JP7673353B2 - Ion Complexes - Google Patents
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Description
本発明は、イオン複合体に関する。 The present invention relates to an ion complex.
従前から、植物系バイオマスの有効活用を目的として、植物体を構成する主要な成分の一つであるリグニンもしくはその誘導体を、成形可能な材料として利用する試みが広く行われている。リグニンスルホン酸は、亜硫酸法によるパルプの生産時や、リグニンの硫酸処理などで得ることができるリグニン由来化合物であり、リグニンと同様に成形可能な材料として利用する試みが行われている。リグニンスルホン酸は、分子内にアニオン性官能基であるスルホ基を多数有するアニオン性高分子であり、高い親水性を有している。一般に、このようなイオン性高分子を材料として利用するための手法として、種々のアニオン性高分子とカチオン性高分子を組み合わせることで、イオン複合体を形成させ、得られた複合体の有する特性に応じて、種々の材料を調製することが行われている。 For the purpose of effective utilization of plant biomass, attempts have been made widely to use lignin or its derivatives, which are one of the main components constituting plants, as moldable materials. Lignosulfonic acid is a lignin-derived compound that can be obtained during pulp production using the sulfite method or by sulfuric acid treatment of lignin, and attempts have been made to use it as a moldable material like lignin. Lignosulfonic acid is an anionic polymer that has many sulfo groups, which are anionic functional groups, in the molecule, and has high hydrophilicity. In general, a method for using such ionic polymers as materials is to combine various anionic polymers with cationic polymers to form ionic complexes, and then prepare various materials depending on the properties of the complexes obtained.
リグニンスルホン酸とカチオン性高分子の組み合わせに関し、例えば、特許文献1には、リグニンスルホン酸とカチオン性高分子を複合化することで、成形性、柔軟性、弾性に加え、自己修復能を有するイオン複合材料が記載されている。特許文献2には、カチオン交換型(すなわちアニオン性)高分子であるリグニンスルホン酸とアニオン交換型(すなわちカチオン性)粘土鉱物から成るイオン複合型粘土組成物が記載されている。 Regarding the combination of lignin sulfonic acid and cationic polymers, for example, Patent Document 1 describes an ionic composite material that has moldability, flexibility, elasticity, and self-repairing ability by combining lignin sulfonic acid with a cationic polymer. Patent Document 2 describes an ionic composite clay composition that consists of lignin sulfonic acid, which is a cation exchange type (i.e., anionic) polymer, and an anion exchange type (i.e., cationic) clay mineral.
特許文献1に記されているイオン複合材料は、水系で複合体形成を行うことが可能であるが、乾燥後の成形体は湿度応答性が大きく空気中で吸湿し、高湿度下では形状が崩壊するという問題点があり、成形材料として工業的に利用するには課題があった。特許文献2に記載のイオン複合型粘土組成物は、成形体の形成を可能とし、水中での保形性に優れるものの、成形体の柔軟性に劣り、更にPEG400等の溶媒を含むことから、安全面での課題があった。 The ion composite material described in Patent Document 1 is capable of forming a complex in an aqueous system, but the dried molded body has a high humidity response, absorbing moisture in the air and collapsing in shape under high humidity, making it difficult to use industrially as a molding material. The ion composite clay composition described in Patent Document 2 makes it possible to form a molded body and has excellent shape retention in water, but the molded body has poor flexibility and contains solvents such as PEG 400, posing safety issues.
本発明は、実質的に溶媒を含まない状態で成形性が良好であり、成形後の耐湿性および保形性が良好であり、かつ、循環型資源であるリグニンスルホン酸を構成成分とするイオン複合体を提供することを課題とする。 The objective of the present invention is to provide an ion complex that has good moldability in a substantially solvent-free state, has good moisture resistance and shape retention after molding, and contains lignin sulfonic acid, which is a recyclable resource, as a constituent component.
すなわち、本発明は、以下の〔1〕~〔6〕を提供する。
〔1〕(A)リグニンスルホン酸系化合物、
(B)カチオン性高分子、及び
(C)ポリアニオン
から形成されるイオン複合体。
〔2〕ポリアニオンの重量平均分子量が3,000~1,000,000である、〔1〕に記載のイオン複合体。
〔3〕(C)成分の含有量が1~80重量%である、〔1〕又は〔2〕に記載のイオン複合体。
〔4〕(C)成分が、ポリアクリル酸またはポリスチレンスルホン酸を含む、〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載のイオン複合体。
〔5〕(A)成分が、リグニンスルホン酸、ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸、及びこれらの塩から選ばれる1種以上を含む、〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載のイオン複合体。
〔6〕(A)リグニンスルホン酸系化合物、
(B)カチオン性高分子、及び
(C)ポリアニオン
を混合する混合工程を含む、イオン複合体の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [6].
[1] (A) a lignosulfonic acid compound,
(B) a cationic polymer; and (C) an ionic complex formed from a polyanion.
[2] The ionic complex according to [1], wherein the weight average molecular weight of the polyanion is 3,000 to 1,000,000.
