JP7767751B2 - Dispersion and Sheet - Google Patents
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Description
本発明は、分散液及びシートに関する。具体的に、本発明は、微細繊維状セルロースを含む分散液及びシートに関する。 The present invention relates to a dispersion and a sheet. Specifically, the present invention relates to a dispersion and a sheet containing fine fibrous cellulose.
従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。例えば、微細繊維状セルロースを含むシートや樹脂複合体、増粘剤の開発が進められている。 Cellulose fibers have traditionally been widely used in clothing, absorbent articles, paper products, and more. In addition to fibrous cellulose with a fiber diameter of 10 μm to 50 μm, fine fibrous cellulose with a fiber diameter of 1 μm or less is also known as a cellulose fiber. Fine fibrous cellulose has attracted attention as a new material, and its applications are diverse. For example, development is underway for sheets, resin composites, and thickeners containing fine fibrous cellulose.
微細繊維状セルロースは、セルロース繊維を解繊処理することで製造可能である。しかし、セルロース繊維同士は水素結合により強く結合しているため、単純に解繊処理を行うのみでは、微細繊維状セルロースを得るまでに膨大なエネルギーが必要となる。このため、より小さな解繊処理エネルギーで微細繊維状セルロースを製造するために、解繊処理と合わせて、化学処理や酵素処理といった前処理を行うことが有効であることが知られている。例えば、セルロース繊維の化学処理により、セルロース繊維にイオン性置換基を導入すると、セルロース繊維が容易に微細化し、さらに微細化後の分散安定性も高まることが知られている。 Fine fibrous cellulose can be produced by defibrating cellulose fibers. However, because cellulose fibers are strongly bonded to each other by hydrogen bonds, simply defibrating the fibers requires a huge amount of energy to obtain fine fibrous cellulose. For this reason, it is known that in order to produce fine fibrous cellulose with less defibration energy, it is effective to combine defibration with pretreatment such as chemical or enzymatic treatment. For example, it is known that introducing ionic substituents into cellulose fibers through chemical treatment of cellulose fibers can easily finely reduce the cellulose fibers, and further improve dispersion stability after finely reducing the fibers.
微細繊維状セルロースを分散液とした場合、その分散安定性を確保するために低濃度の分散液の状態とすることが多い。しかしながら、このような場合、輸送や保管に供される物のほとんどは水等の溶媒であり、微細繊維状セルロースの単位数量当たりの輸送コストや保管コストが高くなる傾向にある。このため、微細繊維状セルロースの単位数量当たりの輸送コストや保管コストを削減するために、微細繊維状セルロース分散液に凝集剤等を添加して、微細繊維状セルロースを凝集させ、得られた凝集物を輸送や保管することも検討されている。そして、この凝集物を使用する際には、凝集物を水等の溶媒に再分散させ、得られた再分散液を各種用途に使用している。 When fine fibrous cellulose is made into a dispersion, it is often in the form of a low-concentration dispersion to ensure its dispersion stability. However, in such cases, most of the material used for transportation and storage is a solvent such as water, which tends to increase the transportation and storage costs per unit quantity of fine fibrous cellulose. For this reason, in order to reduce the transportation and storage costs per unit quantity of fine fibrous cellulose, one approach that has been considered is to add a flocculant to the fine fibrous cellulose dispersion to agglomerate the fine fibrous cellulose, and then transport and store the resulting agglomerates. When using these agglomerates, they are redispersed in a solvent such as water, and the resulting redispersion is used for various purposes.
例えば、特許文献1及び2には、凝集剤として多価金属を含む微細繊維状セルロース含有物が開示されている。これらの文献の実施例では、アルカリ条件下で微細繊維状セルロース含有物を再分散させることで、再分散性を高めることが検討されている。また、特許文献3には、アニオン変性セルロースナノファイバー分散液に一定量の1価又は2価の金属イオンを含有させる工程が開示されており、これにより、セルロースナノファイバー分散液の流動性を向上させることが検討されている。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose fine fibrous cellulose-containing materials that contain polyvalent metals as flocculants. In the examples of these documents, improving redispersibility is studied by redispersing the fine fibrous cellulose-containing materials under alkaline conditions. Furthermore, Patent Document 3 discloses a process for adding a certain amount of monovalent or divalent metal ions to an anion-modified cellulose nanofiber dispersion, thereby improving the fluidity of the cellulose nanofiber dispersion.
特許文献4には、イオン性置換基を有する微細繊維と、二価以上の金属を含むシートが開示されている。ここでは、置換基を有する微細繊維含有シートを二価以上の金属イオンで処理することにより、高い透明性を維持しつつ、湿潤条件でも膨潤・破断せず、一定以上の強度を有するシートを提供することが検討されている。また、特許文献5には、少なくとも一部のカルボキシ基が金属で置換されたセルロースフィルムが開示されている。特許文献4及び5においては、微細繊維含有シートもしくはフィルムを形成した後に、金属イオン処理(イオン交換処理)が行われている。 Patent Document 4 discloses a sheet containing fine fibers having ionic substituents and a divalent or higher metal. It is studied here how to provide a sheet that maintains high transparency, does not swell or break even under humid conditions, and has a certain level of strength by treating a substituted fine fiber-containing sheet with a divalent or higher metal ion. Furthermore, Patent Document 5 discloses a cellulose film in which at least some of the carboxyl groups have been substituted with a metal. In Patent Documents 4 and 5, a metal ion treatment (ion exchange treatment) is carried out after the formation of a fine fiber-containing sheet or film.
微細繊維状セルロース分散液に多価金属等の凝集剤を添加して、微細繊維状セルロース凝集物を得た際には、使用時等において凝集物が優れた再分散性を発揮することが求められている。従来技術においては、再分散に用いる溶媒をアルカリ条件とすることで、微細繊維状セルロースの再分散性を高めることが検討されていた。しかしながら、このような場合、得られる再分散液もアルカリ性となり、再分散液の用途が限定されたり、取り扱い容易性が劣るなどの問題があった。そして、このような再分散液からシートを形成した場合にはシートが黄変するといった課題もあった。一方、微細繊維状セルロースの再分散性が十分ではない場合には、再分散液の透明性が劣り、このような再分散液から形成されるシートの透明性も十分ではないという問題もあった。 When a flocculant such as a polyvalent metal is added to a fine fibrous cellulose dispersion to obtain a fine fibrous cellulose aggregate, the aggregate is required to exhibit excellent redispersibility during use. In prior art, attempts have been made to improve the redispersibility of fine fibrous cellulose by making the solvent used for redispersion alkaline. However, in such cases, the resulting redispersion also becomes alkaline, posing problems such as limited uses for the redispersion and reduced ease of handling. Furthermore, when a sheet is formed from such a redispersion, the sheet yellows, which is an issue. On the other hand, when the redispersibility of the fine fibrous cellulose is insufficient, the transparency of the redispersion is poor, and the transparency of the sheet formed from such a redispersion is also insufficient.
また、特許文献4及び5に開示されているように、微細繊維状セルロースシート(フィルム)を形成した後に、多価金属イオンを導入し、シートのガスバリア性などを向上させる技術も知られているが、微細繊維状セルロースシート(フィルム)を溶液に浸漬させてイオン交換処理を行った場合、イオン交換が十分に進行せずにシートが黄変する場合があり、改善が求められていた。 In addition, as disclosed in Patent Documents 4 and 5, a technique is known in which polyvalent metal ions are introduced into a fine fibrous cellulose sheet (film) after it has been formed to improve the gas barrier properties of the sheet. However, when the fine fibrous cellulose sheet (film) is immersed in a solution for ion exchange treatment, the ion exchange may not proceed sufficiently, causing the sheet to yellow, and improvements have been sought.
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、多価金属イオンを含む微細繊維状セルロース凝集物を再分散させて得られる分散液であって、透明性が高くかつ耐黄変性に優れるシートを形成し得る分散液を提供することを目的として検討を進めた。 In order to solve these problems of the prior art, the inventors have conducted research with the aim of providing a dispersion obtained by redispersing fine fibrous cellulose aggregates containing polyvalent metal ions, which can be used to form a sheet that is highly transparent and has excellent yellowing resistance.
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。 Specifically, the present invention has the following configuration:
[1] アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む分散液であって、
前記繊維状セルロースにおける前記アニオン性基の導入量が0.5mmol/g未満であり、
前記繊維状セルロースは、前記アニオン性基の対イオンとして多価金属イオンを有し、
前記繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の電気伝導度が20mS/m以下であり、
前記繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液のヘーズが10%以下である、分散液。
[2] 前記繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液の全光線透過率が85%以上である、[1]に記載の分散液。
[3] 前記繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液のpHが4~9である、[1]又は[2]に記載の分散液。
[4] 前記アニオン性基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基、ザンテート基、ザンテート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、[1]~[3]のいずれかに記載の分散液。
[5] 前記アニオン性基がリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基である、[1]~[4]のいずれかに記載の分散液。
[6] 前記多価金属イオンが、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン及びアルミニウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種である、[1]~[5]のいずれかに記載の分散液。
[7] 前記繊維状セルロースの繊維幅が10nm以下である、[1]~[6]のいずれかに記載の分散液。
[8] [1]~[7]のいずれかに記載の分散液から形成されるシート。
[9] 厚みが40μm以上である、[8]に記載のシート。
[10] 前記シートを160℃で6時間加熱した場合、下記式により算出されるYI増加率が1600%以下である[8]又は[9]に記載のシート;
YI増加率(%)=(加熱後のシートの黄色度-加熱前のシートの黄色度)/加熱前のシートの黄色度×100
上記式において、シートの黄色度はJIS K 7373:2006に準拠して測定した黄色度である。
[11] 全光線透過率が70%以上である、[8]~[10]のいずれかに記載のシート。
[12] ヘーズが10%以下である、[8]~[11]のいずれかに記載のシート。
[1] A dispersion containing fibrous cellulose having an anionic group and a fiber width of 1000 nm or less,
the amount of the anionic group introduced into the fibrous cellulose is less than 0.5 mmol/g;
the fibrous cellulose has a polyvalent metal ion as a counter ion of the anionic group,
the electrical conductivity of the dispersion containing 0.4% by mass of the fibrous cellulose is 20 mS/m or less;
A dispersion having a haze of 10% or less when the dispersion contains 0.2% by mass of the fibrous cellulose.
[2] The dispersion according to [1], wherein the dispersion contains 0.2% by mass of the fibrous cellulose and has a total light transmittance of 85% or more.
[3] The dispersion according to [1] or [2], wherein the pH of the dispersion when containing 0.4% by mass of the fibrous cellulose is 4 to 9.
[4] The anionic group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a substituent derived from a phosphorus oxoacid group, a sulfur oxoacid group, a substituent derived from a sulfur oxoacid group, a xanthate group, a substituent derived from a xanthate group, a carboxy group, and a substituent derived from a carboxy group. [1] The dispersion liquid according to any one of [3] to [4].
[5] The dispersion liquid according to any one of [1] to [4], wherein the anionic group is a phosphorus oxo acid group or a substituent derived from a phosphorus oxo acid group.
[6] The dispersion liquid according to any one of [1] to [5], wherein the polyvalent metal ion is at least one selected from the group consisting of calcium ions, magnesium ions, zinc ions, and aluminum ions.
[7] The dispersion according to any one of [1] to [6], wherein the fiber width of the fibrous cellulose is 10 nm or less.
[8] A sheet formed from the dispersion according to any one of [1] to [7].
[9] The sheet according to [8], having a thickness of 40 μm or more.
[10] The sheet according to [8] or [9], wherein when the sheet is heated at 160°C for 6 hours, the YI increase rate calculated by the following formula is 1600% or less;
YI increase rate (%)=(yellowing index of sheet after heating−yellowing index of sheet before heating)/yellowing index of sheet before heating×100
In the above formula, the yellowness of the sheet is the yellowness measured in accordance with JIS K 7373:2006.
[11] The sheet according to any one of [8] to [10], which has a total light transmittance of 70% or more.
[12] The sheet according to any one of [8] to [11], having a haze of 10% or less.
本発明によれば、多価金属イオンを含む微細繊維状セルロース凝集物を再分散させて得られる分散液であって、透明性が高くかつ耐黄変性に優れるシートを形成し得る分散液を得ることができる。 According to the present invention, a dispersion can be obtained by redispersing fine fibrous cellulose aggregates containing polyvalent metal ions, which can be used to form a sheet that is highly transparent and has excellent yellowing resistance.
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 following explanation of the components may be based on representative embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
(分散液)
本実施形態は、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む分散液である。ここで、繊維状セルロースにおけるアニオン性基の導入量が0.5mmol/g未満であり、繊維状セルロースは、アニオン性基の対イオンとして多価金属イオンを有する。そして、繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の電気伝導度は20mS/m以下であり、繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液のヘーズは10%以下である。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又はCNFともいう。
(Dispersion liquid)
This embodiment relates to a dispersion containing fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less. Here, the amount of anionic groups introduced into the fibrous cellulose is less than 0.5 mmol/g, and the fibrous cellulose has polyvalent metal ions as counterions of the anionic groups. The dispersion containing 0.4% by mass of fibrous cellulose has an electrical conductivity of 20 mS/m or less, and the dispersion containing 0.2% by mass of fibrous cellulose has a haze of 10% or less. In this specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is also referred to as fine fibrous cellulose or CNF.
本実施形態は上記構成を有するため、透明性が高くかつ耐黄変性に優れるシートを形成することができる。例えば、本実施形態の分散液から微細繊維状セルロースを含むシートを形成した場合に、透明性の高いシートを得ることができる。また、本実施形態によれば、該シートを加熱した場合であっても、シートの黄変を抑制することができる。具体的に、本実施形態では、微細繊維状セルロースを含むシートを形成し、該シートを160℃で6時間加熱した場合にYI増加率を低く抑えることができる。このように、本実施形態の分散液を用いることで、透明性が高く、かつ耐黄変性に優れるシートを形成することができる。 The present embodiment has the above-described configuration, making it possible to form a sheet that is highly transparent and has excellent yellowing resistance. For example, when a sheet containing fine fibrous cellulose is formed from the dispersion of the present embodiment, a highly transparent sheet can be obtained. Furthermore, according to the present embodiment, yellowing of the sheet can be suppressed even when the sheet is heated. Specifically, in the present embodiment, when a sheet containing fine fibrous cellulose is formed and heated at 160°C for 6 hours, the YI increase rate can be kept low. In this way, by using the dispersion of the present embodiment, a sheet that is highly transparent and has excellent yellowing resistance can be formed.
繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の電気伝導度は20mS/m以下であればよく、15mS/m以下であることが好ましく、10mS/m以下であることがより好ましく、5mS/m以下であることがさらに好ましい。なお、繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の電気伝導度の下限値は特に限定されるものではなく、0mS/mであってもよい。分散液の電気伝導度を上記範囲内とすることにより、透明性が高く、かつ耐黄変性に優れるシートを形成することができ、特に、高温条件下であっても優れた耐黄変性を発揮し得るシートを形成することができる。また、分散液の電気伝導度を上記範囲内とすることにより、分散液の取り扱い容易性を高めることもできる。 When the dispersion contains 0.4% by mass of fibrous cellulose, the electrical conductivity of the dispersion may be 20 mS/m or less, preferably 15 mS/m or less, more preferably 10 mS/m or less, and even more preferably 5 mS/m or less. The lower limit of the electrical conductivity of the dispersion when the dispersion contains 0.4% by mass of fibrous cellulose is not particularly limited and may be 0 mS/m. By ensuring that the electrical conductivity of the dispersion is within the above range, a sheet with high transparency and excellent yellowing resistance can be formed, and in particular, a sheet that can exhibit excellent yellowing resistance even under high-temperature conditions can be formed. Furthermore, by ensuring that the electrical conductivity of the dispersion is within the above range, the ease of handling of the dispersion can be improved.
繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の電気伝導度は、電気伝導度計により測定される。なお、測定の際の分散液の液温は23℃とする。電気伝導度計としては、東亜ディーケーケー株式会社製、CT-57101Bを用いることができる。なお、分散液を希釈して0.4質量%濃度とする場合には、イオン交換水を用いて希釈した後に電気伝導度の測定を行う。また、分散液を濃縮して0.4質量%濃度とする場合には、室温条件下で分散液を0.1μm目開きの中空糸膜にクロスフロー通液した後に電気伝導度の測定を行う。 The electrical conductivity of a dispersion containing 0.4% by mass of fibrous cellulose is measured using an electrical conductivity meter. The temperature of the dispersion during measurement is 23°C. A CT-57101B manufactured by DKK-TOA Corporation can be used as the electrical conductivity meter. When diluting the dispersion to a concentration of 0.4% by mass, the electrical conductivity is measured after dilution with ion-exchanged water. When concentrating the dispersion to a concentration of 0.4% by mass, the electrical conductivity is measured after the dispersion is cross-flowed through a hollow fiber membrane with 0.1 μm openings at room temperature.
繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の電気伝導度の値が所定値以下であることは、例えば、繊維状セルロースの着色を促進するH+やOH-が少ないことを示す。また、分散液のpHが同一であったとしても、電気伝導度が低い分散液においては、イオン性物質の絶対量や水中における移動度が低くなっている。このように、分散液の電気伝導度を所定値以下とすることにより、イオン性物質の移動度を低下させることができ、その結果、着色成分の重合反応などを触媒しづらくなり、着色抑制が達成されるものと推定される。 When the dispersion contains 0.4% by mass of fibrous cellulose, the electrical conductivity of the dispersion is equal to or less than a predetermined value, which indicates, for example, that there is a small amount of H + and OH- , which promote the discoloration of the fibrous cellulose. Furthermore, even if the pH of the dispersion is the same, a dispersion with low electrical conductivity has a low absolute amount of ionic substances and a low mobility in water. Thus, by setting the electrical conductivity of the dispersion to a predetermined value or less, the mobility of the ionic substances can be reduced, which makes it difficult for them to catalyze the polymerization reaction of the coloring component, thereby presumably achieving coloration suppression.
繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液のヘーズは10%以下であればよく、8%以下であることが好ましく、7%以下であることがより好ましく、6%以下であることがさらに好ましい。なお、繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液のヘーズの下限値は特に限定されるものではなく、0%であってもよい。分散液のヘーズを上記範囲内とすることにより、透明性が高く、かつ耐黄変性に優れるシートを形成することができる。なお、分散液のヘーズが上記範囲内にあることは、分散液中において繊維状セルロースの分散性が良好であることを意味している。このため、分散液のヘーズが上記範囲内であれば、より透明性に優れたシートを形成することができる。 When the dispersion contains 0.2% by mass of fibrous cellulose, the haze of the dispersion may be 10% or less, preferably 8% or less, more preferably 7% or less, and even more preferably 6% or less. The lower limit of the haze of the dispersion when the dispersion contains 0.2% by mass of fibrous cellulose is not particularly limited and may be 0%. By maintaining the haze of the dispersion within the above range, a sheet with high transparency and excellent yellowing resistance can be formed. Having the haze of the dispersion within the above range means that the fibrous cellulose is well dispersible in the dispersion. Therefore, when the haze of the dispersion is within the above range, a sheet with even better transparency can be formed.
繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液の全光線透過率は85%以上であることが好ましく、87%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましく、95%以上であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液の全光線透過率の上限値は特に限定されるものではなく、100%であってもよい。 The total light transmittance of a dispersion containing 0.2% by mass of fibrous cellulose is preferably 85% or more, more preferably 87% or more, even more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. There is no particular upper limit to the total light transmittance of a dispersion containing 0.2% by mass of fibrous cellulose, and it may be 100%.
繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液のヘーズは、ヘーズメーターで、光路長1cmの液体用ガラスセルを用いて、JIS K 7136:2000に準拠して測定する。また、繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液の全光線透過率は、ヘーズメーターで、光路長1cmの液体用ガラスセルを用いて、JIS K 7361-1:1997に準拠して測定する。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行い、測定時の分散液の液温は23℃とする。なお、ヘーズメーターとしては、株式会社村上色彩技術研究所製のHM-150を、液体用ガラスセルとしては、株式会社藤原製作所製、MG-40(逆光路)を用いることができる。分散液を希釈して0.2質量%濃度とする場合には、イオン交換水を用いて希釈した後にヘーズや全光線透過率の測定を行う。また、分散液を濃縮して0.2質量%濃度とする場合には、室温条件下で分散液を0.1μm目開きの中空糸膜にクロスフロー通液した後にヘーズや全光線透過率の測定を行う。 The haze of a dispersion containing 0.2% by mass of fibrous cellulose is measured using a haze meter and a glass liquid cell with a 1-cm optical path length in accordance with JIS K 7136:2000. The total light transmittance of a dispersion containing 0.2% by mass of fibrous cellulose is measured using a haze meter and a glass liquid cell with a 1-cm optical path length in accordance with JIS K 7361-1:1997. Zero-point measurements are performed using ion-exchanged water placed in the same glass cell, with the dispersion temperature at 23°C during measurement. The haze meter used can be the HM-150 manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd., and the glass liquid cell used can be the MG-40 (reverse optical path) manufactured by Fujiwara Seisakusho Co., Ltd. When diluting the dispersion to a 0.2% by mass concentration, the haze and total light transmittance are measured after dilution with ion-exchanged water. Furthermore, when the dispersion is concentrated to a concentration of 0.2% by mass, the dispersion is passed through a hollow fiber membrane with a 0.1 μm opening at room temperature via crossflow, and then the haze and total light transmittance are measured.
繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液のpHは、4以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましい。また、繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液のpHは、9以下であることが好ましく、8以下であることがより好ましい。分散液のpHを上記範囲内とすることにより、透明性が高く、かつ耐黄変性に優れるシートを形成することができ、特に、高温条件下であっても優れた耐黄変性を発揮し得るシートを形成することができる。なお、繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液のpHは、pHメーターにより測定される値であり、測定時の分散液の液温は23℃とする。分散液を希釈して0.4質量%濃度とする場合には、イオン交換水を用いて希釈した後にpHの測定を行う。また、分散液を濃縮して0.4質量%濃度とする場合には、室温条件下で分散液を0.1μm目開きの中空糸膜にクロスフロー通液した後にpHの測定を行う。 When the dispersion contains 0.4% by mass of fibrous cellulose, the pH of the dispersion is preferably 4 or higher, and more preferably 5 or higher. When the dispersion contains 0.4% by mass of fibrous cellulose, the pH of the dispersion is preferably 9 or lower, and more preferably 8 or lower. By maintaining the pH of the dispersion within the above range, a sheet with high transparency and excellent yellowing resistance can be formed, and in particular, a sheet that exhibits excellent yellowing resistance even under high temperature conditions can be formed. The pH of the dispersion containing 0.4% by mass of fibrous cellulose is measured using a pH meter, and the temperature of the dispersion during measurement is 23°C. When diluting the dispersion to a concentration of 0.4% by mass, the pH is measured after dilution with ion-exchanged water. When concentrating the dispersion to a concentration of 0.4% by mass, the pH is measured after cross-flowing the dispersion through a hollow fiber membrane with 0.1 μm openings at room temperature.
繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の粘度は、7000mPa・s以上であることが好ましく、7500mPa・s以上であることがより好ましく、8000mPa・s以上であることがさらに好ましい。また、繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の粘度は、200000mPa・s以下であることが好ましく、100000mPa・s以下であることがより好ましく、50000mPa・s以下であることがさらに好ましい。分散液の粘度を上記範囲内とすることにより、透明性が高く、かつ耐黄変性に優れるシートを形成することができる。また、分散液の粘度を上記範囲内とすることにより、分散液を各種用途に用いることができ、分散液からシートを形成する際の取り扱い容易性を高めることもできる。なお、繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の粘度は、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌した後に、B型粘度計を用いて測定する。測定の際には、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を分散液の粘度とする。なお、測定対象の分散液の液温は23℃とする。B型粘度計としては、BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVTを用いることができる。分散液を希釈して0.4質量%濃度とする場合には、イオン交換水を用いて希釈した後に粘度の測定を行う。また、分散液を濃縮して0.4質量%濃度とする場合には、室温条件下で分散液を0.1μm目開きの中空糸膜にクロスフロー通液した後に粘度の測定を行う。 When the dispersion contains 0.4% by mass of fibrous cellulose, the viscosity is preferably 7,000 mPa·s or more, more preferably 7,500 mPa·s or more, and even more preferably 8,000 mPa·s or more. When the dispersion contains 0.4% by mass of fibrous cellulose, the viscosity is preferably 200,000 mPa·s or less, more preferably 100,000 mPa·s or less, and even more preferably 50,000 mPa·s or less. By maintaining the viscosity of the dispersion within the above range, it is possible to form a sheet with high transparency and excellent yellowing resistance. Furthermore, by maintaining the viscosity of the dispersion within the above range, the dispersion can be used for various applications and can also improve ease of handling when forming a sheet from the dispersion. The viscosity of the dispersion containing 0.4% by mass of fibrous cellulose is measured using a Brookfield viscometer after stirring in a disperser at 1,500 rpm for 5 minutes. The measurement is performed at a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of measurement is taken as the viscosity of the dispersion. The temperature of the dispersion to be measured is 23°C. A Brookfield T-LVT analog viscometer can be used as the Brookfield viscometer. When diluting the dispersion to a 0.4% by mass concentration, the viscosity is measured after diluting it with ion-exchanged water. When concentrating the dispersion to a 0.4% by mass concentration, the viscosity is measured after cross-flowing the dispersion through a hollow fiber membrane with 0.1 μm openings at room temperature.
分散液中に含まれる繊維状セルロースの含有量は、分散液の全質量に対して、0.01質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.2質量%以上であることがさらに好ましい。また、分散液中に含まれる繊維状セルロースの含有量の上限値は特に限定されるものではないが、例えば、20質量%とすることができる。 The content of fibrous cellulose in the dispersion is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and even more preferably 0.2% by mass or more, relative to the total mass of the dispersion. There is no particular upper limit to the content of fibrous cellulose in the dispersion, but it can be, for example, 20% by mass.
分散液中に含まれる溶媒含有量は、分散液の全質量に対して、99.99質量%以下であることが好ましく、99.9質量%以下であることがより好ましく、99.8質量%以下であることがより好ましい。また、分散液中に含まれる溶媒含有量は、分散液の全質量に対して、80質量%以上であることが好ましい。分散液の溶媒は水であることが好ましく、本実施形態における分散液は水分散液であることが好ましい。 The solvent content in the dispersion is preferably 99.99% by mass or less, more preferably 99.9% by mass or less, and even more preferably 99.8% by mass or less, based on the total mass of the dispersion. Furthermore, the solvent content in the dispersion is preferably 80% by mass or more, based on the total mass of the dispersion. The solvent for the dispersion is preferably water, and the dispersion in this embodiment is preferably an aqueous dispersion.
なお、分散液中には、溶媒として有機溶媒が含まれていてもよい。有機溶媒としては、例えば、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挙げられる。アルコール類としては、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、例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、例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、例えば酢酸エチル、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。分散液中に有機溶媒が含まれる場合には、水と有機溶媒の合計含有量が上記範囲内であることが好ましい。 The dispersion may contain an organic solvent. Examples of organic solvents include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, and aprotic polar solvents. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin. Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK). Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Examples of esters include ethyl acetate and butyl acetate. Examples of aprotic polar solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP). When the dispersion contains an organic solvent, it is preferable that the total content of water and the organic solvent be within the above range.
本実施形態の分散液は、多価金属イオンを含む微細繊維状セルロース凝集物を再分散させて得られる再分散液である。具体的には、微細繊維状セルロースの分散液に多価金属を含む凝集剤を添加することで繊維状セルロース凝集物を得ることができ、それを水等の溶媒に再分散させることで再分散液を得ることができる。繊維状セルロース凝集物を再分散させる溶媒として上記溶媒が挙げられるが、溶媒は水であることが好ましい。 The dispersion of this embodiment is a redispersion obtained by redispersing fine fibrous cellulose aggregates containing polyvalent metal ions. Specifically, fibrous cellulose aggregates can be obtained by adding a flocculant containing a polyvalent metal to a dispersion of fine fibrous cellulose, and a redispersion can be obtained by redispersing the fibrous cellulose aggregates in a solvent such as water. Examples of solvents for redispersing fibrous cellulose aggregates include the above-mentioned solvents, but water is preferably used as the solvent.
(微細繊維状セルロース)
本実施形態の分散液は、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含む。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、20nm以下であることがさらに好ましく、10nm以下であることが特に好ましい。また、繊維状セルロースの繊維幅は2nm以上であることが好ましい。なお、繊維状セルロースにおけるアニオン性基の導入量は0.5mmol/g未満である。
(Fine fibrous cellulose)
The dispersion of this embodiment contains fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, even more preferably 20 nm or less, and particularly preferably 10 nm or less. The fiber width of the fibrous cellulose is preferably 2 nm or more. The amount of anionic groups introduced into the fibrous cellulose is less than 0.5 mmol/g.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、例えば1000nm以下である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、例えば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20nm以下であることが一層好ましく、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、例えば単繊維状のセルロースである。 The average fiber width of fibrous cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of 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, even more preferably 2 nm or more and 20 nm or less, and particularly preferably 2 nm or more and 10 nm or less. Note that fibrous cellulose is, for example, monofilament cellulose.
繊維状セルロースの繊維幅は、例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 or more and 0.1% by mass or less 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 can be observed. Next, electron microscope images are observed at magnifications of 1000x, 5000x, 10000x, or 50000x, depending on the width of the fibers to be observed. However, the sample, observation conditions, and magnification should be adjusted to meet 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 line X is drawn at any point in the observed image, and 20 or more fibers intersect with the line X.
(2) Draw a line Y that intersects the line perpendicularly within the same image, and 20 or more fibers intersect the 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平均繊維幅とする。 For observation images that satisfy the above conditions, the widths of the fibers that intersect with lines X and Y are visually read. In this way, three or more sets of observation images are obtained of at least the surface portions that do not overlap each other. Next, for each image, the widths of the fibers that intersect with lines X and Y are read. In this way, the widths of at least 20 fibers x 2 x 3 = 120 fibers are read. The average of the read fiber widths is then taken as the 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、例えば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、例えば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 keeping the fiber length within the above range, destruction of the crystalline regions of the fibrous cellulose can be suppressed. It also becomes possible to keep the slurry viscosity of the fibrous cellulose within an appropriate range. The fiber length of the fibrous cellulose can be determined, for example, by image analysis using 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。繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、例えば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。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)。 Fibrous cellulose preferably has a type I crystal structure. The presence of type I crystal structure in fibrous cellulose can be identified by a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418 Å) monochromated with graphite. Specifically, it can be identified by the presence of two typical peaks at two positions: 2θ=14° to 17° and 2θ=22° to 23°. The proportion of type I crystal structure in the fibrous cellulose is 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. The degree of crystallinity can be determined by measuring the X-ray diffraction profile and using the pattern in a conventional manner (Seagal et al., Textile Research Journal, Vol. 29, p. 786, 1959).
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、特に限定されないが、例えば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。また、軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 The axial ratio (fiber length/fiber width) of the fibrous cellulose is not particularly limited, but is preferably, for example, 20 to 10,000, and more preferably 50 to 1,000. By setting the axial ratio at or above the lower limit, it becomes easier to form a sheet containing fibrous cellulose. Furthermore, by setting the axial ratio at or below the upper limit, it becomes easier to handle the fibrous cellulose, for example, by diluting it when handling it as a dispersion.
繊維状セルロースは、例えば結晶領域と非結晶領域をともに有している。結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が上記範囲内にある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。 For example, fibrous cellulose has both crystalline and amorphous regions. Fibrous cellulose having both crystalline and amorphous regions and an axial ratio within the above range can be achieved by the method for producing fine fibrous cellulose described below.
繊維状セルロースは、アニオン性基を有する。アニオン性基は、エステル結合を解して繊維状セルロースに連結する基であることが好ましい。この場合、エステル結合は、繊維状セルロースの水酸基とアニオン性基となる化合物の脱水縮合で形成される。 The fibrous cellulose has anionic groups. The anionic groups are preferably groups that are linked to the fibrous cellulose via ester bonds. In this case, the ester bonds are formed by dehydration condensation between the hydroxyl groups of the fibrous cellulose and a compound that becomes the anionic group.
アニオン性基としては、例えばリンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)、カルボキシ基又はカルボキシ基に由来する置換基(単にカルボキシ基ということもある)、硫黄オキソ酸基又は硫黄オキソ酸基に由来する置換基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)、ザンテート基又はザンテート基に由来する置換基(単にザンテート基ということもある)、ホスホン基又はホスホン基に由来する置換基、ホスフィン基又はホスフィン基に由来する置換基、スルホン基又はスルホン基に由来する置換基、カルボキシアルキル基(カルボキシメチル基を含む)等を挙げることができる。中でも、アニオン性基は、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、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基、ザンテート基及びザンテート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、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、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基であることが特に好ましい。アニオン性基を適宜選択することにより、より透明性に優れ、かつ耐黄変性に優れたシートを得ることができる。 Examples of anionic groups include phosphorus oxoacid groups or substituents derived from phosphorus oxoacid groups (sometimes simply referred to as phosphorus oxoacid groups), carboxy groups or substituents derived from carboxy groups (sometimes simply referred to as carboxy groups), sulfur oxoacid groups or substituents derived from sulfur oxoacid groups (sometimes simply referred to as sulfur oxoacid groups), xanthate groups or substituents derived from xanthate groups (sometimes simply referred to as 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 (including carboxymethyl groups). Among these, the anionic group is preferably 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 sulfur oxoacid group, a substituent derived from a sulfur oxoacid group, a xanthate group, and a substituent derived from a xanthate group; more preferably 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 sulfur oxoacid group, and a substituent derived from a sulfur oxoacid group; and particularly preferably a phosphorus oxoacid group or a substituent derived from a phosphorus oxoacid group. By appropriately selecting the anionic group, a sheet with excellent transparency and yellowing resistance can be obtained.
