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JP6689082B2 - Rubber composition for oil seal - Google Patents
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Description

本発明はオイルシール用ゴム組成物に関する。   The present invention relates to a rubber composition for oil seals.

オイルシールとは、自動車のエンジンやギヤードモータなどの機械製品の回転軸端部において、潤滑油、水、薬液、ガスなどの流体が隙間から漏れるのを防ぎ、また外部からほこりや土砂が侵入するのを防ぐために使用される。自動車以外では、航空機、船舶、鉄道車輛、建設機械、農業機械、石油化学プラント、家電製品など、さまざまな分野における機械の密封装置として使用される。   The oil seal prevents fluids such as lubricating oil, water, chemicals, and gas from leaking through the gaps at the end of the rotary shaft of mechanical products such as automobile engines and geared motors, and also allows dust and dirt to enter from the outside. Used to prevent In addition to automobiles, it is used as a sealing device for machines in various fields such as aircrafts, ships, railway vehicles, construction machinery, agricultural machinery, petrochemical plants, and home appliances.

オイルシールの構造としては通常、金属環にシールリップを構成するゴムを焼付け接着し、組み込んだばねにより軸を適度にホールドすることで、運動している部分のシールを可能とする。   As a structure of an oil seal, usually, a rubber that constitutes a seal lip is baked and adhered to a metal ring, and a built-in spring appropriately holds the shaft, so that a moving part can be sealed.

オイルシール用ゴム組成物に求められる性能としては通常、耐油性、機械的強度(引張強さ、耐摩耗性等)、耐熱性、耐寒性、耐オゾン性、耐水性、耐溶剤性、耐酸性、耐アルカリ性、耐薬品性等が挙げられる。また、製造工程においては、加工性として、混練り時におけるムーニー粘度が高すぎないこと、加硫速度が適切な範囲内において十分に速いこと、等が求められる。これら要求される性能や加工性、およびコスト等に応じて、適切なゴム成分や添加剤が配合される。
オイルシール用ゴム組成物に求められる上記性能のうち、機械的強度を向上させる方法として、ゴムにカーボンブラックやシリカを配合する方法が一般的に知られている。例えば、特許文献1では、DBP吸油量が一定の範囲であるカーボンブラックを水素添加ニトリルゴムに配合することにより、適度な硬度を有するとともに、成形性と耐摩耗性に優れたシール部材を提供できるとされている。
The properties required of rubber compositions for oil seals are usually oil resistance, mechanical strength (tensile strength, wear resistance, etc.), heat resistance, cold resistance, ozone resistance, water resistance, solvent resistance, acid resistance. , Alkali resistance, chemical resistance and the like. Further, in the manufacturing process, workability is required such that the Mooney viscosity at the time of kneading is not too high and the vulcanization rate is sufficiently fast within an appropriate range. Appropriate rubber components and additives are blended depending on the required performance, processability, cost and the like.
Among the above performances required for a rubber composition for an oil seal, a method of blending carbon black or silica with rubber is generally known as a method of improving mechanical strength. For example, in Patent Document 1, by blending carbon black having a DBP oil absorption amount within a certain range with hydrogenated nitrile rubber, it is possible to provide a seal member having appropriate hardness and excellent moldability and wear resistance. It is said that.

また、別の方法として、特許文献2では、ニトリルゴムに対し充填剤として粉末状セルロースを配合する方法が挙げられている。この方法によれば、引張強さが向上するとともに、植物原料から製造される粉末状セルロースを配合することにより、石油系材料の削減や、焼却処理の際に、燃焼残渣が発生しないため、廃棄物削減が可能となるとされている。   As another method, Patent Document 2 discloses a method in which powdered cellulose is blended as a filler with nitrile rubber. According to this method, the tensile strength is improved, and by blending powdered cellulose produced from plant raw materials, petroleum-based materials are reduced, and combustion residues do not occur during incineration treatment, so that the waste is discarded. It is said that it will be possible to reduce goods.

特WO12−070677号広報Special WO12-070677 特開2003−336745号JP-A-2003-336745

しかしながら、特許文献1の方法では、引張強さや耐摩耗性は向上するが、カーボンブラックやシリカ等の充填剤の配合量を多くしすぎると、ゴム組成物の比重が増加するため、エネルギー効率が低下する他、未加硫時におけるゴムのムーニー粘度が上昇し、加工性が低下する。したがって、配合できる量には上限があった。また、特許文献2の方法では、引張強さや耐摩耗性は確かに向上するが、未だ改善の余地があった。そこで、本発明は、十分な機械的強度(引張強さ、耐摩耗性)を有し、比重が低く、また製造工程において、未加硫時におけるムーニー粘度の上昇を抑制する、オイルシール用ゴム組成物を提供することを目的とする。 However, in the method of Patent Document 1, although the tensile strength and the wear resistance are improved, if the compounding amount of the filler such as carbon black or silica is too large, the specific gravity of the rubber composition increases, so that the energy efficiency is increased. In addition to the decrease, the Mooney viscosity of the rubber when unvulcanized increases and the processability decreases. Therefore, there is an upper limit to the amount that can be blended. Further, although the method of Patent Document 2 certainly improves the tensile strength and the wear resistance, there is still room for improvement. Therefore, the present invention provides a rubber for an oil seal having sufficient mechanical strength (tensile strength, wear resistance), low specific gravity, and suppressing an increase in Mooney viscosity during unvulcanization in the manufacturing process. It is intended to provide a composition.

本発明は以下の(1)〜(7)を提供する。
(1)下記成分A,成分B,成分Cを含むことを特徴とする、オイルシール用ゴム組成物。
成分A:ゴム成分
成分B:カーボンブラック、シリカ、粉末状セルロースから選ばれる少なくとも一種類を含む充填剤
成分C:セルロースナノファイバー
(2)前記下記成分A,成分B,成分Cの配合比率が、A:B:C=100:5〜100:1〜50(質量%)であることを特徴とする、(1)に記載のオイルシール用ゴム組成物。
(3)前記ゴム成分(成分A)が、ニトアクリロニトリル−ブタジエンゴムを含むことを特徴とする、(1)〜(2)のいずれか一項に記載のオイルシール用ゴム組成物。
(4)前記ゴム成分(成分A)が、エチレン−プロピレンゴムを含むことを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか一項に記載のオイルシール用ゴム組成物。
(5)前記セルロースナノファイバー(成分C)が、セルロースのグルコース単位中におけるC6位のヒドロキシル基の一部がカルボキシル基に酸化された酸化セルロースナノファイバーを含み、且つ酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基の量が、該酸化セルロースナノファイバーの絶乾重量に対し0.1mmol/g〜3.0mmol/gであることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれか一項に記載のオイルシール用ゴム組成物。
(6)前記セルロースナノファイバー(成分C)が、セルロースのグルコース単位中におけるヒドロキシル基の水素原子の一部がカルボキシメチル基に置換されたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含み 、且つカルボキシメチル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.01〜0.50であることを特徴とする、(1)〜(4)にいずれか一項に記載のオイルシール用ゴム組成物。
(7)前記セルロースナノファイバー(成分C)が、セルロースのグルコース単位中におけるヒドロキシル基の水素原子の一部がカチオン性基に置換されカチオン化セルロースナノファイバーを含み 、且つカチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度が0.01〜0.40であることを特徴とする、(1)〜(4)に記載のオイルシール用ゴム組成物。
The present invention provides the following (1) to (7).
(1) A rubber composition for an oil seal, comprising the following components A, B and C.
Component A: Rubber component Component B: Filler containing at least one selected from carbon black, silica and powdery cellulose
Component C: Cellulose nanofiber (2) The compounding ratio of the following component A, component B, and component C is A: B: C = 100: 5 to 100: 1 to 50 (mass%). The rubber composition for an oil seal according to (1).
(3) The rubber composition for oil seals according to any one of (1) and (2), wherein the rubber component (component A) contains nitoacrylonitrile-butadiene rubber.
(4) The rubber composition for oil seals according to any one of (1) to (3), wherein the rubber component (component A) contains ethylene-propylene rubber.
(5) The cellulose nanofiber (component C) contains an oxidized cellulose nanofiber in which a part of the hydroxyl group at the C6 position in the glucose unit of cellulose is oxidized to a carboxyl group, and the carboxyl group of the oxidized cellulose nanofiber is The amount is 0.1 mmol / g to 3.0 mmol / g with respect to the absolute dry weight of the oxidized cellulose nanofibers, (1) to (4) according to any one of the oil seals. Rubber composition.
(6) The cellulose nanofiber (component C) contains carboxymethylated cellulose nanofiber in which a part of hydrogen atoms of a hydroxyl group in a glucose unit of cellulose is replaced with a carboxymethyl group, and carboxymethylated cellulose nanofiber The rubber composition for oil seals according to any one of (1) to (4), wherein the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of the fiber is 0.01 to 0.50.
(7) The cellulose nanofiber (component C) contains a cationized cellulose nanofiber in which a part of hydrogen atoms of a hydroxyl group in a glucose unit of cellulose is replaced with a cationic group, and glucose of the cationized cellulose nanofiber is included. The degree of cation substitution per unit is 0.01 to 0.40, the rubber composition for oil seals according to (1) to (4).

本発明によれば、十分な機械的強度(引張強さ、耐摩耗性)を有し、比重が低く、また製造工程において、未加硫時におけるムーニー粘度の上昇を抑制する、オイルシール用ゴム組成物を提供することができる。 According to the present invention, a rubber for an oil seal having sufficient mechanical strength (tensile strength, abrasion resistance), low specific gravity, and suppressing an increase in Mooney viscosity during unvulcanization in the manufacturing process. A composition can be provided.

本発明のオイルシール用ゴム組成物は、成分A:ゴム成分、成分B:カーボンブラック及び又はシリカ、成分C:セルロースナノファイバーを少なくとも含むことを特徴としている。以下、これらの各成分(材料)、およびそれらを含むゴム組成物の製造方法について、それぞれ詳細に説明する。   The rubber composition for an oil seal of the present invention is characterized by containing at least component A: a rubber component, component B: carbon black and / or silica, and component C: cellulose nanofibers. Hereinafter, each of these components (materials) and a method for producing a rubber composition containing them will be described in detail.

[成分A:ゴム成分]
ゴム成分は通常、有機高分子を主成分とする、弾性限界が高く弾性率の低い成分である。ゴム成分は、天然ゴム及び合成ゴムに大別されるが、本発明においてはいずれを用いてもよく、両者の組み合わせでもよい。
天然ゴムとしては、化学修飾を施さない、狭義の天然ゴムでもよく、また塩素化天然ゴム、クロロスルホン化天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、水素化天然ゴム、脱タンパク天然ゴムのように、天然ゴムを化学修飾したものでもよい。
合成ゴムとしては例えば、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、スチレンーイソプレンーブタジエン共重合体ゴム、イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム等のジエン系ゴム、エチレン−プロピレンゴム(EPM、EPDM)、アクリルゴム(ACM)、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム(Q)、ウレタンゴム(U)、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)が挙げられる。これらの中でも、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、あるいはエチレン−プロピレンゴム(EPM、EPDM)が特に好ましい。アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)は、ポリマー構造上、アクリロニトリル基が増加すると耐熱性、耐油性が向上し、ブタジエン基が増加すると耐寒性が向上するので、この共重合比を変えることにより耐熱、耐寒、耐油性を幅広く変化させることができる。また、エチレン−プロピレンゴム(EPM、EPDM)は、ポリマー分子鎖に二重結合をもたないため、耐オゾン性、耐熱性に特に優れた特性を有する。また、耐水蒸気性、耐寒性、耐LLC性などの極性溶液に対しても優れた耐性を示す。
アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)としては、中ニトリル含有(CN:25〜30%)、中高ニトリル含有(CN:31〜35%)および高ニトリル含有(CN:36〜42%)のいずれをも用いることができるが、中高ニトリル含量のものが特に好ましい。
ゴム成分は、1種単独でもよく、2種以上の組み合わせでもよい。ゴム成分は、固形状及び液状のいずれでもよい。液状のゴム成分としては例えば、ゴム成分の分散液、ゴム成分の溶液が挙げられる。溶媒としては例えば、水、有機溶媒が挙げられる。
[Component A: Rubber component]
The rubber component is usually a component containing an organic polymer as a main component and having a high elastic limit and a low elastic modulus. The rubber component is roughly classified into natural rubber and synthetic rubber, but in the present invention, either may be used, or a combination of both may be used.
Natural rubber may be a natural rubber in a narrow sense without chemical modification, and natural rubber such as chlorinated natural rubber, chlorosulfonated natural rubber, epoxidized natural rubber, hydrogenated natural rubber, and deproteinized natural rubber. May be chemically modified.
Examples of the synthetic rubber include butadiene rubber (BR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), isoprene rubber (IR), butyl rubber (IIR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), styrene- Diene rubbers such as isoprene copolymer rubber, styrene-isoprene-butadiene copolymer rubber, isoprene-butadiene copolymer rubber, ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM), acrylic rubber (ACM), epichlorohydrin rubber ( CO, ECO), fluororubber (FKM), silicone rubber (Q), urethane rubber (U) and chlorosulfonated polyethylene (CSM). Among these, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) or ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM) is particularly preferable. Due to the polymer structure, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) has improved heat resistance and oil resistance when the acrylonitrile group is increased, and cold resistance is improved when the butadiene group is increased. Therefore, by changing the copolymerization ratio, heat resistance and cold resistance can be improved. The oil resistance can be widely changed. In addition, since ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM) does not have a double bond in the polymer molecular chain, it has excellent properties in ozone resistance and heat resistance. It also exhibits excellent resistance to polar solutions such as steam resistance, cold resistance, and LLC resistance.
As the acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), any of medium nitrile content (CN: 25 to 30%), medium high nitrile content (CN: 31 to 35%) and high nitrile content (CN: 36 to 42%) is used. However, those having a medium to high nitrile content are particularly preferable.
The rubber component may be a single type or a combination of two or more types. The rubber component may be solid or liquid. Examples of the liquid rubber component include a rubber component dispersion liquid and a rubber component solution. Examples of the solvent include water and organic solvents.