[3] The ionic complex according to [1] or [2], wherein the content of component (C) is 1 to 80% by weight.
[4] The ionic complex according to any one of [1] to [3], wherein the component (C) contains polyacrylic acid or polystyrene sulfonic acid.
[5] The ionic complex according to any one of [1] to [4], wherein the component (A) contains one or more selected from lignin sulfonic acid, polyethylene glycol-derivatized lignin sulfonic acid, and salts thereof.
[6] (A) lignosulfonic acid-based compound,
A method for producing an ionic complex, comprising a mixing step of mixing (B) a cationic polymer, and (C) a polyanion.
本発明によれば、乾燥等溶媒を除去することにより多様な形状に成形できる等」、成形性の良好なイオン複合体が提供され得る。イオン複合体は、成形された状態で、良好な耐湿性、保形性を示すことができ、良好な柔軟性を示すこともできる。 According to the present invention, an ion complex having good moldability can be provided, which can be molded into various shapes by removing the solvent by drying, etc. In the molded state, the ion complex can exhibit good moisture resistance and shape retention, and can also exhibit good flexibility.
[1.イオン複合体]
イオン複合体は、(A)~(C)成分から形成される。これにより、溶媒に対し可溶性又は懸濁性を示すことができ、各成分について以下説明する。
1. Ion Complexes
The ionic complex is formed from components (A) to (C), which allows it to exhibit solubility or suspendability in a solvent. Each component will be described below.
[1.1 (A)成分:リグニンスルホン酸系化合物に由来する構成単位]
-リグニンスルホン酸系化合物-
リグニンスルホン酸系化合物とは、リグニンのヒドロキシフェニルプロパン構造の側鎖α位の炭素が開裂してスルホ基が導入された骨格を有する化合物である。上記骨格部分の構造を式(1)に示す。
-Lignosulfonic acid compounds-
The lignin sulfonic acid compound is a compound having a skeleton in which a carbon atom at the α-position of the side chain of the hydroxyphenylpropane structure of lignin is cleaved to introduce a sulfo group. The structure of the skeleton is shown in formula (1).
リグニンスルホン酸系化合物は、上記式(1)で示される骨格を有する化合物の変性物(以下、「変性リグニンスルホン酸系化合物」ともいう)であってもよい。変性方法は特に限定されないが、加水分解、アルキル化、アルコキシル化、スルホン化、スルホン酸エステル化、スルホメチル化、アミノメチル化、脱スルホン化、ポリエチレングリコール化など化学的に変性する方法;リグニンスルホン酸系化合物を限外濾過により分子量分画する方法が例示される。このうち、化学的な変性方法としては、加水分解、アルコキシル化、脱スルホン化及びアルキル化、ポリエチレングリコール化から選ばれる1又は2以上の反応が好ましい。 The lignosulfonic acid compound may be a modified product of a compound having the skeleton represented by the above formula (1) (hereinafter, also referred to as a "modified lignosulfonic acid compound"). The modification method is not particularly limited, but examples include chemical modification methods such as hydrolysis, alkylation, alkoxylation, sulfonation, sulfonate esterification, sulfomethylation, aminomethylation, desulfonation, and polyethylene glycolation; and a method of molecular weight fractionation of the lignosulfonic acid compound by ultrafiltration. Of these, the chemical modification method is preferably one or more reactions selected from hydrolysis, alkoxylation, desulfonation, alkylation, and polyethylene glycolation.
ポリエチレングリコールで変性されたリグニンスルホン酸(ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸)の場合、変性に用いるポリエチレングリコールの分子量は、好ましくは1000~5000、より好ましくは1500~4000、更に好ましくは2000~3000である。ポリエチレングリコール変性リグニンスルホン酸に占めるポリエチレングリコールの比率(ポリエチレングリコール比率)は、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは30%以上である。上限は、通常70%以下である。 In the case of lignosulfonic acid modified with polyethylene glycol (polyethylene glycol-derivatized lignosulfonic acid), the molecular weight of the polyethylene glycol used for modification is preferably 1000 to 5000, more preferably 1500 to 4000, and even more preferably 2000 to 3000. The ratio of polyethylene glycol in the polyethylene glycol-modified lignosulfonic acid (polyethylene glycol ratio) is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, and even more preferably 30% or more. The upper limit is usually 70% or less.
リグニンスルホン酸系化合物は、塩の形態を取りうる。塩としては、例えば、一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩、有機アンモニウム塩が挙げられる。このうち、カルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、カルシウム・ナトリウム混合塩などが好ましい。 The lignin sulfonic acid compound may be in the form of a salt. Examples of salts include monovalent metal salts, divalent metal salts, ammonium salts, and organic ammonium salts. Of these, calcium salts, magnesium salts, sodium salts, and mixed calcium-sodium salts are preferred.
