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JP6944677B2 - Composition - Google Patents
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Description

本発明は、組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、電気二重層キャパシタのセパレータの材料等として利用可能な組成物に関する。 The present invention relates to compositions. More specifically, the present invention relates to a composition that can be used as a material for a separator of an electric double layer capacitor or the like.

紙パルプ産業において、木材の主要成分であるセルロースは、パルプとして取り出される。一方、他の主要成分であるリグニンは、焼却エネルギー等に利用されている。近年、木質バイオマスの有効活用促進を目的として、リグニンを他の材料として利用し、高付加価値を付す試みが検討されている(例えば、特許文献1、2参照)。 In the pulp and paper industry, cellulose, which is a major component of wood, is extracted as pulp. On the other hand, lignin, which is another main component, is used for incineration energy and the like. In recent years, for the purpose of promoting the effective utilization of woody biomass, attempts to add high added value by using lignin as another material have been studied (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

本発明者等は、リグニンを他の材料として利用し、高付加価値を付加して有用性を模索している。その中で、電気二重層キャパシタのセパレータに利用し得るフィルムの材料としての利用可能性を報告している(例えば、非特許文献1参照)。 The present inventors are searching for usefulness by using lignin as another material and adding high added value. Among them, the possibility of using it as a film material that can be used as a separator for an electric double layer capacitor is reported (see, for example, Non-Patent Document 1).

国際公開第2011/111664号International Publication No. 2011/111664 特開2011−184230号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-184230

浦木康光、外4名、「PEGリグニン由来の電気二重層キャパシタ用セパレータの開発」、日本木材学会、北海道支部講演集、第47号、平成27年11月Yasumitsu Uraki, 4 outsiders, "Development of Separator for Electric Double Layer Capacitors Derived from PEG Lignin", Japan Wood Society, Hokkaido Chapter Lectures, No. 47, November 2015

非特許文献1に開示されたフィルムは、柔軟性に富み、抵抗値や比静電容量も改善され、セパレータとしての利用可能性は見出されている。しかしながら、破断強度が十分ではなく、実用化の面で課題がある。 The film disclosed in Non-Patent Document 1 is highly flexible, has improved resistance and specific capacitance, and has been found to be usable as a separator. However, the breaking strength is not sufficient, and there is a problem in terms of practical use.

本発明の課題は、リグニンの新規な用途として、電気二重層キャパシタのセパレータや、他の用途にも利用し得る適度な強度を有するフィルムを形成可能な組成物を提供することである。 An object of the present invention is to provide a separator for an electric double layer capacitor and a composition capable of forming a film having appropriate strength that can be used for other uses as a novel use of lignin.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、PEGリグニンと、酸無水物と、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルと、変性セルロースナノファイバーと、を含有する組成物により、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明者らは、下記の〔1〕〜〔10〕を提供する。
〔1〕(A)成分:(a1)リグニン源と(a2)25℃で液状の、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの反応物であるPEGリグニンと、(B)成分:酸無水物と、(C)成分:ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルと、(D)成分:変性セルロースナノファイバーと、を含有する組成物。
〔2〕前記(a1)が、クラフトリグニン、リグニンスルホン酸、酢酸リグニン、オルガノソルブリグニン、爆砕リグニン、硫酸リグニン、アルカリリグニン及び木材チップからなる群から選択される少なくとも1種である上記〔1〕に記載の組成物。
〔3〕前記(a2)が、平均分子量が400〜600のポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルである上記〔1〕又は〔2〕に記載の組成物。
〔4〕前記(B)成分が、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水酢酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水アコニット酸、無水ハイミック酸及び無水安息香酸からなる群から選択される少なくとも1種である上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の組成物。
〔5〕前記(C)成分が、平均分子量が400〜100万のポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルである上記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の組成物。
〔6〕前記(D)成分が、カルボキシル化セルロースナノファイバー、エーテル化セルロースナノファイバー、及びカチオン化セルロースナノファイバーからなる群から選択される少なくとも1種である上記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の組成物。
〔7〕各成分の比率((A)成分:(B)成分:(C)成分:(D)成分)が、20質量%〜60質量%:10質量%〜40質量%:40質量%以下:0.5質量%〜10質量%である(但し、(A)成分〜(D)成分の総和を100質量%とする)上記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の組成物。
〔8〕上記〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の組成物を加熱処理して得られるフィルム。
〔9〕上記〔8〕に記載のフィルムからなるセパレータ。
〔10〕一対の分極性電極体と、電解液と、上記〔9〕に記載のセパレータと、を備える電気二重層キャパシタ。
As a result of diligent studies on the above-mentioned problems, the present inventors have made the above-mentioned composition containing PEG lignin, acid anhydride, polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether, and modified cellulose nanofibers. We have found that the above problems can be solved, and have completed the present invention.
That is, the present inventors provide the following [1] to [10].
[1] Component (A): (a1) Lignin source and (a2) PEG lignin, which is a reaction product of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether, which is liquid at 25 ° C., and component (B): acid anhydride. A composition containing a substance, a component (C): polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether, and a component (D): modified cellulose nanofibers.
[2] The above (a1) is at least one selected from the group consisting of kraft lignin, lignin sulfonic acid, lignin acetate, organosolvrignin, blasted lignin, lignin sulfate, alkaline lignin and wood chips [1]. The composition according to.
[3] The composition according to the above [1] or [2], wherein (a2) is polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether having an average molecular weight of 400 to 600.
[4] The component (B) is selected from the group consisting of maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, acetic anhydride, citraconic anhydride, itaconic anhydride, aconitic anhydride, hymic anhydride and benzoic anhydride. The composition according to any one of the above [1] to [3], which is at least one of the above.
[5] The composition according to any one of the above [1] to [4], wherein the component (C) is polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether having an average molecular weight of 4 to 1,000,000.
[6] Any of the above [1] to [5], wherein the component (D) is at least one selected from the group consisting of carboxylated cellulose nanofibers, etherified cellulose nanofibers, and cationized cellulose nanofibers. The composition described in Crab.
[7] The ratio of each component ((A) component: (B) component: (C) component: (D) component) is 20% by mass to 60% by mass: 10% by mass to 40% by mass: 40% by mass or less. : The composition according to any one of the above [1] to [6], which is 0.5% by mass to 10% by mass (however, the total of the components (A) to (D) is 100% by mass).
[8] A film obtained by heat-treating the composition according to any one of the above [1] to [7].
[9] A separator made of the film according to the above [8].
[10] An electric double layer capacitor comprising a pair of polar electrode bodies, an electrolytic solution, and the separator according to the above [9].

本発明によれば、リグニンの新規な用途として、電気二重層キャパシタのセパレータや、他の用途にも利用し得る強度を有するフィルムを形成可能な組成物を提供することができる。 According to the present invention, as a novel use of lignin, it is possible to provide a separator for an electric double layer capacitor and a composition capable of forming a film having strength that can be used for other uses.

図1は、実施例1〜3及び比較例1の引張試験結果を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the tensile test results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。
なお、本明細書中、「AA〜BB」と範囲を記載する場合、AA以上BB以下の範囲をいう。
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to the preferred embodiment thereof.
In the present specification, when the range is described as "AA to BB", it means the range of AA or more and BB or less.

[1.組成物]
本発明の組成物は、(a1)リグニン源と(a2)25℃で液状の、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの反応物であるPEGリグニンと、酸無水物と、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルと、変性セルロースナノファイバーと、を含有する。
(A)成分として、(a1)リグニン源と(a2)25℃で液状の、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの反応物を含有するので、リグニンの新規な用途とし得る。(B)成分を含有するので、加熱処理により他の成分と反応してフィルムの基本形状を形成し得る。(C)成分を含有するので、フィルムを形成した際の柔軟性を付与し得る。(D)成分を含有するので、フィルムに適度な強度を付与し得る。
[1. Composition]
The composition of the present invention comprises (a1) a lignin source and (a2) PEG lignin, which is a reaction product of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether, which is liquid at 25 ° C., acid anhydride, polyethylene glycol or It contains poly (ethylene glycol) diglycidyl ether and modified cellulose nanofibers.
Since the component (A) contains a reaction product of (a1) a lignin source and (a2) a liquid polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether at 25 ° C., it can be used as a novel use for lignin. Since it contains the component (B), it can react with other components by heat treatment to form the basic shape of the film. Since it contains the component (C), it can impart flexibility when the film is formed. Since it contains the component (D), it can impart appropriate strength to the film.

