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JP7014585B2 - Water-based paint composition, film and film manufacturing method - Google Patents
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JP7014585B2 - Water-based paint composition, film and film manufacturing method - Google Patents

Water-based paint composition, film and film manufacturing method Download PDF

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JP7014585B2 JP2017238205A JP2017238205A JP7014585B2 JP 7014585 B2 JP7014585 B2 JP 7014585B2 JP 2017238205 A JP2017238205 A JP 2017238205A JP 2017238205 A JP2017238205 A JP 2017238205A JP 7014585 B2 JP7014585 B2 JP 7014585B2
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Description

本発明は、セルロースナノファイバーを含有する水系塗料組成物、この水系塗料組成物を用いてなるフィルム、およびこのフィルムの製造方法に関する。 The present invention relates to a water-based paint composition containing cellulose nanofibers, a film made by using the water-based paint composition, and a method for producing the film.

ナノメートルの領域すなわち1~100nmの範囲のナノスケールにおいて物質を自在に制御する技術であるナノテクノロジーから様々な便利な新素材やデバイスが生み出されることが期待される。特に、繊維を極限まで細くすると、従来の繊維にはなかった、まったく新しい物理学的な性質が生まれることから、ナノオーダーの繊維(ナノファイバー)が非常に注目されている。このナノファイバーは、極めて微細な異物も通過させない高性能フィルターの製造、樹脂あるいは塗膜の強度アップなどの効果が期待されている。 It is expected that various convenient new materials and devices will be produced from nanotechnology, which is a technology for freely controlling substances in the nanometer region, that is, in the nanoscale range of 1 to 100 nm. In particular, nanofibers (nanofibers) are attracting a great deal of attention because when the fibers are made as thin as possible, completely new physical properties that were not found in conventional fibers are created. This nanofiber is expected to have effects such as manufacturing a high-performance filter that does not allow extremely fine foreign substances to pass through, and increasing the strength of a resin or a coating film.

このナノファイバーの中でもセルロースに由来するセルロースナノファイバーについては、様々な開発や研究が行われており、例えば、特許文献1および特許文献2には、セルロースの水酸基の一部がカルボキシル化された平均繊維径が200nm以下の微細セルロース繊維(セルロースナノファイバー)が開示されている。このセルロースナノファイバーは、低せん断速度における粘度が高く、高せん断速度における粘度が低い特性を有している。このため、例えば、セルロースナノファイバーを含有する塗料には、塗工時には塗りやすく、塗工後には垂れない効果が期待されている。 Among these nanofibers, various developments and studies have been carried out on cellulose nanofibers derived from cellulose. For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a part of the hydroxyl group of cellulose is carboxylated on average. Fine cellulose fibers (cellulose nanofibers) having a fiber diameter of 200 nm or less are disclosed. This cellulose nanofiber has a property of high viscosity at a low shear rate and low viscosity at a high shear rate. Therefore, for example, a paint containing cellulose nanofibers is expected to have an effect of being easy to apply at the time of coating and not dripping after coating.

特開2009-57552号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-57552 特開2015-183096号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-183096

しかしながら、特許文献1に記載のセルロースナノファイバーを含むガスバリア材料は、セルロースナノファイバーに含まれるカルボキシル基の対イオンにNaイオンを用いるため、このガスバリア材料を用いたガスバリア性成形体は、高湿度条件に晒されると、吸湿膨潤して耐水性が低下するおそれがある。特許文献2に記載のセルロースナノファイバーを含むコーティング剤は、セルロースナノファイバーに含まれるカルボキシル基の対イオンの70%以上をプロトン、もしくはアンモニウムイオンにすることで、耐水性の向上を図っているが、高湿度下での耐水性は十分とはいえなかった。 However, since the gas barrier material containing cellulose nanofibers described in Patent Document 1 uses Na ions as the counterion of the carboxyl group contained in the cellulose nanofibers, the gas barrier molded body using this gas barrier material is under high humidity conditions. When exposed to, there is a risk of moisture absorption and swelling, resulting in reduced water resistance. The coating agent containing cellulose nanofibers described in Patent Document 2 aims to improve water resistance by converting 70% or more of the counterions of the carboxyl groups contained in the cellulose nanofibers into protons or ammonium ions. , The water resistance under high humidity was not sufficient.

そこで、本発明は、高湿度下でも高い耐水性を有するフィルムを得ることができるセルロースナノファイバーを含有する水系塗料組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、耐溶剤性および高湿度下でのガスバリア性に優れるフィルムを得ることができるセルロースナノファイバーを含有する水系塗料組成物を提供することを目的とする。また、この水系塗料組成物から得られるフィルムおよびフィルムの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a water-based coating composition containing cellulose nanofibers, which can obtain a film having high water resistance even under high humidity. Another object of the present invention is to provide a water-based coating composition containing cellulose nanofibers, which can obtain a film having excellent solvent resistance and gas barrier properties under high humidity. It is also an object of the present invention to provide a film obtained from this water-based coating composition and a method for producing the film.

本発明は以下を提供する。
(1)変性セルロースナノファイバーと、多価アミンと、水系溶媒とを含む水系塗料組成物であって、前記変性セルロースナノファイバー中の水酸基の一部が、酸化または置換反応により変性されており、変性により導入された置換基が、式(1):
-COOH (1)
(式(1)中、R、RおよびRはそれぞれHまたは沸点が110℃以下のモノアミンを構成する置換基である。)であらわされる構造を含み、前記水系塗料組成物は、さらに、前記変性セルロースナノファイバーに対してバインダー成分を0~100質量%含み、前記多価アミンは、両末端アミノ基間のC,O,Nからなる分子鎖長が4以上である水系塗料組成物。
(2)前記水系塗料組成物において、前記変性セルロースナノファイバーの配合量が0.5~30質量%であって、前記変性セルロースナノファイバーの前記変性により導入された置換基の置換基量に対し、前記多価アミンの配合割合が10~70%mol当量である(1)に記載の水系塗料組成物。
(3)前記変性セルロースナノファイバーは酸化セルロースナノファイバーを含み、前記酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基量が0.6~2.2mmol/gである、(1)または(2)に記載の水系塗料組成物。
(4)前記変性セルロースナノファイバーはカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含み、前記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あたりのカルボキシメチル置換度が、0.01~0.50である、(1)または(2)に記載の水系塗料組成物。
)さらに防腐剤を含む、(1)~()の何れかに記載の水系塗料組成物。
)さらにレオロジーコントロール剤を含む、(1)~()の何れかに記載の水系塗料組成物。
)(1)~()の何れかに記載の水系塗料組成物を用いた1液型の水系塗料組成物。
)(1)~()の何れかに記載の水系塗料組成物に含まれる成分の内、前記変性セルロースナノファイバーと、前記多価アミンとを別にした2液型の水系塗料組成物。
)(1)~()の何れかに記載の水系塗料組成物を含有するフィルム。
10)(1)~()の何れかに記載の水系塗料組成物を得る混合工程と、前記混合工程にて得られた水系塗料組成物を支持体に塗布する塗布工程と、前記塗布工程にて得られた前記水系塗料組成物が塗布された前記支持体を、加熱することにより乾燥して、前記支持体上に前記水系塗料組成物由来の塗膜を形成する塗膜形成工程と、を含むフィルムの製造方法であって、前記変性セルロースナノファイバー中の水酸基の一部が、酸化または置換反応により変性されており、変性により導入された置換基が、式(1):
-COO+123H (1)
(式(1)中、R1、R2およびR3はそれぞれHまたは沸点が110℃以下のモノアミンを構成する置換基である。)であらわされる構造を含む、フィルムの製造方法。
11)前記支持体がフィルム状の基材であり、前記塗膜形成工程において前記支持体上に前記塗膜を形成し塗工フィルムを製造する(10)に記載のフィルムの製造方法。
12)前記支持体上に形成された前記塗膜を前記支持体から剥離する工程をさらに含み、前記支持体から剥離された前記塗膜からなる自立フィルムを製造する(10)に記載のフィルムの製造方法。
The present invention provides:
(1) A water-based coating composition containing modified cellulose nanofibers, a polyvalent amine, and an aqueous solvent, wherein some of the hydroxyl groups in the modified cellulose nanofibers are modified by an oxidation or substitution reaction. The substituent introduced by the modification is the formula (1) :.
-COO - N + R 1 R 2 R 3 H (1)
(In the formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are substituents constituting H or a monoamine having a boiling point of 110 ° C. or lower, respectively.), And the water-based coating composition comprises a structure represented by the above. Further, the polyvalent amine contains 0 to 100% by mass of a binder component with respect to the modified cellulose nanofibers, and the polyvalent amine is a water-based coating composition having a molecular chain length of 4 or more consisting of C, O, and N between both terminal amino groups. thing.
(2) In the water-based coating composition, the blending amount of the modified cellulose nanofibers is 0.5 to 30% by mass with respect to the amount of substituents introduced by the modification of the modified cellulose nanofibers. The water-based coating composition according to (1), wherein the compounding ratio of the polyvalent amine is 10 to 70% mol equivalent .
(3) The water-based coating material according to (1) or (2), wherein the modified cellulose nanofiber contains the oxidized cellulose nanofiber, and the amount of the carboxyl group of the oxidized cellulose nanofiber is 0.6 to 2.2 mmol / g. Composition.
(4) The modified cellulose nanofiber contains carboxymethylated cellulose nanofiber, and the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of the carboxymethylated cellulose nanofiber is 0.01 to 0.50, (1) or. The water-based coating composition according to (2).
( 5 ) The water-based paint composition according to any one of (1) to ( 4 ), further containing a preservative.
( 6 ) The water-based paint composition according to any one of (1) to ( 5 ), further comprising a rheology control agent.
( 7 ) A one-component water-based paint composition using the water-based paint composition according to any one of (1) to ( 6 ).
( 8 ) Among the components contained in the water-based paint composition according to any one of (1) to ( 6 ), a two-component water-based paint composition in which the modified cellulose nanofibers and the polyvalent amine are separated. ..
( 9 ) A film containing the water-based paint composition according to any one of (1) to ( 8 ).
( 10 ) A mixing step of obtaining the water-based coating composition according to any one of (1) to ( 8 ), a coating step of applying the water-based coating composition obtained in the mixing step to a support, and the coating. A coating film forming step of forming a coating film derived from the aqueous coating composition on the support by drying the support to which the aqueous coating composition obtained in the step is applied by heating. In the method for producing a film containing, a part of the hydroxyl group in the modified cellulose nanofiber is modified by an oxidation or substitution reaction, and the substituent introduced by the modification is the formula (1) :.
-COO - N + R 1 R 2 R 3 H (1)
(In the formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are substituents constituting H or a monoamine having a boiling point of 110 ° C. or lower, respectively.) A method for producing a film.
( 11 ) The method for producing a film according to ( 10 ), wherein the support is a film-like base material, and the coating film is formed on the support in the coating film forming step to produce a coated film.
( 12 ) The film according to ( 10 ), further comprising a step of peeling the coating film formed on the support from the support, and producing a self-supporting film composed of the coating film peeled from the support. Manufacturing method.