[成分B:充填剤(カーボンブラック、シリカ、粉末状セルロース)]
本発明において、オイルシール用ゴム組成物が十分な引張強さや耐摩耗性を得るために、カーボンブラック、シリカ、粉末状セルロースから選ばれる少なくとも一種類を含む充填剤を含有させることが重要である。充填剤の配合量は、ゴム成分100質量%に対して、5〜100質量%、さらに好ましくは、20〜60であることが好ましく、30〜45質量%であることが更に好ましい。5質量%より小さいと、十分な機械的強度および耐摩耗性が得られず、100質量%より大きいと、製造工程において未加硫時におけるムーニー粘度が上昇しすぎて加工性に劣る。また、本発明の効果を阻害しない範囲で他の充填剤を併用することができる。
以下、カーボンブラックおよびシリカの詳細についてそれぞれ説明する。
[Component B: Filler (carbon black, silica, powdered cellulose)]
In the present invention, in order for the rubber composition for oil seals to obtain sufficient tensile strength and abrasion resistance, it is important to contain a filler containing at least one selected from carbon black, silica and powdered cellulose. . The compounding amount of the filler is 5 to 100% by mass, more preferably 20 to 60%, and further preferably 30 to 45% by mass based on 100% by mass of the rubber component. If it is less than 5% by mass, sufficient mechanical strength and abrasion resistance cannot be obtained, and if it is more than 100% by mass, the Mooney viscosity in the unvulcanized state in the manufacturing process is excessively increased, resulting in poor processability. Further, other fillers can be used together within the range that does not impair the effects of the present invention.
The details of carbon black and silica will be described below.

[成分B−1:カーボンブラック]
本発明において、カーボンブラックとは、工業的に品質制御して製造される直径3−500nm程度の炭素の微粒子である。また、その粒子表面の官能基を制御することにより、ゴムとなじみがよい性質を付与したものも含まれる。カーボンブラックの製造方法としては一般に、サーマル法、アセチレン分解法、コンタクト法、ランプ・松煙法、ガスファーネス法、オイルファーネス法などを挙げることができ、製造条件により異なる比表面積や、一時凝集体の凝集構造(ストラクチャー)などの特性をもつカーボンブラックが製造される。本発明においては、カーボンブラックの種類は特に限定されず、所望の効果を発現させるために最適なカーボンブラックを適宜選択して使用することが好ましい。
[Component B-1: Carbon black]
In the present invention, carbon black is fine particles of carbon having a diameter of about 3-500 nm, which are manufactured by industrially controlling the quality. In addition, those having a property of being well compatible with rubber by controlling the functional groups on the particle surface are also included. As a method for producing carbon black, generally, a thermal method, an acetylene decomposition method, a contact method, a lamp / pine smoke method, a gas furnace method, an oil furnace method, etc. can be mentioned. A carbon black having characteristics such as the agglomeration structure (structure) of is produced. In the present invention, the type of carbon black is not particularly limited, and it is preferable to select and use the most suitable carbon black in order to exert a desired effect.

[成分B−2:シリカ]
本発明において、シリカとは、二酸化ケイ素(SiO2)、もしくは二酸化ケイ素によって構成される物質の総称のことである。シリカという呼び名のほかに無水ケイ酸、ケイ酸、酸化シリコンと呼ばれることもある。
本発明に用いることができるシリカの種類としては、天然シリカ、合成シリカ(沈降シリカ、乾式シリカ、湿式シリカ)などを例示することができ、特に限定されるものではなく、例えば、タイヤの充填材として使用されるシリカを使用することができる。
[Component B-2: Silica]
In the present invention, silica is a general term for silicon dioxide (SiO2) or a substance composed of silicon dioxide. In addition to the name silica, it is sometimes called silicic acid anhydride, silicic acid, or silicon oxide.
Examples of the type of silica that can be used in the present invention include natural silica and synthetic silica (precipitated silica, dry silica, wet silica), and are not particularly limited. For example, tire fillers The silica used as can be used.

シリカの表面をシランカップリング剤で処理することで、各種ゴムに対する親和性が向上する。従って、本発明においては、シリカをシランカップリング剤で処理することが好ましい。なお、シランカップリング剤としては、特に制限はなく、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリメトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどのスルフィド系、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ系、3−ニトロプロピルトリメトキシシラン、3−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、2−クロロエチルトリメトキシシラン、2−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   By treating the surface of silica with a silane coupling agent, the affinity for various rubbers is improved. Therefore, in the present invention, it is preferable to treat silica with a silane coupling agent. The silane coupling agent is not particularly limited, and examples thereof include bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (2-triethoxysilylethyl) tetrasulfide, bis (4-triethoxysilylbutyl) tetrasulfide. Sulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (2-trimethoxysilylethyl) tetrasulfide, bis (4-trimethoxysilylbutyl) tetrasulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) trisulfide, Bis (2-triethoxysilylethyl) trisulfide, bis (4-triethoxysilylbutyl) trisulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) trisulfide, bis (2-trimethoxysilylethyl) trisulfide, bis ( 4-tri Toxysilylbutyl) trisulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide, bis (2-triethoxysilylethyl) disulfide, bis (4-triethoxysilylbutyl) disulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) disulfide , Bis (2-trimethoxysilylethyl) disulfide, bis (4-trimethoxysilylbutyl) disulfide, 3-trimethoxysilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyltetrasulfide, 3-triethoxysilylpropyl-N, N -Dimethylthiocarbamoyltetrasulfide, 2-triethoxysilylethyl-N, N-dimethylthiocarbamoyltetrasulfide, 2-trimethoxysilylethyl-N, N-dimethylthiocarbamoyltetrasulfide, -Trimethoxysilylpropyl benzothiazolyl tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropyl benzothiazole tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropyl methacrylate monosulfide, 3-trimethoxysilylpropyl methacrylate monosulfide and other sulfides, 3-mercapto Propyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 2-mercaptoethyltrimethoxysilane, 2-mercaptoethyltriethoxysilane and other mercapto-based compounds, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane and other vinyl-based compounds, 3-amino Propyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) aminopropyltriethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) Amino) aminopropyltrimethoxysilane, etc., γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyl Glycidoxy-based compounds such as dimethoxysilane, 3-nitropropyltrimethoxysilane, nitro-based compounds such as 3-nitropropyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 2-chloroethyltrimethoxysilane , 2-chloroethyltriethoxysilane and other chloro-based compounds. These may be used alone or in combination of two or more.

[成分B−3:粉末状セルロース]
本発明において、粉末状セルロースとは、塩酸、硫酸、硝酸などの鉱酸で酸加水分解処理したパルプを粉砕処理、あるいは酸加水分解処理を施さないパルプを機械粉砕して得ることができる微粒子である。
[Component B-3: Powdered cellulose]
In the present invention, powdery cellulose is fine particles that can be obtained by pulverizing pulp that has been subjected to acid hydrolysis treatment with a mineral acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid, or by mechanically pulverizing pulp that has not been subjected to acid hydrolysis treatment. is there.

平均粒子径は、平均粒子径が20〜50μmであることが好ましく、15〜50μmがより好ましく、22〜36μmであることが更に好ましい。平均粒子径が大きいと、ゴム硬度が高くなり、機械物性が悪くなる。一方、平均粒子径が小さいと、成形性は向上するが、機械物性の補強効果が小さくなる。   The average particle size is preferably 20 to 50 μm, more preferably 15 to 50 μm, and further preferably 22 to 36 μm. If the average particle size is large, the rubber hardness becomes high and the mechanical properties deteriorate. On the other hand, when the average particle size is small, the moldability is improved, but the effect of reinforcing mechanical properties is reduced.

重合度は、重合度が150〜1200であることが好ましく、400〜800であることがより好ましい。重合度が高いと、ゴム硬度が高くなり、機械物性が悪くなる。一方、重合度が低いと、機械物性の補強効果が小さくなる。   The degree of polymerization is preferably 150 to 1200, more preferably 400 to 800. If the degree of polymerization is high, the rubber hardness will be high and the mechanical properties will be poor. On the other hand, when the degree of polymerization is low, the effect of reinforcing the mechanical properties becomes small.

結晶化度は、結晶化度が70〜90であることが好ましく、80〜90であることがより好ましい。粉末状セルロースの結晶化度は、主に原料パルプと、製造方法に影響され、酸処理を行わずに、機械的な処理のみで製造した粉末状セルロースは、結晶化度が低くなる。結晶化度が低いと、加熱加硫の際に必要な時間が長く、作業性が悪化する。結晶化度が80以上であれば、加硫速度への影響はほとんど永久を受けない。   The crystallinity is preferably 70 to 90, more preferably 80 to 90. The crystallinity of the powdery cellulose is mainly affected by the raw material pulp and the manufacturing method, and the powdery cellulose produced only by mechanical treatment without acid treatment has a low crystallinity. When the crystallinity is low, the time required for heat vulcanization is long and workability deteriorates. When the crystallinity is 80 or more, the influence on the vulcanization rate is hardly permanent.

見掛け比重は、見掛け比重が0.2〜0.6g/mlであることが好ましく、0.3〜0.45であることがより好ましい。見掛け比重が0.2未満だと、粉体が嵩高く、ゴム等と混練する際に、上手く混ざらず、分散不良の原因となる。見掛け比重が0.6を超えると、粉体は嵩が低く、コンパクトであるため、分散性は良好であるが、粉体の平均粒子径が小さくなるため、機械物性の補強効果が小さくなる。   The apparent specific gravity is preferably 0.2 to 0.6 g / ml, more preferably 0.3 to 0.45. If the apparent specific gravity is less than 0.2, the powder is bulky and does not mix well when kneading with rubber or the like, causing poor dispersion. When the apparent specific gravity exceeds 0.6, the powder has a low bulk and is compact, so that the dispersibility is good, but the average particle diameter of the powder is small, so that the effect of reinforcing the mechanical properties is small.

安息角は、安息角が45〜60°であることが好ましく、48〜56°であることがより好ましい。安息角が60°を超えると、粉体流動性が悪く、作業上好ましくない。安息角が45°未満だと、粉体落下速度は早いが、一方で、粉舞いがひどく、作業上好ましくない。   The angle of repose is preferably 45 to 60 °, more preferably 48 to 56 °. If the angle of repose exceeds 60 °, the powder fluidity is poor, which is not preferable in terms of work. If the angle of repose is less than 45 °, the powder dropping speed is high, but on the other hand, the powder is extremely sloppy, which is not preferable in terms of work.

水分は5%以下が好ましく、3%以下がより好ましい。粉末状セルロースの水分が高い
と、ゴムを加熱加硫する際に、加硫遅延の原因となる。また、成形後の機械物性にも、悪
影響を及ぼす。
The water content is preferably 5% or less, more preferably 3% or less. When the water content of the powdery cellulose is high, it causes vulcanization delay when the rubber is heated and vulcanized. In addition, the mechanical properties after molding are also adversely affected.