リグニンスルホン酸系化合物の製造方法及び由来は特に限定されず、天然物や合成品などいずれをも用いることができる。リグニンスルホン酸系化合物は、酸性条件下で木材を蒸解して得られる亜硫酸パルプの廃液の主成分のひとつである。このため、亜硫酸パルプ廃液由来のリグニンスルホン酸系化合物を用いることもできる。 There are no particular limitations on the manufacturing method or origin of lignosulfonic acid compounds, and either natural or synthetic products can be used. Lignosulfonic acid compounds are one of the main components of the waste liquor of sulfite pulp obtained by cooking wood under acidic conditions. For this reason, lignosulfonic acid compounds derived from sulfite pulp waste liquor can also be used.
リグニンスルホン酸系化合物(変性リグニンスルホン酸系化合物)は、市販品に豊富に含まれており、本発明においてはこのような市販品を用いてもよい。市販品としては、サンエキスP252(日本製紙社製)、サンエキスM(日本製紙社製)、パールレックスNP(日本製紙社製)、サンフローRH(日本製紙社製)、リグニンスルホン酸ナトリウム(東京化成工業社製)、リグニンスルホン酸ナトリウム塩(Merck社製)、リグニンスルホン酸カルシウム塩(Merck社製)などが例示される。 Lignin sulfonic acid compounds (modified lignin sulfonic acid compounds) are abundantly contained in commercially available products, and such commercially available products may be used in the present invention. Examples of commercially available products include Sunex P252 (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.), Sunex M (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.), Pearlex NP (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.), Sunflow RH (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.), sodium lignin sulfonate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), sodium lignin sulfonate (manufactured by Merck), and calcium lignin sulfonate (manufactured by Merck).
なお、リグニンスルホン酸の化学構造を、一般式などで一律に特定することは困難である。その理由は、リグニンスルホン酸系化合物の骨格であるリグニンが非常に複雑な分子構造をしているためである。 However, it is difficult to uniformly specify the chemical structure of lignosulfonic acid using a general formula or other method. This is because lignin, the backbone of lignosulfonic acid compounds, has an extremely complex molecular structure.
-リグニンスルホン酸系化合物の分子量-
リグニンスルホン酸系化合物の重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、好ましくは5,000~300,000、さらに好ましくは10,000~100,000である。重量平均分子量が5,000未満の場合、カチオン性高分子との複合性が悪化し、イオン複合体が不均一となる。重量平均分子量が300,000を超える場合、イオン複合体の成形性が悪化する。なお、本明細書における重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)にてポリエチレングリコール換算する公知の方法にて測定できる。
- Molecular weight of lignosulfonic acid compounds -
The weight average molecular weight of the lignin sulfonic acid compound is not particularly limited, but is preferably 5,000 to 300,000, more preferably 10,000 to 100,000. If the weight average molecular weight is less than 5,000, the complexability with the cationic polymer deteriorates, and the ionic complex becomes non-uniform. If the weight average molecular weight exceeds 300,000, the moldability of the ionic complex deteriorates. The weight average molecular weight in this specification can be measured by a known method using gel permeation chromatography (GPC) in terms of polyethylene glycol.
GPCの測定条件は特に限定されるものではないが、以下の条件を例示することができる。
測定装置;東ソー製
使用カラム;Shodex Column OH-pak SB-806HQ、SB-804HQ、SB-802.5HQ
溶離液;0.05mM硝酸ナトリウム/アセトニトリル 8/2(v/v)
標準物質;ポリエチレングリコール(東ソー製又はGLサイエンス製)
検出器;示差屈折計(東ソー製)
The measurement conditions for GPC are not particularly limited, but the following conditions can be exemplified.
Measurement equipment: Tosoh Columns used: Shodex Column OH-pak SB-806HQ, SB-804HQ, SB-802.5HQ
Eluent: 0.05 mM sodium nitrate/acetonitrile 8/2 (v/v)
Standard substance: polyethylene glycol (manufactured by Tosoh or GL Sciences)
Detector: Differential refractometer (manufactured by Tosoh)
(A)成分は、リグニンンスルホン酸系化合物1種類でもよいし、分子量、製造方法、由来等の異なる2種以上の組み合わせでもよい。 Component (A) may be one type of lignin sulfonic acid compound, or a combination of two or more types that differ in molecular weight, production method, origin, etc.
-(A)成分の含有量-
(A)成分の含有量は、特に限定されるものではなく、イオン複合体の組成や種類、量に応じて適宜調節すればよい。一例としては、イオン複合体100重量%に対し、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、さらに好ましくは15重量%以上である。上限は、好ましくは70重量%以下、より好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。これにより、イオン複合体の成形性の低下を抑制できる。従って、(A)成分の含有量は、5~70重量%が好ましく、10~60重量%がより好ましく、15~50重量%が更に好ましい。
--Content of component (A)--
The content of the (A) component is not particularly limited, and may be appropriately adjusted depending on the composition, type, and amount of the ionic complex. As an example, the content is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and even more preferably 15% by weight or more, based on 100% by weight of the ionic complex. The upper limit is preferably 70% by weight or less, more preferably 60% by weight or less, and even more preferably 50% by weight or less. This makes it possible to suppress a decrease in the moldability of the ionic complex. Therefore, the content of the (A) component is preferably 5 to 70% by weight, more preferably 10 to 60% by weight, and even more preferably 15 to 50% by weight.
