度が0.4質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて1500rpmで5分間攪拌する。次いで、これにより得られた分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T−LVT)を用いて測定する。測定条件は、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とする。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に一昼夜静置する。粘度の測定温度は23℃とする。その他の詳細な測定条件等は、JISZ8803:2011に準拠する。1水準につき5つの試料を調製し、各2回、合計10回の計測を行い、その算術平均値を採用する。 The viscosity of the fibrous cellulose-containing composition is measured as follows. The fibrous cellulose-containing composition is diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration becomes 0.4% by mass, and then stirred with a disperser at 1500 rpm for 5 minutes. Next, the viscosity of the dispersion liquid thus obtained is measured using a B-type viscometer (manufactured by BLOOKFIELD, analog viscometer T-LVT). The measurement conditions are a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of measurement is the viscosity of the dispersion liquid. Further, the dispersion liquid to be measured is allowed to stand overnight for 24 hours in an environment of 23 ° C. and relative humidity of 50% before measurement. The viscosity measurement temperature is 23 ° C. Other detailed measurement conditions and the like comply with JIS Z8803: 2011. Five samples are prepared for each level, each measurement is performed twice, a total of 10 times, and the arithmetic mean value is adopted.
本発明の繊維状セルロース含有組成物は、微細繊維状セルロースと特定成分とを組み合わせたキットとしてもよい。例えば、両者を別々に、必要によりその他の成分とも組み合わせて提供することもできる。この場合、微細繊維状セルロースや特定成分等の組合せ量や比率は、繊維状セルロース含有組成物における配合量等と同じである。 The fibrous cellulose-containing composition of the present invention may be a kit in which fine fibrous cellulose and a specific component are combined. For example, both can be provided separately and, if necessary, combined with other components. In this case, the combination amount and ratio of the fine fibrous cellulose and the specific component are the same as the compounding amount and the like in the fibrous cellulose-containing composition.
(塗膜)
本発明の繊維状セルロース含有組成物はこれを塗工して塗膜とすることが好ましい。塗膜の厚さは特に限定されないが、塗料としての利用形態を考慮するときには、1000μm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、300μm以下であることがさらに好ましく、100μm以下であることがさらに好ましく、80μm以下であることが特に好ましい。下限値としては、1μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、10μm以上が特に好ましい。
(Coating film)
The fibrous cellulose-containing composition of the present invention is preferably applied to form a coating film. The thickness of the coating film is not particularly limited, but when considering the usage as a coating material, it is preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less, further preferably 300 μm or less, and 100 μm or less. It is more preferable that it is, and it is particularly preferable that it is 80 μm or less. The lower limit value is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, particularly preferably 10 μm or more.
塗膜の表面粗さ(本明細書においては、特に断らない限り、表面粗さとは、JISB0601:2013に規定される算術平均粗さ:Raを指すものとする)は特に限定されないが、塗膜等の用途を考慮するとき、より平滑性に優れる方が好ましい。本発明によれば、必要により、算術平均粗さ(Ra)を改善することができ、Raを0.2μm以下とすることが好ましく、0.17μm以下とすることがより好ましく、0.15μm以下とすることが特に好ましい。下限値は特に限定されないが、0.001μm以上であることが実際的である。 The surface roughness of the coating film (in the present specification, unless otherwise specified, the surface roughness means the arithmetic average roughness: Ra defined in JIS B0601: 2013) is not particularly limited, In consideration of such uses, it is preferable that the smoothness is excellent. According to the present invention, the arithmetic mean roughness (Ra) can be improved if necessary, and Ra is preferably 0.2 μm or less, more preferably 0.17 μm or less, and 0.15 μm or less. Is particularly preferable. The lower limit value is not particularly limited, but it is practically 0.001 μm or more.
表面粗さは、光干渉式非接触表面形状測定器(菱化システム社製、非接触表面・層断面形状測定システムVertScan2.0、型式:R5500GML)を用い、×10対物レンズで測定範囲470.92μm×353.16μmの算術平均粗さ(Ra)を測定する。測定は1水準につき5回行い、その平均値から算術平均粗さを求める。算術平均粗さ(Ra)の定義、測定条件、算出方法等の詳細は、JISB0601:2013に準拠する。 The surface roughness is measured with an optical interference type non-contact surface shape measuring instrument (Ryoka System Co., Ltd., non-contact surface / layer cross-sectional shape measuring system VertScan 2.0, model: R5500GML) and a measuring range of 470. The arithmetic mean roughness (Ra) of 92 μm × 353.16 μm is measured. The measurement is performed 5 times for each level, and the arithmetic mean roughness is calculated from the average value. The details of the definition of the arithmetic mean roughness (Ra), the measurement conditions, the calculation method and the like are based on JISB0601: 2013.
塗膜のヤング率は特に限定されないが、より高いヤング率とすることを考慮するとき、例えば、0.3GPa以上であることが好ましく、0.5GPa以上であることがより好ましく、0.7GPa以上であることがさらに好ましく、0.8GPa以上であることが特に好ましい。上限値としては、8GPa以下であることが実際的である。本発明によれば、このような高いヤング率を達成できるため、高弾性率が要求される用途において好適に対応することができる。 The Young's modulus of the coating film is not particularly limited, but when considering a higher Young's modulus, for example, it is preferably 0.3 GPa or more, more preferably 0.5 GPa or more, and 0.7 GPa or more. Is more preferable, and 0.8 GPa or more is particularly preferable. It is practical that the upper limit value is 8 GPa or less. According to the present invention, since such a high Young's modulus can be achieved, it is possible to favorably cope with the application requiring a high elastic modulus.
塗膜のヤング率は、引張試験機テンシロン(エー・アンド・デイ社製)を用いて、つかみ具間の試験片長さを50mm、引張速度を5mm/分とする以外はJIS P 8113:2006に準拠して測定する。ヤング率を測定する際には、23℃、相対湿度50%で24時間調湿したものを試験片として用いる。測定は1水準につき5回行い、その平均値を採用する。 The Young's modulus of the coating film is JIS P 8113: 2006, except that the tensile tester Tensilon (manufactured by A & D Company) is used, and the length of the test piece between the grips is 50 mm and the pulling speed is 5 mm / min. Measure in compliance. When measuring the Young's modulus, a sample that has been conditioned at 23 ° C. and a relative humidity of 50% for 24 hours is used as a test piece. The measurement is performed 5 times for each level, and the average value is adopted.
(膜の製造方法)
増粘剤、塗料、膜等の製造工程は、特に限定されない。
増粘剤は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む分散液(スラリー状の場合がある)と、特定成分もしくはこれを含む溶液と、必要により他の成分(例えば水)とを混合することにより製造することができる。
塗料は、微細繊維状セルロース(分散液であってもよい)と、特定成分(溶液であってもよい)と、樹脂(例えばアクリル樹脂)と、硬化剤(例えばポリイソシアネート)と、必要により他の成分(例えば有機溶媒)とを混合することにより製造することができる。
膜は、微細繊維状セルロースと特定成分とを含む組成物(例えば、上記した塗料又は増粘剤など)を塗布して、塗膜を形成することにより製造することができる。具体的には、例えば、微細繊維状セルロースと特定成分とを含む組成物を基材上に塗工する工程とこれを乾燥する工程により塗膜を形成することができる。
上記で形成した塗膜は基材から剥離して、シートにしてもよい。
また、シートは、微細繊維状セルロースと特定成分とを含む組成物(上記した塗料又は増粘剤でもよい)を抄紙することにより製造してもよい。
(Membrane manufacturing method)
The manufacturing process of the thickener, paint, film, etc. is not particularly limited.
The thickener mixes a dispersion liquid (which may be in the form of a slurry) containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, a specific component or a solution containing this, and optionally other components (for example, water). It can be manufactured.
The coating material includes fine fibrous cellulose (which may be a dispersion liquid), a specific component (which may be a solution), a resin (for example, an acrylic resin), a curing agent (for example, polyisocyanate), and optionally other components. It can be produced by mixing with the component (for example, an organic solvent).
The film can be produced by applying a composition containing fine fibrous cellulose and a specific component (for example, the above-mentioned coating material or thickener) to form a coating film. Specifically, for example, a coating film can be formed by a step of applying a composition containing fine fibrous cellulose and a specific component on a substrate and a step of drying the composition.
The coating film formed above may be peeled from the base material to form a sheet.
Further, the sheet may be produced by making a paper containing a composition containing fine fibrous cellulose and a specific component (which may be the above-mentioned coating material or thickener).