本発明によれば、高湿度下でも高い耐水性を有するフィルムを得ることができるセルロースナノファイバーを含有する水系塗料組成物を得ることができる。さらに、本発明の水系塗料組成物から得たフィルムは、耐溶剤性および高湿度下でのガスバリア性に優れる。また、本発明によれば、この水系塗料組成物を用いたフィルムおよびフィルムの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a water-based coating composition containing cellulose nanofibers, which can obtain a film having high water resistance even under high humidity. Further, the film obtained from the water-based coating composition of the present invention is excellent in solvent resistance and gas barrier property under high humidity. Further, according to the present invention, it is possible to provide a film and a method for producing a film using this water-based coating composition.

以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「~」は端値を含む。すなわち「X~Y」はその両端の値XおよびYを含む。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, "-" includes a fractional value. That is, "X to Y" includes the values X and Y at both ends thereof.

本発明の水系塗料組成物は、変性セルロースナノファイバーと、多価アミンと、水系溶媒とを含む。また、変性セルロースナノファイバーは、水酸基の一部が、酸化または置換反応により変性されており、変性により導入された置換基が、式(1):
-COO-+123H (1)
(式(1)中、R1、R2およびR3はそれぞれHまたはモノアミンを構成する置換基である。)であらわされる構造を含む。
The water-based coating composition of the present invention contains modified cellulose nanofibers, a polyvalent amine, and a water-based solvent. Further, in the modified cellulose nanofiber, a part of the hydroxyl group is modified by an oxidation or substitution reaction, and the substituent introduced by the modification is the formula (1) :.
-COO - N + R 1 R 2 R 3 H (1)
(In the formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are substituents constituting H or a monoamine, respectively).

<変性セルロースナノファイバー>
本発明に用いる変性セルロースナノファイバーは、水酸基の一部が酸化または置換反応により変性されており、変性により導入された置換基に含まれるカルボキシル基がアンモニアなどのモノアミンと酸塩基反応を起こしてモノアミン塩を形成している。
<Modified cellulose nanofiber>
In the modified cellulose nanofiber used in the present invention, a part of the hydroxyl group is modified by an oxidation or substitution reaction, and the carboxyl group contained in the substituent introduced by the modification causes an acid-base reaction with a monoamine such as ammonia to cause a monoamine. Forming salt.

また、本発明に用いる変性セルロースナノファイバーは、セルロース原料を変性して得られたカルボキシル基含有変性セルロースをモノアミンで処理し、解繊することにより得られる微細繊維(カルボキシル基含有変性セルロースナノファイバー)である。なお、本発明の水系塗料組成物において、変性セルロースナノファイバーは、バインダーとしての機能も有する。 The modified cellulose nanofiber used in the present invention is a fine fiber (carboxyl group-containing modified cellulose nanofiber) obtained by treating a carboxyl group-containing modified cellulose obtained by modifying a cellulose raw material with monoamine and defibrating it. Is. In the water-based coating composition of the present invention, the modified cellulose nanofiber also has a function as a binder.

<平均繊維径、平均繊維長>
本発明に用いる変性セルロースナノファイバーの平均繊維径は、2~200nmであることが好ましく、4~100nm程度であることがより好ましい。本発明に用いる変性セルロースナノファイバーの平均繊維長は、40~2,000nm以下であることが好ましく、100~1,000nm程度であることがより好ましい。セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)また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および繊維長を平均することによって得ることができる。
<Average fiber diameter, average fiber length>
The average fiber diameter of the modified cellulose nanofibers used in the present invention is preferably 2 to 200 nm, more preferably about 4 to 100 nm. The average fiber length of the modified cellulose nanofibers used in the present invention is preferably 40 to 2,000 nm or less, and more preferably 100 to 1,000 nm. The average fiber diameter and average fiber length of cellulose nanofibers shall be the average of 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 be obtained by.

<平均アスペクト比>
本発明に用いる変性セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、通常は10以上である。上限は特に限定されないが、通常は1000以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出することができる:
アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
<Average aspect ratio>
The average aspect ratio of the modified cellulose nanofibers used in the present invention is usually 10 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

ここで、カルボキシル基含有変性セルロースは、カルボキシル基を少なくとも1つ有する変性セルロースを意味する。セルロース骨格にカルボキシル基が結合していてもよいし、カルボキシル基を含む基(例:カルボキシメチル基などのカルボキシアルキル基)が結合していてもよい。 Here, the carboxyl group-containing modified cellulose means a modified cellulose having at least one carboxyl group. A carboxyl group may be bonded to the cellulose skeleton, or a group containing a carboxyl group (eg, a carboxyalkyl group such as a carboxymethyl group) may be bonded.

<カルボキシル基を含む置換基の導入>
カルボキシル基含有変性セルロースの製造方法は特に限定されないが、例えば、セルロース原料を変性するとともにカルボキシル基、又はカルボキシル基を含む置換基を導入することができる変性方法が挙げられる。斯かる変性方法は特に限定されないが、例えば、酸化、エーテル化、エステル化などが挙げられる。中でも酸化、カルボキシメチル化が好ましい。
<Introduction of substituents including carboxyl groups>
The method for producing the modified cellulose containing a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include a modification method capable of modifying a cellulose raw material and introducing a carboxyl group or a substituent containing a carboxyl group. Such a modification method is not particularly limited, and examples thereof include oxidation, etherification, and esterification. Of these, oxidation and carboxymethylation are preferable.

<セルロース原料>
セルロース原料の由来は、特に限定されないが、例えば、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)広葉樹未漂白サルファイトパルプ(LUSP)、広葉樹漂白サルファイトパルプ(LBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば、酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等が挙げられる。本発明で用いるセルロース原料は、これらのいずれかであってもよいし2以上の組み合わせであってもよいが、好ましくは植物又は微生物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)であり、より好ましくは植物由来のセルロース原料(例えば、セルロース繊維)である。
<Cellulose raw material>
The origin of the cellulose raw material is not particularly limited, but for example, plants (for example, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, farm waste, cloth, pulp (conifer unbleached kraft pulp (NUKP), conifer bleached kraft pulp (NBKP)). ), Hardwood unbleached kraft pulp (LUKP), broadleaf bleached kraft pulp (LBKP), conifer unbleached sulphite pulp (NUSP), conifer bleached sulphite pulp (NBSP) broadleaf unbleached sulphite pulp (LUSP), broadleaf bleached monkey Examples thereof include fight pulp (LBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, used paper, etc.), animals (for example, squirrels), algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (acetobacter)), and microbial products. The cellulose raw material used in the invention may be any one of these or a combination of two or more, but is preferably a pulp raw material derived from a plant or a microorganism (for example, cellulose fiber), and more preferably a plant. It is a derived cellulose raw material (for example, cellulose fiber).

<酸化>
酸化の方法は特に限定されないが、1つの例としては、N-オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で酸化剤を用いて水中で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、アルデヒド基と、カルボキシル基及びカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース原料の濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。
<Oxidation>
The method of oxidation is not particularly limited, but one example is oxidation 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. There is a way to do it. 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 a group selected from the group consisting of an aldehyde group and 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うる化合物をいう。N-オキシル化合物としては例えば、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 N-oxyl compound include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO). As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it is a compound that promotes the desired oxidation reaction.

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

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

酸化剤は、特に限定されないが、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、それらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷の少ないことから、次亜ハロゲン酸又はその塩が好ましく、次亜塩素酸又はその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムが更に好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上が更に好ましい。上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下が更に好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.5~500mmolが好ましく、0.5~50mmolがより好ましく、1~25mmolがさらに好ましく、3~25mmolが特に好ましい。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, perhalonic 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. 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 0.5 to 50 mmol, still more preferably 1 to 25 mmol, and particularly preferably 3 to 25 mmol with respect to 1 g of the dry cellulose. When the 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反応を効率よく進行する。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、反応温度は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が低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。 Conditions such as pH and temperature during the oxidation reaction are not particularly limited, and in general, the 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 reaction 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, as the oxidation reaction progresses, a carboxyl group is generated in the cellulose, so that the pH of the reaction solution tends to decrease. Therefore, in order to efficiently proceed the oxidation reaction, 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.

酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間以上である。上限は通常は6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5~6時間、例えば、0.5~4時間程度である。 The reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the degree of progress of oxidation, and is usually 0.5 hours or more. The upper limit is usually 6 hours or less, preferably 4 hours or less. Therefore, the reaction time in oxidation is usually about 0.5 to 6 hours, for example, 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、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。 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. Can be oxidized 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、グルコピラノース環の少なくとも2位及び6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾン処理は通常、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより行われる。 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 2-position and the 6-position of the glucopyranose ring 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.

気体中のオゾン濃度は、50g/m3以上であることが好ましい。上限は、250g/m3以下であることが好ましく、220g/m3以下であることがより好ましい。従って、気体中のオゾン濃度は、50~250g/m3であることが好ましく、50~220g/m3であることがより好ましい。オゾン添加量は、セルロース原料の固形分を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。 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 to 220 g / 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, based on 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, and more preferably 5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the cellulose raw material.

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、通常0~50℃であり、20~50℃であることが好ましい。オゾン処理時間は、通常は1分以上であり、好ましくは30分以上である。上限は通常360分以下である。従って、オゾン処理時間は、1~360分程度であり、30~360分程度が好ましい。 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 usually 0 to 50 ° C, preferably 20 to 50 ° C. The ozone treatment time is usually 1 minute or longer, preferably 30 minutes or longer. The upper limit is usually 360 minutes or less. Therefore, the ozone treatment time is about 1 to 360 minutes, preferably about 30 to 360 minutes.

オゾン処理の条件がこれらの範囲内であると、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。 When the ozone treatment conditions are within these ranges, 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結果物に対しさらに、酸化剤を用いて追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが、例えば、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物;酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。追酸化処理の方法としては例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、溶液中にセルロース原料を浸漬させる方法が挙げられる。 The result obtained after the ozone treatment may be further subjected to a postoxidation 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, persulfuric acid, 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 solution.

酸化によりセルロース原料を変性して得られるカルボキシル基含有変性セルロースナノファイバー(酸化セルロースナノファイバー)に含まれる、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の量は、好ましくは0.6mmol/g以上、より好ましくは0.8mmol/g以上、更に好ましくは1.0mmol/g以上である。上限は、好ましくは2.2mmol/g以下、より好ましくは2.0mmol/g以下、更に好ましくは1.8mmol/g以下である。従って、0.6mmol/g~2.2mmol/gが好ましく、0.8mmol/g~2.0mmol/gがより好ましく、1.0mmol/g~1.8mmol/gが更に好ましい。 The amount of carboxyl groups contained in the carboxyl group-containing modified cellulose nanofibers (cellulose oxide nanofibers) obtained by modifying the cellulose raw material by oxidation with respect to the absolute dry mass of the cellulose nanofibers is preferably 0.6 mmol / g or more. It is more preferably 0.8 mmol / g or more, still more preferably 1.0 mmol / g or more. The upper limit is preferably 2.2 mmol / g or less, more preferably 2.0 mmol / g or less, still more preferably 1.8 mmol / g or less. Therefore, 0.6 mmol / g to 2.2 mmol / g is preferable, 0.8 mmol / g to 2.0 mmol / g is more preferable, and 1.0 mmol / g to 1.8 mmol / g is further preferable.

