JP7600858B2 - Laminated Sheet - Google Patents
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Description
本発明は、積層シートに関する。 The present invention relates to a laminated sheet.
近年、石油資源の代替及び環境意識の高まりから、再生産可能な天然繊維を利用した材料が着目されている。天然繊維の中でも、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロース、特に木材由来の繊維状セルロース(パルプ)は、主に紙製品としてこれまで幅広く使用されてきた。 In recent years, materials using renewable natural fibers have been attracting attention due to the need to replace petroleum resources and growing environmental awareness. Among natural fibers, fibrous cellulose with a fiber diameter of 10 μm to 50 μm, particularly fibrous cellulose (pulp) derived from wood, has been widely used mainly for paper products.
繊維状セルロースとしては、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。例えば、微細繊維状セルロースを含むシートや樹脂複合体、増粘剤の開発が進められている。 As for fibrous cellulose, fine fibrous cellulose with a fiber diameter of 1 μm or less is also known. Fine fibrous cellulose has attracted attention as a new material and has a wide range of uses. For example, development is underway for sheets, resin composites, and thickeners that contain fine fibrous cellulose.
例えば、特許文献1には、(a)微細繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と、(b)置換基導入繊維を機械処理する工程と、(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維より、導入置換基を一部或いは全部を脱離させて、置換基脱離微細繊維を得る工程を有する微細繊維の製造方法が開示されている。また、特許文献2には、塩基性を示す窒素含有化合物の存在下において、リン酸由来のエステルおよび/またはカルボン酸由来のエステルを有する化合物を加熱する工程を含む、脱エステル化合物の製造方法が開示されている。これらの文献では、微細繊維に導入した置換基を脱離させることが検討されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing fine fibers, which includes the steps of (a) introducing a substituent having electrostatic and/or steric functionality into a fine fiber raw material to obtain a substituted fiber, (b) mechanically treating the substituted fiber, and (c) removing some or all of the introduced substituents from the substituted fine fiber obtained in step (b) to obtain a substituted-free fine fiber. Patent Document 2 discloses a method for producing a de-esterified compound, which includes a step of heating a compound having an ester derived from phosphoric acid and/or an ester derived from carboxylic acid in the presence of a nitrogen-containing compound exhibiting basicity. These documents discuss removing the substituent introduced into the fine fiber.
特許文献3には、微細繊維含有シートの製造方法において、少なくとも(a)繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と、(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と、(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維からシートを調製する工程と、(d)工程(c)で得られたシートから導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程を有する微細繊維含有シートの製造方法が開示されている。ここでは、置換基を有する微細繊維からシートを形成した後に、置換基を脱離させる方法が検討されている。 Patent Document 3 discloses a method for producing a fine fiber-containing sheet, which includes at least the steps of (a) introducing a substituent having electrostatic and/or three-dimensional functionality into a fiber raw material to obtain a substituted fiber, (b) mechanically processing the substituted fiber obtained in step (a) to obtain a substituted fine fiber, (c) preparing a sheet from the substituted fine fiber obtained in step (b), and (d) removing at least a part of the introduced substituent from the sheet obtained in step (c). Here, a method for removing the substituent after forming a sheet from the substituted fine fiber is considered.
さらに、特許文献4及び5においては、セルロースザンテート又はセルロースザンテートのカチオン置換体を解繊処理する、セルロースザンテートナノファイバーの製造方法が開示されている。特許文献4では、必要に応じてセルロースザンテートナノファイバーを再生処理することで、無変性セルロースに戻す方法の検討もなされている。また、特許文献5においては、セルロース誘導体の微細繊維から官能基を脱離させた、平均繊維径が3nm以上300nm以下である誘導体官能基脱離セルロース微細繊維含有シートが開示されている。 Furthermore, Patent Documents 4 and 5 disclose a method for producing cellulose xanthate nanofibers by defibrating cellulose xanthate or a cationic substituted cellulose xanthate. Patent Document 4 also examines a method for returning cellulose xanthate nanofibers to unmodified cellulose by regenerating the nanofibers as necessary. Patent Document 5 discloses a sheet containing cellulose fine fibers from which functional groups have been removed, the average fiber diameter of which is 3 nm or more and 300 nm or less, obtained by removing functional groups from fine fibers of a cellulose derivative.
ところで、近年は、微細繊維状セルロース含有シートと樹脂層を含む複合体の開発も進められている。このような複合体においては、例えば、微細繊維状セルロース含有シート(繊維層)と樹脂層の密着性を高めるための検討がなされている。例えば、特許文献6には、微細繊維状セルロースを含む繊維層と、繊維層の一方の面に接する樹脂層とを有する積層体が開示されている。また、特許文献7には、微細繊維状セルロースによって形成された繊維層と、樹脂層と、繊維層と樹脂層の間に設けられた接着剤層と、を備えた積層体が開示されており、特許文献8では、基材とアンカー層と、セルロースナノファイバー層とをこの順で設けた積層体が開示されている。 In recent years, composites containing a fine fibrous cellulose-containing sheet and a resin layer have also been developed. In such composites, for example, studies have been conducted to improve the adhesion between the fine fibrous cellulose-containing sheet (fiber layer) and the resin layer. For example, Patent Document 6 discloses a laminate having a fiber layer containing fine fibrous cellulose and a resin layer in contact with one side of the fiber layer. Patent Document 7 discloses a laminate having a fiber layer formed of fine fibrous cellulose, a resin layer, and an adhesive layer provided between the fiber layer and the resin layer, and Patent Document 8 discloses a laminate having a substrate, an anchor layer, and a cellulose nanofiber layer provided in this order.
本発明者らは、微細繊維状セルロースを含むシート(繊維層)と樹脂層を有する積層シートについて研究を進める中で、このような積層シートにおいて透明性が低下したり、着色が生じたりする場合があることを突き止めた。 In the course of conducting research into a laminated sheet having a sheet (fiber layer) containing fine fibrous cellulose and a resin layer, the inventors discovered that such a laminated sheet may suffer from reduced transparency or coloration.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、微細繊維状セルロースを含む繊維層と樹脂層を有する積層シートであって、高い透明性を有し、かつ着色が抑制された積層シートを提供することを目的として検討を進めた。 Therefore, in order to solve these problems of the conventional technology, the inventors have carried out research with the aim of providing a laminated sheet having a fiber layer containing fine fibrous cellulose and a resin layer, which has high transparency and suppresses coloration.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、繊維層と、繊維層の少なくとも一方の面に配される樹脂層と、を有する積層シートにおいて、繊維層に置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含有することにより、高い透明性を有し、かつ着色が抑制された積層シートが得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
Means for Solving the Problems As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have found that, in a laminate sheet having a fiber layer and a resin layer disposed on at least one surface of the fiber layer, by containing fibrous cellulose having an introduction amount of a substituent of less than 0.5 mmol/g in the fiber layer and a fiber width of 1 to 10 nm, a laminate sheet having high transparency and suppressed coloration can be obtained.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] 繊維層と、繊維層の少なくとも一方の面に配される樹脂層と、を有する積層シートであって、
繊維層は、置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含む、積層シート。
[2] 置換基がアニオン性基である、[1]に記載の積層シート。
[3] アニオン性基が、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する官能基である、[2]に記載の積層シート。
[4] 繊維状セルロースはカルバミド基を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の積層シート。
[5] 繊維層の厚みは20μm以上である、[1]~[4]のいずれかに記載の積層シート。
[6] 繊維層の密度は1.0g/cm3以上である、[1]~[5]のいずれかに記載の積層シート。
[7] 樹脂層は、繊維層に直接積層されている、[1]~[6]のいずれかに記載の積層シート。
[8] 樹脂層は、ポリカーボネート樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種を含む、[1]~[7]のいずれかに記載の積層シート。
[9] 樹脂層は、密着助剤をさらに含む、[1]~[8]のいずれかに記載の積層シート。
[10] 密着助剤はイソシアネート化合物及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種である、[9]に記載の積層シート。
[11] 密着助剤はイソシアネート化合物であり、イソシアネート化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して10質量部以上40質量部以下である、[9]又は[10]に記載の積層シート。
[12] YI値が2.0以下である、[1]~[11]のいずれかに記載の積層シート。
[13] ヘーズが2.0%以下である、[1]~[12]のいずれかに記載の積層シート。
[14] 光学部材用である、[1]~[13]のいずれかに記載の積層シート。
[15] [1]~[14]のいずれかに記載の積層シートと、被着体とを含む積層体。
[1] A laminated sheet having a fiber layer and a resin layer disposed on at least one surface of the fiber layer,
A laminated sheet, wherein the fiber layer comprises fibrous cellulose having an introduction amount of a substituent of less than 0.5 mmol/g and a fiber width of 1 to 10 nm.
[2] The laminate sheet according to [1], wherein the substituent is an anionic group.
[3] The laminate sheet according to [2], wherein the anionic group is a phosphorus oxo acid group or a functional group derived from a phosphorus oxo acid group.
[4] The laminate sheet according to any one of [1] to [3], wherein the fibrous cellulose has a carbamide group.
[5] The laminate sheet according to any one of [1] to [4], wherein the thickness of the fiber layer is 20 μm or more.
[6] The laminate sheet according to any one of [1] to [5], wherein the density of the fiber layer is 1.0 g/cm3 or more .
[7] The laminate sheet according to any one of [1] to [6], wherein the resin layer is directly laminated on the fiber layer.
[8] The laminate sheet according to any one of [1] to [7], wherein the resin layer contains at least one resin selected from a polycarbonate resin and an acrylic resin.
[9] The laminate sheet according to any one of [1] to [8], wherein the resin layer further contains an adhesion assistant.
[10] The laminate sheet according to [9], wherein the adhesion assistant is at least one selected from an isocyanate compound and an organosilicon compound.
[11] The laminate sheet according to [9] or [10], wherein the adhesion assistant is an isocyanate compound, and the content of the isocyanate compound is 10 parts by mass or more and 40 parts by mass or less relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer.
[12] The laminate sheet according to any one of [1] to [11], having a YI value of 2.0 or less.
[13] The laminate sheet according to any one of [1] to [12], having a haze of 2.0% or less.
[14] The laminate sheet according to any one of [1] to [13], which is for use as an optical member.
[15] A laminate comprising the laminate sheet according to any one of [1] to [14] and an adherend.
本発明によれば、高い透明性を有し、かつ着色が抑制された積層シートを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a laminated sheet that has high transparency and suppresses coloration.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は「~」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 The present invention will be described in detail below. The following explanation of the constituent elements may be based on representative embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments. In this specification, a numerical range expressed using "~" means a range that includes the numerical values written before and after "~" as the lower and upper limits.
(積層シート)
本発明は、繊維層と、繊維層の少なくとも一方の面に配される樹脂層とを有する積層シートに関する。ここで、繊維層は、置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含む。
(Laminated sheet)
The present invention relates to a laminate sheet having a fiber layer and a resin layer disposed on at least one surface of the fiber layer, wherein the fiber layer contains fibrous cellulose having an introduction amount of a substituent of less than 0.5 mmol/g and a fiber width of 1 to 10 nm.
図1は、本発明の積層シートの構成を説明する断面図である。図1に示されているように、本発明の積層シート10は、樹脂層2と繊維層6を有する。樹脂層2は、繊維層6に直接積層されており、樹脂層2と繊維層6は、いずれか一方の面で接した状態となっている。本発明の積層シート10は、樹脂層2と繊維層6を少なくとも1層ずつ有していればよいが、樹脂層2を2層以上有していてもよく、繊維層6を2層以上有するものであってもよい。例えば、積層シートは、繊維層、樹脂層及び繊維層をこの順で積層した構成であってもよく、樹脂層、繊維層及び樹脂層をこの順で積層した構成であってもよい。 Figure 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the laminate sheet of the present invention. As shown in Figure 1, the laminate sheet 10 of the present invention has a resin layer 2 and a fiber layer 6. The resin layer 2 is directly laminated on the fiber layer 6, and the resin layer 2 and the fiber layer 6 are in contact with each other on one side. The laminate sheet 10 of the present invention may have at least one resin layer 2 and one fiber layer 6, but may have two or more resin layers 2 or two or more fiber layers 6. For example, the laminate sheet may have a fiber layer, a resin layer, and a fiber layer laminated in this order, or may have a resin layer, a fiber layer, and a resin layer laminated in this order.
従来、透明性が高いシートを得るために微細繊維状セルロースの置換基導入量を高め、それにより繊維幅が小さい微細繊維状セルロースを得ることが検討されていた。しかしながら、このように、高置換基量の微細繊維状セルロースをシートに配合した場合、シートの製造工程や使用環境において加熱されることでシートが着色する傾向があった。一方で、置換基導入工程をコントロールして置換基導入量を低く抑えた場合、微細繊維状セルロースの解繊が不十分となり、高透明なシートが得られにくかった。そこで、本発明者らは微細繊維状セルロースの製造工程等について検討を重ねることで、置換基導入量が0.5mmol/g未満といった低置換基量であるにも関わらず、繊維幅を1~10nmのレベルまで微細化することに成功した。そして、低置換基量であり、かつ繊維幅が1~10nmのレベルまで微細化した繊維状セルロースを配合するシートは高透明であり、かつ着色が抑制されていることを見出した。このような微細繊維状セルロース含有シートを樹脂層に積層した場合、樹脂層の透明性が損なわれることなく維持される。 In the past, in order to obtain a highly transparent sheet, it was considered to increase the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose, thereby obtaining a fine fibrous cellulose with a small fiber width. However, when fine fibrous cellulose with a high amount of substituents is blended into a sheet in this way, the sheet tends to become discolored when heated during the sheet manufacturing process or in the usage environment. On the other hand, when the amount of substituents introduced is kept low by controlling the substituent introduction process, the fine fibrous cellulose is not sufficiently defibrated, making it difficult to obtain a highly transparent sheet. Therefore, the present inventors have repeatedly studied the manufacturing process of fine fibrous cellulose, and have succeeded in finely reducing the fiber width to the level of 1 to 10 nm, despite the low amount of substituents introduced, such as less than 0.5 mmol/g. It has been found that a sheet blended with fibrous cellulose with a low amount of substituents and a fiber width finely reduced to the level of 1 to 10 nm is highly transparent and coloring is suppressed. When such a fine fibrous cellulose-containing sheet is laminated on a resin layer, the transparency of the resin layer is maintained without being impaired.
積層シートの全光線透過率は、88%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、91%以上がさらに好ましく、91.5%以上が特に好ましい。積層シートの全光線透過率を上記範囲とすることにより、従来は透明なガラスが適用されていた用途に本発明の積層シートを適用することも可能となる。ここで、全光線透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて測定される値である。 The total light transmittance of the laminate sheet is preferably 88% or more, more preferably 90% or more, even more preferably 91% or more, and particularly preferably 91.5% or more. By setting the total light transmittance of the laminate sheet within the above range, it becomes possible to apply the laminate sheet of the present invention to applications where transparent glass has traditionally been used. Here, the total light transmittance is a value measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7361-1:1997.
積層シートのヘーズは、2.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることが好ましく、1.0%以下であることがさらに好ましい。なお、積層シートのヘーズの下限値は特に限定されるものではなく、0%であってもよい。ここで、ヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠し、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて測定される値である。 The haze of the laminate sheet is preferably 2.0% or less, more preferably 1.5% or less, and even more preferably 1.0% or less. The lower limit of the haze of the laminate sheet is not particularly limited and may be 0%. Here, the haze is a value measured in accordance with JIS K 7136:2000 using a haze meter (Murakami Color Research Laboratory, HM-150).
本発明の積層シートにおいては、繊維層と樹脂層の層間密着性にも優れている。具体的には、JIS K 5400に準拠して積層シートの繊維層側の表面に1mm2のクロスカットを100個入れ、セロハンテープ(ニチバン社製)をその上に貼り付け、押し付けた後、90°方向に剥離した場合、繊維層が樹脂層から剥離したマス数が5点未満となる。このような場合に、繊維層と樹脂層の層間密着性が良好であると判定できる。剥離したマス数は3点以下であることがより好ましく、1点以下であることがさらに好ましく、0点であることが特に好ましい。 In the laminated sheet of the present invention, the interlayer adhesion between the fiber layer and the resin layer is also excellent. Specifically, in accordance with JIS K 5400, 100 cross cuts of 1 mm2 are made on the surface of the fiber layer side of the laminated sheet, cellophane tape (manufactured by Nichiban Co., Ltd.) is attached thereon, pressed, and then peeled in a 90° direction, the number of squares in which the fiber layer is peeled off from the resin layer is less than 5 points. In such a case, the interlayer adhesion between the fiber layer and the resin layer can be judged to be good. The number of peeled squares is more preferably 3 points or less, even more preferably 1 point or less, and particularly preferably 0 points.
本発明の積層シートは繊維層と樹脂層を有するものであり、繊維層は樹脂層を補強するための層としても機能し得る。このため、積層シート自体の強度が高められている。また、積層シートを他の樹脂フィルムや樹脂板といった被着体に貼合する場合においても、繊維層は、被着体を補強するための層としての機能を果たす。例えば、被着体としてポリカーボネート板といった樹脂板を用い、この樹脂板に積層シートを貼合することで、樹脂板の力学的強度を補強することができる。このように、繊維層を有する積層シートは、被着体を補強する効果も持ち合わせている。 The laminate sheet of the present invention has a fiber layer and a resin layer, and the fiber layer can also function as a layer for reinforcing the resin layer. This increases the strength of the laminate sheet itself. In addition, even when the laminate sheet is attached to an adherend such as another resin film or resin plate, the fiber layer functions as a layer for reinforcing the adherend. For example, by using a resin plate such as a polycarbonate plate as the adherend and attaching the laminate sheet to this resin plate, the mechanical strength of the resin plate can be reinforced. In this way, a laminate sheet having a fiber layer also has the effect of reinforcing the adherend.
被着体に積層シートが貼合された際の補強効果は例えば、被着体の曲げ弾性率に比べて、被着体に積層シートを貼合した後の曲げ弾性率が1.5倍以上となっている場合に、優れた補強効果が発揮されたと評価できる。被着体に積層シートを貼合した後の曲げ弾性率は、被着体の曲げ弾性率に比べて、2.0倍以上であることが特に好ましい。なお、被着体と積層シートを貼合する際には、被着体と積層シートを重ね合わせた後に被着体のガラス転移温度以上に熱プレスすることで積層シートを作製する。 The reinforcing effect when the laminate sheet is attached to the adherend can be evaluated as excellent when, for example, the flexural modulus after the laminate sheet is attached to the adherend is 1.5 times or more compared to the flexural modulus of the adherend. It is particularly preferable that the flexural modulus after the laminate sheet is attached to the adherend is 2.0 times or more compared to the flexural modulus of the adherend. When attaching the adherend to the laminate sheet, the adherend and the laminate sheet are overlapped and then hot pressed to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the adherend to produce the laminate sheet.
本発明の積層シートはそれ自体が優れた機械的強度を有している。例えば、積層シートの23℃、相対湿度50%における引張弾性率は、2.5GPa以上であることが好ましく、5.0GPa以上であることがより好ましく、10GPa以上であることがさらに好ましい。また、積層シートの23℃、相対湿度50%における引張弾性率は、30GPa以下であることが好ましく、25GPa以下であることがより好ましく、20GPa以下であることがさらに好ましい。積層シートの引張弾性率は、JIS P 8113に準拠して測定される値である。 The laminate sheet of the present invention itself has excellent mechanical strength. For example, the tensile modulus of the laminate sheet at 23°C and a relative humidity of 50% is preferably 2.5 GPa or more, more preferably 5.0 GPa or more, and even more preferably 10 GPa or more. The tensile modulus of the laminate sheet at 23°C and a relative humidity of 50% is preferably 30 GPa or less, more preferably 25 GPa or less, and even more preferably 20 GPa or less. The tensile modulus of the laminate sheet is a value measured in accordance with JIS P 8113.
積層シートの全体厚みは、特に制限されるものではないが、30μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、50μm以上であることがさらに好ましく、60μm以上であることが一層好ましく、70μm以上であることが特に好ましい。また、積層シートの全体厚みは、1000μm以下であることが好ましい。積層シートの厚みは用途に応じて適宜調整することができるが、被着体を補強する効果を発揮する観点からは、積層シートの全体の厚みは、50μm以上であることが好ましい。 The total thickness of the laminate sheet is not particularly limited, but is preferably 30 μm or more, more preferably 40 μm or more, even more preferably 50 μm or more, even more preferably 60 μm or more, and particularly preferably 70 μm or more. In addition, the total thickness of the laminate sheet is preferably 1000 μm or less. The thickness of the laminate sheet can be adjusted appropriately depending on the application, but from the viewpoint of exerting the effect of reinforcing the adherend, the total thickness of the laminate sheet is preferably 50 μm or more.
積層シートの繊維層の厚みは5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましい。また、繊維層の厚みは、500μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることがさらに好ましい。ここで、積層シートを構成する繊維層の厚さは、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によって積層シートの断面を切り出し、当該断面を電子顕微鏡、拡大鏡又は目視で観察して、測定される値である。積層シートに繊維層が複数層含まれている場合は、合計の繊維層の厚みが上記範囲内であることが好ましい。 The thickness of the fiber layer of the laminate sheet is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and even more preferably 20 μm or more. The thickness of the fiber layer is preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 100 μm or less. Here, the thickness of the fiber layer constituting the laminate sheet is a value measured by cutting out a cross section of the laminate sheet with an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) and observing the cross section with an electron microscope, a magnifying glass, or visually. When the laminate sheet contains multiple fiber layers, it is preferable that the total thickness of the fiber layers is within the above range.
また、積層シートの樹脂層の厚みは0.5μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、2μm以上であることがさらに好ましく、3μm以上であることが特に好ましい。また、樹脂層の厚みは、15000μm以下であることが好ましく、5000μm以下であることがより好ましく、500μm以下であることがさらに好ましい。ここで、積層シートを構成する樹脂層の厚さは、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によって積層シートの断面を切り出し、当該断面を電子顕微鏡、拡大鏡又は目視で観察して、測定される値である。積層シートに樹脂層が複数層含まれている場合は、合計の樹脂層の厚みが上記範囲内であることが好ましい。 The thickness of the resin layer of the laminate sheet is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, even more preferably 2 μm or more, and particularly preferably 3 μm or more. The thickness of the resin layer is preferably 15,000 μm or less, more preferably 5,000 μm or less, and even more preferably 500 μm or less. Here, the thickness of the resin layer constituting the laminate sheet is a value measured by cutting out a cross section of the laminate sheet with an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) and observing the cross section with an electron microscope, a magnifying glass, or visually. When the laminate sheet contains multiple resin layers, it is preferable that the total thickness of the resin layers is within the above range.
繊維層の厚みに対する樹脂層の厚みの比(樹脂層の厚み/繊維層の厚み)は、10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましく、1以下であることがさらに好ましい。また、例えば、樹脂層が塗工により形成された塗工層である場合には、繊維層の厚みに対する樹脂層の厚みの比(樹脂層の厚み/繊維層の厚み)は、0.5以下であってもよく、0.2以下であってもよく、0.15以下であってもよく、0.1以下であってもよい。なお、積層シートにおいて、繊維層が複数層存在する場合は、繊維層の厚みは繊維層の合計厚みであり、樹脂層が複数層存在する場合は、樹脂層の厚みは樹脂層の合計厚みである。 The ratio of the thickness of the resin layer to the thickness of the fiber layer (thickness of the resin layer/thickness of the fiber layer) is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 1 or less. For example, when the resin layer is a coating layer formed by coating, the ratio of the thickness of the resin layer to the thickness of the fiber layer (thickness of the resin layer/thickness of the fiber layer) may be 0.5 or less, 0.2 or less, 0.15 or less, or 0.1 or less. In addition, when there are multiple fiber layers in the laminate sheet, the thickness of the fiber layer is the total thickness of the fiber layers, and when there are multiple resin layers, the thickness of the resin layer is the total thickness of the resin layers.
本実施態様において、積層シートのYI値は2.0以下であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましい。なお、積層シートのYI値の下限値は特に限定されるものではないが、0.1以上であることが好ましい。ここで、積層シートのYI値は、JIS K 7373:2006に準拠して測定されるYI値である。YI値の測定装置としては、例えば、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いることができる。なお、上述したYI値は、後述するように積層シートを加熱する前に測定されたYI値であるため、初期YI値と呼ぶこともある。 In this embodiment, the YI value of the laminate sheet is preferably 2.0 or less, more preferably 1.5 or less. The lower limit of the YI value of the laminate sheet is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more. Here, the YI value of the laminate sheet is a YI value measured in accordance with JIS K 7373:2006. As a measuring device for the YI value, for example, Colour Cute i (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) can be used. The above-mentioned YI value is a YI value measured before heating the laminate sheet as described later, and is therefore sometimes called an initial YI value.
本実施態様において、積層シートを160℃で6時間加熱した後のYI値は20以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましく、10以下であることがさらに好ましい。なお、160℃で6時間加熱した後の積層シートのYI値の下限値は特に限定されるものではないが、0.1以上であることが好ましい。なお、160℃で6時間加熱した後のYI値は、加熱後YI値と呼ぶこともある。 In this embodiment, the YI value after heating the laminate sheet at 160°C for 6 hours is preferably 20 or less, more preferably 15 or less, and even more preferably 10 or less. The lower limit of the YI value of the laminate sheet after heating at 160°C for 6 hours is not particularly limited, but is preferably 0.1 or more. The YI value after heating at 160°C for 6 hours is sometimes referred to as the post-heating YI value.
本実施形態の積層シートにおけるYI増加率は、1500%以下であることが好ましく、1250%以下であることがより好ましく、1000%以下であることがさらに好ましく、800%以下であることが一層好ましく、600%以下であることが特に好ましい。なお、積層シートにおけるYI増加率の下限値は特に限定されるものではないが、0.1%以上であることが好ましい。ここで、積層シートのYI増加率とは、積層シートを160℃で6時間加熱した前後の積層シートのYI値の増加率である。具体的に、YI増加率は以下の式で算出される値である。
YI増加率(%)=(加熱後の積層シートのYI値-加熱前の積層シートのYI値)/加熱前の積層シートのYI値×100
なお、上記式において、積層シートのYI値はJIS K 7373:2006に準拠して測定したYI値である。
The YI increase rate in the laminate sheet of this embodiment is preferably 1500% or less, more preferably 1250% or less, even more preferably 1000% or less, even more preferably 800% or less, and particularly preferably 600% or less. The lower limit of the YI increase rate in the laminate sheet is not particularly limited, but is preferably 0.1% or more. Here, the YI increase rate of the laminate sheet is the increase rate of the YI value of the laminate sheet before and after heating the laminate sheet at 160°C for 6 hours. Specifically, the YI increase rate is a value calculated by the following formula.
YI increase rate (%)=(YI value of laminated sheet after heating−YI value of laminated sheet before heating)/YI value of laminated sheet before heating×100
In the above formula, the YI value of the laminate sheet is a YI value measured in accordance with JIS K 7373:2006.
(樹脂層)
積層シートは、樹脂層を少なくとも1層有する。ここで、樹脂層は、繊維層に直接積層されており、樹脂層と繊維層は、いずれか一方の面で接した状態となっている。なお、樹脂層は、塗工により形成された樹脂層(塗工樹脂層)であることが好ましい。
(Resin Layer)
The laminated sheet has at least one resin layer. Here, the resin layer is directly laminated on the fiber layer, and the resin layer and the fiber layer are in contact with each other on one side. The resin layer is preferably a resin layer formed by coating (coated resin layer).
樹脂層は、天然樹脂や合成樹脂を主成分とする層である。ここで、主成分とは、樹脂層の全質量に対して、50質量%以上含まれている成分を指す。樹脂の含有量は、樹脂層の全質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。なお、樹脂の含有量は、100質量%とすることもでき、95質量%以下であってもよい。 The resin layer is a layer whose main component is a natural resin or a synthetic resin. Here, the main component refers to a component that is contained in an amount of 50% by mass or more relative to the total mass of the resin layer. The resin content is preferably 60% by mass or more relative to the total mass of the resin layer, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. The resin content may be 100% by mass or may be 95% by mass or less.
天然樹脂としては、例えば、ロジン、ロジンエステル、水添ロジンエステル等のロジン系樹脂を挙げることができる。 Examples of natural resins include rosin-based resins such as rosin, rosin ester, and hydrogenated rosin ester.