[C:セルロースナノファイバー]
本発明において、セルロースナノファイバーとは、セルロース原料を、必要に応じ化学変性処理した後で、解繊、および必要に応じ乾燥処理することにより得られる微細繊維である。セルロースナノファイバーの平均繊維径は、通常2〜500nm程度である。平均繊維径及び平均繊維長の測定は、例えば、セルロースナノファイバーの0.001質量%水分散液を調製し、この希釈分散液をマイカ製試料台に薄く延ばし、50℃で加熱乾燥させて観察用試料を作成し、原子間力顕微鏡(AFM)にて観察した形状像の断面高さを計測することにより、数平均繊維径あるいは繊維長として算出することができる。
[C: Cellulose Nanofiber]
In the present invention, the cellulose nanofibers are fine fibers obtained by subjecting a cellulose raw material to a chemical modification treatment, if necessary, followed by defibration and, if necessary, drying treatment. The average fiber diameter of cellulose nanofibers is usually about 2 to 500 nm. The average fiber diameter and the average fiber length are measured, for example, by preparing a 0.001% by mass aqueous dispersion of cellulose nanofibers, thinly diluting the diluted dispersion on a mica sample stand, and heating and drying at 50 ° C. for observation. It is possible to calculate the number average fiber diameter or the fiber length by preparing a sample for use and measuring the cross-sectional height of the shape image observed with an atomic force microscope (AFM).

セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、通常50以上である。上限は特に限定されないが、通常は1000以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出することができる。 アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
本発明においては、セルロースナノファイバーをゴム成分に配合することにより、カーボンブラックやシリカの配合量を一定の範囲内に抑えながら、十分な引張強さ、耐摩耗性、を得ることができる。
The average aspect ratio of cellulose nanofibers is usually 50 or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 1000 or less. The average aspect ratio can be calculated by the following formula. Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter In the present invention, by blending cellulose nanofibers with the rubber component, sufficient tensile strength and durability can be obtained while keeping the blending amount of carbon black and silica within a certain range. Wearability can be obtained.

ゴム組成物におけるセルロースナノファイバーの含有量は、ゴム成分100質量%に対し固形分にして1〜50質量%以上が好ましく、1〜40質量%以上がより好ましく、1〜30質量%以上がさらに好ましい。1質量%より少ないと、十分な効果が得られず、また50質量%より多いと、製造工程において、未加硫時におけるムーニー粘度が上昇し、加工性が劣る。
以下、セルロースナノファイバーの原料、および製造工程について詳細に説明する。
The content of cellulose nanofibers in the rubber composition is preferably 1 to 50% by mass or more, more preferably 1 to 40% by mass or more, and further preferably 1 to 30% by mass or more in terms of solid content relative to 100% by mass of the rubber component. preferable. If it is less than 1% by mass, a sufficient effect cannot be obtained, and if it is more than 50% by mass, the Mooney viscosity at the time of unvulcanization increases in the manufacturing process, resulting in poor processability.
The raw materials of cellulose nanofibers and the manufacturing process will be described in detail below.

[C−1:セルロース原料]
セルロースナノファイバーの原料であるセルロース原料の由来は、特に限定されないが、例えば、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等が挙げられる。本発明で用いるセルロース原料は、これらのいずれかであってもよいし2種類以上の組み合わせであってもよいが、好ましくは植物又は微生物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)であり、より好ましくは植物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)である。
[C-1: Cellulose raw material]
The origin of the cellulose raw material that is the raw material of the cellulose nanofibers is not particularly limited, and examples thereof include plants (for example, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural land waste, cloth and pulp (soft bleached unbleached kraft pulp (NUKP)). , Softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulphite pulp (NUSP), softwood bleached sulphite pulp (NBSP) thermomechanical pulp (TMP) , Recycled pulp, waste paper, etc.), animals (for example, ascidians), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (acetobacter)), microbial products, etc. The cellulose raw material used in the present invention is any of these. It may be a combination of two or more kinds, but preferably Mono or microbial origin cellulosic material (e.g., cellulosic fibers), more preferably a cellulose material of plant origin (e.g., cellulose fibers).

セルロース原料の数平均繊維径は特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹クラフトパルプの場合は30〜60μm程度、広葉樹クラフトパルプの場合は10〜30μm程度である。その他のパルプの場合、一般的な精製を経たものは50μm程度である。例えばチップ等の数cm大のものを精製したものである場合、リファイナー、ビーター等の離解機で機械的処理を行い、50μm程度に調整することが好ましい。   The number average fiber diameter of the cellulose raw material is not particularly limited, but it is about 30 to 60 μm in the case of a softwood kraft pulp, which is a general pulp, and about 10 to 30 μm in the case of a hardwood kraft pulp. In the case of other pulps, those that have undergone general refining have a size of about 50 μm. For example, when a chip or the like having a size of several cm is purified, it is preferable to perform mechanical treatment with a disintegrator such as a refiner or beater to adjust the size to about 50 μm.

[C−2:変性]
セルロース原料は、グルコース単位あたり3つのヒドロキシル基を有しており、各種の化学変性処理を行うことが可能である。本発明では、これらに対して変性を行ってもよく、また行わなくてもよいが、化学変性処理を行った方が、ゴム組成物に含有させた際に十分な補強性を発揮し得るため好ましい。その理由は、セルロース原料の変性により繊維の微細化が十分に進み、均一な繊維長及び繊維径が得られるためである。また、補強性を発揮するのに有効な繊維長及び繊維径を持つ繊維数が十分に確保できるためである。
[C-2: Modified]
The cellulose raw material has three hydroxyl groups per glucose unit and can be subjected to various chemical modification treatments. In the present invention, these may or may not be modified, but the chemical modification treatment may exert sufficient reinforcing properties when incorporated into the rubber composition. preferable. The reason is that the modification of the cellulose raw material sufficiently promotes the miniaturization of the fibers, and a uniform fiber length and fiber diameter can be obtained. In addition, it is possible to secure a sufficient number of fibers having a fiber length and a fiber diameter effective for exerting the reinforcing property.

本発明において、変性の方法は特に限定されず、例として酸化(カルボキシル化)、エーテル化、リン酸化、エステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化を挙げることができる。中でも、酸化(カルボキシル化)、エーテル化、カチオン化、エステル化が好ましい。なお、オイルシール 用ゴム組成物に含有されるセルロースナノファイバーは、単一のセルロースナノファイバー、あるいは異なる変性を施したセルロースナノファイバーを2種類以上組み合わせて使用することも可能である。
以下、酸化、エーテル化、カチオン化、エステル化の詳細な方法についてそれぞれ説明する。
In the present invention, the modification method is not particularly limited, and examples thereof include oxidation (carboxylation), etherification, phosphorylation, esterification, silane coupling, fluorination, and cationization. Of these, oxidation (carboxylation), etherification, cationization, and esterification are preferable. The cellulose nanofiber contained in the rubber composition for oil seals may be a single cellulose nanofiber or a combination of two or more modified cellulose nanofibers.
Hereinafter, detailed methods of oxidation, etherification, cationization, and esterification will be described.

[C−2−1:酸化]
酸化によりセルロース原料を変性する場合、得られる酸化セルロース又はセルロースナノファイバーの絶乾重量に対するカルボキシル基の量は、好ましくは0.5mmol/g以上、より好ましくは0.8mmol/g以上、更に好ましくは1.0mmol/g以上である。上限は、好ましくは3.0mmol/g以下、より好ましくは2.5mmol/g以下、更に好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、0.5mmol/g〜3.0mmol/gが好ましく、0.8mmol/g〜2.5mmol/gがより好ましく、1.0mmol/g〜2.0mmol/gが更に好ましい。
[C-2-1: Oxidation]
When the cellulose raw material is modified by oxidation, the amount of carboxyl groups with respect to the absolute dry weight of the obtained oxidized cellulose or cellulose nanofibers is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 0.8 mmol / g or more, and further preferably It is 1.0 mmol / g or more. The upper limit is preferably 3.0 mmol / g or less, more preferably 2.5 mmol / g or less, still more preferably 2.0 mmol / g or less. Therefore, 0.5 mmol / g to 3.0 mmol / g is preferable, 0.8 mmol / g to 2.5 mmol / g is more preferable, and 1.0 mmol / g to 2.0 mmol / g is further preferable.

酸化の方法は特に限定されないが、1つの例としては、N−オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群より選択される物質の存在下で酸化剤を用いて水中でセルロース原料を酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、及びカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース原料の濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。   The method of oxidation is not particularly limited, but as one example, N-oxyl compound and cellulose in water using an oxidizing agent in the presence of a substance selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. Examples include a method of oxidizing the raw material. According to this method, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the surface of cellulose is selectively oxidized, and a group selected from the group consisting of an aldehyde group, a carboxyl group and a carboxylate group is produced. The concentration of the cellulose raw material during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or less.

N−オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。ニトロキシルラジカルとしては例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル(TEMPO)が挙げられる。N−オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。   The N-oxyl compound means a compound capable of generating a nitroxy radical. Examples of the nitroxyl radical include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO). As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it is a compound that promotes the desired oxidation reaction.

N−オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol以上が好ましく、0.02mmol以上がより好ましい。上限は、10mmol以下が好ましく、1mmol以下がより好ましく、0.5mmol以下が更に好ましい。従って、N−オキシル化合物の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.01〜10mmolが好ましく、0.01〜1mmolがより好ましく、0.02〜0.5mmolがさらに好ましい。   The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalytic amount capable of oxidizing cellulose as a raw material. For example, 0.01 mmol or more is preferable, and 0.02 mmol or more is more preferable with respect to 1 g of absolutely dried cellulose. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, still more preferably 0.5 mmol or less. Therefore, the amount of the N-oxyl compound used is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, still more preferably 0.02 to 0.5 mmol, per 1 g of absolutely dry cellulose.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属、例えば臭化ナトリウム等が挙げられる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物又はヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択すればよい。臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol以上が好ましく、0.5mmol以上がより好ましい。上限は、100mmol以下が好ましく、10mmol以下がより好ましく、5mmol以下が更に好ましい。従って、臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1〜100mmolが好ましく、0.1〜10mmolがより好ましく、0.5〜5mmolがさらに好ましい。   The bromide is a compound containing bromine, and examples thereof include alkali metal bromide capable of dissociating and ionizing in water, such as sodium bromide. Further, iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide used may be selected within a range that can accelerate the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more, more preferably 0.5 mmol or more, based on 1 g of absolutely dried cellulose. The upper limit is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and further preferably 5 mmol or less. Therefore, the total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, still more preferably 0.5 to 5 mmol, per 1 g of absolutely dried cellulose.

酸化剤は、特に限定されないが例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、それらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸又はその塩が好ましく、次亜塩素酸又はその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムが更に好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上が更に好ましい。上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下が更に好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.5〜500mmolが好ましく、0.5〜50mmolがより好ましく、1〜25mmolがさらに好ましく、3〜10mmolが最も好ましい。N−オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はN−オキシル化合物1molに対して1mol以上が好ましい。上限は、40molが好ましい。従って、酸化剤の使用量はN−オキシル化合物1molに対して1〜40molが好ましい。   The oxidizing agent is not particularly limited, and examples thereof include halogen, hypohalous acid, halogenous acid, perhalogenic acid, salts thereof, halogen oxides, peroxides and the like. Of these, hypohalous acid or a salt thereof is preferable, hypochlorous acid or a salt thereof is more preferable, and sodium hypochlorite is further preferable, because it is inexpensive and has a low environmental load. The amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 mmol or more, more preferably 1 mmol or more, still more preferably 3 mmol or more, based on 1 g of absolutely dried cellulose. The upper limit is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, further preferably 25 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, still more preferably 1 to 25 mmol, and most preferably 3 to 10 mmol per 1 g of absolutely dry cellulose. When the N-oxyl compound is used, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more per 1 mol of the N-oxyl compound. The upper limit is preferably 40 mol. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 to 40 mol per 1 mol of the N-oxyl compound.

