JP6953156B2 - Silica sheet - Google Patents
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Description
本発明は、シリカシートに関する。 The present invention relates to a silica sheet.
シリカ(二酸化ケイ素、SiO2)は、砂の主成分であり、地殻の約60%がシリカを含む鉱物で構成されているといわれている。このように、シリカは自然界に豊富に存在し、製造も比較的容易であることから、低コストで製造できる。さらに、シリカは、多孔質で表面積が広いことに起因して、種々の物質を吸着し易く、吸着した物質を、周辺の環境に依存して容易に放出するという特性を有する。したがって、シリカは工業材料として利用価値が高い。
例えば、シリカは吸水性と、吸着した水を放出する特性を有しており、吸水材としての利用が期待されている。
Silica (silicon dioxide, SiO 2 ) is the main component of sand, and it is said that about 60% of the crust is composed of minerals containing silica. As described above, silica is abundant in nature and relatively easy to manufacture, so that it can be manufactured at low cost. Further, silica has a property that it easily adsorbs various substances due to its porous nature and a large surface area, and easily releases the adsorbed substances depending on the surrounding environment. Therefore, silica has high utility value as an industrial material.
For example, silica has the properties of absorbing water and releasing adsorbed water, and is expected to be used as a water absorbing material.
一方、シリカは通常、粉体であり、特に大量に使用する場合には飛散し易く、取り扱い難いという欠点がある。そこで、バインダーとして機能する物質を併用して、シリカを特定の形状に成形することが試みられている。
例えば、シリカを含有するシート(シリカシート)としては、シリカとセルロース繊維とを、1:10000〜1:1の比率で含有するシートが開示されている(特許文献1参照)。
On the other hand, silica is usually a powder, and has a drawback that it is easily scattered and difficult to handle, especially when it is used in a large amount. Therefore, attempts have been made to form silica into a specific shape by using a substance that functions as a binder in combination.
For example, as a sheet containing silica (silica sheet), a sheet containing silica and cellulose fibers in a ratio of 1: 1000 to 1: 1 is disclosed (see Patent Document 1).
しかし、特許文献1で開示されているものなど、従来のシリカシートは、吸水した状態で大きな反りが発生し易く、実用性に劣るという問題点があった。
However, conventional silica sheets such as those disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シリカを含有し、吸水後の反りが抑制されるシリカシートを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a silica sheet containing silica and suppressing warpage after water absorption.
上記課題を解決するため、本発明は、シリカ及びセルロースナノファイバーを含有し、[シリカの含有量(質量部)]/[セルロースナノファイバーの含有量(質量部)]の比が、1より大きく12以下である、シリカシートを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention contains silica and cellulose nanofibers, and the ratio of [silica content (parts by mass)] / [cellulose nanofibers content (parts by mass)] is larger than 1. A silica sheet of 12 or less is provided.
本発明によれば、シリカを含有し、吸水後の反りが抑制されるシリカシートが提供される。 According to the present invention, there is provided a silica sheet containing silica and suppressing warpage after water absorption.
<<シリカシート及びその製造方法>>
本発明のシリカシートは、シリカ及びセルロースナノファイバー(本明細書においては、「CNF」と略記することがある)を含有し、[シリカの含有量(質量部)]/[セルロースナノファイバーの含有量(質量部)]の比(本明細書においては、「シリカ/CNF質量比」と略記することがある)が、1より大きく12以下のものである。
なお、本明細書においては、シリカシートを単に「シート」と略記することがある。
<< Silica sheet and its manufacturing method >>
The silica sheet of the present invention contains silica and cellulose nanofibers (sometimes abbreviated as "CNF" in the present specification), and contains [silica content (parts by mass)] / [cellulose nanofibers]. Amount (parts by mass)] ratio (in this specification, it may be abbreviated as "silica / CNF mass ratio") is greater than 1 and 12 or less.
In this specification, the silica sheet may be simply abbreviated as "sheet".
本発明のシリカシートは、前記シリカ/CNF質量比がこのような特定の範囲内であることにより、水をはじめとする種々の物質の吸着能及び放出能を有し、吸水後の反りも抑制されている。
また、前記シリカシートは、軽量で取り扱い性にも優れる。
The silica sheet of the present invention has the ability to adsorb and release various substances including water when the silica / CNF mass ratio is within such a specific range, and suppresses warpage after water absorption. Has been done.
In addition, the silica sheet is lightweight and has excellent handleability.
シリカシートは、これを構成するための成分と、溶媒と、を含有するシート形成用組成物を用いて形成できる。より具体的には、シリカシートは、例えば、前記シート形成用組成物をろ過等により脱液し、得られたシート状の固形物を乾燥させる方法;前記シート形成用組成物を、シリカシートの形成対象物の表面に塗工し、得られたシート状の塗工物を乾燥させる方法、等により製造できる。
シート形成用組成物のろ過は、公知の方法で行えばよく、吸引ろ過であることが好ましい。
シート形成用組成物の塗工方法は、特に限定されず、液状組成物の公知の各種塗工方法でよい。
The silica sheet can be formed by using a sheet-forming composition containing a component for constituting the silica sheet and a solvent. More specifically, the silica sheet is a method in which, for example, the sheet-forming composition is deflated by filtration or the like, and the obtained sheet-like solid is dried; the sheet-forming composition is used as a silica sheet. It can be produced by a method of coating the surface of an object to be formed and drying the obtained sheet-shaped coated product.
The sheet-forming composition may be filtered by a known method, and suction filtration is preferable.
The coating method of the sheet-forming composition is not particularly limited, and various known coating methods of the liquid composition may be used.
シート形成用組成物中の、常温で気化しない成分同士の含有量の比率は、通常、シリカシートの前記成分同士の含有量の比率と同じとなる。なお、本明細書において、「常温」とは、特に冷やしたり、熱したりしない温度、すなわち平常の温度を意味し、例えば、15〜25℃の温度等が挙げられる。 The ratio of the contents of the components that do not vaporize at room temperature in the sheet-forming composition is usually the same as the ratio of the contents of the components in the silica sheet. In addition, in this specification, "normal temperature" means a temperature which is not particularly cooled or heated, that is, a normal temperature, and examples thereof include a temperature of 15 to 25 ° C.
シート形成用組成物は、送風乾燥、加熱送風乾燥等、公知の方法で乾燥させればよい。乾燥温度、乾燥時間等の条件は、乾燥方法に応じて適宜設定すればよい。
例えば、加熱送風乾燥の場合には、乾燥温度は80〜120℃であることが好ましく、乾燥時間は10分〜12時間であることが好ましい。
The sheet-forming composition may be dried by a known method such as blast drying or heating blast drying. Conditions such as drying temperature and drying time may be appropriately set according to the drying method.
For example, in the case of heating and blowing drying, the drying temperature is preferably 80 to 120 ° C., and the drying time is preferably 10 minutes to 12 hours.
<シート形成用組成物>
シート形成用組成物としては、例えば、シリカ、セルロースナノファイバー、溶媒、及び必要に応じてこれらのいずれにも該当しない他の成分を含有するものが挙げられる。
<Sheet forming composition>
Examples of the sheet-forming composition include silica, cellulose nanofibers, a solvent, and, if necessary, other components that do not fall under any of these.
[シリカ]
前記シリカは、特に限定されず、公知のものでよいが、非晶質シリカであることが好ましく、粒子状(微粒子)であることが好ましい。
[silica]
The silica is not particularly limited and may be known, but it is preferably amorphous silica and preferably particulate (fine particles).