<塗工工程>
塗工工程は、微細繊維状セルロースと特定成分とを含む組成物(上記した塗料又は増粘剤でもよい)を基材上に塗工する工程である。
シートを製造する場合には、塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。
<Coating process>
The coating step is a step of coating a composition containing fine fibrous cellulose and a specific component (which may be the above-mentioned coating material or thickener) on a substrate.
When manufacturing a sheet, a sheet can be continuously manufactured by using a coating device and a long base material.
塗工工程で用いる基材の材質は、特に限定されないが、組成物に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂製のフィルムや板または金属製のフィルムや板が好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミ、亜鉛、銅、鉄板の金属のフィルムや板、および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真ちゅうのフィルムや板等を用いることができる。 The material of the base material used in the coating step is not particularly limited, but the one having higher wettability with respect to the composition may be able to suppress the shrinkage of the sheet during drying, but the sheet formed after drying is It is preferable to select one that can be easily peeled off. Of these, a resin film or plate or a metal film or plate is preferable, but not particularly limited. For example, resin films and plates of acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polystyrene, polypropylene, polyvinylidene chloride, etc., metal films and plates of aluminum, zinc, copper, iron plates, and those whose surfaces are oxidized, stainless steel Films and plates of, and brass films and plates can be used.
塗工工程において、塗工される組成物の粘度が低く、基材上で展開してしまう場合、所定の厚み、坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠の質は特に限定されないが、乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂板又は金属板を成形したものが好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリプロピレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛板、銅板、鉄板等の金属板及び、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したものを用いることができる。 In the coating process, if the composition to be coated has a low viscosity and spreads on the substrate, fix the damming frame on the substrate to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight. You may use it. The quality of the damming frame is not particularly limited, but it is preferable to select one that allows the edges of the sheet attached after drying to be easily peeled off. Of these, a resin plate or a metal plate is preferable, but not particularly limited. For example, a resin plate such as an acrylic plate, a polyethylene terephthalate plate, a vinyl chloride plate, a polystyrene plate, a polypropylene plate, or a polyvinylidene chloride plate, a metal plate such as an aluminum plate, a zinc plate, a copper plate, or an iron plate, and their surfaces are oxidized. It is possible to use a molded product such as a product, a stainless plate or a brass plate.
組成物を塗工する塗工機としては、例えば、アプリケーター、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。厚みをより均一にできることから、アプリケーター、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが好ましい。 As a coating machine for coating the composition, for example, an applicator, a roll coater, a gravure coater, a die coater, a curtain coater, an air doctor coater or the like can be used. Applicators, die coaters, curtain coaters, and spray coaters are preferable because the thickness can be made more uniform.
塗工温度は特に限定されないが、20℃以上45℃以下であることが好ましく、25℃以上40℃以下であることがより好ましく、27℃以上35℃以下であることがさらに好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、組成物を容易に塗工でき、上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The coating temperature is not particularly limited, but is preferably 20 ° C. or higher and 45 ° C. or lower, more preferably 25 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and further preferably 27 ° C. or higher and 35 ° C. or lower. When the coating temperature is at least the above lower limit, the composition can be easily coated, and when it is at most the above upper limit, volatilization of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が10g/m2以上100g/m2以下、好ましくは20g/m2以上60g/m2以下になるように組成物を塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れたシートが得られる。 In the coating step, it is preferable to coat the composition so that the finished basis weight of the sheet is 10 g / m 2 or more and 100 g / m 2 or less, and preferably 20 g / m 2 or more and 60 g / m 2 or less. By coating so that the basis weight is within the above range, a sheet having excellent strength can be obtained.
塗工工程は、基材上に塗工した組成物を乾燥させる工程を含むことが好ましい。乾燥方法としては、特に限定されないが、非接触の乾燥方法でも、シートを拘束しながら乾燥する方法の何れでもよく、これらを組み合わせてもよい。 The coating step preferably includes a step of drying the composition coated on the base material. The drying method is not particularly limited, and may be either a non-contact drying method or a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof.
非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、熱風、赤外線、遠赤外線又は近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線又は近赤外線による乾燥は、赤外線装置、遠赤外線装置又は近赤外線装置を用いて行うことができるが、特に限定されない。加熱乾燥法における加熱温度は特に限定されないが、20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができ、上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制及び微細繊維状セルロースが熱によって変色することを抑制できる。 The non-contact drying method is not particularly limited, but a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far infrared rays or near infrared rays (heating drying method), and a method of drying in vacuum (vacuum drying method) are applied. You can The heat drying method and the vacuum drying method may be combined, but the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays can be performed using an infrared device, a far infrared device, or a near infrared device, but is not particularly limited. The heating temperature in the heating and drying method is not particularly limited, but is preferably 20 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and more preferably 25 ° C. or higher and 105 ° C. or lower. If the heating temperature is equal to or higher than the lower limit value, the dispersion medium can be quickly volatilized, and if the heating temperature is equal to or lower than the upper limit value, it is possible to suppress cost required for heating and prevent fine fibrous cellulose from being discolored by heat. .
<抄紙工程>
シートを製造する場合、シートの製造工程は、微細繊維状セルロースと特定成分とを含む組成物(上記した塗料又は増粘剤でもよい)を抄紙する工程を含んでもよい。抄紙工程で抄紙機としては、長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、これらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等公知の抄紙を行ってもよい。
<Papermaking process>
In the case of producing a sheet, the step of producing the sheet may include a step of making a composition containing fine fibrous cellulose and a specific component (which may be the above-mentioned coating material or thickener). Examples of paper machines used in the papermaking process include a fourdrinier, cylinder, and inclined continuous paper machines, and a multi-layered paper machine that combines these machines. In the papermaking process, known papermaking such as handmaking may be performed.
抄紙工程では、上記組成物をワイヤー上で濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、プレス、乾燥することでシートを得る。上記組成物を濾過、脱水する場合、濾過時の濾布としては特に限定されないが、微細繊維状セルロースや防腐剤は通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないことが重要である。このような濾布としては特に限定されないが、有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。具体的には孔径0.1μm以上20μm以下、例えば1μmのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1μm以上20μm以下、例えば1μmのポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられるが、特に限定されない。 In the papermaking step, the composition is filtered on a wire and dehydrated to obtain a wet paper sheet, which is then pressed and dried to obtain the sheet. When the above composition is filtered and dehydrated, the filter cloth at the time of filtration is not particularly limited, but it is important that the fine fibrous cellulose and the preservative do not pass through and the filtration rate does not become too slow. The filter cloth is not particularly limited, but a sheet, a woven fabric, and a porous membrane made of an organic polymer are preferable. The organic polymer is not particularly limited, but non-cellulosic organic polymers such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. Specific examples thereof include a porous film of polytetrafluoroethylene having a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, for example, 1 μm, and a polyethylene terephthalate or polyethylene woven fabric having a pore diameter of 0.1 μm or more and 20 μm or less, for example, but are not particularly limited.
上記組成物からシートを製造する方法としては、特に限定されないが、例えばWO2011/013567に記載の製造装置を用いる方法等が挙げられる。この製造装置は、微細繊維状セルロースを含む組成物を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された組成物から分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させて繊維シートを生成する乾燥セクションとを備えている。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 The method for producing a sheet from the above composition is not particularly limited, and examples thereof include a method using a production apparatus described in WO2011 / 013567. This manufacturing apparatus discharges a composition containing fine fibrous cellulose onto the upper surface of an endless belt, squeezes a dispersion medium from the discharged composition to squeeze a web, and a squeezing section for drying the web to produce fibers. And a drying section for producing a sheet. An endless belt is arranged from the water squeezing section to the drying section, and the web generated in the water squeezing section is conveyed to the drying section while being placed on the endless belt.
採用できる脱水方法としては特に限定されないが、紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられ、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、ロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、乾燥方法としては特に限定されないが、紙の製造で用いられている方法が挙げられ、例えば、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどの方法が好ましい。 The dehydration method that can be employed is not particularly limited, and examples thereof include the dehydration methods that are commonly used in the production of paper, and a method of dehydrating with a Fourdrinier, a cylinder, an inclined wire or the like and then a roll press is preferable. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include methods used in the production of paper, and for example, methods such as a cylinder dryer, a Yankee dryer, hot air drying, a near infrared heater, and an infrared heater are preferable.
(積層体)
上述した工程で得られた塗膜又はシートに、さらに他の層を積層して積層体を形成してもよい。このような他の層は、塗膜又はシートの両表面上に設けられていてもよいが、塗膜又はシートの一方の面上にのみ設けられていてもよい。塗膜又はシートの少なくとも一方の面上に積層される他の層としては、例えば、樹脂層や無機層を挙げることができる。
(Laminate)
You may form a laminated body by laminating | stacking another layer further on the coating film or sheet obtained by the process mentioned above. Such other layer may be provided on both surfaces of the coating film or sheet, or may be provided only on one surface of the coating film or sheet. Examples of the other layer laminated on at least one surface of the coating film or sheet include a resin layer and an inorganic layer.