酸化反応時のpH、温度等の条件は特に限定されず、一般に、比較的温和な条件であっても酸化反応は効率よく進行する。反応温度は4℃以上が好ましく、15℃以上がより好ましい。上限は40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。従って、温度は4〜40℃が好ましく、15〜30℃程度、すなわち室温であってもよい。反応液のpHは、8以上が好ましく、10以上がより好ましい。上限は、12以下が好ましく、11以下がより好ましい。従って、反応液のpHは、好ましくは8〜12、より好ましくは10〜11程度である。通常、酸化反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHは低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等の理由から、水が好ましい。   Conditions such as pH and temperature during the oxidation reaction are not particularly limited, and generally, the oxidation reaction proceeds efficiently even under relatively mild conditions. The reaction temperature is preferably 4 ° C or higher, more preferably 15 ° C or higher. The upper limit is preferably 40 ° C or lower, more preferably 30 ° C or lower. Therefore, the temperature is preferably 4 to 40 ° C., and may be about 15 to 30 ° C., that is, room temperature. The pH of the reaction solution is preferably 8 or higher, more preferably 10 or higher. The upper limit is preferably 12 or less, more preferably 11 or less. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably 8 to 12, more preferably 10 to 11. Usually, a carboxyl group is generated in cellulose as the oxidation reaction progresses, so that the pH of the reaction solution tends to decrease. Therefore, in order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous solution of sodium hydroxide to maintain the pH of the reaction solution in the above range. Water is preferable as the reaction medium for the oxidation because it is easy to handle and side reactions are unlikely to occur.

酸化における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間以上である。上限は通常は6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5〜6時間、例えば0.5〜4時間程度である。   The reaction time in oxidation can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually 0.5 hours or more. The upper limit is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time in oxidation is usually 0.5 to 6 hours, for example, 0.5 to 4 hours.

酸化は、2段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一又は異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。   The oxidation may be carried out in two or more steps. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtering after the completion of the first step reaction again under the same or different reaction conditions, the reaction efficiency due to the salt by-produced in the first step reaction is not affected. Can be well oxidized.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾン処理により酸化する方法が挙げられる。この酸化反応により、セルロースを構成するグルコピラノース環の少なくとも2位及び6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾン処理は通常、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより行われる。気体中のオゾン濃度は、50g/m3以上であることが好ましい。上限は、250g/m3以下であることが好ましく、220g/m3以下であることがより好ましい。従って、気体中のオゾン濃度は、50〜250g/m3であることが好ましく、50〜220g/m3であることがより好ましい。オゾン添加量は、セルロース原料の固形分100質量%に対し、0.1量部以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましい。上限は、通常30質量%以下である。従って、オゾン添加量は、セルロース原料の固形分100質量%に対し、0.1〜30質量%であることが好ましく、5〜30質量%であることがより好ましい。オゾン処理温度は、通常0℃以上であり、好ましくは20℃以上である。上限は通常50℃以下である。従って、オゾン処理温度は、0〜50℃であることが好ましく、20〜50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、通常は1分以上であり、好ましくは30分以上である。上限は通常360分以下である。従って、オゾン処理時間は、通常は1〜360分程度であり、30〜360分程度が好ましい。オゾン処理の条件が上述の範囲内であると、セルロースが過度に酸化及び分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。   Another example of the carboxylation (oxidation) method is a method of oxidizing by ozone treatment. This oxidation reaction oxidizes at least the hydroxyl groups at the 2nd and 6th positions of the glucopyranose ring constituting the cellulose and causes the decomposition of the cellulose chain. Ozone treatment is usually performed by bringing a gas containing ozone into contact with a cellulose raw material. The ozone concentration in the gas is preferably 50 g / m3 or more. The upper limit is preferably 250 g / m3 or less, more preferably 220 g / m3 or less. Therefore, the ozone concentration in the gas is preferably 50 to 250 g / m3, and more preferably 50 to 220 g / m3. The amount of ozone added is preferably 0.1 part by mass or more, and more preferably 5% by mass or more, based on 100% by mass of the solid content of the cellulose raw material. The upper limit is usually 30 mass% or less. Therefore, the amount of ozone added is preferably 0.1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 30% by mass, based on 100% by mass of the solid content of the cellulose raw material. The ozone treatment temperature is usually 0 ° C or higher, preferably 20 ° C or higher. The upper limit is usually 50 ° C or lower. Therefore, the ozone treatment temperature is preferably 0 to 50 ° C, more preferably 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is usually 1 minute or longer, preferably 30 minutes or longer. The upper limit is usually 360 minutes or less. Therefore, the ozone treatment time is usually about 1 to 360 minutes, preferably about 30 to 360 minutes. When the conditions of the ozone treatment are within the above range, the cellulose can be prevented from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of the oxidized cellulose will be good.

オゾン処理後に得られる結果物に対しさらに、酸化剤を用いて追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが例えば、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物;酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。対酸化処理の方法としては例えば、これらの酸化剤を水又はアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、酸化剤溶液中にセルロース原料を浸漬させる方法が挙げられる。   The resulting product obtained after the ozone treatment may be subjected to additional oxidation treatment using an oxidant. The oxidizing agent used in the additional oxidation treatment is not particularly limited, but examples thereof include chlorine-based compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite; oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, peracetic acid and the like. Examples of the counteroxidation method include a method in which these oxidizing agents are dissolved in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and the cellulose raw material is dipped in the oxidizing agent solution.

酸化セルロースナノファイバーに含まれるカルボキシル基、カルボキシレート基、アルデヒド基の量は、酸化剤の添加量、反応時間等の酸化条件をコントロールすることで調整することができる。   The amounts of the carboxyl group, carboxylate group and aldehyde group contained in the oxidized cellulose nanofibers can be adjusted by controlling the oxidizing conditions such as the addition amount of the oxidizing agent and the reaction time.

カルボキシル基量の測定方法の一例を以下に説明する。酸化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mlを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定する。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出することができる:
カルボキシル基量〔mmol/g酸化セルロース又はセルロースナノファイバー〕=a〔ml〕×0.05/酸化セルロース重量〔g〕。
An example of the method for measuring the amount of carboxyl groups will be described below. After preparing 60 ml of a 0.5% by mass slurry (aqueous dispersion) of oxidized cellulose and adding 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to pH 2.5, 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to adjust the pH to 11. Measure electrical conductivity until It can be calculated from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of a weak acid with a gradual change in electrical conductivity using the following formula:
Amount of carboxyl group [mmol / g oxidized cellulose or cellulose nanofiber] = a [ml] × 0.05 / weight of oxidized cellulose [g].

[C−2−2:エーテル化]
エーテル化としては、カルボキシメチル(エーテル)化、メチル(エーテル)化、エチル(エーテル)化、シアノエチル(エーテル)化、ヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピル(エーテル)化、エチルヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピルメチル(エーテル)化などが挙げられる。この中から一例としてカルボキシメチル化の方法を以下に説明する。
[C-2-2: Etherification]
Etherification includes carboxymethyl (ether), methyl (ether), ethyl (ether), cyanoethyl (ether), hydroxyethyl (ether), hydroxypropyl (ether), ethyl hydroxyethyl (ether) And hydroxypropylmethyl (ether) conversion. The method of carboxymethylation will be described below as an example.

カルボキシメチル化によりセルロース原料を変性する場合、得られるカルボキシメチル化セルロース又はセルロースナノファイバー中の無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上であることがさらに好ましい。上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下が更に好ましい。従って、カルボキシメチル基置換度は、0.01〜0.50が好ましく、0.05〜0.40がより好ましく、0.10〜0.30が更に好ましい。   When the cellulose raw material is modified by carboxymethylation, the carboxymethyl substitution degree per anhydroglucose unit in the obtained carboxymethylated cellulose or cellulose nanofiber is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and 0 More preferably, it is 10 or more. The upper limit is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and further preferably 0.35 or less. Therefore, the carboxymethyl group substitution degree is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, and further preferably 0.10 to 0.30.

カルボキシメチル化の方法は特に限定されないが例えば、発底原料としてのセルロース原料をマーセル化し、その後エーテル化する方法が挙げられる。カルボキシメチル化反応の際は通用溶媒を用いる。溶媒としては例えば、水、アルコール(例えば低級アルコール)及びこれらの混合溶媒が挙げられる。低級アルコールとしては例えば、メタノール、エタノール、N−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N−ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノールが挙げられる。混合溶媒における低級アルコールの混合割合は、通常は60質量%以上又は95質量%以下であり、60〜95質量%であることが好ましい。溶媒の量は、セルロース原料に対し通常は3重量倍である。上限は特に限定されないが20重量倍である。従って、溶媒の量は3〜20重量倍であることが好ましい。   The method for carboxymethylation is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a cellulose raw material as a bottoming raw material is mercerized and then etherified. A common solvent is used in the carboxymethylation reaction. Examples of the solvent include water, alcohol (for example, lower alcohol), and a mixed solvent thereof. Examples of the lower alcohol include methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, and tertiary butanol. The mixing ratio of the lower alcohol in the mixed solvent is usually 60% by mass or more or 95% by mass or less, and preferably 60 to 95% by mass. The amount of the solvent is usually 3 times the weight of the cellulose raw material. The upper limit is not particularly limited, but is 20 times by weight. Therefore, the amount of the solvent is preferably 3 to 20 times by weight.

マーセル化は通常、発底原料とマーセル化剤を混合して行う。マーセル化剤としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、1.0モル以上がより好ましく、1.5倍モル以上であることがさらに好ましい。上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい、従って、0.5〜20倍モルが好ましく、1.0〜10倍モルがより好ましく、1.5〜5倍モルがさらに好ましい。   The mercerization is usually performed by mixing the bottoming raw material and the mercerizing agent. Examples of the mercerizing agent include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerization agent used is preferably 0.5 times or more, more preferably 1.0 times or more, and even more preferably 1.5 times or more, with respect to the anhydrous glucose residue of the bottoming raw material. The upper limit is usually 20 times mol or less, preferably 10 times mol or less, more preferably 5 times mol or less, therefore, 0.5 to 20 times mol is preferable, 1.0 to 10 times mol is more preferable, and 1 It is more preferably 0.5 to 5 times mol.

マーセル化の反応温度は、通常0℃以上であり、好ましくは10℃以上である。上限は通常70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は、通常0〜70℃、好ましくは10〜60℃である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、通常は15分〜8時間、好ましくは30分〜7時間である。   The reaction temperature for mercerization is usually 0 ° C or higher, preferably 10 ° C or higher. The upper limit is usually 70 ° C or lower, preferably 60 ° C or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 0 to 70 ° C, preferably 10 to 60 ° C. The reaction time is usually 15 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer. The upper limit is usually 8 hours or less, preferably 7 hours or less. Therefore, it is usually 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours.

エーテル化反応は通常、カルボキシメチル化剤をマーセル化後に反応系に追加して行う。カルボキシメチル化剤としては例えば、モノクロロ酢酸ナトリウムが挙げられる。カルボキシメチル化剤の添加量は、セルロース原料のグルコース残基当たり通常は0.05倍モル以上が好ましく、0.5倍モル以上がより好ましく、0.8倍モル以上であることがさらに好ましい。上限は、通常10.0倍モル以下であり、5モル以下が好ましく、3倍モル以下がより好ましい、従って、好ましくは0.05〜10.0倍モルであり、より好ましくは0.5〜5であり、更に好ましくは0.8〜3倍モルである。反応温度は通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って反応温度は通常30〜90℃、好ましくは40〜80℃である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上である。上限は、通常は10時間以下、好ましくは4時間以下である。従って反応時間は、通常は30分〜10時間であり、好ましくは1時間〜4時間である。カルボキシメチル化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。   The etherification reaction is usually carried out by adding a carboxymethylating agent to the reaction system after mercerization. Examples of the carboxymethylating agent include sodium monochloroacetate. The amount of the carboxymethylating agent added is usually preferably 0.05 times or more, more preferably 0.5 times or more, and even more preferably 0.8 times or more, per glucose residue of the cellulose raw material. The upper limit is usually 10.0 times or less, preferably 5 times or less, more preferably 3 times or less, and therefore preferably 0.05 to 10.0 times, and more preferably 0.5 to 10. 5 and more preferably 0.8 to 3 times mol. The reaction temperature is usually 30 ° C or higher, preferably 40 ° C or higher, and the upper limit is usually 90 ° C or lower, preferably 80 ° C or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C. The reaction time is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer. The upper limit is usually 10 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours. The reaction solution may be stirred during the carboxymethylation reaction if necessary.

カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定は例えば、次の方法によって行えばよい。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(カルボキシメチル化セルロース)を水素型カルボキシメチル化セルロースにする。3)水素型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5〜2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで水素型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’−(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型カルボキシメチル化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1−0.058×A)
A:水素型カルボキシメチル化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのHSOのファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
The carboxymethyl substitution degree per glucose unit of the carboxymethyl cellulose nanofiber may be measured, for example, by the following method. That is, 1) About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dried) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a ground stopper. 2) Add 100 mL of a solution containing 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol, and shake for 3 hours to convert the carboxymethyl cellulose salt (carboxymethylated cellulose) into hydrogen-type carboxymethylated cellulose. 3) 1.5 to 2.0 g of hydrogen-type carboxymethyl cellulose (extra dry) is precisely weighed and put in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet the hydrogen-type carboxymethylated cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1 N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. 5) Back titration of excess NaOH with 0.1 N H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator. 6) Calculate the degree of carboxymethyl substitution (DS) by the following formula:
A = [(100 × F ′ − (0.1N H 2 SO 4 ) (mL) × F) × 0.1] / (absolute dry mass (g) of hydrogen-type carboxymethyl cellulose)
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required to neutralize 1 g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose
F: 0.1 N H 2 SO 4 factor F ′: 0.1 N NaOH factor

[C−2−3:カチオン化]
カチオン化によりセルロース原料を変性する場合、得られるカチオン化セルロースナノファイバーは、アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム等のカチオン、又は該カチオンを有する基を分子中に含んでいればよい。カチオン化セルロースナノファイバーは、アンモニウムを有する基を含むことが好ましく、四級アンモニウムを有する基を含むことがより好ましい。
[C-2-3: Cationization]
When the cellulose raw material is modified by cationization, the cationized cellulose nanofiber obtained may contain a cation such as ammonium, phosphonium, or sulfonium, or a group having the cation in the molecule. The cationized cellulose nanofiber preferably contains an ammonium-containing group, more preferably a quaternary ammonium-containing group.

カチオン化の方法は特に限定されないが例えば、セルロース原料にカチオン化剤と触媒を水及び/又はアルコールの存在下で反応させる方法が挙げられる。カチオン化剤としては例えば、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリアルキルアンモニウムハイドライト(例:3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムハイドライト)又はこれらのハロヒドリン型などが挙げられ、これらのいずれかを用いることで、四級アンモニウムを含む基を有するカチオン化セルロースを得ることができる。触媒としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属が挙げられる。アルコールとしては例えば、炭素数1〜4のアルコールが挙げられる。カチオン化剤の量は、好ましくはセルロース原料100質量%に対して5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上である。上限は通常800質量%以下であり、好ましくは500質量%以下である。触媒の量は、好ましくはセルロース繊維100質量%に対して0.5質量%以上であり、より好ましくは1質量%以上である。上限は通常7質量%以下であり、好ましくは3質量%以下である。アルコールの量は、好ましくはセルロース繊維100質量%に対して50質量%以上であり、より好ましくは100質量%以上である。上限は通常50000質量%以下であり、好ましくは500質量%以下である。   The method of cationization is not particularly limited, and examples thereof include a method of reacting a cellulose raw material with a cationizing agent and a catalyst in the presence of water and / or alcohol. Examples of the cationizing agent include glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyltrialkylammonium hydride (eg, 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium hydrate), and halohydrin-type compounds thereof. By using any of these, cationized cellulose having a group containing a quaternary ammonium can be obtained. Examples of the catalyst include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. Examples of the alcohol include alcohols having 1 to 4 carbon atoms. The amount of the cationizing agent is preferably 5% by mass or more, and more preferably 10% by mass or more, based on 100% by mass of the cellulose raw material. The upper limit is usually 800 mass% or less, preferably 500 mass% or less. The amount of the catalyst is preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more based on 100% by mass of the cellulose fiber. The upper limit is usually 7 mass% or less, preferably 3 mass% or less. The amount of alcohol is preferably 50% by mass or more, and more preferably 100% by mass or more, based on 100% by mass of the cellulose fiber. The upper limit is usually 50,000% by mass or less, preferably 500% by mass or less.

カチオン化の際の反応温度は通常10℃以上、好ましくは30℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。反応時間は、通常10分以上であり、好ましくは30分以上である。上限は、通常は10時間以下、好ましくは5時間以下である。カチオン化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。   The reaction temperature during cationization is usually 10 ° C. or higher, preferably 30 ° C. or higher, and the upper limit is usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. The reaction time is usually 10 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer. The upper limit is usually 10 hours or less, preferably 5 hours or less. The reaction solution may be stirred during the cationization reaction, if necessary.

カチオン化セルロースのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、カチオン化剤の添加量、水及び/又はアルコールの組成比率のコントロールによって調整することができる。カチオン置換度とは、セルロースを構成する単位構造(グルコピラノース環)あたりの導入された置換基の個数を示す。言い換えると、カチオン置換度は、「導入された置換基のモル数をグルコピラノース環の水酸基の総モル数で割った値」として定義される。純粋セルロースは単位構造(グルコピラノース環)あたり3個の置換可能な水酸基を有しているため、カチオン置換度の理論最大値は3(最小値は0)である。   The cation substitution degree of the cationized cellulose per glucose unit can be adjusted by controlling the addition amount of the cationizing agent and the composition ratio of water and / or alcohol. The cation substitution degree indicates the number of introduced substituents per unit structure (glucopyranose ring) constituting cellulose. In other words, the degree of cation substitution is defined as “a value obtained by dividing the number of moles of introduced substituents by the total number of moles of hydroxyl groups of the glucopyranose ring”. Since pure cellulose has three substitutable hydroxyl groups per unit structure (glucopyranose ring), the theoretical maximum value of the degree of cation substitution is 3 (the minimum value is 0).

カチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度は、0.01以上が好ましく、0.02以上がより好ましく、0.03以上が更に好ましい。上限は、0.40以下が好ましく、0.30以下がより好ましく、0.20以下が更に好ましい。従って、0.01〜0.40であることが好ましく、0.02〜0.30がより好ましく、0.03〜0.20が更に好ましい。セルロースにカチオン置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.01以上であることにより、十分にナノ解繊することができる。一方、グルコース単位当たりのカチオン置換度が0.40以下であることにより、膨潤又は溶解を抑制することができ、これにより繊維形態を維持することができ、ナノファイバーとして得られない事態を防止することができる。   The cation substitution degree per glucose unit of the cationized cellulose nanofibers is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.03 or more. The upper limit is preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, and further preferably 0.20 or less. Therefore, it is preferably 0.01 to 0.40, more preferably 0.02 to 0.30, and further preferably 0.03 to 0.20. By introducing a cationic substituent into cellulose, the cellulose electrically repels each other. Therefore, the cellulose having the cationic substituent introduced therein can be easily nano-disentangled. When the degree of cation substitution per glucose unit is 0.01 or more, sufficient nano-defibration can be performed. On the other hand, when the degree of cation substitution per glucose unit is 0.40 or less, swelling or dissolution can be suppressed, whereby the fiber morphology can be maintained, and a situation where nanofibers cannot be obtained is prevented. be able to.

グルコース単位当たりのカチオン置換度の測定方法の一例を以下に説明する。試料(カチオン化セルロース)を乾燥させた後に、全窒素分析計TN−10(三菱化学)で窒素含有量を測定し、次式によりカチオン化度を算出する。ここでいうカチオン置換度とは、無水グルコース単位1モル当たりの置換基のモル数の平均値である。   An example of the method for measuring the degree of cation substitution per glucose unit will be described below. After drying the sample (cationized cellulose), the nitrogen content is measured with a total nitrogen analyzer TN-10 (Mitsubishi Chemical), and the degree of cationization is calculated by the following formula. The cation substitution degree here is an average value of the number of moles of the substituent per mole of anhydrous glucose unit.

カチオン置換度=(162×N)/(1−151.6×N)
N:窒素含有量
Degree of cation substitution = (162 × N) / (1-151.6 × N)
N: Nitrogen content

[C−2−4:エステル化]
エステル化の方法は、 特に限定されないが例えば、セルロース系原料に対し化合物Aを反応させる方法が挙げられる。化合物Aについては以下説明する。セルロース系原料に対し化合物Aを反応させる方法としては例えば、セルロース系原料に化合物Aの粉末又は水溶液を混合する方法、セルロース系原料のスラリーに化合物Aの水溶液を添加する方法等が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高まり、且つエステル化効率が高くなることから、セルロース系原料又はそのスラリーに化合物Aの水溶液を混合する方法が好ましい。
[C-2-4: Esterification]
The esterification method is not particularly limited, and examples thereof include a method of reacting the cellulosic raw material with the compound A. The compound A will be described below. Examples of the method of reacting the compound A with the cellulosic material include a method of mixing a powder or an aqueous solution of the compound A with the cellulosic material, a method of adding an aqueous solution of the compound A to a slurry of the cellulosic material, and the like. Among these, the method of mixing the aqueous solution of the compound A with the cellulosic material or the slurry thereof is preferable because the uniformity of the reaction is enhanced and the esterification efficiency is enhanced.

化合物Aとしては例えば、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸、これらのエステル等が挙げられる。化合物Aは、塩の形態でもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由から、リン酸系化合物が好ましい。リン酸系化合物は、リン酸基を有する化合物であればよく、例えば、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。用いられるリン酸系化合物は、1種、あるいは2種以上の組み合わせでもよい。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがより好ましい。また、反応の均一性が高まり、且つリン酸基導入の効率が高くなることから、エステル化においてはリン酸系化合物の水溶液を用いることが好ましい。リン酸系化合物の水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから、7以下が好ましく、パルプ繊維の加水分解を抑える観点から、pH3〜7がより好ましい。   Examples of the compound A include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid and esters thereof. Compound A may be in the form of salt. Among the above, the phosphoric acid-based compounds are preferable because they are low in cost, easy to handle, and can introduce a phosphoric acid group into the cellulose of the pulp fiber to improve the defibration efficiency. The phosphoric acid compound may be a compound having a phosphoric acid group, and examples thereof include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, and diphosphate. Examples include potassium hydrogen, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate, and the like. . The phosphoric acid compound used may be one kind or a combination of two or more kinds. Among these, phosphoric acid, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid, from the viewpoint of high efficiency of phosphate group introduction, easy to defibrate in the following defibration step, and easy to apply industrially Ammonium salts are preferred, and sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are more preferred. In addition, it is preferable to use an aqueous solution of a phosphoric acid-based compound in the esterification because the homogeneity of the reaction is enhanced and the efficiency of introducing the phosphate group is enhanced. The pH of the aqueous solution of the phosphoric acid compound is preferably 7 or less because the efficiency of introducing a phosphate group is high, and more preferably 3 to 7 from the viewpoint of suppressing hydrolysis of pulp fiber.

エステル化の方法としては例えば、以下の方法が挙げられる。セルロース系原料の懸濁液(例えば、固形分濃度0.1〜10質量%)に化合物Aを撹拌しながら添加し、セルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100重量部とした際に、化合物Aがリン酸系化合物の場合、化合物Aの添加量はリン元素量として、0.2重量部以上が好ましく、1重量部以上がより好ましい。これにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。上限は、500重量部以下が好ましく、400重量部以下がより好ましい。これにより、化合物Aの使用量に見合った収率を効率よく得ることができる。従って、0.2〜500重量部が好ましく、1〜400重量部がより好ましい。   Examples of the esterification method include the following methods. Compound A is added to a suspension of a cellulosic material (for example, a solid content concentration of 0.1 to 10% by mass) with stirring to introduce a phosphate group into cellulose. When the amount of the cellulosic raw material is 100 parts by weight and the compound A is a phosphoric acid compound, the addition amount of the compound A is preferably 0.2 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, as the amount of phosphorus element. Thereby, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. The upper limit is preferably 500 parts by weight or less, more preferably 400 parts by weight or less. This makes it possible to efficiently obtain a yield commensurate with the amount of the compound A used. Therefore, 0.2 to 500 parts by weight is preferable, and 1 to 400 parts by weight is more preferable.

セルロース系原料に対し化合物Aを反応させる際、さらに化合物Bを反応系に加えてもよい。化合物Bを反応系に加える方法としては例えば、セルロース系原料のスラリー、化合物Aの水溶液、又はセルロース系原料と化合物Aのスラリーに、添加する方法が挙げられる。   When the compound A is reacted with the cellulosic material, the compound B may be further added to the reaction system. Examples of the method of adding the compound B to the reaction system include a method of adding it to the slurry of the cellulosic raw material, the aqueous solution of the compound A, or the slurry of the cellulosic raw material and the compound A.