合成樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましい。中でも、合成樹脂はポリカーボネート樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましく、ポリカーボネート樹脂であることがより好ましい。なお、アクリル樹脂は、ポリアクリロニトリル及びポリ(メタ)アクリレートから選択される少なくともいずれか1種であることが好ましい。 The synthetic resin is preferably at least one selected from, for example, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic olefin resin, polyimide resin, polystyrene resin, and acrylic resin. Of these, the synthetic resin is preferably at least one selected from polycarbonate resin and acrylic resin, and more preferably polycarbonate resin. The acrylic resin is preferably at least one selected from polyacrylonitrile and poly(meth)acrylate.
樹脂層を構成するポリカーボネート樹脂としては、例えば、芳香族ポリカーボネート系樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂が挙げられる。これらの具体的なポリカーボネート系樹脂は公知であり、例えば特開2010-023275号公報に記載されたポリカーボネート系樹脂が挙げられる。 Examples of the polycarbonate resin constituting the resin layer include aromatic polycarbonate resins and aliphatic polycarbonate resins. Specific examples of these polycarbonate resins are known, and examples of these include the polycarbonate resins described in JP 2010-023275 A.
本発明の積層シートにおいて、樹脂層は密着助剤を含有することが好ましい。密着助剤としては、例えば、イソシアネート基、カルボジイミド基、エポキシ基、オキサゾリン基、アミノ基、シラノール基及びアルコキシシリル基から選択される少なくとも1種を含む化合物や、有機ケイ素化合物が挙げられる。中でも、密着助剤はイソシアネート基を含む化合物(イソシアネート化合物)及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましい。有機ケイ素化合物としては、例えば、シランカップリング剤縮合物や、シランカップリング剤を挙げることができる。 In the laminate sheet of the present invention, the resin layer preferably contains an adhesion aid. Examples of the adhesion aid include a compound containing at least one selected from an isocyanate group, a carbodiimide group, an epoxy group, an oxazoline group, an amino group, a silanol group, and an alkoxysilyl group, and an organosilicon compound. In particular, the adhesion aid is preferably at least one selected from a compound containing an isocyanate group (isocyanate compound) and an organosilicon compound. Examples of the organosilicon compound include a silane coupling agent condensate and a silane coupling agent.
イソシアネート化合物としては、ポリイソシアネート化合物又は多官能イソシアネートが挙げられる。ポリイソシアネート化合物としては、具体的には、NCO基中の炭素を除く炭素数が6以上20以下の芳香族ポリイソシアネート、炭素数2以上18以下の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数6以上15以下の脂環式ポリイソシアネート、炭素数8以上15以下のアラルキル型ポリイソシアネート、これらのポリイソシアネートの変性物、およびこれらの2種以上の混合物を挙げることができる。中でも、炭素数6以上15以下の脂環式ポリイソシアネート、すなわちイソシアヌレートは好ましく用いられる。 Examples of isocyanate compounds include polyisocyanate compounds and polyfunctional isocyanates. Specific examples of polyisocyanate compounds include aromatic polyisocyanates having 6 to 20 carbon atoms excluding the carbon in the NCO group, aliphatic polyisocyanates having 2 to 18 carbon atoms, alicyclic polyisocyanates having 6 to 15 carbon atoms, aralkyl polyisocyanates having 8 to 15 carbon atoms, modified products of these polyisocyanates, and mixtures of two or more of these. Among these, alicyclic polyisocyanates having 6 to 15 carbon atoms, i.e., isocyanurates, are preferably used.
脂環式ポリイソシアネートの具体例としては、例えばイソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2-イソシアナトエチル)-4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボキシレート、2,5-ノルボルナンジイソシアネート、2,6-ノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。 Specific examples of alicyclic polyisocyanates include isophorone diisocyanate (IPDI), dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate (hydrogenated MDI), cyclohexylene diisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate, bis(2-isocyanatoethyl)-4-cyclohexene-1,2-dicarboxylate, 2,5-norbornane diisocyanate, and 2,6-norbornane diisocyanate.
有機ケイ素化合物としては、シロキサン構造を有する化合物、または縮合によりシロキサン構造を形成する化合物を挙げることができる。例えば、有機ケイ素化合物としては、シランカップリング剤、またはシランカップリング剤の縮合物を挙げることができる。シランカップリング剤としては、アルコキシシリル基以外の官能基を有するものであってもよいし、それ以外の官能基を有しないものであってもよい。アルコキシシリル基以外の官能基としては、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基などが挙げられる。本実施形態で用いるシランカップリング剤は、メタクリロキシ基を含有するシランカップリング剤であることが好ましい。 The organosilicon compound may be a compound having a siloxane structure or a compound that forms a siloxane structure by condensation. For example, the organosilicon compound may be a silane coupling agent or a condensate of a silane coupling agent. The silane coupling agent may have a functional group other than an alkoxysilyl group, or may not have any other functional group. Examples of functional groups other than an alkoxysilyl group include a vinyl group, an epoxy group, a styryl group, a methacryloxy group, an acryloxy group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, a sulfide group, and an isocyanate group. The silane coupling agent used in this embodiment is preferably a silane coupling agent containing a methacryloxy group.
分子内にメタクリロキシ基を有するシランカップリング剤の具体的な例としては、例えば、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、1,3-ビス(3-メタクリロキシプロピル)テトラメチルジシロキサンなどが挙げられる。中でも、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン及び1,3-ビス(3-メタクリロキシプロピル)テトラメチルジシロキサンから選択される少なくとも1種は好ましく用いられる。シランカップリング剤は、アルコキシシリル基を3つ以上含有するものであることが好ましい。 Specific examples of silane coupling agents having methacryloxy groups in the molecule include methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, and 1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane. Among these, at least one selected from methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, and 1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane is preferably used. The silane coupling agent preferably contains three or more alkoxysilyl groups.
シランカップリング剤としては、アルコキシシリル基を有するものを用いてもよく、また、加水分解後にシラノール基が生成するものを用いてもよい。この場合、アルコキシシリル基及びシラノール基の少なくとも一部は繊維層を積層した後にも存在していることが好ましい。シラノール基は親水性基であるため、樹脂層の繊維層側の面の親水性を高めることで、樹脂層と繊維層の密着性をより効果的に高めることもできる。 As the silane coupling agent, one having an alkoxysilyl group may be used, or one that generates a silanol group after hydrolysis may be used. In this case, it is preferable that at least a portion of the alkoxysilyl group and the silanol group remain even after the fiber layer is laminated. Since the silanol group is a hydrophilic group, the adhesion between the resin layer and the fiber layer can be more effectively increased by increasing the hydrophilicity of the surface of the resin layer facing the fiber layer.
密着助剤は、樹脂層に均一に分散した状態で含まれていてもよい。ここで、密着助剤が樹脂層中に均一に分散した状態とは、以下の3つの領域((a)~(c))の濃度を測定して、どの2領域の濃度を比較しても2倍以上の差がでない状態をいう。
(a)樹脂層の繊維層側の面から樹脂層の全体の厚みの10%までの領域
(b)樹脂層の繊維層側の面とは反対側の面から樹脂層の全体の厚みの10%までの領域
(c)樹脂層の厚み方向の中心面から全体の厚みの±5%(合計10%)の領域
The adhesion aid may be contained in a state of being uniformly dispersed in the resin layer. Here, the state where the adhesion aid is uniformly dispersed in the resin layer refers to a state where the concentration of the adhesion aid is measured in the following three regions ((a) to (c)) and the difference in concentration between any two regions is no more than two times.
(a) A region from the surface of the resin layer facing the fiber layer to 10% of the total thickness of the resin layer; (b) A region from the surface of the resin layer opposite to the surface facing the fiber layer to 10% of the total thickness of the resin layer; (c) A region from the center surface in the thickness direction of the resin layer to ±5% of the total thickness (total of 10%)
また、密着助剤は、樹脂層の繊維層側の領域に偏在していてもよい。例えば、密着助剤として有機ケイ素化合物が用いられる場合、有機ケイ素化合物は、樹脂層の繊維層側の領域に偏在していてもよい。
ここで、樹脂層の繊維層側の領域に偏在している状態とは、以下の領域((d)及び(e))の2つの濃度を測定して、これらの濃度に2倍以上の差がでる状態をいう。
(d)樹脂層の繊維層側の面から樹脂層の全体の厚みの10%までの領域
(e)樹脂層の厚み方向の中心面から全体の厚みの±5%(合計10%)の領域
ここで、密着助剤の濃度は、X線電子分光装置又は赤外分光光度計によって測定される数値であり、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によって積層シートの所定の領域の断面を切り出し、当該断面を当該装置によって測定して得る値である。
The adhesion aid may be unevenly distributed in the region of the resin layer on the fiber layer side. For example, when an organosilicon compound is used as the adhesion aid, the organosilicon compound may be unevenly distributed in the region of the resin layer on the fiber layer side.
Here, the state in which the resin layer is unevenly distributed in the region on the fiber layer side refers to a state in which, when two concentrations are measured in the following regions ((d) and (e)), there is a difference of two times or more between these concentrations.
(d) A region from the surface of the resin layer facing the fiber layer to 10% of the total thickness of the resin layer; (e) A region from the center plane in the thickness direction of the resin layer to ±5% (total 10%) of the total thickness. Here, the concentration of the adhesion aid is a numerical value measured by an X-ray electron spectrometer or an infrared spectrophotometer, and is a value obtained by cutting out a cross section of a specified region of the laminate sheet with an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) and measuring the cross section with the same device.
樹脂層の繊維層側の面上には、有機ケイ素化合物含有層が設けられていてもよく、このような状態も有機ケイ素化合物が樹脂層の繊維層側の領域に偏在している状態に含まれる。有機ケイ素化合物含有層は、有機ケイ素化合物含有塗工液を塗工することで形成された塗工層であってもよい。
なお、樹脂層の繊維層側の面上に有機ケイ素化合物含有層が設けられている場合は、上記領域(d)において、「樹脂層の繊維層側の面」は、「有機ケイ素化合物含有層の露出表面」と読み替えるものとし、「樹脂層全体の厚み」は「樹脂層と有機ケイ素化合物含有層の合計厚み」と読み替えるものとする。
An organosilicon compound-containing layer may be provided on the surface of the resin layer facing the fiber layer, and such a state is also included in the state in which the organosilicon compound is unevenly distributed in the region of the resin layer facing the fiber layer. The organosilicon compound-containing layer may be a coating layer formed by applying an organosilicon compound-containing coating liquid.
In addition, when an organosilicon compound-containing layer is provided on the surface of the resin layer facing the fiber layer, in the above region (d), "the surface of the resin layer facing the fiber layer" shall be read as "the exposed surface of the organosilicon compound-containing layer", and "the thickness of the entire resin layer" shall be read as "the combined thickness of the resin layer and the organosilicon compound-containing layer".
密着助剤の含有量は、樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましい。また、密着助剤の含有量は、樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、40質量部以下であることが好ましく、35質量部以下であることがより好ましい。
密着助剤がイソシアネート化合物である場合、イソシアネート化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、10質量部以上であることが好ましく、15質量部以上であることがより好ましく、18質量部以上であることがさらに好ましい。また、イソシアネート化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、40質量部以下であることが好ましく、35質量部以下であることがより好ましく、30質量部以下であることがさらに好ましい。
密着助剤が有機ケイ素化合物である場合、有機ケイ素化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましい。また、有機ケイ素化合物の含有量は樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
密着助剤の含有量を上記範囲内とすることにより、より効果的に、繊維層と樹脂層の密着性を高めることができる。
The content of the adhesion assistant is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer, and is preferably 40 parts by mass or less, more preferably 35 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer.
When the adhesion aid is an isocyanate compound, the content of the isocyanate compound is preferably 10 parts by mass or more, more preferably 15 parts by mass or more, and even more preferably 18 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer. The content of the isocyanate compound is preferably 40 parts by mass or less, more preferably 35 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer.
When the adhesion assistant is an organosilicon compound, the content of the organosilicon compound is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer, and is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin contained in the resin layer.
By setting the content of the adhesion aid within the above range, the adhesion between the fiber layer and the resin layer can be more effectively improved.
密着助剤がイソシアネート化合物である場合、樹脂層に含まれるイソシアネート基の含有量は、0.5mmol/g以上であることが好ましく、0.6mmol/g以上であることがより好ましく、0.8mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.9mmol/g以上であることが特に好ましい。また、樹脂層に含まれるイソシアネート基の含有量は、3.0mmol/g以下であることが好ましく、2.5mmol/g以下であることがより好ましく、2.0mmol/g以下であることがさらに好ましく、1.5mmol/g以下であることが特に好ましい。 When the adhesion aid is an isocyanate compound, the content of isocyanate groups contained in the resin layer is preferably 0.5 mmol/g or more, more preferably 0.6 mmol/g or more, even more preferably 0.8 mmol/g or more, and particularly preferably 0.9 mmol/g or more. The content of isocyanate groups contained in the resin layer is preferably 3.0 mmol/g or less, more preferably 2.5 mmol/g or less, even more preferably 2.0 mmol/g or less, and particularly preferably 1.5 mmol/g or less.
樹脂層の繊維層側の面には表面処理を施してもよい。表面処理の方法としては、例えば、コロナ処理、プラズマ放電処理、UV照射処理、電子線照射処理、火炎処理等を挙げることができる。中でも、表面処理は、コロナ処理及びプラズマ放電処理から選択される少なくとも1種であることが好ましい。なお、プラズマ放電処理は真空プラズマ放電処理であることが好ましい。 The surface of the resin layer facing the fiber layer may be subjected to a surface treatment. Examples of the surface treatment method include corona treatment, plasma discharge treatment, UV irradiation treatment, electron beam irradiation treatment, and flame treatment. Of these, it is preferable that the surface treatment is at least one type selected from corona treatment and plasma discharge treatment. It is preferable that the plasma discharge treatment is vacuum plasma discharge treatment.
樹脂層の繊維層側の面は微細凹凸構造を形成してもよい。樹脂層の繊維層側の面が微細凹凸構造を有することにより、繊維層と樹脂層の密着性をより効果的に高めることができる。樹脂層の繊維層側の面が微細凹凸構造を有する場合、このような構造は、例えば、ブラスト加工処理、エンボス加工処理、エッチング処理、コロナ処理、プラズマ放電処理等の処理工程により形成されることが好ましい。なお、本明細書において、微細凹凸構造とは、任意箇所に引いた長さ1mmの一本の直線上に存在する凹部の数が10個以上である構造をいう。凹部の数を測定する際には、積層シートをイオン交換水中に24時間浸漬した後、樹脂層から繊維層をはく離する。その後、樹脂層の繊維層側の面を触針式表面粗さ計(小坂研究所社製、サーフコーダシリーズ)で走査することにより測定ができる。凹凸のピッチがサブミクロン、ナノオーダーの極めて小さいものである場合、走査型プローブ顕微鏡(日立ハイテクサイエンス社製、AFM5000II、およびAFM5100N)の観察画像から凹凸の数を測定することができる。 The surface of the resin layer facing the fiber layer may have a fine uneven structure. The surface of the resin layer facing the fiber layer has a fine uneven structure, which can more effectively increase the adhesion between the fiber layer and the resin layer. When the surface of the resin layer facing the fiber layer has a fine uneven structure, such a structure is preferably formed by a processing process such as blast processing, embossing processing, etching processing, corona processing, plasma discharge processing, etc. In this specification, the fine uneven structure refers to a structure in which the number of recesses present on a single straight line of 1 mm length drawn at any location is 10 or more. When measuring the number of recesses, the laminated sheet is immersed in ion-exchanged water for 24 hours, and then the fiber layer is peeled off from the resin layer. Then, the surface of the resin layer facing the fiber layer can be measured by scanning it with a stylus surface roughness meter (manufactured by Kosaka Laboratory, Surfcorder series). When the pitch of the irregularities is extremely small, on the order of submicrons or nanometers, the number of irregularities can be measured from images observed using a scanning probe microscope (Hitachi High-Tech Science Corporation, AFM5000II and AFM5100N).
樹脂層には合成樹脂以外の任意成分が含まれていてもよい。任意成分としては、例えば、フィラー、顔料、染料、紫外線吸収剤等の樹脂フィルム分野で使用される公知成分が挙げられる。 The resin layer may contain optional components other than synthetic resins. Examples of optional components include known components used in the field of resin films, such as fillers, pigments, dyes, and UV absorbers.
(繊維層)
繊維層は、置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含む。通常、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロース又はCNFともいう。但し、本発明の繊維層に含まれる繊維状セルロースは、さらに繊維幅の小さい微細繊維状セルロースである。
(Fiber layer)
The fiber layer contains fibrous cellulose having an amount of substituents introduced of less than 0.5 mmol/g and a fiber width of 1 to 10 nm. Generally, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is also called fine fibrous cellulose or CNF. However, the fibrous cellulose contained in the fiber layer of the present invention is fine fibrous cellulose having an even smaller fiber width.
本実施態様において、繊維層の密度は、1.0g/cm3以上であることが好ましく、1.2g/cm3以上であることがより好ましく、1.4g/cm3以上であることがさらに好ましい。また、繊維層の密度は、1.7g/cm3以下であることが好ましく、1.65g/cm3以下であることがより好ましく、1.6g/cm3以下であることがさらに好ましい。積層シートに繊維層が2層以上含まれている場合は、各々の繊維層の密度が上記範囲内であることが好ましい。 In this embodiment, the density of the fiber layer is preferably 1.0 g/cm 3 or more, more preferably 1.2 g/cm 3 or more, and even more preferably 1.4 g/cm 3 or more. The density of the fiber layer is preferably 1.7 g/cm 3 or less, more preferably 1.65 g/cm 3 or less, and even more preferably 1.6 g/cm 3 or less. When the laminate sheet includes two or more fiber layers, it is preferable that the density of each fiber layer is within the above range.
繊維層の密度は、繊維層の坪量と厚さから、JIS P 8118:2014に準拠して算出される。繊維層の坪量は、ウルトラミクロトームUC-7(JEOL社製)によって積層シートの繊維層のみが残るように切削し、JIS P 8124:2011に準拠し、算出することができる。なお、繊維層が微細繊維状セルロース以外の任意成分を含む場合は、繊維層の密度は、微細繊維状セルロース以外の任意成分を含む密度である。 The density of the fiber layer is calculated from the basis weight and thickness of the fiber layer in accordance with JIS P 8118:2014. The basis weight of the fiber layer can be calculated in accordance with JIS P 8124:2011 by cutting the laminated sheet using an ultramicrotome UC-7 (manufactured by JEOL) so that only the fiber layer remains. Note that if the fiber layer contains any component other than fine fibrous cellulose, the density of the fiber layer is the density including any component other than fine fibrous cellulose.
本実施態様においては、繊維層は非多孔性の層であることが好ましい。ここで、繊維層が非多孔性であるとは、繊維層全体の密度が1.0g/cm3以上であることを意味する。繊維層全体の密度が1.0g/cm3以上であれば、繊維層に含まれる空隙率が、所定値以下に抑えられていることを意味し、多孔性のシートや層とは区別される。また、繊維層が非多孔性であることは、空隙率が15体積%以下であることからも特徴付けられる。ここでいう繊維層の空隙率は簡易的に下記式(a)により求めるものである。
式(a):空隙率(体積%)={1-B/(M×A×t)}×100
ここで、Aは繊維層の面積(cm2)、tは繊維層の厚み(cm)、Bは繊維層の質量(g)、Mはセルロースの密度である。
In this embodiment, the fiber layer is preferably a non-porous layer. Here, the fiber layer being non-porous means that the density of the entire fiber layer is 1.0 g/cm 3 or more. If the density of the entire fiber layer is 1.0 g/cm 3 or more, it means that the porosity contained in the fiber layer is suppressed to a predetermined value or less, and it is distinguished from a porous sheet or layer. In addition, the fiber layer being non-porous is also characterized by a porosity of 15 volume% or less. The porosity of the fiber layer here is calculated simply by the following formula (a).
Formula (a): Porosity (volume%) = {1-B/(M x A x t)} x 100
Here, A is the area of the fiber layer (cm 2 ), t is the thickness of the fiber layer (cm), B is the mass of the fiber layer (g), and M is the density of cellulose.
本実施形態において、繊維層の少なくとも一方の面の表面粗さは50nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましく、10nm以下であることがさらに好ましい。なお、繊維層の両面の表面粗さが上記範囲内であることも特に好ましい。表面粗さを上記範囲内とすることにより、繊維層の透明性をより高めることができ、結果として、積層シートの透明性も高めることができる。具体的には、繊維層及び積層シートのヘーズをより低くすることができる。ここで、繊維層の表面粗さ(算術平均)は、繊維層の少なくとも一方の表面の算術平均粗さである。表面粗さ(算術平均)は、原子間力顕微鏡(Veeco社製、NanoScope IIIa)を用いて、3μm四方の算術平均粗さを測定し、得られる値である。 In this embodiment, the surface roughness of at least one surface of the fiber layer is preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, and even more preferably 10 nm or less. It is particularly preferable that the surface roughness of both surfaces of the fiber layer is within the above range. By setting the surface roughness within the above range, the transparency of the fiber layer can be further increased, and as a result, the transparency of the laminated sheet can also be increased. Specifically, the haze of the fiber layer and the laminated sheet can be further reduced. Here, the surface roughness (arithmetic mean) of the fiber layer is the arithmetic mean roughness of at least one surface of the fiber layer. The surface roughness (arithmetic mean) is a value obtained by measuring the arithmetic mean roughness of a 3 μm square area using an atomic force microscope (NanoScope IIIa, manufactured by Veeco).
本実施形態において、繊維層の表面pHは、3以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、5以上であることがさらに好ましい。また、繊維層の表面pHは、10以下であることが好ましく、9以下であることがさらに好ましく、8以下であることがより好ましい。繊維層の表面pHを上記範囲とすることで、黄変抑制の効果が得られやすくなる。繊維層の表面pHを上記範囲とするためには、後述する製造工程で得られる微細繊維状セルロース分散液のpHを適宜調整することが好ましい。なお、繊維層の表面pHを測定する際には、繊維層表面の1cm四方の範囲内に10μLのイオン交換水をマイクロピペットで滴下し、その部分のpHをフラット形pH複合電極(6261-10C;HORIBA製)を用いて測定する。 In this embodiment, the surface pH of the fiber layer is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and even more preferably 5 or more. The surface pH of the fiber layer is preferably 10 or less, more preferably 9 or less, and even more preferably 8 or less. By setting the surface pH of the fiber layer in the above range, it is easier to obtain the effect of suppressing yellowing. In order to set the surface pH of the fiber layer in the above range, it is preferable to appropriately adjust the pH of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in the manufacturing process described below. When measuring the surface pH of the fiber layer, 10 μL of ion-exchanged water is dropped into a 1 cm square area on the surface of the fiber layer with a micropipette, and the pH of that area is measured using a flat pH composite electrode (6261-10C; manufactured by HORIBA).
<微細繊維状セルロース>
本実施形態において、微細繊維状セルロースにおける置換基導入量は、0.5mmol/g未満であればよく、0.4mmol/g以下であることが好ましく、0.3mmol/g以下であることがより好ましく、0.25mmol/g以下であることがさらに好ましく、0.15mmol/g以下であることが特に好ましい。なお、微細繊維状セルロースにおける置換基導入量は、0.0mmol/gであってもよいが、0.03mmol/g以上であることが好ましく、0.04mmol/g以上であることがより好ましく、0.05mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.07mmol/g以上であることが特に好ましい。
<Fine fibrous cellulose>
In this embodiment, the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose may be less than 0.5 mmol/g, preferably 0.4 mmol/g or less, more preferably 0.3 mmol/g or less, even more preferably 0.25 mmol/g or less, and particularly preferably 0.15 mmol/g or less. The amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose may be 0.0 mmol/g, but is preferably 0.03 mmol/g or more, more preferably 0.04 mmol/g or more, even more preferably 0.05 mmol/g or more, and particularly preferably 0.07 mmol/g or more.
微細繊維状セルロースの繊維幅は、1~10nmであればよく、1~9nmであることが好ましく、1~8nmであることがより好ましく、1~7nmであることがさらに好ましい。ここで、微細繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察を用いて以下のようにして測定される。まず、微細繊維状セルロースを、セルロースの濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように水に分散し、親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストする。これを乾燥した後、酢酸ウラニルで染色し、透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子社製、JEOL-2000EX)により観察する。その際、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、20本以上の繊維が交差するよう、倍率を調節する。この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維の繊維幅を目視で読み取る。このようにして3枚の重複しない観察画像を撮影し、各々2つの軸に交差する繊維の繊維幅の値を読み取る(20本以上×2×3=120本以上)。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
The fiber width of the fine fibrous cellulose may be 1 to 10 nm, preferably 1 to 9 nm, more preferably 1 to 8 nm, and even more preferably 1 to 7 nm. Here, the fiber width of the fine fibrous cellulose is measured, for example, by observation with an electron microscope as follows. First, the fine fibrous cellulose is dispersed in water so that the cellulose concentration is 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less, and cast on a hydrophilically treated carbon film-coated grid. After drying, the grid is stained with uranyl acetate and observed with a transmission electron microscope (TEM, manufactured by JEOL-2000EX, manufactured by JEOL). In this case, an axis of any image width in the vertical and horizontal directions is assumed in the obtained image, and the magnification is adjusted so that 20 or more fibers cross the axis. After obtaining an observation image that satisfies this condition, two random axes are drawn vertically and horizontally on the image, and the fiber width of the fibers crossing the axis is visually read. In this way, three non-overlapping observation images are taken, and the fiber width values of the fibers intersecting the two axes are read for each image (20 or more fibers x 2 x 3 = 120 or more fibers).
(1) A straight line X is drawn at an arbitrary location within the observed image, and 20 or more fibers intersect with the straight line X.
(2) Within the same image, a straight line Y is drawn that intersects the straight line perpendicularly, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
なお、繊維層に含まれる微細繊維状セルロースについては、上記方法で得られた繊維幅から数平均繊維幅を算出することができる。繊維層に含まれる繊維状セルロースの数平均繊維幅は、1~10nmであることが好ましく、1~9nmであることがより好ましく、1~8nmであることがさらに好ましく、1~7nmであることが特に好ましい。なお、繊維層に含まれる繊維状セルロースの数平均繊維幅が上記範囲内であるということは、繊維層には、粗大セルロース繊維が実質的に含まれておらず、さらに、70%以上の繊維状セルロースの繊維幅が10nm以下であることを意味している。繊維層に含まれる全繊維状セルロースのうち、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースの割合は、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
ここで、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースの割合とは、下記式で表される値である。
繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースの割合(%)=(繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースの本数/全繊維状セルロースの本数)×100
For the fine fibrous cellulose contained in the fiber layer, the number average fiber width can be calculated from the fiber width obtained by the above method. The number average fiber width of the fibrous cellulose contained in the fiber layer is preferably 1 to 10 nm, more preferably 1 to 9 nm, even more preferably 1 to 8 nm, and particularly preferably 1 to 7 nm. The number average fiber width of the fibrous cellulose contained in the fiber layer being within the above range means that the fiber layer does not substantially contain coarse cellulose fibers, and furthermore, 70% or more of the fibrous cellulose has a fiber width of 10 nm or less. The proportion of fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less among all the fibrous cellulose contained in the fiber layer is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and even more preferably 90% or more.
Here, the proportion of fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less is a value represented by the following formula.
Percentage (%) of fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less = (number of fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less / total number of fibrous cellulose) x 100
積層シート中の微細繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば原子間力顕微鏡観察を用いて以下のように測定される。まず、積層シートの繊維層を原子間力顕微鏡(Veeco社製、NanoScope IIIa)により観察する。その際、画像は500nm視野角とする。得られた画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維を無作為で20本以上選択し、繊維幅を目視で読み取る。このようにして3枚の重複しない観察画像を撮影し、各々2つの軸に交差する繊維の繊維幅の値を読み取る。(20本以上×2×3=120本以上)
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、交差する繊維を無作為で20本以上選択する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、交差する繊維を無作為で20本以上選択する。
なお、積層シートにおいて繊維層が露出していない場合、ウルトラミクロトームなどを用いて積層シートを切削して繊維層の断面を切り出し、上述の方法で観察する。
The fiber width of the fine fibrous cellulose in the laminated sheet is measured, for example, by atomic force microscope observation as follows. First, the fiber layer of the laminated sheet is observed by an atomic force microscope (NanoScope IIIa, manufactured by Veeco). In this case, the image has a viewing angle of 500 nm. For the obtained image, two random axes are drawn vertically and horizontally per image, and 20 or more fibers that cross the axes are randomly selected, and the fiber width is read visually. In this way, three non-overlapping observation images are taken, and the fiber width values of the fibers that cross the two axes are read. (20 or more x 2 x 3 = 120 or more)
(1) Draw a straight line X at an arbitrary location within the observed image, and randomly select 20 or more fibers that intersect with the straight line X.