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の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間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 the carboxyl group contained in the cellulose oxide nanofibers can be adjusted by controlling the amount of the oxidizing agent added and the reaction time described above.

カルボキシル基量の測定方法の一例を以下に説明する。酸化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mLを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定する。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出することができる:
カルボキシル基量〔mmol/g酸化セルロース又は酸化セルロースナノファイバー〕=a〔mL〕×0.05/酸化セルロース又は酸化セルロースナノファイバーの質量〔g〕
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, add a 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to adjust the pH to 2.5, and then add a 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution to bring the pH to 11. Measure the electrical conductivity until it becomes. 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 equation:
Amount of carboxyl group [mmol / g cellulose oxide or cellulose oxide nanofiber] = a [mL] × 0.05 / mass of cellulose oxide or cellulose oxide nanofiber [g]

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

マーセル化は通常、発底原料とマーセル化剤を混合して行う。マーセル化剤としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、0.7倍モル以上がより好ましく、0.8倍モル以上であることがさらに好ましい。上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい、従って、0.5~20倍モルが好ましく、0.7~10倍モルがより好ましく、0.8~5倍モルがさらに好ましい。 Mercerization is usually carried out by mixing a bottoming material and a mercerizing agent. Examples of the mercerizing agent include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerizing agent used is preferably 0.5 times mol or more, more preferably 0.7 times mol or more, and further preferably 0.8 times mol or more per anhydrous glucose residue of the bottoming material. The upper limit is usually 20 times or less, preferably 10 times or less, more preferably 5 times or less, and therefore preferably 0.5 to 20 times, more preferably 0.7 to 10 times, 0. .8 to 5 times the mole is more preferable.

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70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は、通常0~70℃、好ましくは10~60℃である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、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 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、セルロース原料のグルコース残基当たり通常は0.05倍モル以上が好ましく、0.5倍モル以上がより好ましく、0.7倍モル以上であることがさらに好ましい。上限は、通常10.0倍モル以下であり、5倍モル以下が好ましく、3倍モル以下がより好ましい、従って、好ましくは0.05~10.0倍モル、より好ましくは0.5~5倍モル、更に好ましくは0.7~3倍モルである。反応温度は、通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って反応温度は通常30~90℃、好ましくは40~80℃である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上である。上限は、通常は10時間以下、好ましくは4時間以下である。従って反応時間は、通常30分~10時間、好ましくは1時間~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 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 0.7 times or more per glucose residue of the cellulose raw material. The upper limit is usually 10.0 times mol or less, preferably 5 times mol or less, more preferably 3 times mol or less, and therefore preferably 0.05 to 10.0 times mol, more preferably 0.5 to 5 times. It is double mol, more preferably 0.7 to 3 times mol. The reaction temperature is usually 30 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, and the upper limit is usually 90 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C. The reaction time is usually 30 minutes or 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 hour to 4 hours. If necessary, the reaction solution may be stirred during the carboxylation reaction.

カルボキシメチル化により得られるカルボキシル基含有変性セルロースナノファイバー(カルボキシメチル化セルロースナノファイバー)中の無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上であることがさらに好ましい。上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下が更に好ましい。従って、カルボキシメチル基置換度は、0.01~0.50が好ましく、0.05~0.40がより好ましく、0.10~0.35が更に好ましい。 The degree of carboxymethyl substitution per anhydrous glucose unit in the carboxyl group-containing modified cellulose nanofiber (carboxymethylated cellulose nanofiber) obtained by carboxymethylation is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and 0. It is more preferably .10 or more. 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 group substitution is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, and even more preferably 0.10 to 0.35.

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方法としては例えば、次の方法が挙げられる:1)カルボキシメチル化セルロース繊維(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)を水素型CM化セルロースにする。3)水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで水素型CM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H2SO4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。 Examples of the method for measuring the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of the carboxymethylated cellulose nanofiber include the following methods: 1) Weighing approximately 2.0 g of the carboxymethylated cellulose fiber (absolutely dry), Place in a triangular flask with a 300 mL stopper. 2) Add 100 mL of a solution prepared by adding 100 mL of special grade concentrated nitrate to 1000 mL of methanol nitrate, and shake for 3 hours to convert the carboxymethyl cellulose salt (CM-modified cellulose) into hydrogen-type CM-modified cellulose. 3) Weigh 1.5 to 2.0 g of hydrogen-type CM-formed cellulose (absolutely dry) and put it in a 300 mL Erlenmeyer flask with a stopper. 4) Wet hydrogen-type CM-formed 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) The degree of carboxymethyl substitution (DS) is calculated by the following equation.

A=[(100×F×0.1-(0.1NのH2SO4)(mL)×F’)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F’:0.1NのH2SO4のファクター
F:0.1NのNaOHのファクター
A = [(100 x F x 0.1- (0.1 N H 2 SO 4 ) (mL) x F') x 0.1] / (absolute dry mass (g) of hydrogen-type CM-formed cellulose)
DS = 0.162 x A / (1-0.058 x A)
A: 1N NaOH amount (mL) required to neutralize 1 g of hydrogen-type CM-formed cellulose
F': 0.1N H 2 SO 4 factor F: 0.1N NaOH factor

上記の方法で得られた酸化セルロース及びカルボキシメチル化セルロースなどのカルボキシル基含有変性セルロースの洗浄方法としては、アルカリと塩を形成したまま洗浄する方法、酸を添加してカルボン酸にして洗浄する方法、有機溶剤を添加して不溶化して洗浄する方法等がある。ハンドリング性や収率等の点から、酸を添加してカルボン酸にして洗浄する方法が好ましい。なお、洗浄溶媒としては水が好ましい。pHの値を3に調整した洗浄溶液で酸洗して回収を行うと、カルボキシル基の対イオンがプロトンに置き換わり、金属イオンを除去することができる。 As a method for cleaning carboxyl group-containing modified cellulose such as oxidized cellulose and carboxymethylated cellulose obtained by the above method, a method for cleaning with an alkali and a salt formed, and a method for adding an acid to make a carboxylic acid for cleaning. , There is a method of adding an organic solvent to insolubilize and wash. From the viewpoint of handleability and yield, a method of adding an acid to make a carboxylic acid and washing is preferable. Water is preferable as the cleaning solvent. When recovery is performed by pickling with a washing solution having a pH value adjusted to 3, the counterion of the carboxyl group is replaced with a proton, and the metal ion can be removed.

カルボキシル基含有変性セルロースに含まれる金属イオン含有量は様々な分析方法で調べることができるが、電子線マイクロアナライザー(EPMA:Electron Probe MicroAnalyser)を用いたEPMA法、蛍光X線分析法の元素分析によって簡易的に調べることができる。
水分子の進入による膨潤を抑えるためには、カルボキシル基含有変性セルロース表面のカルボキシル基の対イオンの親水性を抑制することが必要となる。対イオンがNaの場合、水分子の進入により膨潤しやすい。そのため、極力Naの量は少ないほうが好ましい。
The metal ion content contained in the carboxyl group-containing modified cellulose can be investigated by various analysis methods, but by elemental analysis of the EPMA method and the fluorescent X-ray analysis method using an electron probe microanalyzer (EPMA). You can easily check it.
In order to suppress swelling due to the ingress of water molecules, it is necessary to suppress the hydrophilicity of the counterion of the carboxyl group on the surface of the carboxyl group-containing modified cellulose. When the counterion is Na, it tends to swell due to the entry of water molecules. Therefore, it is preferable that the amount of Na is as small as possible.

<解繊>
次に、カルボキシル基含有変性セルロースを微細化する工程について説明する。
酸洗したカルボキシル基含有変性セルロースを微細化する方法としては、まず、カルボキシル基含有変性セルロースを分散媒としての水に浸漬してからアルカリでpHの値を7以上12以下に調整する必要がある。このとき、アルカリとしてアンモニアなどのモノアミンを使用することで、カルボキシル基含有変性セルロース繊維に含まれる少なくとも一部のカルボキシル基が、モノアミンとイオン結合する。pHの値が7より低い値の場合、電気的な反発が起き難く、溶液は不透明である。pHの値を7以上12以下に調整して微細化すると、カルボキシル基の静電気的な反発からカルボキシル基含有セルロースがナノオーダーまで解繊され、溶液の透明性が上昇する。
<Defibration>
Next, a step of refining the carboxyl group-containing modified cellulose will be described.
As a method for refining the pickled carboxyl group-containing modified cellulose, it is first necessary to immerse the carboxyl group-containing modified cellulose in water as a dispersion medium and then adjust the pH value to 7 or more and 12 or less with an alkali. .. At this time, by using a monoamine such as ammonia as the alkali, at least a part of the carboxyl groups contained in the carboxyl group-containing modified cellulose fiber is ionically bonded to the monoamine. When the pH value is lower than 7, electrical repulsion is unlikely to occur and the solution is opaque. When the pH value is adjusted to 7 or more and 12 or less to make it finer, the carboxyl group-containing cellulose is defibrated to the nano-order from the electrostatic repulsion of the carboxyl group, and the transparency of the solution is increased.

<モノアミン>
カルボキシル基含有変性セルロースをモノアミンで処理する場合におけるモノアミンの種類は特に限定されるわけではないが、水系塗料組成物を加熱して水とモノアミンを系外に揮発させる工程を考慮すると、沸点が110℃以下のモノアミンが好ましい。モノアミンとしては、アンモニア、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n-プロピルアミン、ジプロピルアミン、イソプロピルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、N-エチルメチルアミン、N,N-ジエチルメチルアミン、n-ブチルアミン、イソブチルアミン、tert-ブチルアミン、n-アミルアミン、N-メチルペントリルアミン、イソアミルアミン、ネオペンチルアミン等があげられ、炭素数5以下のモノアルキルアミン、炭素数3以下のジアルキルアミン、炭素数2以下のトリアルキルアミンを用いることがより好ましい。
<Monoamine>
The type of monoamine when treating the carboxyl group-containing modified cellulose with monoamine is not particularly limited, but considering the step of heating the water-based paint composition to volatilize water and monoamine outside the system, the boiling point is 110. Monoamines below ° C are preferred. Examples of monoamines include ammonia, monomethylamine, dimethylamine, trimethylamine, monoethylamine, diethylamine, triethylamine, n-propylamine, dipropylamine, isopropylamine, N, N-dimethylethylamine, N-ethylmethylamine, N, N-. Examples thereof include diethylmethylamine, n-butylamine, isobutylamine, tert-butylamine, n-amylamine, N-methylpentrilamine, isoamylamine, neopentylamine, etc., monoalkylamine having 5 or less carbon atoms, and 3 or less carbon atoms. It is more preferable to use the dialkylamine of the above, or a trialkylamine having 2 or less carbon atoms.