化合物Bは特に限定されないが、塩基性を示すことが好ましく、塩基性を示す窒素含有化合物がより好ましい。「塩基性を示す」とは通常、フェノールフタレイン指示薬の存在下で化合物Bの水溶液が桃〜赤色を呈すること、または/および化合物Bの水溶液のpHが7より大きいことを意味する。塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。この中でも低コストで扱いやすい点で、尿素が好ましい。化合物Bの添加量は、2〜1000重量部が好ましく、100〜700重量部がより好ましい。反応温度は0〜95℃が好ましく、30〜90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、通常1〜600分程度であり、30〜480分が好ましい。エステル化反応の条件がこれらのいずれかの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率を向上させることができる。   The compound B is not particularly limited, but preferably shows basicity, more preferably a nitrogen-containing compound showing basicity. "Showing basicity" usually means that the aqueous solution of compound B exhibits a pink to red color in the presence of a phenolphthalein indicator, and / or the pH of the aqueous solution of compound B is greater than 7. The nitrogen-containing compound having basicity is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but a compound having an amino group is preferable. Examples thereof include urea, methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine and hexamethylenediamine. Of these, urea is preferable because it is inexpensive and easy to handle. The addition amount of the compound B is preferably 2 to 1000 parts by weight, more preferably 100 to 700 parts by weight. The reaction temperature is preferably 0 to 95 ° C, more preferably 30 to 90 ° C. The reaction time is not particularly limited, but is usually about 1 to 600 minutes, preferably 30 to 480 minutes. When the conditions of the esterification reaction are in any of these ranges, it is possible to prevent the cellulose from being excessively esterified and easily dissolved, and it is possible to improve the yield of the phosphorylated esterified cellulose. .

セルロース系原料に化合物Aを反応させた後、通常はエステル化セルロース懸濁液が得られる。エステル化セルロース懸濁液は必要に応じて脱水される。脱水後には加熱処理を行うことが好ましい。これにより、セルロース系原料の加水分解を抑えることができる。加熱温度は、100〜170℃が好ましく、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下(更に好ましくは110℃以下)で加熱し、水を除いた後100〜170℃で加熱処理することがより好ましい。   After reacting the cellulosic material with the compound A, an esterified cellulose suspension is usually obtained. The esterified cellulose suspension is dehydrated if necessary. It is preferable to perform heat treatment after dehydration. Thereby, hydrolysis of the cellulosic raw material can be suppressed. The heating temperature is preferably 100 to 170 ° C, and is heated to 130 ° C or lower (more preferably 110 ° C or lower) while water is included in the heat treatment, and is heated to 100 to 170 ° C after removing water. It is more preferable to treat.

リン酸エステル化セルロースにおいては、セルロース系原料にリン酸基置換基が導入されており、セルロース同士が電気的に反発する。そのため、リン酸エステル化セルロースは容易にナノ解繊することができる。リン酸エステル化セルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上が好ましい。これにより、十分な解繊(例えばナノ解繊)が実施できる。上限は、0.40が好ましい。これにより、リン酸エステル化セルロースの膨潤又は溶解を防止し、ナノファイバーが得られない事態を防止することができる。従って、0.001〜0.40であることが好ましい。リン酸エステル化セルロースは、煮沸後冷水で洗浄する等の洗浄処理がなされることが好ましい。これにより解繊を効率よく行うことができる。   In the phosphate esterified cellulose, a phosphate group substituent is introduced into the cellulosic raw material, and the celluloses electrically repel each other. Therefore, phosphate esterified cellulose can be easily nano-disentangled. The phosphate group substitution degree of glucose esterified cellulose is preferably 0.001 or more per glucose unit. Thereby, sufficient defibration (for example, nano defibration) can be performed. The upper limit is preferably 0.40. This can prevent swelling or dissolution of the phosphoric acid esterified cellulose and prevent the situation where nanofibers cannot be obtained. Therefore, it is preferably 0.001 to 0.40. The phosphate esterified cellulose is preferably subjected to a washing treatment such as washing with cold water after boiling. Thereby, the defibration can be efficiently performed.

[C−3:解繊]
セルロース原料の解繊は、セルロース原料に変性処理を施す前に行ってもよいし、後に行ってもよい。また、解繊は、一度に行ってもよいし、複数回行ってもよい。複数回の場合それぞれの解繊の時期はいつでもよい。
[C-3: disentanglement]
The defibration of the cellulose raw material may be performed before or after the modification treatment of the cellulose raw material. Moreover, the defibration may be performed once or a plurality of times. In the case of multiple times, each defibration time may be any time.

解繊に用いる装置は特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーがより好ましい。装置は、セルロース原料又は変性セルロース(通常は分散液)に強力なせん断力を印加できることが好ましい。装置が印加できる圧力は、50MPa以上が好ましく、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。装置は、セルロース原料又は変性セルロース(通常は分散液)に上記圧力を印加することができかつ強力なせん断力を印加できる、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましい。これにより、解繊を効率的に行うことができる。   The apparatus used for defibration is not particularly limited, and examples thereof include high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, ultrasonic type, and other types of devices, and high pressure or ultra high pressure homogenizers are preferable, and wet high pressure is used. Alternatively, an ultrahigh pressure homogenizer is more preferable. The device is preferably capable of applying a strong shearing force to the cellulose raw material or modified cellulose (usually a dispersion). The pressure that can be applied by the device is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and further preferably 140 MPa or more. The apparatus is preferably a wet high-pressure or ultrahigh-pressure homogenizer, which can apply the above-mentioned pressure to the cellulose raw material or modified cellulose (usually a dispersion liquid) and can apply a strong shearing force. Thereby, defibration can be efficiently performed.

解繊をセルロース原料の分散体に対して行う場合、分散体中のセルロース原料の固形分濃度は、通常は0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上である。これにより、セルロース繊維原料の量に対する液量が適量となり効率的である。上限は通常10質量%以下、好ましくは6質量%以下である。これにより流動性を保持することができる。   When defibrating the dispersion of the cellulose raw material, the solid content concentration of the cellulose raw material in the dispersion is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. It is at least mass%. As a result, the amount of liquid relative to the amount of cellulose fiber raw material becomes a proper amount, which is efficient. The upper limit is usually 10 mass% or less, preferably 6 mass% or less. This makes it possible to maintain fluidity.

解繊(好ましくは高圧ホモジナイザーでの解繊)、又は必要に応じて解繊前に行う分散処理に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの混合、攪拌、乳化、分散装置を用いて行えばよい。   Prior to defibration (preferably defibration with a high-pressure homogenizer) or, if necessary, a dispersion treatment performed before defibration, a preliminary treatment may be performed. The pretreatment may be performed by using a mixing, stirring, emulsifying and dispersing device such as a high speed shear mixer.

[C−4:乾燥]
上記セルロースナノファイバーは、分散液のまま用いてもよいが、必要に応じ乾燥処理を行うことにより、溶媒を一部あるいは完全に除去して、湿潤固形物あるいは乾燥固形物として用いてもよい。ここで湿潤固形物とは、分散液と乾燥固形物との中間の態様の固形物である。
乾燥処理を行う際には、再分散性を向上させるために、予めセルロースナノファイバーの分散液に水溶性高分子を混合させた上で乾燥処理を行ってもよい。水溶性高分子としては例えば、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース)、キサンタンガム、キシログルカン、デキストリン、デキストラン、カラギーナン、ローカストビーンガム、アルギン酸、アルギン酸塩、プルラン、澱粉、かたくり粉、クズ粉、陽性澱粉、燐酸化澱粉、コーンスターチ、アラビアガム、ローカストビーンガム、ジェランガム、ゲランガム、ポリデキストロース、ペクチン、キチン、水溶性キチン、キトサン、カゼイン、アルブミン、大豆蛋白溶解物、ペプトン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、ポリリンゴ酸、ポリグリセリン、ラテックス、ロジン系サイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、植物ガム、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー、ポリアクリル酸塩、でんぷんポリアクリル酸共重合体、タマリンドガム、ジェランガム、ペクチン、グァーガム及びコロイダルシリカ並びにそれら1つ以上の混合物が挙げられる。この中でも、カルボキシメチルセルロース及びその塩を用いることが相溶性の点から好ましい。
[C-4: Dry]
The above-mentioned cellulose nanofiber may be used as it is as a dispersion, but may be used as a wet solid or a dry solid by partially or completely removing the solvent by performing a drying treatment if necessary. Here, the wet solid matter is a solid matter in an intermediate mode between the dispersion liquid and the dry solid matter.
When performing the drying treatment, in order to improve the redispersibility, the water-soluble polymer may be mixed in advance with the dispersion liquid of the cellulose nanofibers and then the drying treatment may be performed. Examples of the water-soluble polymer include cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, ethyl cellulose), xanthan gum, xyloglucan, dextrin, dextran, carrageenan, locust bean gum, alginic acid, alginate, pullulan, starch, starch starch, and kudzu. Powder, positive starch, phosphorylated starch, corn starch, gum arabic, locust bean gum, gellan gum, gellan gum, polydextrose, pectin, chitin, water-soluble chitin, chitosan, casein, albumin, soy protein melt, peptone, polyvinyl alcohol, poly Acrylamide, sodium polyacrylate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyamino acid, polylactic acid, polymalic acid, polyglycerin, Tex, rosin-based sizing agent, petroleum resin-based sizing agent, urea resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, polyamide / polyamine resin, polyethyleneimine, polyamine, vegetable gum, polyethylene oxide, hydrophilic crosslinked polymer, polyacrylate , Starch polyacrylic acid copolymers, tamarind gum, gellan gum, pectin, guar gum and colloidal silica and mixtures of one or more thereof. Among these, it is preferable to use carboxymethyl cellulose and salts thereof from the viewpoint of compatibility.

セルロースナノファイバーの乾燥固形物及び湿潤固形物は、セルロースナノファイバーの分散液又はセルロースナノファイバーと水溶性高分子の混合液を乾燥して調製すればよい。乾燥方法は特に限定されないが、例えば、スプレードライ、圧搾、風乾、熱風乾燥、及び真空乾燥が挙げられる。乾燥装置としては例えば、連続式のトンネル乾燥装置、バンド乾燥装置、縦型乾燥装置、垂直ターボ乾燥装置、多重段円板乾燥装置、通気乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、スプレードライヤ乾燥装置、噴霧乾燥装置、円筒乾燥装置、ドラム乾燥装置、スクリューコンベア乾燥装置、加熱管付回転乾燥装置、振動輸送乾燥装置等、回分式の箱型乾燥装置、通気乾燥装置、真空箱型乾燥装置、及び撹拌乾燥装置等が挙げられる。これらの乾燥装置は、単独で用いてもよいし、2つ以上組み合わせて用いてもよい。乾燥装置は、ドラム乾燥装置が好ましい。これにより、均一に被乾燥物に熱エネルギーを直接供給することができるので、エネルギー効率を高めることができる。また、必要以上に熱を加えずに直ちに乾燥物を回収することができる。
[ゴム組成物の製造]
本発明のゴム組成物は、上記の材料、および必要に応じ各種添加剤を、必要に応じて事前に混合した上で、混練り、成形、加温(硫黄を含む場合は加硫)、必要に応じ仕上げ処理することにて製造する。
The dried solid matter and the wet solid matter of the cellulose nanofibers may be prepared by drying the dispersion liquid of the cellulose nanofibers or the mixed liquid of the cellulose nanofibers and the water-soluble polymer. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include spray drying, pressing, air drying, hot air drying, and vacuum drying. Examples of the drying device include a continuous tunnel drying device, a band drying device, a vertical drying device, a vertical turbo drying device, a multi-stage disc drying device, an aeration drying device, a rotary drying device, an air flow drying device, a spray dryer drying device. , Spray dryers, cylinder dryers, drum dryers, screw conveyor dryers, rotary dryers with heating tubes, vibration transport dryers, batch-type box dryers, aeration dryers, vacuum box dryers, and A stirring and drying device and the like can be mentioned. These drying devices may be used alone or in combination of two or more. The dryer is preferably a drum dryer. As a result, heat energy can be directly directly supplied to the material to be dried, so that energy efficiency can be improved. Further, the dried product can be immediately recovered without applying more heat than necessary.
[Production of rubber composition]
The rubber composition of the present invention requires the above materials and, if necessary, various additives to be mixed in advance, and then kneaded, molded, heated (vulcanized when sulfur is contained), necessary. It is manufactured by finishing according to the above.

