JP7635597B2 - Dust prevention agent and dust prevention method - Google Patents
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Description
本発明は、粉塵飛散防止剤及び粉塵飛散防止方法に関する。 The present invention relates to a dust dispersion prevention agent and a dust dispersion prevention method.
従来、工事現場や廃棄物処分場、造成地などでは、風により粉塵が発生し、周辺環境に悪影響を及ぼすといった問題があった。このため、粉塵発生の防止対策として、散水粉塵抑制や被覆粉塵抑制等の様々な対策が検討されている。 In the past, there was a problem of dust being generated by the wind at construction sites, waste disposal sites, reclaimed land, etc., which had a negative impact on the surrounding environment. For this reason, various measures to prevent dust generation, such as water sprinkling dust suppression and dust covering suppression, are being considered.
例えば、特許文献1には、キトサン溶液を含む粉塵飛散抑止剤が記載されている。特許文献1では、キトサンと酢酸とを重量比で6:4の割合で希釈した溶液であって、キトサン溶液の濃度が5,000ppm~20,000ppmである溶液を粉塵飛散抑止剤として用いることが検討されている。 For example, Patent Document 1 describes a dust dispersion inhibitor containing a chitosan solution. In Patent Document 1, it is considered to use a solution in which chitosan and acetic acid are diluted in a weight ratio of 6:4, with the chitosan solution having a concentration of 5,000 ppm to 20,000 ppm, as a dust dispersion inhibitor.
また、特許文献2には、ラテックス:0.1~7%、変性デンプン/変性セルロース:0.1~6%、アルギン酸ナトリウム:0.1~5%、ポリビニルアルコール:0.1~8%、珪酸ナトリウム:0~8%、グリセリン:10~60%、界面活性剤:0.01~5%、残部として水を、混合してなる粉塵抑制剤が開示されている。なお、特許文献2における変性セルロースは、非晶性の水溶性セルロース誘導体である。 Patent Document 2 discloses a dust suppressant that is a mixture of 0.1-7% latex, 0.1-6% modified starch/modified cellulose, 0.1-5% sodium alginate, 0.1-8% polyvinyl alcohol, 0-8% sodium silicate, 10-60% glycerin, 0.01-5% surfactant, and the remainder water. The modified cellulose in Patent Document 2 is an amorphous water-soluble cellulose derivative.
本発明者らが、従来の粉塵飛散防止剤について検討したところ、粉塵の飛散防止効果について改善の余地があることがわかった。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、優れた粉塵飛散防止効果を発揮し得る粉塵飛散防止剤を提供することを目的として検討を進めた。 The inventors have studied conventional dust dispersion prevention agents and found that there is room for improvement in the dust dispersion prevention effect. In order to solve such problems of the conventional technology, the inventors have carried out research with the aim of providing a dust dispersion prevention agent that can exhibit excellent dust dispersion prevention effect.
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、粉塵飛散防止剤に繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを配合することにより、優れた粉塵飛散防止効果を発揮し得る粉塵飛散防止剤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。
As a result of intensive research aimed at solving the above problems, the present inventors have found that by blending a dust-scattering prevention agent with fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, a dust-scattering prevention agent capable of exhibiting excellent dust-scattering prevention effect can be obtained.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] 溶媒と、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースとを含む、粉塵飛散防止剤。
[2] 繊維状セルロースのアスペクト比が10以上である、[1]に記載の粉塵飛散防止剤。
[3] 繊維状セルロースにイオン性置換基が導入されている、[1]又は[2]に記載の粉塵飛散防止剤。
[4] イオン性置換基がアニオン性基である、[3]に記載の粉塵飛散防止剤。
[5] イオン性置換基がリンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、カルボキシ基に由来する置換基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基、スルホン基、スルホン基に由来する置換基及びアンモニウム基からなる群から選択される少なくとも1種である、[3]に記載の粉塵飛散防止剤。
[6] 繊維状セルロースの固形分濃度が1.0質量%以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の粉塵飛散防止剤。
[7] pHが5.0以上9.0以下である、[1]~[6]のいずれかに記載の粉塵飛散防止剤。
[8] 溶媒は水を主成分とする溶媒である、[1]~[7]のいずれかに記載の粉塵飛散防止剤。
[9] [1]~[8]のいずれかに記載の粉塵飛散防止剤を粉塵発生対象物に噴霧する工程を含む、粉塵飛散防止方法。
[1] A dust dispersion prevention agent comprising a solvent and fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less.
[2] The dust dispersion inhibitor according to [1], wherein the aspect ratio of the fibrous cellulose is 10 or more.
[3] The dust-suppressing agent according to [1] or [2], wherein an ionic substituent is introduced into the fibrous cellulose.
[4] The dust-suppressing agent according to [3], wherein the ionic substituent is an anionic group.
[5] The dust-suppressing agent according to [3], wherein the ionic substituent is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a substituent derived from a phosphorus oxoacid group, a carboxy group, a substituent derived from a carboxy group, a carboxymethyl group, a carboxyethyl group, a sulfur oxoacid group, a substituent derived from a sulfur oxoacid group, a sulfone group, a substituent derived from a sulfone group, and an ammonium group.
[6] The dust-suppressing agent according to any one of [1] to [5], wherein the solid content concentration of the fibrous cellulose is 1.0 mass% or less.
[7] The dust-suppressing agent according to any one of [1] to [6], having a pH of 5.0 or more and 9.0 or less.
[8] The dust-suppressing agent according to any one of [1] to [7], wherein the solvent is a solvent mainly composed of water.
[9] A method for preventing scattering of dust, comprising a step of spraying the dust-scattering inhibitor according to any one of [1] to [8] onto a dust-generating object.
本発明によれば、優れた粉塵飛散防止効果を発揮し得る粉塵飛散防止剤を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a dust dispersion prevention agent that can exhibit excellent dust dispersion prevention effects.
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。 The present invention will be described in detail below. The components described below may be explained based on representative embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
(粉塵飛散防止剤)
本発明は、溶媒と、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースとを含む粉塵飛散防止剤に関する。なお、本明細書において、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もしくはCNFと呼ぶこともある。
(Dust prevention agent)
The present invention relates to a dust dispersion inhibitor containing a solvent and fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less. In this specification, the fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is also called fine fibrous cellulose or CNF.
本発明の粉塵飛散防止剤は、上記構成を有するものであるため、優れた粉塵飛散防止効果を発揮する。具体的には、本発明の粉塵飛散防止剤を、粉塵発生源となる土砂等の粉塵発生対象物に噴霧した際、土砂等を結着することができる。その結果、粉塵の発生を抑制することができる。これは、粉塵発生対象物に微細繊維状セルロースを散布することにより、結晶性の微細繊維状セルロースによって粉塵発生対象物の粒子間が強固に結着されることによるものと推察される。また、本発明の粉塵飛散防止剤は、PM2.5といった超微粒子の飛散も抑制することができる。 The dust dispersion inhibitor of the present invention has the above-mentioned composition, and therefore exhibits excellent dust dispersion prevention effects. Specifically, when the dust dispersion inhibitor of the present invention is sprayed on a dust-generating object such as soil and sand, which is a dust source, it can bind the soil and sand. As a result, dust generation can be suppressed. This is presumably because, by spraying fine fibrous cellulose on the dust-generating object, the particles of the dust-generating object are firmly bound by the crystalline fine fibrous cellulose. In addition, the dust dispersion inhibitor of the present invention can also suppress the dispersion of ultrafine particles such as PM2.5.
粉塵飛散防止効果は、例えば、以下の方法で珪砂の結着力を評価することで確認することができる。まず、粉塵を発生させるモデル物質として、珪砂6号(東洋マテラン(株)製)を5g用い、直径が50mmの円形状となるように敷設する。次いで、この珪砂の粉塵発生対象物に対して、粉塵飛散防止剤7gを噴霧し、これを24時間室温で乾燥させる。そして、粉塵発生対象物の中央部を2Nの荷重で押し込んだ際に、珪砂の表面が崩れず、ひび割れの発生が抑制されている場合に、珪砂が良好に結着していると判定できる。珪砂が良好に結着している場合、結着体に対して送風しても粉塵が飛散せず、粉塵飛散防止剤の噴霧により粉塵飛散防止効果が発揮されたと判定できる。 The dust scattering prevention effect can be confirmed, for example, by evaluating the binding strength of silica sand using the following method. First, 5 g of silica sand No. 6 (manufactured by Toyo Matheran Co., Ltd.) is used as a model substance that generates dust, and is laid in a circular shape with a diameter of 50 mm. Next, 7 g of dust scattering prevention agent is sprayed onto the dust-generating object made of this silica sand, and it is dried at room temperature for 24 hours. Then, when the center of the dust-generating object is pressed with a load of 2 N, if the surface of the silica sand does not collapse and the occurrence of cracks is suppressed, it can be determined that the silica sand is well bound. If the silica sand is well bound, dust does not scatter even when air is blown over the bound body, and it can be determined that the dust scattering prevention effect is exerted by spraying the dust scattering prevention agent.
また、本発明の粉塵飛散防止剤は、上記構成を有するものであるため、スプレー特性(噴霧特性)にも優れている。本発明の粉塵飛散防止剤は、繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを含むため、粉塵飛散防止剤を噴霧する際においても、噴射口に固形物が詰まることがなく、これにより、粉塵発生対象物に対して、均一に、かつ連続的にスプレー塗工(噴霧塗工)することが可能となる。 In addition, the dust dispersion prevention agent of the present invention has the above-mentioned composition, and therefore has excellent spray characteristics. The dust dispersion prevention agent of the present invention contains fine fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, so that the nozzle is not clogged with solid matter even when the dust dispersion prevention agent is sprayed, and this makes it possible to spray coat the dust-generating object uniformly and continuously.
さらに、本発明の粉塵飛散防止剤は、植物由来のセルロースを微細化した微細繊維状セルロースを含むものであるため、粉塵飛散防止剤には植物由来原料が含まれることになる。このため、例えば、本発明の粉塵飛散防止剤を土壌等の自然環境に噴霧した場合であっても、土壌を化学汚染したり、土壌の性状について悪影響を与えることがない。このように、本発明の粉塵飛散防止剤は環境負荷が少なく、環境フレンドリーな剤であると言える。 Furthermore, since the dust dispersion inhibitor of the present invention contains fine fibrous cellulose obtained by finely milling plant-derived cellulose, the dust dispersion inhibitor contains plant-derived raw materials. For this reason, even if the dust dispersion inhibitor of the present invention is sprayed into a natural environment such as soil, it will not chemically contaminate the soil or adversely affect the properties of the soil. In this way, the dust dispersion inhibitor of the present invention has a low environmental impact and can be said to be an environmentally friendly agent.
本実施形態において、粉塵飛散防止剤のpHは、5.0以上であることが好ましく、5.5以上であることがより好ましく、6.0以上であることがさらに好ましい。また、粉塵飛散防止剤のpHは、9.0以下であることが好ましい。このように、粉塵飛散防止剤のpHは中性付近領域にあることが好ましい。粉塵飛散防止剤のpHを中性付近領域とすることで、例えば、粉塵飛散防止剤を土壌等の自然環境に噴霧した場合であっても、土壌のpHを変化させることがなく、生態系への悪影響を抑えることも可能となる。 In this embodiment, the pH of the dust dispersion inhibitor is preferably 5.0 or more, more preferably 5.5 or more, and even more preferably 6.0 or more. The pH of the dust dispersion inhibitor is preferably 9.0 or less. In this way, the pH of the dust dispersion inhibitor is preferably in the near-neutral range. By making the pH of the dust dispersion inhibitor in the near-neutral range, for example, even if the dust dispersion inhibitor is sprayed into a natural environment such as soil, the pH of the soil will not change, and adverse effects on the ecosystem can be suppressed.
本実施形態において、微細繊維状セルロースの固形分濃度は、粉塵飛散防止剤の全質量に対して、1.0質量%以下であることが好ましく、0.8質量%以下であることがより好ましく、0.6質量%以下であることがさらに好ましい。なお、微細繊維状セルロースの固形分濃度は、粉塵飛散防止剤の全質量に対して、0.01質量%以上であることが好ましい。このように、粉塵飛散防止剤における微細繊維状セルロースの固形分濃度は、低濃度であってもよい。このように有効成分が低濃度の場合であっても、本発明の粉塵飛散防止剤は優れた粉塵飛散防止効果を発揮することができる。 In this embodiment, the solids concentration of the fine fibrous cellulose is preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.8% by mass or less, and even more preferably 0.6% by mass or less, based on the total mass of the dust dispersion inhibitor. The solids concentration of the fine fibrous cellulose is preferably 0.01% by mass or more, based on the total mass of the dust dispersion inhibitor. In this way, the solids concentration of the fine fibrous cellulose in the dust dispersion inhibitor may be low. Even when the active ingredient is in such a low concentration, the dust dispersion inhibitor of the present invention can exhibit excellent dust dispersion prevention effects.
本実施形態において、粉塵飛散防止剤は水系粉塵飛散防止剤であることが好ましい。ここで水系粉塵飛散防止剤とは、溶媒として、水を主成分として含むものを言う。溶媒として水を主成分として含むことにより、例えば、粉塵飛散防止剤を土壌等の自然環境に噴霧した場合であっても、土壌の性状を変化させることがなく、生態系への悪影響を抑えることも可能となる。 In this embodiment, the dust dispersion inhibitor is preferably a water-based dust dispersion inhibitor. Here, a water-based dust dispersion inhibitor refers to an agent that contains water as a solvent as a main component. By containing water as a solvent as a main component, for example, even if the dust dispersion inhibitor is sprayed into a natural environment such as soil, it is possible to suppress adverse effects on the ecosystem without changing the properties of the soil.
(微細繊維状セルロース)
本発明の粉塵飛散防止剤は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロース(微細繊維状セルロース)を含有する。なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロース(微細繊維状セルロース)には、セルロースナノクリスタル(CNC)も含まれる。
(Fine fibrous cellulose)
The dust dispersion inhibitor of the present invention contains fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less (fine fibrous cellulose). In this specification, the fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less (fine fibrous cellulose) also includes cellulose nanocrystal (CNC).
繊維状セルロースの繊維幅は1000nm以下であればよく、100nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましく、8nm以下であることがさらに好ましい。また、粉塵飛散防止剤に含有される繊維状セルロースの数平均繊維幅は1000nm以下であることが好ましい。繊維状セルロースの数平均繊維幅は、たとえば2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。 The fiber width of the fibrous cellulose may be 1000 nm or less, preferably 100 nm or less, more preferably 20 nm or less, and even more preferably 8 nm or less. The number average fiber width of the fibrous cellulose contained in the dust dispersion inhibitor is preferably 1000 nm or less. The number average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and particularly preferably 2 nm or more and 10 nm or less. The fibrous cellulose is, for example, monofilament cellulose.
繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を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てTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。 The fiber width of fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose with a concentration of 0.05% by mass to 0.1% by mass is prepared, and this suspension is cast onto a hydrophilically treated carbon film-coated grid to prepare a sample for TEM observation. If the sample contains wide fibers, an SEM image of the surface cast onto glass may be observed. Next, observation is performed using an electron microscope image at a magnification of 1000x, 5000x, 10000x, or 50000x, depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions, and magnification are adjusted to satisfy the following conditions.
(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。
(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.
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの数平均繊維幅とする。 For observation images that satisfy the above conditions, the width of the fibers that intersect with lines X and Y is visually read. In this way, three or more sets of observation images of at least the surface portions that do not overlap each other are obtained. Next, for each image, the width of the fibers that intersect with lines X and Y is read. In this way, the width of at least 20 fibers x 2 x 3 = 120 fibers is read. The average of the read fiber widths is then determined as the number average fiber width of the fibrous cellulose.
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、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、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、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 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 fibrous cellulose can be suppressed. It is also possible to set the slurry viscosity of the fibrous cellulose to an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be determined, for example, by image analysis using a TEM, SEM, or AFM.
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、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。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。また、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することにより、天然のセルロースを原料とすることができ、より環境負荷の少ない粉塵飛散防止剤を得ることができる。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 fibrous cellulose has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has an I-type crystal structure can be identified in 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 by having typical peaks at two positions, around 2θ = 14° to 17° and around 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. This can be expected to provide even better performance in terms of heat resistance and low linear thermal expansion coefficient. In addition, since the fibrous cellulose has an I-type crystal structure, natural cellulose can be used as a raw material, and a dust scattering inhibitor with less environmental impact can be obtained. The degree of crystallinity is determined by measuring the X-ray diffraction profile and determining the pattern in a conventional manner (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
繊維状セルロースのアスペクト比は10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、30以上であることがさらに好ましく、40以上であることが一層好ましく、50以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースのアスペクト比は10000以下であることが好ましく、1000以下であることがより好ましい。なお、本明細書において、繊維状セルロースのアスペクト比は、繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)の値である。繊維状セルロースのアスペクト比を上記範囲内とすることにより、粉塵発生対象物の粒子間が強固に結着されやすくなり、粉塵飛散防止剤の粉塵飛散防止効果をより効果的に高めることができる。また、繊維状セルロースのアスペクト比を上記範囲内とすることにより、粉塵飛散防止剤のスプレー特性(噴霧特性)をより高めることができる。 The aspect ratio of the fibrous cellulose is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, even more preferably 30 or more, even more preferably 40 or more, and particularly preferably 50 or more. The aspect ratio of the fibrous cellulose is preferably 10,000 or less, more preferably 1,000 or less. In this specification, the aspect ratio of the fibrous cellulose is the value of the axial ratio (fiber length/fiber width) of the fibrous cellulose. By setting the aspect ratio of the fibrous cellulose within the above range, the particles of the dust-generating object are easily firmly bonded to each other, and the dust dispersion prevention effect of the dust dispersion prevention agent can be more effectively improved. In addition, by setting the aspect ratio of the fibrous cellulose within the above range, the spray characteristics (atomization characteristics) of the dust dispersion prevention agent can be further improved.
本実施形態における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、かつアスペクト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 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 aspect ratio within the above range is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described below.
本発明の繊維状セルロースは、イオン性置換基を有することが好ましい。イオン性置換基としては、たとえばアニオン性基およびカチオン性基のいずれか一方または双方を含むことができる。本実施形態においては、イオン性置換基としてアニオン性基を有することが特に好ましい。また、イオン性置換基は、エステル結合またはエーテル結合を介して繊維状セルロースに導入される基であることが好ましく、エステル結合を介して繊維状セルロースに導入される基であることがより好ましい。この場合、エステル結合は、繊維状セルロースとイオン性置換基となる化合物の脱水縮合で形成されることが好ましい。 The fibrous cellulose of the present invention preferably has an ionic substituent. The ionic substituent may include, for example, either one or both of an anionic group and a cationic group. In this embodiment, it is particularly preferable that the ionic substituent has an anionic group. In addition, the ionic substituent is preferably a group that is introduced into the fibrous cellulose via an ester bond or an ether bond, and more preferably a group that is introduced into the fibrous cellulose via an ester bond. In this case, the ester bond is preferably formed by dehydration condensation of the fibrous cellulose and a compound that becomes the ionic substituent.
イオン性置換基としてのアニオン性基としては、たとえばリンオキソ酸基また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)、カルボキシ基また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)、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する置換基、ザンテート基またはザンテート基に由来する置換基、ホスホン基またはホスホン基に由来する置換基、、ホスフィン基またはホスフィン基に由来する置換基、、スルホン基またはスルホン基に由来する置換基、カルボキシアルキル基等を挙げることができる。イオン性置換基としてのカチオン性基としては、たとえばアンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でも、イオン性置換基はリンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、カルボキシ基に由来する置換基、カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基、スルホン基、スルホン基に由来する置換基及びアンモニウム基からなる群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、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基、カルボキシ基に由来する置換基、カルボキシメチル基、硫黄オキソ酸基及び硫黄オキソ酸基に由来する置換基からなる群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、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、カルボキシ基及びカルボキシ基に由来する置換基からなる群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く、リンオキソ酸基及びリンオキソ酸基に由来する置換基から選択される少なくとも1種であることが特に好ましい。アニオン性基としてリンオキソ酸基を導入することにより、例えば、アルカリ性条件下や酸性条件下においても、繊維状セルロースの分散性をより高めることができ、結果として粉塵飛散防止剤の粉塵飛散防止効果をより効果的に高めることができる。 Examples of anionic groups as ionic substituents 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), carboxymethyl groups, carboxyethyl groups, sulfur oxoacid groups or substituents derived from sulfur oxoacid groups, xanthate groups or substituents derived from xanthate groups, phosphonic groups or substituents derived from phosphonic groups, phosphine groups or substituents derived from phosphine groups, sulfonic groups or substituents derived from sulfonic groups, and carboxyalkyl groups. Examples of cationic groups as ionic substituents include ammonium groups, phosphonium groups, and sulfonium groups. Among them, the ionic substituent is preferably at least one selected from the group consisting of phosphorus oxo acid groups, substituents derived from phosphorus oxo acid groups, carboxy groups, substituents derived from carboxy groups, carboxymethyl groups, carboxyethyl groups, sulfur oxo acid groups, substituents derived from sulfur oxo acid groups, sulfone groups, substituents derived from sulfone groups, and ammonium groups, more preferably at least one selected from the group consisting of phosphorus oxo acid groups, substituents derived from phosphorus oxo acid groups, carboxy groups, substituents derived from carboxy groups, carboxymethyl groups, sulfur oxo acid groups, and substituents derived from sulfur oxo acid groups, even more preferably at least one selected from the group consisting of phosphorus oxo acid groups, substituents derived from phosphorus oxo acid groups, carboxy groups, and substituents derived from carboxy groups, and particularly preferably at least one selected from phosphorus oxo acid groups and substituents derived from phosphorus oxo acid groups. By introducing phosphorus oxo acid groups as anionic groups, for example, even under alkaline conditions or acidic conditions, the dispersibility of fibrous cellulose can be further improved, and as a result, the dust scattering prevention effect of the dust scattering prevention agent can be more effectively improved.
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 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、繊維状セルロース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 oxo acid group can be set to an appropriate range, which facilitates penetration into the fiber raw material and increases the yield of fibrous cellulose. In addition, when there are multiple R in formula (1) or when multiple types of substituents represented by the above formula (1) are introduced into the 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ホスホ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、有機ホスホ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 phosphonium 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 phosphonium 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 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 are preferable because they are less likely to yellow when a fiber raw material containing β b+ is heated and are easy to use industrially, 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、硫黄オキソ酸基(硫黄オキソ酸基または硫黄オキソ酸基に由来する置換基)は、たとえば下記式(2)で表される置換基である。各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種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 sulfur oxoacid group (sulfur oxoacid group or a substituent derived from a sulfur oxoacid group) is, for example, a substituent represented by the following formula (2). A plurality of types of substituents represented by the following formula (2) may be introduced into each 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ホスホ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、有機ホスホ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、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 phosphonium ions. Examples of the organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of the organic phosphonium 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 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 less likely to yellow when the fiber raw material containing β b+ is heated and are easy to use industrially, but are not particularly limited.
繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、たとえば繊維状セルロース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く、2.50mmol/g以下であることが一層好ましく、2.00mmol/g以下であることがより一層好ましく、1.50mmol/g以下であることがさらに一層好ましく、1.00mmol/g以下であることが特に好ましい。ここで、単位mmol/gにおける分母は、イオン性置換基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量を示す。イオン性置換基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。その結果、粉塵飛散防止剤の粉塵飛散防止効果をより効果的に高めることができる。 The amount of ionic substituent introduced into fibrous cellulose is preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.40 mmol/g or more, and particularly preferably 0.60 mmol/g or more. The amount of ionic substituent introduced into fibrous cellulose is preferably 5.20 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 3.65 mmol/g or less, even more preferably 3.00 mmol/g or less, even more preferably 2.50 mmol/g or less, even more preferably 2.00 mmol/g or less, even more preferably 1.50 mmol/g or less, and particularly preferably 1.00 mmol/g or less. Here, the denominator in the unit mmol/g indicates the mass of fibrous cellulose when the counter ion of the ionic substituent is a hydrogen ion (H + ). By setting the amount of ionic substituent introduced within the above range, it is possible to easily refine the fiber raw material and increase the stability of the fibrous cellulose. As a result, the dust scattering prevention effect of the dust scattering prevention agent can be more effectively improved.
繊維状セルロースに対するイオン性置換基の導入量は、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 ionic substituents introduced into 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 fibrous cellulose, and the amount introduced is measured by determining the change in pH.
図1は、リンオキソ酸基を有する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。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、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1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1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1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(また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1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。
1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a slurry containing fibrous cellulose having phosphorus oxo acid groups and pH. The amount of phosphorus oxo acid groups introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a slurry containing 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 1 is obtained. In the titration curve shown in the upper part of Figure 1, the measured pH is plotted against the amount of added alkali, and in the titration curve shown in the lower part of Figure 1, 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 amount of the first dissociated acid of the 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 amount of the second dissociated acid of the 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 amount of dissociated acid of the 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 amount of the first dissociated acid.
In FIG. 1, 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、分母が酸型の繊維状セルロースの質量を示すことから、酸型の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]: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 fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (acid type)), since the denominator indicates the mass of the acid-type fibrous cellulose. On the other hand, when the counter ion of the phosphorus oxoacid group is replaced with an arbitrary cation C so as to be the charge equivalent, the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the 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 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 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)
図2は、イオン性置換基としてカルボキシ基を有する繊維状セルロースを含有する分散液に対するNaOH滴下量とpHの関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、たとえば次のように測定される。
まず、繊維状セルロースを含有する分散液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)が極大となる点が一つ確認され、この極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中のカルボキシ基量と等しくなる。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の繊維状セルロースを含有する分散液中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出する。
2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH dropped onto a dispersion containing fibrous cellulose having a carboxy group as an ionic substituent and the pH. The amount of carboxy group introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a dispersion liquid containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below may be performed on the measurement target 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 FIG. 2 is obtained. In the titration curve shown in the upper part of FIG. 2, the measured pH is plotted against the amount of added alkali, and in the titration curve shown in the lower part of FIG. 2, the increment (differential value) (1/mmol) of pH against the amount of added alkali is plotted. In this neutralization titration, in the curve plotting the measured pH against the amount of added alkali, one point where the increment (differential value of pH against the amount of added alkali) is maximum is confirmed, and this maximum point is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in FIG. 2 is called the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxyl groups in the dispersion used for titration. Then, the amount of alkali required in the first region of the titration curve (mmol) is divided by the solid content (g) in the dispersion containing the fibrous cellulose to be titrated to calculate the amount of carboxyl groups introduced (mmol/g).
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、分母が酸型の繊維状セルロースの質量であることから、酸型の繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ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が対イオンである繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(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。
カルボキシ基量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/{1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1000}
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 carboxyl groups introduced (mmol/g) indicates the amount of carboxyl groups in the acid-type fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type)) since the denominator is the mass of the acid-type fibrous cellulose. On the other hand, when the counter ion of the carboxyl group is replaced with any cation C so as to be the charge equivalent, the amount of carboxyl groups in the fibrous cellulose in which the cation C is the counter ion (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (C type)) can be obtained by converting the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion. That is, it is calculated by the following formula.
Carboxy group amount (C type)=Carboxy group amount (acid type)/{1+(W-1)×(Carboxy group amount (acid type))/1000}
W: Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)
滴定法によるイオン性置換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、本来より低いイオン性置換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、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 ionic substituents by titration, if too much sodium hydroxide solution is added or if the titration interval is too short, the amount of ionic substituents 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 effects of carbon dioxide dissolved in the 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、繊維状セルロースに対する硫黄オキソ酸基又はスルホン基の導入量は、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、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繊維状セルロースの硫黄オキソ酸基量又はスルホン基量(単位:mmol/g)とする。 The amount of sulfur oxoacid groups or sulfone groups introduced into fibrous cellulose can be calculated by freeze-drying a slurry containing fibrous cellulose, pulverizing the slurry, and measuring the amount of sulfur in the resulting pulverized sample. Specifically, a slurry containing 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 value by the bone dry mass of the fibrous cellulose used is taken as the amount of sulfur oxoacid groups or sulfone groups (unit: mmol/g) of the fibrous cellulose.
上述のようなイオン性置換基を導入した微細繊維状セルロースを得るためには、セルロースを含む繊維原料にイオン性置換基を導入するイオン性置換基導入工程、洗浄工程、アルカリ処理工程(中和工程)、解繊処理工程をこの順で有することが好ましく、洗浄工程の代わりに、または洗浄工程に加えて、酸処理工程を有していてもよい。イオン性置換基導入工程としては、リンオキソ酸基導入工程、カルボキシ基導入工程、硫黄オキソ酸基導入工程、ザンテート基導入工程、ホスホン基またはホスフィン基導入工程、スルホン基導入工程、カチオン基導入工程が例示される。以下、それぞれについて説明する。 In order to obtain fine fibrous cellulose having an ionic substituent introduced therein as described above, it is preferable to have an ionic substituent introduction step for introducing an ionic substituent into a fiber raw material containing cellulose, a washing step, an alkali treatment step (neutralization step), and a defibration treatment step in this order, and an acid treatment step may be included instead of or in addition to the washing step. Examples of ionic substituent introduction steps include a phosphorus oxoacid group introduction step, a carboxyl group introduction step, a sulfur oxoacid group introduction step, a xanthate group introduction step, a phosphonic or phosphine group introduction step, a sulfonic group introduction step, and a cationic group introduction step. Each of these steps will be described below.
(微細繊維状セルロースの製造方法)
<繊維原料>
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、およ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)およ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)およ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)およ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およびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよ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およ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。
(Method for producing fine fibrous cellulose)
<Fiber raw materials>
The fine fibrous cellulose 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. Examples of non-wood pulps include, but are not limited to, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lint, and non-wood pulps such as hemp, straw, and bagasse. Examples of deinked pulps include, but are not limited to, deinked pulp made from waste paper. The pulps of this embodiment may be used alone or in combination of two or more. Among the above pulps, wood pulp and deinked pulp are preferred from the viewpoint of availability. Among wood pulps, chemical pulps are 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 large axial ratio of long-fiber fine fibrous cellulose.