カルボキシル基含有変性セルロースは、分散媒としての水に分散させた水分散液の状態で用いる。分散体中のカルボキシル基含有変性セルロースの固形分濃度は、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。 The carboxyl group-containing modified cellulose is used in the state of an aqueous dispersion dispersed in water as a dispersion medium. The solid content concentration of the carboxyl group-containing modified cellulose in the dispersion is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, and more preferably 0.3% by mass or more. As a result, the amount of the 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.

解繊に用いる装置は特に限定されないが例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧又は超高圧ホモジナイザーが好ましく、湿式の高圧又は超高圧ホモジナイザーがより好ましい。装置は、セルロース原料又は変性セルロース(通常は分散液)に強力なせん断力を印加できることが好ましい。装置が印加できる圧力は、50MPa以上が好ましく、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。装置は、セルロース原料又は変性セルロース(通常は分散液)に上記圧力を印加でき、かつ強力なせん断力を印加できる、湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーが好ましい。これにより、解繊を効率的に行うことができる。解繊装置での処理(パス)回数は、1回でもよいし2回以上でもよく、2回以上が好ましい。 The apparatus used for defibration is not particularly limited, and examples thereof include high-speed rotary type, colloidal mill type, high pressure type, roll mill type, ultrasonic type and the like, and a high pressure or ultrahigh pressure homogenizer is preferable, and a wet high pressure or wet type is used. An ultrahigh pressure homogenizer is more preferred. The apparatus preferably can apply a strong shearing force to the cellulose raw material or modified cellulose (usually a dispersion). The pressure that can be applied by the device is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, still more preferably 140 MPa or more. The apparatus is preferably a wet high-pressure or ultra-high pressure homogenizer capable of applying the above pressure to the cellulose raw material or modified cellulose (usually a dispersion) and applying a strong shearing force. As a result, defibration can be performed efficiently. The number of treatments (passes) in the defibrator may be once, twice or more, and preferably twice or more.

解繊処理と分散処理の順序は特に限定されず、どちらを先に行ってもよいし同時に行ってもよいが、分散処理後に解繊処理を行うことが好ましい。各処理の組み合わせを少なくとも1回行えばよく、2回以上繰り返してもよい。 The order of the defibration treatment and the dispersion treatment is not particularly limited, and either of them may be performed first or at the same time, but it is preferable to perform the defibration treatment after the dispersion treatment. The combination of each process may be performed at least once, and may be repeated twice or more.

解繊処理又は分散処理に先立ち、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 the defibration treatment or the dispersion treatment, a preliminary treatment may be performed as necessary. Pretreatment may be performed using a mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer.

<多価アミン>
本発明に用いる多価アミンの種類は特に限定されるわけではないが、2価~6価のアミンが好ましい。2価アミンとしては、1,2-エチレンジアミン(以下、「1,2-エタンジアミン」ということがある)、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン(以下、「テトラメチレンジアミン」ということがある)、1,5-ペンタンジアミン(以下、「ペンタメチレンジアミン」ということがある)、1,6-ヘキサンジアミン(以下、「ヘキサメチレンジアミン」ということがある)、1,7-ヘプタンジアミン(以下、「ヘプタメチレンジアミン」ということがある)、1,8-オクタンジアミン(以下、「オクタメチレンジアミン」ということがある)、1,9-ノナンジアミン(以下、「ノナメチレンジアミン」ということがある)、1,8-ジアミノ-3,6-ジオキサオクタン、α,ω-ポリエーテルジアミン等があげられ、3価アミンとしては、トリス(2-アミノエチル)アミン、ジエチレントリアミン(「2,2’-ジアミノジエチルアミン」ということがある)、4価アミンとしては、トリエチレンテトラミン(「N,N’-ジ(2-アミノエチル)エチレンジアミン」ということがある。)、5価アミンとしては、テトラエチレンペンタミン(「1,4,7,10-ペンタアザトリデカン」ということがある)、6価アミンとしては、ペンタエチレンヘキサミン(「1,4,7,10,13,16-ヘキサアザヘキサデカン」ということがある)等があげられる。分子鎖の長さの観点から、1,4-ブタンジアミンのような両末端アミノ基間のC,O,Nからなる分子鎖長4以上のアミンが好ましく、1,6-ヘキサンジアミンのような6以上のアミンがより好ましく用いられる。
<Multivalent amine>
The type of polyvalent amine used in the present invention is not particularly limited, but divalent to hexavalent amines are preferable. Examples of the divalent amine include 1,2-ethylenediamine (hereinafter, may be referred to as "1,2-ethanediamine"), 1,3-propanediamine, and 1,4-butanediamine (hereinafter, "tetramethylenediamine"). (Sometimes), 1,5-pentanediamine (hereinafter sometimes referred to as "pentamethylenediamine"), 1,6-hexanediamine (hereinafter sometimes referred to as "hexamethylenediamine"), 1,7-heptane Diamine (hereinafter sometimes referred to as "heptamethylenediamine"), 1,8-octanediamine (hereinafter sometimes referred to as "octamethylenediamine"), 1,9-nonanediamine (hereinafter referred to as "nonamethylenediamine") , 1,8-Diamino-3,6-dioxaoctane, α, ω-polyetherdiamine and the like, and examples of trivalent amines include tris (2-aminoethyl) amine and diethylenetriamine (“2,” (Sometimes referred to as "2'-diaminodiamine")) The tetravalent amine is triethylenetetramine (sometimes referred to as "N, N'-di (2-aminoethyl) ethylenediamine"), and the pentavalent amine is Tetraethylenepentamine (sometimes referred to as "1,4,7,10-pentaazatridecane"), and as a hexavalent amine, pentaethylenehexamine ("1,4,7,10,13,16-hexaaza") Hexamethylene ") and the like. From the viewpoint of the length of the molecular chain, an amine having a molecular chain length of 4 or more consisting of C, O, and N between both terminal amino groups such as 1,4-butanediamine is preferable, and an amine having a molecular chain length of 4 or more is preferable, such as 1,6-hexanediamine. More than 6 amines are more preferably used.

本発明の水系塗料組成物に用いられる多価アミンの配合割合は、塗膜の強度を維持できる観点から、変性セルロースナノファイバーの置換基量に対して、10~70%mol当量であることが好ましく、25~50%mol当量であることがより好ましい。

The compounding ratio of the polyvalent amine used in the water-based coating composition of the present invention is 10 to 70% mol equivalent with respect to the amount of substituents of the modified cellulose nanofibers from the viewpoint of maintaining the strength of the coating film. It is preferably 25 to 50% mol equivalent , more preferably.

<水系溶媒>
水系溶媒の種類は特に限定されるわけではないが、水、水溶性有機溶媒、あるいはこれらの混合溶媒であることが好ましい。変性セルロースの分散性を考慮すると、水系溶媒としては水、または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒が好ましい。水系溶媒が水である場合は、前述のとおりに調製した変性セルロースナノファイバーの水分散液をそのまま用いることができる。あるいは当該水分散液にろ過処理等を行い濃縮された水分散液としてもよい。
<Aqueous solvent>
The type of the aqueous solvent is not particularly limited, but water, a water-soluble organic solvent, or a mixed solvent thereof is preferable. Considering the dispersibility of the modified cellulose, water or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent is preferable as the aqueous solvent. When the aqueous solvent is water, the aqueous dispersion of the modified cellulose nanofibers prepared as described above can be used as it is. Alternatively, the water dispersion may be concentrated by filtering the water dispersion.

水系溶媒を混合溶媒とする場合は、前述のとおりに調製した変性セルロースの水分散液に水溶性有機溶媒を添加する、あるいは水分散液の一部を水溶性有機溶媒に置換すればよい。置換は、前記変性セルロースの水分散液から水を乾燥またはろ過等により除去し、濃縮された水分散液または化学変性セルロースのウェットケーキを得て、これに水溶性有機溶媒を添加するなどして行うことができる。 When the aqueous solvent is used as the mixed solvent, the water-soluble organic solvent may be added to the aqueous dispersion of the modified cellulose prepared as described above, or a part of the aqueous dispersion may be replaced with the water-soluble organic solvent. For substitution, water is removed from the aqueous dispersion of the modified cellulose by drying or filtration to obtain a concentrated aqueous dispersion or a wet cake of chemically modified cellulose, and a water-soluble organic solvent is added thereto. It can be carried out.

水溶性有機溶媒とは、水に溶解する有機溶媒である。その例として、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、グリセリン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4-ジオキサン、N-メチル-2-ピロリドン、テトラヒドロフラン(THF)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、コハク酸メチルトリグリコールジエステル、酢酸およびこれらの組合せ等が挙げられる。中でもメタノール、エタノール、2-プロパノール等の炭素数が1~4の低級アルコールが好ましく、安全性および入手容易性の観点から、メタノール、エタノール、2-プロパノールがより好ましく、塗料安定性の観点から沸点が高めのエタノール、2-プロパノールがさらに好ましい。 The water-soluble organic solvent is an organic solvent that dissolves in water. Examples are methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, glycerin, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, N-methyl-2-pyrrolidone, tetrahydrofuran (THF), N, N-dimethylformamide (DMF), N. , N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, methyltriglycoldiester succinate, acetic acid and combinations thereof. Among them, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol and 2-propanol are preferable, methanol, ethanol and 2-propanol are more preferable from the viewpoint of safety and availability, and boiling point is obtained from the viewpoint of paint stability. Higher ethanol and 2-propanol are more preferable.

前記混合溶媒中の水溶性有機溶媒の量は、10質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましい。当該量の上限は限定されないが95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましい。また、発明の効果を損なわない程度で、当該水系溶媒は非水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。 The amount of the water-soluble organic solvent in the mixed solvent is preferably 10% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, still more preferably 70% by mass or more. The upper limit of the amount is not limited, but is preferably 95% by mass or less, and more preferably 90% by mass or less. Further, the aqueous solvent may contain a water-insoluble organic solvent to the extent that the effect of the invention is not impaired.