前記非晶質シリカとしては、例えば、乾式シリカ及び湿式シリカ等の合成非晶質シリカが挙げられる。
乾式シリカは、例えば、四塩化ケイ素を酸素・水素炎中で燃焼させる燃焼法で得られる。
湿式シリカは、例えば、ケイ酸ナトリウムを無機酸で中和する沈殿法若しくはゲル法、又はアルコキシシランを加水分解するゾルゲル法等で得られる。
前記非晶質シリカは、湿式シリカであることが好ましい。
Examples of the amorphous silica include synthetic amorphous silica such as dry silica and wet silica.
Dry silica can be obtained, for example, by a combustion method in which silicon tetrachloride is burned in an oxygen / hydrogen flame.
Wet silica can be obtained, for example, by a precipitation method or a gel method in which sodium silicate is neutralized with an inorganic acid, a sol-gel method in which alkoxysilane is hydrolyzed, or the like.
The amorphous silica is preferably wet silica.
非晶質シリカの比表面積は、50〜500m2/gであることが好ましく、100〜400m2/gであることがより好ましい。非晶質シリカの比表面積が前記下限値以上であることで、シリカシートの吸着対象物の吸着量がより多くなる。また、非晶質シリカの比表面積が前記上限値以下であることで、セルロースナノファイバー等の、シリカ以外の目的外の成分が、シリカの内部へ取り込まれることの抑制効果がより高くなる。
非晶質シリカの比表面積は、例えば、透過法、窒素等の気体分子を利用する気体吸着法等の、公知の方法で測定できる。
The specific surface area of the amorphous silica is preferably 50 to 500 m 2 / g, more preferably 100 to 400 m 2 / g. When the specific surface area of the amorphous silica is at least the above lower limit value, the amount of the object to be adsorbed on the silica sheet becomes larger. Further, when the specific surface area of amorphous silica is not more than the above upper limit value, the effect of suppressing the uptake of non-purpose components other than silica, such as cellulose nanofibers, into the inside of silica becomes higher.
The specific surface area of amorphous silica can be measured by a known method such as a permeation method or a gas adsorption method using gas molecules such as nitrogen.
非晶質シリカの平均粒子径は、0.5〜15μmであることが好ましく、2〜10μmであることがより好ましい。前記平均粒子径が前記下限値以上であることで、シリカシートにおける非晶質シリカの粒子間の空隙部が適度な広さで保たれ、吸着対象物の吸着量及び吸着速度がより増大する。また、前記平均粒子径が前記上限値以下であることで、シリカシートの表面における凹凸の程度が低減される。
なお、本明細書において、「平均粒子径」とは、特に断りのない限り、コールターカウンターを用いる方法で測定された、体積累積分布の中央値D50を意味する。
The average particle size of the amorphous silica is preferably 0.5 to 15 μm, more preferably 2 to 10 μm. When the average particle size is at least the lower limit value, the voids between the amorphous silica particles in the silica sheet are maintained at an appropriate width, and the adsorption amount and adsorption rate of the adsorption target object are further increased. Further, when the average particle size is equal to or less than the upper limit value, the degree of unevenness on the surface of the silica sheet is reduced.
In the present specification, the "average particle diameter" in the present specification was measured by a method using a Coulter counter, it means a median D 50 of the cumulative volume distribution.
非晶質シリカの吸油量は、100〜350mL/100gであることが好ましく、150〜300mL/100gであることがより好ましい。前記吸油量が前記下限値以上であることで、シリカシートの吸着対象物の吸着量がより増大する。また、前記吸油量が前記上限値以下であることで、シリカシートを製造するための、後述するシート形成用組成物の流動性がより向上し、シリカシートをより容易に製造できる。 The oil absorption of amorphous silica is preferably 100 to 350 mL / 100 g, and more preferably 150 to 300 mL / 100 g. When the oil absorption amount is at least the lower limit value, the adsorption amount of the object to be adsorbed on the silica sheet is further increased. Further, when the oil absorption amount is not more than the upper limit value, the fluidity of the sheet-forming composition described later for producing the silica sheet is further improved, and the silica sheet can be produced more easily.
非晶質シリカの細孔容積は、0.5mL/g以上であることが好ましい。前記細孔容積が前記下限値以上であることで、シリカシートの吸着対象物の吸着量がより増大する。また、前記細孔容積の上限値は、本発明の効果を損なわない限り、特に限定されず、例えば、2.0mL/gであってもよい。 The pore volume of amorphous silica is preferably 0.5 mL / g or more. When the pore volume is at least the lower limit value, the amount of adsorption of the object to be adsorbed on the silica sheet is further increased. The upper limit of the pore volume is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and may be, for example, 2.0 mL / g.
前記シリカシート及びシート形成用組成物が含有するシリカは、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。
なお、本明細書においては、例えば、シリカが非晶質シリカである場合には、その前記比表面積、平均粒子径、吸油量及び細孔容積、並びにこれら以外の一以上の他の物性が互いに明らかに相違する場合、シリカの種類が互いに異なるものとする。
The silica contained in the silica sheet and the sheet-forming composition may be only one type, may be two or more types, and when there are two or more types, the combination and ratio thereof can be arbitrarily adjusted.
In the present specification, for example, when silica is amorphous silica, its specific surface area, average particle size, oil absorption amount and pore volume, and one or more other physical properties other than these are mutually exclusive. If they are clearly different, the types of silica shall be different from each other.
[セルロースナノファイバー(CNF)]
セルロースナノファイバー(CNF)は、前記シリカシートにおいては、バインダーとして機能し、前記シート形成用組成物においては、シリカの分散剤として機能していると推測される。
特に、セルロースナノファイバーは、他のオリゴマー又はポリマーとは異なり、微小繊維のネットワークが多数安定して形成可能であるため、バインダー及び分散剤として、特に優れていると推測される。
[Cellulose Nanofiber (CNF)]
It is presumed that the cellulose nanofibers (CNF) function as a binder in the silica sheet and as a dispersant for silica in the sheet-forming composition.
In particular, unlike other oligomers or polymers, cellulose nanofibers can stably form a large number of networks of fine fibers, and are therefore presumed to be particularly excellent as binders and dispersants.
セルロースナノファイバーは、特に限定されず、公知のものでよい。
セルロースナノファイバーとして、より具体的には、例えば、セルロース若しくはその誘導体で、繊維幅が3〜200nmのミクロフィブリル又はミクロフィブリル集合体となっているものが挙げられる。
The cellulose nanofibers are not particularly limited and may be known.
More specifically, examples of cellulose nanofibers include cellulose or derivatives thereof, which are microfibrils or microfibril aggregates having a fiber width of 3 to 200 nm.
セルロースナノファイバーは、公知の製造方法により製造でき、例えば、水等の分散媒中で、セルロースナノファイバー前駆体に対して解繊処理を行うことにより、セルロースナノファイバー分散液を得る工程を有する製造方法で製造できる。 Cellulose nanofibers can be produced by a known production method. For example, production having a step of obtaining a cellulose nanofiber dispersion liquid by performing a defibration treatment on a cellulose nanofiber precursor in a dispersion medium such as water. Can be manufactured by the method.
前記セルロースナノファイバー前駆体は、解繊処理が施されていないセルロース類であり、例えば、ミクロフィブリルの集合体で構成される。
セルロースナノファイバー前駆体としては、例えば、酸化セルロース、すなわちセルロースの酸化処理により、セルロース分子中のグルコピラノース環の少なくとも一部にカルボキシ基が導入されたもの、を用いてもよい。
The cellulose nanofiber precursor is cellulose that has not been defibrated, and is composed of, for example, an aggregate of microfibrils.
As the cellulose nanofiber precursor, for example, oxidized cellulose, that is, one in which a carboxy group is introduced into at least a part of the glucopyranose ring in the cellulose molecule by the oxidation treatment of cellulose may be used.