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>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、リンオキソ酸基導入工程を含むことが好ましい。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 Oxoacid Group Introduction Step>
The process for producing fine fibrous cellulose preferably includes, for example, a phosphorus oxo acid group introduction step as an ionic substituent 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 with the fiber raw material containing cellulose. This step results in the production of a fiber into which a phosphorus oxo acid group has 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)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。 In the phosphorus oxoacid group introduction process according to this embodiment, the reaction of the cellulose-containing fiber raw material with compound A may be carried out in the presence of at least one selected from urea and its derivatives (hereinafter also referred to as "compound B"). On the other hand, the reaction of the cellulose-containing fiber raw material with compound A may be carried out in the absence of 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、湿潤状態また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、乾燥状態また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および化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状また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 can be 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、亜リン酸また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または亜リン酸、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、または亜リン酸、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 to 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、および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, compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and its derivatives. Examples of 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 compound B as an aqueous solution. Furthermore, 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, for example, 1% by mass or more and 500% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less, and even more preferably 100% by mass or more and 350% by mass or less.
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、たとえばアミド類また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等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、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 or the like 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, various devices having heat media can be used for the heat treatment, such as a stirring dryer, a rotary dryer, a disk dryer, a roll-type heater, a plate-type heater, a fluidized bed dryer, an airflow dryer, a reduced pressure dryer, an infrared heater, a far-infrared heater, or a microwave heater.
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 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 is attracted to the water molecules by surface tension and is prevented from 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。 In addition, the heating device used for the heat treatment is preferably a device that can constantly discharge, to the outside of the system, for example, the moisture held by the slurry and the 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 air system. By constantly discharging the moisture within the system, it is possible to suppress the hydrolysis reaction of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphate esterification, and also to suppress acid hydrolysis of the sugar chains in the fibers. 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 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回行えばよいが、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。本実施形態においては、好ましい態様の一例として、リンオキソ酸基導入工程を2回行う場合が挙げられる。 The phosphorus oxo acid group introduction step may be carried out at least once, but may also be repeated two or more times. By carrying out the phosphorus oxo acid group introduction step two or more times, many phosphorus oxo acid groups can be introduced into the fiber raw material. In this embodiment, one preferred embodiment is where the phosphorus oxo acid group introduction step is carried out two times.
繊維原料に対する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0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維原料に対する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。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、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。 The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.50 mmol/g or more, and particularly preferably 1.00 mmol/g or more. The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the fiber raw material is, for example, 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. By setting the amount of phosphorus oxoacid groups introduced within the above range, it is possible to easily finely disperse the fiber raw material and to increase the stability of the fine fibrous cellulose.
<カルボキシ基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、カルボキシ基導入工程を含んでもよい。カルボキシ基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
<Carboxy Group Introduction Step>
The process for producing fine fibrous cellulose may include, for example, a carboxyl group introduction step as an ionic substituent introduction step. The carboxyl group introduction step is carried out by subjecting a fiber raw material containing cellulose to an oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, or TEMPO oxidation treatment, or treating the raw material with a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof, or an acid anhydride of a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof.
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、特に限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、とくに限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。 Examples of compounds having a group derived from a carboxylic acid include, but are not limited to, dicarboxylic acid compounds such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid, and tricarboxylic acid compounds such as citric acid and aconitic acid. Examples of derivatives of compounds having a group derived from a carboxylic acid include, but are not limited to, imidized products of acid anhydrides of compounds having a carboxy group, and derivatives of acid anhydrides of compounds having a carboxy group. Examples of imidized products of acid anhydrides of compounds having a carboxy group include, but are not limited to, imidized products of dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalimide.
カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、特に限定されないが、たとえば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。 The acid anhydrides of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, and itaconic anhydride. In addition, the derivatives of acid anhydrides of compounds having a group derived from carboxylic acid include, but are not limited to, acid anhydrides of compounds having carboxy groups such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, and diphenylmaleic anhydride in which at least some of the hydrogen atoms are substituted with a substituent such as an alkyl group or a phenyl group.
カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、たとえばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、たとえばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、繊維原料としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、たとえば繊維原料としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。 When TEMPO oxidation treatment is performed in the carboxyl group introduction step, it is preferable to perform the treatment under conditions of pH 6 or more and 8 or less. Such a treatment is also called neutral TEMPO oxidation treatment. Neutral TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding pulp as a fiber raw material, nitroxy radicals such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) as a catalyst, and sodium hypochlorite as a sacrificial reagent to sodium phosphate buffer (pH = 6.8). Furthermore, by allowing sodium chlorite to coexist, aldehydes generated during the oxidation process can be efficiently oxidized to carboxyl groups. TEMPO oxidation treatment may also be performed under conditions of pH 10 or more and 11 or less. Such a treatment is also called alkaline TEMPO oxidation treatment. Alkaline TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding nitroxy radicals such as TEMPO as a catalyst, sodium bromide as a cocatalyst, and sodium hypochlorite as an oxidizing agent to pulp as a fiber raw material.
繊維原料に対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、繊維原料1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.40mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.60mmol/g以上であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、3.65mmol/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く、2.50mmol/g以下であることがさらに好ましく、2.00mmol/g以下であることが一層より好ましく、1.50mmol/g以下であることがより一層さらに好ましく、1.00mmol/g以下であることが特に好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシ基の導入量は、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。 The amount of carboxyl groups introduced into the fiber raw material varies depending on the type of substituent. For example, when carboxyl groups are introduced by TEMPO oxidation, the amount is preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.20 mmol/g or more, even more preferably 0.40 mmol/g or more, and particularly preferably 0.60 mmol/g or more. The amount of carboxyl groups introduced into the fibrous cellulose is preferably 3.65 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less, even more preferably 2.50 mmol/g or less, even more preferably 2.00 mmol/g or less, even more preferably 1.50 mmol/g or less, and particularly preferably 1.00 mmol/g or less. In addition, when the substituent is a carboxymethyl group, the amount of carboxyl groups introduced may be 5.8 mmol/g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. By setting the amount of carboxyl groups introduced within the above range, it is possible to easily fine the fiber raw material and increase the stability of the fibrous cellulose.
<硫黄オキソ酸基導入工程>
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、硫黄オキソ酸基導入工程を含んでもよい。硫黄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硫黄オキソ酸が反応することで、硫黄オキソ酸基を有するセルロース繊維(硫黄オキソ酸基導入繊維)を得ることができる。
<Sulfur oxoacid group introduction step>
The process for producing fine fibrous cellulose may include, for example, a sulfur oxoacid group introduction step as an ionic substituent introduction step, in which a hydroxyl group in a fiber raw material containing cellulose reacts with a sulfur oxoacid to obtain a cellulose fiber having a sulfur oxoacid group (sulfur oxoacid group-introduced fiber).
硫黄オキソ酸基導入工程では、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、硫黄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。硫黄オキソ酸基導入工程では、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 sulfur oxo acid 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 sulfur oxo acid groups by reacting with hydroxyl groups of 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 the compound include sulfuric acid or its salts, sulfurous acid or its salts, and sulfuric acid amides, but are not limited thereto. As sulfuric acid, sulfuric acid of various purities can be used, 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 sulfur oxo acid group introduction step, it is preferable to use compound B in the above-mentioned <phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner.
硫黄オキソ酸基導入工程においては、セルロース原料に硫黄オキソ酸、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、硫黄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、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 sulfur oxoacid group introduction process, it is preferable to mix the cellulose raw material with an aqueous solution containing sulfur oxoacid 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 sulfur oxoacid 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. 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、硫黄オキソ酸、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 the aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or 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 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.
セルロース原料に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、0.50mmol/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、1.00mmol/g以上であることがさらに好ましい。また、セルロース原料に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、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。硫黄オキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。 The amount of sulfur oxoacid groups introduced into the cellulose raw material is preferably 0.50 mmol/g or more, more preferably 0.70 mmol/g or more, and even more preferably 1.00 mmol/g or more. The amount of sulfur oxoacid groups introduced into the cellulose raw material is preferably 5.00 mmol/g or less, and more preferably 3.00 mmol/g or less. By setting the amount of sulfur oxoacid groups introduced within the above range, it is possible to easily refine the fiber raw material and increase the stability of the fibrous cellulose.
<塩素系酸化剤による酸化工程(第二のカルボキシ基導入工程)>
イオン性置換基導入工程としては、塩素系酸化剤による酸化工程を含んでもよい。塩素系酸化剤による酸化工程では、塩素系酸化剤を湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
<Oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent (second carboxyl group introduction step)>
The ionic substituent introduction step may include an oxidation step using a chlorine-based oxidizing agent, in which the chlorine-based oxidizing agent is added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to cause a reaction, thereby introducing a carboxyl group into the fiber raw material.
塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、亜塩素酸、亜塩素酸塩、塩素酸、塩素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、二酸化塩素などが挙げられる。置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から、塩素系酸化剤は、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素であることが好ましい。塩素系酸化剤を添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。 Chlorine-based oxidizing agents include hypochlorous acid, hypochlorites, chlorous acid, chlorites, chloric acid, chlorates, perchloric acid, perchlorates, and chlorine dioxide. From the standpoint of efficiency of introducing substituents, and therefore defibration efficiency, cost, and ease of handling, the chlorine-based oxidizing agent is preferably sodium hypochlorite, sodium chlorite, or chlorine dioxide. When adding a chlorine-based oxidizing agent, it may be added directly to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid), or it may be dissolved in an appropriate solvent and added.
塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤の溶液中濃度は、たとえば有効塩素濃度に換算して、1質量%以上1,000質量%以下であることが好ましく、5質量%以上500質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上100質量%以下であることがさらに好ましい。塩素系酸化剤の繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、10質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、100質量部以上5,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The concentration of the chlorine-based oxidizing agent in the solution in the oxidation process using the chlorine-based oxidizing agent is, for example, preferably 1% by mass or more and 1,000% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 500% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or more and 100% by mass or less, converted into an effective chlorine concentration. The amount of the chlorine-based oxidizing agent added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 100 parts by mass or more and 5,000 parts by mass or less.
塩素系酸化剤による酸化工程における塩素系酸化剤との反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。反応時のpHは、5以上15以下であることが好ましく、7以上14以下であることがより好ましく、9以上13以下であることがさらに好ましい。また、反応開始時、反応中のpHは塩酸や水酸化ナトリウムを適宜添加しながら一定(たとえば、pH11)を保つことが好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time with the chlorine-based oxidizing agent in the oxidation step using the chlorine-based oxidizing agent may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 20 minutes to 400 minutes. The pH during the reaction is preferably from 5 to 15, more preferably from 7 to 14, and even more preferably from 9 to 13. At the start of the reaction, it is preferable to maintain the pH during the reaction constant (for example, pH 11) by appropriately adding hydrochloric acid or sodium hydroxide. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed and removed by filtration or the like.
<ザンテート基導入工程(キサントゲン酸エステル化工程)>
イオン性置換基導入工程としては、たとえばザンテート基導入工程(以下、ザンテート化工程ともいう。)を含んでもよい。ザンテート化工程では、二硫化炭素とアルカリ化合物を、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にザンテート基が導入される。具体的には、二硫化炭素を後述の手法でアルカリセルロース化した繊維原料に対して加え、反応を行う。
<Xanthate group introduction step (xanthogen acid esterification step)>
The ionic substituent introduction step may include, for example, a xanthate group introduction step (hereinafter also referred to as a xanthate formation step). In the xanthate formation step, carbon disulfide and an alkali compound are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to react with each other, thereby introducing a xanthate group into the fiber raw material. Specifically, carbon disulfide is added to a fiber raw material that has been converted into alkali cellulose by the method described below, and the reaction is carried out.
<<アルカリセルロース化>>
繊維原料へのイオン性置換基導入に際しては、繊維原料が含むセルロースにアルカリ溶液を作用させ、セルロースをアルカリセルロース化することが好ましい。この処理により、セルロースの水酸基の一部がイオン解離し、求核性(反応性)を高めることができる。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。汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチ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を用いることが好ましい。アルカリセルロース化は、イオン性置換基の導入と同時に行ってもよいし、その前段として行ってもよいし、両方のタイミングで行ってもよい。
<<Alkaline cellulose>>
When introducing an ionic substituent into a fiber raw material, it is preferable to make the cellulose contained in the fiber raw material into an alkali cellulose by applying an alkali solution to the cellulose. This treatment causes a part of the hydroxyl groups of the cellulose to be ionized, and the nucleophilicity (reactivity) can be increased. The alkali compound contained in the alkali solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. Because of their high versatility, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, or tetrabutylammonium hydroxide. The alkali cellulose may be made into an alkali cellulose simultaneously with the introduction of an ionic substituent, may be made before the introduction, or may be made at both timings.
アルカリセルロース化を始める際の溶液温度は、0℃以上50℃以下であることが好ましく、5℃以上40℃以下であることがより好ましく、10℃以上30℃以下であることがさらに好ましい。 The solution temperature at the start of alkali cellulose conversion is preferably 0°C or higher and 50°C or lower, more preferably 5°C or higher and 40°C or lower, and even more preferably 10°C or higher and 30°C or lower.
アルカリ溶液中のアルカリ濃度としては、モル濃度として0.01mol/L以上4mol/L以下であることが好ましく、0.1mol/L以上3mol/L以下であることがより好ましく、1mol/L以上2.5mol/L以下であることがさらに好ましい。特に、アルカリセルロース化における処理温度が10℃未満である場合は、アルカリ濃度は1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましい。 The alkali concentration in the alkaline solution is preferably 0.01 mol/L or more and 4 mol/L or less, more preferably 0.1 mol/L or more and 3 mol/L or less, and even more preferably 1 mol/L or more and 2.5 mol/L or less. In particular, when the treatment temperature in alkali cellulose formation is less than 10°C, the alkali concentration is preferably 1 mol/L or more and 2 mol/L or less.
アルカリセルロース化の処理時間は、1分間以上であることが好ましく、10分間以上であることがより好ましく、30分間以上であることがさらに好ましい。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く、4時間以下であることがさらに好ましい。 The processing time for alkali cellulose formation is preferably 1 minute or more, more preferably 10 minutes or more, and even more preferably 30 minutes or more. The alkali treatment time is preferably 6 hours or less, more preferably 5 hours or less, and even more preferably 4 hours or less.
アルカリ溶液の種類、処理温度、濃度、浸漬時間を上述のように調整することで、セルロースの結晶領域へのアルカリ溶液浸透を抑制でき、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高めることができる。 By adjusting the type of alkaline solution, treatment temperature, concentration, and immersion time as described above, it is possible to suppress the penetration of the alkaline solution into the crystalline regions of the cellulose, making it easier to maintain the crystalline structure of cellulose type I, and increasing the yield of fine fibrous cellulose.