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(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). Multiple types of substituents represented by the following formula (1) may be introduced into each fibrous cellulose. In this case, the multiple 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 (where 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 all 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 derivative thereof. Furthermore, 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。 Saturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, n-propyl, or n-butyl groups. Saturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propyl or t-butyl groups. Saturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentyl or cyclohexyl groups. Unsaturated linear hydrocarbon groups include, but are not limited to, vinyl or allyl groups. Unsaturated branched hydrocarbon groups include, but are not limited to, i-propenyl or 3-butenyl groups. Unsaturated cyclic hydrocarbon groups include, but are not limited to, cyclopentenyl or cyclohexenyl groups. Aromatic groups include, but are not limited to, phenyl or naphthyl groups.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、カルボキシレート基(-COO-)、ヒドロキシ基、アミノ基及びアンモニウム基などの官能基から選択される少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リンオキソ酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。なお、式(1)中にRが複数個存在する場合や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。 Furthermore, examples of the derivative group in R include, but are not limited to, functional groups in which at least one functional group selected from the group consisting of a carboxy group, a carboxylate group (—COO − ), a hydroxy group, an amino group, and an ammonium group is added to or substituted on the main chain or side chain of the above-mentioned hydrocarbon groups. The number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R within the above range, the molecular weight of the phosphorus oxoacid group can be set within an appropriate range, facilitating penetration into the fiber raw material and increasing the yield of finely divided cellulose fibers. When multiple R groups are present in formula (1) or when multiple types of substituents represented by formula (1) are introduced into the fibrous cellulose, the multiple R groups may be the same or different.
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機オニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機オニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、式(1)中にβb+が複数個存在する場合や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。本実施形態においては、βb+の少なくとも一部は多価金属イオンである。 β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic or inorganic substance. Examples of the monovalent or higher cation composed of an organic substance include organic onium ions. Examples of the organic onium ions include organic ammonium ions and organic onium ions. Examples of the organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of the organic onium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of the monovalent or higher cation composed 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, and ammonium ions. When multiple β b+ groups exist in formula (1) or when multiple types of substituents represented by formula (1) are introduced into the fibrous cellulose, the multiple β b + groups may be the same or different. In this embodiment, at least a portion of the β b+ groups is a polyvalent metal ion.
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 specific examples of the phosphorus oxo acid group or substituent derived from a phosphorus oxo acid group include a phosphate group (-PO 3 H 2 ), a salt of a phosphate group, a phosphorous acid (phosphonic acid) group (-PO 2 H 2 ), and a salt of a phosphite (phosphonic acid) group. Furthermore, the phosphorus oxo acid group or the substituent derived from a phosphorus oxo acid 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), or the like.
また、硫黄オキソ酸基(硫黄オキソ酸基又は硫黄オキソ酸基に由来する置換基)は、例えば下記式(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。 Furthermore, the sulfur oxoacid group (a sulfur oxoacid group or a substituent derived from a sulfur oxoacid group) is, for example, a substituent represented by the following formula (2). Multiple types of substituents represented by the following formula (2) may be introduced into each fibrous cellulose. In this case, the multiple introduced substituents represented by the following formula (2) may be the same or different.
上記構造式中、bおよびnは自然数であり、pは0または1であり、mは任意の数である(ただし、1=b×mである)。なお、nが2以上である場合、複数あるpは同一の数であってもよく、異なる数であってもよい。上記構造式中、βb+は有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、有機オニウムイオンを挙げることができる。有機オニウムイオンとしては、例えば、有機アンモニウムイオンや有機オニウムイオンを挙げることができる。有機アンモニウムイオンとしては、例えば、脂肪族アンモニウムイオンや芳香族アンモニウムイオンを挙げることができ、有機オニウムイオンとしては、例えば、脂肪族ホスホニウムイオンや芳香族ホスホニウムイオンを挙げることができる。無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属のイオン、水素イオン、アンモニウムイオン等が挙げられる。なお、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。本実施形態においては、βb+の少なくとも一部は多価金属イオンである。 In the structural formula, b and n are natural numbers, p is 0 or 1, and m is any number (wherein 1 = b × m). When n is 2 or greater, the multiple p's may be the same or different. In the structural formula, β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic or inorganic substance. Examples of the monovalent or higher cation composed of an organic substance include organic onium ions. Examples of the organic onium ions include organic ammonium ions and organic onium ions. Examples of the organic ammonium ions include aliphatic ammonium ions and aromatic ammonium ions, and examples of the organic onium ions include aliphatic phosphonium ions and aromatic phosphonium ions. Examples of the monovalent or higher cation composed 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, and ammonium ions. When multiple types of substituents represented by the above formula (2) are introduced into the fibrous cellulose, the multiple β b+ may be the same or different. In this embodiment, at least a portion of β b+ is a polyvalent metal ion.
アニオン性基の含有量(導入量)は、例えば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.50mmol/g未満であればよく、0.40mmol/g以下であることが好ましく、0.30mmol/g以下であることがより好ましく、0.25mmol/g以下であることがさらに好ましく、0.15mmol/g以下であることが特に好ましい。なお、繊維状セルロースにおけるアニオン性基の導入量は、0.01mmol/g以上であることが好ましく、0.03mmol/g以上であることがより好ましく、0.04mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.05mmol/g以上であることが一層好ましく、0.07mmol/g以上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、アニオン性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。アニオン性基の導入量を上記範囲内とすることにより、透明性に優れ、より耐黄変性に優れたシートが得られやすくなる。 The content (introduction amount) of the anionic group may be, for example, less than 0.50 mmol/g per 1 g (mass) of fibrous cellulose, preferably 0.40 mmol/g or less, more preferably 0.30 mmol/g or less, even more preferably 0.25 mmol/g or less, and particularly preferably 0.15 mmol/g or less. The amount of the anionic group introduced into the fibrous cellulose is preferably 0.01 mmol/g or more, more preferably 0.03 mmol/g or more, even more preferably 0.04 mmol/g or more, even more preferably 0.05 mmol/g or more, and particularly preferably 0.07 mmol/g or more. Here, the denominator in the unit mmol/g indicates the mass of the fibrous cellulose when the counter ion of the anionic group is a hydrogen ion (H + ). By setting the amount of the anionic group introduced within the above range, it becomes easier to obtain a sheet with excellent transparency and better yellowing resistance.
アニオン性基の含有量(導入量)が上記範囲内にある繊維状セルロースは、例えば、後述するような置換基除去処理工程を経て得られるものである。すなわち、本実施形態における繊維状セルロースは置換基除去処理後の繊維状セルロースである。 Fibrous cellulose having an anionic group content (introduced amount) within the above range is obtained, for example, through a substituent removal treatment process as described below. In other words, the fibrous cellulose in this embodiment is fibrous cellulose after substituent removal treatment.
繊維状セルロースに対するアニオン性基の導入量は、例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 anionic groups introduced into fibrous cellulose can be measured, for example, by neutralization titration. Measurement by neutralization titration involves adding an alkali, such as aqueous sodium hydroxide solution, to a slurry containing the obtained fibrous cellulose, and measuring the change in pH to determine the amount introduced.
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、例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(又はリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図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 added dropwise to 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 object may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, the change in pH is observed while adding aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve such as that shown in the upper part of Figure 1 is obtained. The titration curve shown in the upper part of Figure 1 plots the measured pH against the amount of alkali added, while the titration curve shown in the lower part of Figure 1 plots the pH increment (derivative value) (1/mmol) against the amount of alkali added. In this neutralization titration, two points are identified in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, where the increment (derivative value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized. Of these, the first maximum point of the increment after starting to add the alkali is called the first endpoint, and the next maximum point of the increment is called the second endpoint. The amount of alkali required from the start of titration to the first endpoint is equal to the amount of first dissociated acid of the fibrous cellulose contained in the slurry used for titration, the amount of alkali required from the first endpoint to the second endpoint is equal to the amount of 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 endpoint 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 endpoint by the solids 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 amount of phosphorus oxo acid group), it refers to the amount of first dissociated acid.
In FIG. 1 , the region from the start of titration to the first endpoint is referred to as the first region, and the region from the first endpoint to the second endpoint is referred to as the second region. For example, when the phosphorus oxoacid group is a phosphate group and this phosphate group undergoes condensation, the amount of weakly acidic groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to herein as the second dissociated acid amount) appears to decrease, and the amount of alkali required in the second region is smaller than the amount of alkali required in the first region. On the other hand, the amount of strongly acidic groups in the phosphorus oxoacid group (also referred to herein as the first dissociated acid amount) corresponds to the amount of phosphorus atoms regardless of whether condensation occurs. Furthermore, when the phosphorus oxoacid group is a phosphite group, the phosphorus oxoacid group no longer contains weakly acidic groups, so the amount of alkali required in the second region is reduced or may even be zero. In this case, there is only one point on 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(例えば、Naは23、Alは9)
The above-mentioned amount of introduced phosphorus oxoacid groups (mmol/g) indicates the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the acid-form fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (acid form)), since the denominator indicates the mass of the acid-form fibrous cellulose. On the other hand, when the counter ions of the phosphorus oxoacid groups are substituted with any cation C so as to be charge equivalent, the amount of phosphorus oxoacid groups possessed by the fibrous cellulose with the cation C as the counter ion (hereinafter referred to as the amount of phosphorus oxoacid groups (C form)) can be determined by converting the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion.
That is, it is calculated using 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、アニオン性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、例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 added dropwise to a dispersion containing fibrous cellulose having carboxy groups as anionic groups and pH. The amount of carboxy groups introduced into the fibrous cellulose is measured, for example, as follows.
First, a dispersion containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. If necessary, the measurement object may be subjected to a defibration treatment similar to the defibration treatment step described below before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin.
Next, the change in pH was observed while adding aqueous sodium hydroxide solution, and a titration curve such as that shown in the upper part of Figure 2 was obtained. The titration curve shown in the upper part of Figure 2 plots the measured pH against the amount of alkali added, while the titration curve shown in the lower part of Figure 2 plots the pH increment (differential value) (1/mmol) against the amount of alkali added. In this neutralization titration, a single point was identified in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali added) was maximized. This maximum point is referred to as the first endpoint. The region from the start of titration to the first endpoint in Figure 2 is referred to as the first region. The amount of alkali required in the first region is equal to the amount of carboxy groups in the dispersion used for titration. The amount of alkali introduced (mmol/g) was then calculated by dividing the amount of alkali required in the first region of the titration curve (mmol) by the solids content (g) in the dispersion containing the fibrous cellulose to be titrated.
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(例えば、Naは23、Alは9)
The above-mentioned amount of carboxy groups introduced (mmol/g) indicates the amount of carboxy groups in the acid-form fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (acid form)), since the denominator is the mass of the acid-form fibrous cellulose. On the other hand, when the counter ions of the carboxy groups are substituted with any cation C so as to be the charge equivalent, the amount of carboxy groups in the fibrous cellulose in which the cation C is the counter ion (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (C form)) can be determined by converting the denominator to the mass of the fibrous cellulose when the cation C is the counter ion. That is, it is calculated using the following formula:
Amount of carboxyl group (C type)=Amount of carboxyl group (acid type)/{1+(W-1)×(Amount of carboxyl group (acid type))/1000}
W: Formula weight per valence of cation C (for example, Na is 23, Al is 9)
滴定法によるアニオン性基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液1滴の滴下量が多すぎる場合や、滴定間隔が短すぎる場合、本来より低いアニオン性基量となるなど正確な値が得られないことがある。適切な滴下量、滴定間隔としては、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を5~30秒に10~50μLずつ滴定するなどが望ましい。また、繊維状セルロース含有スラリーに溶解した二酸化炭素の影響を排除するため、例えば、滴定開始の15分前から滴定終了まで、窒素ガスなどの不活性ガスをスラリーに吹き込みながら測定するなどが望ましい。 When measuring the amount of anionic groups using titration, adding too much sodium hydroxide solution or adding too little time between titrations can result in an inaccurate value, resulting in a lower anionic group content than expected. An appropriate amount and titration interval is, for example, titrating 10 to 50 μL of 0.1 N sodium hydroxide solution every 5 to 30 seconds. Additionally, to eliminate the effects of carbon dioxide dissolved in the fibrous cellulose-containing slurry, it is advisable to perform measurements while blowing an inert gas such as nitrogen gas into the slurry, for example, 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過塩素酸と濃硝酸を用いて湿式灰化した後に、適当な倍率で希釈してICP発光分析により硫黄量を測定することで算出することができる。硫黄量を、供試した繊維状セルロースの絶乾質量で除した値が硫黄オキソ酸基又はスルホン基(単位:mmol/g)である。 The amount of sulfur oxoacid groups or sulfonic acid groups introduced into fibrous cellulose can be calculated by wet ashing the fibrous cellulose using perchloric acid and concentrated nitric acid, diluting it at an appropriate ratio, and measuring the amount of sulfur by ICP atomic emission spectrometry. The amount of sulfur divided by the bone-dry mass of the fibrous cellulose used is the amount of sulfur oxoacid groups or sulfonic acid groups (unit: mmol/g).
繊維状セルロースに対するザンテート基量の導入量は、Bredee法により以下の方法で測定することができる。まず、繊維状セルロース1.5質量部(絶乾質量)に飽和塩化アンモニウム溶液を40mL添加し、ガラス棒でサンプルを潰しながらよく混合し、約15分間放置後、GFPろ紙(ADVANTEC社製GS-25)でろ過して、飽和塩化アンモニウム溶液で十分に洗浄する。次いで、サンプルをGFPろ紙ごと500mLのトールビーカーに入れ、0.5M水酸化ナトリウム溶液(5℃)を50mL添加して撹拌し、15分間放置する。溶液がピンク色になるまでフェノールフタレイン溶液を添加した後、1.5M酢酸を添加して、溶液がピンク色から無色になった点を中和点とする。中和後蒸留水を250mL添加してよく撹拌し、1.5M酢酸10mL、0.05mol/Lヨウ素溶液10mLをホールピペットを使用して添加する。そして、この溶液を0.05mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定し、チオ硫酸ナトリウムの滴定量、繊維状セルロースの絶乾質量より次式からザンテート基量を算出する。
ザンテート基量(mmol/g)=(0.05×10×2-0.05×チオ硫酸ナトリウム滴定量(mL))/1000/繊維状セルロースの絶乾質量(g)
The amount of xanthate group introduced into fibrous cellulose can be measured by the Breedee method using the following method. First, 40 mL of saturated ammonium chloride solution was added to 1.5 parts by mass (bone dry mass) of fibrous cellulose, and the sample was crushed with a glass rod while mixing thoroughly. After leaving for about 15 minutes, the sample was filtered through GFP filter paper (GS-25 manufactured by ADVANTEC Co., Ltd.) and thoroughly washed with saturated ammonium chloride solution. Next, the sample was placed in a 500 mL tall beaker with the GFP filter paper, and 50 mL of 0.5 M sodium hydroxide solution (5 ° C.) was added and stirred, and the mixture was left for 15 minutes. After adding phenolphthalein solution until the solution turned pink, 1.5 M acetic acid was added, and the point at which the solution changed from pink to colorless was taken as the neutralization point. After neutralization, 250 mL of distilled water was added and stirred thoroughly, and 10 mL of 1.5 M acetic acid and 10 mL of 0.05 mol / L iodine solution were added using a whole pipette. Then, this solution is titrated with a 0.05 mol/L sodium thiosulfate solution, and the amount of xanthate groups is calculated using the following formula from the titration amount of sodium thiosulfate and the bone dry mass of the fibrous cellulose.