セルロースナノファイバー前駆体を得るためのセルロース原料は、セルロースを含むものであれば特に限定されない。
前記セルロース原料としては、例えば、セルロースIの結晶構造を有する天然由来のセルロースが挙げられ、より具体的には、例えば、各種木材パルプ、非木材パルプ、バクテリアセルロース、古紙パルプ、コットン、バロニアセルロース、ホヤセルロース等が挙げられる。
セルロース粉末、微結晶セルロース粉末等の各種市販品も、セルロース原料として使用できる。
The cellulose raw material for obtaining the cellulose nanofiber precursor is not particularly limited as long as it contains cellulose.
Examples of the cellulose raw material include naturally occurring cellulose having a crystal structure of cellulose I, and more specifically, for example, various wood pulps, non-wood pulps, bacterial celluloses, waste paper pulps, cotton, baronia celluloses, and the like. Examples include squirrel cellulose and the like.
Various commercially available products such as cellulose powder and microcrystalline cellulose powder can also be used as a cellulose raw material.
セルロースナノファイバー前駆体の解繊処理の方法は、特に限定されない。具体的な解繊処理の方法としては、例えば、超音波ホモジナイザー、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、対向衝突型ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、ボールミル、遊星ミル、高速回転ミキサー、磨砕用グラインダー等を用いた、機械的解繊処理法が挙げられる。
解繊処理により得られた処理物が、セルロースナノファイバーであることは、例えば、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、前記処理物の繊維を観察することにより確認できる。
The method for defibrating the cellulose nanofiber precursor is not particularly limited. As a specific method of defibration treatment, for example, an ultrasonic homogenizer, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a counter-collision homogenizer, an ultra-high-pressure homogenizer, a ball mill, a planetary mill, a high-speed rotary mixer, a grinding machine, or the like was used. A mechanical defibration treatment method can be mentioned.
It can be confirmed that the processed product obtained by the defibration treatment is cellulose nanofibers, for example, by observing the fibers of the treated product using an atomic force microscope (AFM).
前記シリカシート及びシート形成用組成物において、[シリカの含有量(質量部)]/[セルロースナノファイバーの含有量(質量部)]の比(シリカ/CNF質量比)は、1より大きく12以下であり、1.1〜12であることが好ましく、1.3〜11.5であることがより好ましく、1.5〜11であることがさらに好ましく、1.7〜10.5であることが特に好ましい。シリカ/CNF質量比が前記下限値以上であることで、シリカシートの吸着対象物の吸着量(例えば、吸水量)が増大し、さらに、吸水後のシリカシートの反りが抑制される。一方、シリカ/CNF質量比が前記上限値以下であることで、シリカシートの固さ及び強度が向上し、シリカシートの安定性が向上する。 In the silica sheet and the sheet-forming composition, the ratio (silica / CNF mass ratio) of [silica content (parts by mass)] / [cellulose nanofiber content (parts by mass)] is greater than 1 and 12 or less. It is preferably 1.1 to 12, more preferably 1.3 to 11.5, further preferably 1.5 to 11, and 1.7 to 10.5. Is particularly preferable. When the silica / CNF mass ratio is at least the above lower limit value, the adsorption amount (for example, water absorption amount) of the object to be adsorbed on the silica sheet is increased, and the warp of the silica sheet after water absorption is suppressed. On the other hand, when the silica / CNF mass ratio is not more than the upper limit value, the hardness and strength of the silica sheet are improved, and the stability of the silica sheet is improved.
なかでも、シリカ/CNF質量比が、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、さらに好ましくは4.5以上、特に好ましくは5以上である場合、吸水後のシリカシートの反り抑制効果が顕著に高くなる。この場合のシリカ/CNF質量比の上限値は、上述のいずれかの数値であってもよく、シリカ/CNF質量比は、好ましくは12以下、より好ましくは11.5以下、さらに好ましくは11以下、特に好ましくは10.5以下である。これら下限値及び上限値は、任意に組み合わせることができる。 Among them, when the silica / CNF mass ratio is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, further preferably 4.5 or more, and particularly preferably 5 or more, the effect of suppressing warpage of the silica sheet after water absorption is remarkable. It gets higher. In this case, the upper limit of the silica / CNF mass ratio may be any of the above values, and the silica / CNF mass ratio is preferably 12 or less, more preferably 11.5 or less, still more preferably 11 or less. , Especially preferably 10.5 or less. These lower limit value and upper limit value can be arbitrarily combined.
一方、シリカ/CNF質量比が、好ましくは9以下、より好ましくは8以下、さらに好ましくは7以下、特に好ましくは6以下である場合、シリカシートの固さ及び強度が顕著に向上する。この場合のシリカ/CNF質量比の下限値は、上述のいずれかの数値であってもよく、シリカ/CNF質量比は、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.3以上、さらに好ましくは1.5以上、特に好ましくは1.7以上である。これら下限値及び上限値は、任意に組み合わせることができる。 On the other hand, when the silica / CNF mass ratio is preferably 9 or less, more preferably 8 or less, still more preferably 7 or less, and particularly preferably 6 or less, the hardness and strength of the silica sheet are remarkably improved. In this case, the lower limit of the silica / CNF mass ratio may be any of the above values, and the silica / CNF mass ratio is preferably 1.1 or more, more preferably 1.3 or more, still more preferably. It is 1.5 or more, particularly preferably 1.7 or more. These lower limit value and upper limit value can be arbitrarily combined.
[溶媒]
シート形成用組成物における前記溶媒は、シート形成用組成物に流動性を付与し、シート形成用組成物中の溶媒以外の含有成分を溶解又は分散させる。
シート形成用組成物において、シリカ、セルロースナノファイバー、又は前記他の成分を分散物又は溶液として配合し、そのときの分散媒又は溶媒として使用したもの以外に、溶媒を使用しなかった場合には、前記溶媒とは、分散物の調製に使用した前記分散媒、又は溶液の調製に使用した前記溶媒を意味する。
また、分散物の調製に使用した前記分散媒、又は溶液の調製に使用した前記溶媒以外に、別途溶媒を配合した場合には、前記溶媒とは、前記分散媒又は溶媒と、この別途配合した溶媒と、の双方を意味する。そして、シリカ、セルロースナノファイバー、及び前記他の成分をいずれも固形物として配合した場合には、前記溶媒とは、これらとは別に配合した溶媒を意味する。
前記溶媒としては、例えば、水、アルコール等が挙げられる。
[solvent]
The solvent in the sheet-forming composition imparts fluidity to the sheet-forming composition, and dissolves or disperses components other than the solvent in the sheet-forming composition.
In the sheet-forming composition, when silica, cellulose nanofibers, or the other components are blended as a dispersion or a solution and no solvent is used other than the one used as the dispersion medium or solvent at that time. , The solvent means the dispersion medium used for the preparation of the dispersion or the solvent used for the preparation of the solution.
Further, when a solvent is separately blended in addition to the dispersion medium used for preparing the dispersion or the solvent used for preparing the solution, the solvent is the dispersion medium or solvent and this separately blended. Means both solvent and. When silica, cellulose nanofibers, and the other components are all blended as a solid substance, the solvent means a solvent blended separately from these.
Examples of the solvent include water, alcohol and the like.
シート形成用組成物が含有する前記溶媒は、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。 The solvent contained in the sheet-forming composition may be only one kind, two or more kinds, and when two or more kinds, the combination and ratio thereof can be adjusted arbitrarily.
[他の成分]
前記他の成分は、本発明の効果を損なわないものであれば、特に限定されず、例えば、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。
前記他の成分で好ましいものとしては、例えば、セルロースナノファイバー以外のバインダー、酸化防止剤、防腐剤等が挙げられる。
[Other ingredients]
The other components are not particularly limited as long as they do not impair the effects of the present invention, and may be, for example, an organic compound or an inorganic compound.