[1−1.(A)成分]
(A)成分は、(a1)リグニン源と(a2)25℃で液状の、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの反応物であるPEGリグニンである。
[1-1. (A) component]
The component (A) is PEG lignin, which is a reaction product of (a1) a lignin source and (a2) a liquid polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether at 25 ° C.

リグニン源としては、クラフトパルプ廃液から精製するクラフトリグニン、亜硫酸パルプ廃液から得られるリグニンスルホン酸、酢酸リグニン、オルガノソルブリグニン、爆砕リグニン、硫酸リグニン、アルカリリグニン等のリグニン;スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹の木材チップ、ブナ、ナラ等の広葉樹の木材チップ、稲わら、モミ、バガス等の草本系の木材チップが挙げられる。 Examples of the lignin source include kraft lignin purified from kraft pulp effluent, lignin sulfonic acid obtained from sulfite pulp effluent, lignin acetate, organosolv lignin, blasted lignin, lignin sulfate, alkaline lignin and other lignins; Examples include coniferous wood chips, broad-leaved wood chips such as beech and nara, and herbaceous wood chips such as rice straw, fir and bagus.

リグニン源の分子量としては、1,000〜50,000が好ましく、2,000〜20,000がより好ましい。
なお、リグニン源の分子量としては、例えば、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によりポリスチレン換算値として算出することができる。
The molecular weight of the lignin source is preferably 1,000 to 50,000, more preferably 2,000 to 20,000.
The molecular weight of the lignin source can be calculated as a polystyrene-equivalent value by, for example, size exclusion chromatography (SEC).

ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルは、25℃で液状のものであればよい。25℃で液状の、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルを用いることで、(a1)成分との反応性が良好となり、PEGリグニンを容易に調製し得る。 The polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether may be liquid at 25 ° C. By using polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether which is liquid at 25 ° C., the reactivity with the component (a1) is improved, and PEG lignin can be easily prepared.

ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの分子量は、400〜600であることが好ましい。分子量がこの範囲にあると、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルが25℃で液状となり得る。加えて、リグニンの主要骨格から離れた位置に水酸基が導入されることにより、立体障害が少なく、他の成分と良好な反応性を示すPEGリグニンを調製し得うる。
なお、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの市販品を用いる場合、それらの平均分子量は製品に記された値である。
The molecular weight of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether is preferably 400 to 600. When the molecular weight is in this range, polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether can be liquid at 25 ° C. In addition, by introducing a hydroxyl group at a position away from the main skeleton of lignin, PEG lignin having less steric hindrance and showing good reactivity with other components can be prepared.
When commercially available products of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether are used, their average molecular weights are the values indicated on the product.

リグニン源とポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルを反応させる方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法で行うことができる。 The method for reacting the lignin source with polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether is not particularly limited, and a known method can be used.

一例として、リグニン源とポリエチレングリコールを反応させる場合、酸触媒を添加して反応させることにより、PEGリグニンを調製することができる。
酸触媒としては、塩酸、硫酸等が挙げられる。酸触媒の添加量は、通常、ポリエチレングリコールに対して、0.1〜5.0質量%である。
反応温度、反応時間ともに、特に限定されない。例えば、100〜150℃の反応温度で、30〜240分程度反応させる。
リグニン源とポリエチレングリコールとの反応終了後、反応系に水を添加して、水不溶性の沈殿物としてPEGリグニンを回収し得る。
As an example, when a lignin source is reacted with polyethylene glycol, PEG lignin can be prepared by adding an acid catalyst and reacting.
Examples of the acid catalyst include hydrochloric acid, sulfuric acid and the like. The amount of the acid catalyst added is usually 0.1 to 5.0% by mass with respect to polyethylene glycol.
Neither the reaction temperature nor the reaction time is particularly limited. For example, the reaction is carried out at a reaction temperature of 100 to 150 ° C. for about 30 to 240 minutes.
After completion of the reaction between the lignin source and polyethylene glycol, water can be added to the reaction system to recover PEG lignin as a water-insoluble precipitate.

他の例として、リグニン源とポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルを反応させる場合、アルカリ性水溶液下で反応させることにより、PEGリグニンを調製することができる。
アルカリ性水溶液を調製する際、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化リチウム等を使用することができる。
反応温度、反応時間ともに、特に限定されない。例えば、50〜90℃の反応温度で、30〜180分程度反応させる。
リグニン源とポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルとの反応終了後、反応系に酸を添加して中和する。添加する酸としては、悪影響を及ぼさない限り何れの酸でもよく、例えば、塩酸、リン酸、硫酸等の無機酸;ギ酸、酢酸等の有機酸を使用することができる。
As another example, when the lignin source is reacted with poly (ethylene glycol) diglycidyl ether, PEG lignin can be prepared by reacting under an alkaline aqueous solution.
When preparing an alkaline aqueous solution, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, lithium hydroxide and the like can be used.
Neither the reaction temperature nor the reaction time is particularly limited. For example, the reaction is carried out at a reaction temperature of 50 to 90 ° C. for about 30 to 180 minutes.
After the reaction between the lignin source and the poly (ethylene glycol) diglycidyl ether is completed, an acid is added to the reaction system to neutralize the reaction system. The acid to be added may be any acid as long as it does not adversely affect it, and for example, an inorganic acid such as hydrochloric acid, phosphoric acid or sulfuric acid; or an organic acid such as formic acid or acetic acid can be used.

反応により得られるPEGリグニンは、そのまま使用することもできるし、限外濾過に付してもよい。また、反応により得られるPEGリグニンは、凍結乾燥機等の従来使用されている乾燥方法により、完全に乾燥してもよい。 The PEG lignin obtained by the reaction can be used as it is or may be subjected to ultrafiltration. Further, the PEG lignin obtained by the reaction may be completely dried by a conventionally used drying method such as a freeze dryer.

リグニン源と反応させるポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの量は、使用されるリグニン源の種類や分子量に応じて適宣調整し得る。一例として、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの量は、リグニン源100質量部に対して、好ましくは、100〜1000質量部、より好ましくは、100〜600質量部、さらに好ましくは、300〜500質量部である。 The amount of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether to react with the lignin source can be adjusted appropriately according to the type and molecular weight of the lignin source used. As an example, the amount of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether is preferably 100 to 1000 parts by mass, more preferably 100 to 600 parts by mass, still more preferably 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the lignin source. It is 300 to 500 parts by mass.

[1−2.(B)成分]
(B)成分は、酸無水物である。(B)成分を含有することで、PEGリグニン等の他の成分と反応し、フィルムの基本形状を形成し得る。
[1-2. (B) component]
The component (B) is an acid anhydride. By containing the component (B), it can react with other components such as PEG lignin to form the basic shape of the film.

(B)成分は、酸無水物である限り、特に限定されるものではない。例えば、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水酢酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水アコニット酸、無水ハイミック酸、無水安息香酸等が挙げられる。これらの中でも、無水マレイン酸が好ましい。
なお、(B)成分は、1種単独の酸無水物を用いてもよく、2種以上の酸無水物を併用してもよい。
The component (B) is not particularly limited as long as it is an acid anhydride. For example, maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, acetic anhydride, citraconic anhydride, itaconic anhydride, aconitic anhydride, hymic acid anhydride, benzoic anhydride and the like can be mentioned. Of these, maleic anhydride is preferred.
As the component (B), one kind of acid anhydride may be used alone, or two or more kinds of acid anhydrides may be used in combination.