Amount of xanthate group (mmol/g) = (0.05 × 10 × 2 - 0.05 × sodium thiosulfate titration amount (mL)) / 1000 / bone dry mass of fibrous cellulose (g)
(多価金属イオン)
繊維状セルロースは、上述したアニオン性基の対イオンとして多価金属イオンを有する。本明細書において、多価金属イオンは、2価以上の金属イオンであり、多価金属イオンは2価の金属イオンであることが好ましい。本実施形態の分散液中において、多価金属イオンの少なくとも一部は、アニオン性基と静電相互作用によりイオン結合を形成してることが好ましい。また、分散液中には、遊離した多価金属元素や多価金属イオンが存在していてもよい。
(polyvalent metal ions)
The fibrous cellulose has polyvalent metal ions as counter ions of the anionic groups. In this specification, the polyvalent metal ions are metal ions with a valence of two or more, and the polyvalent metal ions are preferably divalent metal ions. In the dispersion of this embodiment, at least a portion of the polyvalent metal ions preferably form ionic bonds with the anionic groups through electrostatic interaction. In addition, free polyvalent metal elements or polyvalent metal ions may be present in the dispersion.
多価金属イオンは、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン、アルミニウムイオン、ニッケルイオン、銅イオン及びコバルトイオン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、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン及びアルミニウムイオン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、カルシウムイオン、マグネシウムイオン及び亜鉛イオン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い。多価金属イオンとして、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン又はアルミニウムイオンを選択することで、より着色が抑制された分散液やシートを得ることができる。 The polyvalent metal ion is preferably at least one selected from the group consisting of calcium ions, magnesium ions, zinc ions, aluminum ions, nickel ions, copper ions, and cobalt ions, more preferably at least one selected from the group consisting of calcium ions, magnesium ions, zinc ions, and aluminum ions, and even more preferably at least one selected from the group consisting of calcium ions, magnesium ions, and zinc ions. By selecting calcium ions, magnesium ions, zinc ions, or aluminum ions as the polyvalent metal ion, it is possible to obtain a dispersion or sheet with more suppressed coloration.
多価金属イオンは、後述する微細繊維状セルロース分散液の製造工程のイオン交換工程において、金属塩(多価金属塩)として添加される成分に由来する。このような多価金属塩は、微細繊維状セルロースを凝集させる働きをするため、凝集剤と呼ぶこともできる。多価金属塩は、前述した多価金属イオンの硫酸塩、塩化物、硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩であって、水に溶解するものであることが好ましい。具体的に、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)、硫酸マグネシウム、硫酸鉄、硫酸銅、硫酸亜鉛、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、塩化ニッケル、塩化コバルト、塩化銅、塩化鉄、塩化鉛、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、炭酸水素カルシウム等が挙げられる。2価以上の金属イオンを含む金属塩としては、上記塩のうち1種のみが添加されてもよく、2種以上が添加されてもよい。中でも、2価以上の金属イオンを含む金属塩としては、硫酸マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸銅、塩化カルシウム、塩化ニッケル及び塩化コバルトからなる群から選択される少なくとも1種を用いることが好ましく、硫酸マグネシウム、硫酸亜鉛及び塩化カルシウムからなる群から選択される少なくとも1種を用いることがより好ましい。 The polyvalent metal ions are derived from components added as metal salts (polyvalent metal salts) during the ion exchange process in the production process of the microfibrous cellulose dispersion, described below. Such polyvalent metal salts can also be referred to as flocculants because they function to flocculate the microfibrous cellulose. The polyvalent metal salts are preferably sulfates, chlorides, nitrates, carbonates, or phosphates of the aforementioned polyvalent metal ions, and are water-soluble. Specific examples of polyvalent metal salts include aluminum sulfate (aluminum sulfate), magnesium sulfate, iron sulfate, copper sulfate, zinc sulfate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, calcium chloride, magnesium chloride, nickel chloride, cobalt chloride, copper chloride, iron chloride, lead chloride, calcium nitrate, magnesium nitrate, and calcium bicarbonate. Metal salts containing divalent or higher metal ions may be added singly or in combination. Among these, it is preferable to use at least one metal salt selected from the group consisting of magnesium sulfate, zinc sulfate, copper sulfate, calcium chloride, nickel chloride, and cobalt chloride as the metal salt containing a divalent or higher metal ion, and it is more preferable to use at least one metal salt selected from the group consisting of magnesium sulfate, zinc sulfate, and calcium chloride.
(任意成分)
分散液中には、繊維状セルロースと多価金属イオンに加えて任意成分(添加剤)が含まれていてもよい。任意成分としては、例えば、界面活性剤、カップリング剤、無機層状化合物、無機化合物、レベリング剤、防腐剤、消泡剤、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線防御剤、染料、顔料、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、分散剤、架橋剤等を挙げることができる。また、分散液は、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 ingredient)
The dispersion may contain optional components (additives) in addition to the fibrous cellulose and polyvalent metal ions. Examples of optional components include surfactants, coupling agents, inorganic layered compounds, inorganic compounds, leveling agents, preservatives, antifoaming agents, organic particles, lubricants, antistatic agents, UV protection agents, dyes, pigments, stabilizers, magnetic powders, alignment promoters, plasticizers, dispersants, and crosslinking agents. The dispersion may also contain optional components such as hydrophilic polymers, hydrophilic low-molecular-weight compounds, and organic ions.
親水性高分子としては、たとえばカルボキシビニルポリマー;ポリビニルアルコール;メタクリル酸アルキル・アクリル酸コポリマー;ポリビニルピロリドン;ポリビニルメチルエーテル;ポリアクリル酸ナトリウム等のポリアクリル酸塩;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;変性ポリエステル;変性ポリイミド;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール;ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン等のポリカチオン;ポリアニオン;両性イオン型のポリマー;キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、アルギン酸の金属塩、プルラン、サクラン、およびペクチンなどに例示される増粘性多糖類;カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースなどに例示されるセルロース誘導体;カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、デキストリン、およびアミロースなどに例示されるデンプン類;ポリグリセリンなどのグリセリン類;ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩;カゼインなどのタンパク質類等を挙げることができる。また、これらの親水性高分子の共重合体であってもよい。 Hydrophilic polymers include, for example, carboxyvinyl polymers; polyvinyl alcohol; alkyl methacrylate-acrylic acid copolymers; polyvinylpyrrolidone; polyvinyl methyl ether; polyacrylates such as sodium polyacrylate; alkyl acrylate copolymers; urethane copolymers; modified polyesters; modified polyimides; polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol; polycations such as polyacrylamide and polyethyleneimine; polyanions; amphoteric polymers; xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, and quince seeds. Examples of suitable hydrophilic polymers include thickening polysaccharides such as alginic acid, metal salts of alginic acid, pullulan, sacran, and pectin; cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose; starches such as cationized starch, raw starch, oxidized starch, etherified starch, esterified starch, dextrin, and amylose; glycerins such as polyglycerin; hyaluronic acid, metal salts of hyaluronic acid; and proteins such as casein. Copolymers of these hydrophilic polymers may also be used.
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 ions and tetrabutylonium ions include tetra-n-propylonium ion and tetra-n-butylonium ion, respectively.
(微細繊維状セルロース分散液の製造方法)
微細繊維状セルロース分散液の製造方法は、セルロースを含む繊維原料にアニオン性基を導入するアニオン性基導入工程、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、解繊処理工程の後には、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部を除去する工程(A)を含み、工程(A)の後に、均一分散処理する工程(B)、イオン交換工程及び再分散(均一分散)工程をさらに含むことが好ましい。本実施形態における、微細繊維状セルロース分散液の製造方法は、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部を除去する工程(A)、均一分散処理する工程(B)、イオン交換工程及び再分散(均一分散)工程をこの順に有することが好ましい。なお、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。アニオン性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が例示される。また、均一分散処理する工程(B)や再分散(均一分散)工程では、高速解繊機又は高圧ホモジナイザーを用いて凝集物の再分散を行うことが好ましい。
(Method for producing fine fibrous cellulose dispersion)
The method for producing a fine fibrous cellulose dispersion preferably comprises, in this order: an anionic group introduction step for introducing anionic groups into a cellulose-containing fiber raw material; a washing step; an alkali treatment step (neutralization step); and a defibration treatment step. After the defibration treatment step, the method preferably comprises step (A) for removing some of the anionic groups from fine fibrous cellulose having anionic groups and having a fiber width of 1000 nm or less. After step (A), the method preferably further comprises step (B) for uniform dispersion treatment, an ion exchange step, and a redispersion (uniform dispersion) step. The method for producing a fine fibrous cellulose dispersion in this embodiment preferably comprises, in this order: step (A) for removing some of the anionic groups from fine fibrous cellulose having anionic groups and having a fiber width of 1000 nm or less; step (B) for uniform dispersion treatment; an ion exchange step, and a redispersion (uniform dispersion) step. Note that an acid treatment step may be included instead of or in addition to the washing step. Examples of the anionic group introduction step include a phosphorus oxoacid group introduction step, a carboxyl group introduction step, a sulfur oxoacid group introduction step, and a xanthate group introduction step. In the uniform dispersion treatment step (B) and the redispersion (uniform dispersion) step, it is preferable to redisperse the aggregates using a high-speed defibrator or a high-pressure homogenizer.
工程(A)は、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部を除去する工程である。以下では、まず、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロース(工程(A)に供される微細繊維状セルロース)の製造方法について説明し、その後に、工程(A)、均一分散処理する工程(B)、イオン交換工程及び再分散(均一分散)工程について説明する。 Step (A) is a step of removing some of the anionic groups from fine fibrous cellulose that has anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less. Below, we will first explain the method for producing fine fibrous cellulose that has anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less (the fine fibrous cellulose that is subjected to step (A)), and then explain step (A), step (B) of uniform dispersion treatment, the ion exchange step, and the redispersion (uniform dispersion) step.
<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、例えば木材パルプ、非木材パルプ、及び脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、例えば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)及び酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)及びケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)及びサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、特に限定されないが、例えばコットンリンター及びコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら及びバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、特に限定されないが、例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、例えば木材パルプ及び脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、例えば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
<Fiber raw materials>
Fine fibrous cellulose is produced from a cellulose-containing fiber raw material. The cellulose-containing fiber raw material is not particularly limited, but pulp is preferably used because it is readily available and inexpensive. Examples of pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include, but are not limited to, chemical pulps 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 pulps such as semi-chemical pulp (SCP) and chemi-groundwood pulp (CGP), and mechanical pulps such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP). 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, wheat straw, and bagasse. Deinked pulps include, but are not limited to, deinked pulp made from recycled paper. The pulp of this embodiment may be used alone or in combination with two or more of the above. Among the above pulps, wood pulp and deinked pulp are preferred from the viewpoint of ease of availability. Furthermore, among wood pulps, chemical pulps are more preferred, and kraft pulp and sulfite pulp are even more preferred, from the viewpoints of a high cellulose content, a high yield of fine fibrous cellulose during defibration treatment, and the small amount of cellulose decomposition in the pulp, allowing for the production of long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio. The use of long-fiber fine fibrous cellulose with a large axial ratio tends to increase viscosity.
セルロースを含む繊維原料としては、例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。 Cellulose-containing fiber raw materials include, for example, cellulose contained in sea squirts and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria. Furthermore, instead of cellulose-containing fiber raw materials, fibers formed from linear nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can also be used.
<リンオキソ酸基導入工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースはアニオン性基を有する。このため、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、アニオン性基導入工程を有することが好ましい。アニオン性基導入工程としては、例えば、リンオキソ酸基導入工程が挙げられる。リンオキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リンオキソ酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
<Phosphorus oxoacid group introduction step>
The fine fibrous cellulose subjected to step (A) has anionic groups. Therefore, the process for producing the fine fibrous cellulose subjected to step (A) preferably includes an anionic group introduction step. Examples of the anionic group introduction step include a phosphorus oxo acid group introduction step. The phosphorus oxo acid group introduction step is a step of reacting a cellulose-containing fiber raw material with 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 the cellulose-containing fiber raw material. This step results in the production of phosphorus oxo acid group-introduced fibers.
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"). Alternatively, 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、湿潤状態又はスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態又は湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、特に限定されないが、例えば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物A及び化合物Bは、それぞれ粉末状又は溶媒に溶解させた溶液状又は融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、特に限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 One example of a method for reacting compound A with fiber raw materials in the presence of compound B is to mix compound A and compound B with dry, wet, or slurried fiber raw materials. Among these, using dry or wet fiber raw materials is preferred due to the high degree of reaction uniformity, and dry fiber raw materials are particularly preferred. The form of the fiber raw materials is not particularly limited, but is preferably in the form of a cotton or thin sheet. Compound A and compound B can be added to the fiber raw materials in powder form, in solution form in a solvent, or in a melted state by heating above their melting point. Among these, adding compound A and compound B in solution form in a solvent, particularly in aqueous solution form, is preferred due to the high degree of reaction uniformity. Compound A and compound B can be added to the fiber raw materials simultaneously, separately, or as a mixture. The method of adding compound A and compound B is not particularly limited. When compound A and compound B are in solution form, the fiber raw materials can be immersed in the solution and allowed to absorb the liquid before being removed, or the solution can be added dropwise to the fiber raw materials. 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、例えば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸又は脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リンオキソ酸基の導入効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩又は亜リン酸、亜リン酸のナトリウム塩、亜リン酸のカリウム塩、亜リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、又は亜リン酸、亜リン酸ナトリウムがより好ましい。 Compound A used in this embodiment may be any compound that contains a phosphorus atom and is capable of forming an ester bond with cellulose. Examples include, but are not limited to, phosphoric acid or its salts, phosphorous acid or its salts, dehydrated condensed phosphoric acid or its salts, and phosphoric anhydride (diphosphorus pentoxide). Phosphoric acids of various purities can be used, such as 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid. Phosphorous acids include 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Dehydrated condensed phosphoric acids are formed by the condensation of two or more molecules of phosphoric acid through a dehydration reaction, and examples 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, which can be neutralized to various degrees. Of these, from the viewpoints of high efficiency of introduction of phosphorus oxoacid groups, ease of improving 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, or phosphorous acid, sodium salt of phosphorous acid, potassium salt of phosphorous acid, or ammonium salt of phosphorous acid are preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, or phosphorous acid, 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、例えば化合物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. However, for example, when the amount of compound A added is converted into the amount of phosphorus atoms, the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material (bone dry mass) is preferably 0.5% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material at or below the above upper limit, a balance can be achieved between the yield improvement effect 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、例えば尿素、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、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 perspective of improving the uniformity of the reaction, compound B is preferably used as an aqueous solution. Furthermore, from the perspective 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、例えば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 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、例えばアミド類又はアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、例えばホルムアミド、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、例えばメチルアミン、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 cellulose-containing fiber raw materials with compound A, in addition to compound B, the reaction system may contain, for example, amides or amines. 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、例えば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、例えば熱風乾燥装置、撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the phosphorus oxo acid group introduction step, compound A or the like is preferably added to or mixed with the fiber raw material, and then the fiber raw material is subjected to a heat treatment. The heat treatment temperature is preferably selected so that the phosphorus oxo acid group can be efficiently introduced 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. Furthermore, various types of equipment with heat transfer media can be used for the heat treatment, including hot air dryers, agitator dryers, rotary dryers, disk dryers, roll-type heaters, plate-type heaters, fluidized bed dryers, band dryers, filtration dryers, vibration fluidized dryers, flash dryers, reduced-pressure dryers, infrared heaters, far-infrared heaters, microwave heaters, and high-frequency dryers.
本実施形態に係る加熱処理においては、例えば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリンオキソ酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 The heat treatment according to this embodiment can employ, for example, a method in which compound A is added to a thin sheet-like fiber raw material by a method such as impregnation, followed by heating, or a method in which the fiber raw material and compound A are heated while being kneaded or stirred using a kneader or the like. This makes it possible to suppress unevenness in the concentration of compound A in the fiber raw material and more uniformly introduce phosphorus oxoacid groups onto the surface of the cellulose fibers contained in the fiber raw material. This is thought to be because, when water molecules move to the surface of the fiber raw material as it dries, dissolved compound A is attracted to the water molecules by surface tension, preventing it from migrating 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、例えばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 The heating device used for the heat treatment is preferably one that can constantly discharge, to the outside of the system, moisture contained in the slurry and moisture generated in the dehydration condensation (phosphate esterification) reaction between compound A and hydroxyl groups contained in cellulose or other components in the fiber raw material. An example of such a heating device is an oven that uses a blower. By constantly discharging moisture from within the system, it is possible to suppress the hydrolysis of phosphate ester bonds, which is the reverse reaction of phosphate esterification, as well as the acid hydrolysis of 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、例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 1,000 seconds, and even more preferably from 10 seconds to 800 seconds. In this embodiment, by setting the heating temperature and heating time within appropriate ranges, the amount of phosphorus oxo acid groups introduced can be kept within the preferred range.