[1.2 (B)成分:カチオン性高分子]
-カチオン性高分子-
本発明に用いられるカチオン性高分子としては、例えば、1級、2級、3級アミノ基、4級アンモニウム基およびイミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の官能基を有する高分子が挙げられ、1級、2級、3級アミノ基、4級アンモニウム基およびイミノ基のうち少なくとも1種以上の官能基を有する単一のモノマーに由来する構成単位から成る高分子が好ましい。カチオン性高分子としては、例えば、ポリ(エチレンイミン)、ポリ(アリルアミン)、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)、キトサン、カチオン化セルロース、カチオン化カルボキシメチルセルロース、カチオン化デンプン、カチオン化ヒアルロン酸、カチオン化グアーガム、α-ポリリジン、ε-ポリリジン、α-ポリオルニチン、δ-ポリオルニチン、リジン含有タンパク質、ポリ(ビニルピリジン)、ポリ(ビニルN-メチルピリジン)、ポリ{[3-(メタクリロイルアミノ)プロピル]トリメチルアンモニウム}、ポリ[(3-アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウム]、ポリ{[2-(メタクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウム}、ポリ{[2-(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウム};これらのカチオン性高分子の1級、2級、3級アミノ基を4級アンモニウム化したもの;ポリアルギニン、ポリ(ヘキサメチレンビグアニド)、ポリヘキサメチレングアニジン、シアノフィシン、アルギニン含有タンパク質などのイミノ基を有するカチオン性高分子が挙げられる。カチオン性高分子は、水溶性の観点から、上述の高分子の、塩酸塩などの無機酸塩、酢酸塩などの有機酸塩でもよい。
[1.2 Component (B): Cationic polymer]
-Cationic polymer-
Examples of the cationic polymer used in the present invention include polymers having at least one functional group selected from the group consisting of primary, secondary, and tertiary amino groups, quaternary ammonium groups, and imino groups, and polymers consisting of structural units derived from a single monomer having at least one functional group selected from the group consisting of primary, secondary, and tertiary amino groups, quaternary ammonium groups, and imino groups are preferred. Examples of the cationic polymer include poly(ethyleneimine), poly(allylamine), poly(diallyldimethylammonium chloride), chitosan, cationized cellulose, cationized carboxymethylcellulose, cationized starch, cationized hyaluronic acid, cationized guar gum, α-polylysine, ε-polylysine, α-polyornithine, δ-polyornithine, lysine-containing proteins, poly(vinylpyridine), poly(vinyl N-methylpyridine), poly{[3-(methacryloylamino)propyl]trimethylcellulose}. ammonium}, poly[(3-acrylamidopropyl)trimethylammonium], poly{[2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium}, poly{[2-(acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium}; cationic polymers in which the primary, secondary, and tertiary amino groups are converted to quaternary ammonium; and cationic polymers having an imino group, such as polyarginine, poly(hexamethylene biguanide), polyhexamethylene guanidine, cyanophycin, and arginine-containing proteins. From the viewpoint of water solubility, the cationic polymer may be an inorganic acid salt such as a hydrochloride, or an organic acid salt such as an acetate, of the above-mentioned polymers.
-カチオン性高分子の分子量-
カチオン性高分子の重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、好ましくは50,000~500,000、より好ましくは100,000~450,000、さらに好ましくは150,000~400,000である。
- Molecular weight of cationic polymer -
The weight average molecular weight of the cationic polymer is not particularly limited, but is preferably 50,000 to 500,000, more preferably 100,000 to 450,000, and even more preferably 150,000 to 400,000.
(B)成分は、カチオン性高分子1種類でもよいし、分子量、構造等の異なる2種以上の組み合わせでもよい。 Component (B) may be one type of cationic polymer, or a combination of two or more types with different molecular weights, structures, etc.
-(B)成分の含有量-
(B)成分の含有量は、特に限定されるものではなく、イオン複合体の組成や種類、量に応じて適宜調節すればよい。一例としては、イオン複合体100重量%に対し、好ましくは5重量%以上、より好ましくは15重量%以上、更に好ましくは20重量%以上である。上限は、好ましくは70重量%以下、より好ましくは65重量%以下、更に好ましくは60重量%以下である。これにより、イオン複合体の成形性の低下を抑制できる。従って、(B)成分の含有量は、5~70重量%が好ましく、15~65重量%がより好ましく、20~60重量%が更に好ましい。
--Content of component (B)--
The content of the (B) component is not particularly limited, and may be appropriately adjusted depending on the composition, type, and amount of the ionic complex. As an example, the content is preferably 5% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, and even more preferably 20% by weight or more, based on 100% by weight of the ionic complex. The upper limit is preferably 70% by weight or less, more preferably 65% by weight or less, and even more preferably 60% by weight or less. This makes it possible to suppress a decrease in the moldability of the ionic complex. Therefore, the content of the (B) component is preferably 5 to 70% by weight, more preferably 15 to 65% by weight, and even more preferably 20 to 60% by weight.