[1−3.(C)成分]
(C)成分は、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルである。(C)成分を含有することで、フィルムに柔軟性を付与し得る。特に、フィルムを電気二重層キャパシタのセパレータとして利用する際には、抵抗値と比静電容量を改善し得る。
[1-3. (C) component]
The component (C) is polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether. By containing the component (C), flexibility can be imparted to the film. In particular, when the film is used as a separator for an electric double layer capacitor, the resistance value and the specific capacitance can be improved.

ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの分子量は、好ましくは、400〜100万であり、より好ましくは、2万〜80万であり、さらに好ましくは、20万〜60万である。ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの数値範囲がこの範囲にあることで、フィルムに柔軟性を付与し得る。
なお、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの市販品を用いる場合、それらの平均分子量は製品に記された値である。
The molecular weight of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether is preferably 4 to 1,000,000, more preferably 20,000 to 800,000, and even more preferably 200,000 to 600,000. When the numerical range of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether is in this range, flexibility can be imparted to the film.
When commercially available products of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether are used, their average molecular weights are the values indicated on the product.

[1−4.(D)成分]
(D)成分は、変性セルロースナノファイバーである。(D)成分を含有することで、フィルムを形成した際に、適度な強度を付与し得る。
[1-4. (D) component]
The component (D) is a modified cellulose nanofiber. By containing the component (D), an appropriate strength can be imparted when a film is formed.

変性セルロースナノファイバーは、セルロース原料から変性及び解繊を経て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3〜500nm程度である。平均繊維径及び平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維径及び繊維長を平均することによって得ることができる。 Modified cellulose nanofibers are fine fibers obtained from a cellulose raw material through modification and defibration. The average fiber diameter of cellulose nanofibers is usually about 3 to 500 nm. The average fiber diameter and average fiber length can be obtained by averaging the fiber diameter and fiber length obtained from the results of observing each fiber using an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM). can.

変性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、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
The average aspect ratio of modified 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

変性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。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。
セルロース原料は、これらを1種単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。中でも、好ましくは、植物又は微生物由来のセルロース原料であり、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。
The origin of the cellulose raw material, which is the raw material of the modified cellulose nanofibers, is not particularly limited. For example, plants (eg, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, farm waste, cloth, pulp (conifer unbleached kraft pulp (NUKP), conifer bleached kraft pulp (NBKP), broadleaf unbleached kraft pulp (LUKP), Hardwood bleached kraft pulp (LBKP), conifer unbleached sulphite pulp (NUSP), conifer bleached sulphite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, used paper, etc.), animals (eg, squirrels), algae , Microorganisms (for example, acetic acid bacteria (acetactor)), microbial products and the like.
As the cellulose raw material, these may be used alone or in combination of two or more. Among them, a plant-derived or microbial-derived cellulose raw material is preferable, and a plant-derived cellulose raw material (for example, cellulose fiber) is more preferable.

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、30〜60μm程度であり、広葉樹クラフトパルプの場合、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 is about 30 to 60 μm in the case of softwood kraft pulp, which is a general pulp, and about 10 to 30 μm in the case of hardwood kraft pulp. In the case of other pulp, the one that has undergone general purification is 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 dissociator such as a refiner or a beater to adjust the size to about 50 μm.

[変性]
変性セルロースナノファイバーは、十分な補強性を発揮し得る。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。
[Degeneration]
Modified cellulose nanofibers can exhibit sufficient reinforcing properties. The reason is that the modification of the cellulose raw material sufficiently advances the fineness of the fiber, 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 exhibiting reinforcing properties.

セルロース原料を変性するための変性方法は特に制限されないが、例えば、酸化、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、カチオン化等の化学変性が挙げられる。中でも、N−オキシル化合物を用いた酸化、カルボキシメチル化、カチオン化が好ましい。 The modification method for modifying the cellulose raw material is not particularly limited, and examples thereof include chemical modification such as oxidation, etherification, phosphorylation, esterification, silane coupling, fluorination, and cationization. Of these, oxidation, carboxymethylation, and cationization using an N-oxyl compound are preferable.

[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質量に対するカルボキシル基量は、好ましくは0.5mmol/g以上、より好ましくは0.8mmol/g以上、さらに好ましくは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、さらに好ましくは2.0mmol/g以下である。従って、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.8〜2.5mmol/gがより好ましく、1.0〜2.0mmol/gがさらに好ましい。
[Oxidation]
When the cellulose raw material is modified by oxidation, the amount of carboxyl groups based on the absolute dry mass of the obtained cellulose oxide or cellulose nanofibers is preferably 0.5 mmol / g or more, more preferably 0.8 mmol / g or more, still more preferably 1. It is 0.0 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 to 3.0 mmol / g is preferable, 0.8 to 2.5 mmol / g is more preferable, and 1.0 to 2.0 mmol / g is further preferable.

酸化の方法は特に限定されないが、一例としては、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化合物の存在下、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少なくとも1種の基が生じる。なお、当該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 an example, a cellulose raw material is used in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. Examples include a method of oxidizing. According to this method, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the surface of cellulose is selectively oxidized to generate at least one group selected from the group consisting of an aldehyde group, a carboxyl group, and a carboxylate group. The concentration of the cellulose raw material at the time of 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得る化合物をいう。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 is 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、セルロース原料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のセルロース原料に対して、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以下がさらに好ましい。従って、N−オキシル化合物の使用量は絶乾1gのセルロース原料に対して、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 the cellulose 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 an absolute dry cellulose raw material. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, and even 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, based on 1 g of the dry cellulose raw material.

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のセルロース原料に対して、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以下がさらに好ましい。従って、臭化物及びヨウ化物の合計量は、絶乾1gのセルロース原料に対して、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 metals bromide (for example, sodium bromide) that can be dissociated and ionized in water. Further, the iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include an alkali metal iodide. The amount of bromide or iodide to be used may be selected within a range in which the oxidation reaction can be promoted. 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 the dry cellulose raw material. The upper limit is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and even more 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, and even more preferably 0.5 to 5 mmol with respect to 1 g of the dry cellulose raw material.

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さらに好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロース原料に対して、0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上がさらに好ましい。上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下がさらに好ましい。従って、酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロース原料に対して、0.5〜500mmolが好ましく、1〜50mmolがより好ましく、3〜25mmolがさらに好ましい。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 halogens, hypohalogenic acids, subhalogenic acids, perhalogenic acids, salts thereof, halogen oxides, and peroxides. Among them, hypochlorous 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 small 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 the dry cellulose raw material. The upper limit is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, still more preferably 25 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 1 to 50 mmol, still more preferably 3 to 25 mmol, based on 1 g of the dry cellulose raw material. When an N-oxyl compound is used, the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 mol or more with respect to 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 with respect to 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、水酸化ナトリウム水溶液等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 in general, 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 more, more preferably 10 or more. The upper limit is preferably 12 or less, more preferably 11 or less. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably about 8 to 12, more preferably about 10 to 11. Usually, the pH of the reaction solution tends to decrease because a carboxyl group is generated in the cellulose as the oxidation reaction progresses. Therefore, in order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution in the above range. Water is preferable as the reaction medium for 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。上限は特に限定されないが、通常、6時間以下であり、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時間であり、好ましくは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 not particularly limited, but is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time in oxidation is usually 0.5 to 6 hours, preferably about 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、効率よく酸化反応を行うことができる。 Oxidation may be carried out in two or more steps. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction again under the same or different reaction conditions, the efficiency is not affected by the reaction inhibition by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction. Oxidation reaction can be carried out well.