イオン性置換基導入とアルカリセルロース化を同時に行わない場合、アルカリセルロース化はイオン性置換基導入の前段で行われるのが好ましい。この場合、アルカリセルロース化処理で得られたアルカリセルロースは、遠心分離や、濾別などの一般的な脱液方法により、固液分離し、水分を除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるイオン性置換基導入工程での、反応効率が向上する。固液分離後のセルロース繊維濃度は、5%以上50%以下であることが好ましく、10%以上40%以下であることがより好ましく、15%以上35%以下であることがさらに好ましい。 When the introduction of ionic substituents and the conversion to alkali cellulose are not performed simultaneously, the conversion to alkali cellulose is preferably performed before the introduction of ionic substituents. In this case, the alkali cellulose obtained by the conversion to alkali cellulose is preferably subjected to solid-liquid separation and water removal by a general deliquation method such as centrifugation or filtration. This improves the reaction efficiency in the subsequent ionic substituent introduction step. The cellulose fiber concentration after solid-liquid separation is preferably 5% or more and 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less, and even more preferably 15% or more and 35% or less.
<ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)>
イオン性置換基導入工程としては、ホスホン基またはホスフィン基導入工程(ホスホアルキル化工程)を含んでもよい。ホスホアルキル化工程では、必須成分として、反応性基とホスホ基またはホスフィン基とを有する化合物(化合物EA)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にホスホン基またはホスフィン基が導入される。
<Phosphonic or Phosphine Group Introduction Step (Phosphoalkylation Step)>
The ionic substituent introduction step may include a phosphonic or phosphine group introduction step (phosphoalkylation step). In the phosphoalkylation step, a compound having a reactive group and a phosphonic or phosphine group (compound E A ) as an essential component, and an alkali compound and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives as optional components are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to carry out a reaction, thereby introducing a phosphonic or phosphine group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物EAとしては、たとえばビニルホスホン酸、フェニルビニルホスホン酸、フェニルビニルホスフィン酸等が挙げられる。置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EAはビニルホスホン酸であることが好ましい。
さらに任意成分として、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も好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of the compound EA include vinylphosphonic acid, phenylvinylphosphonic acid, phenylvinylphosphinic acid, etc. From the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling, it is preferable that the compound EA is vinylphosphonic acid.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.
化合物EAを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E A is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、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。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物EAの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E A added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、20分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 20 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration, etc.
<スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)(第二のスルホン基導入工程)>
イオン性置換基導入工程としては、スルホン基導入工程(スルホアルキル化工程)を含んでもよい。スルホアルキル化では、必須成分として、反応性基とスルホン基とを有する化合物(化合物EB)と、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にスルホン基が導入される。
<Sulfone Group Introduction Step (Sulfoalkylation Step) (Second Sulfone Group Introduction Step)>
The ionic substituent introduction step may include a sulfone group introduction step (sulfoalkylation step). In the sulfoalkylation, a compound (compound E B ) having a reactive group and a sulfone group as an essential component, and an optional component, an alkali compound, and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives, are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to carry out a reaction, thereby introducing a sulfone group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物EBとしては、2-クロロエタンスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、p-スチレンスルホン酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。中でも、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点から化合物EBはビニルスルホン酸ナトリウムであることが好ましい。
さらに任意成分として、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も好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of the compound E B include sodium 2-chloroethanesulfonate, sodium vinylsulfonate, sodium p-styrenesulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, etc. Among these, from the viewpoints of the efficiency of introducing a substituent, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling, it is preferable that the compound E B is sodium vinylsulfonate.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.
化合物EBを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E B is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、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。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物EBの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E B added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、10分間以上500分間以下であることがより好ましく、15分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 10 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 15 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration, etc.
<カルボキシアルキル化工程(第三のカルボキシ基導入工程)>
イオン性置換基導入工程としては、カルボキシアルキル化工程を含んでもよい。必須成分として、反応性基とカルボキシ基とを有する化合物(化合物EC)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカルボキシ基が導入される。
<Carboxyalkylation step (third carboxy group introduction step)>
The ionic substituent introduction step may include a carboxyalkylation step. A compound having a reactive group and a carboxy group (compound E C ) as an essential component, an alkali compound as an optional component, and a compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group to carry out a reaction, thereby introducing a carboxy group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
化合物ECとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点からモノクロロ酢酸、モノクロロ酢酸ナトリウム、2-クロロプロピオン酸、3-クロロプロピオン酸、2-クロロプロピオン酸ナトリウム、3-クロロプロピオン酸ナトリウムが好ましい。
さらに任意成分として、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も好ましく、添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
As the compound E C , monochloroacetic acid, sodium monochloroacetate, 2-chloropropionic acid, 3-chloropropionic acid, sodium 2-chloropropionate, and sodium 3-chloropropionate are preferred from the standpoints of efficiency of introducing substituents, and therefore defibration efficiency, cost, and ease of handling.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner, and the amount added is also preferably as described above.
化合物ECを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E C is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、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。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物ECの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E C added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、3分間以上500分間以下であることがより好ましく、5分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 3 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 5 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration, etc.
<カチオン性基導入工程(カチオン化工程)>
必須成分として、反応性基とカチオン性基とを有する化合物(化合物ED)、任意成分としてアルカリ化合物、前述した尿素およびその誘導体から選択される化合物Bを、湿潤あるいは乾燥状態の、水酸基を有する繊維原料に加えて反応を行うことで、繊維原料にカチオン基が導入される。
<Cationic group introduction step (cationization step)>
A compound having a reactive group and a cationic group (compound E D ) as an essential component, and an alkaline compound and compound B selected from the above-mentioned urea and its derivatives as optional components are added to a wet or dry fiber raw material having a hydroxyl group and reacted to introduce a cationic group into the fiber raw material.
反応性基としては、ハロゲン化アルキル基、ビニル基、エポキシ基(グリシジル基)などが挙げられる。
カチオン性基としては、アンモニウム基、ホスホニウム基、スルホニウム基等を挙げることができる。中でもカチオン性基はアンモニウム基であることが好ましい。
化合物EDとしては、置換基の導入効率、ひいては解繊効率、コスト、取り扱いやすさの点からグリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等が好ましい。
さらに任意成分として、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も好ましい。添加量も前述のようにすることが好ましい。
Examples of the reactive group include a halogenated alkyl group, a vinyl group, and an epoxy group (glycidyl group).
Examples of the cationic group include an ammonium group, a phosphonium group, a sulfonium group, etc. Among these, the cationic group is preferably an ammonium group.
As the compound E D , glycidyl trimethyl ammonium chloride, 3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride, etc. are preferred from the viewpoints of the efficiency of introducing the substituent, and therefore the defibration efficiency, cost, and ease of handling.
Furthermore, as an optional component, it is also preferable to use the compound B in the above-mentioned <Phosphorus oxo acid group introduction step> in the same manner. The amount of addition is also preferably as described above.
化合物EDを添加する際には、試薬(固形状もしくは液状)としてそのまま繊維原料に加えてもよいし、適当な溶媒に溶かして加えてもよい。繊維原料は事前にアルカリセルロース化するか、反応と同時にアルカリセルロース化されることが好ましい。アルカリセルロース化の方法は、前述のとおりである。 When compound E D is added, it may be added to the fiber raw material as a reagent (solid or liquid) as it is, or may be dissolved in a suitable solvent and added. It is preferable that the fiber raw material is converted into alkali cellulose in advance or simultaneously with the reaction. The method of conversion into alkali cellulose is as described above.
反応時の温度は、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。 The reaction temperature is preferably, for example, 50°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 250°C or lower, and even more preferably 130°C or higher and 200°C or lower.
化合物EDの繊維原料100質量部に対する添加量は、1質量部以上100,000質量部以下であることが好ましく、2質量部以上10,000質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上1,000質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound E D added per 100 parts by mass of the fiber raw material is preferably 1 part by mass or more and 100,000 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or more and 10,000 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or more and 1,000 parts by mass or less.
反応時間は、反応温度に応じて変わり得るが、たとえば1分間以上1,000分間以下であることが好ましく、5分間以上500分間以下であることがより好ましく、10分間以上400分間以下であることがさらに好ましい。また、反応後は濾過等により、余剰の反応試薬、副生物等を水洗・除去してもよい。 The reaction time may vary depending on the reaction temperature, but is preferably from 1 minute to 1,000 minutes, more preferably from 5 minutes to 500 minutes, and even more preferably from 10 minutes to 400 minutes. After the reaction, excess reaction reagents, by-products, etc. may be washed away with water and removed by filtration, etc.
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてイオン性置換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イオン性置換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 method for producing fine fibrous cellulose in this embodiment, a washing step can be carried out on the ionic substituent-introduced fiber as necessary. The washing step is carried out, for example, by washing the ionic substituent-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>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基導入工程と、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、イオン性置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkaline treatment step>
When producing fine fibrous cellulose, an alkali treatment may be performed on the fiber raw material between the step of introducing an ionic substituent and the step of defibrating the fiber, which will be described later. The method of the alkali treatment is not particularly limited, but may be, for example, a method of immersing the fiber having an ionic substituent introduced therein 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また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、水また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、また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、また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. In particular, 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イオン性置換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、たとえばイオン性置換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 ionic substituent-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 ionic substituent-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、イオン性置換基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、イオン性置換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イオン性置換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 ionic substituent-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the ionic substituent-introducing step and before the alkaline treatment step. From the viewpoint of improving handleability, it is preferable to wash the alkaline-treated ionic substituent-introduced fiber with water or an organic solvent after the alkaline treatment step and before the defibration treatment step.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換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、イオン性置換基導入工程、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>
When producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be subjected to an acid treatment between the step of introducing an ionic substituent and the defibration treatment step described later. For example, the step of introducing an ionic substituent, the acid treatment, the alkali treatment, and the 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、塩酸また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.
<解繊処理>
イオン性置換基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、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、また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 ionic substituent-introduced fibers are defibrated in a defibration process to obtain fine fibrous cellulose. In the defibration process, for example, a defibration treatment device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, and for example, a high-speed defibrator, a grinder (stone mill type grinder), a high-pressure homogenizer, 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.
解繊処理工程においては、たとえばイオン性置換基導入繊維を、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、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または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, it is preferable to dilute the ionic substituent-introduced fiber with a dispersion medium to make it into a slurry state. As the dispersion medium, one or more 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 preferable. 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、イオン性置換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イオン性置換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 ionic substituent-introduced fibers in a dispersion medium may contain solids other than the ionic substituent-introduced fibers, such as urea with hydrogen bonding properties.
(溶媒)
本発明の粉塵飛散防止剤は、溶媒を含有する。溶媒としては、水系溶媒の他に、有機溶媒を用いることができる。また、水系溶媒と有機溶媒の混合溶媒を用いてもよい。
(solvent)
The dust-suppressing agent of the present invention contains a solvent. As the solvent, an organic solvent can be used in addition to an aqueous solvent. A mixed solvent of an aqueous solvent and an organic solvent can also be used.
中でも、溶媒は水を主成分とする溶媒であることが好ましい。すなわち、溶媒は水系溶媒であることが好ましい。本明細書において、水を主成分とする溶媒とは、溶媒の全質量に対して、水を50質量%以上含む溶媒である。水の含有量は溶媒の全質量に対して、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。溶媒として、水を主成分とする溶媒を用いることにより、環境負荷を低減することができる。また、水を主成分とする溶媒を用いることにより、粉塵飛散防止剤の噴霧を行う作業者の安全面にもより配慮することができる。 Among them, it is preferable that the solvent is a solvent mainly composed of water. That is, it is preferable that the solvent is an aqueous solvent. In this specification, a solvent mainly composed of water is a solvent containing 50% by mass or more of water relative to the total mass of the solvent. The water content is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more, relative to the total mass of the solvent. By using a solvent mainly composed of water as the solvent, it is possible to reduce the environmental load. In addition, by using a solvent mainly composed of water, it is possible to take into consideration the safety of the worker who sprays the dust dispersion prevention agent.
溶媒として有機溶媒を用いる場合、有機溶媒として、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール等の低級脂肪族アルコール類;エチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコール誘導体;ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のジエチレングリコール誘導体;ジアセトンアルコール等を挙げることができる。また、有機溶媒として、例えば、2-ピロリドン、3-ピロリドン、N-アルキル-2-ピロリドン(例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-プロピル-2-ピロリドン)、5-アルキル-2-ピロリドン(例えば、5-メチル-2-ピロリドン、5-エチル-2-ピロリドン、5-プロピル-2-ピロリドン)、N-ビニル-2-ピロリドン、N-アルキル-3-ピロリドン(例えば、N-メチル-3-ピロリドン、N-エチル-3-ピロリドン、N-プロピル-3-ピロリドン)などのピロリドン系化合物、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等の含窒素系溶媒;メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、1-プロパノール、2-プロパノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、サリチルアルコール、シンナミルアルコール、ベラリルアルコール、シナビルアルコール、ジフェニルメタノール、バニリルアルコール、ベンジルアルコール、2-メチルベンジルアルコール、3-メチルベンジルアルコール、3-ニトリルベンジルアルコール、4-メチルベンジルアルコール、α-メチルベンジルアルコール、アリルアルコール、プロパギルアルコール、フェネチルアルコール、ヒドロキシベンジルアルコール、ヒドロキシフェネチルアルコール等のアルコール系溶媒;クロロホルム、四塩化炭素、塩化メチレン、トリクロロエチレンあるいはテトラクロロエチレン等の塩素系溶媒等を挙げることができる。 When an organic solvent is used as the solvent, examples of the organic solvent include lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutanol; ethylene glycol derivatives such as ethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, and ethylene glycol monoethyl ether acetate; diethylene glycol derivatives such as diethylene glycol and diethylene glycol monobutyl ether; diacetone alcohol, etc. Examples of organic solvents include pyrrolidone compounds such as 2-pyrrolidone, 3-pyrrolidone, N-alkyl-2-pyrrolidone (e.g., N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-propyl-2-pyrrolidone), 5-alkyl-2-pyrrolidone (e.g., 5-methyl-2-pyrrolidone, 5-ethyl-2-pyrrolidone, 5-propyl-2-pyrrolidone), N-vinyl-2-pyrrolidone, and N-alkyl-3-pyrrolidone (e.g., N-methyl-3-pyrrolidone, N-ethyl-3-pyrrolidone, N-propyl-3-pyrrolidone); nitrogen-containing solvents such as formamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N,N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, and N,N-dimethylacetamide; methyl alcohol, ethyl Examples of such solvents include alcohol-based solvents such as ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, 1-propanol, 2-propanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, salicyl alcohol, cinnamyl alcohol, veraryl alcohol, cinnamyl alcohol, diphenylmethanol, vanillyl alcohol, benzyl alcohol, 2-methylbenzyl alcohol, 3-methylbenzyl alcohol, 3-nitrilebenzyl alcohol, 4-methylbenzyl alcohol, α-methylbenzyl alcohol, allyl alcohol, propargyl alcohol, phenethyl alcohol, hydroxybenzyl alcohol, and hydroxyphenethyl alcohol; and chlorine-based solvents such as chloroform, carbon tetrachloride, methylene chloride, trichloroethylene, and tetrachloroethylene.