[1.3 (C)成分:ポリアニオン]
-ポリアニオン-
本発明に用いられるポリアニオンとしては、(A)成分以外であれば特に制限されない。例えば、アニオン性官能基を含む高分子が挙げられる。アニオン性官能基としては、例えば、スルホ基、カルボキシル基、フェノール性ヒドロキシ基、ホスホ基が挙げられる。ポリアニオンの分子量は、好ましくは3,000~1,000,000、より好ましくは5,000~500,000であるが、特に限定されない。ポリアニオンの例としては、例えば、カルボシル基を有する化合物(例えば、ポリアクリル酸)、スルホ基を有する化合物(例えば、ポリスチレンスルホン酸)が挙げられる。本発明に用いられるポリアニオンは、水溶性の観点から、ナトリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、アンモニウム塩などの塩でもよい。
[1.3 Component (C): Polyanion]
-Polyanion-
The polyanion used in the present invention is not particularly limited as long as it is other than the component (A). For example, a polymer containing an anionic functional group can be mentioned. Examples of the anionic functional group include a sulfo group, a carboxyl group, a phenolic hydroxy group, and a phospho group. The molecular weight of the polyanion is preferably 3,000 to 1,000,000, more preferably 5,000 to 500,000, but is not particularly limited. Examples of the polyanion include a compound having a carboxyl group (e.g., polyacrylic acid) and a compound having a sulfo group (e.g., polystyrene sulfonic acid). The polyanion used in the present invention may be a salt such as a sodium salt, a magnesium salt, a calcium salt, or an ammonium salt from the viewpoint of water solubility.
(C)成分は、ポリアニオン1種類でもよいし、分子量、構造等の異なる2種以上の混合物でもよい。 Component (C) may be one type of polyanion or a mixture of two or more types with different molecular weights, structures, etc.
-(C)成分の含有量-
(C)成分の含有量は、特に限定されるものではなく、イオン複合体の組成や種類、量に応じて適宜調節すればよい。一例としては、イオン複合体100重量%に対し、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上である。これにより、イオン複合体の耐湿性の低下を抑制できる。上限は、好ましくは80重量%以上、より好ましくは60重量%以上、更に好ましくは50重量%以上、更により好ましくは40重量%以上である。これにより、イオン複合体の成形性の低下を抑制でき、成形物が脆くなることを抑制できる。従って、(C)成分の含有量は、1~80重量%が好ましく、5~60重量%がより好ましく、5~50重量%が更に好ましく、5~40重量%が更により好ましい。
--Content of component (C)--
The content of the (C) component is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the composition, type, and amount of the ionic complex. As an example, the content is preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, relative to 100% by weight of the ionic complex. This can suppress the decrease in moisture resistance of the ionic complex. The upper limit is preferably 80% by weight or more, more preferably 60% by weight or more, even more preferably 50% by weight or more, and even more preferably 40% by weight or more. This can suppress the decrease in moldability of the ionic complex, and can suppress the molded product from becoming brittle. Therefore, the content of the (C) component is preferably 1 to 80% by weight, more preferably 5 to 60% by weight, even more preferably 5 to 50% by weight, and even more preferably 5 to 40% by weight.
[1.4 任意成分]
イオン複合体は、(A)~(C)成分以外の任意成分を必要に応じて含んでもよい。任意成分としては、例えば、酸化防止剤、防腐剤、安定剤、溶媒が挙げられる。
[1.4 Optional Components]
The ionic complex may contain optional components other than the components (A) to (C) as necessary, such as antioxidants, preservatives, stabilizers, and solvents.
溶媒としては、例えば、水;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジオキサンなどの水と混和し得る有機溶媒が好ましく、なかでも、安全面の観点から水が好ましい。 As the solvent, for example, water; organic solvents that are miscible with water, such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, glycerin, polyethylene glycol, formic acid, acetic acid, propionic acid, acetone, acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and dioxane, are preferred, and among these, water is preferred from the viewpoint of safety.
[1.5 イオン複合体の形態]
イオン複合体は、(A)~(C)成分から形成されていればよい。その形態は、例えば、各成分がイオン結合、水素結合等結合している形態、結合していない組成物の形態が挙げられる。
1.5 Morphology of Ionic Complexes
The ionic complex may be formed from components (A) to (C) in a form in which the components are bonded together by ionic bonds, hydrogen bonds, or the like, or in a form in which the components are not bonded together.
イオン複合体は、溶媒(例えば、水)に溶解又は懸濁(分散)した状態(液状)でもよいし、実質的に溶媒を含まない状態(固形状)でもよい。 The ionic complex may be in a liquid state, dissolved or suspended (dispersed) in a solvent (e.g., water), or may be substantially solvent-free (solid state).
[2.イオン複合体の調製方法]
イオン複合体の調製方法は、(A)~(C)成分を混合する混合工程を少なくとも含む方法であればよい。
2. Method for preparing ionic complexes
The method for preparing the ionic complex may be any method that includes at least a mixing step of mixing the components (A) to (C).