Preferred of the other components include, for example, binders other than cellulose nanofibers, antioxidants, preservatives and the like.
シリカシート及びシート形成用組成物が含有する前記他の成分は、1種のみでもよいし、2種以上でもよく、2種以上である場合、それらの組み合わせ及び比率は、任意に調節できる。 The other components contained in the silica sheet and the sheet-forming composition may be only one kind, two or more kinds, and when there are two or more kinds, the combination and ratio thereof can be adjusted arbitrarily.
(セルロースナノファイバー以外のバインダー)
セルロースナノファイバー以外のバインダーとしては、例えば、水溶性高分子が挙げられる。
前記水溶性高分子としては、例えば、ポリビニルアルコール;カチオン変性ポリビニルアルコール、アニオン変性ポリビニルアルコール、シラノール変性ポリビニルアルコール等の変性ポリビニルアルコール;酸化デンプン;リン酸エステル化デンプン;ローコンス;カゼイン;カルボキシメチルセルロース(CMC);エステル系ポリウレタン、カーボネート系ポリウレタン等のポリウレタン等が挙げられる。
前記ポリウレタンは、例えば、カチオン性、アニオン性及び非イオン性のいずれであってもよい。
(Binders other than cellulose nanofibers)
Examples of binders other than cellulose nanofibers include water-soluble polymers.
Examples of the water-soluble polymer include polyvinyl alcohol; modified polyvinyl alcohol such as cation-modified polyvinyl alcohol, anion-modified polyvinyl alcohol, and silanol-modified polyvinyl alcohol; oxidized starch; phosphoric acid esterified starch; locons; casein; carboxymethyl cellulose (CMC). ); Polyurethanes such as ester-based polyurethanes and carbonate-based polyurethanes can be mentioned.
The polyurethane may be, for example, cationic, anionic or nonionic.
シート形成用組成物における、溶媒以外の成分の総含有量に対する、前記他の成分の含有量の割合(すなわち、シリカシートの前記他の成分の含有量)は、10質量%以下であることが好ましく、8質量%以下であることがより好ましく、6質量%以下であることが特に好ましく、例えば、4質量%以下、2質量%以下及び1質量%以下等のいずれかであってもよい。
前記含有量の割合(シリカシートの前記他の成分の含有量)の下限値は、特に限定されず、0質量%であってもよいが、例えば、0.1質量%であれば、前記他の成分を用いたことによる効果がより顕著に得られる。
The ratio of the content of the other component to the total content of the component other than the solvent in the sheet-forming composition (that is, the content of the other component in the silica sheet) is 10% by mass or less. It is preferably 8% by mass or less, more preferably 6% by mass or less, and may be, for example, 4% by mass or less, 2% by mass or less, 1% by mass or less, or the like.
The lower limit of the content ratio (content of the other component of the silica sheet) is not particularly limited and may be 0% by mass, but for example, if it is 0.1% by mass, the other The effect of using the above components can be obtained more remarkably.
換言すると、シート形成用組成物における、溶媒以外の成分の総含有量に対する、シリカ及びセルロースナノファイバーの合計含有量の割合(すなわち、シリカシートのシリカ及びセルロースナノファイバーの合計含有量)は、90質量%以上であることが好ましく、92質量%以上であることがより好ましく、94質量%以上であることが特に好ましく、例えば、96質量%以上、98質量%以上及び99質量%以上等のいずれかであってもよい。
前記含有量の割合(シリカシートのシリカ及びセルロースナノファイバーの合計含有量)の上限値は、特に限定されず、100質量%であってもよいが、例えば、99.9質量%であれば、前記他の成分を用いたことによる効果がより顕著に得られる。
In other words, the ratio of the total content of silica and cellulose nanofibers to the total content of components other than the solvent in the sheet-forming composition (that is, the total content of silica and cellulose nanofibers in the silica sheet) is 90. It is preferably 9% by mass or more, more preferably 92% by mass or more, particularly preferably 94% by mass or more, and for example, 96% by mass or more, 98% by mass or more, 99% by mass or more, etc. It may be.
The upper limit of the content ratio (total content of silica and cellulose nanofibers in the silica sheet) is not particularly limited and may be 100% by mass, but for example, 99.9% by mass. The effect of using the other components is more remarkable.
<シート形成用組成物の製造方法>
シート形成用組成物は、シリカ、セルロースナノファイバー、溶媒、及び必要に応じて前記他の成分を配合して、これら配合成分を十分に撹拌することで製造できる。シート形成用組成物において、シリカ、セルロースナノファイバー等の溶解していない成分は、均一に分散されていることが好ましい。
<Manufacturing method of sheet-forming composition>
The sheet-forming composition can be produced by blending silica, cellulose nanofibers, a solvent, and if necessary, the other ingredients, and stirring these blending components sufficiently. In the sheet-forming composition, undissolved components such as silica and cellulose nanofibers are preferably uniformly dispersed.
各成分の配合順序は特に限定されない。
また、各成分の配合時には、すべての成分を添加してからこれらを混合してもよいし、一部の成分を順次添加しながら混合してもよく、すべての成分を順次添加しながら混合してもよい。
The blending order of each component is not particularly limited.
Further, when blending each component, all the components may be added and then mixed, or some components may be sequentially added and mixed, or all the components may be sequentially added and mixed. You may.
各成分の配合時の温度は特に限定されず、配合成分の種類等に応じて適宜調節すればよいが、通常は、15〜30℃であることが好ましい。
撹拌は、撹拌子又は撹拌翼等を回転させて混合する方法;ミキサーを使用して混合する方法等、分散物を調製する公知の方法で行えばよい。撹拌時間は、製造するシート形成用組成物の総量や撹拌方法等に応じて、適宜調節すればよく、例えば、10分〜24時間であることが好ましい。
The temperature at the time of blending each component is not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the type of the blended component and the like, but is usually preferably 15 to 30 ° C.
Stirring may be performed by a known method for preparing a dispersion, such as a method of rotating and mixing a stirrer or a stirring blade; a method of mixing using a mixer. The stirring time may be appropriately adjusted according to the total amount of the sheet-forming composition to be produced, the stirring method, and the like, and is preferably 10 minutes to 24 hours, for example.
シート形成用組成物の製造方法としては、例えば、(i)シリカの分散液に、セルロースナノファイバーの溶液又は分散液を添加する工程を有する製造方法、(ii)セルロースナノファイバーの溶液又は分散液に、シリカの分散液を添加する工程を有する製造方法、(iii)セルロースナノファイバーの溶液又は分散液に、固体のシリカを添加した後、さらに溶媒を添加する工程を有する製造方法、等が挙げられる。 Examples of the method for producing the sheet-forming composition include (i) a production method having a step of adding a solution or dispersion of cellulose nanofibers to a dispersion of silica, and (ii) a solution or dispersion of cellulose nanofibers. A production method having a step of adding a dispersion liquid of silica, a production method having a step of adding a solvent after adding solid silica to a solution or dispersion of (iii) cellulose nanofibers, and the like. Be done.
前記(i)〜(iii)の製造方法においては、シリカの分散液はシリカの水分散液であることが好ましく、セルロースナノファイバーの溶液又は分散液はセルロースナノファイバーの水分散液であることが好ましい。 In the production methods (i) to (iii), the silica dispersion is preferably an aqueous dispersion of silica, and the cellulose nanofiber solution or dispersion is an aqueous dispersion of cellulose nanofibers. preferable.