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/m以上であることが好ましい。上限は、250g/m以下であることが好ましく、220g/m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/mであることが好ましく、50〜220g/m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質量部に対し、0.1質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましい。上限は、通常、30質量部以下である。従って、オゾン添加量は、セルロース原料の固形分100質量部に対し、0.1〜30質量部であることが好ましく、5〜30質量部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、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、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. By this oxidation reaction, the hydroxyl groups at at least the 2nd and 6th positions of the glucopyranose ring constituting the cellulose are oxidized, and the cellulose chain is decomposed. Ozone treatment is usually carried out by bringing a gas containing ozone into contact with a cellulose raw material. The ozone concentration in the gas is preferably 50 g / m 3 or more. The upper limit is preferably 250 g / m 3 or less, and more preferably 220 g / m 3 or less. Therefore, the ozone concentration in the gas is preferably 50 to 250 g / m 3, more preferably 50~220g / m 3.
The amount of ozone added is preferably 0.1 part by mass or more, and more preferably 5 parts by mass or more, with respect to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material. The upper limit is usually 30 parts by mass or less. Therefore, the amount of ozone added is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, based on 100 parts 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 more, preferably 30 minutes or more. 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 ozone treatment conditions are within the above range, it is possible to prevent the cellulose from being excessively oxidized and decomposed, and the yield of the oxidized cellulose becomes good.

オゾン処理後に得られる生成物に対し、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、過酢酸が挙げられる。追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調製し、酸化剤溶液中にセルロース原料を浸漬する方法が挙げられる。 The product obtained after the ozone treatment may be further subjected to an additional oxidation treatment using an oxidizing agent. The oxidizing agent used for the additional oxidation treatment is not particularly limited, and examples thereof include chlorine compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite; oxygen, hydrogen peroxide, persulfate, and peracetic acid. Examples of the method of the additional oxidation treatment include a method of dissolving these oxidizing agents in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and immersing the cellulose raw material 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 amount of carboxyl group, carboxylate group, and aldehyde group contained in the cellulose oxide nanofiber can be adjusted by controlling the oxidation conditions such as the amount of the oxidizing agent added 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とする。その後、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/酸化セルロース質量〔g〕
なお、酸化セルロースのカルボキシル基量と、セルロースナノファイバーのカルボキシル基量は、通常、同値である。
An example of a method for measuring the amount of carboxyl groups will be described below. Prepare 60 ml of a 0.5 mass% slurry (aqueous dispersion) of cellulose oxide, and add a 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to adjust the pH to 2.5. Then, a 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution is added dropwise, and the electrical conductivity is measured until the pH reaches 11. 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:
Carboxyl group amount [mmol / g cellulose oxide or cellulose nanofiber] = a [ml] x 0.05 / mass of cellulose oxide [g]
The amount of carboxyl groups in cellulose oxide and the amount of carboxyl groups in cellulose nanofibers are usually the same.

[カルボキシメチル化]
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以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル置換度は、0.01〜0.50が好ましく、0.05〜0.40がより好ましく、0.10〜0.30がさらに好ましい。
[Carboxymethylation]
When the cellulose raw material is modified by carboxymethylation, the degree of carboxymethyl substitution per anhydrous glucose unit in the obtained carboxymethylated cellulose or cellulose nanofiber is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and 0. .10 or more is more preferable. The upper limit is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and even more preferably 0.35 or less. Therefore, the degree of carboxymethyl substitution is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, and even more 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、出発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、通常、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−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコールが挙げられる。混合溶媒における低級アルコールの混合割合は、通常、60〜95質量%である。溶媒の量は、質量換算で、セルロース原料に対し、通常、3倍以上である。上限は、特に限定されないが、20倍以下である。従って、溶媒の量は、質量換算で、セルロース原料に対し、3〜20質量倍が好ましい。 The method of carboxymethylation is not particularly limited, and examples thereof include a method of marcelifying a cellulose raw material as a starting material and then etherifying it. A solvent is usually 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-butyl alcohol, isobutyl alcohol and t-butyl alcohol. The mixing ratio of the lower alcohol in the mixed solvent is usually 60 to 95% by mass. The amount of the solvent is usually three times or more that of the cellulose raw material in terms of mass. The upper limit is not particularly limited, but is 20 times or less. Therefore, the amount of the solvent is preferably 3 to 20 times by mass with respect to the cellulose raw material in terms of mass.

マーセル化は、通常、出発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アルカリ金属の水酸化物が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、モル換算で、出発原料の無水グルコース残基当たり、0.5倍以上が好ましく、1.0倍以上がより好ましく、1.5倍以上がさらに好ましい。上限は、通常、20倍以下であり、10倍以下が好ましく、5倍以下がより好ましい、従って、0.5〜20倍が好ましく、1.0〜10倍がより好ましく、1.5〜5倍がさらに好ましい。 Mercerization is usually carried out by mixing a starting material and a mercerizing agent. Examples of the mercerizing agent include hydroxides of alkali metals such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerizing agent used is preferably 0.5 times or more, more preferably 1.0 times or more, still more preferably 1.5 times or more, per anhydrous glucose residue of the starting material in terms of molars. The upper limit is usually 20 times or less, preferably 10 times or less, more preferably 5 times or less, therefore 0.5 to 20 times, more preferably 1.0 to 10 times, and 1.5 to 5 times. Double is more preferred.

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℃以下であり、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は、通常、0〜70℃であり、好ましくは10〜60℃である。反応時間は、通常、15分以上であり、好ましくは30分以上である。上限は、通常、8時間以下であり、好ましくは7時間以下である。従って、反応時間は、通常、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, the reaction time 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、モル換算で、セルロース原料のグルコース残基当たり、通常、0.05倍以上が好ましく、0.5倍以上がより好ましく、0.8倍以上がさらに好ましい。上限は、通常、10倍以下であり、5倍以下が好ましく、3倍以下がより好ましい。従って、カルボキシメチル化剤の添加量は、好ましくは0.05〜10倍であり、より好ましくは0.5〜5倍であり、さらに好ましくは0.8〜3倍である。 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, still more preferably 0.8 times or more per glucose residue of the cellulose raw material in terms of molar amount. The upper limit is usually 10 times or less, preferably 5 times or less, and more preferably 3 times or less. Therefore, the amount of the carboxymethylating agent added is preferably 0.05 to 10 times, more preferably 0.5 to 5 times, still more preferably 0.8 to 3 times.

反応温度は、通常、30℃以上であり、好ましくは40℃以上である。上限は、通常、90℃以下であり、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、10時間以下であり、好ましくは4時間以下である。従って、反応時間は、通常、30分〜10時間であり、好ましくは1〜4時間である。カルボキシル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 is usually 30 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher. 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 more, preferably 1 hour or more. 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 to 4 hours. If necessary, the reaction solution may be stirred during the carboxylation reaction.

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い得る。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)硝酸メタノール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(CM化セルロース)を酸型カルボキシメチル化セルロースにする。3)酸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で酸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]/(酸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:1gの酸型カルボキシメチル化セルロースの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのHSOのファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of carboxymethylated cellulose nanofibers can be measured, for example, by the following method. That is, 1) Approximately 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolutely dried) is precisely weighed and placed in an Erlenmeyer flask with a 300 mL stopper. 2) Add 100 mL of a solution prepared by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of methanol nitrate, and shake for 3 hours to convert the carboxymethyl cellulose salt (CM-modified cellulose) into acid-type carboxymethyl cellulose. 3) Weigh 1.5 to 2.0 g of acid-type carboxymethylated cellulose (absolutely dry) and place in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet acid-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) Using phenolphthalein as an indicator, back titrate excess NaOH with 0.1 N H 2 SO 4. 6) Calculate the degree of carboxymethyl substitution (DS) by the following formula:
A = [(100 x F'-(0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) x F) x 0.1] / (absolute dry mass (g) of acid-type carboxymethylated cellulose)
DS = 0.162 × A / (1-0.058 × A)
A: 1N NaOH amount (mL) required to neutralize 1 g of acid-type carboxymethylated cellulose
F: 0.1N H 2 SO 4 factor F': 0.1N NaOH factor

なお、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーのカルボキシメチル置換度と、カルボキシメチル化セルロースのカルボキシメチル置換度は、通常、同値である。 The degree of carboxymethyl substitution of the carboxymethylated cellulose nanofiber and the degree of carboxymethyl substitution of the carboxymethylated cellulose are usually the same.