[2.1 混合工程]
混合工程における成分(A)~(C)の形態は、それぞれ、液体状、粉末状、固形状のいずれでもよいが、取扱い上の観点からは、液体状が好ましい。
[2.1 Mixing process]
The components (A) to (C) in the mixing step may each be in any form of liquid, powder, or solid, but from the viewpoint of handling, the components are preferably in liquid form.
混合の順序としては、例えば、成分(A)及び(B)を混合後、得られる混合物に成分(C)を添加混合;成分(A)及び(C)を混合後、得られる混合物に成分(B)を添加混合;成分(B)と(C)を混合後、得られる混合物に成分(A)を添加混合、が挙げられる。混合物は、固形状でもよいし液体状でもよい。成分(A)と(B)は、他の成分と混合前に予め溶媒と混合しておくことが好ましい。系内への添加と混合は同時に行ってもよい(例えば、ラインミキシング)。 The order of mixing may be, for example, mixing components (A) and (B), then adding and mixing component (C) to the resulting mixture; mixing components (A) and (C), then adding and mixing component (B) to the resulting mixture; mixing components (B) and (C), then adding and mixing component (A) to the resulting mixture. The mixture may be in a solid or liquid state. Components (A) and (B) are preferably mixed with a solvent before mixing with other components. Addition to the system and mixing may be performed simultaneously (e.g., line mixing).
[2.2 溶媒除去工程]
混合工程の後、必要に応じて、系内から(得られる溶液又は懸濁液から)溶媒を除去する溶媒除去工程を行ってもよい。溶媒の除去は、例えば、乾燥、沈殿によることができる。乾燥を行う場合の乾燥温度は、溶媒が除去される温度であればよい。水の場合、好ましくは30~150℃である。乾燥の際の湿度は、例えば30~70%の範囲で適宜設定できる。これにより、乾燥と共に調湿(例えば、水分量20重量%以下、好ましくは18重量%以下、下限は、例えば1重量%以上、好ましくは3重量%以上)を行うことができる。沈殿による溶媒除去の方法としては、例えば、溶媒が水の場合、溶液又は懸濁液を有機溶媒中に投入し、沈殿物をイオン複合体として回収する方法が挙げられる。
[2.2 Solvent removal step]
After the mixing step, a solvent removal step may be performed to remove the solvent from the system (from the resulting solution or suspension) as necessary. The solvent can be removed by, for example, drying or precipitation. The drying temperature when drying may be any temperature at which the solvent can be removed. In the case of water, the temperature is preferably 30 to 150° C. The humidity during drying can be appropriately set, for example, in the range of 30 to 70%. This allows humidity adjustment (for example, moisture content of 20% by weight or less, preferably 18% by weight or less, with a lower limit of, for example, 1% by weight or more, preferably 3% by weight or more) to be performed together with drying. As a method for removing the solvent by precipitation, for example, when the solvent is water, a method in which the solution or suspension is put into an organic solvent and the precipitate is collected as an ion complex can be mentioned.
[3.イオン複合体の用途]
イオン複合体は、溶媒を実質的に含まない状態で良好な耐湿性、保形性を発揮し得る、また柔軟性も良好である。そのため、イオン複合体は成形体として各種用途に利用できる。そのようなものとしては生分解性が期待される用途に適しており、例えば、農業用マルチフィルムや建築用カバーシート、プランター等が挙げられる。
[3. Uses of ion complexes]
The ion complex can exhibit good moisture resistance and shape retention even in a state substantially free of solvent, and also has good flexibility. Therefore, the ion complex can be used as a molded product for various applications. Such applications are suitable for applications where biodegradability is expected, such as agricultural mulch films, architectural cover sheets, planters, etc.
-物性の評価-
イオン複合体の保形性の評価方法は以下の方法で確認できる。調製したサンプルをダンベル型試験片(8号、JIS K 6251)の形状に打ち抜き、引張試験を行い、最大応力、ヤング率、靭性を測定し、これらの測定値があらかじめ用意した対照サンプル又は目標値よりも高いことを確認すればよい。耐湿性は、高湿度条件で保持して吸湿性を測定し、測定値があらかじめ用意した対照サンプル又は目標値よりも高いことを確認すればよい。
- Evaluation of physical properties -
The shape retention of the ion complex can be evaluated by the following method. The prepared sample is punched into the shape of a dumbbell-shaped test piece (No. 8, JIS K 6251), and a tensile test is performed to measure the maximum stress, Young's modulus, and toughness, and it is confirmed that these measured values are higher than those of a control sample prepared in advance or the target value. The moisture resistance can be confirmed by maintaining the sample under high humidity conditions and measuring the moisture absorption, and it is confirmed that the measured value is higher than those of a control sample prepared in advance or the target value.