(2) Within the same image, a straight line Y is drawn that intersects the straight line perpendicularly, and 20 or more fibers that intersect with the straight line Y are randomly selected.
When the fiber layer is not exposed in the laminated sheet, the laminated sheet is cut using an ultramicrotome or the like to cut out a cross section of the fiber layer, and the cross section is observed by the above-mentioned method.
微細繊維状セルロースの繊維長は、特に限定されないが、たとえば0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上800μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、微細繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、微細繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 The fiber length of the fine fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. By setting the fiber length within the above range, destruction of the crystalline regions of the fine fibrous cellulose can be suppressed. It is also possible to set the slurry viscosity of the fine fibrous cellulose to an appropriate range. The fiber length of the fine fibrous cellulose can be determined, for example, by image analysis using a TEM, SEM, or AFM.
微細繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、微細繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 It is preferable that the fine fibrous cellulose has an I-type crystal structure. The fact that the fine fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified from a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418 Å) monochromatized with graphite. Specifically, it can be identified from the presence of typical peaks at two positions, near 2θ=14° to 17° and near 2θ=22° to 23°. The proportion of I-type crystal structure in the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and even more preferably 50% or more. The degree of crystallinity is determined by measuring the X-ray diffraction profile and using the pattern in a conventional manner (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
微細繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、たとえば50以上10000以下であることが好ましく、100以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length/fiber width) of the fine fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably, for example, from 50 to 10,000, and more preferably from 100 to 1,000. By setting the axial ratio to the above lower limit or more, it is easy to form a sheet containing fine fibrous cellulose. By setting the axial ratio to the above upper limit or less, it is preferable in that, for example, when the fibrous cellulose is treated as a dispersion liquid, handling such as dilution is easier.
本実施形態における微細繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が上記範囲内にある微細繊維状セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fine fibrous cellulose in this embodiment has, for example, both crystalline and non-crystalline regions. Fine fibrous cellulose having both crystalline and non-crystalline regions and an axial ratio within the above range is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described below.
微細繊維状セルロースにおけるセルロース成分はα-セルロース成分とヘミセルロース成分に分類できる。ヘミセルロースの比率が低い方が、経時黄変や加熱黄変の抑制効果が得られやすいため好ましい。本発明の微細繊維状セルロースのヘミセルロースの比率は30%未満であることが好ましく、25%未満であることがより好ましく、20%未満であることがさらに好ましい。 The cellulose components in fine fibrous cellulose can be classified into α-cellulose components and hemicellulose components. A lower ratio of hemicellulose is preferable because it is easier to suppress yellowing over time and yellowing due to heat. The ratio of hemicellulose in the fine fibrous cellulose of the present invention is preferably less than 30%, more preferably less than 25%, and even more preferably less than 20%.
微細繊維状セルロースに含まれる窒素と微細繊維状セルロース分散液中に含まれる遊離窒素の合計量(以下、「窒素量」、「微細繊維状セルロースに含まれる窒素量」もしくは、「微細繊維状セルロース中の窒素量」と呼ぶこともある)は0.08mmol/g以下であることが好ましく、0.04mmol/g以下であることがより好ましく、0.02mmol/g以下であることがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロースに含まれる窒素量は0.001mmol/g以上であることが好ましい。なお、微細繊維状セルロース中の窒素量は、以下の方法で測定される値である。まず、微細繊維状セルロースを含む分散液を固形分濃度1質量%に調整し、ケルダール法(JIS K 0102 2016 44.1)で分解する。分解後、陽イオンクロマトグラフィでアンモニウムイオン量(mmol)を測定し、測定に使用したセルロース量(g)で除して窒素含有量(mmol/g)を算出する。上記窒素量は、微細繊維状セルロースにイオン結合および/または共有結合で結合した窒素と、微細繊維状セルロースにイオン結合および/または共有結合で結合していない、分散液中に溶存した遊離窒素の合計量である。 The total amount of nitrogen contained in the fine fibrous cellulose and the free nitrogen contained in the fine fibrous cellulose dispersion (hereinafter sometimes referred to as "nitrogen amount", "nitrogen amount contained in fine fibrous cellulose", or "nitrogen amount in fine fibrous cellulose") is preferably 0.08 mmol/g or less, more preferably 0.04 mmol/g or less, and even more preferably 0.02 mmol/g or less. The amount of nitrogen contained in the fine fibrous cellulose is preferably 0.001 mmol/g or more. The amount of nitrogen in the fine fibrous cellulose is a value measured by the following method. First, a dispersion containing fine fibrous cellulose is adjusted to a solid content concentration of 1 mass% and decomposed by the Kjeldahl method (JIS K 0102 2016 44.1). After decomposition, the amount of ammonium ions (mmol) is measured by cation chromatography, and the nitrogen content (mmol/g) is calculated by dividing by the amount of cellulose (g) used in the measurement. The above amount of nitrogen is the total amount of nitrogen bound to the fine fibrous cellulose by ionic and/or covalent bonds and free nitrogen dissolved in the dispersion that is not bound to the fine fibrous cellulose by ionic and/or covalent bonds.
本実施形態において、微細繊維状セルロースにおける置換基導入量は0.5mmol/g未満であり、ここで言う置換基は、アニオン性基であることが好ましい。すなわち、本発明の微細繊維状セルロースは、アニオン性基を有する微細繊維状セルロースに対して置換基除去処理を施して得られたものであり、本発明の微細繊維状セルロースは、置換基除去微細繊維状セルロースである。 In this embodiment, the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose is less than 0.5 mmol/g, and the substituents referred to here are preferably anionic groups. In other words, the fine fibrous cellulose of the present invention is obtained by subjecting fine fibrous cellulose having an anionic group to a substituent removal treatment, and the fine fibrous cellulose of the present invention is a substituent-removed fine fibrous cellulose.
アニオン性基としては、たとえばリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基又はカルボキシ基に由来する置換基(単にカルボキシ基ということもある)、スルホン基又はスルホン基に由来する置換基(単にスルホン基ということもある)、ザンテート基又はザンテート基に由来する置換基(単にザンテート基ということもある)を挙げることができる。スルホン基またはスルホン基に由来する置換基が、エステル結合を介して導入されている場合、同置換基を、硫黄オキソ酸基又は硫黄オキソ酸基に由来する置換基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)ということもある。この中でも、アニオン性基は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基、及び、スルホン基又はスルホン基に由来する置換基から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基であることがより好ましい。 Examples of anionic groups include phosphorus oxoacid groups or substituents derived from phosphorus oxoacid groups (sometimes simply referred to as phosphorus oxoacid groups), carboxy groups or substituents derived from carboxy groups (sometimes simply referred to as carboxy groups), sulfone groups or substituents derived from sulfone groups (sometimes simply referred to as sulfone groups), and xanthate groups or substituents derived from xanthate groups (sometimes simply referred to as xanthate groups). When a sulfone group or a substituent derived from a sulfone group is introduced via an ester bond, the substituent may be referred to as a sulfur oxoacid group or a substituent derived from a sulfur oxoacid group (sometimes simply referred to as a sulfur oxoacid group). Among these, the anionic group is preferably at least one selected from phosphorus oxoacid groups or substituents derived from phosphorus oxoacid groups, and sulfone groups or substituents derived from sulfone groups, and more preferably a phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group.
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、例えば下記式(1)で表される置換基である。各微細繊維状セルロースには、下記式(1)で表される置換基が複数導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(1)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 The phosphorus oxoacid group or the substituent derived from the phosphorus oxoacid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1). A plurality of substituents represented by the following formula (1) may be introduced into each fine fibrous cellulose. In this case, the plurality of introduced substituents represented by the following formula (1) may be the same or different.
式(1)中、a、bおよびnは自然数であり、mは任意の数である(ただし、a=b×mである)。n個あるαおよびα’のうち少なくとも1つはO-であり、残りはR又はORである。なお、各αおよびα’の全てがO-であっても構わない。n個あるαは全て同じでも、それぞれ異なっていてもよい。βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。 In formula (1), a, b, and n are natural numbers, and m is an arbitrary number (wherein a=b×m). At least one of the n α and α' is O- , and the rest are R or OR. All of the α and α' may be O- . The n α may be the same or different. β b+ is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance.
Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。また、式(1)においては、nは1であることが好ましい。 Each R is a hydrogen atom, a saturated linear hydrocarbon group, a saturated branched hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated branched hydrocarbon group, an unsaturated cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a group derived from any of these. In formula (1), n is preferably 1.
飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、又はn-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、又はt-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、又は3-ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of saturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, or n-butyl groups. Examples of saturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propyl or t-butyl groups. Examples of saturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentyl or cyclohexyl groups. Examples of unsaturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, vinyl or allyl groups. Examples of unsaturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propenyl or 3-butenyl groups. Examples of unsaturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentenyl or cyclohexenyl groups. Examples of aromatic groups include, but are not limited to, phenyl or naphthyl groups.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、カルボキシレート基(-COO-)、ヒドロキシ基、アミノ基及びアンモニウム基などの官能基から選択される少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。なお、式(1)中にRが複数個存在する場合や微細繊維状セルロースに上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するRはそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 In addition, the derivative group in R includes, but is not limited to, a functional group in which at least one selected from functional groups such as a carboxy group, a carboxylate group ( -COO- ), a hydroxy group, an amino group, and an ammonium group is added to or substituted for the main chain or side chain of the above-mentioned various hydrocarbon groups. In addition, the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R within the above range, the molecular weight of the phosphorus oxoacid group can be set to an appropriate range, which facilitates penetration into the fiber raw material and increases the yield of fine cellulose fiber. Note that when there are multiple R in formula (1) or when multiple types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the fine fibrous cellulose, the multiple R present may be the same or different.
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機オニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機オニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、式(1)中にβb+が複数個存在する場合や微細繊維状セルロースに上記式(1)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 β b+ is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance. As the monovalent or higher cation made of an organic substance, an organic onium ion can be mentioned. As the organic onium ion, for example, an organic ammonium ion or an organic onium ion can be mentioned. As the organic ammonium ion, for example, an aliphatic ammonium ion or an aromatic ammonium ion can be mentioned, and as the organic onium ion, for example, an aliphatic phosphonium ion or an aromatic phosphonium ion can be mentioned. As the monovalent or higher cation made of an inorganic substance, an ion of an alkali metal such as sodium, potassium, or lithium, an ion of a divalent metal such as calcium or magnesium, a hydrogen ion, an ammonium ion, etc. can be mentioned. In addition, when there are multiple β b+ in the formula (1) or when multiple types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the fine fibrous cellulose, the multiple β b+ may be the same or different. As the monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance, sodium or potassium ions, which are unlikely to yellow when a fiber raw material containing β b+ is heated and are easy to use industrially, are preferable, but are not particularly limited.
リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基としては、より具体的には、リン酸基(-PO3H2)、リン酸基の塩、亜リン酸基(ホスホン酸基)(-PO2H2)、亜リン酸基(ホスホン酸基)の塩が挙げられる。また、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(例えば、ピロリン酸基)、ホスホン酸が縮合した基(例えば、ポリホスホン酸基)、リン酸エステル基(例えば、モノメチルリン酸基、ポリオキシエチレンアルキルリン酸基)、アルキルホスホン酸基(例えば、メチルホスホン酸基)などであってもよい。 More specifically, examples of the phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group include a phosphate group (-PO 3 H 2 ), a salt of a phosphate group, a phosphorous acid group (phosphonic acid group) (-PO 2 H 2 ), and a salt of a phosphite group (phosphonic acid group). In addition, the phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group may be a group in which a phosphate group is condensed (e.g., a pyrophosphate group), a group in which a phosphonic acid is condensed (e.g., a polyphosphonic acid group), a phosphate ester group (e.g., a monomethyl phosphate group, a polyoxyethylene alkyl phosphate group), an alkyl phosphonic acid group (e.g., a methylphosphonic acid group), etc.
また、スルホン基(スルホン基又はスルホン基に由来する置換基)は、硫黄オキソ酸基(硫黄オキソ酸基又は硫黄オキソ酸基に由来する置換基)であることが好ましく、例えば下記式(2)で表される置換基であることが好ましい。各微細繊維状セルロースには、下記式(2)で表される置換基が複数導入されていてもよい。この場合、複数導入される下記式(2)で表される置換基はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。 The sulfone group (sulfone group or a substituent derived from a sulfone group) is preferably a sulfur oxoacid group (sulfur oxoacid group or a substituent derived from a sulfur oxoacid group), and is preferably a substituent represented by the following formula (2). A plurality of substituents represented by the following formula (2) may be introduced into each fine fibrous cellulose. In this case, the plurality of introduced substituents represented by the following formula (2) may be the same or different.
上記構造式中、bおよびnは自然数であり、pは0または1であり、mは任意の数である(ただし、1=b×mである)。なお、nが2以上である場合、複数あるpは同一の数であってもよく、異なる数であってもよい。上記構造式中、βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機オニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機オニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、微細繊維状セルロースに上記式(2)で表される複数種の置換基が導入される場合には、複数存在するβb+はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βb+を含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム又はカリウムのイオンが好ましいが、特に限定されない。 In the above structural formula, b and n are natural numbers, p is 0 or 1, and m is an arbitrary number (wherein 1 = b × m). When n is 2 or more, the multiple p's may be the same number or different numbers. In the above structural formula, β b + is a monovalent or higher cation made of an organic or inorganic substance. Examples of the monovalent or higher cation made of an organic substance include organic onium ions. Examples of the organic onium ions include organic ammonium ions and organic onium ions. Examples of the organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of the organic onium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of the monovalent or higher cation made of an inorganic substance include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, ions of divalent metals such as calcium or magnesium, hydrogen ions, ammonium ions, etc. In addition, when multiple types of substituents represented by the above formula (2) are introduced into the fine fibrous cellulose, the multiple β b + present may be the same or different. As the organic or inorganic cation having a valence of one or more, sodium or potassium ions are preferred, which are unlikely to cause yellowing when the fiber raw material containing β b+ is heated and are easy to use industrially, but are not particularly limited.
微細繊維状セルロースに対するアニオン性基の導入量は、たとえば中和滴定法により測定することができる。中和滴定法による測定では、得られた微細繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose can be measured, for example, by neutralization titration. In the measurement by neutralization titration, an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution is added to the obtained slurry containing the fine fibrous cellulose, and the amount introduced is measured by determining the change in pH.
図2は、リンオキソ酸基を有する微細繊維状セルロース含有スラリーに対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。微細繊維状セルロースに対するリンオキソ酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、微細繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。
次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察し、図2の上側部に示すような滴定曲線を得る。図2の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図2の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる微細繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる微細繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる微細繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(又はリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図2において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a slurry containing fine fibrous cellulose having phosphorus oxo acid groups and pH. The amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fine fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a slurry containing fine fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, the measurement target may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below prior to the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, the change in pH is observed while adding the aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve as shown in the upper part of Figure 2 is obtained. In the titration curve shown in the upper part of Figure 2, the measured pH is plotted against the amount of added alkali, and in the titration curve shown in the lower part of Figure 2, the increment (differential value) (1/mmol) of pH against the amount of added alkali is plotted. In this neutralization titration, two points are confirmed in the curve plotting the measured pH against the amount of added alkali, where the increment (differential value of pH against the amount of added alkali) is maximum. Of these, the first maximum point of the increment obtained after starting to add the alkali is called the first endpoint, and the second maximum point of the increment obtained next is called the second endpoint. The amount of alkali required from the start of titration to the first end point is equal to the first dissociated acid amount of the fine fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, the amount of alkali required from the first end point to the second end point is equal to the second dissociated acid amount of the fine fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, and the amount of alkali required from the start of titration to the second end point is equal to the total dissociated acid amount of the fine fibrous cellulose contained in the slurry used for titration. The value obtained by dividing the amount of alkali required from the start of titration to the first end point by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphorus oxo acid group introduced (mmol/g). Note that when simply referring to the amount of phosphorus oxo acid group introduced (or the amount of phosphorus oxo acid group), it refers to the first dissociated acid amount.
In FIG. 2, the region from the start of titration to the first end point is called the first region, and the region from the first end point to the second end point is called the second region. For example, when the phosphorus oxoacid group is a phosphate group and this phosphate group undergoes condensation, the amount of weak acid groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to as the second dissociated acid amount in this specification) appears to decrease, and the amount of alkali required in the second region becomes smaller than the amount of alkali required in the first region. On the other hand, the amount of strong acid groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to as the first dissociated acid amount in this specification) is equal to the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. In addition, when the phosphorus oxoacid group is a phosphorous acid group, the weak acid groups are no longer present in the phosphorus oxoacid group, so the amount of alkali required in the second region becomes smaller, or the amount of alkali required in the second region may become zero. In this case, there is only one point in the titration curve where the pH increment is maximized.
なお、上述のリンオキソ酸基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の微細繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の微細繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、リンオキソ酸基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの微細繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである微細繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基量(以降、リンオキソ酸基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1000}
A[mmol/g]:微細繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の総解離酸量)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(たとえば、Naは23、Alは9)
The above-mentioned amount of phosphorus oxoacid groups introduced (mmol/g) indicates the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the acid-type fine fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (acid type)), since the denominator indicates the mass of the acid-type fine fibrous cellulose. On the other hand, when the counter ion of the phosphorus oxoacid group is substituted with any cation C so as to be the charge equivalent, the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the fine fibrous cellulose in which the cation C is the counter ion (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (C type)) can be obtained by converting the denominator to the mass of the fine fibrous cellulose when the cation C is the counter ion.
That is, it is calculated according to the following formula.
Amount of phosphorus oxoacid group (C type)=Amount of phosphorus oxoacid group (acid type)/{1+(W−1)×A/1000}
A [mmol/g]: total amount of anions derived from phosphorus oxoacid groups in the fine fibrous cellulose (total amount of dissociated acids from phosphorus oxoacid groups)
W: Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)
滴定法によるアニオン性基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低いアニオン性基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒に10~50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、微細繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。 When measuring the amount of anionic groups by titration, if too much sodium hydroxide solution is added or if the titration interval is too short, the amount of anionic groups may be lower than it should be, and an accurate value may not be obtained. For example, an appropriate amount of sodium hydroxide and titration interval is preferably 10 to 50 μL of 0.1 N sodium hydroxide solution added every 5 to 30 seconds. In addition, in order to eliminate the influence of carbon dioxide dissolved in the fine fibrous cellulose-containing slurry, it is preferable to measure while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry from 15 minutes before the start of titration until the end of titration.
また、微細繊維状セルロースに対するスルホン基の導入量は、微細繊維状セルロースを含むスラリーを凍結乾燥し、さらに粉砕した試料の硫黄量を測定することで算出することができる。具体的には、微細繊維状セルロースを含むスラリーを凍結乾燥し、さらに粉砕した試料を、密閉容器中で硝酸を用いて加圧加熱分解した後、適宜希釈してICP-OESで硫黄量を測定する。供試した微細繊維状セルロースの絶乾質量で割り返して算出した値を微細繊維状セルロースのスルホン基量(単位:mmol/g)とする。 The amount of sulfonic groups introduced into fine fibrous cellulose can be calculated by freeze-drying a slurry containing fine fibrous cellulose, pulverizing the slurry, and measuring the amount of sulfur in the resulting pulverized sample. Specifically, a slurry containing fine fibrous cellulose is freeze-dried, and the resulting pulverized sample is subjected to pressurized heating decomposition using nitric acid in a closed container, and then appropriately diluted and the amount of sulfur is measured using ICP-OES. The value calculated by dividing the result by the bone dry mass of the fine fibrous cellulose used is taken as the amount of sulfonic groups in the fine fibrous cellulose (unit: mmol/g).
微細繊維状セルロースに対するザンテート基量の導入量は、Bredee法により以下の方法で測定することができる。まず、微細繊維状セルロース1.5質量部(絶乾質量)に飽和塩化アンモニウム溶液を40mL添加し、ガラス棒でサンプルを潰しながらよく混合し、約15分間放置後、GFPろ紙(ADVANTEC社製GS-25)でろ過して、飽和塩化アンモニウム溶液で十分に洗浄する。次いで、サンプルをGFPろ紙ごと500mLのトールビーカーに入れ、0.5M水酸化ナトリウム溶液(5℃)を50mL添加して撹拌し、15分間放置する。溶液がピンク色になるまでフェノールフタレイン溶液を添加した後、1.5M酢酸を添加して、溶液がピンク色から無色になった点を中和点とする。中和後蒸留水を250mL添加してよく撹拌し、1.5M酢酸10mL、0.05mol/Lヨウ素溶液10mLをホールピペットを使用して添加する。そして、この溶液を0.05mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定し、チオ硫酸ナトリウムの滴定量、微細繊維状セルロースの絶乾質量より次式からザンテート基量を算出する。
ザンテート基量(mmol/g)=(0.05×10×2-0.05×チオ硫酸ナトリウム滴定量(mL))/1000/微細繊維状セルロースの絶乾質量(g)
The amount of xanthate group introduced into the fine fibrous cellulose can be measured by the Breedee method using the following method. First, 40 mL of saturated ammonium chloride solution is added to 1.5 parts by mass (absolute dry mass) of fine fibrous cellulose, the sample is crushed with a glass rod while mixing well, and then left for about 15 minutes, filtered with GFP filter paper (GS-25 manufactured by ADVANTEC Co., Ltd.), and thoroughly washed with saturated ammonium chloride solution. Next, the sample is placed in a 500 mL tall beaker together with the GFP filter paper, 50 mL of 0.5 M sodium hydroxide solution (5 ° C.) is added and stirred, and left for 15 minutes. After adding a phenolphthalein solution until the solution turns pink, 1.5 M acetic acid is added, and the point at which the solution turns from pink to colorless is taken as the neutralization point. After neutralization, 250 mL of distilled water is added and stirred well, and 10 mL of 1.5 M acetic acid and 10 mL of 0.05 mol / L iodine solution are added using a whole pipette. Then, this solution is titrated with 0.05 mol/L sodium thiosulfate solution, and the amount of xanthate groups is calculated from the titration amount of sodium thiosulfate and the bone dry mass of the fine fibrous cellulose according to the following formula.
Amount of xanthate group (mmol/g) = (0.05 x 10 x 2 - 0.05 x sodium thiosulfate titration (mL)) / 1000 / bone dry mass of fine fibrous cellulose (g)
本実施形態において、微細繊維状セルロースは、カルバミド基を有していることが好ましい。本明細書において、カルバミド基は、下記構造式で表される基であることが好ましい。 In this embodiment, the fine fibrous cellulose preferably has a carbamide group. In this specification, the carbamide group is preferably a group represented by the following structural formula:
上記構造式中、Rは、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、芳香族基、又はこれらの誘導基である。中でも、Rは水素原子であることが特に好ましい。 In the above structural formula, R is a hydrogen atom, a saturated linear hydrocarbon group, a saturated branched hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated branched hydrocarbon group, an aromatic group, or a group derived from these. Of these, it is particularly preferable that R is a hydrogen atom.
微細繊維状セルロースにおけるカルバミド基の導入量は、0.001mmol/g以上であることが好ましい。また、微細繊維状セルロースにおけるカルバミド基の導入量は、0.08mmol/g以下であることが好ましく、0.04mmol/g以下であることがより好ましく、0.02mmol/g以下であることがさらに好ましい。ここで、微細繊維状セルロースにおけるカルバミド基の導入量は、微細繊維状セルロースを含むスラリーを凍結乾燥し、さらに粉砕した試料を、微量窒素分析することで算出することができる。微細繊維状セルロース単位質量あたりのカルバミド基の導入量(mmol/g)は、微量窒素分析で得られた微細繊維状セルロース単位質量あたりの窒素含有量(g/g)を窒素の原子量で除することで算出できる。 The amount of carbamide groups introduced into the fine fibrous cellulose is preferably 0.001 mmol/g or more. The amount of carbamide groups introduced into the fine fibrous cellulose is preferably 0.08 mmol/g or less, more preferably 0.04 mmol/g or less, and even more preferably 0.02 mmol/g or less. Here, the amount of carbamide groups introduced into the fine fibrous cellulose can be calculated by freeze-drying a slurry containing the fine fibrous cellulose and then pulverizing the resulting sample, and then subjecting the sample to trace nitrogen analysis. The amount of carbamide groups introduced per unit mass of the fine fibrous cellulose (mmol/g) can be calculated by dividing the nitrogen content (g/g) per unit mass of the fine fibrous cellulose obtained by trace nitrogen analysis by the atomic weight of nitrogen.
本実施形態において、繊維層の形成に用いる微細繊維状セルロースを0.1質量%濃度の水分散液とし、下記式でナノファイバー収率を算出した場合、ナノファイバー収率は95質量%以上であることが好ましく、96質量%以上であることがより好ましい。なお、ナノファイバー収率は100質量%であってもよい。
ナノファイバー収率[質量%]=C/0.1×100
ここで、Cは、微細繊維状セルロースの濃度が0.1質量%の水分散液を、12000G、10分の条件で遠心分離した際に得られる上澄み液に含まれる微細繊維状セルロースの濃度である。
In this embodiment, when the fine fibrous cellulose used to form the fibrous layer is an aqueous dispersion having a concentration of 0.1% by mass, and the nanofiber yield is calculated by the following formula, the nanofiber yield is preferably 95% by mass or more, and more preferably 96% by mass or more. The nanofiber yield may be 100% by mass.
Nanofiber yield [mass%] = C / 0.1 × 100
Here, C is the concentration of fine fibrous cellulose contained in the supernatant obtained when an aqueous dispersion having a concentration of 0.1% by mass of fine fibrous cellulose is centrifuged at 12,000 G for 10 minutes.
また、本実施形態において、繊維層の形成に用いる微細繊維状セルロースを0.2質量%濃度の水分散液とした場合、該水分散液のヘーズは5.0%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることがさらに好ましい。なお、水分散液のヘーズは0%であってもよい。0.2質量%濃度の水分散液のヘーズが上記範囲内であれば、分散液が透明であると判定できる。ここで、水分散液のヘーズは、ヘーズメーターと光路長1cmの液体用ガラスセルを用い、JIS K 7136:2000に準拠して測定される値である。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行う。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置し、分散液の液温を23℃とする。 In addition, in this embodiment, when the fine fibrous cellulose used to form the fiber layer is an aqueous dispersion having a concentration of 0.2% by mass, the haze of the aqueous dispersion is preferably 5.0% or less, more preferably 4.0% or less, and even more preferably 3.0% or less. The haze of the aqueous dispersion may be 0%. If the haze of an aqueous dispersion having a concentration of 0.2% by mass is within the above range, the dispersion can be determined to be transparent. Here, the haze of the aqueous dispersion is a value measured in accordance with JIS K 7136:2000 using a haze meter and a glass cell for liquids with an optical path length of 1 cm. The zero point measurement is performed with ion-exchanged water placed in the same glass cell. The dispersion to be measured is left to stand for 24 hours in an environment of 23°C and relative humidity of 50% before measurement, and the liquid temperature of the dispersion is set to 23°C.
本実施形態において、繊維層の形成に用いる微細繊維状セルロースを1質量%濃度の分散液(水分散液)とした場合、該分散液のpHは、3以上であることが好ましく、4以上であることがより好ましく、5以上であることがさらに好ましい。また、該分散液のpHは10以下であることが好ましく、9以下であることがより好ましく、8以下であることがさらに好ましい。分散液のpHを上記範囲とすることで、分散液やシートの黄変をより効果的に抑制することができる。なお、分散液のpHを上記範囲とするために、後述する<pH調整工程>と同様の手法を取ることもできる。 In this embodiment, when the fine fibrous cellulose used to form the fiber layer is made into a dispersion (aqueous dispersion) with a concentration of 1% by mass, the pH of the dispersion is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and even more preferably 5 or more. The pH of the dispersion is preferably 10 or less, more preferably 9 or less, and even more preferably 8 or less. By adjusting the pH of the dispersion to the above range, yellowing of the dispersion and the sheet can be more effectively suppressed. Note that in order to adjust the pH of the dispersion to the above range, a method similar to the <pH adjustment process> described later can also be used.