セルロースナノファイバーの水分散液を用いる場合には、この水分散液は粘度が高いため、これに他の成分を添加してシート形成用組成物を得るときには、より強い撹拌条件を必要とする。したがって、セルロースナノファイバーの水分散液を用いる場合には、上記の製造方法の中でも、(i)の製造方法が好ましい。 When an aqueous dispersion of cellulose nanofibers is used, since this aqueous dispersion has a high viscosity, stronger stirring conditions are required when adding other components to the aqueous dispersion to obtain a sheet-forming composition. Therefore, when an aqueous dispersion of cellulose nanofibers is used, the production method (i) is preferable among the above production methods.
前記シリカシートの厚さは、前記シリカシートの用途に応じて適宜選択すればよく、特に限定されないが、例えば、好ましくは0.5〜3mm、より好ましくは0.8〜1.5mmとすることができる。 The thickness of the silica sheet may be appropriately selected depending on the intended use of the silica sheet, and is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 3 mm, more preferably 0.8 to 1.5 mm, for example. Can be done.
<<シリカシートの使用方法>>
前記シリカシートは、上述のように、水をはじめとする種々の物質の吸着能及び放出能を有する。
シリカシートの吸着及び放出の対象となる物質は、1種のみの単一物質であってもよいし、2種以上の物質の混合物であってもよい。
<< How to use silica sheet >>
As described above, the silica sheet has the ability to adsorb and release various substances such as water.
The substance to be adsorbed and released from the silica sheet may be a single substance of only one kind, or may be a mixture of two or more kinds of substances.
シリカシートは、物質(吸着対象物)を全く吸着していないか、又は物質の吸着量が少ない場合には、目的とする物質を接触させることで、十分な量のこの物質を容易に吸着する。すなわち、シリカシートは、物質の吸着材として利用できる。
一方、シリカシートは、十分な量の物質を吸着している場合には、吸着可能な物質の量が少ない環境下に置くことで、この吸着している物質を容易に放出する。すなわち、シリカシートは、物質の放出材としても利用できる。シリカシートは、例えば、気体中及び液体中のいずれにおいても、吸着している物質を放出できる。
When the silica sheet does not adsorb a substance (object to be adsorbed) at all, or when the amount of adsorbed substance is small, the silica sheet easily adsorbs a sufficient amount of this substance by bringing it into contact with the target substance. .. That is, the silica sheet can be used as an adsorbent for substances.
On the other hand, when a sufficient amount of the substance is adsorbed, the silica sheet easily releases the adsorbed substance by placing it in an environment where the amount of the adsorbable substance is small. That is, the silica sheet can also be used as a substance-releasing material. The silica sheet can release the adsorbed substance, for example, in both a gas and a liquid.
前記シリカシートの吸着及び放出の対象となる物質は、特に限定されないが、液体又は気体であることが好ましい。
吸着及び放出対象の物質で好ましいものとしては、例えば、前記他の成分として挙げた酸化防止剤;防腐剤;水;カリウム原子(K)含有化合物、窒素原子(N)含有化合物、リン原子(P)含有化合物等の肥料用の化合物;農薬;植物の種子;芳香を有する化合物(香料等)等が挙げられる。
The substance to be adsorbed and released from the silica sheet is not particularly limited, but is preferably a liquid or a gas.
Preferred substances to be adsorbed and released include, for example, antioxidants listed as the other components; preservatives; water; potassium atom (K) -containing compounds, nitrogen atom (N) -containing compounds, and phosphorus atoms (P). ) Compounds for fertilizers such as contained compounds; pesticides; plant seeds; aromatic compounds (fragrances, etc.) and the like.
十分な量の目的物質を吸着しているシリカシートは、各種の機能性材料として利用できる。
例えば、水、肥料用の化合物、農薬又は植物の種子を吸着しているシリカシートは、植物を直接保持して栽培するための植物栽培用基材;植物を栽培する土壌に混ぜて、土壌に水、肥料用の化合物、農薬又は植物の種子を供給するための土壌改良材等として、利用できる。
芳香を有する化合物を吸着しているシリカシートは、例えば、芳香剤として利用できる。
なお、ここに挙げた用途は一例であり、シリカシートの用途は、これらに限定されない。
A silica sheet adsorbing a sufficient amount of a target substance can be used as various functional materials.
For example, a silica sheet adsorbing water, fertilizer compounds, pesticides or plant seeds is a plant cultivation substrate for directly holding and cultivating plants; mixed with the soil in which the plants are cultivated, into the soil. It can be used as a soil conditioner for supplying water, fertilizer compounds, pesticides or plant seeds.
A silica sheet adsorbing a fragrant compound can be used as an fragrance, for example.
The applications listed here are examples, and the applications of the silica sheet are not limited to these.
一方、物質を全く吸着していないか、又は物質の吸着量が少ないシリカシートは、例えば、前記機能性材料の製造原料として利用できる。
また、物質を全く吸着していないか、又は物質の吸着量が少ないシリカシートも、各種の機能性材料として利用できる。
例えば、シリカシートは、吸水性に優れることから、吸水シート、コップのコースター、汗吸収パッド、履物の中敷き、ペット用トイレシート、壁紙、バスマット等として利用できる。
On the other hand, a silica sheet that does not adsorb substances at all or has a small amount of substances adsorbed can be used, for example, as a raw material for producing the functional material.
Further, a silica sheet that does not adsorb substances at all or has a small amount of adsorbed substances can also be used as various functional materials.
For example, since the silica sheet has excellent water absorption, it can be used as a water absorption sheet, a coaster for a cup, a sweat absorption pad, an insole for footwear, a toilet sheet for pets, a wallpaper, a bath mat, and the like.
前記シリカシートは、例えば、吸水量を、非吸水時(換言すると乾燥時)のシリカシートの質量に対して、好ましくは1.3質量倍以上とすることができ、例えば、1.7質量倍以上、及び2.0質量倍以上等のいずれかとすることもできる。一方、前記シリカシートは、吸水量を、非吸水時のシリカシートの質量に対して、好ましくは3質量倍以下とすることができる。前記シリカシートの吸水量は、これら下限値及び上限値を任意に組み合わせて、表すことができる。 For example, the amount of water absorbed by the silica sheet can be preferably 1.3 mass times or more, for example, 1.7 mass times or more, based on the mass of the silica sheet when it is not absorbing water (in other words, when it is dried). It can be any of the above and 2.0 mass times or more. On the other hand, the amount of water absorbed by the silica sheet can be preferably 3 times by mass or less with respect to the mass of the silica sheet when it does not absorb water. The water absorption amount of the silica sheet can be expressed by arbitrarily combining these lower limit values and upper limit values.
前記シリカシートは、例えば、水中に浸漬しても、水中に分散又は溶解することがなく、安定してシート形状を維持できる。 Even if the silica sheet is immersed in water, for example, it does not disperse or dissolve in water, and the sheet shape can be stably maintained.
前記シリカシートは、上述のように、種々の物質の吸着能を有するが、例えば、吸水性に優れることから、水の吸着又は放出用として好適であり、その場合、水の吸着後(吸水後)のシリカシートは、反りが抑制される。
また、前記シリカシートは、水以外の成分の吸着後も、その成分の種類又は量によっては、反りの抑制が可能である。
このように、前記シリカシートは、形状安定性が高いため、実用性が高い。
As described above, the silica sheet has the ability to adsorb various substances, but is suitable for adsorbing or releasing water because it is excellent in water absorption, for example. In that case, after adsorbing water (after water absorption). ) Silica sheet is suppressed from warping.
Further, the silica sheet can suppress warpage even after adsorption of a component other than water, depending on the type or amount of the component.
As described above, the silica sheet has high shape stability and is therefore highly practical.