積層体の具体例としては、例えば、塗膜又はシートの少なくとも一方の面上に樹脂層が直接積層された積層体や、塗膜又はシートの少なくとも一方の面上に無機層が直接積層された積層体、樹脂層、塗膜又はシート、無機層がこの順で積層された積層体、塗膜又はシート、樹脂層、無機層がこの順で積層された積層体、塗膜又はシート、無機層、樹脂層がこの順で積層された積層体を挙げることができる。積層体の層構成は上記に限定されるものではなく、用途に応じて種々の態様とすることができる。 Specific examples of the laminate include, for example, a laminate in which a resin layer is directly laminated on at least one surface of a coating film or a sheet, or an inorganic layer is directly laminated on at least one surface of a coating film or a sheet. Laminate, resin layer, coating film or sheet, laminate in which an inorganic layer is laminated in this order, coating film or sheet, resin layer, laminate in which inorganic layer is laminated in this order, coating film or inorganic layer A laminated body in which the resin layers are laminated in this order can be mentioned. The layer structure of the laminate is not limited to the above, and various modes can be adopted according to the application.
<樹脂層>
樹脂層は、天然樹脂や合成樹脂を主成分とする層である。ここで、主成分とは、樹脂層の全質量に対して、50質量%以上含まれている成分を指す。樹脂の含有量は、樹脂層の全質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。なお、樹脂の含有量は、100質量%とすることもでき、95質量%以下であってもよい。
<Resin layer>
The resin layer is a layer containing a natural resin or a synthetic resin as a main component. Here, the main component means a component contained in an amount of 50% by mass or more based on the total mass of the resin layer. The content of the resin is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, further preferably 80% by mass or more, and 90% by mass with respect to the total mass of the resin layer. The above is particularly preferable. The resin content may be 100% by mass or may be 95% by mass or less.
天然樹脂としては、例えば、ロジン、ロジンエステル、水添ロジンエステル等のロジン系樹脂を挙げることができる。 Examples of the natural resin include rosin-based resins such as rosin, rosin ester, and hydrogenated rosin ester.
合成樹脂としては、例えば、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、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましい。中でも、合成樹脂はポリカーボネート樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましく、ポリカーボネート樹脂であることがより好ましい。なお、アクリル樹脂は、ポリアクリロニトリル及びポリ(メタ)アクリレートから選択される少なくともいずれか1種であることが好ましい。 The synthetic resin is preferably at least one selected from polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, polystyrene resin, polyurethane resin and acrylic resin. Above all, the synthetic resin is preferably at least one selected from a polycarbonate resin and an acrylic resin, and more preferably a polycarbonate resin. The acrylic resin is preferably at least one selected from polyacrylonitrile and poly (meth) acrylate.
樹脂層を構成するポリカーボネート樹脂としては、例えば、芳香族ポリカーボネート系樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂が挙げられる。これらの具体的なポリカーボネート系樹脂は公知であり、例えば特開2010−023275号公報に記載されたポリカーボネート系樹脂が挙げられる。 Examples of the polycarbonate resin forming the resin layer include aromatic polycarbonate-based resins and aliphatic polycarbonate-based resins. These specific polycarbonate-based resins are known, and examples thereof include the polycarbonate-based resins described in JP 2010-023275A.
樹脂層を構成する樹脂は1種を単独で用いてもよく、複数の樹脂成分が共重合又は、グラフト重合してなる共重合体を用いてもよい。また、複数の樹脂成分を物理的なプロセスで混合したブレンド材料として用いてもよい。 The resin constituting the resin layer may be used alone, or a copolymer obtained by copolymerizing or graft-polymerizing a plurality of resin components may be used. Moreover, you may use as a blend material which mixed the several resin component by a physical process.
塗膜又はシートと樹脂層の間には、接着層が設けられていてもよく、また接着層が設けられておらず、塗膜又はシートと樹脂層が直接密着をしていてもよい。塗膜又はシートと樹脂層の間に接着層が設けられる場合は、接着層を構成する接着剤として、例えば、アクリル系樹脂を挙げることができる。また、アクリル系樹脂以外の接着剤としては、例えば、塩化ビニル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン/アクリル酸エステル共重合体樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸エステル共重合体樹脂、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、ポリエステル系樹脂、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、SBR、NBR等のゴム系エマルジョンなどが挙げられる。 An adhesive layer may be provided between the coating film or sheet and the resin layer, or no adhesive layer may be provided and the coating film or sheet and the resin layer may be in direct contact with each other. When an adhesive layer is provided between the coating film or sheet and the resin layer, an acrylic resin can be used as the adhesive forming the adhesive layer. Examples of adhesives other than acrylic resins include vinyl chloride resins, (meth) acrylic acid ester resins, styrene / acrylic acid ester copolymer resins, vinyl acetate resins, vinyl acetate / (meth) acrylic acid ester copolymers. Polymer resins, urethane resins, silicone resins, epoxy resins, ethylene / vinyl acetate copolymer resins, polyester resins, polyvinyl alcohol resins, ethylene vinyl alcohol copolymer resins and rubber emulsions such as SBR and NBR. To be
塗膜又はシートと樹脂層の間に接着層が設けられていない場合は、樹脂層が密着助剤を有してもよく、また、樹脂層の表面に親水化処理等の表面処理を行ってもよい。
密着助剤としては、例えば、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、アミノ基及びシラノール基から選択される少なくとも1種を含む化合物や、有機ケイ素化合物が挙げられる。中でも、密着助剤はイソシアネート基を含む化合物(イソシアネート化合物)及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましい。有機ケイ素化合物としては、例えば、シランカップリング剤縮合物や、シランカップリング剤を挙げることができる。
なお、親水化処理以外の表面処理の方法としては、コロナ処理、プラズマ放電処理、UV照射処理、電子線照射処理、火炎処理等を挙げることができる。
When the adhesive layer is not provided between the coating film or sheet and the resin layer, the resin layer may have an adhesion aid, and the surface of the resin layer may be subjected to surface treatment such as hydrophilic treatment. Good.
Examples of the adhesion aid include a compound containing at least one selected from an isocyanate group, a carbodiimide group, an epoxy group, an oxazoline group, an amino group and a silanol group, and an organic silicon compound. Among them, the adhesion aid is preferably at least one selected from a compound containing an isocyanate group (isocyanate compound) and an organic silicon compound. Examples of the organosilicon compound include a silane coupling agent condensate and a silane coupling agent.
Examples of surface treatment methods other than hydrophilic treatment include corona treatment, plasma discharge treatment, UV irradiation treatment, electron beam irradiation treatment, and flame treatment.
<無機層>
無機層を構成する物質としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、錫、ニッケル、チタン;これらの酸化物、炭化物、窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、もしくは酸化炭化窒化物;又はこれらの混合物が挙げられる。高い防湿性が安定に維持できるとの観点からは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、又はこれらの混合物が好ましい。
<Inorganic layer>
The substance constituting the inorganic layer is not particularly limited, but includes, for example, aluminum, silicon, magnesium, zinc, tin, nickel, titanium; oxides, carbides, nitrides, oxycarbides, oxynitrides, or oxycarbonitrides of these. Or a mixture thereof. From the viewpoint that high moisture resistance can be stably maintained, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxycarbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxycarbide, aluminum oxynitride, or these Mixtures are preferred.
無機層の形成方法は、特に限定されない。一般に、薄膜を形成する方法は大別して、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)と物理成膜法(Physical Vapor Deposition、PVD)とがあるが、いずれの方法を採用してもよい。CVD法としては、具体的には、プラズマを利用したプラズマCVD、加熱触媒体を用いて材料ガスを接触熱分解する触媒化学気相成長法(Cat−CVD)等が挙げられる。PVD法としては、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられる。 The method for forming the inorganic layer is not particularly limited. Generally, a method for forming a thin film is roughly classified into a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition, CVD) and a physical film forming method (Physical Vapor Deposition, PVD), but any method may be adopted. . Specific examples of the CVD method include plasma CVD using plasma, a catalytic chemical vapor deposition method (Cat-CVD) in which a material gas is catalytically pyrolyzed using a heating catalyst, and the like. Specific examples of the PVD method include vacuum deposition, ion plating, and sputtering.