溶媒の含有量は、粉塵飛散防止剤の全質量に対して、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましい。また、溶媒の含有量は、粉塵飛散防止剤の全質量に対して、99.99質量%以下であることが好ましく、99.95質量%以下であることがより好ましく、99.90質量%以下であることがさらに好ましい。溶媒の含有量を上記範囲内とすることにより、より粉塵飛散防止効果に優れた粉塵飛散防止剤が得られやすくなる。 The content of the solvent is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and even more preferably 70% by mass or more, based on the total mass of the dust dispersion inhibitor. The content of the solvent is preferably 99.99% by mass or less, more preferably 99.95% by mass or less, and even more preferably 99.90% by mass or less, based on the total mass of the dust dispersion inhibitor. By setting the content of the solvent within the above range, it becomes easier to obtain a dust dispersion inhibitor with a better dust dispersion prevention effect.
(任意成分)
本発明の粉塵飛散防止剤は、上述した成分の他にさらに任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、例えば、界面活性剤、無機層状化合物、無機針状鉱物、消泡剤、無機系粒子、有機系粒子、潤滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、安定剤、可塑剤、架橋剤、増粘剤等を挙げることができる。また、粉塵飛散防止剤は、任意成分として、親水性高分子、親水性低分子、有機イオン等を含有していてもよい。
(Optional ingredients)
The dust dispersion inhibitor of the present invention may further contain optional components in addition to the above-mentioned components. Examples of the optional components include surfactants, inorganic layered compounds, inorganic acicular minerals, antifoaming agents, inorganic particles, organic particles, lubricants, antioxidants, UV absorbers, stabilizers, plasticizers, crosslinking agents, thickeners, etc. In addition, the dust dispersion inhibitor may contain hydrophilic polymers, hydrophilic low-molecular-weight compounds, organic ions, etc. as optional components.
界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等を挙げることができる。これらのうち、アニオン性界面活性剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリル硫酸ナトリウム、リン酸エステル系、α-オレフィンスルフォン酸、高級アルコールエトキシ硫酸エステルやジアルキルスルホサクシネートなどが挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、ラウリルジメチルペンジルアンモニウムクロライドなどが挙げられ、ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルが挙げられる。 Examples of surfactants include anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants. Among these, examples of anionic surfactants include sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium lauryl sulfate, polyoxyethylene sodium lauryl sulfate, phosphate esters, α-olefin sulfonic acid, higher alcohol ethoxy sulfates, and dialkyl sulfosuccinates. Examples of cationic surfactants include lauryl dimethyl benzyl ammonium chloride, and examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene nonylphenol ether and polyoxyethylene oleyl ether.
親水性高分子は、親水性の含酸素有機化合物(但し、上記繊維状セルロースは除く)であることが好ましく、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、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)等が挙げられる。 The hydrophilic polymer is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound (excluding the above-mentioned fibrous cellulose), and examples of the oxygen-containing organic compound include polyethylene glycol, polyethylene oxide, casein, dextrin, starch, modified starch, polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol (acetoacetylated polyvinyl alcohol, etc.), polyvinylpyrrolidone, polyvinyl methyl ether, polyacrylates, acrylic acid alkyl ester copolymers, urethane copolymers, cellulose derivatives (hydroxyethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc.), etc.
親水性低分子は、親水性の含酸素有機化合物であることが好ましく、多価アルコールであることがさらに好ましい。多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、ソルビトール、エチレングリコール等が挙げられる。 The hydrophilic low molecular weight compound is preferably a hydrophilic oxygen-containing organic compound, and more preferably a polyhydric alcohol. Examples of polyhydric alcohols include glycerin, sorbitol, and ethylene glycol.
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.
任意成分の含有量は、粉塵飛散防止剤の全質量に対して、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることがさらに好ましい。 The content of optional components is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or less, based on the total mass of the dust dispersion inhibitor.
(粉塵飛散防止剤の製造方法)
粉塵飛散防止剤としては、上述した微細繊維状セルロースの製造方法における解繊処理工程で得られた分散液をそのまま用いることができる。解繊処理工程で得られた分散液は、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースに加えて、水が含まれている。このように、本発明においては、微細繊維状セルロースの製造工程において、粉塵飛散防止剤を製造することができ、より簡便な方法で粉塵の飛散を防止することが可能となる。なお、粉塵飛散防止剤が上述したような任意成分を含む場合には、解繊処理工程で得られた分散液に任意成分が混合されてもよい。
(Method of manufacturing dust-preventing agent)
As the dust dispersion inhibitor, the dispersion obtained in the defibration process in the above-mentioned method for producing fine fibrous cellulose can be used as it is. The dispersion obtained in the defibration process contains water in addition to fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less. In this way, in the present invention, the dust dispersion inhibitor can be produced in the process for producing fine fibrous cellulose, making it possible to prevent dust dispersion in a simpler method. In addition, when the dust dispersion inhibitor contains the above-mentioned optional components, the optional components may be mixed into the dispersion obtained in the defibration process.
また、粉塵飛散防止剤は、上述した解繊処理工程で得られた分散液中に含まれる繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースの濃縮物や固形状体を溶媒中に再分散させることで製造されてもよい。粉塵飛散防止剤が、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースの濃縮物や固形状体を溶媒中に再分散させる工程を経て得られるものである場合、まず、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースの濃縮物を得る工程が設けられる。繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースの濃縮物を得る工程としては、例えば、解繊処理工程で得られた微細繊維状セルロース含有分散液に多価金属塩等の凝集剤を添加する工程や、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する工程が挙げられる。 The dust dispersion inhibitor may also be produced by redispersing in a solvent a concentrate or solid of fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less contained in the dispersion obtained in the above-mentioned defibration process. When the dust dispersion inhibitor is obtained through a process of redispersing in a solvent a concentrate or solid of fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, a process of obtaining a concentrate of fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is first provided. Examples of the process of obtaining a concentrate of fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less include a process of adding a coagulant such as a polyvalent metal salt to the dispersion containing fine fibrous cellulose obtained in the defibration process, and a process of adding an organic onium ion or a compound that forms an organic onium ion by neutralization.
繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースの濃縮物を得る工程が、多価金属塩等の凝集剤を添加する工程である場合、解繊処理工程で得られた微細繊維状セルロース含有分散液に、多価金属塩等の凝集剤を添加する工程を含む。この際、多価金属塩は、多価金属塩を含有した水溶液として添加することが好ましい。多価金属塩としては、例えば、硫酸アルミニウム(硫酸バンド)、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化銅、硫酸銅、塩化鉄、硫酸鉄、塩化鉛、硫化鉛等が挙げられる。 When the process for obtaining a fibrous cellulose concentrate having a fiber width of 1000 nm or less is a process for adding a coagulant such as a polyvalent metal salt, the process includes a process for adding a coagulant such as a polyvalent metal salt to the fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in the defibration process. In this case, it is preferable to add the polyvalent metal salt as an aqueous solution containing the polyvalent metal salt. Examples of polyvalent metal salts include aluminum sulfate (aluminum sulfate), aluminum chloride, polyaluminum chloride, calcium chloride, magnesium chloride, calcium sulfate, magnesium sulfate, copper chloride, copper sulfate, iron chloride, iron sulfate, lead chloride, and lead sulfide.
多価金属塩を添加する工程は、微細繊維状セルロースを金属成分によって凝集させるため、凝集工程とも呼ばれる。凝集工程では、分散液中に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、多価金属を含む金属塩を1質量部以上となるように添加することが好ましく、5質量部以上となるように添加することがより好ましい。また、分散液中に含まれる微細繊維状セルロース100質量部に対して、多価金属を含む金属塩を100質量部以下となるように添加することが好ましく、50質量部以下となるように添加することがより好ましい。 The step of adding the polyvalent metal salt is also called the aggregation step because the fine fibrous cellulose is aggregated by the metal component. In the aggregation step, it is preferable to add 1 part by mass or more of the metal salt containing a polyvalent metal to 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose contained in the dispersion, and it is more preferable to add 5 parts by mass or more. It is also preferable to add 100 parts by mass or less of the metal salt containing a polyvalent metal to 100 parts by mass of the fine fibrous cellulose contained in the dispersion, and it is more preferable to add 50 parts by mass or less.
凝集工程は、多価金属塩を添加し、撹拌を行った後に濾過工程をさらに含むことが好ましい。このような濾過工程を設けることで、濃縮物を得ることができる。濾過工程で使用する濾材は特に限定されないが、ステンレス製、濾紙、ポリプロピレン製、ナイロン製、ポリエチレン製、ポリエステル製などの濾材を使用できる。酸を使用することもあるため、ポリプロピレン製の濾材が好ましい。濾材の通気度は低いほど歩留りが高まるため、30cm3/cm2・sec以下、より好ましくは10cm3/cm2・sec以下、さらに好ましくは1cm3/cm2・sec以下である。 The flocculation step preferably further includes a filtering step after adding a polyvalent metal salt and stirring. By providing such a filtering step, a concentrate can be obtained. The filter material used in the filtering step is not particularly limited, but can be made of stainless steel, filter paper, polypropylene, nylon, polyethylene, polyester, etc. Since acid may be used, polypropylene filter material is preferred. The lower the air permeability of the filter material, the higher the yield, so it is 30 cm 3 /cm 2 ·sec or less, more preferably 10 cm 3 /cm 2 ·sec or less, and even more preferably 1 cm 3 /cm 2 ·sec or less.
濾過工程はさらに圧縮工程を含んでもよい。圧縮工程では、圧搾装置を用いることもできる。このような装置としては、ベルトプレス、スクリュープレス、フィルタープレスなど一般的なプレス装置を用いることができ、装置は特に限定されない。圧縮時の圧力は0.2MPa以上であることが好ましく、0.4MPa以上であることがより好ましい。 The filtration step may further include a compression step. In the compression step, a compression device may be used. As such a device, a general pressing device such as a belt press, a screw press, or a filter press may be used, and the device is not particularly limited. The pressure during compression is preferably 0.2 MPa or more, and more preferably 0.4 MPa or more.
また、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースの濃縮物を得る工程が、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する工程である場合、解繊処理工程で得られた微細繊維状セルロース含有分散液に、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する工程を含む。具体的には、上述した解繊処理工程で得られた微細繊維状セルロース含有分散液に、上述したような有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する。この際、有機オニウムイオンは、有機オニウムイオンを含有した溶液として添加することが好ましく、有機オニウムイオンを含有した水溶液として添加することがより好ましい。 In addition, when the step of obtaining a fibrous cellulose concentrate having a fiber width of 1000 nm or less is a step of adding organic onium ions or a compound that forms organic onium ions by neutralization, the method includes a step of adding organic onium ions or a compound that forms organic onium ions by neutralization to the fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in the defibration process. Specifically, the above-mentioned organic onium ions or a compound that forms organic onium ions by neutralization are added to the fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in the above-mentioned defibration process. In this case, the organic onium ions are preferably added as a solution containing organic onium ions, and more preferably as an aqueous solution containing organic onium ions.
有機オニウムイオンを含有した水溶液は、通常、有機オニウムイオンと、対イオン(アニオン)を含んでいる。有機オニウムイオンの水溶液を調製する際、有機オニウムイオンと、対応する対イオンが既に塩を形成している場合は、そのまま水に溶解させればよい。有機オニウムイオンの水溶液を調製する際、有機オニウムイオンと、対応する対イオンが既に塩を形成している場合は、水又は熱水に溶解することが好ましい。 An aqueous solution containing an organic onium ion usually contains an organic onium ion and a counter ion (anion). When preparing an aqueous solution of an organic onium ion, if the organic onium ion and the corresponding counter ion have already formed a salt, they can be dissolved in water as is. When preparing an aqueous solution of an organic onium ion, if the organic onium ion and the corresponding counter ion have already formed a salt, they are preferably dissolved in water or hot water.
また、有機オニウムイオンは、例えば、ドデシルアミンなどのように、酸によって中和されて始めて生成する場合もある。この場合、有機オニウムイオンは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物と酸との反応により得られる。この場合、中和に使用する酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸や乳酸、酢酸、ギ酸、シュウ酸等の有機酸が挙げられる。 In some cases, such as dodecylamine, an organic onium ion is first generated after neutralization with an acid. In this case, the organic onium ion is obtained by reacting a compound that forms an organic onium ion upon neutralization with an acid. In this case, the acid used for neutralization can be inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid, or organic acids such as lactic acid, acetic acid, formic acid, or oxalic acid.
微細繊維状セルロース含有スラリーに、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する工程は、さらに撹拌工程を含むことが好ましい。そして、撹拌工程においては、有機オニウムイオンを添加した微細繊維状セルロース含有スラリーの液温(以下、撹拌処理温度ともいう)は、60℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましく、40℃以下であることがさらに好ましく、30℃以下であることが特に好ましい。本発明においては、撹拌処理温度を上記範囲内とすることにより、有機オニウムイオンの運動性を適切な範囲にコントロールすることができ、それにより微細繊維状セルロースにおける対イオン交換を十分に進行させることができる。 It is preferable that the step of adding organic onium ions or compounds that form organic onium ions by neutralization to the fine fibrous cellulose-containing slurry further includes a stirring step. In the stirring step, the liquid temperature of the fine fibrous cellulose-containing slurry to which the organic onium ions have been added (hereinafter also referred to as the stirring temperature) is preferably 60°C or less, more preferably 50°C or less, even more preferably 40°C or less, and particularly preferably 30°C or less. In the present invention, by setting the stirring temperature within the above range, the mobility of the organic onium ions can be controlled within an appropriate range, thereby allowing the counterion exchange in the fine fibrous cellulose to proceed sufficiently.
有機オニウムイオンの添加量は、微細繊維状セルロースの全質量に対し、2質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、100質量%以上であることが特に好ましい。なお、有機オニウムイオンの添加量は、微細繊維状セルロースの全質量に対し、1000質量%以下であることが好ましい。
また、添加する有機オニウムイオンのモル数は、微細繊維状セルロースが含むリンオキソ酸基の量(モル数)に価数を乗じた値の0.2倍以上であることが好ましく、1.0倍以上であることがより好ましく、2.0倍以上であることがさらに好ましい。なお、添加する有機オニウムイオンのモル数は、微細繊維状セルロースが含むリンオキソ酸基の量(モル数)に価数を乗じた値の10倍以下であることが好ましい。
The amount of organic onium ion added is preferably 2% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 100% by mass or more, based on the total mass of the fine fibrous cellulose. The amount of organic onium ion added is preferably 1000% by mass or less, based on the total mass of the fine fibrous cellulose.
The number of moles of the organic onium ions to be added is preferably 0.2 times or more, more preferably 1.0 times or more, and even more preferably 2.0 times or more, the value obtained by multiplying the amount (number of moles) of phosphorus oxo acid groups contained in the fine fibrous cellulose by the valence. The number of moles of the organic onium ions to be added is preferably 10 times or less the value obtained by multiplying the amount (number of moles) of phosphorus oxo acid groups contained in the fine fibrous cellulose by the valence.