リンオキソ酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリンオキソ酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリンオキソ酸基を導入することができる。 The phosphorus oxo acid group introduction process needs to be carried out at least once, but can also be repeated two or more times. By carrying out the phosphorus oxo acid group introduction process two or more times, it is possible to introduce many phosphorus oxo acid groups into the fiber raw material.
繊維原料に対するリンオキソ酸基の導入量は、例えば繊維原料1g(質量)あたり0.60mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることが特に好ましい。また、リンオキソ酸基の導入量は、たとえば繊維原料1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。なお、リンオキソ酸基導入工程におけるリンオキソ酸基の導入量が上記範囲内であるということは、工程(A)に供される微細繊維状セルロースの置換基導入量が上記範囲内であることを意味する。リンオキソ酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、工程(A)に供される微細繊維状セルロースのアニオン性基導入量を上記範囲内とすることができ、その結果、最終的な繊維幅が小さい(例えば、繊維幅10nm以下)微細繊維状セルロースを製造しやすくなる。これにより、透明性に優れ、より耐黄変性に優れたシートが得られやすくなる。 The amount of phosphorus oxoacid groups introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 0.60 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.20 mmol/g or more. The amount of phosphorus oxoacid groups introduced is, 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. Note that the amount of phosphorus oxoacid groups introduced in the phosphorus oxoacid group introduction step falling within the above range means that the amount of substituents introduced into the fine fibrous cellulose subjected to step (A) is within the above range. By keeping the amount of phosphorus oxoacid groups introduced within the above range, the amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose subjected to step (A) can be kept within the above range, which results in the production of fine fibrous cellulose with a small final fiber width (e.g., a fiber width of 10 nm or less). This makes it easier to obtain sheets with excellent transparency and better resistance to yellowing.
<カルボキシ基導入工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、アニオン性基導入工程として、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、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 subjected to step (A) may include a carboxyl group introduction step as an anionic group introduction step. The carboxyl group introduction step is carried out by treating with an acid anhydride or a derivative thereof of a compound having a group derived from carboxylic acid.
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、例えばマレイン酸、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、例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、特に限定されないが、例えばマレイミド、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。 Compounds having a carboxylic acid-derived group 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. Derivatives of compounds having a carboxylic acid-derived group 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. 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、例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、例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。 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. Furthermore, 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 have been substituted with substituents such as alkyl groups or phenyl groups.
繊維原料に対するカルボキシ基の導入量は、例えば繊維原料1g(質量)あたり0.60mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることが特に好ましい。また、カルボキシ基の導入量は、たとえば繊維原料1g(質量)あたり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い。なお、カルボキシ基導入工程におけるカルボキシ基の導入量が上記範囲内であるということは、工程(A)に供される微細繊維状セルロースのアニオン性基導入量が上記範囲内であることを意味する。カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、工程(A)に供される微細繊維状セルロースのアニオン性基導入量が上記範囲内とすることができ、その結果、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースを製造しやすくなる。これにより、透明性に優れ、より着色が抑制された分散液やシートが得られやすくなる。 The amount of carboxy groups introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 0.60 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.20 mmol/g or more. The amount of carboxy groups introduced is, for example, preferably 3.65 mmol/g or less per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 3.00 mmol/g or less, and even more preferably 2.50 mmol/g or less. Note that the amount of carboxy groups introduced in the carboxy group introduction step falling within the above range means that the amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose used in step (A) is within the above range. By ensuring that the amount of carboxy groups introduced falls within the above range, the amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose used in step (A) can be kept within the above range, making it easier to produce fine fibrous cellulose with a fiber width of 10 nm or less. This makes it easier to obtain dispersions and sheets with excellent transparency and reduced coloration.
<硫黄オキソ酸基導入工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、アニオン性基導入工程として、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 subjected to step (A) may include a sulfur oxoacid group introduction step as an anionic group introduction step, in which hydroxyl groups in a cellulose-containing fiber raw material react with sulfur oxoacids to obtain cellulose fibers having sulfur oxoacid groups (sulfur oxoacid group-introduced fibers).
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、例えば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-described <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 in cellulose-containing fiber raw materials is used. Compound C may be any compound containing a sulfur atom and capable of forming an ester bond with cellulose, including, but not limited to, sulfuric acid or its salts, sulfurous acid or its salts, and sulfuric acid amides. Sulfuric acid of various purities can be used, for example, 96% sulfuric acid (concentrated sulfuric acid). Sulfurous acid can be 5% aqueous sulfurous acid. Sulfates or sulfites include lithium, sodium, potassium, and ammonium salts of sulfates or sulfites, which can be neutralized to various degrees. Sulfamic acid or the like can be used as the sulfuric acid amide. In the sulfur oxo acid group introduction step, it is preferable to use compound B in the above-described <Phosphorus oxo acid group introduction step> as well.
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. The heat-treatment temperature is preferably selected so that sulfur oxoacid groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis of the fiber. 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 also 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、例えば熱風乾燥装置、撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波乾燥装置を用いることができる。 In the heat treatment step, it is preferable to heat until substantially all moisture is removed. Therefore, the heat treatment time varies depending on the amount of moisture contained in the cellulose raw material and the amount of aqueous solution containing sulfur oxoacid and urea and/or a urea derivative added, but is preferably, for example, 10 to 10,000 seconds. Heat treatment can be performed using equipment with a variety of heat media, including hot air dryers, agitator dryers, rotary dryers, disk dryers, roll-type heaters, plate-type heaters, fluidized bed dryers, band dryers, filtration dryers, vibration fluidized dryers, pneumatic dryers, reduced-pressure dryers, infrared heaters, far-infrared heaters, microwave heaters, and high-frequency dryers.
セルロース原料に対する硫黄オキソ酸基の導入量は、繊維状セルロース1g(質量)あたり0.60mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることが特に好ましい。また、硫黄オキソ酸基の導入量は、たとえば繊維原料1g(質量)あたり5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。なお、硫黄オキソ酸基導入工程における硫黄オキソ酸基の導入量が上記範囲内であるということは、工程(A)に供される微細繊維状セルロースのアニオン性基導入量が上記範囲内であることを意味する。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、工程(A)に供される微細繊維状セルロースのアニオン性基導入量が上記範囲内とすることができ、その結果、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースを製造しやすくなる。これにより、透明性に優れ、より着色が抑制された分散液やシートが得られやすくなる。 The amount of sulfur oxoacid groups introduced into the cellulose raw material is preferably 0.60 mmol/g or more, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.20 mmol/g or more per gram (mass) of fibrous cellulose. Furthermore, the amount of sulfur oxoacid groups introduced is preferably 5.00 mmol/g or less, more preferably 3.00 mmol/g or less, per gram (mass) of fibrous raw material. Note that the amount of sulfur oxoacid groups introduced in the sulfur oxoacid group introduction step falling within the above range means that the amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose used in step (A) falls within the above range. By keeping the amount of sulfur oxoacid groups introduced within the above range, the amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose used in step (A) can be kept within the above range, thereby facilitating the production of fine fibrous cellulose with a fiber width of 10 nm or less. This facilitates the production of dispersions and sheets with excellent transparency and reduced discoloration.
<ザンテート基導入工程(キサントゲン酸エステル化工程)>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、アニオン性基導入工程として、ザンテート基導入工程を含んでもよい。ザンテート基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基を下記式(3)で表されるザンテート基で置換することで、ザンテート基を有するセルロース繊維(ザンテート基導入繊維)を得ることができる。
―OCSS-M+……(3)
ここで、M+は水素イオン、一価金属イオン、アンモニウムイオン、脂肪族又は芳香族アンモニウムイオンから選ばれる少なくとも一種である。
<Xanthate group introduction step (xanthogenic acid esterification step)>
The process for producing fine fibrous cellulose subjected to step (A) may include a xanthate group introduction step as an anionic group introduction step. The xanthate group introduction step is performed by substituting the hydroxyl groups of the cellulose-containing fiber raw material with the xanthate groups represented by the following formula (3), thereby obtaining cellulose fibers having xanthate groups (xanthate group-introduced fibers).
-OCSS - M + ...(3)
Here, M + is at least one selected from the group consisting of a hydrogen ion, a monovalent metal ion, an ammonium ion, and an aliphatic or aromatic ammonium ion.
ザンテート基導入工程では、まず、上記セルロースを含む繊維原料をアルカリ溶液で処理するアルカリ処理を行って、アルカリセルロースを得る。アルカリ溶液としては、水酸化アルカリ金属水溶液、水酸化アルカリ土類金属水溶液などが挙げられる。中でも、アルカリ溶液は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属水溶液であることが好ましく、水酸化ナトリウム水溶液であることが特に好ましい。アルカリ溶液が水酸化アルカリ金属水溶液の場合、水酸化アルカリ金属水溶液中の水酸化アルカリ金属濃度は4質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましい。また、水酸化アルカリ金属水溶液中の水酸化アルカリ金属濃度は9質量%以下であることが好ましい。水酸化アルカリ金属濃度を上記下限値以上とすることにより、セルロースのマーセル化を十分に進行させることができ、その後のザンテート化の際に生じる副生成物の量を減らすことができ、結果として、ザンテート基導入繊維の収率を高めることができる。これにより、後述する解繊処理をより効果的に行うことができる。また、水酸化アルカリ金属濃度を上記上限値以下とすることにより、マーセル化を進行させつつも、セルロースの結晶領域にまで水酸化アルカリ金属水溶液が浸透することを抑制することができるため、セルロースI型の結晶構造が維持されやすくなり、微細繊維状セルロースの収率をより高めることができる。 In the xanthate group introduction process, the cellulose-containing fiber raw material is first treated with an alkaline solution to obtain alkali cellulose. Examples of alkaline solutions include aqueous alkali metal hydroxides and aqueous alkaline earth metal hydroxides. Among these, the alkaline solution is preferably an aqueous alkali metal hydroxide solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, with sodium hydroxide being particularly preferred. When the alkaline solution is an aqueous alkali metal hydroxide solution, the alkali metal hydroxide concentration in the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably 4% by mass or more, more preferably 5% by mass or more. Furthermore, the alkali metal hydroxide concentration in the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably 9% by mass or less. By maintaining the alkali metal hydroxide concentration at or above the lower limit, cellulose mercerization can be sufficiently promoted, reducing the amount of by-products generated during the subsequent xanthation process and, as a result, increasing the yield of xanthate group-introduced fiber. This allows for more effective defibration, as described below. Furthermore, by setting the alkali metal hydroxide concentration to the above upper limit or less, it is possible to prevent the aqueous alkali metal hydroxide solution from penetrating into the crystalline regions of the cellulose while allowing mercerization to proceed, which makes it easier to maintain the cellulose type I crystal structure and further increases the yield of fine fibrous cellulose.
上記アルカリ処理の時間は、30分間以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましい。また、アルカリ処理の時間は、6時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましい。アルカリ処理の時間を上記範囲内とすることにより、最終的な収率を高めることができ、生産性を高めることができる。 The alkali treatment time is preferably 30 minutes or more, and more preferably 1 hour or more. Furthermore, the alkali treatment time is preferably 6 hours or less, and more preferably 5 hours or less. By keeping the alkali treatment time within the above range, the final yield can be increased, and productivity can be improved.
上記アルカリ処理で得られたアルカリセルロースは、その後に固液分離して水溶液分をできるだけ除去しておくことが好ましい。これにより、次いで行われるザンテート化処理時の水分含有量を減らすことができ、反応を促進できる。固液分離の方法としては、例えば遠心分離や濾別などの一般的な脱水方法を用いることができる。なお、固液分離後のアルカリセルロースに含まれる水酸化アルカリ金属の濃度は固液分離後のアルカリセルロースの全質量に対して3質量%以上8質量%以下であることが好ましい。 The alkali cellulose obtained by the above alkali treatment is preferably subsequently subjected to solid-liquid separation to remove as much of the aqueous solution as possible. This reduces the water content during the subsequent xanthate formation treatment and promotes the reaction. Common dehydration methods such as centrifugation and filtration can be used as the solid-liquid separation method. Furthermore, the concentration of alkali metal hydroxide contained in the alkali cellulose after solid-liquid separation is preferably 3% by mass or more and 8% by mass or less, based on the total mass of the alkali cellulose after solid-liquid separation.
ザンテート基導入工程では、アルカリ処理の後にザンテート化処理工程を行う。ザンテート化処理工程ではアルカリセルロースに二硫化炭素(CS2)を反応させて、(-O-Na+)基を(-OCSS-Na+)基にしてザンテート基導入繊維を得る。なお、上記において、アルカリセルロースに導入された金属イオンは、代表してNa+で記述しているが、他のアルカリ金属イオンでも同様の反応が進行する。 In the xanthate group introduction process, a xanthate treatment process is carried out after alkali treatment. In the xanthate treatment process, alkali cellulose is reacted with carbon disulfide (CS 2 ) to convert the (-O - Na + ) group to a (-OCSS - Na + ) group, resulting in xanthate group-introduced fiber. In the above, the metal ion introduced into the alkali cellulose is described as Na + as a representative, but the same reaction also occurs with other alkali metal ions.
ザンテート化処理では、アルカリセルロース中のセルロースの絶乾質量に対して、10質量%以上の二硫化炭素を供給することが好ましい。また、ザンテート化処理において、二硫化炭素とアルカリセルロースとが接触する時間は、30分以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましい。アルカリセルロースに二硫化炭素が接触することでザンテート化は速やかに進行するが、アルカリセルロースの内部にまで二硫化炭素が浸透するには時間がかかるため、反応時間を上記範囲とすることが好ましい。一方で、二硫化炭素とアルカリセルロースとが接触する時間は6時間以下であればよく、これにより脱水後のアルカリセルロースの塊に対しても十分に浸透が進んで、反応可能なザンテート化をほぼ完了させることができる。 In the xanthation treatment, it is preferable to supply 10% by mass or more of carbon disulfide relative to the bone dry mass of cellulose in the alkali cellulose. Furthermore, in the xanthation treatment, the contact time between carbon disulfide and alkali cellulose is preferably 30 minutes or more, and more preferably 1 hour or more. Xanthation proceeds quickly when carbon disulfide comes into contact with alkali cellulose, but it takes time for carbon disulfide to penetrate into the interior of the alkali cellulose, so it is preferable to set the reaction time within the above range. On the other hand, the contact time between carbon disulfide and alkali cellulose only needs to be 6 hours or less, which allows sufficient penetration into the alkali cellulose mass after dehydration and allows reactive xanthation to be almost completed.
ザンテート化処理における反応温度は、46℃以下であることが好ましい。反応温度を上記範囲内とすることにより、アルカリセルロースの分解を抑制し易くなる。また、反応温度を上記範囲内とすることにより、均一に反応し易くなるため、副生成物の生成を抑制でき、さらには、生成したザンテート基の除去を抑制することもできる。 The reaction temperature in the xanthate treatment is preferably 46°C or lower. Keeping the reaction temperature within this range helps to suppress decomposition of the alkali cellulose. Furthermore, keeping the reaction temperature within this range facilitates uniform reaction, suppressing the generation of by-products and further suppressing the removal of the generated xanthate groups.
セルロース原料に対するザンテート基の導入量は、繊維原料1g(質量)あたり0.60mmol/g以上であることが好ましく、0.70mmol/g以上であることがより好ましく、0.80mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることが特に好ましい。また、ザンテート基の導入量は、たとえば繊維原料1g(質量)あたり5.00mmol/g以下であることが好ましく、3.00mmol/g以下であることがより好ましい。なお、ザンテート基導入工程におけるザンテート基の導入量が上記範囲内であるということは、工程(A)に供される微細繊維状セルロースのアニオン性基導入量が上記範囲内であることを意味する。ザンテート基の導入量を上記範囲内とすることにより、工程(A)に供される微細繊維状セルロースのアニオン性基導入量が上記範囲内とすることができ、その結果、繊維幅が10nm以下の微細繊維状セルロースを製造しやすくなる。これにより、透明性に優れ、より着色が抑制された分散液やシートが得られやすくなる。 The amount of xanthate groups introduced into the cellulose raw material is preferably 0.60 mmol/g or more per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 0.70 mmol/g or more, even more preferably 0.80 mmol/g or more, even more preferably 1.00 mmol/g or more, and particularly preferably 1.20 mmol/g or more. The amount of xanthate groups introduced is preferably 5.00 mmol/g or less per 1 g (mass) of fiber raw material, more preferably 3.00 mmol/g or less. Note that the amount of xanthate groups introduced in the xanthate group introduction step within the above range means that the amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose used in step (A) is within the above range. By ensuring that the amount of xanthate groups introduced within the above range, the amount of anionic groups introduced into the fine fibrous cellulose used in step (A) can be kept within the above range, making it easier to produce fine fibrous cellulose with a fiber width of 10 nm or less. This makes it easier to obtain dispersions and sheets with excellent transparency and reduced coloration.