前記シリカシートは、対象物質の吸着及び放出を繰り返し行うことができるため、上述の用途で、繰返し使用可能であり、経済性が高い。 Since the silica sheet can repeatedly adsorb and release the target substance, it can be repeatedly used in the above-mentioned applications and is highly economical.
以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the examples shown below.
<<シリカシートの製造>>
[実施例1]
イオン交換水(39.6g)にシリカ(東ソー・シリカ社製「AY−8A2」、D50:8μm、吸油量:250mL/100g、比表面積:350m2/g)(4.8g)を添加し、撹拌翼を用いて、250rpmで1時間撹拌することで、シリカの水分散液を得た。
次いで、得られたシリカの水分散液に、濃度が2質量%のセルロースナノファイバー水分散液(スギノマシン社製「WMa−1002」)(120g)を添加し、室温(23℃)下で、250rpmで1時間撹拌することで、水分散液であるシート形成用組成物を得た。
次いで、得られたシート形成用組成物を41.1g計り取り、水が出てこなくなるまで吸引ろ過し、分離された固形物を、そのシート状の形状を維持したまま、オーブンを用いて105℃で1時間乾燥させることで、シリカシート(厚さ1.12mm、質量1.80g)を得た。
表1に、シート形成用組成物の製造時における、溶媒(水)以外の配合成分の配合量(固形分量)を示す。
<< Manufacture of silica sheet >>
[Example 1]
Silica (“AY-8A2” manufactured by Tosoh Silica, D 50 : 8 μm, oil absorption: 250 mL / 100 g, specific surface area: 350 m 2 / g) (4.8 g) was added to ion-exchanged water (39.6 g). , The aqueous dispersion of silica was obtained by stirring at 250 rpm for 1 hour using a stirring blade.
Next, a cellulose nanofiber aqueous dispersion (“WMa-1002” manufactured by Sugino Machine Limited) (120 g) having a concentration of 2% by mass was added to the obtained aqueous dispersion of silica (120 g), and the mixture was cooled at room temperature (23 ° C.). By stirring at 250 rpm for 1 hour, a sheet-forming composition which is an aqueous dispersion was obtained.
Next, 41.1 g of the obtained sheet-forming composition was weighed, suction-filtered until no water came out, and the separated solid matter was kept in the sheet-like shape and maintained at 105 ° C. using an oven. A silica sheet (thickness 1.12 mm, mass 1.80 g) was obtained by drying in the oven for 1 hour.
Table 1 shows the blending amount (solid content amount) of the blending components other than the solvent (water) at the time of producing the sheet-forming composition.
[実施例2〜4、比較例1〜8]
シート形成用組成物の製造時における配合成分の種類及び配合量のいずれか一方又は両方を、表1に示すとおりとした点以外は、実施例1と同じ方法で、シリカシート又は比較用のシートを製造した。
なお、表1中、配合成分の欄の「−」との記載は、その成分が未配合であることを意味する。
[Examples 2 to 4, Comparative Examples 1 to 8]
A silica sheet or a comparative sheet is used in the same manner as in Example 1 except that one or both of the types and amounts of the compounding components at the time of producing the sheet-forming composition are as shown in Table 1. Manufactured.
In addition, in Table 1, the description of "-" in the column of the compounding component means that the component is not compounded.
ポリビニルアルコール(PVA)としては、クラレ社製「クラレポバールPVA117」(固形)を水に溶解させて、10質量水溶液としたものを用いた。
カルボキシメチルセルロース(CMC)としては、第一工業製薬社製「セロゲン7A」を用いた。
As the polyvinyl alcohol (PVA), "Kuraray Poval PVA117" (solid) manufactured by Kuraray Co., Ltd. was dissolved in water to prepare a 10 mass aqueous solution.
As carboxymethyl cellulose (CMC), "Cerogen 7A" manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. was used.
<<シリカシートの評価>>
上記で得られたシリカシート又は比較用のシートについて、下記項目を評価した。結果を表2に示す。
<< Evaluation of silica sheet >>
The following items were evaluated for the silica sheet or the comparison sheet obtained above. The results are shown in Table 2.
[安定性]
上記の方法で得られた乾燥後のシートについて、固さ及び強度の観点から、安定性について、下記基準で評価した。
(評価基準)
A:シートが十分に固く、十分な強度を有している。
B:シートが固く、実用上問題ない強度を有している。
C:シートが小さい衝撃で簡単に割れ、強度が不十分である。
D:シートに割れ等の破損が見られるか、又はシート形状となっておらず、粉体となっている。
[Stability]
The stability of the dried sheet obtained by the above method was evaluated according to the following criteria from the viewpoint of hardness and strength.
(Evaluation criteria)
A: The sheet is sufficiently hard and has sufficient strength.
B: The sheet is hard and has strength that does not cause any problem in practical use.
C: The sheet is easily cracked by a small impact and its strength is insufficient.
D: The sheet is broken or otherwise damaged, or the sheet is not in the shape of a sheet and is in the form of powder.
[吸水能]
容量100mLの透明容器の開口部に、上記で得られたシートを水平に載置し、上方からシートに水を1滴ずつ滴下していき、シートの裏面から透明容器内に水が漏れ出た時点でのシートの質量(水漏出時のシートの質量)を測定した。そして、下記式にしたがって、シートの吸水能に相当する数値(倍数)を求めた。なお、水漏出時のシートの質量と、吸水前のシートの質量と、の差は、シートの吸水量である。
[シートの吸水能(倍)]=([水漏出時のシートの質量(g)]−[吸水前のシートの質量(g)])/[吸水前のシートの質量(g)]
[Water absorption capacity]
The sheet obtained above was placed horizontally in the opening of a transparent container having a capacity of 100 mL, and water was dropped onto the sheet drop by drop from above, and water leaked into the transparent container from the back surface of the sheet. The mass of the sheet at the time point (the mass of the sheet at the time of water leakage) was measured. Then, a numerical value (multiple) corresponding to the water absorption capacity of the sheet was obtained according to the following formula. The difference between the mass of the sheet at the time of water leakage and the mass of the sheet before water absorption is the amount of water absorbed by the sheet.
[Water absorption capacity of sheet (times)] = ([Mass of sheet at the time of water leakage (g)]-[Mass of sheet before water absorption (g)]) / [Mass of sheet before water absorption (g)]
[吸水後の反り]
吸水能評価時のシートを、オーブンを用いて105℃で1時間乾燥させた。次いで、シートの反りの有無を確認し、反りがある場合には、シートの両面のうち、凸状となっている面(凸面)を水平面に接触させて水平面上に載置し、シートの4隅のうち、シートを載置した水平面からの高さが最も高くなっているところの、この高さ(cm)を測定して、反りの値(cm)とした。
[Warp after water absorption]
The sheet at the time of water absorption capacity evaluation was dried at 105 ° C. for 1 hour using an oven. Next, the presence or absence of warpage of the sheet is confirmed, and if there is warpage, the convex surface (convex surface) of both sides of the sheet is brought into contact with the horizontal plane and placed on the horizontal plane. Of the corners, the height (cm) from the horizontal plane on which the sheet was placed was the highest, and this height (cm) was measured and used as the warp value (cm).
上記結果から明らかなように、実施例1〜4のシートは、シリカ/CNF質量比が2.0〜10.1であり、安定性が高く、吸水能が高く、吸水後の反りが十分に抑制されていた。実施例4のシートは、他の成分としてバインダーであるポリビニルアルコールを併用したものであるが、セルロースナノファイバーの作用は阻害されず、良好な特性を有していた。 As is clear from the above results, the sheets of Examples 1 to 4 have a silica / CNF mass ratio of 2.0 to 10.1, high stability, high water absorption capacity, and sufficient warpage after water absorption. It was suppressed. The sheet of Example 4 was used in combination with polyvinyl alcohol as a binder as another component, but the action of the cellulose nanofibers was not inhibited and had good properties.