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明する。しかしながら、本発明はもとより下記実施例により制限されるものではなく、前・後記述の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。なお、実施例中、特に断りの無い限り、「%」は重量%を示す。また、物性値等の測定方法は、別途記載がない限り、上記に記載した測定方法である。 The present invention will be explained in more detail below with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and can be practiced with appropriate modifications within the scope of the spirit of the above and below descriptions, all of which are within the technical scope of the present invention. In the examples, "%" means % by weight unless otherwise specified. Furthermore, the measurement methods for physical properties, etc. are the same as those described above, unless otherwise specified.
[実施例で使用した成分]
(1)成分(A):リグニンスルホン酸系化合物
リグニン1:TCI試薬リグニンスルホン酸ナトリウム(粉末、リグニンスルホン酸、重量平均分子量11,200、東京化成工業社製)
リグニン2:パールレックスNP(粉末、高純度リグニンスルホン酸、重量平均分子量16,100、日本製紙社製)
リグニン3:ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸1(36%水溶液、ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸、重量平均分子量38,000、ポリエチレングリコールの分子量2200、ポリエチレングリコール比率60%、日本製紙社製)
リグニン4:ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸2(35%水溶液、ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸、重量平均分子量30,000、ポリエチレングリコールの分子量2200、ポリエチレングリコール比率50%、日本製紙社製)
リグニン5:ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸3(33%水溶液、ポリエチレングリコール誘導体化リグニンスルホン酸、重量平均分子量56,000、ポリエチレングリコールの分子量2200、ポリエチレングリコール比率40%、日本製紙社製)
[Ingredients used in the examples]
(1) Component (A): Lignin sulfonic acid compound Lignin 1: TCI reagent sodium lignin sulfonate (powder, lignin sulfonic acid, weight average molecular weight 11,200, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Lignin 2: Pearlex NP (powder, high-purity lignin sulfonic acid, weight-average molecular weight 16,100, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.)
Lignin 3: Polyethylene glycol-derivatized lignosulfonic acid 1 (36% aqueous solution, polyethylene glycol-derivatized lignosulfonic acid, weight average molecular weight 38,000, molecular weight of polyethylene glycol 2200, polyethylene glycol ratio 60%, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.)
Lignin 4: Polyethylene glycol derivatized lignosulfonic acid 2 (35% aqueous solution, polyethylene glycol derivatized lignosulfonic acid, weight average molecular weight 30,000, molecular weight of polyethylene glycol 2200, polyethylene glycol ratio 50%, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.)
Lignin 5: Polyethylene glycol-derivatized lignosulfonic acid 3 (33% aqueous solution, polyethylene glycol-derivatized lignosulfonic acid, weight average molecular weight 56,000, molecular weight of polyethylene glycol 2200, polyethylene glycol ratio 40%, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.)
(2)成分(B):カチオン性高分子
カチオン1:ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)(20%水溶液、重量平均分子量200,000~350,000、Merck社製)
(2) Component (B): Cationic polymer Cation 1: Poly(diallyldimethylammonium chloride) (20% aqueous solution, weight average molecular weight 200,000 to 350,000, manufactured by Merck)
(3)成分(C):ポリアニオン
アニオン1:ポリアクリル酸25000(固形、重量平均分子量25,000、遊離酸タイプ、富士フイルム和光純薬社製)
アニオン2:ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(粉末、重量平均分子量70,000、Na塩タイプ、Merck社製)
(3) Component (C): Polyanion Anion 1: Polyacrylic acid 25000 (solid, weight average molecular weight 25,000, free acid type, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Anion 2: Sodium polystyrene sulfonate (powder, weight average molecular weight 70,000, Na salt type, manufactured by Merck)
[実施例1~9及び比較例1~6]
表1に記載の、リグニンスルホン酸系化合物(リグニン1~5)、カチオン性高分子(カチオン1)、ポリアニオン(アニオン1~2)を各20重量%水溶液に調製し、それぞれ表1に記載の配合比で均一に混合し、この混合物をフッ素樹脂製シャーレに移して温度30℃、相対湿度50%で乾燥、水分量が20重量%以下となるように調湿させることでイオン複合体を得た。なお、実施例6、7、比較例6の乾燥・調湿後の水分量は、それぞれ、8.1重量%、12.2重量%、6.6重量%であった。
[Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6]
The lignin sulfonic acid compounds (lignins 1 to 5), cationic polymers (cations 1), and polyanions (anions 1 to 2) shown in Table 1 were each prepared into 20% by weight aqueous solutions, which were then uniformly mixed in the ratios shown in Table 1. The mixture was transferred to a fluororesin petri dish, dried at a temperature of 30° C. and a relative humidity of 50%, and humidified to a moisture content of 20% by weight or less, to obtain an ion complex. The moisture contents after drying and humidification in Examples 6 and 7 and Comparative Example 6 were 8.1% by weight, 12.2% by weight, and 6.6% by weight, respectively.
表1中の配合比(%)は、イオン複合体の固形分総量に対する固形分での配合率%である。 The blending ratios (%) in Table 1 are the blending percentages of solids relative to the total solid content of the ionic complex.