[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。
[Cationation]
When the cellulose raw material is modified by cationization, the obtained cationized cellulose nanofiber may contain a cation such as ammonium, phosphonium, sulfonium, or a group having the cation in the molecule. The cationized cellulose nanofibers preferably contain a group having ammonium, and more preferably contain a group having quaternary ammonium.

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、水及びアルコールの少なくともいずれかの存在下で反応させる方法が挙げられる。 The cationization method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a cationizing agent and a catalyst are reacted with a cellulose raw material in the presence of at least one of water and alcohol.

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る。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。
カチオン化剤の量は、セルロース原料100質量部に対して、好ましくは5質量部以上であり、より好ましくは10質量部以上である。上限は、通常、800質量部以下であり、好ましくは500質量部以下である。
Examples of the cationizing agent include glycidyltrimethylammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyltrialkylammonium hydrite (eg, 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium hydrate), and halohydrin types thereof. Be done. By using any of these, a cationized cellulose having a group containing a quaternary ammonium can be obtained.
The amount of the cationizing agent is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the cellulose raw material. The upper limit is usually 800 parts by mass or less, preferably 500 parts by mass or less.

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アルカリ金属の水酸化物が挙げられる。
触媒の量は、セルロース繊維100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上であり、より好ましくは1質量部以上である。上限は、通常、7質量部以下であり、好ましくは3質量部以下である。
Examples of the catalyst include hydroxides of alkali metals such as sodium hydroxide and potassium hydroxide.
The amount of the catalyst is preferably 0.5 parts by mass or more, and more preferably 1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the cellulose fiber. The upper limit is usually 7 parts by mass or less, preferably 3 parts by mass or less.

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。
アルコールの量は、セルロース繊維100質量部に対して、好ましくは50質量部以上であり、より好ましくは100質量部以上である。上限は、通常、50000質量部以下であり、好ましくは500質量部以下である。
Examples of the alcohol include alcohols having 1 to 4 carbon atoms.
The amount of alcohol is preferably 50 parts by mass or more, and more preferably 100 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the cellulose fiber. The upper limit is usually 50,000 parts by mass or less, preferably 500 parts by mass or less.

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

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化度は、カチオン化剤の添加量、水及びアルコールの少なくともいずれかの組成比率をコントロールすることによって調整し得る。カチオン化度とは、セルロースを構成する単位構造(グルコピラノース環)あたりに導入されたカチオン化基の個数を示す。換言すると、カチオン化度は、「導入されたカチオン化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。純粋なセルロースは、単位構造(グルコピラノース環)あたり3個の水酸基を有しているため、カチオン化度の理論最大値は3(最小値は0)である。 The degree of cationization of cationized cellulose nanofibers per glucose unit can be adjusted by controlling the amount of cationizing agent added and the composition ratio of at least one of water and alcohol. The degree of cationization indicates the number of cationizing groups introduced per unit structure (glucopyranose ring) constituting cellulose. In other words, the degree of cationization is defined as "the value obtained by dividing the number of moles of the introduced cationizing group by the total number of moles of the hydroxyl groups of the glucopyranose ring". Since pure cellulose has three hydroxyl groups per unit structure (glucopyranose ring), the theoretical maximum value of the degree of cationization is 3 (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化度は、0.01以上が好ましく、0.02以上がより好ましく、0.03以上がさらに好ましい。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以下がさらに好ましい。従って、カチオン化度は、0.01〜0.40が好ましく、0.02〜0.30がより好ましく、0.03〜0.20がさらに好ましい。
セルロースをカチオン化することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カチオン化したセルロースを容易にナノ解繊し得る。グルコース単位当たりのカチオン化度が、0.01以上であることにより、十分にナノ解繊し得る。一方、グルコース単位当たりのカチオン化度が、0.40以下であることにより、膨潤又は溶解を抑制し、これにより繊維形態を維持することができる。そのため、ナノファイバーとして得られない事態を防止し得る。
The degree of cationization of the cationized cellulose nanofibers per glucose unit 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 even more preferably 0.20 or less. Therefore, the degree of cationization is preferably 0.01 to 0.40, more preferably 0.02 to 0.30, and even more preferably 0.03 to 0.20.
By cationizing the cellulose, the celluloses electrically repel each other. Therefore, the cationized cellulose can be easily nano-defibrated. When the degree of cationization per glucose unit is 0.01 or more, nano-defibration can be sufficiently performed. On the other hand, when the degree of cationization per glucose unit is 0.40 or less, swelling or dissolution can be suppressed, whereby the fiber morphology can be maintained. Therefore, it is possible to prevent a situation that cannot be obtained as nanofibers.

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化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(三菱化学社製)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化度とは、無水グルコース単位1モル当たりのカチオン化基のモル数の平均値である。
カチオン化度=(162×N)/(1−151.6×N)
N:窒素含有量
An example of a method for measuring the degree of cationization per glucose unit of cationized cellulose nanofibers will be described below. After the sample (cationized cellulose) is dried, the nitrogen content is measured with a total nitrogen analyzer TN-10 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the degree of cationization is calculated by the following formula. The degree of cationization referred to here is an average value of the number of moles of cationizing groups per mole of anhydrous glucose unit.
Degree of cationization = (162 × N) / (1-151.6 × N)
N: Nitrogen content

なお、カチオン化セルロースナノファイバーのカチオン化度と、カチオン化セルロースのカチオン化度は、通常、同値である。 The degree of cationization of the cationized cellulose nanofiber and the degree of cationization of the cationized cellulose are usually the same value.

[分散]
セルロース原料に変性処理又は解繊処理を行う際には、セルロース原料の分散処理を行い、セルロース原料の分散体を調製してもよい。セルロース原料を分散させる溶媒は、セルロース原料が親水性であることから、水であることが好ましい。
[Distributed]
When the cellulose raw material is subjected to the modification treatment or the defibration treatment, the cellulose raw material may be subjected to the dispersion treatment to prepare a dispersion of the cellulose raw material. The solvent for dispersing the cellulose raw material is preferably water because the cellulose raw material is hydrophilic.

[解繊]
解繊は、セルロース原料の変性処理前に行ってもよいし、変性処理後に行ってもよい。また、解繊は、一度に行ってもよいし、複数回行ってもよい。解繊を複数回行う場合、それぞれの解繊のタイミングに制限は特にない。なお、解繊処理は、下記に示すように物理的処理をいう。
[Defibration]
The defibration may be performed before the modification treatment of the cellulose raw material or after the modification treatment. Further, the defibration may be performed at one time or a plurality of times. When defibrating is performed multiple times, there is no particular limitation on the timing of each defibration. The defibration treatment refers to a physical treatment as shown below.

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る。これらの装置を用いて物理的に解繊処理する方法は、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、解繊を効率的に行うことができるので、好ましい。装置が印加できる圧力は、50MPa以上が好ましく、100MPa以上がより好ましく、140MPa以上がさらに好ましい。装置としては、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、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。 The apparatus used for defibration is not particularly limited, and examples thereof include types such as high-speed rotary type, colloid mill type, high-pressure type, roll mill type, and ultrasonic type. The method of physically defibrating using these devices is preferable because a strong shearing force can be applied to the cellulose raw material or the modified cellulose (usually a dispersion liquid) and the defibration can be efficiently performed. The pressure that can be applied by the device is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and even more preferably 140 MPa or more. As the apparatus, a high-pressure or ultra-high pressure homogenizer capable of applying the above pressure to a cellulose raw material or modified cellulose (usually a dispersion liquid) and applying a strong shearing force is preferable, and a wet high-pressure or ultra-high pressure homogenizer is used. Is more preferable.

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 defibration is performed on a dispersion of a 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. It is mass% or more. As a result, the amount of liquid becomes appropriate with respect to the amount of the cellulose fiber raw material, which is efficient. The upper limit is usually 10% by mass or less, preferably 6% by mass or less. This makes it possible to maintain liquidity.