実施例1で得られたシートの電子顕微鏡での撮像データ(倍率1000倍)を図1に示す。
図1から、このシートにおいては、セルロースナノファイバーの微小なネットワークによって、シリカの粒子が安定して保持されていると推測された。
The image data (magnification 1000 times) of the sheet obtained in Example 1 with an electron microscope is shown in FIG.
From FIG. 1, it was presumed that silica particles were stably held in this sheet by a minute network of cellulose nanofibers.
これに対して、比較例1のシートは、シリカを使用せず(シリカシートではなく)、安定性は高かったが、吸水能が低く、それにも関わらず、吸水後の反りが極めて大きかった。
比較例2のシートは、シリカを用いたものの、その使用量が少な過ぎた(シリカ/CNF質量比が小さ過ぎた)ため、比較例1のシートと同様の結果となった。
比較例3のシートは、シリカの使用量が比較例1のシートよりも多かったものの、まだ少なかった(シリカ/CNF質量比がまだ小さ過ぎた)ため、比較例1及び2のシートと同様の結果となった。
On the other hand, the sheet of Comparative Example 1 did not use silica (not a silica sheet) and had high stability, but had low water absorption capacity, and nevertheless, the warp after water absorption was extremely large.
Although the sheet of Comparative Example 2 used silica, the amount used was too small (silica / CNF mass ratio was too small), so that the result was similar to that of the sheet of Comparative Example 1.
Although the amount of silica used in the sheet of Comparative Example 3 was larger than that of the sheet of Comparative Example 1, it was still small (the silica / CNF mass ratio was still too small), so that it was similar to the sheets of Comparative Examples 1 and 2. The result was.
比較例4のシートは、比較例1〜3とは反対に、シリカの使用量が多過ぎた(シリカ/CNF質量比が大き過ぎた)ため、安定性が低かった。比較例4のシートは、小さい衝撃で簡単に割れてしまったため、吸水能及び吸水後の反りについては評価できなかった。
比較例5では、比較例4よりも、さらにシリカの使用量が多過ぎた(シリカ/CNF質量比が大き過ぎた)ため、シート形成用組成物の吸引ろ過が終了した段階で、シートの一部は既に割れてしまっており、吸水能及び吸水後の反りについては評価できなかった。
比較例6では、セルロースナノファイバーを使用せず、バインダーを一切使用しなかったため、シリカの水分散液の吸引ろ過が終了した段階で、ろ過物(シリカ)はシート形状となっておらず、粉体となっていた。そのため、吸水能及び吸水後の反りについては評価できなかった。
Contrary to Comparative Examples 1 to 3, the sheet of Comparative Example 4 had low stability because the amount of silica used was too large (the silica / CNF mass ratio was too large). Since the sheet of Comparative Example 4 was easily cracked by a small impact, the water absorption capacity and the warp after water absorption could not be evaluated.
In Comparative Example 5, since the amount of silica used was too large (silica / CNF mass ratio was too large) as compared with Comparative Example 4, when the suction filtration of the sheet-forming composition was completed, one of the sheets was used. The part was already cracked, and the water absorption capacity and the warp after water absorption could not be evaluated.
In Comparative Example 6, since the cellulose nanofibers were not used and no binder was used at all, the filtered product (silica) was not in the form of a sheet at the stage when the suction filtration of the aqueous dispersion of silica was completed, and the powder was powdered. It was a body. Therefore, the water absorption capacity and the warp after water absorption could not be evaluated.
比較例7では、セルロースナノファイバーを使用せず、バインダーとしてポリビニルアルコールを使用したため、シートの安定性が低かった。比較例7では、シート形成用組成物の吸引ろ過の途中の段階で、分離されたシート状の固形物には既に割れが認められ、吸引ろ過が終了した段階では、シートの半分以上が割れてしまっており、吸水能及び吸水後の反りについては評価できなかった。 In Comparative Example 7, since the cellulose nanofibers were not used and polyvinyl alcohol was used as the binder, the stability of the sheet was low. In Comparative Example 7, cracks were already observed in the separated sheet-like solid matter during the suction filtration of the sheet-forming composition, and at the stage when the suction filtration was completed, more than half of the sheets were cracked. It was closed, and the water absorption capacity and warpage after water absorption could not be evaluated.
比較例8では、セルロースナノファイバーを使用せず、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースを使用したため、シート形成用組成物の吸引ろ過の途中の段階で、分離された固形物には既に割れが認められ、吸引ろ過が終了した段階では、ろ過物はシート形状となっておらず、粉体となっていた。そのため、吸水能及び吸水後の反りについては評価できなかった。 In Comparative Example 8, since carboxymethyl cellulose was used as a binder instead of using cellulose nanofibers, cracks were already observed in the separated solid matter during suction filtration of the sheet-forming composition, and suction filtration was performed. At the stage when the above was completed, the filtered material was not in the form of a sheet but was in the form of powder. Therefore, the water absorption capacity and the warp after water absorption could not be evaluated.
実施例1〜3及び比較例1〜3においては、シリカ/CNF質量比が大きくなるに従い、シートの安定性は低下し、シートの吸水能が向上し、吸水後のシートの反り抑制効果が向上する(シートの反りが低減される)傾向が見られた。すなわち、シリカ/CNF質量比は、これら評価結果と明りょうな相関関係が認められた。シートの安定性、シート化の可能性の点においては、比較例4〜6も、同様の傾向が見られ、同様の相関関係が認められた。 In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, as the silica / CNF mass ratio increases, the stability of the sheet decreases, the water absorption capacity of the sheet improves, and the effect of suppressing warpage of the sheet after water absorption improves. There was a tendency for the sheet to warp (the warpage of the sheet was reduced). That is, the silica / CNF mass ratio was clearly correlated with these evaluation results. In terms of sheet stability and sheet formation potential, Comparative Examples 4 to 6 showed the same tendency, and a similar correlation was observed.
実施例1〜3及び比較例1〜3における、シートのシリカ/CNF質量比と吸水能(倍)との関係を表すグラフを、図2に示す。
また、実施例1及び比較例7〜8における、シート製造時の乾燥が終了した段階での、乾燥物(シート又は粉体)の撮像データを図3〜図5に示す。図3が実施例1での撮像データであり、図4が比較例7での撮像データであり、図5が比較例8での撮像データである。
A graph showing the relationship between the silica / CNF mass ratio of the sheet and the water absorption capacity (times) in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 is shown in FIG.
In addition, the imaging data of the dried product (sheet or powder) at the stage when the drying at the time of sheet production is completed in Example 1 and Comparative Examples 7 to 8 are shown in FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is the imaging data in Example 1, FIG. 4 is the imaging data in Comparative Example 7, and FIG. 5 is the imaging data in Comparative Example 8.
<<セルロースナノファイバーの機能についての考察>>
[試験例1]
実施例1の場合と同じ方法で、シリカ及びセルロースナノファイバーを含有する水分散液である、シート形成用組成物(本明細書においては、「組成物(I)」と略記することがある)を調製した。
また、セルロースナノファイバーを使用しなかった点以外は、このシート形成用組成物(組成物(I))の場合と同じ方法で、比較用の組成物(本明細書においては、「組成物(II)」と略記することがある)を調製した。すなわち、組成物(II)は、組成物(I)と同じ含有量でシリカを含有し、セルロースナノファイバーを含有しない。
次いで、得られた組成物(I)及び組成物(II)を、それぞれ別々に透明容器に入れ、封をした後、析出物を均一に分散させ、室温下で1日静置保管した。
次いで、これら透明容器を、上下を逆にしてひっくり返し、静置して、直ちに、透明容器内部の組成物(I)及び組成物(II)を目視観察した。このとき取得した組成物(I)及び組成物(II)の撮像データを図6に示す。
<< Consideration on the function of cellulose nanofibers >>
[Test Example 1]
A composition for forming a sheet, which is an aqueous dispersion containing silica and cellulose nanofibers in the same manner as in Example 1 (in this specification, it may be abbreviated as "composition (I)"). Was prepared.