-複合体の力学物性の評価-
各実施例、比較例で得られたサンプルについて、力学物性の評価を行った。調製したサンプルを30℃、相対湿度50%の恒温恒湿器の中で5日間静置した後、ダンベル型試験片(8号、JIS K 6251)の形状に打ち抜き、引張試験(大気中、引張速度50mm/min)を行った。引張試験では、最大応力、ヤング率、靭性が測定された。その結果を表2に示す。測定は3回行い、その平均値と標準誤差を記載した。
-Evaluation of mechanical properties of composites-
The mechanical properties of the samples obtained in each of the Examples and Comparative Examples were evaluated. The prepared samples were left to stand in a thermohygrostat at 30°C and 50% relative humidity for 5 days, and then punched out into the shape of a dumbbell-shaped test piece (No. 8, JIS K 6251) and subjected to a tensile test (in air, tensile speed 50 mm/min). In the tensile test, the maximum stress, Young's modulus, and toughness were measured. The results are shown in Table 2. The measurements were performed three times, and the average values and standard errors were recorded.
-形態(吸湿性)の評価-
各実施例、比較例で得られたサンプルについて、形態の評価を行った。調製したサンプルを相対湿度70%条件、80%条件でそれぞれ均質化させ、そのサンプルの形態を確認することで、吸湿性を評価した。形態の評価は、複合体サンプルを静置していたシャーレから剥離後、イオン複合体の表面が粘つかず形状を維持していれば「〇」、表面のみ若干液化し、シャーレからの剥離後、形状が崩壊すれば「△」、全体に亘り液化しておりシャーレからの剥離困難であれば「×」とした。この結果を表2に示す。
-Evaluation of morphology (hygroscopicity)-
The samples obtained in each Example and Comparative Example were evaluated for morphology. The prepared samples were homogenized under conditions of 70% and 80% relative humidity, respectively, and the hygroscopicity was evaluated by checking the morphology of the samples. The morphology was evaluated as follows: if the surface of the ion complex was not sticky and maintained its shape after peeling from the petri dish in which the complex sample was placed, it was marked "Good"; if only the surface was slightly liquefied and the shape collapsed after peeling from the petri dish, it was marked "Good"; if the entire sample was liquefied and difficult to peel from the petri dish, it was marked "Poor." The results are shown in Table 2.
実施例1~9に記載のイオン複合体は、比較例1~6に記載のポリアニオンを添加していない同一組成比率のイオン複合体と比較して、最大応力やヤング率などの引張剛性または靭性のような耐破断度のいずれかが少なくとも向上していることがわかる。また更に、吸湿性においても、相対湿度70%や80%条件においても、イオン複合体が相対的に形状を維持しており、ポリアニオンの添加により、湿度への抵抗性が優れることがわかる。一方で、比較例1、3~6に記載のイオン複合体では、ポリアニオンを含まないことで、相対湿度80%の環境下でイオン複合体が吸湿し、べた付きが生じることで、イオン複合体として取り扱いが困難になっていることがわかる。比較例2では、イオン複合体としての取り扱いは可能であるものの、形態維持性には劣り、高湿度条件下での使用に適さないことがわかる。 The ionic complexes described in Examples 1 to 9 are found to have at least improved tensile stiffness such as maximum stress and Young's modulus, or resistance to breakage such as toughness, compared to the ionic complexes of the same composition ratio not containing polyanion described in Comparative Examples 1 to 6. Furthermore, in terms of hygroscopicity, the ionic complexes relatively maintain their shape even under conditions of relative humidity of 70% and 80%, and it is found that the addition of polyanion provides excellent resistance to humidity. On the other hand, the ionic complexes described in Comparative Examples 1 and 3 to 6 do not contain polyanion, and therefore absorb moisture in an environment of relative humidity of 80%, causing stickiness, making them difficult to handle as ionic complexes. Comparative Example 2 can be handled as an ionic complex, but is poor in shape retention and is not suitable for use under high humidity conditions.
Claims (6)
(B)カチオン性高分子、及び
(C)ポリアニオン
から形成され
(B)カチオン性高分子がポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)を含み、
(C)ポリアニオンがポリアクリル酸またはポリスチレンスルホン酸を含む、
イオン複合体。 (A) a lignosulfonic acid compound,
(B) a cationic polymer; and (C) a polyanion.
(B) the cationic polymer comprises poly(diallyldimethylammonium chloride);
(C) the polyanion comprises polyacrylic acid or polystyrene sulfonic acid;
Ionic complexes.
(B)カチオン性高分子、及び
(C)ポリアニオン
を混合する混合工程を含み、
(B)カチオン性高分子がポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)を含み、
(C)ポリアニオンがポリアクリル酸またはポリスチレンスルホン酸を含む、
イオン複合体の製造方法。 (A) a lignosulfonic acid compound,
(B) a cationic polymer; and (C) a polyanion ,
(B) the cationic polymer comprises poly(diallyldimethylammonium chloride);
(C) the polyanion comprises polyacrylic acid or polystyrene sulfonic acid ;
Method for producing ionic complexes.
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