本実施形態において、繊維層の形成に用いる微細繊維状セルロースを0.4質量%濃度の分散液(水分散液)とした場合、該分散液の23℃における粘度は、100mPa・s以上であることが好ましく、1000mPa・s以上であることがより好ましく、2000mPa・s以上であることがさらに好ましい。また、該分散液の23℃における粘度は、200000mPa・s以下であることが好ましく、100000mPa・s以下であることがより好ましい。微細繊維状セルロース濃度が0.4質量%の分散液の粘度は、B型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定することができる。測定条件は23℃とし、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度を測定する。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置し、分散液の液温を23℃とする。 In this embodiment, when the fine fibrous cellulose used to form the fiber layer is a dispersion (aqueous dispersion) with a concentration of 0.4% by mass, the viscosity of the dispersion at 23°C is preferably 100 mPa·s or more, more preferably 1000 mPa·s or more, and even more preferably 2000 mPa·s or more. The viscosity of the dispersion at 23°C is preferably 200,000 mPa·s or less, and more preferably 100,000 mPa·s or less. The viscosity of a dispersion with a fine fibrous cellulose concentration of 0.4% by mass can be measured using a B-type viscometer (manufactured by BLOOKFIELD, analog viscometer T-LVT). The measurement conditions are 23°C, a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity is measured 3 minutes after the start of the measurement. In addition, the dispersion to be measured is left to stand for 24 hours in an environment of 23°C and relative humidity 50% before measurement, and the liquid temperature of the dispersion is set to 23°C.
繊維層の形成に用いる微細繊維状セルロースを含む分散液中の遊離窒素量は少ないことが好ましい。分散液中の遊離窒素量は微細繊維状セルロース分散液を濾過した際の濾液中の窒素濃度を測定することで測定が可能である。例えば、微細繊維状セルロース濃度が0.2質量%の分散液中の遊離窒素濃度は、100ppm以下であることが好ましく、80ppm以下であることがより好ましく、70ppm以下であることがさらに好ましく、60ppm以下であることが一層好ましく、50ppm以下であることがより一層好ましく、40ppm以下であることがさらに一層好ましく、30ppm以下であることが特に好ましい。なお、微細繊維状セルロース濃度が0.2質量%の分散液中の窒素濃度は0ppmであってもよい。分散液中に存在する遊離窒素は、着色の原因となるため、濾液中の窒素濃度を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの黄変をより効果的に抑制することができる。ここで、濾液中の窒素濃度の測定方法は以下のとおりである。まず、微細繊維状セルロース濃度が0.2質量%となるように蒸留水を添加し、24時間撹拌後、孔径0.45μmの濾材を使用して濾過を行い濾液を得る。そして、微量窒素分析により濾液中の窒素濃度(ppm)を測定する。 It is preferable that the amount of free nitrogen in the dispersion containing the fine fibrous cellulose used to form the fiber layer is small. The amount of free nitrogen in the dispersion can be measured by measuring the nitrogen concentration in the filtrate when the fine fibrous cellulose dispersion is filtered. For example, the free nitrogen concentration in a dispersion containing 0.2% by mass of fine fibrous cellulose is preferably 100 ppm or less, more preferably 80 ppm or less, even more preferably 70 ppm or less, even more preferably 60 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, even more preferably 40 ppm or less, and particularly preferably 30 ppm or less. The nitrogen concentration in a dispersion containing 0.2% by mass of fine fibrous cellulose may be 0 ppm. Since free nitrogen present in the dispersion causes coloring, yellowing of the dispersion containing fine fibrous cellulose and the sheet can be more effectively suppressed by setting the nitrogen concentration in the filtrate within the above range. Here, the method for measuring the nitrogen concentration in the filtrate is as follows. First, distilled water is added so that the concentration of fine fibrous cellulose becomes 0.2% by mass, and after stirring for 24 hours, the mixture is filtered using a filter medium with a pore size of 0.45 μm to obtain a filtrate. The nitrogen concentration (ppm) in the filtrate is then measured by trace nitrogen analysis.
<任意成分>
繊維層には、微細繊維状セルロース以外の任意成分が含まれていてもよい。任意成分としては、例えば、後述するようなスペーサー分子、親水性高分子や有機イオン等が挙げられる。親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記セルロース繊維は除く)であることが好ましい。含酸素有機化合物は非繊維状であることが好ましく、このような非繊維状の含酸素有機化合物には、微細繊維状セルロースや熱可塑性樹脂繊維は含まれない。
<Optional ingredients>
The fiber layer may contain any component other than fine fibrous cellulose. Examples of the optional component include spacer molecules, hydrophilic polymers, and organic ions, as described below. The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned cellulose fibers). The oxygen-containing organic compound is preferably non-fibrous, and such non-fibrous oxygen-containing organic compounds do not include fine fibrous cellulose or thermoplastic resin fibers.
含酸素有機化合物は、親水性の有機化合物であることが好ましい。親水性の含酸素有機化合物は、繊維層の強度、密度及び化学的耐性などを向上させることができる。親水性の含酸素有機化合物は、たとえばSP値が9.0以上であることが好ましい。また、親水性の含酸素有機化合物は、たとえば100mlのイオン交換水に含酸素有機化合物が1g以上溶解するものであることが好ましい。 The oxygen-containing organic compound is preferably a hydrophilic organic compound. The hydrophilic oxygen-containing organic compound can improve the strength, density, chemical resistance, and the like of the fiber layer. The hydrophilic oxygen-containing organic compound preferably has an SP value of, for example, 9.0 or more. In addition, the hydrophilic oxygen-containing organic compound is preferably one in which, for example, 1 g or more of the oxygen-containing organic compound dissolves in 100 ml of ion-exchanged water.
含酸素有機化合物としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、カゼイン、デキストリン、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル化ポリビニルアルコール等)、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸塩類、ポリアクリルアミド、アクリル酸アルキルエステル共重合体、ウレタン系共重合体、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)等の親水性高分子;グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等の親水性低分子が挙げられる。これらの中でも、繊維層の強度、密度、化学的耐性などを向上させる観点から、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、グリセリン、ソルビトールが好ましく、ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドから選択される少なくとも1種であることがより好ましく、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール及びポリエチレングリコールから選択される少なくとも1種であることがさらに好ましい。 Examples of oxygen-containing organic compounds include hydrophilic polymers such as polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, modified starch, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (such as acetoacetylated polyvinyl alcohol), polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates, polyacrylamide, acrylic acid alkyl ester copolymers, urethane copolymers, and cellulose derivatives (such as hydroxyethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose); and hydrophilic low-molecular-weight compounds such as glycerin, sorbitol, and ethylene glycol. Among these, from the viewpoint of improving the strength, density, chemical resistance, and the like of the fiber layer, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, glycerin, and sorbitol are preferred, and at least one selected from polyethylene glycol and polyethylene oxide is more preferred, and at least one selected from polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol is even more preferred.
含酸素有機化合物は、分子量が5万以上800万以下の有機化合物高分子であることが好ましい。含酸素有機化合物の分子量は、10万以上500万以下であることも好ましいが、例えば分子量が1000未満の低分子であってもよい。 The oxygen-containing organic compound is preferably an organic polymer having a molecular weight of 50,000 to 8,000,000. The molecular weight of the oxygen-containing organic compound is also preferably 100,000 to 5,000,000, but may be a low molecular weight compound having a molecular weight of less than 1,000, for example.
繊維層に含まれる含酸素有機化合物の含有量は、繊維層に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましく、15質量部以上であることがさらに好ましい。また、繊維層に含まれる含酸素有機化合物の含有量は、繊維層に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、1000質量部以下であることが好ましく、500質量部以下であることがより好ましく、100質量部以下であることがさらに好ましく、50質量部以下であることが特に好ましい。含酸素有機化合物の含有量を上記範囲内とすることにより、高い透明性と強度を有する積層シートを形成することができる。 The content of the oxygen-containing organic compound contained in the fiber layer is preferably 1 part by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, and even more preferably 15 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose contained in the fiber layer. The content of the oxygen-containing organic compound contained in the fiber layer is preferably 1,000 parts by mass or less, more preferably 500 parts by mass or less, even more preferably 100 parts by mass or less, and particularly preferably 50 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose contained in the fiber layer. By setting the content of the oxygen-containing organic compound within the above range, a laminate sheet having high transparency and strength can be formed.
有機イオンとしては、テトラアルキルアンモニウムイオンやテトラアルキルホスホニウムイオンを挙げることができる。テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、テトラヘプチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、ラウリルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、オクチルジメチルエチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルエチルアンモニウムイオン、ジデシルジメチルアンモニウムイオン、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、トリブチルベンジルアンモニウムイオンが挙げられる。テトラアルキルホスホニウムイオンとしては、例えばテトラメチルホスホニウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラプロピルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、およびラウリルトリメチルホスホニウムイオンが挙げられる。また、テトラプロピルオニウムイオン、テトラブチルオニウムイオンとして、それぞれテトラn-プロピルオニウムイオン、テトラn-ブチルオニウムイオンなども挙げることができる。 Examples of organic ions include tetraalkylammonium ions and tetraalkylphosphonium ions. Examples of tetraalkylammonium ions include tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion, tetrapentylammonium ion, tetrahexylammonium ion, tetraheptylammonium ion, tributylmethylammonium ion, lauryltrimethylammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, stearyltrimethylammonium ion, octyldimethylethylammonium ion, lauryldimethylethylammonium ion, didecyldimethylammonium ion, lauryldimethylbenzylammonium ion, and tributylbenzylammonium ion. Examples of tetraalkylphosphonium ions include tetramethylphosphonium ion, tetraethylphosphonium ion, tetrapropylphosphonium ion, tetrabutylphosphonium ion, and lauryltrimethylphosphonium ion. Examples of tetrapropylonium ion and tetrabutylonium ion include tetra-n-propylonium ion and tetra-n-butylonium ion, respectively.
また、任意成分としては、さらに、消泡剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、安定剤、界面活性剤、防腐剤(例えば、フェノキシエタノール)等を挙げることができる。 Optional ingredients may also include antifoaming agents, lubricants, UV absorbers, dyes, pigments, stabilizers, surfactants, preservatives (e.g., phenoxyethanol), etc.
(微細繊維状セルロースの製造方法)
上述した微細繊維状セルロースの製造方法は、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程(A)と、工程(A)の後に、均一分散処理する工程(B)と、を含む。ここで、工程(A)に供される微細繊維状セルロースが有する置換基はアニオン性基であることが好ましく、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基であることがより好ましい。さらに、工程(A)に供される微細繊維状セルロースはカルバミド基を有することが好ましい。
(Method for producing fine fibrous cellulose)
The method for producing the fine fibrous cellulose described above includes a step (A) of removing at least a part of the substituent from fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, and a step (B) of performing a uniform dispersion treatment after the step (A). Here, the substituent possessed by the fine fibrous cellulose subjected to the step (A) is preferably an anionic group, more preferably a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group. Furthermore, the fine fibrous cellulose subjected to the step (A) preferably has a carbamide group.
(工程(A))
工程(A)は、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程である。以下では、まず、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロース(工程(A)に供される微細繊維状セルロース)の製造方法について説明する。
(Step (A))
Step (A) is a step of removing at least a part of the substituents from fine fibrous cellulose having a substituent and having a fiber width of 1000 nm or less. First, a method for producing fine fibrous cellulose having a substituent and having a fiber width of 1000 nm or less (fine fibrous cellulose to be subjected to step (A)) will be described below.
<繊維原料>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、特に限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、及び脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)及び酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)及びケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)及びサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、たとえばコットンリンター及びコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら及びバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプ及び脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
<Fiber raw materials>
The fine fibrous cellulose to be subjected to step (A) is produced from a fiber raw material containing cellulose. The fiber raw material containing cellulose is not particularly limited, but it is preferable to use pulp because it is easily available and inexpensive. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include, but are not particularly limited to, chemical pulp such as hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP) and oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemi-ground wood pulp (CGP), mechanical pulp such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), etc. The non-wood pulp is not particularly limited, but may be, for example, cotton-based pulp such as cotton linters and cotton lint, or non-wood pulp such as hemp, straw, or bagasse. The deinked pulp is not particularly limited, but may be, for example, deinked pulp made from waste paper. The pulp of this embodiment may be used alone or in combination of two or more of the above. Among the above pulps, for example, wood pulp and deinked pulp are preferred from the viewpoint of ease of availability. Furthermore, among the wood pulps, for example, chemical pulp is more preferred, and kraft pulp and sulfite pulp are even more preferred, from the viewpoint of a high cellulose ratio and a high yield of fine fibrous cellulose during defibration treatment, and from the viewpoint of small decomposition of cellulose in the pulp and obtaining long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio. Note that the viscosity tends to increase when long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio is used.
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As fiber raw materials containing cellulose, for example, cellulose contained in sea squirts and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used. Also, instead of fiber raw materials containing cellulose, fibers formed from linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can be used.
<リンオキソ酸基導入工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースは置換基を有する。このため、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、置換基導入工程を有することが好ましく、アニオン性基導入工程を有することがより好ましい。アニオン性基導入工程としては、例えば、リンオキソ酸基導入工程が挙げられる。リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
<Phosphorus Oxo Acid Group Introduction Step>
The fine fibrous cellulose subjected to step (A) has a substituent. For this reason, the production process of the fine fibrous cellulose subjected to step (A) preferably has a substituent introduction step, more preferably has an anionic group introduction step. Examples of the anionic group introduction step include a phosphorus oxo acid group introduction step. The phosphorus oxo acid group introduction step is a step of reacting at least one compound (hereinafter also referred to as "compound A") selected from compounds capable of introducing phosphorus oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups possessed by a fiber raw material containing cellulose, on the fiber raw material containing cellulose. This step results in the production of a fiber into which phosphorus oxo acid groups have been introduced.
本実施形態に係るリンオキソ酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行うことが好ましい。 In the phosphorus oxo acid group introduction step according to this embodiment, it is preferable to carry out the reaction of the fiber raw material containing cellulose with compound A in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter also referred to as "compound B").
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態又はスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態又は湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物A及び化合物Bは、それぞれ粉末状又は溶媒に溶解させた溶液状又は融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 One example of a method for allowing compound A to act on a fiber raw material in the presence of compound B is to mix compound A and compound B with a fiber raw material in a dry, wet, or slurry state. Of these, it is preferable to use a fiber raw material in a dry or wet state, and it is particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state, since the reaction is highly uniform. The form of the fiber raw material is not particularly limited, but it is preferable to use a cotton-like or thin sheet-like form, for example. Compound A and compound B are each added to the fiber raw material in a powder form, a solution form dissolved in a solvent, or a melted state by heating to a melting point or higher. Of these, it is preferable to add them in a solution form dissolved in a solvent, especially in an aqueous solution form, since the reaction is highly uniform. Compound A and compound B may be added to the fiber raw material simultaneously, separately, or as a mixture. The method of adding compound A and compound B is not particularly limited, but when compound A and compound B are in a solution form, the fiber raw material may be immersed in the solution to absorb the liquid and then removed, or the solution may be dripped onto the fiber raw material. Alternatively, the required amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or excess amounts of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, and then the excess compound A and compound B may be removed by squeezing or filtration.
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが特に限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸又は脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リン酸基の導入効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩又は亜リン酸、亜リン酸のナトリウム塩、亜リン酸のカリウム塩、亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、又は亜リン酸、亜リン酸ナトリウムがより好ましい。 Compound A used in this embodiment may be any compound that has a phosphorus atom and can form an ester bond with cellulose, and may include, but is not limited to, phosphoric acid or its salt, phosphorous acid or its salt, dehydrated condensed phosphoric acid or its salt, and anhydrous phosphoric acid (diphosphorus pentoxide). Phosphoric acid may be of various purities, for example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid. Phosphorous acid may be 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Dehydrated condensed phosphoric acid is phosphoric acid in which two or more molecules are condensed by a dehydration reaction, and examples of such include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid. Phosphates, phosphites, and dehydrated condensed phosphates include lithium salts, sodium salts, potassium salts, and ammonium salts of phosphoric acid, phosphorous acid, or dehydrated condensed phosphoric acid, and these may be neutralized to various degrees. Among these, from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphate groups, easier improvement of defibration efficiency in the defibration step described below, low cost, and ease of industrial application, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, ammonium salt of phosphoric acid, phosphorous acid, sodium salt of phosphorous acid, potassium salt of phosphorous acid, and ammonium salt of phosphorous acid are preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, or phosphorous acid and sodium phosphite are more preferred.
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited, but for example, when the amount of compound A added is converted into the amount of phosphorus atoms, the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material (bone dry mass) is preferably 0.5% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to the above upper limit or less, a balance can be achieved between the effect of improving the yield and costs.
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、及び1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
As described above, the compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives. Examples of the compound B include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution of compound B. Also, from the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、特に限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound B added relative to the fiber raw material (bone dry mass) is not particularly limited, but is preferably from 1% by mass to 500% by mass, more preferably from 10% by mass to 400% by mass, and even more preferably from 100% by mass to 350% by mass.
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類又はアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction of a fiber raw material containing cellulose with compound A, in addition to compound B, for example, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, and dimethylacetamide. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine, and hexamethylenediamine. Among these, triethylamine in particular is known to act as a good reaction catalyst.
リンオキソ酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A及び化合物Bを添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リンオキソ酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば熱風乾燥装置、撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxo acid group introduction step, it is preferable to add or mix compound A and compound B to the fiber raw material, and then heat-treat the fiber raw material. It is preferable to select a temperature for the heat treatment that can efficiently introduce phosphorus oxo acid groups while suppressing thermal decomposition and hydrolysis of the fiber. The heat treatment temperature is preferably, for example, 50°C to 300°C, more preferably 100°C to 250°C, and even more preferably 130°C to 200°C. In addition, for the heat treatment, equipment having various heat media can be used, such as a hot air dryer, a stirring dryer, a rotary dryer, a disk dryer, a roll-type heater, a plate-type heater, a fluidized bed dryer, a band-type dryer, a filtration dryer, a vibration fluidized dryer, an airflow dryer, a reduced pressure dryer, an infrared heater, a far-infrared heater, a microwave heater, or a high-frequency dryer.
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to this embodiment, for example, a method of adding compound A to a thin sheet-like fiber raw material by a method such as impregnation and then heating the material, or a method of heating the fiber raw material and compound A while kneading or stirring the fiber raw material with a kneader or the like can be adopted. This makes it possible to suppress unevenness in the concentration of compound A in the fiber raw material and introduce phosphorus oxoacid groups more uniformly onto the surface of the cellulose fibers contained in the fiber raw material. This is thought to be due to the fact that when water molecules move to the surface of the fiber raw material as it dries, the dissolved compound A can be prevented from being attracted to the water molecules by surface tension and moving to the surface of the fiber raw material in the same way (i.e., causing unevenness in the concentration of compound A).
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 The heating device used for the heat treatment is preferably one that can constantly discharge, from the system, moisture held by the slurry and moisture generated by the dehydration condensation (phosphate esterification) reaction between compound A and hydroxyl groups contained in cellulose or the like in the fiber raw material. An example of such a heating device is an oven that uses a blowing fan. By constantly discharging moisture from within the system, the hydrolysis reaction of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphate esterification, can be suppressed, and acid hydrolysis of the sugar chains in the fibers can also be suppressed. This makes it possible to obtain fine fibrous cellulose with a high axial ratio.
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リンオキソ酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。 The heat treatment time is preferably, for example, from 1 second to 300 minutes after the moisture has been substantially removed from the fiber raw material, more preferably from 1 second to 1000 seconds, and even more preferably from 10 seconds to 800 seconds. In this embodiment, the amount of phosphorus oxoacid groups introduced can be kept within a preferred range by setting the heating temperature and heating time within an appropriate range.
リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。 The phosphorus oxo acid group introduction process needs to be carried out at least once, but can also be repeated two or more times. By carrying out the phosphorus oxo acid group introduction process two or more times, many phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material.
リンオキソ酸基導入工程におけるリンオキソ酸基の導入量は、繊維原料1g(質量)あたり0.60mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることが特に好ましい。また、リンオキソ酸基の導入量は、たとえば繊維原料1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。なお、リンオキソ酸基導入工程におけるリンオキソ酸基の導入量が上記範囲内であるということは、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの置換基導入量が上記範囲内であることを意味する。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの置換基導入量を上記範囲内とすることができ、その結果、最終的な繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースを製造しやすくなる。また、本発明の微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 The amount of phosphorus oxoacid groups introduced in the phosphorus oxoacid group introduction step is preferably 0.60 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.20 mmol/g or more. The amount of phosphorus oxoacid groups introduced is preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 3.65 mmol/g or less, and even more preferably 3.00 mmol/g or less. The fact that the amount of phosphorus oxoacid groups introduced in the phosphorus oxoacid group introduction step is within the above range means that the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose provided in step (A) is within the above range. By setting the amount of phosphorus oxoacid groups introduced within the above range, the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose provided in step (A) can be set within the above range, and as a result, it becomes easier to produce fine fibrous cellulose with a final fiber width of 10 nm or less. In addition, the transparency of dispersions and sheets containing the fine fibrous cellulose of the present invention can be more effectively improved.
<スルホン基(硫黄オキソ酸基)導入工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、アニオン性基導入工程として、スルホン基導入工程を含んでもよい。スルホン基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基とスルホン酸が反応することで、スルホン基を有するセルロース繊維(スルホン基導入繊維)を得ることができる。
<Sulfonic group (sulfur oxoacid group) introduction step>
The production process of fine fibrous cellulose subjected to step (A) may include a sulfonic group introduction step as an anionic group introduction step, in which a hydroxyl group of a fiber raw material containing cellulose reacts with sulfonic acid to obtain a cellulose fiber having a sulfonic group (sulfonic group-introduced fiber).
スルホン基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Aに代えて、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、スルホン基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物C」ともいう)を用いる。化合物Cとしては、硫黄原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物であればよく、硫酸もしくはその塩、亜硫酸もしくはその塩、硫酸アミドなどが挙げられるが特に限定されない。硫酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば96%硫酸(濃硫酸)を使用することができる。亜硫酸としては、5%亜硫酸水が挙げられる。硫酸塩又は亜硫酸塩としては、硫酸塩又は亜硫酸塩のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。硫酸アミドとしては、スルファミン酸などを使用することができる。スルホン基導入工程では、上述した<リンオキソ酸基導入工程>における化合物Bを同様に用いることが好ましい。 In the sulfonic group introduction step, instead of compound A in the above-mentioned <phosphorus oxo acid group introduction step>, at least one compound (hereinafter also referred to as "compound C") selected from compounds capable of introducing sulfonic groups by reacting with hydroxyl groups possessed by fiber raw materials containing cellulose is used. Compound C may be any compound that has a sulfur atom and can form an ester bond with cellulose, and examples of such compounds include sulfuric acid or its salts, sulfurous acid or its salts, and sulfuric acid amides, but are not particularly limited thereto. As sulfuric acid, those with various purities can be used, and for example, 96% sulfuric acid (concentrated sulfuric acid) can be used. As sulfurous acid, 5% sulfurous acid water can be used. As sulfates or sulfites, lithium salts, sodium salts, potassium salts, ammonium salts of sulfates or sulfites can be used, and these can be neutralized to various degrees. As sulfuric acid amides, sulfamic acid, etc. can be used. In the sulfonic group introduction step, it is preferable to use compound B in the above-mentioned <phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner.
スルホン基導入工程においては、セルロース原料にスルホン酸、並びに、尿素及び/又は尿素誘導体を含む水溶液を混合した後、当該セルロース原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、スルホン基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理温度は、300℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。 In the sulfonic group introduction process, it is preferable to mix the cellulose raw material with an aqueous solution containing sulfonic acid and urea and/or a urea derivative, and then heat treat the cellulose raw material. It is preferable to select a heat treatment temperature that can efficiently introduce sulfonic groups while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reactions of the fibers. The heat treatment temperature is preferably 100°C or higher, more preferably 120°C or higher, and even more preferably 150°C or higher. In addition, the heat treatment temperature is preferably 300°C or lower, more preferably 250°C or lower, and even more preferably 200°C or lower.
加熱処理工程では、実質的に水分がなくなるまで加熱をすることが好ましい。このため、加熱処理時間は、セルロース原料に含まれる水分量や、スルホン酸、並びに、尿素及び/又は尿素誘導体を含む水溶液の添加量によって、変動するが、例えば、10秒以上10000秒以下とすることが好ましい。加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば熱風乾燥装置、撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the heat treatment step, it is preferable to heat until substantially no moisture is present. For this reason, the heat treatment time varies depending on the amount of moisture contained in the cellulose raw material and the amount of sulfonic acid and the aqueous solution containing urea and/or a urea derivative added, but is preferably, for example, 10 seconds to 10,000 seconds. For the heat treatment, equipment having various heat media can be used, such as a hot air dryer, agitator dryer, rotary dryer, disk dryer, roll-type heater, plate-type heater, fluidized bed dryer, band-type dryer, filtration dryer, vibration fluidized dryer, airflow dryer, reduced pressure dryer, infrared heater, far-infrared heater, microwave heater, and high-frequency dryer.
スルホン基導入工程におけるスルホン基の導入量は、繊維原料1g(質量)あたり0.60mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることが特に好ましい。また、スルホン基の導入量は、たとえば繊維原料1g(質量)あたり5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。なお、スルホン基導入工程におけるスルホン基の導入量が上記範囲内であるということは、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの置換基導入量が上記範囲内であることを意味する。スルホン基の導入量を上記範囲内とすることにより、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの置換基導入量が上記範囲内とすることができ、その結果、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースを製造しやすくなる。また、本発明の微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 The amount of sulfone groups introduced in the sulfone group introduction step is preferably 0.60 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.20 mmol/g or more. The amount of sulfone groups introduced is preferably 5.00 mmol/g or less per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 3.00 mmol/g or less. The fact that the amount of sulfone groups introduced in the sulfone group introduction step is within the above range means that the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose provided in step (A) is within the above range. By setting the amount of sulfone groups introduced within the above range, the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose provided in step (A) can be set within the above range, and as a result, it becomes easier to produce fine fibrous cellulose with a fiber width of 10 nm or less. In addition, the transparency of the dispersion or sheet containing the fine fibrous cellulose of the present invention can be more effectively increased.
<ザンテート基導入工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、アニオン性基導入工程として、ザンテート基導入工程を含んでもよい。ザンテート基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基を下記式(2)で表されるザンテート基で置換することで、ザンテート基を有するセルロース繊維(ザンテート基導入繊維)を得ることができる。
―OCSS-M+……(2)
ここで、M+は水素イオン、一価金属イオン、アンモニウムイオン、脂肪族又は芳香族アンモニウムイオンから選ばれる少なくとも一種である。
<Xanthate group introduction process>
The manufacturing process of the fine fibrous cellulose subjected to the step (A) may include a xanthate group introduction step as an anionic group introduction step. The xanthate group introduction step is a step of replacing the hydroxyl group of the fiber raw material containing cellulose with the xanthate group represented by the following formula (2), thereby obtaining a cellulose fiber having a xanthate group (xanthate group-introduced fiber).
-OCSS - M + ...(2)
Here, M + is at least one selected from a hydrogen ion, a monovalent metal ion, an ammonium ion, and an aliphatic or aromatic ammonium ion.