また、無機層の形成方法としては、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition、ALD)を採用することもできる。ALD法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを、層を形成する面に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する方法である。成膜速度が遅いという欠点はあるが、プラズマCVD法以上に、複雑な形状の面でもきれいに覆うことができ、欠陥の少ない薄膜を成膜することが可能であるという利点がある。また、ALD法には、膜厚をナノオーダーで制御することができ、広い面を覆うことが比較的容易である等の利点がある。さらにALD法は、プラズマを用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化、未反応ガスの減少が期待できる。 Further, as a method for forming the inorganic layer, an atomic layer deposition method (Atomic Layer Deposition, ALD) can also be adopted. The ALD method is a method of forming a thin film in atomic layer units by alternately supplying source gases of the respective elements forming the film to be formed to the surface on which the layer is formed. Although it has a drawback that the film formation rate is slow, it has an advantage over the plasma CVD method that it can cover even a complicated surface cleanly and can form a thin film with few defects. In addition, the ALD method has advantages that the film thickness can be controlled on the order of nanometers, and it is relatively easy to cover a wide surface. Further, in the ALD method, the use of plasma can be expected to improve the reaction rate, realize a low temperature process, and reduce unreacted gas.
(用途)
本発明のセルロース含有組成物は、増粘剤として各種用途に使用することができる。
また、本発明の繊維状セルロース含有組成物は、例えば、塗料、樹脂、エマルジョン、水硬性材料(セメント)、又はゴムと混合し補強材として使用してもよい。
本発明のセルロース含有組成物を用いて、各種の塗膜又はシートを作製してもよい。
(Use)
The cellulose-containing composition of the present invention can be used in various applications as a thickener.
In addition, the fibrous cellulose-containing composition of the present invention may be used as a reinforcing material by mixing with, for example, a coating material, a resin, an emulsion, a hydraulic material (cement), or rubber.
Various coatings or sheets may be produced using the cellulose-containing composition of the present invention.
シートは、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池、等の光透過性基板の用途に適している。また、電子機器の基板、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。さらに、糸、フィルタ、織物、緩衝材、スポンジ、研磨材などの他、シートそのものを補強材として使う用途にも適している。 The sheet is suitable for use in light-transmissive substrates such as various display devices and various solar cells. Further, it is also suitable for use as substrates for electronic devices, members for home appliances, window materials for various vehicles and buildings, interior materials, exterior materials, packaging materials, and the like. Furthermore, in addition to threads, filters, fabrics, cushioning materials, sponges, abrasives, etc., it is also suitable for the use of the sheet itself as a reinforcing material.
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、以下の実施例では説明の便宜を考慮し、微細繊維状セルロースを処理したスラリーを分散液と称し、これと特定成分とを含むものを繊維状セルロース含有組成物と称する。そして、繊維状セルロース含有組成物と樹脂と硬化剤等を配合したものを塗料と称する。しかしながら、これにより本発明の範囲が限定して解釈されるものではない。例えば、塗料などの微細繊維状セルロースと特定成分とその他の成分とを含有するものも、本発明の繊維状セルロース含有組成物の範囲に包含される。 The features of the present invention will be described more specifically below with reference to Examples and Comparative Examples. The materials, usage amounts, ratios, processing contents, processing procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limitedly interpreted by the following specific examples. In the following examples, for convenience of description, a slurry obtained by treating fine fibrous cellulose is referred to as a dispersion, and a composition containing this and a specific component is referred to as a fibrous cellulose-containing composition. A mixture of the fibrous cellulose-containing composition, a resin, a curing agent and the like is called a paint. However, this should not be construed as limiting the scope of the present invention. For example, those containing fine fibrous cellulose such as paint, a specific component and other components are also included in the range of the fibrous cellulose-containing composition of the present invention.
<微細繊維状セルロース分散液(1)の製造>
(リン酸化工程)
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121−2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)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200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。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。
<Production of fine fibrous cellulose dispersion (1)>
(Phosphorylation process)
As a raw material pulp, a softwood kraft pulp made by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93 mass%, basis weight 208 g / m 2 sheet, disaggregated and measured according to JIS P 8121-2: 2012 Canadian standard freeness (CSF ) Used 700 ml). This raw material pulp was subjected to phosphorylation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea is added to 100 parts by mass of the raw material pulp (absolute dry mass) to obtain 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water. Was adjusted as described above to obtain a chemical solution-impregnated pulp. Next, the obtained chemical liquid-impregnated pulp was heated for 200 seconds with a hot air dryer at 165 ° C. to introduce phosphoric acid groups into the cellulose in the pulp to obtain phosphorylated pulp. Then, the obtained phosphorylated pulp was subjected to a washing treatment. The washing treatment is carried out by repeating the operation of pouring the pulp dispersion obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water to 100 g of phosphorylated pulp (absolute dry mass) so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating. went. When the electric conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対してアルカリ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、アルカリ処理が施されたリン酸化パルプを得た。 Then, the phosphorylated pulp after washing was subjected to alkali treatment as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and a 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little with stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. . Then, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain alkali treated phosphorylated pulp.
次いで、アルカリ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。
これにより得られたリン酸化パルプに対し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、1230cm-1付近にリン酸基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、後述する測定方法で測定されるリン酸基量(強酸性基量)は、1.45mmol/gだった。
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箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
Next, the above-mentioned washing treatment was performed on the phosphorylated pulp after the alkali treatment.
The infrared absorption spectrum of the phosphorylated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption based on a phosphate group was observed around 1230 cm -1 , and it was confirmed that the phosphate group was added to the pulp. The amount of phosphoric acid groups (the amount of strong acidic groups) measured by the measuring method described later was 1.45 mmol / g.
Also, the phosphorylated pulp obtained was tested and analyzed by an X-ray diffractometer. At two positions, 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. A typical peak was confirmed and it was confirmed to have a cellulose type I crystal.
(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(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3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(1)を得た。X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を下記の測定方法に準じて透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3〜5nmであった。
なお、上記微細繊維状セルロースの0.4質量%粘度を測定したところ22400[mPa・s]であった。
(Disentanglement processing)
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated with a wet atomizer (Starburst manufactured by Sugino Machine Ltd.) three times at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid (1) containing fine fibrous cellulose. It was confirmed by X-ray diffraction that the fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. Further, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured by a transmission electron microscope according to the following measuring method, and it was 3 to 5 nm.
The 0.4% by mass viscosity of the fine fibrous cellulose was measured and found to be 22400 [mPa · s].
<繊維幅の測定>
微細繊維状セルロースの繊維幅を下記の方法で測定した。
湿式微粒化装置にて処理をして得られた上記微細繊維状セルロース分散液の上澄み液を、微細繊維状セルロースの濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように水で希釈し、親水化処理したカーボングリッド膜に滴下した。これを乾燥した後、酢酸ウラニルで染色し、透過型電子顕微鏡(日本電子社製、JEOL−2000EX)により観察した。
<Measurement of fiber width>
The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured by the following method.
The supernatant liquid of the fine fibrous cellulose dispersion obtained by treatment with a wet atomization device is treated with water so that the concentration of the fine fibrous cellulose becomes 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less. It was diluted and added dropwise to the hydrophilized carbon grid film. After drying this, it was dyed with uranyl acetate and observed with a transmission electron microscope (JEOL-2000EX, manufactured by JEOL Ltd.).
<微細繊維状セルロース分散液(2)の製造>
(TEMPO酸化工程)
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して3.8mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了とみなした。
<Production of fine fibrous cellulose dispersion (2)>
(TEMPO oxidation process)
Softwood kraft pulp (undried) made by Oji Paper Co., Ltd. was used as the raw material pulp. This raw material pulp was subjected to alkali TEMPO oxidation treatment as follows. First, the raw material pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) 1.6 parts by mass, 10 parts by mass of sodium bromide, and 10000 parts by mass of water. Dispersed in parts. Then, a 13 mass% sodium hypochlorite aqueous solution was added so as to be 3.8 mmol with respect to 1.0 g of pulp to start the reaction. During the reaction, a 0.5 M sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered to be completed when no change in the pH was observed.