<洗浄工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程においては、必要に応じてアニオン性基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、例えば水や有機溶媒によりアニオン性基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。
<Cleaning process>
In the production process of fine fibrous cellulose to be subjected to step (A), a washing step can be carried out on the anionic group-introduced fibers, if necessary. The washing step is carried out by washing the anionic group-introduced fibers with water or an organic solvent, for example. The washing step may be carried out after each step described below, and the number of washings carried out in each washing step is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程においては、アニオン性基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、アニオン性基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkali treatment step>
In the process for producing fine fibrous cellulose to be subjected to step (A), an alkali treatment may be carried out on the fibrous raw material between the anionic group introduction step and the defibration treatment step described below. The alkali treatment method is not particularly limited, but examples thereof include a method of immersing the anionic group-introduced fibers 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、例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水又は有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、又はアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、例えば水酸化ナトリウム水溶液、又は水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In this embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound due to their 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 containing at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is preferable due to their 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、例えば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるアニオン性基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、例えば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、例えばアニオン性基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5°C to 80°C, and more preferably from 10°C to 60°C. The immersion time of the anionic group-introduced fiber in the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, but is preferably from 5 minutes to 30 minutes, and more preferably from 10 minutes to 20 minutes. The amount of alkaline solution used in the alkaline 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 anionic group-introduced fiber.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、アニオン性基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、アニオン性基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったアニオン性基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkaline solution used in the alkaline treatment step, the anionic group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the anionic group introduction step but before the alkaline treatment step. From the perspective of improving handleability, it is preferable to wash the alkaline-treated anionic group-introduced fiber with water or an organic solvent after the alkaline treatment step but before the defibration treatment step.
<酸処理工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程においては、アニオン性基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。例えば、アニオン性基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment step>
In the production process of the fine fibrous cellulose subjected to step (A), the fibrous raw material may be subjected to an acid treatment between the step of introducing anionic groups and the defibration treatment step described below. For example, the anionic group introduction step, acid treatment, alkali treatment, and defibration treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、例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、例えば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、例えば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、例えば無機酸、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、例えば硫酸、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、例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、例えばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸又は硫酸を用いることが特に好ましい。 The acid treatment method is not particularly limited, but examples include immersing the fiber raw material in an acidic solution containing an acid. The concentration of the acidic solution used is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. The pH of the acidic solution used is also not particularly limited, but is preferably 0 to 4, and more preferably 1 to 3. Examples of acids that can be used in the acidic solution include inorganic acids, sulfonic acids, and carboxylic acids. Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid, and boric acid. Examples of sulfonic acids include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid. Examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, and tartaric acid. Among these, hydrochloric acid or sulfuric acid is particularly preferred.
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、例えば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、例えば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、例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 used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably between 5°C and 100°C, and more preferably between 20°C and 90°C. The immersion time in the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably between 5 and 120 minutes, and more preferably between 10 and 60 minutes. The amount of acid solution used in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably between 100% and 100,000% by mass, and more preferably between 1,000% and 10,000% by mass, based on the absolute dry mass of the fiber raw material.
<窒素除去処理>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、窒素量を低減させる工程(窒素除去処理工程)をさらに含んでもよい。分散液中に含まれる窒素量を低減させることで、さらにシートの耐黄変性を高めることができる。窒素除去処理工程は、後述する工程(B)における均一分散処理工程の後に設けられてもよいが、後述する工程(B)における均一分散処理工程の前に設けられることが好ましい。また、解繊処理工程の前に設けられることが好ましい。
<Nitrogen removal treatment>
The process for producing fine fibrous cellulose subjected to step (A) may further include a step of reducing the nitrogen content (nitrogen removal treatment step). Reducing the nitrogen content in the dispersion liquid can further improve the yellowing resistance of the sheet. The nitrogen removal treatment step may be carried out after the uniform dispersion treatment step in step (B) described below, but is preferably carried out before the uniform dispersion treatment step in step (B) described below. It is also preferably carried out before the defibration treatment step.
窒素除去処理工程においては、アニオン性基導入繊維を含むスラリーのpHを10以上に調整し、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理においては、スラリーの液温を50℃以上100℃以下とすることが好ましく、加熱時間は15分以上180分以下とすることが好ましい。アニオン性基導入繊維を含むスラリーのpHを調整する際には、上述したアルカリ処理工程で用いることができるアルカリ化合物をスラリーに添加することが好ましい。 In the nitrogen removal treatment step, it is preferable to adjust the pH of the slurry containing the anionic group-introduced fibers to 10 or higher and then perform a heat treatment. In the heat treatment, the liquid temperature of the slurry is preferably 50°C or higher and 100°C or lower, and the heating time is preferably 15 minutes or higher and 180 minutes or lower. When adjusting the pH of the slurry containing the anionic group-introduced fibers, it is preferable to add an alkaline compound that can be used in the alkaline treatment step described above to the slurry.
窒素除去処理工程の後、必要に応じてアニオン性基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりアニオン性基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、特に限定されない。 After the nitrogen removal treatment step, the anionic group-introduced fiber can be subjected to a washing step, if necessary. The washing step is carried out by washing the anionic group-introduced fiber with, for example, water or an organic solvent. Furthermore, there is no particular limit to the number of washings performed in each washing step.
<解繊処理工程>
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの製造工程は、解繊処理工程を含む。これにより、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースが得られる。解繊処理工程においては、例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、例えば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、又はビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Defibrillation process>
The production process of fine fibrous cellulose subjected to step (A) includes a defibration treatment step. This produces fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less. In the defibration treatment step, for example, a defibration treatment device can be used. The defibration treatment device is not particularly limited, but examples that can be used include a high-speed defibrator, a grinder (stone mill), a high-pressure homogenizer, an ultra-high-pressure homogenizer, a high-pressure collision grinder, a ball mill, a bead mill, a disk refiner, a conical refiner, a twin-screw kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater. Among the above defibration treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, or an ultra-high-pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and have less risk of contamination.
解繊処理工程における処理条件は特に限定されないが、例えば高圧ホモジナイザーを用いる場合は、処理時の圧力は1MPa以上350MPa以下が好ましく、10MPa以上300MPa以下がより好ましく、50MPa以上250MPa以下がさらに好ましい。 The processing conditions for the defibration process are not particularly limited, but for example, when using a high-pressure homogenizer, the processing pressure is preferably 1 MPa or more and 350 MPa or less, more preferably 10 MPa or more and 300 MPa or less, and even more preferably 50 MPa or more and 250 MPa or less.
解繊処理工程においては、例えばアニオン性基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、及び極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種又は2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、特に限定されないが、例えばアルコール類、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、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、例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、例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、例えば酢酸エチル、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 defibration process, for example, the anionic group-introduced fibers are preferably diluted with a dispersion medium to form a slurry. The dispersion medium can be one or more selected from water and organic solvents such as polar organic solvents. Polar organic solvents are not particularly limited, but preferred examples include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, and aprotic polar solvents. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and isobutyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin. Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone (MEK). Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, and propylene glycol monomethyl ether. Examples of esters include ethyl acetate and butyl acetate. Aprotic polar solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), etc.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、アニオン性基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのアニオン性基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solids concentration of the fine fibrous cellulose during the defibration process can be set as appropriate. Furthermore, the slurry obtained by dispersing the anionic group-introduced fibers in a dispersion medium may contain solids other than the anionic group-introduced fibers, such as urea, which has hydrogen bonding properties.
工程(A)に供される解繊処理後の微細繊維状セルロースの繊維幅は、2~50nmであることが好ましく、2~25nmであることがより好ましく、2~15nmであることがさらに好ましく、2~10nmであることが特に好ましい。 The fiber width of the fine fibrous cellulose after defibration treatment in step (A) is preferably 2 to 50 nm, more preferably 2 to 25 nm, even more preferably 2 to 15 nm, and particularly preferably 2 to 10 nm.
また、工程(A)に供される微細繊維状セルロースを0.1質量%濃度の水分散液とし、ナノファイバー収率を算出した場合、ナノファイバー収率は90質量%以上であることが好ましく、93質量%以上であることがより好ましく、96質量%以上であることがさらに好ましい。なお、ナノファイバー収率は100質量%であってもよい。ここで、ナノファイバー収率は、0.1質量%濃度の微細繊維状セルロース分散液を、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H-2000B)を用い、12000G、10分の条件で遠心分離し、得られた上澄み液のセルロース濃度から下記式に基づいて測定される値である。
ナノファイバー収率(質量%)=上澄みのセルロース濃度(質量%)/0.1×100
Furthermore, when the fine fibrous cellulose to be subjected to step (A) is prepared as an aqueous dispersion with a concentration of 0.1% by mass and the nanofiber yield is calculated, the nanofiber yield is preferably 90% by mass or more, more preferably 93% by mass or more, and even more preferably 96% by mass or more. The nanofiber yield may be 100% by mass. Here, the nanofiber yield is a value measured based on the cellulose concentration of the supernatant obtained by centrifuging a 0.1% by mass fine fibrous cellulose dispersion using a refrigerated high-speed centrifuge (Kokusan Co., Ltd., H-2000B) at 12,000 G for 10 minutes, using the following formula:
Nanofiber yield (mass%) = cellulose concentration in supernatant (mass%) / 0.1 × 100
さらに、工程(A)に供される微細繊維状セルロースを0.2質量%濃度の水分散液とした場合、該水分散液のヘーズは10%以下であることが好ましく、5.0%以下であることがより好ましく、3.0%以下であることがさらに好ましい。なお、水分散液のヘーズは0%であってもよい。ここで、微細繊維状セルロースの水分散液のヘーズは、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)を用い、JIS K 7136:2000に準拠して測定される値である。測定の際には、光路長1cmの液体用ガラスセル(株式会社藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いる。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行い、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置し、分散液の液温を23℃とする。 Furthermore, when the fine fibrous cellulose used in step (A) is prepared as an aqueous dispersion with a concentration of 0.2% by mass, the haze of the aqueous dispersion is preferably 10% or less, more preferably 5.0% or less, and even more preferably 3.0% or less. The haze of the aqueous dispersion may be 0%. The haze of the aqueous dispersion of fine fibrous cellulose is measured in accordance with JIS K 7136:2000 using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.). A glass liquid cell with a 1 cm optical path length (MG-40, reverse optical path, manufactured by Fujiwara Seisakusho Co., Ltd.) is used for the measurement. Zero-point measurement is performed using ion-exchanged water placed in the glass cell. The dispersion to be measured is allowed to stand for 24 hours in an environment of 23°C and 50% relative humidity before measurement, bringing the dispersion temperature to 23°C.
工程(A)に供される微細繊維状セルロースの繊維幅、微細繊維状セルロース分散液のナノファイバー収率やヘーズを上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 By ensuring that the fiber width of the fine fibrous cellulose used in step (A) and the nanofiber yield and haze of the fine fibrous cellulose dispersion are within the above ranges, the transparency of the dispersion and sheet containing the fine fibrous cellulose can be more effectively improved.
<置換基除去処理工程(工程A)>
微細繊維状セルロース分散液の製造方法は、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部を除去する工程(A)を含むことが好ましい。本明細書において、微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部を除去する工程は、置換基除去処理工程とも言う。
<Substituent Removal Treatment Step (Step A)>
The method for producing a fine fibrous cellulose dispersion preferably includes a step (A) of removing a portion of the anionic groups from fine fibrous cellulose having anionic groups and having a fiber width of 1,000 nm or less. In this specification, the step of removing a portion of the anionic groups from the fine fibrous cellulose is also referred to as a substituent removal treatment step.
置換基除去処理工程としては、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを加熱処理する工程、酵素処理する工程、酸処理する工程、アルカリ処理する工程等が挙げられる。これらは単独で行ってもよく、組み合わせて行ってもよい。中でも、置換基除去処理工程は、加熱処理する工程又は酵素処理する工程であることが好ましい。上記処理工程を経ることで、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部が除去され、アニオン性基の導入量が0.5mmol/g未満の微細繊維状セルロースを得ることができる。 Substituent removal treatment processes include heat treatment, enzyme treatment, acid treatment, and alkali treatment of fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less. These processes may be performed alone or in combination. Of these, the substituent removal treatment process is preferably a heat treatment or enzyme treatment. By undergoing the above treatment processes, a portion of the anionic groups is removed from fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less, resulting in fine fibrous cellulose having an anionic group introduction amount of less than 0.5 mmol/g.
置換基除去処理工程は、スラリー状で行われることが好ましい。すなわち、置換基除去処理工程は、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを含むスラリーを、加熱処理する工程、酵素処理する工程、酸処理する工程、アルカリ処理する工程等であることが好ましい。置換基除去処理工程をスラリー状で実施することによって、置換基除去処理時の加熱等によって生じる着色物質や、添加もしくは発生する酸、アルカリ、塩などの残留を防ぐことができる。これにより、工程(B)を経て得られる微細繊維状セルロースを分散液やシートとした場合の着色を抑制することができる。また、置換基除去処理後に除去した置換基由来の塩の除去処理を行う場合、塩の除去率を高めることも可能となる。 The substituent removal treatment step is preferably carried out in the form of a slurry. That is, the substituent removal treatment step is preferably a step of subjecting a slurry containing fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less to a heat treatment, enzyme treatment, acid treatment, alkali treatment, or the like. By carrying out the substituent removal treatment step in the form of a slurry, it is possible to prevent the residue of colored substances caused by heating or other factors during the substituent removal treatment, as well as added or generated acids, alkalis, salts, and the like. This makes it possible to suppress coloration when the fine fibrous cellulose obtained through step (B) is made into a dispersion or sheet. Furthermore, when a treatment is carried out to remove salts derived from the substituents removed after the substituent removal treatment, it is also possible to increase the salt removal rate.
アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを含むスラリーに対して置換基除去処理を行う場合、該スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度は、0.05質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.2質量%以上であることがさらに好ましい。また、該スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度は、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度を上記範囲内とすることにより、置換基除去処理をより効率よく行うことができる。さらに、スラリー中の微細繊維状セルロースの濃度を上記範囲内とすることにより、置換基除去処理時の加熱等によって生じる着色物質や、添加もしくは発生する酸、アルカリ、塩などの残留を防ぐことができる。これにより、工程(B)を経て得られる微細繊維状セルロースを分散液やシートとした場合の着色を抑制することができる。また、置換基除去処理後に除去した置換基由来の塩の除去処理を行う場合、塩の除去率を高めることも可能となる。 When a substituent removal treatment is performed on a slurry containing fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less, the concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and even more preferably 0.2% by mass or more. The concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. By maintaining the concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry within the above range, the substituent removal treatment can be performed more efficiently. Furthermore, maintaining the concentration of the fine fibrous cellulose in the slurry within the above range can prevent the residue of coloring substances caused by heating during the substituent removal treatment, as well as added or generated acids, alkalis, salts, etc. This can suppress coloration when the fine fibrous cellulose obtained through step (B) is made into a dispersion or sheet. Furthermore, when a treatment is performed to remove salts derived from the removed substituents after the substituent removal treatment, the salt removal rate can be increased.
置換基除去処理工程が、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを加熱処理する工程である場合、加熱処理する工程における加熱温度は、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましく、60℃以上であることがさらに好ましい。また、加熱処理する工程における加熱温度は、250℃以下であることが好ましく、230℃以下であることがより好ましく、200℃以下であることがさらに好ましい。中でも、置換基除去処理工程に供する微細繊維状セルロースが有する置換基がリンオキソ酸基、硫黄オキソ酸基又はマレイン酸基である場合、加熱処理する工程における加熱温度は、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることがさらに好ましい。 When the substituent removal treatment step is a step of heat-treating fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less, the heating temperature in the heat treatment step is preferably 40°C or higher, more preferably 50°C or higher, and even more preferably 60°C or higher. Furthermore, the heating temperature in the heat treatment step is preferably 250°C or lower, more preferably 230°C or lower, and even more preferably 200°C or lower. In particular, when the substituents on the fine fibrous cellulose subjected to the substituent removal treatment step are phosphorus oxoacid groups, sulfur oxoacid groups, or maleic acid groups, the heating temperature in the heat treatment step is preferably 80°C or higher, more preferably 100°C or higher, and even more preferably 120°C or higher.