添加剤は、ゴム工業で使用可能な添加剤であればよく、例えば、素練り促進剤、軟化剤・可塑剤、硬化剤(フェノール樹脂、ハイスチレン樹脂等)、架橋用配合剤(硫黄等の架橋剤、加硫促進剤(N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド等)、加硫促進助剤、スコーチ防止剤等)、老化防止剤、発泡剤、カップリング剤、粘着剤(マクロン樹脂、フェノール、テルペン系樹脂、石油系炭化水素樹脂、ロジン誘導体等)、分散剤(脂肪酸等)、接着増進剤(有機コバルト塩等)、滑剤(パラフィンおよび炭化水素樹脂、脂肪酸および脂肪酸誘導体等)、着色剤等が挙げられる。添加剤は、1つでもよいし2以上の組み合わせでもよく、使用量は必要に応じて適宜決定できる。   The additive may be any additive that can be used in the rubber industry, and examples thereof include mastication accelerators, softeners / plasticizers, curing agents (phenolic resins, high styrene resins, etc.), crosslinking compounding agents (such as sulfur, etc.). Crosslinking agents, vulcanization accelerators (N-t-butyl-2-benzothiazolesulfenamide, etc.), vulcanization acceleration aids, scorch inhibitors, etc.), antioxidants, foaming agents, coupling agents, adhesives ( Macron resin, phenol, terpene resin, petroleum hydrocarbon resin, rosin derivative, etc.), dispersant (fatty acid etc.), adhesion promoter (organic cobalt salt etc.), lubricant (paraffin and hydrocarbon resin, fatty acid and fatty acid derivative etc.) ), A colorant, and the like. One additive may be used or a combination of two or more may be used, and the amount used may be appropriately determined according to need.

混練りは、従来公知の混練装置により行うことができる。混練り装置としては例えば、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどが挙げられる。混練りの際の温度は、硫黄又は加硫促進剤が配合される場合、混練り時にゴム成分が架橋反応しない温度であることが好ましく、例えば、10℃以上が好ましく、20℃以上がより好ましい。上限は、140℃以下が好ましく120℃以下がより好ましい。従って10℃以上〜140℃程度が好ましく、20〜120℃程度がより好ましい。   The kneading can be performed by a conventionally known kneading device. Examples of the kneading device include a Banbury mixer, a kneader, and an open roll. When sulfur or a vulcanization accelerator is blended, the temperature during kneading is preferably a temperature at which the rubber component does not undergo a crosslinking reaction during kneading, for example, 10 ° C or higher is preferable, and 20 ° C or higher is more preferable. . The upper limit is preferably 140 ° C or lower, more preferably 120 ° C or lower. Therefore, the temperature is preferably 10 ° C or higher to about 140 ° C, more preferably about 20 to 120 ° C.

成形は通常、成形装置により行う。成形装置としては例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等により行うことができ、用途に応じて装置を選定し、所望の形に成形することができる。   Molding is usually performed by a molding device. As the molding apparatus, for example, mold molding, injection molding, extrusion molding, blow molding, foam molding, etc. can be performed, and the apparatus can be selected according to the application and molded into a desired shape.

加硫は通常、硫黄及び加硫促進剤を添加して行う。これにより、ゴム成分を加硫させることができ、さらに変性セルロースファイバー中の変性された置換基とゴム成分との間で架橋構造を形成させることができる。硫黄の使用量としては、ゴム成分100重量部に対して、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましい。上限は、50質量%以下が好ましく、35質量%以下が好ましく、20質量%以下が更に好ましい。従って、0.1〜50重量部程度が好ましく、0.5〜35重量部程度がより好ましく、1〜20重量部程度がさらに好ましい。加硫促進剤の使用量は、ゴム成分に対し0.1質量%が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.4質量%以上がさらに好ましい。上限は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。   Vulcanization is usually performed by adding sulfur and a vulcanization accelerator. As a result, the rubber component can be vulcanized, and a crosslinked structure can be formed between the modified substituent in the modified cellulose fiber and the rubber component. The amount of sulfur used is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, still more preferably 1% by mass or more, based on 100 parts by weight of the rubber component. The upper limit is preferably 50 mass% or less, more preferably 35 mass% or less, and further preferably 20 mass% or less. Therefore, it is preferably about 0.1 to 50 parts by weight, more preferably about 0.5 to 35 parts by weight, still more preferably about 1 to 20 parts by weight. The amount of the vulcanization accelerator used is preferably 0.1% by mass, more preferably 0.3% by mass or more, still more preferably 0.4% by mass or more, based on the rubber component. The upper limit is preferably 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.

加硫温度は、150℃以上が好ましい。上限は200℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましい。従って、150〜200℃程度が好ましく、150〜180℃程度がより好ましい。加熱装置としては例えば、型加硫、缶加硫、連続加硫等の加硫装置が挙げられる。加硫方法としては、プレス加硫等が挙げられる。   The vulcanization temperature is preferably 150 ° C. or higher. The upper limit is preferably 200 ° C or lower, more preferably 180 ° C or lower. Therefore, the temperature is preferably about 150 to 200 ° C, more preferably about 150 to 180 ° C. Examples of the heating device include vulcanization devices such as mold vulcanization, can vulcanization, and continuous vulcanization. Examples of the vulcanization method include press vulcanization.

最終製品とする前に、必要に応じ仕上げ処理を行ってもよい。仕上げ処理としては、従来公知の処理、例えば研磨、表面処理、リップ仕上げ、リップ裁断、塩素処理などが挙げられ、これらの処理のうち1つのみを行ってもよいし2つ以上の組み合わせであってもよい。   If necessary, finishing treatment may be performed before the final product. Examples of the finishing treatment include conventionally known treatments such as polishing, surface treatment, lip finishing, lip cutting, and chlorine treatment. Only one of these treatments may be performed, or a combination of two or more treatments. May be.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
[酸化セルロースナノファイバーの製造]
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mlに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を次亜塩素酸ナトリウムが5.5mmol/gになるように添加し、室温にて酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。
反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で3回処理して、酸化セルロースナノファイバーの水分散液を得た。酸化セルロースナノファイバーの平均繊維径は3nm、アスペクト比は250であった。
この酸化セルロースナノファイバーの水分散液を、ドラム乾燥装置にて、固形分濃度が50%になるまで乾燥することにより、酸化セルロースナノファイバーの湿潤固形物を得た。
<Example 1>
[Production of oxidized cellulose nanofibers]
Bleached unbeaten kraft pulp from softwood (whiteness 85%) 5.00 g (absolutely dry) TEMPO (Sigma Aldrich) 39 mg (0.05 mmol to absolute dryness 1 g of cellulose) and sodium bromide 514 mg (absolutely dry) It was added to 500 ml of an aqueous solution in which 1.0 mmol) was dissolved in 1 g of cellulose, and the mixture was stirred until the pulp was uniformly dispersed. An aqueous sodium hypochlorite solution was added to the reaction system so that sodium hypochlorite was 5.5 mmol / g, and an oxidation reaction was started at room temperature. Although the pH in the system was lowered during the reaction, the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing.
The mixture after the reaction was filtered with a glass filter to separate pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose). The pulp yield at this time was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g. This was adjusted to 1.0% (w / v) with water and treated three times with an ultrahigh pressure homogenizer (20 ° C., 150 Mpa) to obtain an aqueous dispersion of oxidized cellulose nanofibers. The oxidized cellulose nanofibers had an average fiber diameter of 3 nm and an aspect ratio of 250.
This aqueous dispersion of oxidized cellulose nanofibers was dried in a drum dryer until the solid content concentration became 50%, to obtain a wet solid of oxidized cellulose nanofibers.

[ゴム組成物の製造]
ニトリルゴム(KUMHO PETROCHEMICAL社製、製品名:KNB35L。結合アクリロニトリル含量34%、ムーニー粘度41)を用い、ニトリルゴム100質量%に対し、カーボンブラック(Sid Richardson社製、製品名:N550)を40質量%、上記酸化セルロースナノファイバーの湿潤固形物を固形分換算で5質量%、酸化亜鉛(堺化学工業社製)を3質量%、可塑剤(ADEKA社製、製品名:RS107)を6質量%、老化防止剤(Chemutra社製、製品名:Naugard 445)を2質量%、架橋助剤(川口化学工業社製、製品名:トリアリック)を4.9質量%、それぞれ添加し、ニーダー及びオープンロールで混練した。上記混練物を、160℃で12分間のプレス加硫を行い、厚さ2mmの加硫ゴム組成物の板状試験片を得た。
得られた加硫ゴム組成物について、以下に示す方法により、引張強さ、摩耗深さ、比重をそれぞれ評価した。また、未加硫の時点におけるゴム組成物を用いて、以下に示す方法によりムーニー粘度を評価した。
[Production of rubber composition]
Nitrile rubber (manufactured by KUMHO PETROCHEMICAL, product name: KNB35L, bound acrylonitrile content 34%, Mooney viscosity 41) is used, and carbon black (manufactured by Sid Richardson, product name: N550) is 40 mass with respect to 100 mass% of nitrile rubber. %, 5% by mass of the wet solid matter of the oxidized cellulose nanofibers in terms of solid content, 3% by mass of zinc oxide (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), and 6% by mass of a plasticizer (manufactured by ADEKA, product name: RS107). 2% by mass of an anti-aging agent (manufactured by Chemutra, product name: Naugard 445) and 4.9% by mass of a crosslinking auxiliary (manufactured by Kawaguchi Chemical Industry Co., Ltd., product name: Trialic), respectively, and added to a kneader and an open roll. Kneaded in. The above kneaded material was press-vulcanized at 160 ° C. for 12 minutes to obtain a plate-shaped test piece of a vulcanized rubber composition having a thickness of 2 mm.
The tensile strength, wear depth, and specific gravity of each of the obtained vulcanized rubber compositions were evaluated by the methods described below. The Mooney viscosity was evaluated by the method described below using the rubber composition at the time of unvulcanization.

[引張強さ]
JIS K6251「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に従い、100%ひずみ時における応力(M100)を測定した。具体的には、上記ゴム組成物のシートを所定の形状の試験片に裁断し、万能引張圧縮試験機(エーアンドデイ社製UTM-10T)を用いて測定した。各々の数値が大きい程、加硫ゴム組成物が良好に補強されており、ゴムの機械強度に優れることを示す。測定結果について、セルロースナノファイバーを配合しなかった場合(後述の比較例1)を基準として、引張強さが大きかった場合を○、同等であった場合を△、小さかった場合を×とした。
[Tensile strength]
The stress (M100) at 100% strain was measured according to JIS K6251 "Vulcanized rubber and thermoplastic rubber-Determination of tensile properties". Specifically, the sheet of the rubber composition was cut into a test piece having a predetermined shape and measured using a universal tensile compression tester (UTM-10T manufactured by A & D Company). The larger each value is, the better the vulcanized rubber composition is reinforced, and the more excellent the mechanical strength of the rubber is. Regarding the measurement results, based on the case where cellulose nanofibers were not blended (Comparative Example 1 described later), the case where the tensile strength was large was marked with ◯, the case where the tensile strength was equivalent was marked with Δ, and the case where it was small was marked with x.

[摩耗深さ]
リングオンディスク摩擦摩耗試験機(神戸造機社製)を用いて、試験片を100℃に熱した指定潤滑油(IRM−903、JIS油中摩耗試験の指定)に72時間浸漬した後、リングの回転数が250rpmで、回転開始から1分間に10kgfの負荷をかけ、40kgfまで負荷を上げ、120分間経過後の試験片の摩耗深さを、3点平均で測定した。磨耗深さが小さいほど、繰返し摺動に対する耐性が高いことを示す。測定結果について、セルロースナノファイバーを配合しなかった場合(後述の比較例1)を基準として、摩耗深さが小さかった場合を○、同等であった場合を△、大きかった場合を×とした。
[Abrasion depth]
Using a ring-on-disc friction and wear tester (manufactured by Kobe Zoki Co., Ltd.), the test piece was immersed in a designated lubricating oil (IRM-903, designated in JIS oil wear test) heated to 100 ° C. for 72 hours, and then the ring The rotation speed was 250 rpm, a load of 10 kgf was applied for 1 minute from the start of rotation, the load was increased to 40 kgf, and the wear depth of the test piece after 120 minutes was measured at an average of 3 points. The smaller the wear depth, the higher the resistance to repeated sliding. Regarding the measurement results, the case where the wear depth was small was marked with ◯, the case where the wear depth was equivalent was marked with Δ, and the case where the wear depth was large was marked with x, based on the case where cellulose nanofibers were not blended (Comparative Example 1 described later).