有機オニウムイオンを添加し、撹拌を行うと、微細繊維状セルロース含有スラリー中に凝集物が生じる。この凝集物は、対イオンとして有機オニウムイオンを有する微細繊維状セルロースが凝集したものである。凝集物が生じた微細繊維状セルロース含有スラリーを減圧濾過することで、微細繊維状セルロース凝集物を回収することができる。 When organic onium ions are added and stirred, agglomerates are formed in the slurry containing fine fibrous cellulose. These agglomerates are formed by agglomerating fine fibrous cellulose having organic onium ions as counter ions. The fine fibrous cellulose agglomerates can be recovered by filtering the fine fibrous cellulose-containing slurry containing the agglomerates under reduced pressure.
得られた微細繊維状セルロース凝集物は、イオン交換水で洗浄されてもよい。微細繊維状セルロース凝集物をイオン交換水で繰り返し洗うことで、微細繊維状セルロース凝集物に含まれる余剰な有機オニウムイオン等を除去することができる。 The obtained fine fibrous cellulose aggregate may be washed with ion-exchanged water. By repeatedly washing the fine fibrous cellulose aggregate with ion-exchanged water, excess organic onium ions and the like contained in the fine fibrous cellulose aggregate can be removed.
上述したような工程を経て得られる微細繊維状セルロース濃縮物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量は5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることがさらに好ましい。なお微細繊維状セルロース濃縮物の全質量に対する繊維状セルロースの含有量の上限値は99質量%であることが好ましい。 The content of fibrous cellulose relative to the total mass of the fine fibrous cellulose concentrate obtained through the above-mentioned process is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 15% by mass or more. The upper limit of the content of fibrous cellulose relative to the total mass of the fine fibrous cellulose concentrate is preferably 99% by mass.
粉塵飛散防止剤の製造工程において、上述した濃縮物を得る工程が含まれる場合、濃縮物を得る工程の後には再分散工程が設けられる。再分散工程では、微細繊維状セルロース濃縮物を溶媒中に再分散させる。なお、再分散に用いられる溶媒は、濃縮物工程で用いられた凝集剤等を考慮して適宜選択されることが好ましい。例えば、多価金属塩を添加することで濃縮物を得た際には、再分散液としてテトラアルキルオニウムヒドロキシド等を含む水溶液が好ましく、特にテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド及びテトラアルキルホスホニウムヒドロキシドが好ましく、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドを含む使用液がより好ましい。テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドとしては、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、トリエチルメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラペンチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘプチルアンモニウムヒドロキシド、ラウリルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、セチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ステアリルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、オクチルジメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、ラウリルジメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、ジデシルジメチルアンモニウムヒドロキシド、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリブチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、メチルトリ-n-オクチルアンモニウムヒドロキシド、アルキルジメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、ジ-n-アルキルジメチルアンモニウムヒドロキシド、ベヘニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。テトラアルキルホスホニウムヒドロキシドとしては、テトラメチルホスホニウムヒドロキシド、テトラエチルホスホニウムヒドロキシド、テトラプロピルホスホニウムヒドロキシド、テトラブチルホスホニウムヒドロキシド、トリエチルメチルホスホニウムヒドロキシド、テトラフェニルホスホニウムヒドロキシド、テトラオクチルホスホニウムヒドロキシド、アセトニルトリフェニルホスホニウムヒドロキシド、アリルトリフェニルホスホニウムヒドロキシド、アミルトリフェニルホスホニウムヒドロキシド、ベンジルトリフェニルホスホニウムヒドロキシド、エチルトリフェニルホスホニウムヒドロキシド等を選択することが好ましい。また、有機オニウムイオンを添加することで濃縮物を得た際には、再分散液として水、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール(IPA)、1-ブタノール、m-クレゾール、グリセリン、酢酸、ピリジン、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、酢酸エチル、アニリン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、p-キシレン、ジエチルエーテルクロロホルム等を挙げることができる。これらの溶媒は混合して用いてもよい。なお、再分散工程では、上述した解繊処理工程で用いられる解繊処理装置を用いて再分散を行ってもよい。 When the manufacturing process of the dust dispersion prevention agent includes a step of obtaining the above-mentioned concentrate, a redispersion step is provided after the step of obtaining the concentrate. In the redispersion step, the fine fibrous cellulose concentrate is redispersed in a solvent. The solvent used for redispersion is preferably selected appropriately taking into consideration the flocculant used in the concentration step. For example, when the concentrate is obtained by adding a polyvalent metal salt, an aqueous solution containing tetraalkylonium hydroxide or the like is preferred as the redispersion liquid, and tetraalkylammonium hydroxide and tetraalkylphosphonium hydroxide are particularly preferred, with a use liquid containing tetraalkylammonium hydroxide being more preferred. Examples of the tetraalkylammonium hydroxide include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, triethylmethylammonium hydroxide, tetrapentylammonium hydroxide, tetrahexylammonium hydroxide, tetraheptylammonium hydroxide, lauryltrimethylammonium hydroxide, cetyltrimethylammonium hydroxide, stearyltrimethylammonium hydroxide, octyldimethylethylammonium hydroxide, lauryldimethylethylammonium hydroxide, didecyldimethylammonium hydroxide, lauryldimethylbenzylammonium hydroxide, tributylbenzylammonium hydroxide, methyltri-n-octylammonium hydroxide, alkyldimethylbenzylammonium hydroxide, di-n-alkyldimethylammonium hydroxide, and behenyltrimethylammonium hydroxide. As the tetraalkylphosphonium hydroxide, it is preferable to select tetramethylphosphonium hydroxide, tetraethylphosphonium hydroxide, tetrapropylphosphonium hydroxide, tetrabutylphosphonium hydroxide, triethylmethylphosphonium hydroxide, tetraphenylphosphonium hydroxide, tetraoctylphosphonium hydroxide, acetonyltriphenylphosphonium hydroxide, allyltriphenylphosphonium hydroxide, amyltriphenylphosphonium hydroxide, benzyltriphenylphosphonium hydroxide, ethyltriphenylphosphonium hydroxide, etc. In addition, when a concentrate is obtained by adding an organic onium ion, examples of the redispersion liquid include water, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol (IPA), 1-butanol, m-cresol, glycerin, acetic acid, pyridine, tetrahydrofuran (THF), acetone, methyl ethyl ketone (MEK), ethyl acetate, aniline, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), hexane, cyclohexane, benzene, toluene, p-xylene, diethyl ether chloroform, etc. These solvents may be used in combination. In the redispersion process, redispersion may be performed using the defibration treatment device used in the defibration process described above.
濃縮物を再分散させた後の工程、もしくは濃縮物を再分散させる工程において、上述した任意成分を混合してもよい。 The optional ingredients described above may be mixed in the process after the concentrate is redispersed or during the process of redispersing the concentrate.
(粉塵飛散防止方法)
本発明は、上述した粉塵飛散防止剤を粉塵発生対象物に噴霧する工程を含む、粉塵飛散防止方法に関するものでもある。粉塵飛散防止方法においては、粉塵発生源となる土砂等の粉塵発生対象物に粉塵飛散防止剤を噴霧する。このように、本発明は、上述した粉塵飛散防止剤を粉塵発生対象物に噴霧する工程を具備するという、簡便な方法で粉塵の飛散を防止することができる。
(Method for preventing dust scattering)
The present invention also relates to a method for preventing dust dispersion, which includes a step of spraying the above-mentioned dust dispersion inhibitor on a dust-generating object. In the dust dispersion prevention method, the dust dispersion inhibitor is sprayed on a dust-generating object such as soil or sand that is a dust source. In this way, the present invention can prevent dust dispersion by a simple method that includes a step of spraying the above-mentioned dust dispersion inhibitor on a dust-generating object.
粉塵飛散防止剤の散布量は特に制限されないが、粉塵発生対象物の表面積に対し、500g/m2以上となるように散布するのが好ましく、1000g/m2以上となるように散布するのがより好ましい。粉塵飛散防止剤の塗布量を上記範囲内とすることにより、粉塵飛散防止効果がより発揮される。 The amount of the dust dispersion inhibitor to be applied is not particularly limited, but it is preferable to apply it so that the amount is 500 g/ m2 or more, and more preferably 1000 g/m2 or more , relative to the surface area of the dust-generating object. By setting the amount of the dust dispersion inhibitor to be within the above range, the dust dispersion prevention effect is more effectively exhibited.
粉塵発生対象物に粉塵飛散防止剤を噴霧した後には、乾燥工程を設けることが好ましい。これにより、粉塵発生対象物を構成する土砂等をより強固に結着させることができる。乾燥条件は特に限定されないが、雨天時以外の通常の気候であれば散布後一昼夜経過させれば十分である。 After spraying the dust dispersion prevention agent on the dust-generating object, it is preferable to carry out a drying process. This allows the soil and sand that make up the dust-generating object to be more firmly bound together. There are no particular restrictions on the drying conditions, but in normal weather other than rainy weather, leaving it overnight after spraying is sufficient.
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A>
[リン酸エステル化]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example A>
[Phosphate esterification]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 208 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121 after disintegration is 700 ml) was used.
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℃の熱風乾燥機で200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。 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 mixture 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 in a hot air dryer at 165°C for 200 seconds to introduce phosphate groups into the cellulose in the pulp, and a phosphorylated pulp was obtained.
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。 Then, the obtained phosphorylated pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by repeatedly pouring 10 L of ion-exchanged water per 100 g (bone 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.
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。 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 exchange water, and then a 1N aqueous solution of sodium hydroxide was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry with a pH of 12 to 13. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain a phosphorylated pulp that had been subjected to a neutralization treatment. Next, the above-mentioned washing treatment was performed on the phosphorylated pulp after the neutralization treatment.
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、1230cm-1付近にリン酸基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 phosphorylated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to phosphoric acid groups was observed around 1230 cm -1 , and it was confirmed that phosphoric acid groups were 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°, and it was confirmed that the pulp had cellulose type I crystals.
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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry with a solid content of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。また、AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は300であった。なお、後述する測定方法で測定されるリン酸基量(強酸性基量)は、1.45mmol/gだった。 X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. Furthermore, 100 pieces of fine fibrous cellulose were extracted from AFM image analysis to calculate the number average aspect ratio, which was found to be 300. The amount of phosphate groups (amount of strongly acidic groups) measured using the measurement method described below was 1.45 mmol/g.
本製造例で得られた微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液を粉塵飛散防止剤Aとした。 The fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in this manufacturing example was diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of the fine fibrous cellulose to 0.4% by mass. This dispersion was used as dust dispersion inhibitor A.
<製造例B>
[リン酸エステル化]
製造例Aと同様にリン酸化パルプを得た。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。高圧ホモジナイザー(Beryu-Mini、株式会社美粒製)で、100MPaの圧力にて1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含有分散液を得た。また、得られた微細繊維状セルロース含有分散液を光学顕微鏡で観察したところ、繊維幅20μm以上の繊維状セルロースが多数観察された。一方、得られた微細繊維状セルロース含有分散液を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmの微細繊維状セルロースも多数観察された。また、AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は225であった。
<Production Example B>
[Phosphate esterification]
Phosphorylated pulp was obtained in the same manner as in Production Example A. Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry with a solid content concentration of 2% by mass. The mixture was treated once with a high-pressure homogenizer (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) at a pressure of 100 MPa to obtain a fine fibrous cellulose-containing dispersion containing fine fibrous cellulose. In addition, when the obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion was observed with an optical microscope, a large number of fibrous celluloses with a fiber width of 20 μm or more were observed. On the other hand, when the obtained fine fibrous cellulose-containing dispersion was measured with a transmission electron microscope, a large number of fine fibrous celluloses with a fiber width of 3 to 5 nm were also observed. In addition, 100 pieces of fine fibrous cellulose were extracted from image analysis by AFM, and the number average value of the aspect ratio was calculated, and the number average value of the aspect ratio was 225.
本製造例で得られた微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液を粉塵飛散防止剤Bとした。 The fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in this manufacturing example was diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of the fine fibrous cellulose to 0.4% by mass. This dispersion was used as dust dispersion inhibitor B.
<製造例C>
[亜リン酸エステル化]
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Aと同様に操作を行い、亜リン酸化パルプを得た。
<Production Example C>
[Phosphite esterification]
A phosphited pulp was obtained by the same procedure as in Production Example A, except that 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate.
得られた亜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、得られた亜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 obtained phosphorous-containing pulp was measured using FT-IR. As a result, absorption due to P=O of phosphonic acid group, which is a tautomer of phosphorous acid group, was observed around 1210 cm -1 , and it was confirmed that phosphorous acid group (phosphonic acid group) was added to the pulp. In addition, when the obtained phosphorous-containing pulp 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°, and it was confirmed that the cellulose had type I crystals.
得られた亜リン酸化パルプを製造例Aと同様に、湿式微粒化装置で処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース含有分散液を得た。 The obtained hypophosphite pulp was treated in a wet pulp mill in the same manner as in Production Example A to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。また、AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は280であった。なお、後述する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だった。なお、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。 X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. The number average aspect ratio was calculated by extracting 100 pieces of fine fibrous cellulose from AFM image analysis, and found to be 280. The amount of phosphorous acid groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below was 1.51 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 1.54 mmol/g.
本製造例で得られた微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液を粉塵飛散防止剤Cとした。 The fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in this manufacturing example was diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of the fine fibrous cellulose to 0.4% by mass. This dispersion was used as dust dispersion inhibitor C.
<製造例D>
[TEMPO酸化]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して10mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
<Production Example D>
[TEMPO oxidation]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (undried) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used. The raw material pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), and 10 parts by mass of sodium bromide were dispersed in 10,000 parts by mass of water. Next, a 13% by mass aqueous solution of sodium hypochlorite was added to 10 mmol per 1.0 g of pulp to start the reaction. During the reaction, a 0.5 M aqueous solution of sodium hydroxide was added dropwise to keep the pH at 10 to 10.5, and the reaction was deemed to have ended when no change in pH was observed.
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、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。 Then, the obtained TEMPO oxidized pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by dehydrating the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5,000 parts by mass of ion-exchanged water into the sheet, stirring to disperse the sheet uniformly, and then repeatedly filtering and dehydrating the sheet. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
また、得られたTEMPO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 obtained TEMPO oxidized pulp was also analyzed using an X-ray diffraction device, and typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming that it contains cellulose type I crystals.
得られたTEMPO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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained TEMPO oxidized pulp to prepare a slurry with a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。また、AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は250であった。なお、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.80mmol/gだった。 X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. The fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. Image analysis using an AFM was used to extract 100 pieces of fine fibrous cellulose and calculate the number average aspect ratio, which was found to be 250. The amount of carboxy groups measured using the measurement method described below was 1.80 mmol/g.
本製造例で得られた微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液を粉塵飛散防止剤Dとした。 The fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in this manufacturing example was diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of the fine fibrous cellulose to 0.4% by mass. This dispersion was designated as dust dispersion inhibitor D.