<バインダー成分>
本発明の水系塗料組成物に含まれる変性セルロースナノファイバーは、バインダーとしての機能を有するが、本発明の水系塗料組成物には、変性セルロースナノファイバー以外のバインダー成分を含んでいても良い。本発明において、必要に応じて用いられるバインダー成分の種類は特に限定されるわけではないが、例えば、水溶性の樹脂、ディスパージョン、エマルション、ミクロゲル等の形態を有する樹脂が使用できる。さらに具体的に上記水溶性の樹脂を例示すると、アクリル系樹脂、アルキド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニル系樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。水溶性の樹脂としては、ポリウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂を用いることが好ましい。
<Binder component>
The modified cellulose nanofibers contained in the water-based coating composition of the present invention have a function as a binder, but the water-based coating composition of the present invention may contain a binder component other than the modified cellulose nanofibers. In the present invention, the type of binder component used as needed is not particularly limited, but for example, a resin having a form such as a water-soluble resin, a dispersion, an emulsion, or a microgel can be used. More specifically, the water-soluble resin is exemplified as acrylic resin, alkyd resin, polyester resin, polyurethane resin, acrylic urethane resin, fluororesin, epoxy resin, epoxy acrylate resin, phenol resin, melamine resin, vinyl resin. Examples thereof include resins, polyamide resins, and cellulose-based resins. As the water-soluble resin, it is preferable to use a polyurethane resin or an acrylic urethane resin.

変性セルロースナノファイバー以外のバインダー成分を用いる場合における、水系塗料組成物中のバインダー成分の配合割合は、変性セルロースナノファイバーに対して、0~100質量%が好ましく、0~55質量%がより好ましい。 When a binder component other than the modified cellulose nanofibers is used, the blending ratio of the binder component in the water-based coating composition is preferably 0 to 100% by mass, more preferably 0 to 55% by mass, based on the modified cellulose nanofibers. ..

<防腐剤>
なお、本発明の水系塗料組成物には、上記変性セルロースナノファイバー、多価アミン、水系溶媒、および必要に応じて用いられるバインダー成分とともに、防腐剤を用いてもよい。
<Preservative>
In the water-based coating composition of the present invention, a preservative may be used together with the above-mentioned modified cellulose nanofibers, polyvalent amine, water-based solvent, and a binder component used as necessary.

上記防腐剤としては特に限定されるわけではないが、例えば、メチルパラベン、エチルパラベン、有機窒素硫黄系化合物、ハロアリルスルホン化合物、ヨードプロパルギル化合物、イソチアゾリン系化合物、フェノール系化合物、トリアジン系化合物、プロパンー1,2-ジオール等があげられ、単独でもしくは二種以上併せて用いられる。 The preservative is not particularly limited, but is not particularly limited, for example, methylparaben, ethylparaben, organic nitrogen sulfur-based compound, haloallyl sulfone compound, iodopropargyl compound, isothiazoline-based compound, phenol-based compound, triazine-based compound, propane-1. , 2-diol, etc., and may be used alone or in combination of two or more.

防腐剤を用いる場合における、水系塗料組成物中の防腐剤の配合割合は、変性セルロースナノファイバーとバインダー成分の合計質量に対して、0.001~5質量%であることが好ましい。 When a preservative is used, the blending ratio of the preservative in the water-based coating composition is preferably 0.001 to 5% by mass with respect to the total mass of the modified cellulose nanofibers and the binder component.

<レオロジーコントロール剤>
本発明の水系塗料組成物は、レオロジーコントロール剤を含有してもよい。レオロジーコントロール剤は、粘性を上昇させたり下降させたりするときに用いられたり、表面エネルギーを下げて、基材への濡れ性付与、接着性付与、表面に平滑性を付与する役割がある。
<Rheology control agent>
The water-based coating composition of the present invention may contain a rheology control agent. The rheology control agent is used to increase or decrease the viscosity, or has a role of lowering the surface energy to impart wettability to the substrate, imparting adhesiveness, and imparting smoothness to the surface.

レオロジーコントロール剤としては、例えば、アルカリ可溶型ポリ(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリル酸エステル共重合体などのアルカリ可溶型レオロジーコントロール剤;ポリエーテルウレタン会合基変性体などのウレタン会合型レオロジーコントロール剤;カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース誘導体系レオロジーコントロール剤;水溶性ケイ酸アルミニウムなどのケイ酸塩、モンモリロナイト、コロイド状アルミナなどの無機系レオロジーコントロール剤;カゼイン、カゼイン酸ナトリウム、カゼイン酸アンモニウムなどのタンパク質系レオロジーコントロール剤;アルギン酸ナトリウムなどのアルギン酸系レオロジーコントロール剤;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニル-ベンジルエーテル共重合体などのポリビニル系レオロジーコントロール剤;ポリアクリル酸ナトリウム、アルカリ可溶型ポリ(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリル酸エステル共重合体などのポリアクリル酸系レオロジーコントロール剤;プルロニックポリエーテル、ポリエーテルジアルキルエステル、ポリエーテルジアルキルエーテル、ポリエーテルウレタン会合基変性体、ポリエーテルエポキシ変性体などのポリエーテル系レオロジーコントロール剤;ビニルメチルエーテル-無水マレイン酸共重合体の部分エステル、乾性油脂肪酸アリルアルコールエステルと無水マレイン酸との反応物の半エステルなどの無水マレイン酸共重合体系レオロジーコントロール剤;ポリシロキサン系レオロジーコントロール剤;フッ素系レオロジーコントロール剤、アセチレングリコール、キサンタンガム、ザンタンガム、デンプンなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 Examples of the leology control agent include an alkali-soluble poly (meth) acrylic acid- (meth) acrylic acid ester copolymer and other alkali-soluble leology control agents; Leology control agent; Cellulosyl derivative-based leology control agent such as carboxylmethylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose; Inorganic reology control agent such as silicate such as water-soluble aluminum silicate, montmorillonite, colloidal alumina; casein, sodium caseite, Protein-based rehology control agents such as ammonium caseeate; Alginic acid-based rehology control agents such as sodium alginate; Polyvinyl-based reology control agents such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, and polyvinyl-benzyl ether copolymers; Sodium polyacrylate, alkali-soluble Polyacrylic acid-based rheology control agents such as type poly (meth) acrylic acid- (meth) acrylic acid ester copolymer; pluronic polyether, polyether dialkyl ester, polyether dialkyl ether, polyether urethane association group modified product, poly Polyether-based rheology control agents such as ether epoxy modified products; partial esters of vinyl methyl ether-maleic anhydride copolymers, semi-esters of allyl alcohol esters of dry oil fatty acids and maleic anhydrides, etc. Polymerization system Leology control agent; Polysiloxane type leology control agent; Fluorine type leology control agent, acetylene glycol, xanthan gum, zantane gum, starch and the like, but the present invention is not limited to such examples.

レオロジーコントロール剤を用いる場合における、水系塗料組成物中のレオロジーコントロール剤の配合割合は、変性セルロースナノファイバーとバインダー成分の合計質量に対して、0.01~10質量%であることが好ましく、0.01~5質量%であることがより好ましい。 When the rheology control agent is used, the blending ratio of the rheology control agent in the water-based coating composition is preferably 0.01 to 10% by mass with respect to the total mass of the modified cellulose nanofibers and the binder component, and is 0. It is more preferably 0.01 to 5% by mass.

<水系塗料組成物>
本発明の水系塗料組成物における各成分の配合割合は特に限定はされないが、変性セルロースナノファイバー配合量を100質量%としたときに、バインダー成分の配合割合は、バリア性の観点から、好ましくは0~100質量%、より好ましくは0~55質量%であり、また、水系塗料組成物の全体を100質量%としたときに、変性セルロースナノファイバーの配合量は、変性セルロースナノファイバーの分散安定性の観点から、0.5~30質量%が好ましい。
<Water-based paint composition>
The blending ratio of each component in the water-based coating composition of the present invention is not particularly limited, but when the blending amount of the modified cellulose nanofibers is 100% by mass, the blending ratio of the binder component is preferably from the viewpoint of barrier properties. When the content is 0 to 100% by mass, more preferably 0 to 55% by mass, and the total amount of the water-based coating composition is 100% by mass, the blending amount of the modified cellulose nanofibers is stable in dispersion of the modified cellulose nanofibers. From the viewpoint of sex, 0.5 to 30% by mass is preferable.

本発明の水系塗料組成物中においては、変性セルロースナノファイバーのカルボキシル基がモノアミンとイオン結合している状態では、変性セルロースナノファイバーのカルボキシル基は、系内の多価アミンと反応しない。そのため、得られる水系塗料組成物のポットライフおよびシェルライフを長い期間とすることができる。なお、変性セルロースナノファイバーがモノアミンと結合していない場合は、多価アミンを加えることにより、変性セルロースナノファイバーと多価アミンが反応し、架橋してしまうため、塗料組成物として基材に塗布することが困難となる。 In the water-based coating composition of the present invention, the carboxyl group of the modified cellulose nanofiber does not react with the polyvalent amine in the system when the carboxyl group of the modified cellulose nanofiber is ionically bonded to the monoamine. Therefore, the pot life and shell life of the obtained water-based paint composition can be extended. If the modified cellulose nanofibers are not bound to monoamine, the modified cellulose nanofibers react with the polyvalent amine and crosslink by adding the polyvalent amine, so that the modified cellulose nanofibers are applied to the base material as a coating composition. It becomes difficult to do.

本発明の水系塗料組成物は、加熱して水とアンモニアなどのモノアミンが系外に揮発すると、変性セルロースナノファイバーのカルボキシル基が多価アミンと反応して、塩となり、架橋される。さらに加熱されることで、アミド結合が生成し強固に架橋される。この反応により、本発明の水系塗料組成物を用いて得られる乾燥後のフィルムは、耐溶剤性および高湿度下でのガスバリア性が向上するとともに、高湿度下での耐水性が飛躍的に向上する。 In the water-based coating composition of the present invention, when water and monoamines such as ammonia volatilize outside the system by heating, the carboxyl group of the modified cellulose nanofibers reacts with the polyvalent amine to form a salt and crosslink. Further heating results in the formation of amide bonds and strong cross-linking. By this reaction, the dried film obtained by using the water-based coating composition of the present invention has improved solvent resistance and gas barrier property under high humidity, and dramatically improved water resistance under high humidity. do.

本発明の水系塗料組成物は、上記したバインダー成分、変性セルロースナノファイバー、多価アミン、および水系溶媒を含む成分をひとつに混合した1液型の水系塗料組成物としてもよいし、上記した成分の内、変性セルロースナノファイバー成分と多価アミン成分とを別に分けて、使用時に混合するタイプの2液型の水系塗料組成物としてもよい。 The water-based paint composition of the present invention may be a one-component water-based paint composition in which a component containing the above-mentioned binder component, modified cellulose nanofibers, polyvalent amine, and water-based solvent is mixed into one, or the above-mentioned component. Of these, the modified cellulose nanofiber component and the polyvalent amine component may be separately separated and mixed at the time of use as a two-component water-based paint composition.

本発明の水系塗料組成物は、用いる変性セルロースナノファイバーが、モノアミンとイオン結合しているため、系内の多価アミンと反応しない。したがって、1液型の水系塗料組成物とした場合であっても、シェルライフを長いものとすることができる。 In the water-based coating composition of the present invention, the modified cellulose nanofibers used do not react with the polyvalent amine in the system because they are ionically bonded to the monoamine. Therefore, even when a one-component water-based paint composition is used, the shell life can be extended.