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 before defibration, pretreatment may be performed if necessary. The pretreatment may be performed using a mixing, stirring, emulsifying, or dispersing device such as a high-speed shear mixer.

[変性セルロースナノファイバーの形態]
変性セルロースナノファイバーの形態は、特に限定されるものではない。例えば、変性セルロースナノファイバーの分散液、分散液の乾燥固形物、分散液の湿潤固形物が挙げられる。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。
[Form of modified cellulose nanofibers]
The form of the modified cellulose nanofibers is not particularly limited. Examples thereof include a dispersion of modified cellulose nanofibers, a dry solid of the dispersion, and a wet solid of the dispersion. The wet solid is a solid of an intermediate aspect between the dispersion and the dry solid.

[乾燥]
変性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、変性セルロースナノファイバーの分散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、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、撹拌乾燥装置が挙げられる。これらの中でも、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、エネルギー効率を高めることができるという理由と、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という理由で、ドラム乾燥装置が好ましい。
なお、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。
[Dry]
The dry solids and wet solids of the modified cellulose nanofibers may be prepared by drying a dispersion of the modified cellulose nanofibers.
The drying method is not particularly limited, and examples thereof include spray drying, squeezing, 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 disk drying device, an aeration drying device, a rotary drying device, an air flow drying device, and a spray dryer drying device. Equipment, spray drying device, cylindrical drying device, drum drying device, screw conveyor drying device, rotary drying device with heating tube, vibration transport drying device, etc., batch type box drying device, aeration drying device, vacuum box drying device, Examples include a stirring and drying device. Among these, the reason is that heat energy can be uniformly supplied directly to the object to be dried and energy efficiency can be improved, and the reason that the dried object can be recovered immediately without applying heat more than necessary. Therefore, a drum drying device is preferable.
These drying devices may be used alone or in combination of two or more.

[1−5.任意成分]
本発明の組成物は、加熱処理によりフィルムを形成し得る限り、他の任意成分を含むものであってもよい。他の任意成分としては、溶媒、熱可塑剤、抗菌剤、グリセリン等の200℃までの耐熱性がある化合物が挙げられる。他の任意成分の種類を変更することにより、組成物を加熱処理して得られるフィルムに種々の機能を付与し得る。例えば、抗菌剤を含むことで、長期保存可能な包装材としてフィルムを利用し得る。
[1-5. Optional ingredient]
The composition of the present invention may contain other optional components as long as a film can be formed by heat treatment. Other optional components include compounds having heat resistance up to 200 ° C., such as solvents, thermoplastics, antibacterial agents, and glycerin. By changing the type of other arbitrary components, various functions can be imparted to the film obtained by heat-treating the composition. For example, by containing an antibacterial agent, the film can be used as a packaging material that can be stored for a long period of time.

溶媒としては、特に限定されるものではない。水;メタノール、エタノール等のアルコール;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;アセトン、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類があげられる。 The solvent is not particularly limited. Water; alcohols such as methanol and ethanol; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; ketones or ketoalcohols such as acetone and diacetone alcohol; ethers such as tetrahydrofuran and dioxane.

[1−6.構成割合]
本発明の組成物中、(A)成分〜(D)成分の比率((A)成分:(B)成分:(C)成分:(D)成分)は、20質量%〜60質量%:10質量%〜40質量%:40質量%以下:0.5質量%〜10質量%であることが好ましい。但し、(A)成分〜(D)成分の総和を100質量%とする。
(A)成分と(B)成分の比率が上記の範囲にあることで、加熱処理によるフィルムの基本形状を形成し得る。(C)成分の比率が上記の範囲にあることで、フィルムに柔軟性を付与し、種々の用途に応用し得る。特に、フィルムを電気二重層キャパシタのセパレータとして利用する際には、抵抗値と比静電容量を改善し得る。(D)成分の比率が上記の範囲にあることで、フィルムに適度な強度を付与し、種々の用途に応用し得る。
即ち、(C)成分と(D)成分の比率を調整することで、フィルムの柔軟性と強度を調整し得、フィルムの用途に応じた物性を得ることができる。
[1-6. Composition ratio]
In the composition of the present invention, the ratio of the components (A) to (D) (component (A): component (B): component (C): component (D)) is 20% by mass to 60% by mass: 10 Mass% to 40% by mass: 40% by mass or less: preferably 0.5% by mass to 10% by mass. However, the total of the components (A) to (D) is 100% by mass.
When the ratio of the component (A) to the component (B) is in the above range, the basic shape of the film by heat treatment can be formed. When the ratio of the component (C) is in the above range, the film can be given flexibility and can be applied to various uses. In particular, when the film is used as a separator for an electric double layer capacitor, the resistance value and the specific capacitance can be improved. When the ratio of the component (D) is in the above range, it can impart appropriate strength to the film and can be applied to various uses.
That is, by adjusting the ratio of the component (C) and the component (D), the flexibility and strength of the film can be adjusted, and the physical characteristics according to the use of the film can be obtained.

[2.フィルム]
本発明のフィルムは、上記の組成物を加熱処理して得られるものである。とりわけ(C)成分の分子量や比率、(D)成分の比率を調整することで、フィルムの柔軟性や強度を容易に調整し得るので、種々の用途への応用が期待し得る。
用途としては、電気二重層キャパシタのセパレータ、酸素等の気体の分離膜、UVカットする包装材料等が挙げられる。
[2. the film]
The film of the present invention is obtained by heat-treating the above composition. In particular, the flexibility and strength of the film can be easily adjusted by adjusting the molecular weight and ratio of the component (C) and the ratio of the component (D), so that application to various applications can be expected.
Applications include separators for electric double layer capacitors, separation membranes for gases such as oxygen, and UV-blocking packaging materials.

本発明のフィルムは、上記の用途の中でも、ひずみエネルギーが大きく、フィルム破断が生じ難いという理由で、電気二重層キャパシタのセパレータとして用いることが好ましい。 Among the above applications, the film of the present invention is preferably used as a separator for an electric double layer capacitor because it has a large strain energy and is unlikely to break.

フィルムの形成方法は、特に限定されるものではない。一例として、(A)成分、(C)成分、(D)成分を水中で撹拌した後、凍結乾燥した乾燥物に対し、(B)成分を加えて混合した後、ホットプレス等の公知の方法で加熱処理することで、フィルムを形成し得る。
なお、ホットプレスの条件は、フィルムを形成できる限り特に限定されない。一例として、加熱温度150〜200℃、加熱時間30〜240分、圧力0.1〜10MPaの条件が挙げられる。
The method of forming the film is not particularly limited. As an example, a known method such as hot pressing after stirring the component (A), the component (C), and the component (D) in water, adding the component (B) to the freeze-dried dried product, and mixing the mixture. A film can be formed by heat-treating with.
The hot press conditions are not particularly limited as long as the film can be formed. As an example, the conditions of a heating temperature of 150 to 200 ° C., a heating time of 30 to 240 minutes, and a pressure of 0.1 to 10 MPa can be mentioned.

フィルムの厚みは、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宣調整し得る。一例として、セパレータとして用いる場合、10〜100μmが好ましい。 The thickness of the film is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the intended use. As an example, when used as a separator, 10 to 100 μm is preferable.

[3.セパレータ]
本発明のセパレータは、上記のフィルムからなるものである。ひずみエネルギーが大きく、フィルム破断が生じ難いため、実用化を期待し得る。
[3. Separator]
The separator of the present invention is made of the above film. Since the strain energy is large and the film is unlikely to break, it can be expected to be put into practical use.

[4.電気二重層キャパシタ]
本発明の電気二重層キャパシタは、一対の分極性電極体と、電解液と、上記のセパレータと、を備える。
本発明の電気二重層キャパシタは、上記のセパレータを用いているので、ひずみエネルギーが大きく、使用時のフィルム破断が生じ難いものである。
[4. Electric Double Layer Capacitor]
The electric double layer capacitor of the present invention includes a pair of polar electrode bodies, an electrolytic solution, and the above-mentioned separator.
Since the electric double layer capacitor of the present invention uses the above-mentioned separator, it has a large strain energy and is unlikely to break the film during use.