Further, in the same manner as in the case of this sheet-forming composition (composition (I)) except that cellulose nanofibers were not used, a comparative composition (in the present specification, "composition (composition (composition)"). II) ”may be abbreviated). That is, the composition (II) contains silica in the same content as the composition (I) and does not contain cellulose nanofibers.
Next, the obtained composition (I) and composition (II) were separately placed in a transparent container and sealed, and then the precipitate was uniformly dispersed and stored at room temperature for 1 day.
Then, these transparent containers were turned upside down and allowed to stand, and the composition (I) and the composition (II) inside the transparent container were immediately visually observed. The imaging data of the composition (I) and the composition (II) acquired at this time are shown in FIG.
図6から明らかなように、組成物(II)の場合には、ひっくり返した透明容器の底部(図6中、線で囲んだ領域)に、相当量のシリカが沈殿した状態で付着したままとなっていた。すなわち、組成物(II)は、静置保存中にシリカが沈殿して、分散液の状態を維持できていなかった。
これに対して、組成物(I)の場合には、ひっくり返した透明容器の底部には、一切沈殿物が付着しておらず、分散液の状態が維持されていた。すなわち、組成物(I)は、静置保存中からこの目視観察時まで、沈殿が発生せず、分散液の状態が維持されていた。
これらの結果から、上述のシート形成用組成物のような水分散液中では、セルロースナノファイバーが、共存するシリカの分散剤として機能することを確認できた。
As is clear from FIG. 6, in the case of the composition (II), a considerable amount of silica remains adhered to the bottom of the inverted transparent container (the area surrounded by the line in FIG. 6) in a precipitated state. It was. That is, in the composition (II), silica was precipitated during the static storage, and the state of the dispersion liquid could not be maintained.
On the other hand, in the case of the composition (I), no precipitate adhered to the bottom of the inverted transparent container, and the state of the dispersion liquid was maintained. That is, the composition (I) did not precipitate and the state of the dispersion liquid was maintained from the time of static storage to the time of this visual observation.
From these results, it was confirmed that the cellulose nanofibers function as a dispersant for the coexisting silica in the aqueous dispersion such as the above-mentioned sheet-forming composition.
<<シリカシートの物質の吸着及び放出の確認>>
[実施例5]
実施例1で得られたシートを用いて、室温下で飽和塩化カリウム水溶液を吸引ろ過した。
次いで、このシートをオーブン内で、105℃で1時間乾燥させた。
次いで、この乾燥後のシートを、室温下で純水中に5分間浸漬した。このとき、シート全体が純水中に浸かるようにした。
次いで、浸漬させていたシートを純水中から取り出し、シートを取り出した後の純水を完全に乾燥させて取り除き、固体の残存物を回収して、この固体について、フーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)を行った。
その結果、塩化カリウムが示すピークと一致するピークを観測でき、純水中に塩化カリウムが存在していたことを確認できた。これは、飽和塩化カリウム水溶液の吸引ろ過時に、前記シートに塩化カリウムが吸着されたのち、この塩化カリウムが前記シートから純水中に放出されたことを示していた。
<< Confirmation of adsorption and release of substances on silica sheet >>
[Example 5]
Using the sheet obtained in Example 1, a saturated aqueous potassium chloride solution was suction-filtered at room temperature.
The sheet was then dried in the oven at 105 ° C. for 1 hour.
Then, the dried sheet was immersed in pure water at room temperature for 5 minutes. At this time, the entire sheet was immersed in pure water.
Next, the immersed sheet was taken out from the pure water, the pure water after the sheet was taken out was completely dried and removed, and the residue of the solid was recovered, and the solid was subjected to Fourier transform infrared spectroscopy (Fourier transform infrared spectroscopy). FT-IR) was performed.
As a result, it was possible to observe a peak that coincided with the peak indicated by potassium chloride, and it was confirmed that potassium chloride was present in the pure water. This indicated that during suction filtration of the saturated potassium chloride aqueous solution, potassium chloride was adsorbed on the sheet, and then the potassium chloride was released from the sheet into pure water.
[実施例6]
実施例1で得られたシートを、室温下で飽和塩化カリウム水溶液中に5分間浸漬した。このとき、シート全体が飽和塩化カリウム水溶液中に浸かるようにした。
次いで、浸漬させていたシートを飽和塩化カリウム水溶液中から取り出し、オーブン内で、105℃で1時間乾燥させた。
次いで、この乾燥後のシートを、室温下で純水中に5分間浸漬した。このとき、シート全体が純水中に浸かるようにした。
次いで、浸漬させていたシートを純水中から取り出し、シートを取り出した後の純水を完全に乾燥させて取り除き、固体の残存物を回収して、この固体について、フーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)を行った。
その結果、実施例5の場合と同様に、塩化カリウムが示すピークと一致するピークを観測でき、純水中に塩化カリウムが存在していたことを確認できた。このときの分析結果を、塩化カリウムの分析結果とともに図7に示す。これは、飽和塩化カリウム水溶液への浸漬時に、前記シートに塩化カリウムが吸着されたのち、実施例5の場合と同様に、この塩化カリウムが前記シートから純水中に放出されたことを示していた。
[Example 6]
The sheet obtained in Example 1 was immersed in a saturated aqueous potassium chloride solution at room temperature for 5 minutes. At this time, the entire sheet was immersed in the saturated aqueous potassium chloride solution.
Then, the soaked sheet was taken out from the saturated aqueous potassium chloride solution and dried in an oven at 105 ° C. for 1 hour.
Then, the dried sheet was immersed in pure water at room temperature for 5 minutes. At this time, the entire sheet was immersed in pure water.
Next, the immersed sheet was taken out from the pure water, the pure water after the sheet was taken out was completely dried and removed, and the residue of the solid was recovered, and the solid was subjected to Fourier transform infrared spectroscopy (Fourier transform infrared spectroscopy). FT-IR) was performed.
As a result, as in the case of Example 5, a peak corresponding to the peak indicated by potassium chloride could be observed, and it was confirmed that potassium chloride was present in the pure water. The analysis result at this time is shown in FIG. 7 together with the analysis result of potassium chloride. This indicates that after the potassium chloride was adsorbed on the sheet when immersed in the saturated potassium chloride aqueous solution, the potassium chloride was released from the sheet into pure water as in the case of Example 5. rice field.
本発明は、水等の各種物質の吸着材又は放出材として、利用可能である。 The present invention can be used as an adsorbent or a release material for various substances such as water.
Claims (2)
[シリカの含有量(質量部)]/[セルロースナノファイバーの含有量(質量部)]の比が、2〜8であり、
前記シリカが、平均粒子径が0.5〜15μmの非晶質シリカであり、
前記シリカシートが、物質の吸着用又は放出用である、シリカシート。 A silica sheet containing silica and cellulose nanofibers.
The ratio of [the content of silica (parts by weight)] / [amount of cellulose nanofibers (parts by weight)] is, Ri 2-8 der,
The silica is amorphous silica having an average particle size of 0.5 to 15 μm.
A silica sheet in which the silica sheet is for adsorbing or releasing a substance .
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