なお、本発明の水系塗料組成物には、本発明の課題を解決できる種類及び量の範囲内において、公知の充填剤、顔料等の着色剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、耐水化剤(シランカップリング剤等)、粘土鉱物(モンモリロナイト等)、架橋剤(エポキシ基、イソシアネート基等の反応性官能基を有する添加剤)、金属塩、コロイダルシリカ、アルミナゾル、酸化チタン等を配合することができる。 The water-based paint composition of the present invention includes known fillers, colorants such as pigments, ultraviolet absorbers, antistatic agents, and water resistant agents (within the range of types and amounts that can solve the problems of the present invention. Silane coupling agents, etc.), clay minerals (montmorillonite, etc.), cross-linking agents (additives having reactive functional groups such as epoxy groups and isocyanate groups), metal salts, colloidal silica, alumina sol, titanium oxide, etc. may be blended. can.

<水系塗料組成物の用途>
本発明の水系塗料組成物は、結合剤組成物(水系結合剤組成物)である。
<Use of water-based paint composition>
The water-based coating composition of the present invention is a binder composition (water-based binder composition).

水系結合剤組成物は、基材表面に用いるコート剤、表面補強剤、傷つき防止剤、防錆顔料・汚損防止剤・表面保護剤、防汚処理剤、防曇剤、帯電防止剤としての用途や、その添加剤、及び各種塗料の結合剤や添加剤として使用することができる。基材となる成形体は、所望形状及び大きさのフィルム、シート、織布、不織布等の薄状物、各種形状及び大きさの箱やボトル等の立体容器等を用いることができる。これらの成形体は、紙、板紙、プラスチック、金属(多数の穴の開いたものや金網状のもので、主として補強材として使用されるもの)又これらの複合体等からなるものを用いることができ、それらの中でも、紙、板紙等の植物由来材料、生分解性プラスチック等の生分解性材料又はバイオマス由来材料にすることが好ましい。基材となる成形体は、同一又は異なる材料(例えば接着性やぬれ性向上剤)の組み合わせからなる多層構造にすることもできる。 The water-based binder composition is used as a coating agent, a surface reinforcing agent, a scratch inhibitor, a rust preventive pigment / stain inhibitor / surface protectant, an antifouling treatment agent, an antifogging agent, and an antistatic agent used on the surface of a base material. It can be used as an additive thereof, and as a binder or additive for various paints. As the molded body as the base material, thin materials such as films, sheets, woven fabrics and non-woven fabrics having a desired shape and size, and three-dimensional containers such as boxes and bottles of various shapes and sizes can be used. As these molded bodies, paper, paperboard, plastic, metal (those with many holes or wire mesh-like ones mainly used as reinforcing materials), or composites thereof may be used. Among them, it is preferable to use a plant-derived material such as paper or paperboard, a biodegradable material such as biodegradable plastic, or a biomass-derived material. The molded product as the base material may have a multi-layer structure composed of the same or a combination of different materials (for example, an adhesiveness or wettability improving agent).

基材としてプラスチックを用いる場合、用途に応じてその種類を適宜選択することができるが、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンおよび環状ポリオレフィン、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン6/10、ナイロン6/12等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、脂肪族ポリエステル、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート等のポリエステル、セルロース等のセロハン、三酢酸セルロース(TAC)等から選ばれる1又は2以上を用いることができる。 When plastic is used as the base material, the type thereof can be appropriately selected depending on the intended use, such as polyethylene, polypropylene and other polyolefins and cyclic polyolefins, nylon 6, nylon 66, nylon 6/10, nylon 6/12 and the like. Polyester, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, aliphatic polyester, polylactic acid (PLA), polycaprolactone, polyester such as polybutylene succinate, cellophane such as cellulose, cellulose triacetate (TAC), etc. 1 or Two or more can be used.

基材となる成形体の厚みは特に制限されるものではなく、用途に応じた強度が得られるように適宜選択すればよく、例えば、1~1000μmの範囲にすることができる。この基材としては、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤等の公知の添加剤を含有したものを使用することができる。また、表面に、コロナ処理、エキシマ光処理、アンカーコート処理等の表面改質を行い、その表面に形成される複合被膜との密着性を向上させたものも使用することができる。 The thickness of the molded product as the base material is not particularly limited, and may be appropriately selected so as to obtain strength according to the intended use, and can be, for example, in the range of 1 to 1000 μm. As the base material, a material containing known additives such as an antistatic agent, an ultraviolet absorber, a plasticizer, a lubricant, and a colorant can be used. Further, a surface modified by corona treatment, excimer light treatment, anchor coating treatment or the like to improve the adhesion to the composite coating formed on the surface can also be used.

本発明の水系塗料組成物を用いた塗工フィルムの製造方法としては、以下に限定されるものではないが、例えば、コンマコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター、ディップコーター、スロットダイ・コーター、スプレーコーティングなどの公知の塗工方法を用いて、基材としてのフィルムに水系塗料組成物を塗布し、水系塗料組成物が塗布されたフィルムを加熱することにより乾燥して、基材のフィルム上に水系塗料組成物由来の塗膜が形成された塗工フィルムを製造することができる。塗膜の乾燥手段としては、例えば、電気乾燥炉(自然対流式又は強制対流式)、熱風循環式の乾燥炉、遠赤外線による加熱と熱風循環を併用した乾燥炉、加熱しながら減圧できる減圧乾燥炉を用いた方法等を採用することができる。ここで、本発明において、乾燥後の塗膜の厚みは特に制限されるものではなく、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、0.02~100μmの範囲にすることができる。 The method for producing a coating film using the water-based coating composition of the present invention is not limited to the following, and is, for example, a comma coater, a roll coater, a reverse roll coater, a gravure coater, a micro gravure coater, and a knife coater. , Bar coater, wire bar coater, die coater, dip coater, slot die coater, spray coating, etc. The film coated with the coating material can be dried by heating to produce a coating film in which a coating film derived from the water-based coating composition is formed on the film of the base material. As means for drying the coating film, for example, an electric drying oven (natural convection type or forced convection type), a hot air circulation type drying oven, a drying oven using both far infrared heating and hot air circulation, and vacuum drying that can reduce the pressure while heating. A method using a furnace or the like can be adopted. Here, in the present invention, the thickness of the coating film after drying is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended use, and can be, for example, in the range of 0.02 to 100 μm.

加熱を行う場合における加熱温度は、フィルムに塗布された水系塗料組成物から水系溶媒およびモノアミンを十分に揮発させることができる観点から、110~200℃が好ましく、120~180℃がより好ましい。また、加熱時間は、基材保護の観点から、1~60分が好ましく、2~30分がより好ましい。 The heating temperature in the case of heating is preferably 110 to 200 ° C., more preferably 120 to 180 ° C. from the viewpoint that the water-based solvent and the monoamine can be sufficiently volatilized from the water-based coating composition applied to the film. The heating time is preferably 1 to 60 minutes, more preferably 2 to 30 minutes from the viewpoint of protecting the base material.

本発明の水系塗料組成物は、さらに自立フィルムの製造においても、好適に使用される。自立フィルムの製造方法としては、以下に限定されるものではないが、例えば、コンマコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター、ディップコーター、スロットダイ・コーター、スプレーコーティング、などの公知の塗工方法を用いて、支持体としてのフィルム、乾燥ドラム、乾燥ベルト等に塗布し、フィルムに塗布した場合は、乾燥ゾーンにて加熱して乾燥した後、塗膜を剥離して連続フィルムとしての自立フィルムを得ることができる。また、乾燥ドラム、乾燥ベルトに塗布した場合は、加熱して乾燥した後に塗膜を剥離して連続フィルムとしての自立フィルムを得ることができる。 The water-based coating composition of the present invention is also suitably used in the production of self-supporting films. The method for producing a self-supporting film is not limited to the following, but for example, a comma coater, a roll coater, a reverse roll coater, a gravure coater, a micro gravure coater, a knife coater, a bar coater, a wire bar coater, a die coater, and the like. It is applied to a film as a support, a drying drum, a drying belt, etc. using a known coating method such as a dip coater, a slot die coater, or a spray coating, and when applied to the film, it is heated in a drying zone. After drying, the coating film can be peeled off to obtain a self-supporting film as a continuous film. Further, when applied to a drying drum or a drying belt, the coating film can be peeled off after being heated and dried to obtain a self-supporting film as a continuous film.

自立フィルムの製造における加熱温度および加熱時間は、塗工フィルムの製造における温度と時間と同様にすればよい。 The heating temperature and heating time in the production of the self-supporting film may be the same as the temperature and time in the production of the coated film.

ここで、本発明において、自立フィルムの厚みは特に制限されるものではなく、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、2~200μmの範囲にすることができる。 Here, in the present invention, the thickness of the self-supporting film is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended use, and may be, for example, in the range of 2 to 200 μm.

本発明の水系塗料組成物は、フィルムより厚みの大きい板状物の製造に用いてもよい。板状物は、基材となる成形体と一体となっていてもよく、加熱して乾燥した後に基材を剥離したものであってもよい。板状物を形成する場合の乾燥後の板の厚みは特に制限されるものではなく、例えば、500~3,000μmの範囲にすることができる。 The water-based coating composition of the present invention may be used for producing a plate-like material having a thickness larger than that of a film. The plate-shaped material may be integrated with a molded body as a base material, or may be a material in which the base material is peeled off after being heated and dried. The thickness of the plate after drying when forming a plate-like material is not particularly limited, and can be, for example, in the range of 500 to 3,000 μm.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各実施例における各数値の測定/算出方法が特に記載されていない場合には、明細書中に記載されている方法により測定/算出されたものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. When the method for measuring / calculating each numerical value in each embodiment is not particularly described, the method is measured / calculated by the method described in the specification.

〔製造例1〕
針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)500g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)1.95g(絶乾1gのセルロースに対し0.025mmol)と臭化ナトリウム51.4g(絶乾1gのセルロースに対し1mmol)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。反応後の混合物に塩酸を添加し、pHを2.4にした後、ガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水洗することで酸化されたパルプ(酸化(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。
[Manufacturing Example 1]
500 g (absolutely dry) of bleached unbeaten kraft pulp (whiteness 85%) derived from coniferous trees, 1.95 g (0.025 mmol for 1 g of absolute dry cellulose) and 51.4 g (sodium bromide) of TEMPO (Sigma Aldrich). It was added to 500 mL of an aqueous solution in which 1 mmol) was dissolved in 1 g of absolute dry 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, 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. Hydrochloric acid is added to the mixture after the reaction to adjust the pH to 2.4, then filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp is thoroughly washed with water to obtain oxidized pulp (oxidized (carboxylated) cellulose). Obtained. 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.