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、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。 Then, a cleaning process was performed on the obtained TEMPO oxidized pulp. The washing treatment is carried out by dewatering the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dewatering sheet, then pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring and uniformly dispersing, and then repeating the operation of filtering and dewatering. It was When the electric conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
この脱水シートに対して、残存するアルデヒド基の追酸化処理を次のようにして行った。乾燥質量100質量部相当の上記脱水シートを、0.1mol/L酢酸緩衝液(pH4.8)10000質量部に分散させた。次いで80%亜塩素酸ナトリウム113質量部を加え、直ちに密閉した後、マグネチックスターラーを用いて500rpmで撹拌しながら室温で48時間反応させ、パルプスラリーを得た。
次いで、得られた追酸化済みTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、追酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、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。
This dehydrated sheet was subjected to additional oxidation treatment of the remaining aldehyde group as follows. The above dehydrated sheet corresponding to 100 parts by mass of dry mass was dispersed in 10000 parts by mass of 0.1 mol / L acetate buffer solution (pH 4.8). Then, 113 parts by mass of 80% sodium chlorite was added, and the mixture was immediately sealed and then allowed to react at room temperature for 48 hours while stirring at 500 rpm using a magnetic stirrer to obtain a pulp slurry.
Then, a washing treatment was performed on the obtained TEMPO-oxidized pulp having undergone additional oxidation. The washing treatment is performed by dewatering the pulp slurry after additional oxidation to obtain a dewatering sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring and uniformly dispersing, and then repeating the operation of filtering and dewatering. It was When the electric conductivity of the filtrate became 100 μS / cm or less, the washing end point was set.
これにより得られたTEMPO酸化パルプについて、後述する測定方法で測定されるカルボキシル基量は、1.30mmol/gだった。
また、得られたTEMPO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箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。
The TEMPO oxidized pulp thus obtained had a carboxyl group content of 1.30 mmol / g as measured by the measurement method described below.
Moreover, when the obtained TEMPO oxidized pulp was tested and analyzed by an X-ray diffractometer, it was found to be at two positions of 2θ = 14 ° or more and 17 ° or less and 2θ = 22 ° or more and 23 ° or less. A typical peak was confirmed and it was confirmed to have a cellulose type I crystal.
(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(スギノマシン社製、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(2)を得た。X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3〜5nmであった。
上記微細繊維状セルロースの0.4質量%粘度を測定したところ11000[mPa・s]であった。
(Disentanglement processing)
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated 6 times with a wet atomizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid (2) containing fine fibrous cellulose. It was confirmed by X-ray diffraction that the fine fibrous cellulose maintained the cellulose type I crystal. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured with a transmission electron microscope, and it was 3 to 5 nm.
The 0.4% by mass viscosity of the fine fibrous cellulose was measured and found to be 11000 [mPa · s].
<微細繊維状セルロース分散液(3)の製造>
微細繊維状セルロース分散液(1)に、微細繊維状セルロース1質量部に対して、酵素含有液(AB Enzymes社製、 ECOPULP R、酵素含有量は約5質量%)を3.0×10-6質量部添加し、18,500回転で2分間撹拌した。これを回収し、微細繊維状セルロース分散液(3)を得た。微細繊維状セルロース分散液(3)は酵素を含む。
なお、上記微細繊維状セルロースの0.4質量%粘度を測定したところ9000[mPa・s]であった。
<Production of fine fibrous cellulose dispersion (3)>
In the fine fibrous cellulose dispersion liquid (1), 3.0 × 10 − of an enzyme-containing liquid (manufactured by AB Enzymes, ECOPULP R, the enzyme content is about 5% by mass) with respect to 1 part by mass of the fine fibrous cellulose. 6 parts by mass was added, and the mixture was stirred at 18,500 rpm for 2 minutes. This was recovered to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid (3). The fine fibrous cellulose dispersion liquid (3) contains an enzyme.
The 0.4% by mass viscosity of the fine fibrous cellulose was measured and found to be 9000 [mPa · s].
<微細繊維状セルロース分散液Aの製造>
湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)を用いた圧力200MPaでの処理回数を3回とした以外は、微細繊維状セルロース分散液(2)と同様にして、微細繊維状セルロース分散液Aを得た。
なお、上記微細繊維状セルロースの0.4質量%粘度を測定したところ20400[mPa・s]であった。
<Production of fine fibrous cellulose dispersion A>
Fine fibrous cellulose dispersion liquid was obtained in the same manner as the fine fibrous cellulose dispersion liquid (2) except that the number of treatments using a wet atomization device (Starburst manufactured by Sugino Machine Ltd.) at a pressure of 200 MPa was set to 3. I got A.
The 0.4% by mass viscosity of the fine fibrous cellulose was measured and found to be 20400 [mPa · s].
各微細繊維状セルロースの物性は下記の手順にしたがって測定した。その結果を上記の表1に記載した。 The physical properties of each fine fibrous cellulose were measured according to the following procedures. The results are shown in Table 1 above.
<リン酸基量の測定>
微細繊維状セルロースのリン酸基量は、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をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作成した繊維状セルロース含有スラリーに対し、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、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリー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、30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測することにより行った。リン酸基量(mmol/g)は、計測結果のうち図1に示す第1領域に相当する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して算出した。
<Measurement of phosphate group amount>
The phosphate group amount of the fine fibrous cellulose is a fibrous substance prepared by diluting a fine fibrous cellulose dispersion liquid containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water to a content of 0.2% by mass. The cellulose-containing slurry was treated with an ion exchange resin and then titrated with an alkali for measurement.
The treatment with an ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amber Jet 1024; Organo Co., Ltd., already conditioned) to the above-mentioned fibrous cellulose-containing slurry and performing a shaking treatment for 1 hour. , And the resin and the slurry were separated by pouring onto a mesh having an opening of 90 μm.
In addition, titration with an alkali was performed by adding 50 μL of a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with the ion exchange resin once every 30 seconds while the electrical conductivity of the slurry was shown. It was carried out by measuring the change in the value of. The phosphate group amount (mmol / g) was obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in FIG. 1 in the measurement result by the solid content (g) in the titration target slurry. Calculated.
<カルボキシル基量の測定>
微細繊維状セルロースのカルボキシル基量は、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をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作成した繊維状セルロース含有スラリーに対し、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、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリー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30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測することにより行った。カルボキシル基量(mmol/g)は、計測結果のうち図2に示す第1領域に相当する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して算出した。
<Measurement of carboxyl group amount>
The amount of carboxyl groups in the fine fibrous cellulose is a fibrous cellulose prepared by diluting a fine fibrous cellulose dispersion liquid containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water to a content of 0.2% by mass. The contained slurry was treated with an ion exchange resin and then titrated with an alkali for measurement.
The treatment with an ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amber Jet 1024; Organo Co., Ltd., already conditioned) to the above-mentioned fibrous cellulose-containing slurry and performing a shaking treatment for 1 hour. , And the resin and the slurry were separated by pouring onto a mesh having an opening of 90 μm.
In addition, titration with an alkali was performed by adding 50 μL of a 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution once every 30 seconds to the fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with the ion exchange resin, while measuring the electric conductivity of the slurry. This was done by measuring the change in value. The carboxyl group amount (mmol / g) is obtained by dividing the amount of alkali (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in FIG. 2 in the measurement result by the solid content (g) in the titration target slurry. It was calculated.
<微細繊維状セルロース分散液の粘度の測定>
微細繊維状セルロース分散液の粘度は、次のように測定した。まず、微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度が0.4質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて1500rpmで5分間攪拌した。次いで、これにより得られた分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T−LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に一昼夜静置した。粘度の測定温度は23℃とした。その他の詳細な測定条件等は、JISZ8803:2011に準拠した。1水準につき5つの試料を調製し、各2回、合計10回の計測を行い、その算術平均値を採用した。
<Measurement of viscosity of fine fibrous cellulose dispersion>
The viscosity of the fine fibrous cellulose dispersion was measured as follows. First, the fine fibrous cellulose dispersion was diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration was 0.4% by mass, and then stirred with a disperser at 1500 rpm for 5 minutes. Then, the viscosity of the dispersion liquid thus obtained was measured using a B-type viscometer (manufactured by BLOOKFIELD, analog viscometer T-LVT). The measurement conditions were a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of measurement was taken as the viscosity of the dispersion liquid. Further, the dispersion liquid to be measured was allowed to stand overnight for 24 hours in an environment of 23 ° C. and 50% relative humidity before measurement. The viscosity measurement temperature was 23 ° C. Other detailed measurement conditions and the like are based on JISZ8803: 2011. Five samples were prepared for each level, each measurement was performed twice, a total of 10 times, and the arithmetic mean value was adopted.