<製造例E>
[カルボキシメチル化(CM化)]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用したこと以外は、国際公開第2014/088072号の製造例1に記載の方法でカルボキシメチル化パルプを作製した。
<Production Example E>
[Carboxymethylation (CM)]
Carboxymethylated pulp was produced by the method described in Production Example 1 of WO 2014/088072, except that softwood kraft pulp (undried) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used as the raw material pulp.
次いで、得られたカルボキシメチル化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、カルボキシメチル化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、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。 Then, the obtained carboxymethylated pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by dehydrating the carboxymethylated pulp slurry to obtain a dehydrated sheet, pouring in 5,000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring to disperse uniformly, and then repeatedly filtering and dehydrating the sheet. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
得られたカルボキシメチル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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained carboxymethylated pulp to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は190であった。 X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystal structure. In addition, AFM image analysis was used to extract 100 pieces of fine fibrous cellulose and calculate the number average aspect ratio, which was found to be 190.
本製造例で得られた微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液を粉塵飛散防止剤Eとした。 The fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in this manufacturing example was diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of the fine fibrous cellulose to 0.4% by mass. This dispersion was used as dust dispersion prevention agent E.
<製造例F>
[硫酸エステル化]
リン酸二水素アンモニウムの代わりにアミド硫酸38質量部を用い、加熱時間を19分に延長した以外は、製造例Aと同様に操作を行い、硫酸化パルプを得た。
<Production Example F>
[Sulfate esterification]
A sulfated pulp was obtained by the same procedure as in Production Example A, except that 38 parts by mass of amidosulfuric acid was used instead of ammonium dihydrogen phosphate and the heating time was extended to 19 minutes.
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(硫黄オキソ酸基)に基づく吸収が観察され、パルプに硫酸基(硫黄オキソ酸基)が付加されていることが確認された。また、得られた硫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。なお、後述する測定方法で測定される硫酸基(硫黄オキソ酸基)量は1.12mmol/gだった。 The obtained sulfated pulp was subjected to infrared absorption spectroscopy using FT-IR. As a result, absorption due to sulfate groups (sulfur oxo acid groups) was observed around 1220-1260 cm -1 , and it was confirmed that sulfate groups (sulfur oxo acid groups) were added to the pulp. In addition, when the obtained sulfated pulp 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°, and it was confirmed that the cellulose had type I crystals. The amount of sulfate groups (sulfur oxo acid groups) measured by the measurement method described below was 1.12 mmol/g.
得られた硫酸化パルプにイオン交換水を添加後、撹拌し、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含有分散液を得た。また、AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースを100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は280であった。 Ion-exchanged water was added to the obtained sulfated pulp and stirred to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion liquid containing fine fibrous cellulose. In addition, 100 pieces of fine fibrous cellulose were extracted from image analysis using AFM, and the number average aspect ratio was calculated, which was 280.
本製造例で得られた微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液を粉塵飛散防止剤Fとした。 The fine fibrous cellulose-containing dispersion obtained in this manufacturing example was diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of the fine fibrous cellulose to 0.4% by mass. This dispersion was used as dust dispersion prevention agent F.
<製造例G>
[未変性]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。該原料パルプにイオン交換水を加え、固形分濃度が2質量%となるように希釈した後、リファイナー処理に供してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が50mL以下になるまで叩解(プレ解繊)した。プレ解繊後のパルプ分散液にイオン交換水をさらに加え、固形分濃度が0.5質量%になるように希釈した後、スギノマシン社製高圧ホモジナイザー「スターバースト」により処理圧力200MPaで2回処理を行い、微細繊維状セルロース含有分散液を得た。該分散液に含まれる微細繊維状セルロースの数平均繊維幅は1000nm以下であったが、微細化が完全に進行せずに繊維状物が残存している様子が目視で確認された。該分散液に含まれる微細繊維状セルロースを機械解繊後の未変性微細繊維状セルロースとした。また、AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースを100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は97であった。
<Production Example G>
[Non-denatured]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp (undried) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used. The raw material pulp was added with ion-exchanged water, diluted to a solid content concentration of 2% by mass, and then subjected to a refiner treatment and beaten (pre-defibrated) until the Canadian standard freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121 was 50 mL or less. Ion-exchanged water was further added to the pulp dispersion after pre-defibration, diluted to a solid content concentration of 0.5% by mass, and then treated twice with a high-pressure homogenizer "Starburst" manufactured by Sugino Machine Co., Ltd. at a treatment pressure of 200 MPa to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose. The number average fiber width of the fine fibrous cellulose contained in the dispersion was 1000 nm or less, but it was visually confirmed that the fibrous matter remained without complete finerization. The fine fibrous cellulose contained in the dispersion was unmodified fine fibrous cellulose after mechanical defibration. In addition, 100 fine fibrous cellulose fibers were extracted from the AFM image analysis, and the number average aspect ratio was calculated. The number average aspect ratio was 97.
本製造例で得られた機械解繊後の未変性微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、機械解繊後の未変性微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液を粉塵飛散防止剤Gとした。 The dispersion containing unmodified fine fibrous cellulose after mechanical defibration obtained in this manufacturing example was diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of unmodified fine fibrous cellulose after mechanical defibration to 0.4% by mass. This dispersion was used as dust dispersion inhibitor G.
<製造例H>
[次亜塩素酸酸化(NaClO酸化)]
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)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20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。次いで、次亜塩素酸ナトリウム・5水和物をイオン交換水に加え、次亜塩素酸ナトリウムの固形分濃度を22質量%とした水溶液を準備した。綿状のフラッフィングパルプ100質量部に、22質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を9000質量部加え、温浴で30℃に調整しながら2時間反応させ、カルボキシ基導入パルプを得た。反応中は1N水酸化ナトリウム水溶液を適宜加え、pHを11に維持した。
<Production Example H>
[Hypochlorous Acid Oxidation (NaClO Oxidation)]
A sheet (solid content concentration 90% by mass) made from softwood bleached kraft pulp (NBKP) was processed for 15 seconds at a rotation speed of 20,000 rpm using a hand mixer (Osaka Chemical, Labo Millser PLUS) to make a cotton-like fluffing pulp (solid content concentration 90% by mass). Sodium hypochlorite pentahydrate was then added to ion-exchanged water to prepare an aqueous solution with a sodium hypochlorite solid content concentration of 22% by mass. 9,000 parts by mass of a 22% by mass aqueous sodium hypochlorite solution was added to 100 parts by mass of the cotton-like fluffing pulp, and the mixture was reacted for 2 hours while adjusting the temperature to 30° C. in a warm bath to obtain a carboxyl group-introduced pulp. During the reaction, a 1N aqueous sodium hydroxide solution was appropriately added to maintain the pH at 11.
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプに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洗浄を行った。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。 Then, the obtained carboxyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by repeatedly pouring ion-exchanged water onto the obtained carboxyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
得られたカルボキシ基導入パルプを供試して、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 resulting carboxyl-introduced pulp was analyzed using an X-ray diffraction device, and typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming that it contained cellulose type I crystals.
得られたカルボキシ基導入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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained carboxyl group-introduced pulp to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は89であった。後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、0.70mmol/gだった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Furthermore, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. Image analysis using an AFM was used to extract 100 pieces of fine fibrous cellulose and calculate the number average aspect ratio, which was found to be 89. The amount of carboxy groups measured using the measurement method described below was 0.70 mmol/g.
<製造例I>
[マレイン酸エステル化]
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)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20000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。オートクレーブに、綿状のフラッフィングパルプ100質量部と無水マレイン酸50質量部とを充填し、150℃で2時間処理して、カルボキシ基導入パルプを得た。
<Production Example I>
[Maleic acid esterification]
A sheet (solid content concentration 90% by mass) made from bleached softwood kraft pulp (NBKP) was mixed with a hand mixer (Osaka Chemical, Labo Millser PLUS) at a rotation speed of 20,000 rpm for 15 seconds to produce a cotton-like fluffed pulp (solid content concentration 90% by mass). 100 parts by mass of the cotton-like fluffed pulp and 50 parts by mass of maleic anhydride were charged into an autoclave and treated at 150° C. for 2 hours to obtain a carboxyl group-introduced pulp.
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプに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洗浄を行った。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。 Then, the obtained carboxyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by repeatedly pouring ion-exchanged water onto the obtained carboxyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
得られたカルボキシ基導入パルプに対し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、1580および1720cm-1付近にカルボキシ基に基づく吸収が観察され、マレイン酸エステル化されていることを確認した。カルボキシ基導入パルプを供試して、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 obtained carboxyl-introduced pulp was measured using FT-IR. As a result, absorption due to the carboxyl group was observed around 1580 and 1720 cm -1 , and it was confirmed that the carboxyl group was maleated. The carboxyl-introduced pulp was analyzed using an X-ray diffractometer, and typical peaks were confirmed at two positions, around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°, and it was confirmed that the cellulose had type I crystals.
得られたカルボキシ基導入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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained carboxyl group-introduced pulp to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は180であった。後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.22mmol/gだった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Furthermore, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. Image analysis using an AFM was used to extract 100 pieces of fine fibrous cellulose and calculate the number average aspect ratio, which was found to be 180. The amount of carboxy groups measured using the measurement method described below was 1.22 mmol/g.
<製造例J>
[カルボキシエチル化(CE化)]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example J>
[Carboxyethylation (CE)]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 ml) was used.
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、12N NaOH水溶液を250質量部と、2-クロロプロピオン酸163質量部、イオン交換水140質量部からなる薬液(合計553質量部)を加え、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℃の熱風乾燥機で10分加熱し、パルプ中のセルロースにカルボキシエチル基(カルボキシ基)を導入し、カルボキシ基導入パルプを得た。 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp was mixed with a chemical solution (total 553 parts by mass) consisting of 250 parts by mass of 12N NaOH aqueous solution, 163 parts by mass of 2-chloropropionic acid, and 140 parts by mass of ion-exchanged water to obtain a chemical solution-impregnated pulp. The resulting chemical solution-impregnated pulp was then heated for 10 minutes in a hot air dryer at 165°C to introduce carboxyethyl groups (carboxy groups) into the cellulose in the pulp, obtaining a carboxy group-introduced pulp.
次いで、得られたカルボキシ基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカルボキシ基導入パルプに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洗浄を行った。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。 Then, the obtained carboxyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by repeatedly pouring ion-exchanged water onto the obtained carboxyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後のカルボキシ基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカルボキシ基導入パルプを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以下のカルボキシ基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カルボキシ基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカルボキシ基導入パルプを得た。 Next, the washed carboxyl-introduced pulp was neutralized as follows. First, the washed carboxyl-introduced pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little while stirring to obtain a carboxyl-introduced pulp slurry with a pH of 12 to 13. Next, the carboxyl-introduced pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a neutralized carboxyl-introduced pulp.
カルボキシ基導入パルプを供試して、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。 When the carboxyl-group-introduced pulp was analyzed using an X-ray diffraction device, typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, confirming that it contained cellulose type I crystals.
得られたカルボキシ基導入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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained carboxyl group-introduced pulp to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は200であった。述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.41mmol/gだった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Furthermore, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. Image analysis using an AFM was used to extract 100 pieces of fine fibrous cellulose and calculate the number average aspect ratio, which was found to be 200. The amount of carboxyl groups measured using the measurement method described below was 1.41 mmol/g.
<製造例K>
[スルホエチル化]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example K>
[Sulfoethylation]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 ml) was used.
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、2N NaOH水溶液を180質量部と25質量%濃度のビニルスルホン酸ナトリウム水溶液780質量部からなる薬液(合計960質量部)を加え、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℃の熱風乾燥機で16分加熱し、パルプ中のセルロースにスルホエチル基(スルホン基)を導入し、スルホエチル基導入パルプ(スルホン基導入パルプ)を得た。 100 parts by mass (absolute dry mass) of this raw pulp was mixed with a chemical solution (total 960 parts by mass) consisting of 180 parts by mass of 2N NaOH aqueous solution and 780 parts by mass of a 25% by mass concentration sodium vinyl sulfonate aqueous solution to obtain a chemical solution-impregnated pulp. The resulting chemical solution-impregnated pulp was then heated for 16 minutes in a hot air dryer at 165°C to introduce sulfoethyl groups (sulfone groups) into the cellulose in the pulp, obtaining a sulfoethyl group-introduced pulp (sulfone group-introduced pulp).
次いで、得られたスルホエチル基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたスルホエチル基導入パルプに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洗浄を行った。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。 Then, the obtained sulfoethyl group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by repeatedly pouring ion-exchanged water onto the obtained sulfoethyl group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
得られたスルホエチル基導入パルプについて、後述する測定方法で測定されるスルホエチル基量(スルホン基量)は、1.48mmol/gだった。また、スルホエチル基導入パルプを供試して、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 amount of sulfoethyl groups (amount of sulfone groups) in the obtained sulfoethyl group-introduced pulp, as measured by the measurement method described below, was 1.48 mmol/g. In addition, when the sulfoethyl group-introduced pulp was analyzed using an X-ray diffraction device, typical peaks were confirmed at two positions, near 2θ = 14° to 17° and near 2θ = 22° to 23°, and it was confirmed that it had cellulose type I crystals.
得られたスルホエチル基導入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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained sulfoethyl group-introduced pulp to prepare a slurry with a solid content of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は230であった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Furthermore, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. Image analysis using an AFM was used to extract 100 pieces of fine fibrous cellulose and calculate the number average aspect ratio, which was found to be 230.
<製造例L>
[カチオン化処理]
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example L>
[Cationization treatment]
As the raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 245 g/ m2 sheet form, Canadian standard freeness (CSF) measured in accordance with JIS P 8121-2:2012 after disintegration is 700 ml) was used.
この原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、1N NaOH水溶液を180質量部とカチオン化剤(カチオマスターG、四日市合成株式会社製、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、純分73.1質量%、含水率20.2質量%)325質量部からなる薬液(合計505質量部)を加え、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℃の熱風乾燥機で12分加熱し、パルプ中のセルロースにカチオン基を導入し、カチオン基導入パルプを得た。 100 parts by mass (bone dry mass) of this raw pulp was mixed with a chemical solution (505 parts by mass in total) consisting of 180 parts by mass of 1N NaOH aqueous solution and 325 parts by mass of a cationizing agent (Catiomaster G, Yokkaichi Synthetic Co., Ltd., glycidyl trimethylammonium chloride, purity 73.1% by mass, moisture content 20.2% by mass), to obtain a chemical solution-impregnated pulp. The resulting chemical solution-impregnated pulp was then heated for 12 minutes in a hot air dryer at 165°C to introduce cationic groups into the cellulose in the pulp, and a cationic group-introduced pulp was obtained.
次いで、得られたカチオン基導入パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、得られたカチオン基導入パルプに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洗浄を行った。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。 Then, the obtained cationic group-introduced pulp was subjected to a washing process. The washing process was carried out by pouring ion-exchanged water into the obtained cationic group-introduced pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the pulp so that the pulp was uniformly dispersed, and then repeatedly filtering and dehydrating the pulp. The washing was completed when the electrical conductivity of the filtrate reached 100 μS/cm or less.