上記の工程で得られた変性パルプを水で1.0%(w/v)に調整し、アンモニアでpHを8に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で3回処理して、カルボキシルイオンがアンモニウムイオンとイオン結合した置換基を含有するセルロースナノファイバー1(CNF1)の水分散液を得た。 The modified pulp obtained in the above step was adjusted to 1.0% (w / v) with water, the pH was adjusted to 8 with ammonia, and treated with an ultrahigh pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) three times. An aqueous dispersion of cellulose nanofiber 1 (CNF1) containing a substituent in which carboxyl ion was ionically bonded to ammonium ion was obtained.

〔製造例2〕
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253g、水酸化ナトリウムを乾燥質量で56.3g(パルプのグルコース残基当たり0.9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分間撹拌した後にモノクロロ酢酸ナトリウムを127g(パルプのグルコース残基当たり0.7倍モル)添加した。30分間撹拌した後に、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。
[Manufacturing Example 2]
In a stirrer capable of mixing pulp, 253 g of pulp (NBKP (coniferous bleached kraft pulp), manufactured by Nippon Paper Industries) by dry mass and 56.3 g of sodium hydroxide by dry mass (0.9 per glucose residue of pulp). (Double mol) 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, 127 g (0.7 times mol per glucose residue of pulp) of sodium monochloroacetate 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.

上記の工程で得られた変性パルプを水で1.0%(w/v)に調整し、アンモニアでpHを8に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150Mpa)で3回処理して、カルボキシルイオンがアンモニウムイオンとイオン結合した置換基を含有するセルロースナノファイバー2(CNF2)の水分散液を得た。 The modified pulp obtained in the above step was adjusted to 1.0% (w / v) with water, the pH was adjusted to 8 with ammonia, and treated with an ultrahigh pressure homogenizer (20 ° C., 150 MPa) three times. An aqueous dispersion of cellulose nanofiber 2 (CNF2) containing a substituent in which carboxyl ion was ionically bonded to ammonium ion was obtained.

〔製造例3~22〕
pH調整に使用する薬品をアンモニアから表1に示すモノアミンに変更した以外は、製造例1と同様にしてセルロースナノファイバー3~22(CNF3~22)の水分散液を得た。
[Manufacturing Examples 3 to 22]
An aqueous dispersion of cellulose nanofibers 3 to 22 (CNF3 to 22) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the chemical used for pH adjustment was changed from ammonia to the monoamine shown in Table 1.

〔製造例23〕
pH調整に使用する薬品をアンモニアから水酸化ナトリウムに変更した以外は、製造例1と同様にしてセルロースナノファイバー23(CNF23)の水分散液を得た。
[Manufacturing Example 23]
An aqueous dispersion of cellulose nanofibers 23 (CNF23) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the chemical used for pH adjustment was changed from ammonia to sodium hydroxide.

Figure 0007014585000001
Figure 0007014585000001

<水系塗料組成物の作製>
〔実施例1〕
製造例1で作製したセルロースナノファイバー1を固形分換算値で1質量部、ヘキサメチレンジアミンを固形分換算値で0.1部添加し、最終組成物における溶媒の成分比が2-プロパノール/水=30/70になるように2-プロパノールと水を加え、全体を100質量部とした。次に、ホモミキサーを用いて、12000rpmで15分間混合して、水系塗料組成物を得た。
<Preparation of water-based paint composition>
[Example 1]
1 part by mass of the cellulose nanofiber 1 produced in Production Example 1 and 0.1 part by mass of hexamethylenediamine in terms of solid content were added, and the component ratio of the solvent in the final composition was 2-propanol / water. 2-Propanol and water were added so that = 30/70, and the whole was made 100 parts by mass. Next, using a homomixer, mixing was performed at 12000 rpm for 15 minutes to obtain a water-based paint composition.

〔実施例2~18〕
セルロースナノファイバー1をセルロースナノファイバー2~18に変更した以外は、実施例1と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Examples 2 to 18]
A water-based coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofiber 1 was changed to the cellulose nanofibers 2 to 18.

〔実施例19~31〕
ヘキサメチレンジアミンを表2に示す多価アミンとそれぞれの添加量に変更した以外は、実施例1と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Examples 19 to 31]
A water-based coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that hexamethylenediamine was changed to the polyvalent amine shown in Table 2 and the respective addition amounts.

〔比較例1〕
ヘキサメチレンジアミンを加えなかった以外は、実施例1と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Comparative Example 1]
A water-based paint composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that hexamethylenediamine was not added.

〔比較例2〕
セルロースナノファイバー1を、セルロースナノファイバー23に変更した以外は、実施例1と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Comparative Example 2]
A water-based coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofiber 1 was changed to the cellulose nanofiber 23.

〔比較例3~6〕
セルロースナノファイバー1を、セルロースナノファイバー19~22に変更した以外は、実施例1と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Comparative Examples 3 to 6]
A water-based coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cellulose nanofiber 1 was changed to the cellulose nanofibers 19 to 22.

〔比較例7〕
ヘキサメチレンジアミン0.1部添加を、1,2-エタンジアミン0.05部添加に変更した以外は、実施例1と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Comparative Example 7]
A water-based coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.1 part of hexamethylenediamine was changed to 0.05 part of 1,2-ethanediamine.

〔比較例8〕
ヘキサメチレンジアミン0.1部添加を、ピペリジン0.07部添加に変更した以外は、実施例1と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Comparative Example 8]
A water-based coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.1 part of hexamethylenediamine was changed to 0.07 part of piperidine.

〔実施例32〕
セルロースナノファイバー1を固形分換算値で1質量部、ヘキサメチレンジアミンを固形分換算値で0.1質量部、防腐剤:メチルパラベンを0.005質量部、ウレタン会合型レオロジーコントロール剤アデカノールUH-420((株)ADEKA製、有効成分量:30%)を有効成分換算値で0.1部、さらに水系ウレタン樹脂エマルション(有効成分量40%)を固形分換算値で0.43質量部を計量し、最終組成物における溶媒の成分比が2-プロパノール/水=30/70になるように2-プロパノールと水を加え、全体を100質量部とした。次に、ホモミキサーを用いて、12000rpmで15分間混合して、水系塗料組成物を得た。
[Example 32]
1 part by mass of cellulose nanofiber 1 in terms of solid content, 0.1 part by mass of hexamethylenediamine in terms of solid content, preservative: 0.005 part by mass of methylparaben, urethane-associated rheology control agent Adecanol UH-420 (Made by ADEKA Co., Ltd., active ingredient amount: 30%) is weighed 0.1 parts by mass in terms of active ingredient, and water-based urethane resin emulsion (active ingredient amount 40%) is weighed by 0.43 parts by mass in terms of solid content. Then, 2-propanol and water were added so that the component ratio of the solvent in the final composition was 2-propanol / water = 30/70, and the whole was made 100 parts by mass. Next, using a homomixer, mixing was performed at 12000 rpm for 15 minutes to obtain a water-based paint composition.

〔実施例33〕
水系ウレタン樹脂エマルションを1.0部にした以外は、実施例32と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Example 33]
A water-based paint composition was obtained in the same manner as in Example 32 except that the water-based urethane resin emulsion was made up to 1.0 part.

〔実施例34〕
着色剤である酸化チタン15質量部並びに炭酸カルシウム7質量部、及び水(顔料分散用)20質量部を計量し、ビーズミルで分散処理をして、52.4%質量濃度の顔料分散液を調製した。得られた顔料分散液0.15質量部に、セルロースナノファイバー1を固形分換算値で1質量部、ヘキサメチレンジアミンを固形分換算値で0.1質量部、防腐剤:メチルパラベンを0.005質量部、ウレタン会合型レオロジーコントロール剤アデカノールUH-420((株)ADEKA製、有効成分量:30%)を有効成分換算値で0.1部、最終組成物における溶媒の成分比が2-プロパノール/水=30/70になるように2-プロパノールと水を加え、全体を100質量部とした。次に、ホモミキサーを用いて、12000rpmで15分間混合して、水系塗料組成物を得た。
[Example 34]
Weigh 15 parts by mass of titanium oxide, 7 parts by mass of calcium carbonate, and 20 parts by mass of water (for pigment dispersion), which are colorants, and disperse them with a bead mill to prepare a pigment dispersion with a 52.4% mass concentration. did. In 0.15 parts by mass of the obtained pigment dispersion, 1 part by mass of cellulose nanofiber 1 in terms of solid content, 0.1 part by mass of hexamethylenediamine in terms of solid content, and 0.005 parts of preservative: methylparaben. Mass, urethane-associated rheology control agent Adecanol UH-420 (manufactured by ADEKA Co., Ltd., amount of active ingredient: 30%) is 0.1 part in terms of active ingredient, and the component ratio of the solvent in the final composition is 2-propanol. 2-Propanol and water were added so that / water = 30/70, and the whole was made 100 parts by mass. Next, using a homomixer, mixing was performed at 12000 rpm for 15 minutes to obtain a water-based paint composition.

〔実施例35〕
実施例34で得られた顔料分散液を0.18部加えた以外は実施例32と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Example 35]
A water-based paint composition was obtained in the same manner as in Example 32 except that 0.18 parts of the pigment dispersion obtained in Example 34 was added.

〔比較例9〕
水系ウレタン樹脂エマルションを固形分換算値で1.5質量部、防腐剤メチルパラベンを0.0005部、ウレタン会合型レオロジーコントロール剤アデカノールUH-420((株)ADEKA製、有効成分量:30%)を有効成分換算値で0.1部にした以外は、実施例32と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Comparative Example 9]
1.5 parts by mass of water-based urethane resin emulsion, 0.0005 parts of preservative methylparaben, urethane-associated rheology control agent ADEKA NOL UH-420 (manufactured by ADEKA Corporation, active ingredient amount: 30%) A water-based coating composition was obtained in the same manner as in Example 32 except that the active ingredient conversion value was 0.1 part.

〔比較例10〕
水系ウレタン樹脂エマルションを固形分換算値で10質量部、ウレタン会合型レオロジーコントロール剤アデカノールUH-420((株)ADEKA製、有効成分量:30%)を有効成分換算値で0.37部にした以外は、比較例9と同様にして水系塗料組成物を得た。
[Comparative Example 10]
The water-based urethane resin emulsion was added to 10 parts by mass in terms of solid content, and the urethane-associated rheology control agent Adecanol UH-420 (manufactured by ADEKA Corporation, active ingredient amount: 30%) was added to 0.37 parts in terms of active ingredient. A water-based paint composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 9 except.

このようにして得られた各水系塗料組成物を用い、下記の通り塗工フィルムおよび自立フィルムを作製し、下記の基準に従って、耐水性、耐溶剤性およびガスバリア性の評価を行った。 Using each of the water-based paint compositions thus obtained, a coating film and a self-supporting film were prepared as described below, and the water resistance, solvent resistance and gas barrier property were evaluated according to the following criteria.