<微細繊維状セルロース分散液の遠心分離後の上澄み収率の測定>
微細繊維状セルロース分散液を遠心分離した後の上澄み収率を以下に記載の方法により測定した。遠心分離後の上澄み収率は、微細繊維状セルロースの収率の指標となり、上澄み収率が高い程、微細繊維状セルロースの収率が高い。
微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度0.2質量%に調整し、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H−2000B)を用い、12000G、10分の条件で遠心分離した。得られた上澄み液を回収し、上澄み液の固形分濃度を測定した。下記式に基づいて、微細繊維状セルロースの収率を求めた。
上澄み収率(%)=上澄みの固形分濃度(%)/0.2×100
1水準につき5つの試料を調製し、各2回、合計10回の測定を行い、その算術平均値を採用した。
<Measurement of supernatant after centrifugation of fine fibrous cellulose dispersion>
The supernatant yield after centrifugation of the fine fibrous cellulose dispersion was measured by the method described below. The supernatant yield after centrifugation is an index of the yield of fine fibrous cellulose, and the higher the supernatant yield, the higher the yield of fine fibrous cellulose.
The fine fibrous cellulose dispersion liquid was adjusted to a solid content concentration of 0.2% by mass, and centrifuged using a cooling high-speed centrifuge (H-2000B, manufactured by Kokusan Co., Ltd.) under the conditions of 12000 G and 10 minutes. The obtained supernatant was collected and the solid content concentration of the supernatant was measured. The yield of fine fibrous cellulose was calculated based on the following formula.
Supernatant yield (%) = supernatant solid content concentration (%) / 0.2 × 100
Five samples were prepared for each level, each measurement was performed twice, a total of 10 times, and the arithmetic mean value was adopted.
<実施例1>
(繊維状セルロース含有組成物の調整)
顔料分散剤DISPERBYK−187(ビック-ケミー社製、アルキロールアンモニウム塩/酸価:35mgKOH/g アミン価:35mgKOH/g)にイオン交換水を加え固形分濃度2質量%の水溶液とした。
固形分濃度が2質量%の微細繊維状セルロース分散液(1)100gをビーカーに取り、そこにイオン交換水360g、2質量%のDISPERBYK−187水溶液40gを添加した。添加はT.K.ホモディスパー(特殊機化工業製)で1500rpmにて撹拌しながら行い、DISPERBYK−187添加後さらに5分間撹拌を行なった後、脱泡装置(シンキー社製、自転・公転ミキサーAR−250)にて脱泡処理を行なった。
これにより、微細繊維状セルロースの固形分濃度が0.4質量%、DISPERBYK−187の固形分濃度が0.016、微細繊維状セルロース対DISPERBYK−187=100対40(質量比)である繊維状セルロース含有組成物を得た。
<Example 1>
(Preparation of composition containing fibrous cellulose)
Ion-exchanged water was added to the pigment dispersant DISPERBYK-187 (manufactured by BYK-Chemie, alkylol ammonium salt / acid value: 35 mgKOH / g amine value: 35 mgKOH / g) to give an aqueous solution having a solid content concentration of 2% by mass.
100 g of a fine fibrous cellulose dispersion liquid (1) having a solid content concentration of 2% by mass was placed in a beaker, and 360 g of ion-exchanged water and 40 g of a 2% by mass DISPERBYK-187 aqueous solution were added thereto. The addition is T. K. The mixture was stirred with a homodisper (manufactured by Tokushu Kika Kogyo) at 1500 rpm, stirred for 5 minutes after the addition of DISPERBYK-187, and then with a defoaming device (Synky, rotation / revolution mixer AR-250). Defoaming treatment was performed.
Thereby, the solid content concentration of fine fibrous cellulose is 0.4% by mass, the solid content concentration of DISPERBYK-187 is 0.016, and the fibrous form of fine fibrous cellulose to DISPERBYK-187 = 100: 40 (mass ratio). A cellulose-containing composition was obtained.
(繊維状セルロース含有組成物の粘度の測定)
得られた繊維状セルロース含有組成物の粘度は、23℃、相対湿度50%の環境下に一昼夜静置した後、B型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T−LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。粘度の測定温度は23℃とした。その他の詳細な測定条件等は、JISZ8803:2011に準拠した。1水準につき5つの試料を調製し、各2回、合計10回の計測を行い、その算術平均値を採用した。
(Measurement of viscosity of fibrous cellulose-containing composition)
The viscosity of the obtained fibrous cellulose-containing composition is measured by using a B-type viscometer (manufactured by BLOOKFIELD, analog viscometer T-LVT) after allowing it to stand overnight under an environment of 23 ° C. and a relative humidity of 50%. did. The measurement conditions were a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of measurement was taken as the viscosity of the dispersion liquid. The viscosity measurement temperature was 23 ° C. Other detailed measurement conditions and the like are based on JISZ8803: 2011. Five samples were prepared for each level, each measurement was performed twice, a total of 10 times, and the arithmetic mean value was adopted.
(塗料の調製)
得られた繊維状セルロース含有組成物24.8gをビーカーにはかりとり、イオン交換水34.6g、アクリル樹脂(DIC社、品名:バーノック WD−551、固形分濃度44.1%)35.1g、硬化剤(DIC社製、品名:バーノック DNW−5500、ポリイソシアネート、固形分濃度79.8%)5.5gの順に添加した。添加はT.K.ホモディスパー(特殊機化工業製)で1500rpmにて撹拌しながら行ない、全て添加後さらに5分間撹拌を行なった後、脱泡装置(シンキー社製、自転・公転ミキサーAR−250)にて脱泡処理を行なった。
このようにして、固形分比 アクリル樹脂:78、硬化剤22、微細繊維状セルロース:0.5、DISPERBYK−187:0.2(質量比)であり、全固形分の濃度が20質量%である評価用塗料を得た。
(Preparation of paint)
24.8 g of the obtained fibrous cellulose-containing composition was weighed in a beaker, 34.6 g of ion-exchanged water, 35.1 g of acrylic resin (DIC Co., product name: Barnock WD-551, solid content concentration 44.1%), A curing agent (manufactured by DIC, product name: Bernock DNW-5500, polyisocyanate, solid content concentration 79.8%) (5.5 g) was added in that order. The addition is T. K. Homodispers (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) are stirred at 1500 rpm, stirred for 5 minutes after all the additions, and then defoamed by a defoaming device (Synky, rotation / revolution mixer AR-250). Processed.
In this way, the solid content ratio is acrylic resin: 78, curing agent 22, fine fibrous cellulose: 0.5, DISPERBYK-187: 0.2 (mass ratio), and the total solid content concentration is 20 mass%. A paint for evaluation was obtained.
<実施例2>
DISPERBYK−187の代わりにDISPERBYK−180(ビック-ケミー社製、アルキロールアンモニウム塩/酸価:94mgKOH/g アミン価:94mgKOH/g)の2質量%水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用塗料を得た。
<Example 2>
In the same manner as in Example 1 except that 2% by mass aqueous solution of DISPERBYK-180 (manufactured by BYK-Chemie, alkylol ammonium salt / acid value: 94 mgKOH / g amine value: 94 mgKOH / g) was used instead of DISPERBYK-187. Thus, a coating material for evaluation was obtained.
<実施例3>
DISPERBYK−187の代わりにDISPERBYK(ビック-ケミー社製、アルキロールアンモニウム塩/酸価:85mgKOH/g アミン価:85mgKOH/g)の2質量%水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用塗料を得た。
<Example 3>
In the same manner as in Example 1 except that 2% by mass aqueous solution of DISPERBYK (manufactured by BYK-Chemie, alkylol ammonium salt / acid value: 85 mgKOH / g amine value: 85 mgKOH / g) was used instead of DISPERBYK-187. An evaluation paint was obtained.
<実施例4>
DISPERBYK−187の代わりにDISPER−AW300P(大塚化学社製、メタクリレート樹脂・カリウム塩)の2質量%水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用塗料を得た。
<Example 4>
A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 2 mass% aqueous solution of DISPER-AW300P (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., methacrylate resin / potassium salt) was used instead of DISPERBYK-187.
<実施例5>
微細繊維状セルロース分散液(2)を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用塗料を得た。
<Example 5>
A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion liquid (2) was used.
<実施例6>
微細繊維状セルロース分散液(3)を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用塗料を得た。実施例6の繊維状セルロース含有組成物は酵素を含む。
<Example 6>
A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion liquid (3) was used. The fibrous cellulose-containing composition of Example 6 contains an enzyme.
<実施例7>
繊維状セルロース含有組成物中の微細繊維状セルロース対DISPERBYK−187の固形分比を100対20(質量比)とし、塗料調製での取り量を繊維状セルロース含有組成物24.9g、イオン交換水34.5g、アクリル樹脂を35.2g、とした以外は実施例1と同様にして評価用塗料を得た。
(得られた評価用塗料の固形分比はアクリル樹脂:78、硬化剤:22、微細繊維状セルロース:0.5、DISPERBYK−187:0.1(質量比)である。)
<Example 7>
The solid content ratio of fine fibrous cellulose to DISPERBYK-187 in the fibrous cellulose-containing composition was 100: 20 (mass ratio), and the amount taken in the paint preparation was 24.9 g of the fibrous cellulose-containing composition and ion-exchanged water. A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that 34.5 g and 35.2 g of acrylic resin were used.