一対の分極性電極体は、従来公知の材料を使用し得る。例えば、活性炭、カーボンブラック、PTFEの混合物が挙げられる。 Conventionally known materials can be used for the pair of polar electrode bodies. For example, a mixture of activated carbon, carbon black and PTFE can be mentioned.

電解液は、従来公知の材料を使用し得る。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−(トリフルオロメチル)−1,3−ジオキソラン−2−オン等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルn−プロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、n−ブチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルn−プロピルカーボネート、エチルイソプロピルカーボネート、n−ブチルエチルカーボネート、ジn−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジn−ブチルカーボネート、フルオロエチルメチルカーボネート、ジフルオロエチルメチルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;エチルイソプロピルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソブチルスルホン等の鎖状スルホン;スルホラン、3−メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ニトロメタン、エチレングリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、水又はこれらの混合物が挙げられる。 Conventionally known materials can be used as the electrolytic solution. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4- (trifluoromethyl) -1,3-dioxolan-2-one; Diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl n-propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, n-butyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl n-propyl carbonate, ethyl isopropyl carbonate, n-butyl ethyl carbonate, di n-propyl carbonate , Diisopropyl carbonate, din-butyl carbonate, fluoroethyl methyl carbonate, difluoroethyl methyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate and other chain carbonates; ethyl isopropyl sulfone, ethyl methyl sulfone, ethyl isobutyl sulfone and other chain sulfones; 3-Methylsulfolane, γ-butyrolactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahexyl, 1,3-dioxolane, nitromethane, ethylene glycol, ethylene glycol dimethyl ether , Ethyl glycol diethyl ether, water or mixtures thereof.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を好適に説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. The following examples are for the purpose of preferably explaining the present invention, and do not limit the present invention.

[引張試験]:JIS K 7161 (ISO 527−1)に準拠して測定した。 [Tensile test]: Measured according to JIS K 7161 (ISO 527-1).

[平均繊維径、平均繊維長、アスペクト比]:平均繊維径及び平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、ランダムに選んだ200本の繊維について解析した。また、アスペクト比は下記の式により算出した。
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
[Average fiber diameter, average fiber length, aspect ratio]: The average fiber diameter and the average fiber length were analyzed for 200 randomly selected fibers using an atomic force microscope (AFM). The aspect ratio was calculated by the following formula.
Aspect ratio = average fiber length / average fiber diameter

[カルボキシル基量]: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。その後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定した。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、下式を用いて算出した。
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/酸化セルロース質量〔g〕
[Carboxyl group amount]: 60 ml of a 0.5 mass% slurry (aqueous dispersion) of cellulose oxide was prepared, and a 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution was added to adjust the pH to 2.5. Then, a 0.05 N aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise, and the electrical conductivity was measured until the pH reached 11. It was calculated using the following formula from the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of a weak acid with a gradual change in electrical conductivity.
Carboxyl group amount [mmol / g cellulose oxide or cellulose nanofiber] = a [ml] x 0.05 / mass of cellulose oxide [g]

[カルボキシメチル置換度]:以下の方法により測定した。
試料約2.0gを精秤して、300ml共栓三角フラスコに入れた。硝酸メタノール(無水メタノール1Lに特級濃硝酸100mlを加えた液)100mlを加え、3時間振盪して、カルボキシメチル化セルロースのナトリウム塩(以下、「Na−CMC」ともいう)をカルボキシメチル化セルロース(以下、「H−CMC」ともいう)にした。絶乾したH−CMCを1.5〜2.0g精秤し、300ml共栓三角フラスコに入れた。80%メタノール15mlでH−CMCを湿潤し、0.1NのNaOH100mlを加えて室温で3時間振盪した。指示薬としてフェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定し、下記式を用いてカルボキシメチル置換度を算出した。
[{100×F−(0.1NのHSO(ml))×F’}/(H−CMCの絶乾質量(g))]×0.1=A
カルボキシメチル置換度=0.162A/(1−0.058A)
A:1gのH−CMCを中和するのに必要な1NのNaOHの量(ml)
F’:0.1NのHSOのファクター
F:0.1NのNaOHのファクター
[Carboxymethyl Substitution]: Measured by the following method.
Approximately 2.0 g of the sample was precisely weighed and placed in a 300 ml Erlenmeyer flask. Add 100 ml of methanol nitrate (1 L of anhydrous methanol plus 100 ml of special grade concentrated nitric acid) and shake for 3 hours to change the sodium salt of carboxymethylated cellulose (hereinafter, also referred to as "Na-CMC") to carboxymethylated cellulose (hereinafter, also referred to as "Na-CMC"). Hereinafter, it is also referred to as "H-CMC"). 1.5 to 2.0 g of the absolutely dried H-CMC was precisely weighed and placed in a 300 ml Erlenmeyer flask. The H-CMC was moistened with 15 ml of 80% methanol, 100 ml of 0.1 N NaOH was added and shaken at room temperature for 3 hours. Using phenolphthalein as an indicator , excess NaOH was back titrated with 0.1 N H 2 SO 4 , and the degree of carboxymethyl substitution was calculated using the following formula.
[{100 x F- (0.1 N H 2 SO 4 (ml)) x F'} / (absolute dry mass of H-CMC (g))] x 0.1 = A
Carboxymethyl degree of substitution = 0.162A / (1-0.058A)
A: Amount of 1N NaOH required to neutralize 1 g of H-CMC (ml)
F': 0.1N H 2 SO 4 factor F: 0.1N NaOH factor

(製造例1:PEG−リグニンの調製)
60gの風乾した木材チップを300gのポリエチレングリコール400に懸濁した。この懸濁液に、0.9gの95%硫酸水溶液を添加し、160℃で240分加熱した。室温まで冷却後、1.2Lの80%1,4−ジオキサン水溶液を加えた後、濾過した。濾液を減圧溜去した濃縮溶液を140℃で150分撹拌した。溶液を4Lの水に投入して30分撹拌し、11600Gで15分遠心分離して沈殿物を回収し、凍結乾燥してPEG−リグニン粉末を得た。
(Production Example 1: Preparation of PEG-lignin)
60 g of air-dried wood chips were suspended in 300 g of polyethylene glycol 400. To this suspension was added 0.9 g of a 95% aqueous sulfuric acid solution and heated at 160 ° C. for 240 minutes. After cooling to room temperature, 1.2 L of an 80% 1,4-dioxane aqueous solution was added, and the mixture was filtered. The concentrated solution obtained by distilling off the filtrate under reduced pressure was stirred at 140 ° C. for 150 minutes. The solution was poured into 4 L of water, stirred for 30 minutes, centrifuged at 11600 G for 15 minutes to collect the precipitate, and lyophilized to obtain PEG-lignin powder.

(製造例2:カルボキシル化セルロースナノファイバーの調製)
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6.0mmol/gになるように添加し、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、パルプを十分に水で洗浄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分散液を得た。平均繊維径は3nm、アスペクト比は250であった。
(Production Example 2: Preparation of carboxylated cellulose nanofibers)
5.00 g (absolutely dry) of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from coniferous trees, 39 mg (0.05 mmol per 1 g of absolute dry cellulose) of TEMPO (Sigma Aldrich) and 514 mg (absolute dry) of sodium bromide. 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 the sodium hypochlorite content was 6.0 mmol / g, and the oxidation reaction was started. Although the pH in the system decreased during the reaction, a 3M aqueous sodium hydroxide solution was sequentially added to adjust the pH to 10. The reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system did not change. The mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was thoroughly 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 ultra-high pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) to obtain an oxidized cellulose nanofiber dispersion. The average fiber diameter was 3 nm and the aspect ratio was 250.