[塗工フィルムの作製]
実施例1~35および比較例1~10で作製した水系塗料組成物を、コロナ放電処理した25μm厚PETフィルムに、乾燥後の膜厚が1.0μmになるようにバーコーターを用いて塗布した後、120℃で30分間乾燥して塗工フィルムの試験片を得た。表2および表3に塗工フィルムの評価結果を示す。
[Making a coating film]
The water-based paint compositions prepared in Examples 1 to 35 and Comparative Examples 1 to 10 were applied to a 25 μm thick PET film treated with a corona discharge using a bar coater so that the film thickness after drying was 1.0 μm. Then, it was dried at 120 ° C. for 30 minutes to obtain a test piece of a coating film. Tables 2 and 3 show the evaluation results of the coated film.

[自立フィルムの作製]
実施例1~2および比較例2で作製した水系塗料組成物を、バーコーターを用いてPETフィルムに塗工した後、120℃で30分間乾燥し、基材PETフィルムからはがして自立フィルムを得た。表4に自立フィルムの評価結果を示す。
[Making a self-supporting film]
The water-based paint compositions prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 were applied to a PET film using a bar coater, dried at 120 ° C. for 30 minutes, and peeled off from the base PET film to obtain a self-supporting film. rice field. Table 4 shows the evaluation results of the self-supporting film.

[耐水性]
各実施例および各比較例にて得られた塗工フィルムおよび自立フィルムを25℃の水中に10日間浸漬した後、塗膜の状態を下記の判定基準に従い目視で判定した。
○:塗膜の剥がれや膨れがみとめられない。
△:一部に塗膜の剥がれや膨れがみとめられる。
×:全体に塗膜の剥がれや膨れがみとめられる。
[water resistant]
After immersing the coating film and the self-supporting film obtained in each Example and each Comparative Example in water at 25 ° C. for 10 days, the state of the coating film was visually judged according to the following criteria.
◯: The peeling or swelling of the coating film cannot be noticed.
Δ: Peeling or swelling of the coating film is observed in a part.
X: Peeling or swelling of the coating film is observed on the whole.

[耐溶剤性]
各実施例および各比較例にて得られた塗工フィルムおよび自立フィルムの塗膜上にろ紙を2枚並べて置き、各ろ紙上にスポイトで78%エタノールとトルエンをそれぞれ滴下してろ紙を湿らせた。このスポイトによる滴下を1時間間隔で5回行い、その後2時間経過後にろ紙を除いた表面を目視により、下記の基準で評価した。
○:膨れや剥がれなどの異常が殆どなく問題にならないレベル
△:目視で軽度な膨れや剥がれなどの異常が見つかる
×: 塗膜が溶けてしまう
[Solude resistance]
Two filter papers are placed side by side on the coating films of the coating film and the self-supporting film obtained in each example and each comparative example, and 78% ethanol and toluene are dropped on each filter paper with a dropper to moisten the filter paper. rice field. The dropper was dropped 5 times at 1-hour intervals, and after 2 hours, the surface excluding the filter paper was visually evaluated according to the following criteria.
○: Abnormalities such as swelling and peeling are almost nonexistent and do not cause any problems △: Abnormalities such as slight swelling and peeling are found visually ×: The coating film melts

[ガスバリア性]
各実施例および各比較例にて得られた塗工フィルムおよび自立フィルムについて、高湿度条件での酸素透過度を測定した。酸素透過度は、MOCON社製OX-TRAN2/21を使用し、23℃-85%RH条件にて測定した。
[Gas barrier property]
The oxygen permeability of the coated film and the self-supporting film obtained in each Example and each Comparative Example was measured under high humidity conditions. The oxygen permeability was measured using OX-TRAN2 / 21 manufactured by MOCON under the condition of 23 ° C.-85% RH.

Figure 0007014585000002
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Figure 0007014585000003
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Figure 0007014585000004
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表2、3に示す通り、実施例1~35の水系塗料組成物を用いて得られた塗工フィルムは各評価項目において優れる。これに対し、比較例1~10の水系塗料組成物を用いて得られた塗工フィルムは各評価項目において、実施例1~35に劣る。また、表4に示す通り、実施例1、2の水系塗料組成物を用いて得られた自立フィルムは各評価項目において、比較例2の自立フィルムよりも優れる。 As shown in Tables 2 and 3, the coating films obtained by using the water-based coating compositions of Examples 1 to 35 are excellent in each evaluation item. On the other hand, the coating films obtained by using the water-based coating compositions of Comparative Examples 1 to 10 are inferior to Examples 1 to 35 in each evaluation item. Further, as shown in Table 4, the self-supporting film obtained by using the water-based coating compositions of Examples 1 and 2 is superior to the self-supporting film of Comparative Example 2 in each evaluation item.

以上より、特定の変性セルロースナノファイバーと、多価アミンと、水系溶媒とを含む水系塗料組成物を用いて得られた塗工フィルムおよび自立フィルムは、高湿度下での耐水性、耐溶剤性、および高湿度下でのガスバリア性に優れる。 From the above, the coating film and the self-supporting film obtained by using the water-based coating composition containing a specific modified cellulose nanofiber, a polyvalent amine, and a water-based solvent are water-resistant and solvent-resistant under high humidity. , And excellent gas barrier properties under high humidity.

Claims (12)

変性セルロースナノファイバーと、多価アミンと、水系溶媒とを含む水系塗料組成物であって、前記変性セルロースナノファイバー中の水酸基の一部が、酸化または置換反応により変性されており、変性により導入された置換基が、式(1):
-COOH (1)
(式(1)中、R、RおよびRはそれぞれHまたは沸点が110℃以下のモノアミンを構成する置換基である。)であらわされる構造を含み、
前記水系塗料組成物は、さらに、前記変性セルロースナノファイバーに対してバインダー成分を0~100質量%含み、
前記多価アミンは、両末端アミノ基間のC,O,Nからなる分子鎖長が4以上である
水系塗料組成物。
An aqueous coating composition containing a modified cellulose nanofiber, a polyvalent amine, and an aqueous solvent, in which a part of the hydroxyl groups in the modified cellulose nanofiber is modified by an oxidation or substitution reaction and introduced by modification. The substituted substituent is the formula (1) :.
-COO - N + R 1 R 2 R 3 H (1)
(In the formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are substituents constituting H or a monoamine having a boiling point of 110 ° C. or lower, respectively.)
The water-based coating composition further contains 0 to 100% by mass of a binder component with respect to the modified cellulose nanofibers.
The polyvalent amine has a molecular chain length of 4 or more consisting of C, O, and N between both terminal amino groups.
Water-based paint composition.
前記水系塗料組成物において、前記変性セルロースナノファイバーの配合量が0.5~30質量%であって、前記変性セルロースナノファイバーの前記変性により導入された置換基の置換基量に対し、前記多価アミンの配合割合が10~70%mol当量である請求項1に記載の水系塗料組成物。 In the water-based coating composition, the blending amount of the modified cellulose nanofibers is 0.5 to 30% by mass, and the amount of the substituents introduced by the modification of the modified cellulose nanofibers is larger than the amount of the substituents. The water-based coating composition according to claim 1, wherein the compounding ratio of the valent amine is 10 to 70% mol equivalent . 前記変性セルロースナノファイバーは酸化セルロースナノファイバーを含み、前記酸化セルロースナノファイバーのカルボキシル基量が0.6~2.2mmol/gである、請求項1または2に記載の水系塗料組成物。 The water-based coating composition according to claim 1 or 2, wherein the modified cellulose nanofibers contain oxidized cellulose nanofibers, and the amount of carboxyl groups of the oxidized cellulose nanofibers is 0.6 to 2.2 mmol / g. 前記変性セルロースナノファイバーはカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを含み、前記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あたりのカルボキシメチル置換度が、0.01~0.50である、請求項1または2に記載の水系塗料組成物。 The modified cellulose nanofibers include carboxymethylated cellulose nanofibers, wherein the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of the carboxymethylated cellulose nanofibers is 0.01 to 0.50, according to claim 1 or 2. Water-based paint composition. さらに防腐剤を含む、請求項1~の何れか一項に記載の水系塗料組成物。 The water-based paint composition according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a preservative. さらにレオロジーコントロール剤を含む、請求項1~の何れか一項に記載の水系塗料組成物。 The water-based paint composition according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a rheology control agent. 請求項1~の何れか一項に記載の水系塗料組成物を用いた1液型の水系塗料組成物。 A one-component water-based paint composition using the water-based paint composition according to any one of claims 1 to 6 . 請求項1~の何れか一項に記載の水系塗料組成物に含まれる成分の内、前記変性セルロースナノファイバーと、前記多価アミンとを別にした2液型の水系塗料組成物。 A two-component water-based paint composition in which the modified cellulose nanofibers and the polyvalent amine are separated from the components contained in the water-based paint composition according to any one of claims 1 to 6 . 請求項1~の何れか一項に記載の水系塗料組成物を含有するフィルム。 A film containing the water-based coating composition according to any one of claims 1 to 8 . 請求項1~8の何れか一項に記載の水系塗料組成物を得る混合工程と、
前記混合工程にて得られた水系塗料組成物を支持体に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程にて得られた前記水系塗料組成物が塗布された前記支持体を、加熱することにより乾燥して、前記支持体上に前記水系塗料組成物由来の塗膜を形成する塗膜形成工程と、を含むフィルムの製造方法であって、
前記変性セルロースナノファイバー中の水酸基の一部が、酸化または置換反応により変性されており、変性により導入された置換基が、式(1):
-COOH (1)
(式(1)中、R、RおよびRはそれぞれHまたは沸点が110℃以下のモノアミンを構成する置換基である。)であらわされる構造を含む、フィルムの製造方法。
The mixing step of obtaining the water-based coating composition according to any one of claims 1 to 8 , and the mixing step.
A coating step of applying the water-based paint composition obtained in the mixing step to the support, and a coating step of applying the water-based paint composition to the support.
The support to which the water-based coating composition obtained in the coating step is applied is dried by heating to form a coating film derived from the water-based coating composition on the support. A process and a film manufacturing method that includes
A part of the hydroxyl group in the modified cellulose nanofiber is modified by an oxidation or substitution reaction, and the substituent introduced by the modification is the formula (1) :.
-COO - N + R 1 R 2 R 3 H (1)
(In the formula (1), R 1 , R 2 and R 3 are substituents constituting H or a monoamine having a boiling point of 110 ° C. or lower, respectively.) A method for producing a film.
前記支持体がフィルム状の基材であり、前記塗膜形成工程において前記支持体上に前記塗膜を形成し塗工フィルムを製造する請求項10に記載のフィルムの製造方法。 The method for producing a film according to claim 10 , wherein the support is a film-like base material, and the coating film is formed on the support in the coating film forming step to produce a coated film. 前記支持体上に形成された前記塗膜を前記支持体から剥離する工程をさらに含み、前記支持体から剥離された前記塗膜からなる自立フィルムを製造する請求項10に記載のフィルムの製造方法。 The film manufacturing method according to claim 10 , further comprising a step of peeling the coating film formed on the support from the support, and manufacturing a self-supporting film composed of the coating film peeled from the support. ..
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