(The solid content ratio of the obtained coating material for evaluation is acrylic resin: 78, curing agent: 22, fine fibrous cellulose: 0.5, DISPERBYK-187: 0.1 (mass ratio).)
<実施例8>
繊維状セルロース含有組成物中の微細繊維状セルロース対DISPERBYK−187の固形分比を100対160(質量比)とし、塗料調製での取り量を水分散体24.7g、イオン交換水35g、アクリル樹脂を34.9g、硬化剤を5.4gとした以外は実施例1と同様にして評価用塗料を得た。
(得られた評価用塗量の固形分比はアクリル樹脂78、硬化剤22、微細繊維状セルロース0.5、DISPERBYK−187:0.8(質量比)である。)
<Example 8>
The solid content ratio of fine fibrous cellulose to DISPERBYK-187 in the fibrous cellulose-containing composition was 100 to 160 (mass ratio), and the amount taken in the paint preparation was 24.7 g of an aqueous dispersion, 35 g of ion-exchanged water, and acrylic. A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that 34.9 g of the resin and 5.4 g of the curing agent were used.
(The solid content ratio of the obtained coating amount for evaluation is acrylic resin 78, curing agent 22, fine fibrous cellulose 0.5, DISPERBYK-187: 0.8 (mass ratio).)
<実施例9>
DISPERBYK−187の代わりに顔料分散剤DISPER−AW300P(大塚化学社製、メタクリレート樹脂・カリウム塩/酸価:120mgKOH/g)の2質量%水溶液を用いた以外は実施例7と同様にして、評価用塗料を得た。(得られた評価用塗料の固形分比はアクリル樹脂:78、硬化剤:22、微細繊維状セルロース:0.5、DISPWER−AW300P:0.1(質量比)である。)
<Example 9>
Evaluation was performed in the same manner as in Example 7 except that a 2 mass% aqueous solution of the pigment dispersant DISPER-AW300P (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., methacrylate resin / potassium salt / acid value: 120 mgKOH / g) was used instead of DISPERBYK-187. Got the paint for. (The solid content ratio of the obtained coating material for evaluation is acrylic resin: 78, curing agent: 22, fine fibrous cellulose: 0.5, DISPWER-AW300P: 0.1 (mass ratio).)
<実施例10>
DISPERBYK−187の代わりに顔料分散剤DISPER−AW300P(大塚化学社製、メタクリレート樹脂・カリウム塩)の2質量%水溶液を用いた以外は実施例8と同様にして、評価用塗料を得た。(得られた評価用塗量の固形分比はアクリル樹脂78、硬化剤22、微細繊維状セルロース0.5、DISPWER−AW300P:0.8(質量比)である。)
<Example 10>
A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Example 8 except that a 2 mass% aqueous solution of the pigment dispersant DISPER-AW300P (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., methacrylate resin / potassium salt) was used in place of DISPERBYK-187. (The solid content ratio of the obtained coating amount for evaluation is acrylic resin 78, curing agent 22, fine fibrous cellulose 0.5, DISPWER-AW300P: 0.8 (mass ratio).)
<比較例1>
固形分濃度が0.4質量%の微細繊維状セルロース分散液(1)24.9gをビーカーに取り、イオン交換水34.4g、アクリル樹脂35.2g、硬化剤5。49gの順に添加した。添加はT.K.ホモディスパー(特殊機化工業製)で1500rpmにて撹拌しながら行ない、全て添加後、さらに5分間撹拌を行なった後、脱泡装置(シンキー社製、自転・公転ミキサーAR−250)にて脱泡処理を行なった。
このようにして、固形分比アクリル樹脂78、硬化剤22、微細繊維状セルロース0.5(質量比)の評価用塗料を得た。
<Comparative Example 1>
24.9 g of the fine fibrous cellulose dispersion liquid (1) having a solid content concentration of 0.4% by mass was placed in a beaker, and 34.4 g of deionized water, 35.2 g of an acrylic resin, and 5.49 g of a curing agent were added in that order. The addition is T. K. Homodispers (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) were stirred at 1500 rpm, and after all the additions, stirring was continued for 5 minutes, and then defoaming was performed with a defoaming device (Synky, rotation / revolution mixer AR-250). A foam treatment was performed.
In this way, an evaluation coating material having a solid content ratio acrylic resin 78, a curing agent 22, and a fine fibrous cellulose 0.5 (mass ratio) was obtained.
<比較例2>
微細繊維状セルロース分散液Aを用いた以外は比較例1と同様にして、評価用塗料を得た。
<Comparative example 2>
A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion A was used.
<比較例3>
DISPERBYK−187の代わりに顔料分散剤DISPERBYK−193(ビック-ケミー社製、非イオン性分散剤)の2質量%水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用塗料を得た。
<Comparative example 3>
A coating material for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 2 mass% aqueous solution of the pigment dispersant DISPERBYK-193 (manufactured by BYK-Chemie, nonionic dispersant) was used in place of DISPERBYK-187.
<参考例>
微細繊維状セルロース分散液を添加せず、塗料調製での取り量をアクリル樹脂35.2g、イオン交換水34.4g、硬化剤5.5gとし、またこの順で添加した以外は実施例1と同様にして、評価用塗料を得た。
(得られた評価用塗料の固形分比はアクリル樹脂78、硬化剤22(質量比)である。)
<Reference example>
Example 1 except that the fine fibrous cellulose dispersion liquid was not added, and the amounts taken in the paint preparation were 35.2 g of acrylic resin, 34.4 g of ion-exchanged water, and 5.5 g of curing agent, and they were added in this order. Similarly, a coating material for evaluation was obtained.
(The solid content ratio of the obtained coating material for evaluation is acrylic resin 78 and curing agent 22 (mass ratio).)
上記で調製した各塗料及びその硬化塗膜について、物性を評価した。評価結果を下記の表2に示す。各評価項目の測定条件等は後述する。 The physical properties of each coating material prepared above and its cured coating film were evaluated. The evaluation results are shown in Table 2 below. The measurement conditions for each evaluation item will be described later.
上記の結果から、本発明の繊維状セルロース含有組成物は塗料としたときの塗工性に優れ(実施例1〜10)、塗布後の膜の異物が少ないことが分かる。また、本発明の繊維状セルロース含有組成物を用いることで、必要により、塗膜の表面を平滑にし、実用上好適な塗膜のヤング率と強度とを実現しうることが分かる。これに対し、本発明に係る特定成分を含まない繊維状セルロース含有組成物(比較例1及び2)あるいはノニオン性の分散剤を使用したもの(比較例3)では、塗工性が劣り、また塗膜表面が粗くなってしまった。 From the above results, it can be seen that the fibrous cellulose-containing composition of the present invention has excellent coatability when it is used as a paint (Examples 1 to 10), and there are few foreign matters in the film after coating. Further, it is understood that the use of the fibrous cellulose-containing composition of the present invention makes it possible to smooth the surface of the coating film and realize the Young's modulus and strength of the coating film which are practically suitable, if necessary. On the other hand, the fibrous cellulose-containing composition containing no specific component according to the present invention (Comparative Examples 1 and 2) or the one using a nonionic dispersant (Comparative Example 3) has poor coatability, and The surface of the coating film has become rough.
(外観評価用塗膜作成)
得られた塗料を用い、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム(東レ社製、品名:ルミラーT60、厚み75μm)を基材とし、アプリケーターを用いて乾燥後の塗膜厚みが30μmとなるよう塗工した。塗工後すぐに温度80℃の乾燥機で30分間加熱してPETフィルムを基材とした硬化塗膜の塗工物を得た。なお、塗膜の厚みは、触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定し、20点の算術平均値を採用した。その他の測定条件、算出方法等の詳細は、JISP8118:2014に準じて行った。
(Creation of coating film for appearance evaluation)
Using the obtained coating material, a PET (polyethylene terephthalate) film (manufactured by Toray Industries, Inc., product name: Lumirror T60, thickness 75 μm) was used as a base material, and an applicator was used to apply a coating film thickness after drying of 30 μm. Immediately after coating, it was heated in a dryer at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes to obtain a coated coating film having a PET film as a base material. The thickness of the coating film was measured with a stylus thickness meter (Millitron 1202D manufactured by Marl Co., Ltd.), and an arithmetic average value of 20 points was adopted. Details of other measurement conditions, calculation methods and the like were performed according to JIS P8118: 2014.