置換基除去処理工程が加熱処理する工程である場合、加熱処理工程において使用できる加熱装置としては、特に限定されないが、熱風加熱装置、蒸気加熱装置、電熱加熱装置、水熱加熱装置、火力加熱装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置、高周波加熱装置、撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、バンド型乾燥装置、ろ過乾燥装置、振動流動乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置を用いることができる。蒸発を防ぐ観点から、加熱は密閉系で行われることが好ましく、さらに加熱温度を高める観点から、耐圧性の装置内や容器内で行われることが好ましい。加熱処理はバッチ処理であってもよく、バッチ連続処理であってもよく、連続処理であってもよい。 When the substituent removal treatment step is a heat treatment step, the heating device that can be used in the heat treatment step is not particularly limited, but examples include hot air heating devices, steam heating devices, electric heating devices, hydrothermal heating devices, thermal heating devices, infrared heating devices, far-infrared heating devices, microwave heating devices, high-frequency heating devices, agitator drying devices, rotary drying devices, disk drying devices, roll-type heating devices, plate-type heating devices, fluidized bed drying devices, band-type drying devices, filtration drying devices, vibration fluidized drying devices, flash drying devices, and reduced-pressure drying devices. To prevent evaporation, heating is preferably carried out in a closed system, and to increase the heating temperature, heating is preferably carried out in a pressure-resistant device or container. Heat treatment may be batch processing, continuous batch processing, or continuous processing.
置換基除去処理工程が、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを酵素処理する工程である場合、酵素処理する工程では、置換基の種類に応じて、リン酸エステル加水分解酵素、硫酸エステル加水分解酵素等を用いることが好ましい。 When the substituent removal treatment step is a step of enzymatically treating fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less, it is preferable to use a phosphate ester hydrolase, a sulfate ester hydrolase, or the like in the enzymatic treatment step, depending on the type of substituent.
酵素処理工程では、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が0.1nkat以上となるよう酵素を添加することが好ましく、1.0nkat以上となるよう酵素を添加することがより好ましく、10nkat以上となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロース1gに対して酵素活性が100000nkat以下となるよう酵素を添加することが好ましく、50000nkat以下となるよう酵素を添加することがより好ましく10000nkat以下となるよう酵素を添加することがさらに好ましい。微細繊維状セルロース分散液(スラリー)に酵素を添加した後には、0℃以上50℃未満の条件下で1分以上100時間以下処理を行うことが好ましい。 In the enzyme treatment step, the enzyme is preferably added so that the enzymatic activity per 1 g of fine fibrous cellulose is 0.1 nkat or more, more preferably 1.0 nkat or more, and even more preferably 10 nkat or more. Furthermore, the enzyme is preferably added so that the enzymatic activity per 1 g of fine fibrous cellulose is 100,000 nkat or less, more preferably 50,000 nkat or less, and even more preferably 10,000 nkat or less. After adding the enzyme to the fine fibrous cellulose dispersion (slurry), it is preferable to treat the dispersion (slurry) at a temperature of 0°C or higher but less than 50°C for 1 minute to 100 hours.
酵素反応の後、酵素を失活させる工程を設けてもよい。酵素を失活させる方法としては、酵素処理を施したスラリーに酸成分もしくはアルカリ成分を添加して酵素を失活させる方法、酵素処理を施したスラリーの温度を90℃以上に上昇させて酵素を失活させる方法が挙げられる。 After the enzymatic reaction, a step of deactivating the enzyme may be carried out. Methods for deactivating the enzyme include adding an acid or alkaline component to the enzymatically treated slurry, and raising the temperature of the enzymatically treated slurry to 90°C or higher.
置換基除去処理工程が、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースを酸処理する工程である場合、酸処理する工程では、上述した酸処理工程で用いることができる酸化合物をスラリーに添加することが好ましい。 When the substituent removal treatment step is a step of acid-treating fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less, it is preferable to add an acid compound that can be used in the acid treatment step described above to the slurry in the acid treatment step.
置換基除去処理工程が、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースをアルカリ処理する工程である場合、アルカリ処理する工程では、上述したアルカリ処理工程で用いることができるアルカリ化合物をスラリーに添加することが好ましい。 When the substituent removal treatment step is a step of alkali treating fine fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less, it is preferable to add an alkali compound that can be used in the alkali treatment step described above to the slurry in the alkali treatment step.
置換基除去処理工程では、置換基除去反応が均一に進むことが好ましい。反応を均一に進めるためには、例えば微細繊維状セルロースを含むスラリーを撹拌してもよく、加熱媒体と接するスラリーの比表面積を高めてもよい。スラリーを撹拌する方法としては、外部からの機械的シェアを与えてもよく、反応中のスラリーの送液速度を上げることで自己撹拌を促してもよい。 In the substituent removal treatment step, it is preferable that the substituent removal reaction proceeds uniformly. To ensure uniform reaction, for example, the slurry containing the fine fibrous cellulose may be stirred, or the specific surface area of the slurry in contact with the heating medium may be increased. The slurry may be stirred by applying external mechanical shear, or by increasing the slurry flow rate during the reaction to promote self-stirring.
置換基除去処理工程では、スペーサー分子を添加してもよい。スペーサー分子は、隣接する微細繊維状セルロースの間に入り込み、それにより微細繊維状セルロース間に微細なスペースを設けるためのスペーサーとして働く。置換基除去処理工程において、このようなスペーサー分子を添加することで、置換基除去処理後の微細繊維状セルロースの凝集を抑制することができる。これにより、微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 Spacer molecules may be added in the substituent removal treatment step. The spacer molecules penetrate between adjacent fine fibrous cellulose particles, thereby acting as spacers to create fine spaces between the fine fibrous cellulose particles. Adding such spacer molecules in the substituent removal treatment step can suppress aggregation of the fine fibrous cellulose after the substituent removal treatment. This can more effectively increase the transparency of dispersions and sheets containing fine fibrous cellulose.
スペーサー分子は水溶性有機化合物であることが好ましい。水溶性有機化合物としては、例えば、糖や水溶性高分子、尿素等を挙げることができる。具体的には、トレハロース、尿素、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)等を挙げることができる。また、水溶性有機化合物として、メタクリル酸アルキル・アクリル酸コポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、イソプレングリコール、ヘキシレングリコール、1,3-ブチレングリコール、ポリアクリルアミド、キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、プルラン、カラギーナン、ペクチン、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース等のデンプン類、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩を用いることもできる。 The spacer molecule is preferably a water-soluble organic compound. Examples of water-soluble organic compounds include sugars, water-soluble polymers, and urea. Specific examples include trehalose, urea, polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol (PVA). Additionally, water-soluble organic compounds that can be used include alkyl methacrylate-acrylic acid copolymer, polyvinylpyrrolidone, sodium polyacrylate, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, isoprene glycol, hexylene glycol, 1,3-butylene glycol, polyacrylamide, xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, quince seed, alginic acid, pullulan, carrageenan, pectin, starches such as cationized starch, raw starch, oxidized starch, etherified starch, esterified starch, and amylose, glycerin, diglycerin, polyglycerin, hyaluronic acid, and metal salts of hyaluronic acid.
また、スペーサー分子として公知の顔料を使用することができる。例えば、カオリン(含クレー)、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、非晶質シリカ(含コロイダルシリカ)、酸化アルミニウム、ゼオライト、セピオライト、スメクタイト、合成スメクタイト、珪酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、珪藻土、スチレン系プラスチックピグメント、ハイドロタルサイト、尿素樹脂系プラスチックピグメント、ベンゾグアナミン系プラスチックピグメント等が挙げられる。 In addition, known pigments can be used as spacer molecules. Examples include kaolin (containing clay), calcium carbonate, titanium oxide, zinc oxide, amorphous silica (containing colloidal silica), aluminum oxide, zeolite, sepiolite, smectite, synthetic smectite, magnesium silicate, magnesium carbonate, magnesium oxide, diatomaceous earth, styrene-based plastic pigments, hydrotalcite, urea resin-based plastic pigments, and benzoguanamine-based plastic pigments.
<pH調整工程>
置換基除去処理工程がスラリー状で行われる場合、置換基除去処理工程の前に、微細繊維状セルロースを含むスラリーのpHを調整する工程を設けてもよい。例えば、セルロース繊維にアニオン性基を導入し、このアニオン性基の対イオンがNa+である場合、解繊後の微細繊維状セルロースを含むスラリーは弱アルカリ性を示す。この状態で加熱を行うと、セルロースの分解により着色要因の一つである単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを8以下に調整することが好ましい。また、酸性条件においても同様に単糖が発生する場合があるため、スラリーのpHを3以上に調整することが好ましい。
<pH adjustment process>
When the substituent removal treatment step is performed in the form of a slurry, a step of adjusting the pH of the slurry containing the fine fibrous cellulose may be provided before the substituent removal treatment step. For example, when anionic groups are introduced into cellulose fibers and the counter ions of these anionic groups are Na + , the slurry containing the defibrated fine fibrous cellulose exhibits weak alkalinity. If heating is performed in this state, monosaccharides, which are one of the causes of coloration, may be generated due to decomposition of cellulose, so it is preferable to adjust the pH of the slurry to 8 or less. Furthermore, since monosaccharides may also be generated under acidic conditions, it is preferable to adjust the pH of the slurry to 3 or more.
また、置換基を有する微細繊維状セルロースがリン酸基を有する微細繊維状セルロースである場合、置換基の除去効率向上の観点から、リン酸基のリンが求核攻撃を受けやすい状態であることが好ましい。求核攻撃を受けやすいのは、セルロース-O-P(=O)(-O-H+)(-O-Na+)と表される中和度1の状態であり、この状態とするには、スラリーのpHを3以上8以下に調整することが好ましく、pHを4以上6以下に調整することがさらに好ましい。 Furthermore, when the substituted fine fibrous cellulose is a fine fibrous cellulose having phosphate groups, from the viewpoint of improving the efficiency of removing the substituents, it is preferable that the phosphorus of the phosphate groups is in a state susceptible to nucleophilic attack. The state susceptible to nucleophilic attack is a state with a neutralization degree of 1, expressed as cellulose-O-P(=O)(-O-H + )(-O-Na + ). To achieve this state, it is preferable to adjust the pH of the slurry to 3 or more and 8 or less, and more preferably to adjust the pH to 4 or more and 6 or less.
pHを調整する手段は特に限定されないが、例えば微細繊維状セルロースを含むスラリーに酸成分やアルカリ成分を添加してもよい。酸成分は無機酸および有機酸のいずれであってもよく、無機酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸等が挙げられる。有機酸としては、ギ酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、アジピン酸、セバシン酸、ステアリン酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、フマル酸、グルコン酸等が挙げられる。アルカリ成分は、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。無機アルカリ化合物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。有機アルカリ化合物としては、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン等が挙げられる。 The means for adjusting the pH is not particularly limited. For example, an acid or alkaline component may be added to a slurry containing fine fibrous cellulose. The acid component may be either an inorganic or organic acid. Inorganic acids include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid. Organic acids include formic acid, acetic acid, citric acid, malic acid, lactic acid, adipic acid, sebacic acid, stearic acid, maleic acid, succinic acid, tartaric acid, fumaric acid, and gluconic acid. The alkaline component may be an inorganic or organic alkaline compound. Inorganic alkaline compounds include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium carbonate, lithium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, sodium carbonate, and sodium bicarbonate. Examples of organic alkaline compounds include ammonia, hydrazine, methylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, butylamine, diaminoethane, diaminopropane, diaminobutane, diaminopentane, diaminohexane, cyclohexylamine, aniline, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, pyridine, and N,N-dimethyl-4-aminopyridine.
また、pH調整工程では、pHを調整するためにイオン交換処理を行ってもよい。イオン交換処理に際しては、強酸性陽イオン交換樹脂もしくは弱酸性イオン交換樹脂を用いることができる。適切な量の陽イオン交換樹脂で十分な時間処理することにより、目的とするpHの微細繊維状セルロースを含むスラリーを得ることができる。さらに、pH調整工程では酸成分やアルカリ成分の添加とイオン交換処理を組み合わせてもよい。 In addition, in the pH adjustment step, ion exchange treatment may be performed to adjust the pH. A strong acid cation exchange resin or a weak acid ion exchange resin can be used for the ion exchange treatment. By treating with an appropriate amount of cation exchange resin for a sufficient period of time, a slurry containing fine fibrous cellulose with the desired pH can be obtained. Furthermore, in the pH adjustment step, the addition of an acid component or an alkali component may be combined with the ion exchange treatment.
<塩の除去処理>
置換基除去処理工程の後には、除去した置換基由来の塩の除去処理を行うことが好ましい。置換基由来の塩を除去することで、着色を抑制し得る微細繊維状セルロースが得られ易くなる。置換基由来の塩を除去する手段は特に限定されないが、例えば洗浄処理やイオン交換処理が挙げられる。洗浄処理は、たとえば水や有機溶媒により、置換基除去処理で凝集した微細繊維状セルロースを洗浄することにより行われる。イオン交換処理では、イオン交換樹脂を用いることができる。
<Salt removal treatment>
After the substituent removal treatment step, it is preferable to carry out a treatment to remove salts derived from the removed substituents. Removing the salts derived from the substituents makes it easier to obtain fine fibrous cellulose that can suppress coloration. The means for removing the salts derived from the substituents is not particularly limited, and examples thereof include washing treatment and ion exchange treatment. The washing treatment is carried out by washing the fine fibrous cellulose that has aggregated in the substituent removal treatment with, for example, water or an organic solvent. In the ion exchange treatment, an ion exchange resin can be used.
<均一分散処理工程(工程(B))>
微細繊維状セルロース分散液の製造方法においては、工程(A)の後に、均一分散処理する工程(B)、をさらに含むことが好ましい。均一分散処理する工程(B)は、工程(A)の置換基除去処理を経て得られた微細繊維状セルロースを均一分散処理する工程である。工程(A)において、微細繊維状セルロースに対して置換基除去処理を施すことにより、少なくとも一部の微細繊維状セルロースが凝集する。工程(B)は、このように凝集した微細繊維状セルロースを均一分散する工程である。このように、本実施形態で得られる微細繊維状セルロースは、置換基導入量が0.5mmol/g未満という低置換基導入量であるにも関わらず、その繊維幅が1000nm以下(好ましくは10nm以下)となる。
<Uniform Dispersion Treatment Step (Step (B))>
The method for producing a fine fibrous cellulose dispersion preferably further comprises a step (B) of performing a uniform dispersion treatment after the step (A). The step (B) of performing a uniform dispersion treatment is a step of uniformly dispersing the fine fibrous cellulose obtained through the substituent removal treatment of the step (A). In the step (A), the fine fibrous cellulose is subjected to the substituent removal treatment, whereby at least a portion of the fine fibrous cellulose is aggregated. The step (B) is a step of uniformly dispersing the aggregated fine fibrous cellulose. Thus, the fine fibrous cellulose obtained in this embodiment has a fiber width of 1000 nm or less (preferably 10 nm or less), despite having a low substituent introduction amount of less than 0.5 mmol/g.
均一分散処理する工程(B)では、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザー高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機又はビーターなどを使用することができる。上記均一分散処理装置の中でも、高速解繊機、高圧ホモジナイザーを用いることがより好ましい。 In step (B) of the uniform dispersion treatment, for example, a high-speed defibrator, grinder (stone mill type grinder), high-pressure homogenizer, high-pressure collision type grinder, ball mill, bead mill, disk type refiner, conical refiner, twin-screw kneader, vibration mill, homomixer under high-speed rotation, ultrasonic disperser, or beater can be used. Of the above-mentioned uniform dispersion treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator or high-pressure homogenizer.
均一分散処理する工程(B)における処理条件は特に限定されないが、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力を大きくすることが好ましい。高速解繊機においては、その周速が20m/sec以上であることが好ましく、25m/sec以上であることがより好ましく、30m/sec以上であることがさらに好ましい。高圧ホモジナイザーは、高速解繊機よりも、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力が大きくなるため、より好ましく使用できる。高圧ホモジナイザー処理においては、処理時の圧力は1MPa以上350MPa以下が好ましく、10MPa以上300MPa以下がより好ましく、50MPa以上250MPa以下がさらに好ましい。 The processing conditions for the uniform dispersion process (B) are not particularly limited, but it is preferable to increase the maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and the pressure during processing. In the case of a high-speed fiberizer, the peripheral speed is preferably 20 m/sec or more, more preferably 25 m/sec or more, and even more preferably 30 m/sec or more. A high-pressure homogenizer is more preferably used than a high-speed fiberizer because it has a higher maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and a higher pressure during processing. In high-pressure homogenizer processing, the pressure during processing is preferably 1 MPa or more and 350 MPa or less, more preferably 10 MPa or more and 300 MPa or less, and even more preferably 50 MPa or more and 250 MPa or less.