ザンテート基導入工程では、まず、上記セルロースを含む繊維原料をアルカリ溶液で処理するアルカリ処理を行って、アルカリセルロースを得る。アルカリ溶液としては、水酸化アルカリ金属水溶液、水酸化アルカリ土類金属水溶液などが挙げられる。中でも、アルカリ溶液は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属水溶液であることが好ましく、水酸化ナトリウム水溶液であることが特に好ましい。アルカリ溶液が水酸化アルカリ金属水溶液の場合、水酸化アルカリ金属水溶液中の水酸化アルカリ金属濃度は4質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましい。また、水酸化アルカリ金属水溶液中の水酸化アルカリ金属濃度は9質量%以下であることが好ましい。水酸化アルカリ金属濃度を上記下限値以上とすることにより、セルロースのマーセル化を十分に進行させることができ、その後のザンテート化の際に生じる副生成物の量を減らすことができ、結果として、ザンテート基導入繊維の収率を高めることができる。これにより、後述する解繊処理をより効果的に行うことができる。また、水酸化アルカリ金属濃度を上記上限値以下とすることにより、マーセル化を進行させつつも、セルロースの結晶領域にまで水酸化アルカリ金属水溶液が浸透することを抑制することができるため、セルロースI型の結晶構造が維持されやすくなり、微細繊維状セルロースの収率をより高めることができる。 In the xanthate group introduction step, the cellulose-containing fiber raw material is first treated with an alkali solution to obtain alkali cellulose. Examples of the alkali solution include an alkali metal hydroxide aqueous solution and an alkaline earth metal hydroxide aqueous solution. Among them, the alkali solution is preferably an alkali metal hydroxide aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, and is particularly preferably an aqueous sodium hydroxide solution. When the alkali solution is an alkali metal hydroxide aqueous solution, the alkali metal hydroxide concentration in the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 4% by mass or more, more preferably 5% by mass or more. In addition, the alkali metal hydroxide concentration in the alkali metal hydroxide aqueous solution is preferably 9% by mass or less. By setting the alkali metal hydroxide concentration to the above lower limit value or more, the mercerization of cellulose can be sufficiently promoted, the amount of by-products generated during the subsequent xanthation can be reduced, and as a result, the yield of xanthate group-introduced fiber can be increased. This makes it possible to more effectively perform the defibration treatment described later. In addition, by setting the alkali metal hydroxide concentration to the above upper limit or less, it is possible to prevent the alkali metal hydroxide aqueous solution from penetrating into the crystalline regions of the cellulose while allowing mercerization to proceed, which makes it easier to maintain the cellulose type I crystal structure and further increases the yield of fine fibrous cellulose.
上記アルカリ処理の時間は、30分間以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましい。また、アルカリ処理の時間は、6時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましい。アルカリ処理の時間を上記範囲内とすることにより、最終的な収率を高めることができ、生産性を高めることができる。 The alkaline treatment time is preferably 30 minutes or more, and more preferably 1 hour or more. The alkaline treatment time is preferably 6 hours or less, and more preferably 5 hours or less. By keeping the alkaline treatment time within the above range, the final yield can be increased, and productivity can be improved.
上記アルカリ処理で得られたアルカリセルロースは、その後に固液分離して水溶液分をできるだけ除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるザンテート化処理時の水分含有量を減らすことができ、反応を促進できる。固液分離の方法としては、例えば遠心分離や濾別などの一般的な脱水方法を用いることができる。なお、固液分離後のアルカリセルロースに含まれる水酸化アルカリ金属の濃度は固液分離後のアルカリセルロースの全質量に対して3質量%以上8質量%以下であることが好ましい。 The alkali cellulose obtained by the above alkali treatment is preferably subjected to solid-liquid separation to remove as much of the aqueous solution as possible. This reduces the water content during the subsequent xanthate treatment, and promotes the reaction. As a method for solid-liquid separation, a general dehydration method such as centrifugation or filtration can be used. The concentration of alkali metal hydroxide contained in the alkali cellulose after solid-liquid separation is preferably 3% by mass or more and 8% by mass or less based on the total mass of the alkali cellulose after solid-liquid separation.
ザンテート基導入工程では、アルカリ処理の後にザンテート化処理工程を行う。ザンテート化処理工程ではアルカリセルロースに二硫化炭素(CS2)を反応させて、(-O-Na+)基を(-OCSS-Na+)基にしてザンテート基導入繊維を得る。なお、上記において、アルカリセルロースに導入された金属イオンは、代表してNa+で記述しているが、他のアルカリ金属イオンでも同様の反応が進行する。 In the xanthate group introduction process, the xanthate treatment process is carried out after the alkali treatment. In the xanthate treatment process, carbon disulfide (CS 2 ) is reacted with alkali cellulose to convert the (-O - Na + ) group to a (-OCSS - Na + ) group to obtain xanthate group-introduced fiber. In the above, the metal ion introduced into the alkali cellulose is described as Na + as a representative, but the same reaction also proceeds with other alkali metal ions.
ザンテート化処理では、アルカリセルロース中のセルロースの絶乾質量に対して、10質量%以上の二硫化炭素を供給することが好ましい。また、ザンテート化処理において、二硫化炭素とアルカリセルロースとが接触する時間は、30分以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましい。アルカリセルロースに二硫化炭素が接触することでザンテート化は速やかに進行するが、アルカリセルロースの内部にまで二硫化炭素が浸透するには時間がかかるため、反応時間を上記範囲とすることが好ましい。一方で、二硫化炭素とアルカリセルロースとが接触する時間は6時間以下であればよく、これにより脱水後のアルカリセルロースの塊に対しても十分に浸透が進んで、反応可能なザンテート化をほぼ完了させることができる。 In the xanthation treatment, it is preferable to supply 10% by mass or more of carbon disulfide based on the bone dry mass of cellulose in the alkali cellulose. In addition, in the xanthation treatment, the time for which carbon disulfide and alkali cellulose are in contact is preferably 30 minutes or more, and more preferably 1 hour or more. Xanthation proceeds quickly when carbon disulfide comes into contact with alkali cellulose, but it takes time for carbon disulfide to penetrate into the inside of alkali cellulose, so it is preferable to set the reaction time to the above range. On the other hand, the time for which carbon disulfide and alkali cellulose are in contact may be 6 hours or less, which allows sufficient penetration into the alkali cellulose mass after dehydration, and allows reactive xanthation to be almost completed.
ザンテート化処理における反応温度は、46℃以下であることが好ましい。反応温度を上記範囲内とすることにより、アルカリセルロースの分解を抑制し易くなる。また、反応温度を上記範囲内とすることにより、均一に反応し易くなるため、副生成物の生成を抑制でき、さらには、生成したザンテート基の除去を抑制することもできる。 The reaction temperature in the xanthate treatment is preferably 46°C or lower. By setting the reaction temperature within the above range, it becomes easier to suppress the decomposition of the alkali cellulose. In addition, by setting the reaction temperature within the above range, the reaction is made easier to proceed uniformly, so the generation of by-products can be suppressed, and the removal of the generated xanthate groups can also be suppressed.
ザンテート基導入工程におけるザンテート基の導入量は、繊維原料1g(質量)あたり0.60mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることが特に好ましい。また、ザンテート基の導入量は、たとえば繊維原料1g(質量)あたり5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。なお、ザンテート基導入工程におけるザンテート基の導入量が上記範囲内であるということは、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの置換基導入量が上記範囲内であることを意味する。ザンテート基の導入量を上記範囲内とすることにより、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの置換基導入量が上記範囲内とすることができ、その結果、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースを製造しやすくなる。また、本発明の微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 The amount of xanthate groups introduced in the xanthate group introduction step is preferably 0.60 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.20 mmol/g or more. The amount of xanthate groups introduced is preferably 5.00 mmol/g or less per 1 g (mass) of fiber raw material, and more preferably 3.00 mmol/g or less. The amount of xanthate groups introduced in the xanthate group introduction step within the above range means that the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose provided in step (A) is within the above range. By setting the amount of xanthate groups introduced within the above range, the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose provided in step (A) can be set within the above range, and as a result, it becomes easier to produce fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less. In addition, the transparency of the dispersion or sheet containing the fine fibrous cellulose of the present invention can be more effectively increased.
<洗浄工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程においては、必要に応じてアニオン性基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりアニオン性基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<Cleaning process>
In the production process of the fine fibrous cellulose to be subjected to the step (A), a washing step can be carried out on the anionic group-introduced fiber, if necessary. The washing step is carried out, for example, by washing the anionic group-introduced fiber with water or an organic solvent. The washing step may be carried out after each step described below, and the number of washing steps carried out in each washing step is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程においては、アニオン性基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、アニオン性基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkaline treatment step>
In the production process of the fine fibrous cellulose to be subjected to step (A), an alkali treatment may be carried out on the fiber raw material between the anionic group introduction step and the defibration step described below. The alkali treatment method is not particularly limited, but may be, for example, a method of immersing the anionic group-introduced fiber in an alkali solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水又は有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、又はアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、又は水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of its high versatility. The solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably a polar solvent including water or a polar organic solvent such as alcohol, and more preferably an aqueous solvent including at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is preferable because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるアニオン性基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばアニオン性基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5°C to 80°C, and more preferably from 10°C to 60°C. The immersion time of the anionic group-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5 minutes to 30 minutes, and more preferably from 10 minutes to 20 minutes. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but is preferably from 100% by mass to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% by mass to 10,000% by mass, based on the absolute dry mass of the anionic group-introduced fiber.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、アニオン性基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、アニオン性基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったアニオン性基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkaline solution used in the alkaline treatment step, the anionic group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the anionic group-introducing step and before the alkaline treatment step. From the viewpoint of improving handleability, it is preferable to wash the alkaline-treated anionic group-introduced fiber with water or an organic solvent after the alkaline treatment step and before the defibration treatment step.
<酸処理工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程においては、アニオン性基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。例えば、アニオン性基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment step>
In the production process of the fine fibrous cellulose subjected to step (A), the fiber raw material may be subjected to an acid treatment between the step of introducing anionic groups and the defibration treatment step described below. For example, the anionic group introduction step, acid treatment, alkali treatment, and defibration treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸又は硫酸を用いることが特に好ましい。 The method of acid treatment is not particularly limited, but for example, a method of immersing the fiber raw material in an acidic solution containing an acid can be mentioned. The concentration of the acidic solution used is not particularly limited, but for example, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic solution used is not particularly limited, but for example, it is preferably 0 to 4, more preferably 1 to 3. The acid contained in the acidic solution can be, for example, an inorganic acid, a sulfonic acid, a carboxylic acid, etc. Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid, etc. Examples of sulfonic acids include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, etc. Examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, tartaric acid, etc. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 5°C to 100°C, and more preferably from 20°C to 90°C. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 5 minutes to 120 minutes, and more preferably from 10 minutes to 60 minutes. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably from 100% to 100,000% by mass, and more preferably from 1,000% to 10,000% by mass, based on the absolute dry mass of the fiber raw material.
<窒素除去処理>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、繊維状セルロースに導入された窒素量や系内に存在する窒素量を低減させる工程(窒素除去処理工程)をさらに含んでもよい。窒素量を低減させることで、さらに着色を抑制し得る微細繊維状セルロースを得ることができる。窒素除去処理工程は、後述する工程(B)における均一分散処理工程の後に設けられてもよいが、後述する工程(B)における均一分散処理工程の前に設けられることが好ましい。また、後述する工程(A)における解繊処理工程の前に設けられることが好ましい。
<Nitrogen removal treatment>
The production process of the fine fibrous cellulose subjected to step (A) may further include a step of reducing the amount of nitrogen introduced into the fibrous cellulose or the amount of nitrogen present in the system (nitrogen removal treatment step). By reducing the amount of nitrogen, fine fibrous cellulose capable of further suppressing coloration can be obtained. The nitrogen removal treatment step may be performed after the uniform dispersion treatment step in step (B) described later, but is preferably performed before the uniform dispersion treatment step in step (B) described later. Also, it is preferably performed before the defibration treatment step in step (A) described later.
窒素除去処理工程においては、アニオン性基導入繊維を含むスラリーのpHを10以上に調整し、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理においては、スラリーの液温を50℃以上100℃以下とすることが好ましく、加熱時間は15分以上180分以下とすることが好ましい。アニオン性基導入繊維を含むスラリーのpHを調整する際には、上述したアルカリ処理工程で用いることができるアルカリ化合物をスラリーに添加することが好ましい。 In the nitrogen removal process, it is preferable to adjust the pH of the slurry containing the anionic group-introduced fiber to 10 or more and perform a heat treatment. In the heat treatment, it is preferable to set the liquid temperature of the slurry to 50°C or more and 100°C or less, and the heating time is preferably 15 minutes or more and 180 minutes or less. When adjusting the pH of the slurry containing the anionic group-introduced fiber, it is preferable to add an alkaline compound that can be used in the above-mentioned alkaline treatment process to the slurry.
窒素除去処理工程の後、必要に応じてアニオン性基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりアニオン性基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。 After the nitrogen removal treatment step, the anionic group-introduced fiber may be subjected to a washing step as necessary. The washing step is carried out, for example, by washing the anionic group-introduced fiber with water or an organic solvent. Furthermore, there is no particular limit to the number of washing steps carried out in each washing step.
<解繊処理>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、解繊処理工程を含む。これにより、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースが得られる。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、又はビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Defibrillation treatment>
The manufacturing process of the fine fibrous cellulose subjected to step (A) includes a defibration treatment step. This produces fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less. In the defibration treatment step, for example, a defibration treatment device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, but for example, a high-speed defibrator, a grinder (stone mill type grinder), a high-pressure homogenizer or an ultra-high-pressure homogenizer, a high-pressure collision type grinder, a ball mill, a bead mill, a disk type refiner, a conical refiner, a biaxial kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater can be used. Among the above defibration treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, or an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and have less risk of contamination.
解繊処理工程における処理条件は特に限定されないが、例えば高圧ホモジナイザーを用いる場合は、処理時の圧力は1MPa以上350MPa以下が好ましく、10MPa以上300MPa以下がより好ましく、50MPa以上250MPa以下がさらに好ましい。 The processing conditions in the fiberization process are not particularly limited, but for example, when using a high-pressure homogenizer, the pressure during processing is preferably 1 MPa or more and 350 MPa or less, more preferably 10 MPa or more and 300 MPa or less, and even more preferably 50 MPa or more and 250 MPa or less.
解繊処理工程においては、たとえばアニオン性基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、及び極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種又は2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン性極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the fiber defibration process, for example, the anionic group-introduced fiber is preferably diluted with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more types selected from water and organic solvents such as polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but for example, alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents, etc. are preferred. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutyl alcohol, etc. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, etc. Examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone (MEK), etc. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether, etc. Examples of esters include ethyl acetate, butyl acetate, etc. Aprotic polar solvents include dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), etc.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、アニオン性基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのアニオン性基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solids concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration process can be set as appropriate. In addition, the slurry obtained by dispersing the anionic group-introduced fibers in a dispersion medium may contain solids other than the anionic group-introduced fibers, such as urea with hydrogen bonding properties.
工程(A)に供される解繊処理後の微細繊維状セルロースの繊維幅は、1~50nmであることが好ましく、1~25nmであることがより好ましく、1~15nmであることがさらに好ましく、1~10nmであることが特に好ましい。 The fiber width of the fine fibrous cellulose after defibration treatment in step (A) is preferably 1 to 50 nm, more preferably 1 to 25 nm, even more preferably 1 to 15 nm, and particularly preferably 1 to 10 nm.
また、工程(A)に供される微細繊維状セルロースを0.1質量%濃度の水分散液とし、ナノファイバー収率を算出した場合、ナノファイバー収率は90質量%以上であることが好ましく、93質量%以上であることがより好ましく、96質量%以上であることがさらに好ましい。なお、ナノファイバー収率は100質量%であってもよい。ここで、ナノファイバー収率は、0.1質量%濃度の微細繊維状セルロース分散液を、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H-2000B)を用い、12000G、10分の条件で遠心分離し、得られた上澄み液のセルロース濃度から下記式に基づいて測定される値である。
ナノファイバー収率(質量%)=上澄みのセルロース濃度(質量%)/0.1×100
In addition, when the fine fibrous cellulose to be subjected to step (A) is made into an aqueous dispersion having a concentration of 0.1% by mass, and the nanofiber yield is calculated, the nanofiber yield is preferably 90% by mass or more, more preferably 93% by mass or more, and even more preferably 96% by mass or more. The nanofiber yield may be 100% by mass. Here, the nanofiber yield is a value measured based on the following formula from the cellulose concentration of the supernatant obtained by centrifuging a fine fibrous cellulose dispersion having a concentration of 0.1% by mass using a refrigerated high-speed centrifuge (Kokusan Co., Ltd., H-2000B) under conditions of 12000G and 10 minutes.
Nanofiber yield (mass%)=cellulose concentration in supernatant (mass%)/0.1×100
さらに、工程(A)に供される微細繊維状セルロースを0.2質量%濃度の水分散液とした場合、該水分散液のヘーズは10%以下であることが好ましく、5.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることがさらに好ましい。なお、水分散液のヘーズは0%であってもよい。ここで、微細繊維状セルロースの水分散液のヘーズは、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用い、JIS K 7136:2000に準拠して測定される値である。測定の際には、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いる。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行い、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置し、分散液の液温を23℃とする。 Furthermore, when the fine fibrous cellulose to be subjected to step (A) is made into an aqueous dispersion with a concentration of 0.2% by mass, the haze of the aqueous dispersion is preferably 10% or less, more preferably 5.0% or less, and even more preferably 3.0% or less. The haze of the aqueous dispersion may be 0%. Here, the haze of the aqueous dispersion of fine fibrous cellulose is a value measured in accordance with JIS K 7136:2000 using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.). When measuring, a glass cell for liquids with an optical path length of 1 cm (MG-40, manufactured by Fujiwara Seisakusho, reverse optical path) is used. The zero point measurement is performed with ion-exchanged water placed in the same glass cell, and the dispersion to be measured is left to stand for 24 hours in an environment of 23°C and relative humidity 50% before the measurement, and the liquid temperature of the dispersion is set to 23°C.
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの繊維幅、微細繊維状セルロース分散液のナノファイバー収率やヘーズを上記範囲内とすることにより、工程(B)を経て得られる微細繊維状セルロースをスラリーやシートとした場合の透明性をより効果的に高めることができる。 By setting the fiber width of the fine fibrous cellulose subjected to step (A) and the nanofiber yield and haze of the fine fibrous cellulose dispersion within the above ranges, the transparency of the fine fibrous cellulose obtained through step (B) when made into a slurry or sheet can be more effectively improved.
<置換基除去処理>
本発明の微細繊維状セルロースの製造方法は、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程(A)を含む。本明細書において、微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程は、置換基除去処理工程とも言う。
<Substituent Removal Treatment>
The method for producing fine fibrous cellulose of the present invention includes a step (A) of removing at least a part of the substituents from fine fibrous cellulose having a substituent and having a fiber width of 1000 nm or less. In this specification, the step of removing at least a part of the substituents from the fine fibrous cellulose is also referred to as a substituent removal treatment step.
置換基除去処理工程としては、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを加熱処理する工程、酵素処理する工程、酸処理する工程、アルカリ処理する工程等が挙げられる。これらは単独で行ってもよく、組み合わせて行ってもよい。中でも、置換基除去処理工程は、加熱処理する工程又は酵素処理する工程であることが好ましい。上記処理工程を経ることで、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部が除去され、置換基導入量が0.5mmol/g未満の微細繊維状セルロースを得ることができる。 Examples of the substituent removal treatment process include a process of heat treating, enzyme treating, acid treating, alkali treating, etc., fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less. These may be performed alone or in combination. Among them, the substituent removal treatment process is preferably a heat treating process or an enzyme treating process. By going through the above treatment process, at least a portion of the substituents are removed from the fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, and fine fibrous cellulose having an introduction amount of less than 0.5 mmol/g can be obtained.
置換基除去処理工程は、スラリー状で行われることが好ましい。すなわち、置換基除去処理工程は、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを含むスラリーを、加熱処理する工程、酵素処理する工程、酸処理する工程、アルカリ処理する工程等であることが好ましい。置換基除去処理工程をスラリー状で実施することによって、置換基除去処理時の加熱等によって生じる着色物質や、添加もしくは発生する酸、アルカリ、塩などの残留を防ぐことができる。これにより、工程(B)を経て得られる微細繊維状セルロースをスラリーやシートとした場合の着色を抑制することができる。また、置換基除去処理後に除去した置換基由来の塩の除去処理を行う場合、塩の除去効率を高めることも可能となる。 The substituent removal treatment step is preferably carried out in the form of a slurry. In other words, the substituent removal treatment step is preferably a step of subjecting a slurry containing a fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less to a heat treatment, an enzyme treatment, an acid treatment, an alkali treatment, or the like. By carrying out the substituent removal treatment step in the form of a slurry, it is possible to prevent coloring substances caused by heating or the like during the substituent removal treatment, and the residue of added or generated acids, alkalis, salts, etc. This makes it possible to suppress coloring when the fine fibrous cellulose obtained through step (B) is made into a slurry or sheet. In addition, when a treatment is carried out to remove salts derived from the substituents removed after the substituent removal treatment, it is also possible to increase the efficiency of salt removal.
置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを含むスラリーに対して置換基除去処理を行う場合、該スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度は、
0.05質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.2質量%以上であることがさらに好ましい。また、該スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度は、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度を上記範囲内とすることにより、置換基除去処理をより効率よく行うことができる。さらに、スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度を上記範囲内とすることにより、置換基除去処理時の加熱等によって生じる着色物質や、添加もしくは発生する酸、アルカリ、塩などの残留を防ぐことができる。これにより、工程(B)を経て得られる微細繊維状セルロースをスラリーやシートとした場合の着色を抑制することができる。また、置換基除去処理後に除去した置換基由来の塩の除去処理を行う場合、塩の除去効率を高めることも可能となる。
When a substituent removal treatment is performed on a slurry containing fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, the concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry is
It is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and even more preferably 0.2% by mass or more. The concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. By setting the concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry within the above range, the substituent removal treatment can be performed more efficiently. Furthermore, by setting the concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry within the above range, it is possible to prevent colored substances generated by heating during the substituent removal treatment, and the like, and the residue of added or generated acids, alkalis, salts, etc. This makes it possible to suppress coloration when the fine fibrous cellulose obtained through step (B) is made into a slurry or sheet. In addition, when performing a treatment to remove salts derived from the substituents removed after the substituent removal treatment, it is also possible to increase the efficiency of salt removal.
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを加熱処理する工程である場合、加熱処理する工程における加熱温度は、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましく、60℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理する工程における加熱温度は、250℃以下であることが好ましく、230℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。中でも、置換基除去処理工程に供する微細繊維状セルロースが有する置換基がリンオキソ酸基又はスルホン基である場合、加熱処理する工程における加熱温度は、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることがさらに好ましい。 When the substituent removal treatment step is a step of heat treating fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, the heating temperature in the heat treatment step is preferably 40°C or more, more preferably 50°C or more, and even more preferably 60°C or more. The heating temperature in the heat treatment step is preferably 250°C or less, more preferably 230°C or less, and even more preferably 200°C or less. In particular, when the substituent of the fine fibrous cellulose to be subjected to the substituent removal treatment step is a phosphorus oxo acid group or a sulfone group, the heating temperature in the heat treatment step is preferably 80°C or more, more preferably 100°C or more, and even more preferably 120°C or more.
置換基除去処理工程が加熱処理する工程である場合、加熱処理工程において使用できる加熱装置としては、特に限定されないが、熱風加熱装置、蒸気加熱装置、電熱加熱装置、水熱加熱装置、火力加熱装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波加熱装置、撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置を用いることができる。蒸発を防ぐ観点から、加熱は密閉系で行われることが好ましく、さらに加熱温度を高める観点から、耐圧性の装置内や容器内で行われることが好ましい。加熱処理はバッチ処理であってもよく、バッチ連続処理であってもよく、連続処理であってもよい。 When the substituent removal process is a heating process, the heating device that can be used in the heating process is not particularly limited, but may be a hot air heating device, a steam heating device, an electric heating device, a hydrothermal heating device, a thermal heating device, an infrared heating device, a far-infrared heating device, a microwave heating device, a high-frequency heating device, a stirring dryer, a rotary dryer, a disk dryer, a roll-type heating device, a plate-type heating device, a fluidized bed dryer, a band-type dryer, a filtration dryer, a vibration fluidized dryer, an airflow dryer, or a reduced-pressure dryer. From the viewpoint of preventing evaporation, it is preferable that the heating is performed in a closed system, and from the viewpoint of increasing the heating temperature, it is preferable that the heating is performed in a pressure-resistant device or container. The heating process may be a batch process, a batch continuous process, or a continuous process.
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを酵素処理する工程である場合、酵素処理する工程では、リン酸エステル加水分解酵素、硫酸エステル加水分解酵素等を用いることが好ましい。 When the substituent removal treatment step is a step of enzymatically treating fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, it is preferable to use a phosphate ester hydrolase, a sulfate ester hydrolase, or the like in the enzymatic treatment step.
酵素処理工程では、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が0.1nkat以上となるよう酵素を添加することが好ましく、1.0nkat以上となるよう酵素を添加することがより好ましく、10nkat以上となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が100000nkat以下となるよう酵素を添加することが好ましく、50000nkat以下となるよう酵素を添加することがより好ましく10000nkat以下となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に酵素を添加した後には、0℃以上50℃未満の条件下で1分以上100時間以下処理を行うことが好ましい。 In the enzyme treatment step, the enzyme is preferably added so that the enzyme activity is 0.1 nkat or more per 1 g of fine fibrous cellulose, more preferably 1.0 nkat or more, and even more preferably 10 nkat or more. The enzyme is preferably added so that the enzyme activity is 100,000 nkat or less per 1 g of fine fibrous cellulose, more preferably 50,000 nkat or less, and even more preferably 10,000 nkat or less. After adding the enzyme to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry), it is preferable to perform treatment under conditions of 0°C or more and less than 50°C for 1 minute to 100 hours.
酵素反応の後、酵素を失活させる工程を設けてもよい。酵素を失活させる方法としては、酵素処理を施したスラリーに酸成分もしくはアルカリ成分を添加して酵素を失活させる方法、酵素処理を施したスラリーの温度を90℃以上に上昇させて酵素を失活させる方法が挙げられる。 After the enzyme reaction, a process for inactivating the enzyme may be performed. Methods for inactivating the enzyme include adding an acid component or an alkali component to the enzyme-treated slurry to inactivate the enzyme, and raising the temperature of the enzyme-treated slurry to 90°C or higher to inactivate the enzyme.
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを酸処理する工程である場合、酸処理する工程では、上述した酸処理工程で用いることができる酸化合物をスラリーに添加することが好ましい。 When the substituent removal process is a process of acid-treating fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, it is preferable to add an acid compound that can be used in the acid treatment process described above to the slurry in the acid treatment process.
置換基除去処理工程が、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースをアルカリ処理する工程である場合、アルカリ処理する工程では、上述したアルカリ処理工程で用いることができるアルカリ化合物をスラリーに添加することが好ましい。 When the substituent removal treatment step is a step of alkali treating fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, it is preferable to add an alkali compound that can be used in the alkali treatment step described above to the slurry in the alkali treatment step.
置換基除去処理工程では、置換基除去反応が均一に進むことが好ましい。反応を均一に進めるためには、例えば微細繊維状セルロースを含むスラリーを撹拌してもよく、スラリーの比表面積を高めてもよい。スラリーを撹拌する方法としては、外部からの機械的シェアを与えてもよく、反応中のスラリーの送液速度を上げることで自己撹拌を促してもよい。 In the substituent removal treatment step, it is preferable that the substituent removal reaction proceeds uniformly. In order to proceed with the reaction uniformly, for example, the slurry containing the fine fibrous cellulose may be stirred, or the specific surface area of the slurry may be increased. The method of stirring the slurry may be to apply an external mechanical shear, or to promote self-mixing by increasing the flow rate of the slurry during the reaction.
置換基除去処理工程では、スペーサー分子を添加してもよい。スペーサー分子は、隣接する微細繊維状セルロースの間に入り込み、それにより微細繊維状セルロース間に微細なスペースを設けるためのスペーサーとして働く。置換基除去処理工程において、このようなスペーサー分子を添加することで、置換基除去処理後の微細繊維状セルロースの凝集を抑制することができる。これにより、微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 In the substituent removal treatment step, spacer molecules may be added. The spacer molecules enter between adjacent fine fibrous cellulose particles, thereby acting as spacers to provide fine spaces between the fine fibrous cellulose particles. By adding such spacer molecules in the substituent removal treatment step, aggregation of the fine fibrous cellulose after the substituent removal treatment can be suppressed. This makes it possible to more effectively increase the transparency of dispersions and sheets containing fine fibrous cellulose.