(表面粗さ)
光干渉式非接触表面形状測定器(菱化システム社製、非接触表面・層断面形状測定システムVertScan2.0、型式:R5500GML)を用い、×10対物レンズで測定範囲470.92μm×353.16μmの算術平均粗さ(Ra)を測定した。測定は1水準につき5回行い、その平均値から算術平均粗さを求めた。算術平均粗さ(Ra)の定義、測定条件、算出方法等の詳細は、JISB0601:2013に準じて行った。
(Surface roughness)
Using a light interference type non-contact surface shape measuring instrument (Ryoka System Co., Ltd., non-contact surface / layer cross-section shape measuring system VertScan 2.0, model: R5500GML), a measuring range of 470.92 μm × 353.16 μm with a × 10 objective lens. The arithmetic mean roughness (Ra) of was measured. The measurement was performed 5 times per level, and the arithmetic mean roughness was determined from the average value. The details of the definition of the arithmetic mean roughness (Ra), the measurement conditions, the calculation method, etc. were performed according to JISB0601: 2013.
(塗工性の評価)
光学顕微鏡(ニコン社製)を用いてPETフィルムを基材とした塗工物の観察を行い、1mm2中における5μm以上の大きさの凝集物数N(個/mm2)を20箇所で確認し、その算術平均値(N/20)をの平均値から求めた。測定は1水準につき5回行いその平均値を採用した。その数値(個/mm2)を表に示すとともに、結果を次のように区別した評価した。
サイズ5μm以上の粒が3個/mm2以上あり:×
サイズ5μm以上の粒が3個/mm2未満あり又はなし:○
なお、粒子の大きさは円相当径とし、測定条件、算出方法等の詳細は、JISZ8827−1:2008に準じて行った。
(Evaluation of coatability)
Performs observation of the coating prepared by the base PET film using an optical microscope (manufactured by Nikon Corporation), confirmed over 5μm during 1 mm 2 in size of the aggregates number N (the number / mm 2) at 20 sites Then, the arithmetic average value (N / 20) was calculated from the average value of. The measurement was performed 5 times per level and the average value was adopted. The numerical values (pieces / mm 2 ) are shown in the table, and the results were evaluated as follows.
There are 3 particles / mm 2 or more with size 5 μm or more: ×
Presence or absence of particles of size 5 μm or more less than 3 / mm 2 : ○
The size of the particles was equivalent to a circle, and the details of measurement conditions, calculation methods, etc. were based on JISZ8827-1: 2008.
(強度及びヤング率の評価用塗膜作成)
基材にPP(ポリプロピレン)フィルム(東レ社製、品名:トレファンBO、厚み60μm)を用いた以外は「外観評価用塗膜作成」で作成した試験片と同様に作成した。
作成した塗膜はPPフィルムからはがし、強度及びヤング率評価用の試料とした。
(Preparation of coating film for evaluation of strength and Young's modulus)
The test piece was prepared in the same manner as the test piece prepared in "Appearance evaluation coating film preparation" except that a PP (polypropylene) film (manufactured by Toray, product name: Trefan BO, thickness 60 μm) was used as the base material.
The prepared coating film was peeled off from the PP film and used as a sample for evaluating strength and Young's modulus.
(塗膜のヤング率)
試験片の長さ80mm、チャック間距離を50mmとした以外はJIS P 8113:2006に準拠し、引張試験機テンシロン(エー・アンド・デイ社製)を用いてヤング率を算出した。なお、ヤング率を測定する際には、23℃、相対湿度50%で24時間調湿したものを試験片として用いた。測定は1水準につき5回行い、その平均値を採用した。
(Young's modulus of the coating film)
Young's modulus was calculated using a tensile tester Tensilon (manufactured by A & D Company) in accordance with JIS P 8113: 2006 except that the length of the test piece was 80 mm and the distance between chucks was 50 mm. In addition, when measuring Young's modulus, what was conditioned for 24 hours at 23 degreeC and 50% of relative humidity was used as a test piece. The measurement was performed 5 times per level, and the average value was adopted.
(塗膜の強度)
参考例の繊維状セルロース含有組成物を用いて作成した塗膜の強度(引張強さ)をベース強度とした。このときの試験機、試験条件及び準拠規格は上記ヤング率の測定と同じとした。実施例及び比較例の各試験片について同様に試験を行い、ベース強度から20%以上強度(引張強さ)が高まったものを「○」とした。10%以上20%未満のものを「△」、10%未満のものを「×」とした。測定は1水準につき5回行い、その平均値を採用した。
(Strength of coating film)
The strength (tensile strength) of the coating film prepared using the fibrous cellulose-containing composition of Reference Example was taken as the base strength. At this time, the tester, the test conditions, and the compliance standard were the same as those used for measuring the Young's modulus. The same test was performed on each test piece of the example and the comparative example, and a test piece whose strength (tensile strength) was increased by 20% or more from the base strength was evaluated as “◯”. Those with 10% or more and less than 20% were marked with “Δ” and those with less than 10% were marked with “x”. The measurement was performed 5 times per level, and the average value was adopted.
Claims (11)
前記顔料分散剤の酸価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下であるか、又は前記顔料分散剤のアミン価が5mgKOH/g以上200mgKOH/g以下であり、
前記顔料分散剤の重量平均分子量が1,000以上100,000以下であり、
以下の条件により得た塗膜の表面粗さRaが0.20μm以下である、繊維状セルロース含有組成物;
(条件)
前記繊維状セルロース含有組成物と、前記繊維状セルロース1質量部に対してアクリル樹脂156質量部と、前記繊維状セルロース1質量部に対してポリイソシアネート44質量部と、を混ぜて得られた塗布液を、アプリケーターを用いて30μm厚となるように平滑なポリエチレンテレフタレート板上に塗工し塗工後すぐに80℃で30分間乾燥させる。 Fiber width is Ri der less 1000 nm, and comprises a fibrous cellulose having an anionic substituent, and a pigment dispersant having an ionic group, a fibrous cellulose-containing composition,
The acid value of the pigment dispersant is 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH / g or less, or the amine value of the pigment dispersant is 5 mgKOH / g or more and 200 mgKOH / g or less,
The pigment dispersant has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less,
A fibrous cellulose-containing composition in which the surface roughness Ra of the coating film obtained under the following conditions is 0.20 μm or less;
(conditions)
Application obtained by mixing the fibrous cellulose-containing composition, 156 parts by mass of an acrylic resin with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose, and 44 parts by mass of polyisocyanate with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose. The liquid is applied onto a smooth polyethylene terephthalate plate using an applicator so as to have a thickness of 30 μm, and immediately after application, it is dried at 80 ° C. for 30 minutes.
(条件)
繊維状セルロースの分散液を固形分濃度0.2質量%に調整し、冷却高速遠心分離機を用い、12000G、10分の条件で遠心分離する。得られた上澄み液を回収し、上澄み液の固形分濃度を測定した。下記式に基づいて、繊維状セルロースの収率を求める。
上澄み収率(%)=上澄みの固形分濃度(%)/0.2×100 The fibrous cellulose is used as a dispersion liquid, and the supernatant yield when the supernatant separated from the dispersion liquid under the following conditions is recovered is 80% by mass or more. Composition.
(conditions)
The dispersion liquid of fibrous cellulose is adjusted to a solid content concentration of 0.2% by mass, and centrifuged using a cooling high-speed centrifuge under the conditions of 12000 G and 10 minutes. The obtained supernatant was collected and the solid content concentration of the supernatant was measured. The yield of fibrous cellulose is calculated based on the following formula.
Supernatant yield (%) = supernatant solid content concentration (%) / 0.2 × 100
(条件)
前記繊維状セルロース含有組成物と、前記繊維状セルロース1質量部に対してアクリル樹脂156質量部と、前記繊維状セルロース1質量部に対してポリイソシアネート44質量部と、を混ぜて得られた塗布液を、アプリケーターを用いて30μm厚となるように平滑なポリプロピレン板上に塗工し塗工後すぐに80℃で30分間乾燥させる。 The fibrous cellulose-containing composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the coating film obtained under the following conditions has a Young's modulus of 0.7 GPa or more:
(conditions)
Application obtained by mixing the fibrous cellulose-containing composition, 156 parts by mass of an acrylic resin with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose, and 44 parts by mass of polyisocyanate with respect to 1 part by mass of the fibrous cellulose. The solution is coated on a smooth polypropylene plate with an applicator so as to have a thickness of 30 μm, and immediately after coating, it is dried at 80 ° C. for 30 minutes.
A paint comprising the fibrous cellulose-containing composition according to any one of claims 1 to 10.
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