[比重]
JIS K6268「加硫ゴム-密度測定」の方法に準じて測定した。測定結果について、セルロースナノファイバーを配合しなかった場合(後述の比較例1)を基準として、比重が小さかった場合を○、同等であった場合を△、大きかった場合を×とした。
[specific gravity]
It was measured according to the method of JIS K6268 "Vulcanized rubber-Density measurement". Regarding the measurement results, based on the case where cellulose nanofiber was not blended (Comparative Example 1 described later), the case where the specific gravity was small was marked with ◯, the case where it was equivalent was marked with Δ, and the case where it was large was marked with x.

[ムーニー粘度]
未加硫のゴムシートを試料として作製し、JIS K6300「未加硫ゴム-物理特性-第 1 部:ムーニー粘度計による粘度及びスコーチタイムの求め方」の方法に準じて測定した。具体的には、ムーニービスコメーター(SMV−300、島津製作所社製)を用いて、試料を100℃で予熱1分、回転開始後4分経過後のムーニー粘度を測定した。ムーニー粘度が低いほど、製造時における加工性が良好であることを示す。測定結果について、セルロースナノファイバーを配合しなかった場合(後述の比較例1)を基準として、ムーニー粘度が低かった場合を○、同等であった場合を△、高かった場合を×とした。
[Moonie viscosity]
An unvulcanized rubber sheet was prepared as a sample and measured according to the method of JIS K6300 "Unvulcanized rubber-Physical properties-Part 1: Determination of viscosity and scorch time by Mooney viscometer". Specifically, a Mooney viscometer (SMV-300, manufactured by Shimadzu Corporation) was used to measure the Mooney viscosity of the sample at 100 ° C. for 1 minute of preheating and 4 minutes after the start of rotation. The lower the Mooney viscosity, the better the processability during production. Regarding the measurement results, the case where the Mooney viscosity was low was evaluated as ◯, the case where the Mooney viscosity was low was evaluated as Δ, and the case where it was high was evaluated as x, based on the case where cellulose nanofiber was not blended (Comparative Example 1 described later).

<実施例2>
実施例1において、酸化セルロースナノファイバーを、以下の方法で製造したカルボキシメチル化セルロースナノファイバーに変更した以外は、実施例1と同様の方法でゴム組成物を得た。
<Example 2>
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the oxidized cellulose nanofibers in Example 1 were changed to carboxymethylated cellulose nanofibers produced by the following method.

[カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの製造]
パルプを混ぜることができる撹拌機に、パルプ(NBKP(針葉樹晒クラフトパルプ)、日本製紙製)を乾燥質量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥質量で111g(発底原料の無水グルコース残基当たり2.25倍モル)加え、パルプ固形分が20%(w/v)になるように水を加えた。その後、30℃で30分攪拌した後にモノクロロ酢酸ナトリウムを216g(有効成分換算、パルプのグルコース残基当たり1.5倍モル)添加した。30分撹拌した後に、70℃まで昇温し1時間撹拌した。
その後、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度0.25のカルボキシメチル化したパルプを得た。これを水で固形分1%とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、150MPaの圧力で5回処理することにより解繊しカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを得た。平均繊維径は15nm、アスペクト比は50であった。
このカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの水分散液を、ドラム乾燥装置にて、固形分濃度が50%になるまで乾燥することにより、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの湿潤固形物を得た。
[Production of carboxymethyl cellulose nanofiber]
In a stirrer with which pulp can be mixed, pulp (NBKP (softwood bleached kraft pulp), made by Nippon Paper Industries) in a dry mass of 200 g, and sodium hydroxide in a dry mass of 111 g (2. 25 times mol), and water was added so that the pulp solid content was 20% (w / v). Then, after stirring for 30 minutes at 30 ° C., 216 g of sodium monochloroacetate (calculated as an active ingredient, 1.5 times mol per glucose residue of pulp) was added. After stirring for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C. and the mixture was stirred for 1 hour.
Then, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain a carboxymethylated pulp having a carboxymethyl substitution degree of 0.25 per glucose unit. This was made to have a solid content of 1% with water, and fibrillated by treatment with a high-pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 150 MPa five times to obtain carboxymethyl cellulose nanofibers. The average fiber diameter was 15 nm and the aspect ratio was 50.
The aqueous dispersion of carboxymethyl cellulose nanofibers was dried in a drum dryer until the solid content concentration became 50%, to obtain a wet solid of carboxymethyl cellulose nanofibers.

<実施例3>
実施例1において、酸化セルロースナノファイバーを、以下の方法で製造したカチオン化セルロースナノファイバーに変更した以外は、実施例1と同様の方法でゴム組成物を得た。
<Example 3>
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the oxidized cellulose nanofibers in Example 1 were changed to cationized cellulose nanofibers produced by the following method.

[カチオン化セルロースナノファイバーの製造]
パルプを攪拌することができるパルパーに、パルプ(NBKP、日本製紙(株)製)を乾燥重量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥重量で24g加え、パルプ固形濃度が15%になるように水を加えた。その後、30℃で30分攪拌した後に70℃まで昇温し、カチオン化剤として3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライドを200g(有効成分換算)添加した。1時間反応した後に、反応物を取り出して中和、洗浄して、グルコース単位当たりのカチオン置換度0.05のカチオン変性されたパルプを得た。これを固形濃度1%とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、140MPaの圧力で2回処理した。平均繊維径は25nm、アスペクト比は50であった。
このカチオン化セルロースナノファイバーの水分散液を、ドラム乾燥装置にて、固形分濃度が50%になるまで乾燥することにより、カチオン化セルロースナノファイバーの湿潤固形物を得た。
[Production of cationized cellulose nanofibers]
To a pulper that can stir the pulp, 200 g of pulp (NBKP, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) by dry weight and 24 g of sodium hydroxide by dry weight are added, and water is added so that the pulp solid concentration becomes 15%. It was Then, after stirring at 30 ° C. for 30 minutes, the temperature was raised to 70 ° C., and 200 g of 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride (as an active ingredient) was added as a cationizing agent. After reacting for 1 hour, the reaction product was taken out, neutralized and washed to obtain a cation-modified pulp having a cation substitution degree of 0.05 per glucose unit. This was made to have a solid concentration of 1%, and was treated twice with a high pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 140 MPa. The average fiber diameter was 25 nm and the aspect ratio was 50.
This aqueous dispersion of cationized cellulose nanofibers was dried in a drum dryer until the solid content concentration reached 50%, to obtain a wet solid of cationized cellulose nanofibers.

<実施例4>
実施例1において、カーボンブラックをシリカ(Rhodia社製、製品名:Z-175)に変更し、さらにシランカップリング剤(エボニックデグサ社製、製品名:Dynasylan Si-69)を4質量%添加して混練りした以外は、実施例1と同様の方法でゴム組成物を得た。測定結果の基準は、以下に示す比較例2とした。
<Example 4>
In Example 1, the carbon black was changed to silica (manufactured by Rhodia, product name: Z-175), and 4% by mass of a silane coupling agent (manufactured by Evonik Degussa, product name: Dynasylan Si-69) was added. A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the kneading was carried out. The reference of the measurement result was Comparative Example 2 shown below.

<比較例1>
実施例1において、混練り時にセルロースナノファイバーを添加しなかった以外は、実施例1と同様の方法でゴム組成物を製造した。
<Comparative Example 1>
A rubber composition was produced in the same manner as in Example 1 except that cellulose nanofibers were not added during kneading.

<実施例5>
実施例1において、ニトリルゴムをエチレンプロピレンジエンゴム(KUMHO PETROCHEMICAL社製、製品名:KEP570P、ムーニー粘度53)に変更した以外は、実施例1と同様の方法でゴム組成物を得た。
<Example 5>
A rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nitrile rubber was changed to ethylene propylene diene rubber (KUMHO PETROCHEMICAL, product name: KEP570P, Mooney viscosity 53).

<比較例2>
実施例5において、混練り時にセルロースナノファイバーを添加しなかった以外は、実施例1と同様の方法でゴム組成物を製造した。
<Comparative example 2>
A rubber composition was produced in the same manner as in Example 1 except that cellulose nanofibers were not added during kneading.

Figure 0006689082
Figure 0006689082

Figure 0006689082
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表1から明らかなように、ゴム成分にアクリロニトリル−ブタジエンゴムを用いた場合、セルロースナノファイバーを含有する実施例1〜4では、セルロースナノファイバーを含有しない比較例1に対し、比重及びムーニー粘度を維持しながら、引張強さおよび摩耗深さが向上していることが分かる。同様に、エチレン−プロピレンゴムを用いた場合でも、セルロースナノファイバーを含有する実施例5では、セルロースナノファイバーを含有しない比較例2に対し、比重及びムーニー粘度を維持しながら、引張強さおよび摩耗深さが向上していることが分かる。 As is clear from Table 1, when acrylonitrile-butadiene rubber was used as the rubber component, in Examples 1 to 4 containing cellulose nanofibers, the specific gravity and Mooney viscosity were higher than those of Comparative Example 1 containing no cellulose nanofibers. It can be seen that tensile strength and wear depth are improved while maintaining. Similarly, even when ethylene-propylene rubber was used, in Example 5 containing cellulose nanofibers, tensile strength and wear were maintained, while maintaining specific gravity and Mooney viscosity, as compared with Comparative Example 2 containing no cellulose nanofibers. It can be seen that the depth has improved.

Claims (5)

下記成分A,成分B,成分Cを含むことを特徴とする、オイルシール用ゴム組成物。
成分A:エチレン−プロピレンゴムを含むゴム成分
成分B:カーボンブラック、シリカ、粉末状セルロースから選ばれる少なくとも一種類を含む充填剤
成分C:変性セルロースナノファイバー
A rubber composition for an oil seal, comprising the following components A, B and C.
Component A: Rubber component containing ethylene-propylene rubber Component B: Filler containing at least one selected from carbon black, silica and powdery cellulose
Component C: Modified cellulose nanofiber
前記成分A,成分B,成分Cの配合比率が、成分A:成分B:成分C=100:5〜100:1〜50(質量%)であることを特徴とする、請求項1に記載のオイルシール用ゴム組成物。   The blending ratio of the component A, the component B, and the component C is component A: component B: component C = 100: 5 to 100: 1 to 50 (mass%), The claim 1 characterized by the above-mentioned. Rubber composition for oil seals. 前記変性セルロースナノファイバー(成分C)が、セルロースのグルコース単位中におけるC6位のヒドロキシル基の一部がカルボキシル基に酸化された酸化セルロースナノファイバーを含み、且つ酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基の量が、酸化セルロースナノファイバーの絶乾重量に対し1.6mmol/g〜2.0mmol/gであることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載のオイルシール用ゴム組成物。 The modified cellulose nanofiber (component C) contains an oxidized cellulose nanofiber in which a part of the hydroxyl group at the C6 position in the glucose unit of cellulose is oxidized to a carboxyl group, and the amount of the carboxyl group of the oxidized cellulose nanofiber is The rubber composition for an oil seal according to any one of claims 1 and 2 , wherein the dry weight of the oxidized cellulose nanofiber is 1.6 mmol / g to 2.0 mmol / g. 前記変性セルロースナノファイバー(成分C)が、セルロースのグルコース単位中におけるヒドロキシル基の水素原子の一部がカルボキシメチル基に置換されたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含み、且つカルボキシメチル化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度が0.01〜0.50であることを特徴とする、請求項1〜にいずれか一項に記載のオイルシール用ゴム組成物。 The modified cellulose nanofiber (component C) contains a carboxymethylated cellulose nanofiber in which a part of hydrogen atoms of a hydroxyl group in a glucose unit of cellulose is replaced with a carboxymethyl group, and The rubber composition for oil seals according to any one of claims 1 to 2 , wherein the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit is 0.01 to 0.50. 前記変性セルロースナノファイバー(成分C)が、セルロースのグルコース単位中におけるヒドロキシル基の水素原子の一部がカチオン性基に置換されカチオン化セルロースナノファイバーを含み、且つカチオン化セルロースナノファイバーのグルコース単位当たりのカチオン置換度が0.01〜0.40であって、平均繊維径が25nm以上500nm以下であることを特徴とする、請求項1〜に記載のオイルシール用ゴム組成物。 The modified cellulose nanofiber (component C) contains a cationized cellulose nanofiber in which a part of hydrogen atoms of a hydroxyl group in a glucose unit of cellulose is replaced with a cationic group, and The degree of cation substitution is 0.01 to 0.40, and the average fiber diameter is 25 nm or more and 500 nm or less, The rubber composition for oil seals according to claim 1 or 2 .
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