スペーサー分子は水溶性有機化合物であることが好ましい。水溶性有機化合物としては、例えば、糖や水溶性高分子、尿素等を挙げることができる。具体的には、トレハロース、尿素、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)等を挙げることができる。また、水溶性有機化合物として、メタクリル酸アルキル・アクリル酸コポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、イソプレングリコール、ヘキシレングリコール、1,3-ブチレングリコール、ポリアクリルアミド、キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、プルラン、カラギーナン、ペクチン、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース等のデンプン類、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩を用いることもできる。 The spacer molecule is preferably a water-soluble organic compound. Examples of water-soluble organic compounds include sugars, water-soluble polymers, and urea. Specific examples include trehalose, urea, polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol (PVA). In addition, as water-soluble organic compounds, alkyl methacrylate-acrylic acid copolymers, polyvinylpyrrolidone, sodium polyacrylate, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, isoprene glycol, hexylene glycol, 1,3-butylene glycol, polyacrylamide, xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, quince seed, alginic acid, pullulan, carrageenan, pectin, cationic starch, raw starch, oxidized starch, etherified starch, esterified starch, starches such as amylose, glycerin, diglycerin, polyglycerin, hyaluronic acid, and metal salts of hyaluronic acid can also be used.
また、スペーサー分子として公知の顔料を使用することができる。例えば、カオリン(含クレー)、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、非晶質シリカ(含コロイダルシリカ)、酸化アルミニウム、ゼオライト、セピオライト、スメクタイト、合成スメクタイト、珪酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、珪藻土、スチレン系プラスチックピグメント、ハイドロタルサイト、尿素樹脂系プラスチックピグメント、ベンゾグアナミン系プラスチックピグメント等が挙げられる。 Also, known pigments can be used as spacer molecules. Examples include kaolin (containing clay), calcium carbonate, titanium oxide, zinc oxide, amorphous silica (containing colloidal silica), aluminum oxide, zeolite, sepiolite, smectite, synthetic smectite, magnesium silicate, magnesium carbonate, magnesium oxide, diatomaceous earth, styrene-based plastic pigments, hydrotalcite, urea resin-based plastic pigments, and benzoguanamine-based plastic pigments.
<pH調整工程>
置換基除去処理工程がスラリー状で行われる場合、置換基除去処理工程の前に、微細繊維状セルロースを含むスラリーのpHを調整する工程を設けてもよい。例えば、セルロース繊維にアニオン性基を導入し、このアニオン性基の対イオンがNa+である場合、解繊後の微細繊維状セルロースを含むスラリーは弱アルカリ性を示す。この状態で加熱を行うと、セルロースの分解により着色要因の一つである単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを8以下に調整することが好ましく、6以下に調整することがより好ましい。また、酸性条件においても同様に単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを3以上に調整することが好ましく、4以上に調整することがより好ましい。
<pH adjustment step>
When the substituent removal treatment step is performed in a slurry state, a step of adjusting the pH of the slurry containing the fine fibrous cellulose may be provided before the substituent removal treatment step. For example, when an anionic group is introduced into the cellulose fiber and the counter ion of this anionic group is Na + , the slurry containing the fine fibrous cellulose after defibration exhibits weak alkalinity. If heating is performed in this state, monosaccharides, which are one of the causes of coloring, may be generated due to the decomposition of cellulose, so it is preferable to adjust the pH of the slurry to 8 or less, and more preferably to adjust to 6 or less. In addition, monosaccharides may also be generated under acidic conditions, so it is preferable to adjust the pH of the slurry to 3 or more, and more preferably to adjust to 4 or more.
また、置換基を有する微細繊維状セルロースがリン酸基を有する微細繊維状セルロースである場合、置換基の除去効率向上の観点から、リン酸基のリンが求核攻撃を受けやすい状態であることが好ましい。求核攻撃を受けやすいのは、セルロース-O-P(=O)(-O-H+)(-O-Na+)と表される中和度1の状態であり、この状態とするには、スラリーのpHを3以上8以下に調整することが好ましく、pHを4以上6以下に調整することがさらに好ましい。 Furthermore, when the fine fibrous cellulose having a substituent is a fine fibrous cellulose having a phosphate group, from the viewpoint of improving the efficiency of removing the substituent, it is preferable that phosphorus of the phosphate group is in a state susceptible to nucleophilic attack. The state susceptible to nucleophilic attack is a state with a neutralization degree of 1, represented as cellulose-O-P(=O)(-O-H + )(-O-Na + ), and to achieve this state, it is preferable to adjust the pH of the slurry to 3 or more and 8 or less, and more preferably to adjust the pH to 4 or more and 6 or less.
pHを調整する手段は特に限定されないが、例えば微細繊維状セルロースを含むスラリーに酸成分やアルカリ成分を添加してもよい。酸成分は無機酸および有機酸のいずれであってもよく、無機酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等が挙げられる。有機酸としては、ギ酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、フマル酸、グルコン酸等が挙げられる。アルカリ成分は、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。無機アルカリ化合物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。有機アルカリ化合物としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン等が挙げられる。 The means for adjusting the pH is not particularly limited, but for example, an acid component or an alkaline component may be added to a slurry containing fine fibrous cellulose. The acid component may be either an inorganic acid or an organic acid, and examples of inorganic acids include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid. Examples of organic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, malic acid, lactic acid, adipic acid, sebacic acid, stearic acid, maleic acid, succinic acid, tartaric acid, fumaric acid, and gluconic acid. The alkaline component may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. Examples of inorganic alkaline compounds include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium carbonate, lithium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, sodium carbonate, and sodium bicarbonate. Examples of organic alkaline compounds include ammonia, hydrazine, methylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, butylamine, diaminoethane, diaminopropane, diaminobutane, diaminopentane, diaminohexane, cyclohexylamine, aniline, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, pyridine, and N,N-dimethyl-4-aminopyridine.
また、pH調整工程では、pHを調整するためにイオン交換処理を行ってもよい。イオン交換処理に際しては、強酸性陽イオン交換樹脂もしくは弱酸性イオン交換樹脂を用いることができる。適切な量の陽イオン交換樹脂で十分な時間処理することにより、目的とするpHの微細繊維状セルロースを含むスラリーを得ることができる。さらに、pH調整工程では酸成分やアルカリ成分の添加とイオン交換処理を組み合わせてもよい。 In addition, in the pH adjustment step, an ion exchange treatment may be performed to adjust the pH. In the ion exchange treatment, a strong acid cation exchange resin or a weak acid ion exchange resin may be used. By treating with an appropriate amount of cation exchange resin for a sufficient period of time, a slurry containing fine fibrous cellulose with the desired pH can be obtained. Furthermore, in the pH adjustment step, the addition of an acid component or an alkali component may be combined with the ion exchange treatment.
<塩の除去処理>
置換基除去処理工程の後には、除去した置換基由来の塩の除去処理を行うことが好ましい。置換基由来の塩を除去することで、着色を抑制し得る微細繊維状セルロースが得られ易くなる。置換基由来の塩を除去する手段は特に限定されないが、例えば洗浄処理が挙げられる。洗浄処理は、たとえば水や有機溶媒により、置換基除去処理で凝集した微細繊維状セルロースを洗浄することにより行われる。黄変をより効果的に抑制する観点から、洗浄処理は濾過脱水や、遠心脱水、遠心分離により行うことが好ましい。
<Salt removal treatment>
After the substituent removal treatment step, it is preferable to perform a treatment for removing salts derived from the removed substituents. By removing the salts derived from the substituents, it becomes easier to obtain fine fibrous cellulose capable of suppressing coloration. The means for removing the salts derived from the substituents is not particularly limited, and examples thereof include a washing treatment. The washing treatment is performed by washing the fine fibrous cellulose aggregated in the substituent removal treatment with, for example, water or an organic solvent. From the viewpoint of more effectively suppressing yellowing, the washing treatment is preferably performed by filtration dehydration, centrifugal dehydration, or centrifugation.
(工程(B))
本発明の微細繊維状セルロースの製造方法は、置換基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、置換基の少なくとも一部を除去する工程(A)と、工程(A)の後に、均一分散処理する工程(B)と、を含む。均一分散処理する工程(B)は、工程(A)の置換基除去処理を経て得られた微細繊維状セルロースを均一分散処理する工程である。工程(A)において、微細繊維状セルロースに対して置換基除去処理を施すことにより、少なくとも一部の微細繊維状セルロースが凝集する。工程(B)においては、このように凝集した微細繊維状セルロースを均一分散する工程である。工程(B)における微細繊維状セルロースが均一分散された状態とは微細繊維状セルロースの繊維幅が10nm以下でとなる状態をいう。このように、本発明の製造方法で得られる微細繊維状セルロースは、置換基導入量が0.5mmol/g未満という低置換基導入量であるにも関わらず、その繊維幅が10nm以下となる。
(Step (B))
The method for producing fine fibrous cellulose of the present invention includes a step (A) of removing at least a part of the substituent from fine fibrous cellulose having a substituent and a fiber width of 1000 nm or less, and a step (B) of performing a uniform dispersion treatment after the step (A). The uniform dispersion treatment step (B) is a step of uniformly dispersing the fine fibrous cellulose obtained through the substituent removal treatment of the step (A). In the step (A), the fine fibrous cellulose is subjected to a substituent removal treatment, whereby at least a part of the fine fibrous cellulose is aggregated. In the step (B), the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed. The state in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed in the step (B) refers to a state in which the fiber width of the fine fibrous cellulose is 10 nm or less. Thus, the fine fibrous cellulose obtained by the production method of the present invention has a fiber width of 10 nm or less, even though the amount of the substituent introduced is a low amount of less than 0.5 mmol/g.
均一分散処理する工程(B)では、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザー高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機又はビーターなどを使用することができる。上記均一分散処理装置の中でも、高速解繊機、高圧ホモジナイザーを用いることがより好ましい。 In the uniform dispersion process (B), for example, a high-speed defibrator, grinder (stone mill type grinder), high-pressure homogenizer, high-pressure collision type grinder, ball mill, bead mill, disk type refiner, conical refiner, twin-screw kneader, vibration mill, homomixer under high speed rotation, ultrasonic disperser or beater can be used. Among the above uniform dispersion processing devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator or high-pressure homogenizer.
均一分散処理する工程(B)における処理条件は特に限定されないが、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力を大きくすることが好ましい。高速解繊機においては、その周速が20m/sec以上であることが好ましく、25m/sec以上であることがより好ましく、30m/sec以上であることがさらに好ましい。高圧ホモジナイザーは、高速解繊機よりも、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力が大きくなるため、より好ましく使用できる。高圧ホモジナイザー処理においては、処理時の圧力は1MPa以上であることが好ましく、10MPa以上であることがより好ましく、50MPa以上であることがさらに好ましく、100MPa以上であることが特に好ましい。また、高圧ホモジナイザー処理においては、処理時の圧力は350MPa以下であることが好ましく、300MPa以下であることがより好ましく、250MPa以下がさらに好ましい。 The processing conditions in the uniform dispersion process (B) are not particularly limited, but it is preferable to increase the maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and the pressure during processing. In the high-speed fiberizer, the peripheral speed is preferably 20 m/sec or more, more preferably 25 m/sec or more, and even more preferably 30 m/sec or more. The high-pressure homogenizer is more preferably used because it has a higher maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and a higher pressure during processing than the high-speed fiberizer. In the high-pressure homogenizer process, the pressure during processing is preferably 1 MPa or more, more preferably 10 MPa or more, even more preferably 50 MPa or more, and particularly preferably 100 MPa or more. In the high-pressure homogenizer process, the pressure during processing is preferably 350 MPa or less, more preferably 300 MPa or less, and even more preferably 250 MPa or less.
なお、工程(B)においては、上述したスペーサー分子を新たに添加してもよい。工程(B)の均一分散処理工程において、このようなスペーサー分子を添加することで、微細繊維状セルロースの均一分散をよりスムーズに行うことができる。これにより、微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 In step (B), the above-mentioned spacer molecules may be added. By adding such spacer molecules in the uniform dispersion treatment step of step (B), the fine fibrous cellulose can be dispersed more smoothly. This makes it possible to more effectively increase the transparency of the dispersion liquid or sheet containing the fine fibrous cellulose.
(積層シートの製造方法)
本発明の積層シートの製造方法は、置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含む繊維層を形成する工程と、繊維層上に樹脂組成物を塗工する工程とを含むことが好ましい。また、本発明の積層シートの製造方法は、樹脂層の上に、置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を塗工する工程を含むものであってもよい。
(Method of manufacturing laminated sheet)
The method for producing a laminate sheet of the present invention preferably includes a step of forming a fiber layer containing fibrous cellulose having an introduced substituent amount of less than 0.5 mmol/g and a fiber width of 1 to 10 nm, and a step of coating a resin composition on the fiber layer. The method for producing a laminate sheet of the present invention may also include a step of coating a fine fibrous cellulose dispersion containing fibrous cellulose having an introduced substituent amount of less than 0.5 mmol/g and a fiber width of 1 to 10 nm on the resin layer.
繊維層上に樹脂組成物を塗工する工程や樹脂層を形成する際には、樹脂を含む樹脂組成物を塗工し、塗膜を形成した後に乾燥工程を設けることが好ましい。 When applying a resin composition to a fiber layer or forming a resin layer, it is preferable to apply a resin composition containing a resin and then provide a drying step after forming a coating film.
積層シートの製造方法としては、上述した方法以外に、繊維層上に樹脂層を載置して熱プレスする方法も挙げられる。また、射出成形用の金型内に繊維層を設置して、当該金型内に加熱されて溶融した樹脂を射出して、繊維層に樹脂層を接合させる方法も挙げられる。 In addition to the above-mentioned methods, other methods for manufacturing laminated sheets include a method in which a resin layer is placed on a fiber layer and then hot-pressed. Another method is to place a fiber layer in a mold for injection molding, and inject heated and molten resin into the mold to bond the resin layer to the fiber layer.
置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含む繊維層を形成する工程は、微細繊維状セルロース分散液(微細繊維状セルロース含有スラリー)を基材上に塗工する工程又は、微細繊維状セルロース分散液を抄紙する工程を含むことが好ましい。また、樹脂層の上に、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を塗工する場合、基材を樹脂層に変更して後述する塗工方法を採用してもよい。 The step of forming a fiber layer containing fibrous cellulose having an amount of substituents introduced of less than 0.5 mmol/g and a fiber width of 1 to 10 nm preferably includes a step of coating a fine fibrous cellulose dispersion (slurry containing fine fibrous cellulose) on a substrate, or a step of making a paper from the fine fibrous cellulose dispersion. In addition, when a fine fibrous cellulose dispersion containing fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is coated on a resin layer, the substrate may be changed to a resin layer and a coating method described below may be adopted.
なお、微細繊維状セルロース分散液(微細繊維状セルロース含有スラリー)には、繊維層に含まれる任意成分が含まれていてもよく、微細繊維状セルロース分散液のナノファイバー収率、ヘーズ、pH、粘度、遊離窒素量等は、上述した<微細繊維状セルロース>の項目で記載した数値範囲内であることが好ましい。 The fine fibrous cellulose dispersion (slurry containing fine fibrous cellulose) may contain any component contained in the fiber layer, and the nanofiber yield, haze, pH, viscosity, free nitrogen amount, etc. of the fine fibrous cellulose dispersion are preferably within the numerical ranges described in the above section on <Fine fibrous cellulose>.
<塗工工程>
微細繊維状セルロース分散液(微細繊維状セルロース含有スラリー)を基材上に塗工する工程(以下、塗工工程ともいう)は、微細繊維状セルロース分散液を基材上に塗工し、これを乾燥して形成された微細繊維状セルロース含有シートを基材から剥離することにより、シートを得る工程である。塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。塗工する微細繊維状セルロース分散液の濃度は特に限定されないが、0.05質量%以上5質量%以下が好ましい。
<Coating process>
The process of applying a fine fibrous cellulose dispersion (slurry containing fine fibrous cellulose) onto a substrate (hereinafter also referred to as the coating process) is a process of applying a fine fibrous cellulose dispersion onto a substrate, drying the substrate, and peeling off the resulting fine fibrous cellulose-containing sheet from the substrate to obtain a sheet. By using a coating device and a long substrate, the sheet can be produced continuously. The concentration of the fine fibrous cellulose dispersion to be applied is not particularly limited, but is preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less.
塗工工程で用いる基材の質は、特に限定されないが、微細繊維状セルロース分散液に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂板または金属板が好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛版、銅版、鉄板等の金属板および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を用いることができる。 The quality of the substrate used in the coating process is not particularly limited, but a substrate with high wettability with respect to the fine fibrous cellulose dispersion liquid is better in that it can suppress the shrinkage of the sheet during drying, but it is preferable to select a substrate from which the sheet formed after drying can be easily peeled off. Among these, a resin plate or a metal plate is preferable, but there is no particular limit. For example, resin plates such as acrylic plates, polyethylene terephthalate plates, polyvinyl chloride plates, polystyrene plates, polyvinylidene chloride plates, etc., metal plates such as aluminum plates, zinc plates, copper plates, iron plates, etc., and those with their surfaces oxidized, stainless steel plates, brass plates, etc. can be used.
塗工工程において、微細繊維状セルロース分散液の粘度が低く、基材上で展開してしまう場合、所定の厚み、坪量の微細繊維状セルロース含有シートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠の質は特に限定されないが、乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂板または金属板を成形したものが好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛版、銅版、鉄板等の金属板および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したもの用いることができる。 In the coating process, if the viscosity of the fine fibrous cellulose dispersion is low and it spreads on the substrate, a blocking frame may be fixed on the substrate to obtain a fine fibrous cellulose-containing sheet of a specified thickness and basis weight. The quality of the blocking frame is not particularly limited, but it is preferable to select one that allows the edge of the sheet to be easily peeled off after drying. Among them, molded resin plates or metal plates are preferable, but are not particularly limited. For example, resin plates such as acrylic plates, polyethylene terephthalate plates, polyvinyl chloride plates, polystyrene plates, and polyvinylidene chloride plates, metal plates such as aluminum plates, zinc plates, copper plates, and iron plates, and metal plates with their surfaces oxidized, stainless steel plates, brass plates, etc. can be used.
微細繊維状セルロース分散液を塗工する塗工機としては、例えば、バーコーター、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。厚みをより均一にできることから、バーコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが好ましい。 As a coating machine for applying the fine fibrous cellulose dispersion, for example, a bar coater, roll coater, gravure coater, die coater, curtain coater, air doctor coater, etc. can be used. Bar coaters, die coaters, curtain coaters, and spray coaters are preferred because they can achieve a more uniform thickness.
塗工温度は特に限定されないが、20℃以上45℃以下であることが好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、微細繊維状セルロース分散液を容易に塗工でき、上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The coating temperature is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher and 45°C or lower. If the coating temperature is equal to or higher than the lower limit, the fine fibrous cellulose dispersion can be easily coated, and if the coating temperature is equal to or lower than the upper limit, evaporation of the dispersion medium during coating can be suppressed.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が10g/m2以上100g/m2以下になるように微細繊維状セルロース分散液を塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れた繊維層が得られる。 In the coating step, it is preferable to coat the fine fibrous cellulose dispersion so that the finished sheet has a basis weight of 10 g/m2 or more and 100 g/m2 or less. By coating so that the basis weight is within the above range, a fiber layer having excellent strength can be obtained.
微細繊維状セルロース含有シートの製造工程は、基材上に塗工した微細繊維状セルロース分散液を乾燥させる工程を含むことが好ましい。乾燥方法としては、特に限定されないが、非接触の乾燥方法でも、シートを拘束しながら乾燥する方法の何れでもよく、これらを組み合わせてもよい。 The manufacturing process of the fine fibrous cellulose-containing sheet preferably includes a step of drying the fine fibrous cellulose dispersion applied to the substrate. The drying method is not particularly limited, but may be either a non-contact drying method or a method in which the sheet is dried while being restrained, or a combination of these methods.
非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、熱風、赤外線、遠赤外線または近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができるが、特に限定されない。加熱乾燥法における加熱温度は特に限定されないが、20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができ、上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制及び微細繊維状セルロースが熱によって変色することを抑制できる。 As a non-contact drying method, there is no particular limitation, but a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far-infrared rays or near-infrared rays (heat drying method) and a method of drying by vacuum (vacuum drying method) can be applied. Although the heat drying method and the vacuum drying method can be combined, the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far-infrared rays or near-infrared rays can be performed using an infrared device, a far-infrared device or a near-infrared device, but there is no particular limitation. The heating temperature in the heat drying method is not particularly limited, but is preferably 20°C or higher and 150°C or lower, and more preferably 25°C or higher and 105°C or lower. If the heating temperature is set to the lower limit value or higher, the dispersion medium can be quickly volatilized, and if the heating temperature is set to the upper limit value or lower, the cost required for heating can be suppressed and discoloration of the fine fibrous cellulose due to heat can be suppressed.
乾燥後に、得られた微細繊維状セルロース含有シートを基材から剥離するが、基材がシートの場合には、微細繊維状セルロース含有シートと基材とを積層したまま巻き取って、微細繊維状セルロース含有シートの使用直前に微細繊維状セルロース含有シートを工程基材から剥離してもよい。このようにして、繊維層となる微細繊維状セルロース含有シートが得られる。 After drying, the resulting fine fibrous cellulose-containing sheet is peeled off from the substrate. If the substrate is a sheet, the fine fibrous cellulose-containing sheet and the substrate may be rolled up while still stacked, and the fine fibrous cellulose-containing sheet may be peeled off from the process substrate immediately before use. In this way, a fine fibrous cellulose-containing sheet that will become a fiber layer is obtained.
なお、上記の繊維層上に樹脂組成物を塗工する工程では、微細繊維状セルロース含有シートの基材から剥離した側の面に樹脂組成物を塗工することが好ましい。これにより、繊維層と樹脂層の層間密着性をより高めることができる。 In addition, in the step of applying the resin composition to the fiber layer, it is preferable to apply the resin composition to the surface of the fine fibrous cellulose-containing sheet that is peeled off from the substrate. This can further increase the interlayer adhesion between the fiber layer and the resin layer.
<抄紙工程>
繊維層となる微細繊維状セルロース含有シートの製造工程は、微細繊維状セルロース分散液を抄紙する工程を含んでもよい。抄紙工程で抄紙機としては、長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、これらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等公知の抄紙を行ってもよい。
<Papermaking process>
The manufacturing process of the fine fibrous cellulose-containing sheet to be the fiber layer may include a process of making a paper from the fine fibrous cellulose dispersion. Examples of the papermaking machine in the papermaking process include continuous papermaking machines such as Fourdrinier, cylinder, and tilt types, and multi-layer papermaking machines that combine these. In the papermaking process, known papermaking methods such as handmaking may be used.
抄紙工程では、微細繊維状セルロース分散液をワイヤー上で濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、プレス、乾燥することでシートを得る。微細繊維状セルロース分散液の濃度は特に限定されないが、0.05質量%以上5質量%以下が好ましい。微細繊維状セルロース分散液を濾過、脱水する場合、濾過時の濾布としては特に限定されないが、微細繊維状セルロースは通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないことが重要である。このような濾布としては特に限定されないが、有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。具体的には孔径0.1μm以上20μm以下、例えば1μmのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1μm以上20μm以下、例えば1μmのポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられるが、特に限定されない。 In the papermaking process, the fine fibrous cellulose dispersion is filtered and dehydrated on a wire to obtain a wet sheet, which is then pressed and dried to obtain a sheet. The concentration of the fine fibrous cellulose dispersion is not particularly limited, but is preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less. When the fine fibrous cellulose dispersion is filtered and dehydrated, the filter cloth used during filtration is not particularly limited, but it is important that the fine fibrous cellulose does not pass through and that the filtration speed does not become too slow. Such filter cloth is not particularly limited, but is preferably a sheet, fabric, or porous membrane made of an organic polymer. The organic polymer is not particularly limited, but is preferably a non-cellulose organic polymer such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), etc. Specific examples include, but are not limited to, a polytetrafluoroethylene porous membrane with a pore size of 0.1 μm to 20 μm, for example, 1 μm, polyethylene terephthalate or polyethylene woven fabric with a pore size of 0.1 μm to 20 μm, for example, 1 μm.
微細繊維状セルロース分散液からシートを製造する方法としては、特に限定されないが、例えばWO2011/013567に記載の製造装置を用いる方法等が挙げられる。この製造装置は、微細繊維状セルロース分散液を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された微細繊維状セルロース分散液から分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させて繊維シートを生成する乾燥セクションとを備えている。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 Methods for producing a sheet from a fine fibrous cellulose dispersion include, but are not limited to, a method using a production apparatus described in WO2011/013567. This production apparatus includes a water squeezing section that discharges the fine fibrous cellulose dispersion onto the top surface of an endless belt and squeezes the dispersion medium out of the discharged fine fibrous cellulose dispersion to produce a web, and a drying section that dries the web to produce a fiber sheet. An endless belt is disposed between the water squeezing section and the drying section, and the web produced in the water squeezing section is transported to the drying section while still placed on the endless belt.
本発明において使用できる脱水方法としては特に限定されないが、紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられ、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、ロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、乾燥方法としては特に限定されないが、紙の製造で用いられている方法が挙げられ、例えば、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどの方法が好ましい。 The dehydration method that can be used in the present invention is not particularly limited, but includes dehydration methods that are commonly used in paper manufacturing, and a method in which dehydration is performed using a fourdrinier, cylinder, or inclined wire, followed by dehydration using a roll press, is preferred. In addition, the drying method is not particularly limited, but includes methods that are used in paper manufacturing, and for example, methods such as a cylinder dryer, Yankee dryer, hot air drying, near-infrared heater, and infrared heater are preferred.
(積層体)
本発明は、上述した積層シートと、被着体を積層してなる積層体に関するものであってもよい。なお、被着体が、積層シートの樹脂層側に配されるものである場合、積層シートにおける樹脂層は接着層として機能してもよい。被着体としては、例えば、有機膜(以下、有機層ともいう)や無機膜(以下、無機層ともいう)を挙げることができる。中でも、本発明の積層体は、上述した積層シートと、有機膜を有する積層してなる積層体であることが好ましい。なお、有機膜としては、例えば、樹脂フィルムや樹脂板、樹脂成形体等が挙げられる。
(Laminate)
The present invention may also relate to a laminate formed by laminating the above-mentioned laminate sheet and an adherend. In addition, when the adherend is disposed on the resin layer side of the laminate sheet, the resin layer in the laminate sheet may function as an adhesive layer. Examples of the adherend include an organic film (hereinafter also referred to as an organic layer) and an inorganic film (hereinafter also referred to as an inorganic layer). Among them, the laminate of the present invention is preferably a laminate formed by laminating the above-mentioned laminate sheet and an organic film. In addition, examples of the organic film include a resin film, a resin plate, and a resin molded body.
樹脂フィルム、樹脂板及び樹脂成形体(以下、単に樹脂フィルムともいう)は、天然樹脂や合成樹脂を主成分とする層である。ここで、主成分とは、樹脂フィルムの全質量に対して、50質量%以上含まれている成分を指す。樹脂成分の含有量は、樹脂フィルムの全質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。なお、樹脂成分の含有量は、樹脂フィルムの全質量に対して、100質量%であってもよい。 Resin films, resin plates, and resin molded bodies (hereinafter simply referred to as resin films) are layers whose main component is a natural resin or a synthetic resin. Here, the main component refers to a component that is contained in an amount of 50% by mass or more relative to the total mass of the resin film. The content of the resin component is preferably 60% by mass or more relative to the total mass of the resin film, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. The content of the resin component may be 100% by mass relative to the total mass of the resin film.
天然樹脂としては、例えば、ロジン、ロジンエステル、水添ロジンエステル等のロジン系樹脂を挙げることができる。 Examples of natural resins include rosin-based resins such as rosin, rosin ester, and hydrogenated rosin ester.
合成樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。中でも、合成樹脂は、ポリオレフィン樹脂であることが好ましく、ポリエチレン樹脂及びポリプロピレン樹脂から選択される少なくとも1種を有することが好ましい。 Examples of synthetic resins include polyolefin resins, cyclic olefin resins, polycarbonate resins, polyethylene terephthalate resins, polyethylene naphthalate resins, polyimide resins, polystyrene resins, acrylic resins, etc. Among these, the synthetic resin is preferably a polyolefin resin, and preferably has at least one type selected from polyethylene resins and polypropylene resins.