(製造例3:エーテ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のカルボキシル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。
(Production Example 3: Production of Ethered Cellulose Nanofibers)
In a stirrer capable of mixing pulp, 200 g of pulp (NBKP (coniferous bleached kraft pulp), manufactured by Nippon Paper Industries) by dry mass and 111 g of sodium hydroxide by dry mass (per anhydrous glucose residue of the base material). 25 times the molar amount) was added, and water was added so that the pulp solid content was 20% (w / v). Then, after stirring at 30 ° C. for 30 minutes, 216 g of sodium monochloroacetate (in terms of active ingredient, 1.5 times by mole 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 carboxylmethylated pulp having a carboxymethyl substitution degree of 0.25 per glucose unit. This was made into a solid content of 1% with water, and treated with a high-pressure homogenizer at a pressure of 20 ° C. and 150 MPa five times to obtain carboxymethylated cellulose nanofibers. The average fiber diameter was 15 nm and the aspect ratio was 50.

(実施例1:フィルムの製造)
製造例1で調製したPEG−リグニンと、ポリエチレングリコール(和光純薬社製、平均分子量50万)と、製造例2で調製した変性セルロースナノファイバーを、水中で撹拌し、凍結乾燥した。乾燥品に対して、無水マレイン酸(和光純薬社製)を添加し、商品名「HP−300 TL−S」(ユーカリ技研社製)を用いてホットプレス(200℃、5MPa、4時間)してフィルムを製造した。
なお、各成分の比率は、PEG−リグニン41.3質量%、ポリエチレングリコール29.7質量%、変性セルロースナノファイバー1質量%、無水マレイン酸28質量%とした。
(Example 1: Production of film)
The PEG-lignin prepared in Production Example 1, polyethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., average molecular weight of 500,000) and the modified cellulose nanofibers prepared in Production Example 2 were stirred in water and freeze-dried. Maleic anhydride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to the dried product, and hot press (200 ° C, 5 MPa, 4 hours) using the trade name "HP-300 TL-S" (manufactured by Eucalyptus Giken). The film was manufactured.
The ratio of each component was 41.3% by mass of PEG-lignin, 29.7% by mass of polyethylene glycol, 1% by mass of modified cellulose nanofibers, and 28% by mass of maleic anhydride.

(実施例2:フィルムの製造)
各成分の比率を、PEG−リグニン39.5質量%、ポリエチレングリコール28.5質量%、変性セルロースナノファイバー5質量%、無水マレイン酸27質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてフィルムを製造した。
(Example 2: Production of film)
The same as in Example 1 except that the ratio of each component was changed to 39.5% by mass of PEG-lignin, 28.5% by mass of polyethylene glycol, 5% by mass of modified cellulose nanofibers, and 27% by mass of maleic anhydride. Manufactured the film.

(実施例3:フィルムの製造)
各成分の比率を、PEG−リグニン37.5質量%、ポリエチレングリコール27質量%、変性セルロースナノファイバー10質量%、無水マレイン酸25.5質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてフィルムを製造した。
(Example 3: Production of film)
The same as in Example 1 except that the ratio of each component was changed to 37.5% by mass of PEG-lignin, 27% by mass of polyethylene glycol, 10% by mass of modified cellulose nanofibers, and 25.5% by mass of maleic anhydride. Manufactured the film.

(比較例1:フィルムの製造)
各成分の比率を、PEG−リグニン41.3質量%、ポリエチレングリコール29.7質量%、変性セルロースナノファイバー0質量%、無水マレイン酸29質量%に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてフィルムを製造した。
(Comparative Example 1: Film production)
The same as in Example 1 except that the ratio of each component was changed to 41.3% by mass of PEG-lignin, 29.7% by mass of polyethylene glycol, 0% by mass of modified cellulose nanofibers, and 29% by mass of maleic anhydride. Manufactured the film.

実施例1〜3及び比較例1で製造したフィルムを用いて引張試験を行った。その結果を図1に示し、ひずみエネルギーを下記表1に記す。 A tensile test was performed using the films produced in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. The results are shown in FIG. 1, and the strain energies are shown in Table 1 below.

Figure 0006944677
Figure 0006944677

表1から明らかなように、(D)成分として変性セルロースナノファイバーを含有する組成物を用いることで、フィルムのひずみエネルギーが増大していることがわかる。そのため、破断が生じ難いフィルムとなることがわかる。従って、種々の用途に応用を期待し得る。 As is clear from Table 1, it can be seen that the strain energy of the film is increased by using the composition containing the modified cellulose nanofibers as the component (D). Therefore, it can be seen that the film is less likely to break. Therefore, it can be expected to be applied to various uses.

Claims (9)

(A)成分:(a1)リグニン源と(a2)25℃で液状の、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルの反応物であるPEGリグニンと、
(B)成分:酸無水物と、
(C)成分:ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)ジグリシジルエーテルと、
(D)成分:変性セルロースナノファイバーと、を含有し、
(B)成分は、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水アコニット酸、及び無水ハイミック酸からなる群から選択される少なくとも1種を含む、
組成物。
Ingredients (A): (a1) lignin source and (a2) PEG lignin, which is a reaction product of polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether, which is liquid at 25 ° C.
(B) Ingredients: acid anhydride and
Component (C): Polyethylene glycol or poly (ethylene glycol) diglycidyl ether,
Ingredient (D): Containing modified cellulose nanofibers ,
The component (B) contains at least one selected from the group consisting of maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, citraconic anhydride, itaconic anhydride, aconitic anhydride, and hymic anhydride.
Composition.
前記(a1)が、クラフトリグニン、リグニンスルホン酸、酢酸リグニン、オルガノソルブリグニン、爆砕リグニン、硫酸リグニン、アルカリリグニン及び木材チップからなる群から選択される少なくとも1種である請求項1に記載の組成物。 The composition according to claim 1, wherein (a1) is at least one selected from the group consisting of kraft lignin, lignin sulfonic acid, lignin acetate, organosolvrignin, blasted lignin, lignin sulfate, alkaline lignin and wood chips. thing. 前記(a2)がポリエチレングリコールである請求項1又は2に記載の組成物。 Wherein (a2) A composition according to claim 1 or 2 is polyethylene glycol. 前記(C)成分がポリエチレングリコールである請求項1〜のいずれか1項に記載の組成物。 The component (C), the composition according to any one of claims 1 to 3 which is a polyethylene glycol. 前記(D)成分が、カルボキシル化セルロースナノファイバー、エーテル化セルロースナノファイバー、及びカチオン化セルロースナノファイバーからなる群から選択される少なくとも1種である請求項1〜のいずれか1項に記載の組成物。 The invention according to any one of claims 1 to 4 , wherein the component (D) is at least one selected from the group consisting of carboxylated cellulose nanofibers, etherified cellulose nanofibers, and cationized cellulose nanofibers. Composition. 各成分の比率((A)成分:(B)成分:(C)成分:(D)成分)が、20質量%〜60質量%:10質量%〜40質量%:40質量%以下:0.5質量%〜10質量%である(但し、(A)成分〜(D)成分の総和を100質量%とする)請求項1〜のいずれか1項に記載の組成物。 The ratio of each component ((A) component: (B) component: (C) component: (D) component) is 20% by mass to 60% by mass: 10% by mass to 40% by mass: 40% by mass or less: 0. The composition according to any one of claims 1 to 5 which is 5% by mass to 10% by mass (however, the total of the components (A) to (D) is 100% by mass). 請求項1〜のいずれか1項に記載の組成物を加熱処理して得られるフィルム。 A film obtained by heat-treating the composition according to any one of claims 1 to 6. 請求項に記載のフィルムからなるセパレータ。 The separator made of the film according to claim 7. 一対の分極性電極体と、
電解液と、
請求項に記載のセパレータと、を備える電気二重層キャパシタ。
A pair of polar electrode bodies and
With electrolyte
An electric double layer capacitor comprising the separator according to claim 8.
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