次いで、洗浄後のカチオン基導入パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のカチオン基導入パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの塩酸を少しずつ添加することにより、pHが1以上2以下のカチオン基導入パルプスラリーを得た。次いで、当該カチオン基導入パルプスラリーを脱水および洗浄をして、中和処理が施されたカチオン基導入パルプを得た。 Next, the washed cationic group-introduced pulp was neutralized as follows. First, the washed cationic group-introduced pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then 1N hydrochloric acid was added little by little while stirring to obtain a cationic group-introduced pulp slurry with a pH of 1 to 2. Next, the cationic group-introduced pulp slurry was dehydrated and washed to obtain a cationic group-introduced pulp that had been subjected to a neutralization treatment.
得られたカチオン基導入パルプについて、微量窒素分析を行い、下記式でカチオン基量を計算したところ、1.45mmol/gだった。また、カチオン基導入パルプを供試して、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。
(カチオン基量)[mmol/g]=(窒素量)/14×1000/(供試したカチオン基導入パルプ量)
The obtained cationic group-introduced pulp was subjected to a trace nitrogen analysis, and the amount of cationic groups was calculated by the following formula, which was 1.45 mmol/g. The cationic group-introduced pulp was also analyzed by an X-ray diffractometer, and typical peaks were confirmed at two positions, around 2θ = 14° to 17° and around 2θ = 22° to 23°, and it was confirmed that the pulp had cellulose type I crystals.
(Amount of cationic groups) [mmol/g] = (amount of nitrogen)/14 x 1000/(amount of cationic group-introduced pulp tested)
得られたカチオン基導入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含有分散液を得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained cationic group-introduced pulp to prepare a slurry with a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times at a pressure of 200 MPa in a wet pulverizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion containing fine fibrous cellulose.
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。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。AFMによる画像解析から微細繊維状セルロースの100本抽出しアスペクト比の数平均値を算出したところ、アスペクト比の数平均値は180であった。 X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Furthermore, the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope and found to be 3-5 nm. Image analysis using an AFM was used to extract 100 pieces of fine fibrous cellulose and calculate the number average aspect ratio, which was found to be 180.
製造例H~Lで得られた微細繊維状セルロース含有分散液をイオン交換水で希釈して、微細繊維状セルロースの固形分濃度を0.4質量%に調整した。該分散液をそれぞれ粉塵飛散防止剤H~Lとした。 The fine fibrous cellulose-containing dispersions obtained in Production Examples H to L were diluted with ion-exchanged water to adjust the solids concentration of the fine fibrous cellulose to 0.4% by mass. These dispersions were designated as dust dispersion inhibitors H to L, respectively.
〔リンオキソ酸基量の測定〕
繊維状セルロースのリンオキソ酸基量(リン酸基量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。得られた微細繊維状セルロース含有分散液に対し、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分散液に体積で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分散液に、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1)。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 phosphoric acid groups or amount of phosphorous acid groups) of fibrous cellulose, ion-exchanged water was first added to the target fibrous cellulose to prepare a slurry with a solid content of 0.2% by mass. The resulting dispersion containing fine fibrous cellulose 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 dispersion, shaking the mixture for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin from 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 dispersion liquid 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 dropped) 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. 1). 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).
〔カルボキシ基量の測定〕
繊維状セルロースのカルボキシ基量の測定においては、まず、対象となる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。得られた微細繊維状セルロース含有分散液に対し、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分散液に体積で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分散液に、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を30秒に1回、50μLずつ加えながら、分散液が示すpHの値の変化を計測することにより行った。カルボキシ基量(mmol/g)は、計測結果のうち図2に示す第1領域に相当する領域において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)で除して算出した。
[Measurement of Carboxy Group Amount]
In measuring the amount of carboxy groups in fibrous cellulose, ion-exchanged water was first added to the target fibrous cellulose to prepare a slurry with a solid content of 0.2% by mass. The resulting dispersion containing fine fibrous cellulose was treated with an ion-exchange resin, and then titrated with an alkali to measure the amount of carboxy 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 dispersion, shaking the mixture for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin from the slurry.
The titration using an alkali was carried out by adding 50 μL of 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution to the fine fibrous cellulose-containing dispersion after the ion exchange resin treatment once every 30 seconds and measuring the change in pH value of the dispersion. The amount of carboxyl groups (mmol/g) was calculated by dividing the amount of alkali (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in Figure 2 by the solid content (g) in the slurry to be titrated.
〔硫黄オキソ酸基又はスルホン基量の測定〕
繊維状セルロースの硫黄オキソ酸基又はスルホン基量は、次のように測定した。製造例Fで得られた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微細繊維状セルロースの硫黄オキソ酸基量又はスルホン基量(単位:mmol/g)とした。
[Measurement of the amount of sulfur oxoacid group or sulfone group]
The amount of sulfur oxoacid groups or sulfone groups in the fibrous cellulose was measured as follows. The fibrous cellulose obtained in Production Example F 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 Co., Ltd.) at a rotation speed of 20,000 rpm for 60 seconds.
The freeze-dried and pulverized samples were subjected to pressure heating decomposition using nitric acid in a closed vessel. The samples were then appropriately diluted and the amount of sulfur was measured by ICP-OES. The value calculated by dividing the amount by the bone dry mass of the fine fibrous cellulose used was taken as the amount of sulfur oxoacid groups or sulfonic groups (unit: mmol/g) of the fine fibrous cellulose.
<実施例1~12>
表1及び2に示す製造例の粉塵飛散防止剤を用いて、粉塵飛散防止効果について評価した。
<Examples 1 to 12>
The dust-preventing agents of the production examples shown in Tables 1 and 2 were used to evaluate the dust-preventing effect.
<pH測定>
各実施例の粉塵飛散防止剤の25℃におけるpHを、ポータブル水質計D52((株)HORIBA製)を用いて測定した。
<pH measurement>
The pH of the dust dispersion prevention agent of each Example at 25° C. was measured using a portable water quality meter D52 (manufactured by HORIBA Co., Ltd.).
<評価用サンプル(粉塵発生対象物)の作製>
粉塵を発生させるモデル物質として、珪砂6号(東洋マテラン(株)製)を用いた。該珪砂5gを直径90mmのろ紙の中央に、直径が50mmの円形状となるように敷設し、評価用サンプル(粉塵発生対象物)とした。
<Preparation of evaluation sample (dust-generating object)>
Silica sand No. 6 (manufactured by Toyo Matheran Co., Ltd.) was used as a model substance that generates dust. Five grams of the silica sand was placed in the center of a filter paper with a diameter of 90 mm to form a circle with a diameter of 50 mm, and used as an evaluation sample (dust-generating object).
<スプレー特性の評価>
評価用サンプル(粉塵発生対象物)に対し、各実施例の粉塵飛散防止剤約7gを市販の霧吹きを用いて散布した。この際、各粉塵飛散防止剤のスプレー特性を下記の基準に基づき評価した。
A:霧状にスプレーでき、均一な散布が可能
B:多少のつまりが生じるが、スプレー自体は可能
C:霧状に散布できず、均一な散布が困難
なお、上記スプレー後の評価用サンプル(粉塵発生対象物)を24時間室温で乾燥し、後述する結着力の評価を行った
<Evaluation of spray characteristics>
Approximately 7 g of the dust-preventing agent of each Example was sprayed onto the evaluation sample (dust-generating object) using a commercially available sprayer. The spray characteristics of each dust-preventing agent were evaluated based on the following criteria.
A: It can be sprayed as a mist and evenly distributed. B: Some clogging occurs, but spraying itself is possible. C: It is not possible to spray as a mist and even distribution is difficult. After spraying, the evaluation sample (object generating dust) was dried at room temperature for 24 hours and the binding strength, which will be described later, was evaluated.
<珪砂の結着力の評価(粉塵飛散防止効果の評価)>
上記乾燥後の評価用サンプル(粉塵発生対象物)の中央部を、フォーステスターMCT1150((株)エー・アンド・デイ)を用いて荷重2Nで押し込み、各粉塵発生対象物における珪砂の結着力を下記の基準に基づき評価した。
A:珪砂の表面が崩れず、ひび割れも全く生じない
B:多少ひびが生じるが、珪砂表面は崩れない
C:多数のひびが生じ、珪砂表面が完全に崩れる
なお、上記評価がAの場合は市販のドライヤーの風を吹き付けても珪砂は全く飛散せず、粉塵飛散防止効果が認められた。また、上記評価がBの場合は市販のドライヤーの風を吹き付けた場合、わずかに珪砂が飛散したが、ある程度の粉塵飛散防止効果が認められた。一方、上記評価がCの場合に同様にドライヤーの風を吹き付けると、珪砂が飛散してしまった。
<Evaluation of the binding strength of silica sand (evaluation of dust scattering prevention effect)>
The center of the evaluation sample (dust-generating object) after drying was pressed with a load of 2 N using a Force Tester MCT1150 (A&D Co., Ltd.), and the binding strength of the silica sand in each dust-generating object was evaluated based on the following criteria.
A: The surface of the silica sand does not crumble, and no cracks occur. B: Some cracks occur, but the surface of the silica sand does not crumble. C: Many cracks occur, and the surface of the silica sand completely crumbles. If the above evaluation is A, the silica sand does not scatter at all even when air is blown onto it from a commercially available dryer, and a dust scattering prevention effect is observed. If the above evaluation is B, a small amount of silica sand scatters when air is blown onto it from a commercially available dryer, but a certain degree of dust scattering prevention effect is observed. On the other hand, if the above evaluation is C, the silica sand scatters when air is blown onto it from a dryer in the same way.
<比較例1>
粉塵飛散防止剤として、0.4質量%のカルボキシメチルセルロースナトリウム(東京化成工業(株)製)水溶液を用い、実施例と同様の方法で粉塵飛散防止効果を評価した。
<Comparative Example 1>
As the dust dispersion inhibitor, a 0.4 mass % aqueous solution of sodium carboxymethylcellulose (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used, and the dust dispersion inhibitor effect was evaluated in the same manner as in the examples.
<比較例2>
粉塵飛散防止剤として、0.4質量%のグアーガム(和光純薬(株)製)水溶液を用い、実施例と同様の方法で粉塵飛散防止効果を評価した。
<Comparative Example 2>
A 0.4 mass % aqueous solution of guar gum (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as the dust dispersion inhibitor, and the dust dispersion inhibitory effect was evaluated in the same manner as in the examples.
<比較例3>
粉塵飛散防止剤として、0.4質量%のキサンタンガム(東京化成工業(株)製)水溶液を用い、実施例と同様の方法で粉塵飛散防止効果を評価した。
<Comparative Example 3>
A 0.4% by mass aqueous solution of xanthan gum (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used as the dust dispersion inhibitor, and the dust dispersion inhibitor effect was evaluated in the same manner as in the examples.
<比較例4>
粉塵飛散防止剤として、0.4質量%のキトサン(富士エンジニアリング(株)製)水溶液を用い、実施例と同様の方法で粉塵飛散防止効果を評価した。
<Comparative Example 4>
As the dust dispersion prevention agent, a 0.4 mass % aqueous solution of chitosan (manufactured by Fuji Engineering Co., Ltd.) was used, and the dust dispersion prevention effect was evaluated in the same manner as in the examples.
実施例で用いた粉塵飛散防止剤は優れたスプレー特性を示した。また、実施例で用いた粉塵飛散防止剤は十分な珪砂結着力を示し、粉塵飛散防止効果が示された。これは、実施例では、微細繊維状セルロースの散布により、結晶性の微細繊維状セルロースによって珪砂粒子間が強固に結着され、粉塵飛散防止効果を得るのに十分な珪砂結着力が発現したものと推察される。
特に、実施例1、3~6及び9~12においてはスプレー特性・珪砂の結着力ともに良好であり、粉塵飛散防止剤としてより好適であることが示された。これは実施例1、3~6及び9~12に含まれる微細繊維状セルロースの繊維径がより細くアスペクト比が大きいことによるものと推察される。また、実施例においては粉塵飛散防止剤中の微細繊維状セルロースの含有率を0.4質量%としており、添加剤を低濃度とした場合にも、十分な粉塵飛散防止効果が発揮されることがわかった。このように、実施例の粉塵飛散防止剤は、植物由来の微細繊維である微細繊維状セルロースを少量用いるだけで高い粉塵飛散防止効果が得られる、環境調和性に優れた粉塵飛散防止剤であった。
The dust dispersion inhibitor used in the examples showed excellent spray characteristics. The dust dispersion inhibitor used in the examples also showed sufficient silica sand binding strength, and showed dust dispersion prevention effects. This is presumably because, in the examples, the dispersion of the fine fibrous cellulose caused the silica sand particles to be firmly bound by the crystalline fine fibrous cellulose, and a sufficient silica sand binding strength was developed to obtain the dust dispersion prevention effect.
In particular, in Examples 1, 3 to 6, and 9 to 12, both the spray characteristics and the binding strength of the silica sand were good, and it was shown that they were more suitable as dust dispersion inhibitors. This is presumably due to the fine fibrous cellulose contained in Examples 1, 3 to 6, and 9 to 12 having a smaller fiber diameter and a larger aspect ratio. In addition, in the examples, the content of fine fibrous cellulose in the dust dispersion inhibitor was 0.4 mass%, and it was found that even when the additive was used at a low concentration, a sufficient dust dispersion inhibitor effect was exhibited. Thus, the dust dispersion inhibitors of the examples were dust dispersion inhibitors with excellent environmental compatibility, in which a high dust dispersion inhibitor effect was obtained by using only a small amount of fine fibrous cellulose, which is a fine fiber derived from plants.
一方、比較例においては十分な粉塵飛散防止効果が発揮されなかった。まず、比較例1~3においては、珪砂の結着力の評価試験において珪砂が簡単に崩壊してしまい、粉塵飛散防止効果が全く発揮されなかった。一方、比較例4においてキトサン用いた場合はスプレー特性が悪く均一な散布が困難であり、粉塵飛散防止剤として不適であった。また、キトサンは弱酸にしか溶解しないことから、キトサンを粉塵飛散防止剤として用いる場合には弱酸の薬剤を土壌に噴霧せざるを得ない。しかしながら環境負荷の面で土壌に散布する薬剤は当然中性付近のpHであることが好ましく、pHの観点からもキトサンを用いることは好ましくない。 On the other hand, the comparative examples did not exhibit sufficient dust scattering prevention effects. First, in the comparative examples 1 to 3, the silica sand was easily disintegrated in the evaluation test of the binding strength of the silica sand, and no dust scattering prevention effect was exhibited at all. On the other hand, when chitosan was used in the comparative example 4, the spray characteristics were poor and uniform dispersion was difficult, making it unsuitable as a dust scattering prevention agent. In addition, since chitosan only dissolves in weak acids, when chitosan is used as a dust scattering prevention agent, a weak acid agent must be sprayed on the soil. However, from the perspective of environmental load, it is naturally preferable that the pH of the agent sprayed on the soil is close to neutral, and from the viewpoint of pH, it is also undesirable to use chitosan.
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