有機層の形成方法は、特に限定されないが、例えば、塗工法や射出成形法、加熱加圧法等が挙げられる。塗工法においては、有機層を形成する樹脂組成物を積層シートの樹脂層上に塗工し、熱硬化もしくは光硬化することが好ましい。また、加熱加圧法においては、樹脂フィルムを積層シートの樹脂層上に重ね合わせた状態で熱プレスすることが好ましい。この際の熱プレス条件は樹脂フィルムのガラス転移温度等を参考に適宜選択できる。 The method for forming the organic layer is not particularly limited, but examples thereof include a coating method, an injection molding method, and a heat and pressure method. In the coating method, it is preferable to coat the resin composition that forms the organic layer on the resin layer of the laminated sheet and heat-cure or photo-cure it. In the heat and pressure method, it is preferable to heat-press a resin film in a state where it is superimposed on the resin layer of the laminated sheet. The heat-press conditions at this time can be appropriately selected with reference to the glass transition temperature of the resin film, etc.
無機層を構成する物質としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、錫、ニッケル、チタン;これらの酸化物、炭化物、窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、もしくは酸化炭化窒化物;またはこれらの混合物が挙げられる。高い防湿性が安定に維持できるとの観点からは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、またはこれらの混合物が好ましい。 The material constituting the inorganic layer is not particularly limited, but examples thereof include aluminum, silicon, magnesium, zinc, tin, nickel, and titanium; their oxides, carbides, nitrides, oxycarbides, oxynitrides, and oxycarbonitrides; and mixtures thereof. From the viewpoint of stably maintaining high moisture resistance, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxide carbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxide carbide, aluminum oxynitride, and mixtures thereof are preferred.
無機層の形成方法は、特に限定されないが、例えば、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)や物理成膜法(Physical Vapor Deposition、PVD)を挙げることができる。CVD法としては、具体的には、プラズマを利用したプラズマCVD、加熱触媒体を用いて材料ガスを接触熱分解する触媒化学気相成長法(Cat-CVD)等が挙げられる。PVD法としては、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられる。また、無機層の形成方法としては、原子層堆積法(AtomicLayer Deposition、ALD)を採用することもできる。ALD法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを、層を形成する面に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する方法である。 The method for forming the inorganic layer is not particularly limited, but examples thereof include chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD). Specific examples of CVD methods include plasma CVD using plasma and catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD) in which a material gas is catalytically decomposed using a heated catalyst. Specific examples of PVD methods include vacuum deposition, ion plating, and sputtering. In addition, atomic layer deposition (ALD) can also be used as a method for forming the inorganic layer. The ALD method is a method for forming a thin film in atomic layer units by alternately supplying the raw material gases of each element that constitutes the film to be formed to the surface on which the layer is to be formed.
(用途)
本発明の積層シートは、透明で機械的強度が高く、着色が抑制された積層シートである。このような優れた光学特性を活かす観点から、光学部材用に適している。例えば、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光透過性基板の用途に用いることができる。また、本発明の積層シートは、電子機器の基板、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材等の用途にも適している。
(Application)
The laminate sheet of the present invention is a laminate sheet that is transparent, has high mechanical strength, and is suppressed from coloring. From the viewpoint of utilizing such excellent optical properties, it is suitable for optical components. For example, it can be used for light-transmitting substrates such as various display devices and various solar cells. In addition, the laminate sheet of the present invention is also suitable for applications such as substrates for electronic devices, components for home appliances, window materials for various vehicles and buildings, interior materials, exterior materials, and packaging materials.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention are explained in more detail below with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, ratios, processing contents, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the specific examples shown below.
<製造例1>
[リン酸化処理]
原料パルプとして、王子製紙製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート)を使用した。この原料パルプに対してリン酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥装置で250秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
<Production Example 1>
[Phosphorylation treatment]
As the raw pulp, hardwood dissolving pulp (dry sheet) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used. This raw pulp was subjected to phosphorylation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea was added to 100 parts by mass (bone dry mass) of the raw pulp to adjust the composition to 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water, to obtain a chemical-impregnated pulp. Next, the obtained chemical-impregnated pulp was heated for 250 seconds in a hot air dryer at 165°C to introduce phosphoric acid groups into the cellulose in the pulp, thereby obtaining a phosphorylated pulp.
[洗浄処理]
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
[Cleaning process]
The phosphorylated pulp was then washed. The washing was carried out by repeatedly pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry weight) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp to uniformly disperse the pulp, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
[中和処理]
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
[Neutralization treatment]
Next, the washed phosphorylated pulp was subjected to a neutralization treatment as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 to 13. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain a neutralized phosphorylated pulp. Next, the neutralized phosphorylated pulp was subjected to the above-mentioned washing treatment.
これにより得られたリンオキソ酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。また、得られたリン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo-oxidized pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the P=O of the phosphate group was observed around 1230 cm -1 , confirming that the phosphate group was added to the pulp. Furthermore, when the phosphorylated pulp thus obtained was analyzed using an X-ray diffractometer, typical peaks were confirmed at two positions, around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°, confirming that the pulp had cellulose type I crystals.
[解繊処理]
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[リンオキソ酸基量]の測定に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量強酸性基量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
[Defibrillation process]
Ion exchange water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry with a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid containing fine fibrous cellulose. X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose I type crystals. The amount of phosphoric acid groups (amount of first dissociated acid groups, strong acid groups) measured by the measurement method described in the measurement of [amount of phosphorus oxo acid groups] described later was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g.
<製造例2>
リン酸化パルプの洗浄処理及び中和処理後に、下記の窒素除去処理を行った以外は製造例1と同様にして、リン酸化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 2>
A fine fibrous cellulose dispersion containing phosphorylated pulp and fine fibrous cellulose was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that after the washing and neutralization treatment of the phosphorylated pulp, the following nitrogen removal treatment was carried out.
[窒素除去処理]
リン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が4質量%のスラリーを調製した。スラリーに48質量%の水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH13.4に調整し、液温85℃の条件で1時間加熱した。その後、このパルプスラリーを脱水し、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌し、濾過脱水する操作を繰り返すことにより余剰の水酸化ナトリウムを除去した。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、除去の終点とした。
[Nitrogen removal treatment]
Ion-exchanged water was added to the phosphorylated pulp to prepare a slurry with a solid content of 4% by mass. A 48% by mass aqueous solution of sodium hydroxide was added to the slurry to adjust the pH to 13.4, and the slurry was heated at a liquid temperature of 85°C for 1 hour. The pulp slurry was then dehydrated, and 10 L of ion-exchanged water was poured into 100 g (bone dry mass) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion. The pulp was stirred so that the pulp was uniformly dispersed, and the filtration and dehydration were repeated to remove excess sodium hydroxide. The end point of the removal was the point at which the electrical conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
これにより得られたリンオキソ酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。また、X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[リンオキソ酸基量の測定]に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量強酸性基量)は、1.35mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.30mmol/gであった。 The infrared absorption spectrum of the phosphorus oxo-oxidized pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to P=O of phosphate groups was observed around 1230 cm -1 , confirming that phosphate groups had been added to the pulp. Furthermore, X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid groups, amount of strong acid groups) measured by the measurement method described in [Measurement of amount of phosphorus oxo acid groups] below was 1.35 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.30 mmol/g.
<製造例3>
[亜リン酸化処理]
リン酸化処理においてリン酸二水素アンモニウムの代わりに亜リン酸(ホスホン酸)33質量部を用いた以外は、製造例1と同様に操作を行い、リン酸化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 3>
[Phosphorous Substitution Treatment]
The same procedure as in Production Example 1 was carried out except that 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate in the phosphorylation treatment, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing phosphorylated pulp and fine fibrous cellulose.
これにより得られたリン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1210cm-1付近に亜リン酸基の互変異性体であるホスホン酸基のP=Oに基づく吸収が観察され、パルプに(亜)リン酸基(ホスホン酸基)が付加されていることが確認された。また、X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[リンオキソ酸基量の測定]に記載の測定方法で測定される(亜)リン酸基量(第1解離酸量)は1.51mmol/gであり、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。 The infrared absorption spectrum of the phosphorylated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to P=O of a phosphonic acid group, which is a tautomer of a phosphorous acid group, was observed around 1210 cm -1 , and it was confirmed that a phosphorous acid group (phosphonic acid group) was added to the pulp. In addition, it was confirmed by X-ray diffraction that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The amount of phosphorous acid group (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described in [Measurement of phosphorous oxo acid group amount] below was 1.51 mmol/g, and the total amount of dissociated acid was 1.54 mmol/g.
<製造例4>
[硫酸化処理]
リン酸化処理においてリン酸二水素アンモニウムの代わりにアミド硫酸(スルファミン酸)38質量部を用いて、加熱時間を19分間に延長した以外は、製造例1と同様に操作を行い、硫酸化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 4>
[Sulfation treatment]
The same operations as in Production Example 1 were carried out, except that 38 parts by mass of amidosulfuric acid (sulfamic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate in the phosphorylation treatment and the heating time was extended to 19 minutes, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing sulfated pulp and fine fibrous cellulose.
これにより得られた硫酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1220-1260cm-1付近に硫酸基(スルホン基)に基づく吸収が観察され、パルプに硫酸基(スルホン基)が付加されていることが確認された。また、X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[スルホン基量の測定]に記載の測定方法で測定されるスルホン基量は1.12mmol/gであった。 The infrared absorption spectrum of the sulfated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to sulfate groups (sulfonic groups) was observed around 1220-1260 cm -1 , confirming that sulfate groups (sulfonic groups) had been added to the pulp. Furthermore, X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The amount of sulfonic groups measured by the measurement method described in [Measurement of the amount of sulfonic groups] below was 1.12 mmol/g.
<製造例5>
リン酸化処理に代えて下記のザンテート化処理を行った以外は、製造例1と同様に操作を行い、ザンテート化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 5>
The same operation as in Production Example 1 was performed except that the following xanthate treatment was performed instead of the phosphorylation treatment, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing xanthate pulp and fine fibrous cellulose.
[ザンテート化処理]
原料パルプ(王子製紙製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート))100質量部(絶乾質量)に、8.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液2500質量部を添加し、室温にて3時間撹拌してアルカリ処理を行った。このアルカリ処理後のパルプを遠心分離(ろ布400メッシュ、3000rpmで5分間)により固液分離してアルカリセルロースの脱水物を得た。得られたアルカリセルロース10質量部(絶乾質量)に対して、二硫化炭素を3.5質量部添加し、室温で4.5時間硫化反応を進行させてザンテート化処理を行った。
[Xanthate treatment]
2500 parts by mass of 8.5% by mass sodium hydroxide aqueous solution was added to 100 parts by mass (bone dry mass) of raw pulp (hardwood dissolving pulp (dry sheet) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.), and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to perform an alkali treatment. The pulp after the alkali treatment was centrifuged (filter cloth 400 mesh, 3000 rpm for 5 minutes) to separate the solid and liquid to obtain a dehydrated alkali cellulose. 3.5 parts by mass of carbon disulfide was added to 10 parts by mass (bone dry mass) of the obtained alkali cellulose, and the sulfurization reaction was carried out at room temperature for 4.5 hours to perform a xanthate treatment.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[ザンテート基量の測定]に記載の測定方法で測定されるザンテート基量は1.73mmol/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The amount of xanthate groups measured by the measurement method described in [Measurement of xanthate group amount] below was 1.73 mmol/g.
<製造例6>
原料パルプ(王子製紙製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート))にイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて30回処理し、粗大繊維状セルロースを含むセルロース分散液を得た。
<Production Example 6>
Ion-exchanged water was added to raw pulp (hardwood dissolving pulp (dry sheet) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.) to prepare a slurry with a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated 30 times with a wet pulverizer (Starburst manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a cellulose dispersion containing coarse fibrous cellulose.
[測定]
[分散液のヘーズの測定]
分散液のヘーズの測定は、繊維状セルロース分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて、JIS K 7136:2000に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
[measurement]
[Measurement of Haze of Dispersion]
The haze of the dispersion was measured by diluting the fibrous cellulose dispersion with ion-exchanged water to 0.2% by mass, and then measuring with a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory) using a glass cell for liquids with an optical path length of 1 cm (MG-40, manufactured by Fujiwara Seisakusho, reverse optical path) in accordance with JIS K 7136:2000. The zero point measurement was performed with ion-exchanged water placed in the same glass cell. The dispersion to be measured was left to stand for 24 hours in an environment of 23°C and relative humidity of 50% before measurement. The liquid temperature of the dispersion during measurement was 23°C.
[ナノファイバー収率の測定]
繊維状セルロース分散液を遠心分離した後のナノファイバー収率を以下に記載の方法により測定した。ナノファイバー収率は、微細繊維状セルロースの収率の指標となり、ナノファイバー収率が高い程、微細繊維状セルロースの収率が高い。各分散液をセルロース濃度0.1質量%に調整し、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H-2000B)を用い、12000G、10分の条件で遠心分離した。得られた上澄み液を回収し、上澄み液のセルロース濃度を測定した。下記式に基づいて、微細繊維状セルロースの収率を求めた。
ナノファイバー収率(質量%)=上澄みのセルロース濃度(質量%)/0.1×100
[Measurement of nanofiber yield]
The nanofiber yield after centrifuging the fibrous cellulose dispersion was measured by the method described below. The nanofiber yield is an index of the yield of fine fibrous cellulose, and the higher the nanofiber yield, the higher the yield of fine fibrous cellulose. Each dispersion was adjusted to a cellulose concentration of 0.1% by mass, and centrifuged at 12,000 G for 10 minutes using a cooled high-speed centrifuge (Kokusan Co., Ltd., H-2000B). The resulting supernatant was collected, and the cellulose concentration of the supernatant was measured. The yield of fine fibrous cellulose was calculated based on the following formula.
Nanofiber yield (mass%)=cellulose concentration in supernatant (mass%)/0.1×100
[窒素量の測定]
繊維状セルロースに含まれる窒素と繊維状セルロース分散液中に含まれる遊離窒素の合計量を以下に記載の方法により測定した。各分散液を固形分濃度1質量%に調整し、ケルダール法(JIS K 0102:2016 44.1)で分解した。分解後、陽イオンクロマトグラフィでアンモニウムイオン量(mmol)を測定し、測定に使用したセルロース量(g)で除して窒素含有量(mmol/g)を算出した。
[Measurement of Nitrogen Amount]
The total amount of nitrogen contained in the fibrous cellulose and the free nitrogen contained in the fibrous cellulose dispersion was measured by the method described below. Each dispersion was adjusted to a solid content concentration of 1 mass% and decomposed by the Kjeldahl method (JIS K 0102:2016 44.1). After decomposition, the amount of ammonium ions (mmol) was measured by cation chromatography and divided by the amount of cellulose (g) used in the measurement to calculate the nitrogen content (mmol/g).
<実施例1>
[置換基除去処理(高温熱処理)]
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に、20質量%のクエン酸水溶液を添加し、分散液のpHを5.5に調整した。得られたスラリーを耐圧容器に入れ、液温160℃で15分間、リン酸基量が0.08mmol/gとなるまで加熱を行った。この操作により微細繊維状セルロース凝集物の生成が確認された。
Example 1
[Substituent removal treatment (high temperature heat treatment)]
A 20% by mass aqueous citric acid solution was added to the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 to adjust the pH of the dispersion to 5.5. The obtained slurry was placed in a pressure-resistant container and heated at a liquid temperature of 160° C. for 15 minutes until the amount of phosphate groups reached 0.08 mmol/g. The production of fine fibrous cellulose aggregates was confirmed by this operation.
[置換基除去後スラリーの洗浄処理]
加熱後のスラリーに、スラリーと同量のイオン交換水を加えて固形分濃度が約1質量%のスラリーとし、スラリーを撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより、スラリーの洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点で、再びイオン交換水を添加して約1質量%のスラリーとし、24時間静置した。そこからさらに濾過脱水する操作を繰り返し、再びろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点を洗浄終点とした。得られた微細繊維状セルロース凝集物にイオン交換水を加え、置換基除去後スラリーを得た。このスラリーの固形分濃度は1.7質量%であった。
[Cleaning treatment of slurry after removing substituents]
The slurry after heating was washed by repeatedly adding the same amount of ion-exchanged water as the slurry to make a slurry with a solid content concentration of about 1% by mass, stirring the slurry, and then filtering and dehydrating it. When the electrical conductivity of the filtrate became 10 μS/cm or less, ion-exchanged water was added again to make a slurry with a solid content of about 1% by mass, and the slurry was allowed to stand for 24 hours. From there, the operation of filtering and dehydrating was further repeated, and the point when the electrical conductivity of the filtrate became 10 μS/cm or less again was set as the end point of washing. Ion-exchanged water was added to the obtained fine fibrous cellulose aggregates to obtain a slurry after removing the substituents. The solid content concentration of this slurry was 1.7% by mass.
[置換基除去後スラリーの均一分散]
得られた置換基除去後スラリーにイオン交換水を加え、固形分濃度が1.0質量%のスラリーとした。このスラリーはpH5.5であった。湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、置換基除去微細繊維状セルロースを含む置換基除去微細繊維状セルロース分散液を得た。後述する[繊維幅の測定]で測定した置換基除去微細繊維状セルロースの数平均繊維幅は4nmであり、10nm以下の繊維幅の割合は98%であった。
[Uniform Dispersion of Slurry after Removal of Substituents]
Ion exchange water was added to the obtained slurry after the removal of the substituents to obtain a slurry with a solid content concentration of 1.0 mass%. The pH of this slurry was 5.5. The slurry was treated three times at a pressure of 200 MPa with a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion of the substituent-removed fine fibrous cellulose containing the substituent-removed fine fibrous cellulose. The number average fiber width of the substituent-removed fine fibrous cellulose measured in [Measurement of fiber width] described later was 4 nm, and the proportion of the fiber width of 10 nm or less was 98%.
[シートの作製1]
イオン交換水に、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール(三菱ケミカル株式会社製、ゴーセネックスZ-200)を12質量%になるように加え、95℃で1時間撹拌し、溶解した。以上の手順により、ポリビニルアルコール水溶液を得た。
[Sheet Preparation 1]
Acetoacetyl-modified polyvinyl alcohol (Gosenex Z-200, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was added to ion-exchanged water to a concentration of 12% by mass, and dissolved by stirring at 95° C. for 1 hour. By the above procedure, an aqueous polyvinyl alcohol solution was obtained.
置換基除去微細繊維状セルロース分散液、及び上記ポリビニルアルコール水溶液をそれぞれ固形分濃度が0.6質量%となるようにイオン交換水で希釈した。次いで、希釈後の置換基除去微細繊維状セルロース分散液70質量部に対し、希釈後のポリビニルアルコール水溶液が30質量部になるように混合し、混合液を得た。さらに、シートの仕上がり坪量が37.5g/m2になるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置した。そのあと70℃の乾燥機で24時間乾燥し、アクリル板から剥離することで、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートを得た。シートの厚みは25μmであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。 The substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion and the polyvinyl alcohol aqueous solution were each diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration was 0.6% by mass. Next, the diluted polyvinyl alcohol aqueous solution was mixed with 70 parts by mass of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion after dilution so that the diluted polyvinyl alcohol aqueous solution was 30 parts by mass to obtain a mixed solution. Furthermore, the mixed solution was weighed so that the finished basis weight of the sheet was 37.5 g/m 2 , and spread on a commercially available acrylic plate. In addition, a damming frame (inner dimensions 250 mm x 250 mm, height 5 cm) was placed on the acrylic plate so that the predetermined basis weight was obtained. Thereafter, the sheet was dried in a dryer at 70 ° C. for 24 hours and peeled off from the acrylic plate to obtain a substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet. The thickness of the sheet was 25 μm. In addition, the surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.8.
[樹脂層の形成]
水酸基を有するアクリロイル基がグラフト重合したアクリル樹脂(大成ファインケミカル社製、アクリット8KX-012C、固形分濃度は39質量%)100質量部と、ポリイソシアネート化合物(旭化成ケミカルズ社製、TPA-100)38質量部と、メチルエチルケトン100質量部を混合して樹脂組成物を得た。次いで、上記樹脂組成物を、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの一方の面に、バーコーターにて塗布した後、100℃で1時間加熱して硬化させて樹脂層を積層した。さらに、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートのもう一方の面にも同様の手順で樹脂層を積層した。樹脂層の厚みは片面あたり5μmであった。上記の手順により、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの両面に樹脂層が積層された、積層シートを得た。
[Formation of resin layer]
A resin composition was obtained by mixing 100 parts by mass of an acrylic resin in which an acryloyl group having a hydroxyl group was graft-polymerized (manufactured by Taisei Fine Chemical Co., Ltd., Acrylit 8KX-012C, solid content concentration 39% by mass), 38 parts by mass of a polyisocyanate compound (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, TPA-100), and 100 parts by mass of methyl ethyl ketone. Next, the resin composition was applied to one side of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose with a bar coater, and then heated at 100 ° C. for 1 hour to harden the resin layer. Furthermore, a resin layer was laminated on the other side of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose in the same manner. The thickness of the resin layer was 5 μm per side. By the above procedure, a laminate sheet in which a resin layer was laminated on both sides of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose was obtained.
<実施例2>
置換基除去処理を、液温85℃で5日間行った以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.7であった。
Example 2
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the substituent removal treatment was carried out for 5 days at a liquid temperature of 85° C. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.7.
<実施例3>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液を0.7質量%に希釈し、置換基除去処理を行い、置換基除去後の洗浄処理工程の後、得られた微細繊維状セルロース凝集物にイオン交換水を加え、固形分濃度が1.0質量%のスラリーとした以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
Example 3
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was diluted to 0.7% by mass, subjected to a substituent removal treatment, and after the washing treatment step following the substituent removal, ion-exchanged water was added to the obtained fine fibrous cellulose aggregate to prepare a slurry having a solid content concentration of 1.0% by mass, and a laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1. The surface pH of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例4>
置換基除去処理を液温160℃で40分間行い、リン酸基量が0.05mmol/gとなるまで行った以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
Example 4
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the substituent removal treatment was carried out at a liquid temperature of 160° C. for 40 minutes until the amount of phosphate groups reached 0.05 mmol/g. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例5>
置換基除去処理を液温150℃で15分間行い、リン酸基量が0.21mmol/g程度となるまで行った以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.9であった。
Example 5
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the substituent removal treatment was carried out at a liquid temperature of 150° C. for 15 minutes until the amount of phosphate groups reached about 0.21 mmol/g. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.9.
<実施例6>
置換基除去処理を液温140℃で20分間行い、リン酸基量が0.40mmol/g程度となるまで行った以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.7であった。
Example 6
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the substituent removal treatment was carried out at a liquid temperature of 140° C. for 20 minutes until the amount of phosphate groups reached about 0.40 mmol/g. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.7.
<実施例7>
置換基除去処理に供する微細繊維状セルロース分散液のpHを2.4に調整し、置換基除去後スラリーの洗浄処理後にはpH5.5に調整した以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。置換基除去後のリン酸基量は0.22mmol/gであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.7であった。
Example 7
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the pH of the fine fibrous cellulose dispersion liquid to be subjected to the substituent removal treatment was adjusted to 2.4, and the pH of the slurry after the substituent removal washing treatment was adjusted to 5.5. The amount of phosphoric acid groups after the substitution removal was 0.22 mmol/g. The surface pH of the substitution-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.7.
<実施例8>
置換基除去処理に供する微細繊維状セルロース分散液のpH調整を行わず加熱処理を行い、置換基除去後スラリーの洗浄処理後にはpH5.5に調整した以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。置換基除去後のリン酸基量は0.29mmol/gであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.9であった。
Example 8
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the pH of the fine fibrous cellulose dispersion subjected to the substituent removal treatment was not adjusted, the pH of the slurry after the substituent removal was adjusted to 5.5 after the washing treatment. The amount of phosphoric acid groups after the substitution removal was 0.29 mmol/g. The surface pH of the substitution-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.9.
<実施例9>
置換基除去後スラリーの均一分散を、高速解繊機(エムテクニック社製、クレアミックス-11S)を用いて、周速34m/secの条件で180分間処理した以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Example 9>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the slurry after the removal of the substituents was uniformly dispersed using a high-speed defibrator (Clearmix-11S, manufactured by M Technique Co., Ltd.) at a peripheral speed of 34 m/sec for 180 minutes. The surface pH of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例10>
置換基除去処理を、加熱処理ではなく下記の酵素処理で行い、さらに置換基除去後スラリーの洗浄処理を下記の方法で行った以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
Example 10
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the substituent removal treatment was carried out by the following enzyme treatment instead of a heat treatment, and further, the slurry after the substituent removal was washed by the following method. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.8.
[置換基除去処理(酵素処理)]
得られた微細繊維状セルロース分散液に、20質量%のクエン酸水溶液を添加し、スラリーをpH5.5に調整した。得られたスラリーに、酸性ホスファターゼ(新日本化学工業製スミチームPM)を微細繊維状セルロース100質量部に対して3質量部となるように添加し、37℃の湯浴中で2.5時間酵素処理を行った。この操作により微細繊維状セルロース凝集物の生成が確認された。
[Substituent removal treatment (enzyme treatment)]
A 20% by mass aqueous citric acid solution was added to the obtained fine fibrous cellulose dispersion, and the slurry was adjusted to pH 5.5. Acid phosphatase (Sumiteam PM manufactured by Shin Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the obtained slurry in an amount of 3 parts by mass per 100 parts by mass of fine fibrous cellulose, and the enzyme treatment was carried out for 2.5 hours in a water bath at 37°C. The production of fine fibrous cellulose aggregates was confirmed by this operation.
[酵素処理による置換基除去後スラリーの洗浄処理]
得られた置換基除去後スラリーに、体積で1/5の強塩基性イオン交換樹脂(アンバージェット4400;オルガノ株式会社、コンディショニング済)及び弱酸性イオン交換樹脂(アンバーライトIRC76;オルガノ株式会社、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することによりスラリーを洗浄した。
[Washing treatment of slurry after removal of substituents by enzyme treatment]
To the obtained slurry after removal of the substituents, a strongly basic ion exchange resin (Amberjet 4400; Organo Corporation, conditioned) and a weakly acidic ion exchange resin (Amberlite IRC76; Organo Corporation, conditioned) in an amount of 1/5 by volume were added, and the mixture was shaken for 1 hour. The slurry was then poured onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin and the slurry, thereby washing the slurry.
<実施例11>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.7であった。
Example 11
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.7.
<実施例12>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.7であった。
Example 12
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.7.
<実施例13>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Example 13>
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 4 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例14>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた。さらに置換基除去処理(高温熱処理)の代わりに後述する置換基除去処理(低温熱処理)を行った。その他は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、6.9であった。
<Example 14>
Instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1, the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 5 was used. Furthermore, instead of the substituent removal treatment (high temperature heat treatment), the substituent removal treatment (low temperature heat treatment) described below was performed. Otherwise, a laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 6.9.
[置換基除去(低温熱処理)]
得られた微細繊維状セルロース分散液を、液温40℃で45分間加熱し、ザンテート基量が0.08mmol/g未満となるまで加熱を行った。
[Removal of Substituents (Low Temperature Heat Treatment)]
The obtained fine fibrous cellulose dispersion was heated at a liquid temperature of 40° C. for 45 minutes until the amount of xanthate groups became less than 0.08 mmol/g.
<実施例15>
[樹脂層の形成]において、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの一方の面のみに樹脂層を形成した以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Example 15>
In the [Formation of Resin Layer], except that a resin layer was formed only on one side of the sheet containing substituent-removed fine fibrous cellulose, a laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1. The surface pH of the sheet containing substituent-removed fine fibrous cellulose before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例16>
[シートの作製1]において、固形分濃度が0.6質量%のポリビニルアルコール水溶液に代えて、固形分濃度が0.6質量%となるように希釈したポリエチレンオキサイド(住友精化社製、PEO-18;粘度平均分子量430万~480万)を用いた。その他は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Example 16>
In [Sheet Preparation 1], instead of the aqueous polyvinyl alcohol solution having a solid content concentration of 0.6% by mass, polyethylene oxide (Sumitomo Seika Chemicals, PEO-18; viscosity average molecular weight 4.3 million to 4.8 million) diluted to a solid content concentration of 0.6% by mass was used. The rest of the procedure was the same as in Example 1 to obtain a laminated sheet. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例17>
[樹脂層の形成]の手順を下記のように変更した以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。変性ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学株式会社製、ユピゼータFPC-2136)15質量部、トルエン57質量部、メチルエチルケトン28質量部を混合し、樹脂塗工液を得た。次いで上記樹脂塗工液に密着助剤としてイソシアネート化合物(旭化成ケミカルズ株式会社製、デュラネートTPA-100)を2.25質量部添加し、混合して樹脂組成物を得た。次いで、上記樹脂組成物を、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの一方の面に、バーコーターにて塗布した後、100℃で1時間加熱して硬化させて樹脂層を積層した。さらに、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートのもう一方の面にも同様の手順で樹脂層を積層した。樹脂層の厚みは片面あたり5μmであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Example 17>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the procedure of [Formation of Resin Layer] was changed as follows. 15 parts by mass of modified polycarbonate resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc., Iupizeta FPC-2136), 57 parts by mass of toluene, and 28 parts by mass of methyl ethyl ketone were mixed to obtain a resin coating liquid. Next, 2.25 parts by mass of an isocyanate compound (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, Duranate TPA-100) was added as an adhesion aid to the resin coating liquid, and mixed to obtain a resin composition. Next, the resin composition was applied to one side of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet with a bar coater, and then heated at 100 ° C. for 1 hour to harden the resin layer. Furthermore, a resin layer was laminated on the other side of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet in the same manner. The thickness of the resin layer was 5 μm per side. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例18>
[シートの作製1]において、希釈後の置換基除去微細繊維状セルロース分散液40質量部に対し、希釈後のポリビニルアルコール水溶液が60質量部になるように混合し、混合液を得た。さらに、シートの仕上がり坪量が35.0g/m2になるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した。その他は実施例17と同様にして、積層シートを得た。なお、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの厚みは25μmであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、3.2であった。
<Example 18>
In [Preparation of sheet 1], 40 parts by mass of the diluted dispersion of the substituent-removed fine fibrous cellulose were mixed with 60 parts by mass of the diluted aqueous polyvinyl alcohol solution to obtain a mixed solution. Furthermore, the mixed solution was weighed so that the finished basis weight of the sheet was 35.0 g/ m2 , and spread on a commercially available acrylic plate. The rest was the same as in Example 17 to obtain a laminated sheet. The thickness of the substrate-removed fine fibrous cellulose-containing sheet was 25 μm. The surface pH of the substrate-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 3.2.
<実施例19>
[シートの作製1]において、希釈後の置換基除去微細繊維状セルロース分散液10質量部に対し、希釈後のポリビニルアルコール水溶液が90質量部になるように混合し、混合液を得た。さらに、シートの仕上がり坪量が31.0g/m2になるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した。その他は実施例17と同様にして、積層シートを得た。なお、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの厚みは25μmであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、3.0であった。
<Example 19>
In [Preparation of sheet 1], 10 parts by mass of the diluted substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion was mixed with 90 parts by mass of the diluted polyvinyl alcohol aqueous solution to obtain a mixed solution. Furthermore, the mixed solution was weighed so that the finished basis weight of the sheet was 31.0 g/ m2 , and spread on a commercially available acrylic plate. The rest was the same as in Example 17 to obtain a laminated sheet. The thickness of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet was 25 μm. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 3.0.
<実施例20>
[シートの作製1]において、シートの仕上がり坪量が105.0g/m2になるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した以外は実施例17と同様にして、積層シートを得た。なお、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの厚みは70μmであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Example 20>
In [Preparation of sheet 1], the mixed solution was weighed so that the finished basis weight of the sheet was 105.0 g/ m2 , and the mixed solution was spread on a commercially available acrylic plate to obtain a laminated sheet in the same manner as in Example 17. The thickness of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose was 70 μm. The surface pH of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose before laminating the resin layer was 4.8.
<実施例21>
[樹脂層の形成]の手順を下記のように変更した以外は実施例20と同様にして、積層シートを得た。変性ポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学株式会社製、ユピゼータFPC-2136)15質量部、トルエン57質量部、メチルエチルケトン28質量部を混合し、樹脂塗工液を得た。次いで上記樹脂塗工液に密着助剤として有機ケイ素化合物(シランカップリング剤)であるメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、SILQUEST A-174 SILANE)を0.75質量部添加し、混合して樹脂組成物を得た。次いで、上記樹脂組成物を、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの一方の面に、バーコーターにて塗布した後、100℃で1時間加熱して硬化させて樹脂層を積層した。さらに、置換基除去微細繊維状セルロース含有シートのもう一方の面にも同様の手順で樹脂層を積層した。樹脂層の厚みは片面あたり5μmであった。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Example 21>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 20, except that the procedure of [Formation of Resin Layer] was changed as follows. 15 parts by mass of modified polycarbonate resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc., Iupizeta FPC-2136), 57 parts by mass of toluene, and 28 parts by mass of methyl ethyl ketone were mixed to obtain a resin coating liquid. Next, 0.75 parts by mass of methacryloxypropyltrimethoxysilane (manufactured by Momentive Performance Materials Japan, Inc., SILQUEST A-174 SILANE), which is an organosilicon compound (silane coupling agent) as an adhesion assistant, was added to the resin coating liquid and mixed to obtain a resin composition. Next, the resin composition was applied to one side of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet with a bar coater, and then heated at 100 ° C. for 1 hour to harden the resin layer. Furthermore, a resin layer was laminated on the other side of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet in the same manner. The thickness of the resin layer was 5 μm per side. The surface pH of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose before laminating the resin layer was 4.8.
<比較例1>
[シートの作製1]において、置換基除去微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は、上記[シートの作製1]と同様の操作を行い、微細繊維状セルロース含有シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、7.3であった。
<Comparative Example 1>
A fine fibrous cellulose-containing sheet was obtained by carrying out the same operation as in the above [Sheet Preparation 1], except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion in [Sheet Preparation 1]. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 7.3.
<比較例2>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は比較例1と同様にして、微細繊維状セルロース含有シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、7.2であった。
<Comparative Example 2>
A fine fibrous cellulose-containing sheet was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except for using the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 7.2.
<比較例3>
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は比較例1と同様にして、微細繊維状セルロース含有シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、6.9であった。
<Comparative Example 3>
A fine fibrous cellulose-containing sheet was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 4 was used. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 6.9.
<比較例4>
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は比較例1と同様にして、微細繊維状セルロース含有シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、6.3であった。
<Comparative Example 4>
A fine fibrous cellulose-containing sheet was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 5 was used. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 6.3.
<比較例5>
置換基除去処理を液温140℃で10分間行い、リン酸基量が0.74mmol/g程度となるまで行った以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.9であった。
<Comparative Example 5>
A laminate sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the substituent removal treatment was carried out at a liquid temperature of 140° C. for 10 minutes until the amount of phosphate groups reached about 0.74 mmol/g. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 4.9.
<比較例6>
製造例6で得られた粗大繊維状セルロースを含むセルロース分散液を用いた以外は比較例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の粗大繊維状セルロース含有シートの表面pHは、5.8であった。
<Comparative Example 6>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except for using the cellulose dispersion containing the coarse fibrous cellulose obtained in Production Example 6. The surface pH of the coarse fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 5.8.
<比較例7>
置換基除去後スラリーの均一分散を行わなかった以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.8であった。
<Comparative Example 7>
Except for not uniformly dispersing the slurry after the removal of the substituents, a laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1. The surface pH of the sheet containing the fibrous cellulose from which the substituents had been removed before laminating the resin layer was 4.8.
<比較例8>
置換基除去後スラリーの均一分散を行わなかった以外は実施例12と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.6であった。
<Comparative Example 8>
Except for not uniformly dispersing the slurry after the removal of the substituents, a laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 12. The surface pH of the sheet containing the fibrous cellulose from which the substituents had been removed before laminating the resin layer was 4.6.
<比較例9>
置換基除去後スラリーの均一分散を行わなかった以外は実施例13と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去繊維状セルロース含有シートの表面pHは、4.5であった。
<Comparative Example 9>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 13, except that the slurry was not uniformly dispersed after the removal of the substituents. The surface pH of the sheet containing the fibrous cellulose from which the substituents had been removed before laminating the resin layer was 4.5.
<比較例10>
置換基除去後スラリーの均一分散を行わなかった以外は実施例14と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去繊維状セルロース含有シートの表面pHは、6.8であった。
<Comparative Example 10>
Except for not uniformly dispersing the slurry after the removal of the substituents, a laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 14. The surface pH of the sheet containing the fibrous cellulose from which the substituents had been removed before laminating the resin layer was 6.8.
<比較例11>
[シートの作製1]において、置換基除去微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例1で得た微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例15と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、7.3であった。
<Comparative Example 11>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 15, except that in [Sheet Preparation 1], the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 7.3.
<比較例12>
[シートの作製1]において、置換基除去微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例1で得た微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例16と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、7.2であった。
<Comparative Example 12>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 16, except that in [Sheet Preparation 1], the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 7.2.
<比較例13>
[シートの作製1]において、置換基除去微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例1で得た微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例17と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、7.3であった。
<Comparative Example 13>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 17, except that in [Sheet Preparation 1], the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 7.3.
<比較例14>
[シートの作製1]において、置換基除去微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例1で得た微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例18と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、6.9であった。
<Comparative Example 14>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 18, except that in [Sheet Preparation 1], the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 6.9.
<比較例15>
[シートの作製1]において、置換基除去微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例1で得た微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例20と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、7.2であった。
<Comparative Example 15>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 20, except that in [Sheet Preparation 1], the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 7.2.
<比較例16>
[シートの作製1]において、置換基除去微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例1で得た微細繊維状セルロース分散液を用いた以外は実施例21と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、7.2であった。
<Comparative Example 16>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 21, except that in [Sheet Preparation 1], the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1 was used instead of the substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion. The surface pH of the fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 7.2.
<比較例17>
[置換基除去後スラリーの洗浄処理]の代わりに下記[置換基除去後スラリーのイオン交換樹脂処理]を行った以外は実施例1と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、2.4であった。
<Comparative Example 17>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the following [Ion exchange resin treatment of the slurry after the removal of substituents] was carried out instead of the [Washing treatment of the slurry after the removal of substituents]. The surface pH of the sheet containing the substituent-removed fine fibrous cellulose before laminating the resin layer was 2.4.
[置換基除去後スラリーのイオン交換樹脂処理]
[置換基除去処理(高温熱処理)]で得られた加熱後のスラリーにイオン交換水を加えて固形分濃度が約1.1質量%のスラリーとした後、体積比で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショニング済)および体積比で1/10の強塩基性イオン交換樹脂(アンバージェット4400;オルガノ株式会社、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離した。得られたスラリーはpH3.1であった。
[Ion exchange resin treatment of slurry after removal of substituents]
Ion exchange water was added to the slurry after heating obtained in [Substituent removal treatment (high temperature heat treatment)] to obtain a slurry with a solid content concentration of about 1.1 mass%, and then a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; Organo Corporation, conditioned) in a volume ratio of 1/10 and a strongly basic ion exchange resin (Amberjet 4400; Organo Corporation, conditioned) in a volume ratio of 1/10 were added, and the mixture was shaken for 1 hour, and then poured onto a mesh with an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry. The obtained slurry had a pH of 3.1.
<比較例18>
[置換基除去処理(高温熱処理)]においてクエン酸を添加せず、微細繊維状セルロース分散液の1/10量の尿素を添加した以外は比較例17と同様にして、積層シートを得た。なお、樹脂層を積層する前の置換基除去微細繊維状セルロース含有シートの表面pHは、2.4であった。
<Comparative Example 18>
A laminated sheet was obtained in the same manner as in Comparative Example 17, except that in the [substituent removal treatment (high temperature heat treatment)], citric acid was not added, and urea was added in an amount 1/10 of the fine fibrous cellulose dispersion liquid. The surface pH of the substituent-removed fine fibrous cellulose-containing sheet before laminating the resin layer was 2.4.
[評価]
実施例及び比較例で得られた積層シートについて、下記の方法で評価を行った。
[evaluation]
The laminate sheets obtained in the examples and comparative examples were evaluated by the following methods.
[繊維幅の測定]
繊維状セルロースの繊維幅を下記の方法で測定した。各繊維状セルロース分散液を、セルロースの濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように水で希釈し、親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストした。これを乾燥した後、酢酸ウラニルで染色し、透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子社製、JEOL-2000EX)により観察した。その際、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、20本以上の繊維が交差するよう、倍率を調節した。この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維の繊維幅を目視で読み取っていった。各分散液につき3枚の重複しない観察画像を撮影し、各々2つの軸に交差する繊維の繊維幅の値を読み取った(20本以上×2×3=120本以上)。なお、このようにして得られた繊維幅から数平均繊維幅を算出した。但し、実施例1~21および比較例5、7~10については、置換基除去微細繊維状セルロース分散液を、比較例1~4、11~16については微細繊維状セルロース分散液を使用して測定を行った。また、比較例6で使用した粗大繊維状セルロースのみ、分散液をセルロースの濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように水で希釈し、ガラス上へキャストして走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。
また、下記式に基づいて、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースの割合を求めた。
繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースの割合(%)=(繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースの本数/全繊維状セルロースの本数)×100
[Measurement of fiber width]
The fiber width of the fibrous cellulose was measured by the following method. Each fibrous cellulose dispersion was diluted with water so that the cellulose concentration was 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less, and cast on a hydrophilized carbon film-coated grid. After drying, it was stained with uranyl acetate and observed with a transmission electron microscope (TEM, manufactured by JEOL Co., Ltd., JEOL-2000EX). At that time, an axis of arbitrary image width in the vertical and horizontal directions was assumed in the obtained image, and the magnification was adjusted so that 20 or more fibers crossed the axis. After obtaining an observation image satisfying this condition, two random axes were drawn vertically and horizontally per image on this image, and the fiber width of the fibers crossing the axis was read visually. Three non-overlapping observation images were taken for each dispersion, and the fiber width value of the fibers crossing the two axes was read (20 or more x 2 x 3 = 120 or more). The number average fiber width was calculated from the fiber width obtained in this way. However, the measurements were performed using a substituent-removed fine fibrous cellulose dispersion in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 5, 7 to 10, and a fine fibrous cellulose dispersion in Comparative Examples 1 to 4 and 11 to 16. Moreover, for only the coarse fibrous cellulose used in Comparative Example 6, the dispersion was diluted with water so that the cellulose concentration was 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less, and the diluted dispersion was cast onto a glass plate and observed with a scanning electron microscope (SEM).
In addition, the proportion of fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less was determined based on the following formula.
Percentage (%) of fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less = (number of fine fibrous cellulose having a fiber width of 10 nm or less / total number of fibrous cellulose) x 100
[リンオキソ酸基量の測定]
リンオキソ酸基量(リン酸基もしくは亜リン酸基量)の測定においては、まず、対象となる微細繊維状セルロースにイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.2質量%のスラリーを調製した。得られたスラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の微細繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図2)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除した値をリンオキソ酸基量(mmol/g)とした。
[Measurement of phosphorus oxoacid group content]
In measuring the amount of phosphorus oxoacid groups (amount of phosphate groups or phosphite groups), ion-exchanged water was first added to the target fine fibrous cellulose to prepare a slurry with a solid content of 0.2% by mass. The obtained slurry was treated with an ion-exchange resin, and then titrated with an alkali to measure the amount of phosphorus oxoacid groups.
The treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; Organo Corporation, conditioned) to the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing slurry, shaking the mixture for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin and the slurry.
In addition, the titration using alkali was performed by measuring the change in the pH value of the slurry while adding 10 μL of 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fine fibrous cellulose-containing slurry after the treatment with ion exchange resin every 5 seconds. The titration was performed while blowing nitrogen gas into the slurry 15 minutes before the start of the titration. In this neutralization titration, two points are observed where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximum in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added. Of these, the maximum point of the increment obtained first after the addition of alkali is called the first end point, and the maximum point of the increment obtained next is called the second end point (FIG. 2). The amount of alkali required from the start of the titration to the first end point is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used for the titration. In addition, the amount of alkali required from the start of the titration to the second end point is equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used for the titration. The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first end point was divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated, and this value was taken as the amount of phosphorus oxoacid groups (mmol/g).
[スルホン基量の測定]
スルホン基量は、次のように測定した。微細繊維状セルロースを冷凍庫で凍結させた後、凍結乾燥機(ラブコンコ社製FreeZone)で3日間乾燥させた。得られた凍結乾燥物をハンドミキサー(大阪ケミカル製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20,000rpmで60秒、粉砕処理を行って粉末状にした。凍結乾燥及び粉砕処理後の試料を密閉容器中で硝酸を用いて加圧加熱分解した。その後、適宜希釈してICP-OESで硫黄量を測定した。供試した微細繊維状セルロースの絶乾質量で割り返して算出した値を硫酸エステル基量(単位:mmol/g)とした。
[Measurement of sulfonic group amount]
The amount of sulfonic groups was measured as follows. The fine fibrous cellulose was frozen in a freezer and then dried for 3 days in a freeze dryer (FreeZone, manufactured by Labconco). The freeze-dried product was pulverized into a powder form using a hand mixer (Labo Millser PLUS, manufactured by Osaka Chemical) at a rotation speed of 20,000 rpm for 60 seconds. The sample after freeze-drying and pulverization was subjected to pressure heating decomposition using nitric acid in a closed container. The sample was then appropriately diluted and the amount of sulfur was measured by ICP-OES. The value calculated by dividing by the absolute dry mass of the fine fibrous cellulose tested was taken as the amount of sulfate ester groups (unit: mmol/g).
[ザンテート基量の測定]
ザンテート基量は、Bredee法により測定した。具体的には、繊維状セルロース1.5質量部(絶乾質量)に飽和塩化アンモニウム溶液を40mL添加し、ガラス棒でサンプルを潰しながらよく混合し、約15分間放置後、GFPろ紙(ADVANTEC社製GS-25)でろ過して、飽和塩化アンモニウム溶液で十分に洗浄した。サンプルをGFPろ紙ごと500mLのトールビーカーに入れ、0.5M水酸化ナトリウム溶液(5℃)を50mL添加して撹拌した。15分間放置後、溶液がピンク色になるまでフェノールフタレイン溶液を添加した後、1.5M酢酸を添加して、溶液がピンク色から無色になった点を中和点とした。中和後蒸留水を250mL添加してよく撹拌し、1.5M酢酸10mL、0.05mol/Lヨウ素溶液10mLをホールピペットを使用して添加した。この溶液を0.05mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した。チオ硫酸ナトリウムの滴定量、繊維状セルロースの絶乾質量より次式からザンテート基量を算出した。
ザンテート基量(mmol/g)=(0.05×10×2-0.05×チオ硫酸ナトリウム滴定量(mL))/1000/繊維状セルロースの絶乾質量(g)
[Measurement of Xanthate Group Amount]
The amount of xanthate groups was measured by the Breedee method. Specifically, 40 mL of saturated ammonium chloride solution was added to 1.5 parts by mass (absolute dry mass) of fibrous cellulose, the sample was crushed with a glass rod and mixed well, and then left for about 15 minutes, filtered with GFP filter paper (GS-25 manufactured by ADVANTEC Co., Ltd.), and thoroughly washed with saturated ammonium chloride solution. The sample was placed in a 500 mL tall beaker together with the GFP filter paper, and 50 mL of 0.5 M sodium hydroxide solution (5 ° C.) was added and stirred. After leaving for 15 minutes, a phenolphthalein solution was added until the solution turned pink, and then 1.5 M acetic acid was added, and the point at which the solution changed from pink to colorless was taken as the neutralization point. After neutralization, 250 mL of distilled water was added and stirred well, and 10 mL of 1.5 M acetic acid and 10 mL of 0.05 mol / L iodine solution were added using a whole pipette. This solution was titrated with 0.05 mol / L sodium thiosulfate solution. The amount of xanthate groups was calculated from the titration amount of sodium thiosulfate and the bone dry mass of fibrous cellulose using the following formula.
Amount of xanthate group (mmol/g) = (0.05 x 10 x 2 - 0.05 x sodium thiosulfate titration (mL)) / 1000 / bone dry mass of fibrous cellulose (g)
[積層シートの全光線透過率測定]
JIS K 7361-1:1997に準拠し、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて積層シートの全光線透過率を測定した。
[Measurement of total light transmittance of laminated sheet]
The total light transmittance of the laminated sheet was measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory) in accordance with JIS K 7361-1:1997.
[積層シートのヘーズ測定]
JIS K 7136:2000に準拠し、ヘーズメーター(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を用いて積層シートのヘーズを測定した。
[Haze measurement of laminated sheet]
The haze of the laminated sheet was measured using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory) in accordance with JIS K 7136:2000.
[積層シートの加熱前後の黄色度測定]
JIS K 7373:2006に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いて積層シートの加熱前後の黄色度(YI値)を測定した。なお、加熱後のYI値は、160℃で6時間加熱した積層シートのYI値とした。また、下記の方法でYI増加率を測定した。
YI増加率(%)=(加熱後のシートのYI値-加熱前のシートのYI値)/加熱前のシートのYI値×100
[Yellowness measurement of laminated sheet before and after heating]
The yellowness index (YI value) of the laminated sheet before and after heating was measured using Colour Cute i (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7373:2006. The YI value after heating was the YI value of the laminated sheet heated at 160° C. for 6 hours. The YI increase rate was measured by the following method.
YI increase rate (%)=(YI value of sheet after heating−YI value of sheet before heating)/YI value of sheet before heating×100
[樹脂層積層前のシート(CNFシート)の表面pHの測定]
シート表面の1cm四方の範囲内に10μLのイオン交換水をマイクロピペットで滴下し、その部分のpHをフラット形pH複合電極(6261-10C;HORIBA製)を用いて測定した。
[Measurement of surface pH of sheet (CNF sheet) before lamination of resin layer]
10 μL of ion-exchanged water was dropped onto a 1 cm square area on the surface of the sheet using a micropipette, and the pH of that area was measured using a flat pH composite electrode (6261-10C; manufactured by HORIBA).
AC:アクリル
PIC:ポリイソシアネート
PC:ポリカーボネート
OSi:オルガノシラン
AC: Acrylic PIC: Polyisocyanate PC: Polycarbonate OSi: Organosilane
実施例で得られた積層シートは高透明であり、加熱前のYIに加えて加熱後のYIも低かった(実施例1~21)。一方、置換基除去処理を行わない場合、または除去処理が不十分の場合、得られた積層シートは加熱後のYIが高かった(比較例1~5、11~16)。未変性の粗大繊維状セルロースを用いた場合、得られた積層シートは不透明であった(比較例6)。置換基除去後の均一分散を行わない場合、積層シートの透明度が低かった(比較例7~10)。 The laminated sheets obtained in the examples were highly transparent, and the YI before heating as well as the YI after heating were low (Examples 1 to 21). On the other hand, when the substitution group removal treatment was not performed or was insufficient, the obtained laminated sheets had high YI after heating (Comparative Examples 1 to 5, 11 to 16). When unmodified coarse fibrous cellulose was used, the obtained laminated sheets were opaque (Comparative Example 6). When uniform dispersion after substitution group removal was not performed, the transparency of the laminated sheets was low (Comparative Examples 7 to 10).
<実施例101>
実施例20で得た積層シートを、100mm角にトリミングしたものを2枚用意した。寸法100mm角、厚み2mmのポリカーボネート板を、この積層シート2枚で挟み、さらにこれらを寸法200mm角のステンレス板2枚で挟んだ。その後、常温に設定したミニテストプレス(東洋精機工業社製、MP-WCH)に挿入して0.2MPaのプレス圧力下、3分かけて160℃まで昇温した。この状態で30秒間保持した後、3分かけて30℃まで冷却した。上記の手順により、ポリカーボネート板との積層体を得た。
<Example 101>
Two sheets of the laminated sheet obtained in Example 20 were prepared by trimming to 100 mm square. A polycarbonate plate having dimensions of 100 mm square and thickness of 2 mm was sandwiched between two of these laminated sheets, and these were further sandwiched between two stainless steel plates having dimensions of 200 mm square. After that, it was inserted into a mini test press (manufactured by Toyo Seiki Kogyo Co., Ltd., MP-WCH) set at room temperature and heated to 160 ° C. over 3 minutes under a press pressure of 0.2 MPa. After holding in this state for 30 seconds, it was cooled to 30 ° C. over 3 minutes. By the above procedure, a laminate with a polycarbonate plate was obtained.
<実施例102>
実施例21で得た積層シートを使用した以外は実施例101と同様にして、ポリカーボネート板との積層体を得た。
<Example 102>
A laminate with a polycarbonate plate was obtained in the same manner as in Example 101, except that the laminate sheet obtained in Example 21 was used.
<比較例101>
比較例15で得た積層シートを使用した以外は実施例101と同様にして、ポリカーボネート板との積層体を得た。
<Comparative Example 101>
A laminate with a polycarbonate plate was obtained in the same manner as in Example 101, except that the laminate sheet obtained in Comparative Example 15 was used.
<比較例102>
比較例16で得た積層シートを使用した以外は実施例101と同様にして、ポリカーボネート板との積層体を得た。
<Comparative Example 102>
A laminate with a polycarbonate plate was obtained in the same manner as in Example 101, except that the laminate sheet obtained in Comparative Example 16 was used.
<比較例103>
実施例101において、ポリカーボネート板を積層シート2枚で挟まずに、ミニテストプレスによる処理を行った。この板を評価に使用した。
<Comparative Example 103>
In Example 101, the polycarbonate plate was not sandwiched between the two laminated sheets, but was treated with the mini test press. This plate was used for evaluation.
[評価]
実施例及び比較例で得られた積層体及び板について、下記の方法で評価を行った。
[evaluation]
The laminates and plates obtained in the examples and comparative examples were evaluated by the following methods.
[曲げ弾性率の測定]
積層体及び板から寸法80mm×10mmの試験片を切り出し、JIS K 7171:2016にしたがって曲げ試験を行い、曲げ弾性率を測定した。
[Measurement of flexural modulus]
Test pieces measuring 80 mm x 10 mm were cut out from the laminate and the plate, and a bending test was performed in accordance with JIS K 7171:2016 to measure the bending modulus.
[外観]
JIS K 7373:2006に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いて積層体及び板のYI値を測定した。測定結果より、下記の基準にしたがって外観を評価した。
A:YIが10未満
B:YIが10以上
[exterior]
The YI values of the laminate and plate were measured using Colour Cute i (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7373:2006. From the measurement results, the appearance was evaluated according to the following criteria.
A: YI is less than 10
B: YI is 10 or more
[外観]
積層体、および板を、90℃で720時間加熱した。その後、JIS K 7373:2006に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いて積層体、および板のYI値を測定した。測定結果より、下記の基準にしたがって外観を評価した。
A:YIが15未満
B:YIが15以上
[exterior]
The laminate and the plate were heated at 90° C. for 720 hours. Thereafter, the YI values of the laminate and the plate were measured using Colour Cute i (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7373:2006. From the measurement results, the appearance was evaluated according to the following criteria.
A: YI is less than 15
B: YI is 15 or more
実施例で得られた積層シートは、加熱前後のYIが低く、外観が良好であった。さらに、積層体とした場合、曲げ弾性率も高くなっており、樹脂材料の補強効果にも優れていた(実施例101、102)。置換基除去処理を含む工程を経ていない積層シートは、曲げ弾性率がやや低くなっており、積層体とした場合の外観も不良であった(比較例101、102)。 The laminated sheets obtained in the examples had low YI before and after heating and good appearance. Furthermore, when made into a laminate, the flexural modulus was high and the reinforcing effect of the resin material was excellent (Examples 101 and 102). The laminated sheets that did not undergo a process including the substitution group removal treatment had a slightly lower flexural modulus and poor appearance when made into a laminate (Comparative Examples 101 and 102).
2 樹脂層
6 繊維層
10 積層シート
2 Resin layer 6 Fiber layer 10 Laminated sheet
Claims (14)
前記繊維層は、置換基導入量が0.5mmol/g未満であり、かつ繊維幅が1~10nmである繊維状セルロースを含み、
前記積層シートのYI値が2.0以下である、積層シート。 A laminated sheet having a fiber layer and a resin layer disposed on at least one surface of the fiber layer,
the fiber layer contains fibrous cellulose having an introduction amount of a substituent of less than 0.5 mmol/g and a fiber width of 1 to 10 nm;
The laminate sheet has a YI value of 2.0 or less .
A laminate comprising the laminate sheet according to any one of claims 1 to 13 and an adherend.
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