なお、工程(B)においては、上述したスペーサー分子を新たに添加してもよい。工程(B)の均一分散処理工程において、このようなスペーサー分子を添加することで、微細繊維状セルロースの均一分散をよりスムーズに行うことができる。これにより、微細繊維状セルロースを含む分散液やシートの透明性をより効果的に高めることができる。 In step (B), the above-mentioned spacer molecules may be added. By adding such spacer molecules in the uniform dispersion treatment step of step (B), uniform dispersion of the fine fibrous cellulose can be achieved more smoothly. This makes it possible to more effectively improve the transparency of the dispersion liquid and sheet containing the fine fibrous cellulose.
<イオン交換工程>
アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部を除去する工程(A)の後には、微細繊維状セルロースを含む分散液に多価金属塩を添加する工程を含むことが好ましい。多価金属塩を添加する工程では、微細繊維状セルロースの対イオンが多価金属イオンに交換され、少なくとも一部の微細繊維状セルロースが凝集するため、このような工程はイオン交換工程もしくは凝集工程とも呼ばれる。なお、イオン交換工程は、工程(A)の後に設けられてもよいが、工程(A)に続く工程(B)の後に設けられることがより好ましい。本実施形態においては、解繊処理後であって、置換基除去処理後に得られる微細繊維状セルロースを含む分散液に多価金属塩を添加しているため、後述する再分散工程において、微細繊維状セルロースの再分散性をより高めることができる。これにより、透明性に優れた再分散液やシートを得ることができる。
<Ion exchange process>
After step (A) of removing a portion of the anionic groups from fine fibrous cellulose having an anionic group and a fiber width of 1000 nm or less, a step of adding a polyvalent metal salt to a dispersion containing the fine fibrous cellulose is preferably included. In the step of adding the polyvalent metal salt, the counter ions of the fine fibrous cellulose are exchanged for polyvalent metal ions, and at least a portion of the fine fibrous cellulose aggregates, so this step is also called an ion exchange step or aggregation step. Note that the ion exchange step may be carried out after step (A), but is more preferably carried out after step (B) following step (A). In this embodiment, since a polyvalent metal salt is added to a dispersion containing fine fibrous cellulose obtained after the defibration treatment and the substituent removal treatment, the redispersibility of the fine fibrous cellulose can be further improved in the redispersion step described below. This makes it possible to obtain a redispersion liquid or sheet with excellent transparency.
イオン交換工程における多価金属塩の添加量は、分散液中に含まれる微細繊維状セルロース1gに対して、0.01mmol以上であることが好ましく、0.02mmol以上であることがより好ましい。また、イオン交換工程における多価金属塩の添加量は、分散液中に含まれる微細繊維状セルロース1gに対して、30mmol以下であることが好ましく、20mmol以下であることがより好ましい。なお、多価金属塩を添加する際には、多価金属塩を含有した水溶液を添加することが好ましい。 The amount of polyvalent metal salt added in the ion exchange process is preferably 0.01 mmol or more, and more preferably 0.02 mmol or more, per 1 g of fine fibrous cellulose contained in the dispersion. Furthermore, the amount of polyvalent metal salt added in the ion exchange process is preferably 30 mmol or less, and more preferably 20 mmol or less, per 1 g of fine fibrous cellulose contained in the dispersion. When adding the polyvalent metal salt, it is preferable to add an aqueous solution containing the polyvalent metal salt.
イオン交換工程において、多価金属塩を添加することで凝集物が発生した場合には、撹拌を行った後に濾過工程と洗浄工程をさらに含むことが好ましい。洗浄工程は、例えば水や有機溶媒により凝集物を洗浄することにより行われる。そして、洗浄工程の後に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。 In the ion exchange process, when agglomerates are generated by adding a polyvalent metal salt, it is preferable to further include a filtration process and a washing process after stirring. The washing process is performed by washing the agglomerates with, for example, water or an organic solvent. Then, by providing a filtration process after the washing process, a concentrate can be obtained. The filter material used in the filtration process is not particularly limited, but filter materials made of stainless steel, filter paper, polypropylene, nylon, polyethylene, polyester, etc. can be used. Since acid may be used, polypropylene filter materials are 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. A compression device can be used in the compression step. Common press devices such as belt presses, screw presses, and filter presses can be used as such devices, and the device is not particularly limited. The pressure during compression is preferably 0.2 MPa or higher, and more preferably 0.4 MPa or higher.
イオン交換工程で得られる凝集物中に含まれる微細繊維状セルロースの含有量は、溶媒を含む凝集物の全質量に対して、40質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、6質量%未満であることがさらに好ましい。また、凝集物中に含まれる微細繊維状セルロースの含有量は、凝集物の全質量に対して、0.1質量%以下であることが好ましい。凝集物の含有量を上記範囲内とすることにより、後述する再分散工程における再分散性をより効果的に高めることができる。 The content of fine fibrous cellulose in the aggregate obtained in the ion exchange step is preferably 40% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably less than 6% by mass, based on the total mass of the aggregate including the solvent. Furthermore, the content of fine fibrous cellulose in the aggregate is preferably 0.1% by mass or less, based on the total mass of the aggregate. By keeping the content of the aggregate within this range, it is possible to more effectively improve redispersibility in the redispersion step described below.
なお、イオン交換工程では、凝集物中に含まれる微細繊維状セルロースの含有量を所定範囲とするために、乾燥工程を設けてもよい。また、イオン交換工程の後には、凝集物を粉末化する工程を設けてもよい。 In the ion exchange process, a drying process may be included to ensure that the content of fine fibrous cellulose in the aggregate falls within a predetermined range. Furthermore, after the ion exchange process, a process of powdering the aggregate may be included.
また、イオン交換工程では、多価金属塩を添加する工程を複数回設けてもよい。多価金属塩を添加する工程を複数回設けることにより、微細繊維状セルロースの対イオンを効率よく多価金属イオンに交換することができる。 Furthermore, in the ion exchange process, the step of adding a polyvalent metal salt may be carried out multiple times. By carrying out the step of adding a polyvalent metal salt multiple times, the counter ions of the fine fibrous cellulose can be efficiently exchanged with polyvalent metal ions.
<再分散(均一分散)工程>
イオン交換工程の後には、得られた凝集物や含有成分を溶媒に再分散させる工程が設けられることが好ましい。本実施形態においては、再分散工程において、凝集物中の微細繊維状セルロースが均一に分散するため、再分散工程を均一分散処理工程と呼ぶ場合もある。このような再分散工程を経て、微細繊維状セルロースが均一に分散した分散液(再分散液)が得られる。なお、イオン交換工程後に設けられる再分散(均一分散)工程は、置換基除去処理工程(工程(A))後に設けられる均一分散処理工程(工程(B))と同様の工程であってもよい。
<Re-dispersion (uniform dispersion) process>
After the ion exchange step, it is preferable to provide a step of redispersing the obtained aggregates and contained components in a solvent. In this embodiment, the redispersion step is sometimes referred to as a uniform dispersion treatment step because the fine fibrous cellulose in the aggregates is uniformly dispersed in the redispersion step. Through such a redispersion step, a dispersion liquid (redispersion liquid) in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed is obtained. Note that the redispersion (uniform dispersion) step provided after the ion exchange step may be a step similar to the uniform dispersion treatment step (step (B)) provided after the substituent removal treatment step (step (A)).
溶媒の種類は、特に限定されないが、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合物を挙げることができる。有機溶媒としては、例えば、アルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、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)等が挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、t-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、エチレングリコール、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等が挙げられる。エーテル類としては、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、エチレングリコールモノt-ブチルエーテル等が挙げられる。 The type of solvent is not particularly limited, but examples include water, organic solvents, and mixtures of water and organic solvents. Examples of organic solvents include alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), and dimethylacetamide (DMAc). Examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, and t-butyl alcohol. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol and glycerin. Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, and ethylene glycol mono-t-butyl ether.
再分散工程では、例えば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザー高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機又はビーターなどを使用することができる。上記均一分散処理装置の中でも、高速解繊機、高圧ホモジナイザーを用いることがより好ましい。 In the redispersion step, for example, a high-speed defibrator, grinder (stone mill), high-pressure homogenizer, high-pressure collision grinder, ball mill, bead mill, disk refiner, conical refiner, twin-screw kneader, vibration mill, homomixer under high-speed rotation, ultrasonic disperser, or beater can be used. Of the above-mentioned uniform dispersion treatment devices, it is more preferable to use a high-speed defibrator or high-pressure homogenizer.
再分散工程における処理条件は特に限定されないが、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力を大きくすることが好ましい。高速解繊機においては、その周速が20m/sec以上であることが好ましく、25m/sec以上であることがより好ましく、30m/sec以上であることがさらに好ましい。高圧ホモジナイザーは、高速解繊機よりも、処理中の微細繊維状セルロースの最高移動速度や、処理時の圧力が大きくなるため、より好ましく使用できる。高圧ホモジナイザー処理においては、処理時の圧力は1MPa以上350MPa以下が好ましく、10MPa以上300MPa以下がより好ましく、50MPa以上250MPa以下がさらに好ましい。 The processing conditions for the redispersion step are not particularly limited, but it is preferable to increase the maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and the pressure during processing. In the case of a high-speed fiberizer, the peripheral speed is preferably 20 m/sec or more, more preferably 25 m/sec or more, and even more preferably 30 m/sec or more. A high-pressure homogenizer is more preferably used than a high-speed fiberizer because it has a higher maximum movement speed of the fine fibrous cellulose during processing and a higher pressure during processing. In high-pressure homogenizer processing, the pressure during processing is preferably 1 MPa or more and 350 MPa or less, more preferably 10 MPa or more and 300 MPa or less, and even more preferably 50 MPa or more and 250 MPa or less.
以上のように、本件の微細繊維状セルロース分散液の製造方法は、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースから、アニオン性基の一部を除去する工程(A)、均一分散処理する工程(B)、イオン交換工程及び再分散(均一分散)工程をこの順で含むことが好ましい。本実施形態においては、特に、イオン交換工程で得られる凝集物や含有成分を溶媒に再分散(均一分散)させる工程において、高速解繊機や高圧ホモジナイザーを用いて、微細繊維状セルロースを均一に分散させることにより、透明性が高く、かつ粘度復元率の高い分散液を得ることができる。そして、このような工程を経て得られる微細繊維状セルロース分散液を用いて、シートを形成することにより、透明性が高く、耐黄変性に優れたシートを形成することができる。 As described above, the method for producing a fine fibrous cellulose dispersion of the present invention preferably includes, in this order, a step (A) of removing a portion of the anionic groups from fine fibrous cellulose having an anionic group and a fiber width of 1000 nm or less, a step (B) of performing a uniform dispersion treatment, an ion exchange step, and a redispersion (uniform dispersion) step. In this embodiment, particularly in the step of redispersing (uniformly dispersing) the aggregates and components obtained in the ion exchange step in a solvent, a high-speed defibrator or high-pressure homogenizer is used to uniformly disperse the fine fibrous cellulose, thereby obtaining a dispersion that is highly transparent and has a high viscosity recovery rate. Furthermore, by forming a sheet using the fine fibrous cellulose dispersion obtained through these steps, a sheet that is highly transparent and has excellent yellowing resistance can be obtained.
(シート)
本実施形態は、上述した分散液から形成されるシートに関するものでもある。本実施形態のシートは、アニオン性基を有し、かつ繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを含み、繊維状セルロースにおけるアニオン性基の導入量は0.5mmol/g未満であり、繊維状セルロースは、アニオン性基の対イオンとして多価金属イオンを有している。
(seat)
This embodiment also relates to a sheet formed from the above-described dispersion. The sheet of this embodiment contains fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less, in which the amount of anionic groups introduced into the fibrous cellulose is less than 0.5 mmol/g, and the fibrous cellulose has polyvalent metal ions as counter ions of the anionic groups.
シート中の固形分全質量に対する繊維状セルロースの含有量は、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましい。また、シート中の固形分全質量に対する繊維状セルロースの含有量は、90質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることがさらに好ましい。繊維状セルロースの含有量を上記範囲内とすることにより、透明性に優れ、かつ耐黄変性に優れたシートが得られやすくなる。 The content of fibrous cellulose relative to the total mass of solids in the sheet is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and even more preferably 30% by mass or more. Furthermore, the content of fibrous cellulose relative to the total mass of solids in the sheet is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less. By keeping the content of fibrous cellulose within the above range, it becomes easier to obtain a sheet that has excellent transparency and yellowing resistance.
シート中における一価金属元素含有率は、40%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、25%以下であることがさらに好ましく、20%以下であることが一層好ましく、15%以下であることがより一層好ましく、10%以下であることが特に好ましい。シート中における一価金属元素含有率の下限値は特に限定されるものではなく、0%であってもよい。ここで、シートにおける一価金属元素含有率は、蛍光X線分析法を用いて以下のように算出される値である。まず、検量線作成用として、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、銅及びコバルトのそれぞれの元素含有量が既知である各ろ紙を準備し、蛍光X線分析により各ろ紙のX線強度を測定する。次いで、これにより得られたX線強度と、分析元素の既知の含有量に基づき、検量線を作成する。次いで、蛍光X線分析により、測定対象シート(実施例及び比較例で得られたシート)のX線強度を測定する。これにより得られたX線強度と上記検量線から、測定対象シート中の各分析元素の含有量(mmol)を求め、下記式から一価金属元素含有率を算出する。
一価金属元素含有率(%)=一価金属元素の含有量(mmol)/全ての金属元素の含有量(mmol)×100
一価金属元素含有率を上記範囲内とすることにより、シートの耐黄変性と耐水性をより効果的に高めることができる。
The monovalent metal element content in the sheet is preferably 40% or less, more preferably 30% or less, even more preferably 25% or less, even more preferably 20% or less, even more preferably 15% or less, and particularly preferably 10% or less. The lower limit of the monovalent metal element content in the sheet is not particularly limited and may be 0%. Here, the monovalent metal element content in the sheet is a value calculated as follows using X-ray fluorescence analysis. First, for creating a calibration curve, filter papers with known elemental contents of sodium, calcium, magnesium, zinc, nickel, copper, and cobalt are prepared, and the X-ray intensity of each filter paper is measured by X-ray fluorescence analysis. Next, a calibration curve is created based on the obtained X-ray intensity and the known content of the analyzed element. Next, the X-ray intensity of the measurement target sheet (sheets obtained in the Examples and Comparative Examples) is measured by X-ray fluorescence analysis. From the obtained X-ray intensity and the above calibration curve, the content (mmol) of each analyzed element in the measurement target sheet is determined, and the monovalent metal element content is calculated using the following formula:
Monovalent metal element content (%) = Monovalent metal element content (mmol) / Total metal element content (mmol) × 100
By setting the content of the monovalent metal element within the above range, the yellowing resistance and water resistance of the sheet can be more effectively improved.
シートの黄色度(YI)は、2.0以下であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましく、1.0以下であることがさらに好ましい。シートの黄色度(YI)の下限値は特に限定されるものではないが、0.0であってもよい。なお、上記のシートの黄色度(YI)は、シートを加熱する前の黄色度(YI)である。 The yellowness index (YI) of the sheet is preferably 2.0 or less, more preferably 1.5 or less, and even more preferably 1.0 or less. The lower limit of the yellowness index (YI) of the sheet is not particularly limited, but may be 0.0. Note that the above yellowness index (YI) of the sheet is the yellowness index (YI) before the sheet is heated.
また、シートを160℃で6時間加熱した場合のYI増加率は、1600%以下であることが好ましく、1580%以下であることがより好ましく、1560%以下であることがさらに好ましく、1540%以下であることが特に好ましい。なお、YI増加率の下限値は特に限定されるものではく、0%であってもよい。ここで、YI増加率は下記式により算出される値である。
YI増加率(%)=(加熱後のシートの黄色度-加熱前のシートの黄色度)/加熱前のシートの黄色度×100
上記式において、シートの黄色度はJIS K 7373:2006に準拠して測定した黄色度であり、加熱後のシートの黄色度はシートを160℃で6時間加熱した後の黄色度であり、加熱前のシートの黄色度はシートを160℃で6時間加熱する前の黄色度である。
Furthermore, when the sheet is heated at 160°C for 6 hours, the YI increase rate is preferably 1600% or less, more preferably 1580% or less, even more preferably 1560% or less, and particularly preferably 1540% or less. The lower limit of the YI increase rate is not particularly limited, and may be 0%. Here, the YI increase rate is a value calculated by the following formula.
YI increase rate (%)=(yellowing index of sheet after heating−yellowing index of sheet before heating)/yellowing index of sheet before heating×100
In the above formula, the yellowness of the sheet is the yellowness measured in accordance with JIS K 7373:2006, the yellowness of the sheet after heating is the yellowness after the sheet is heated at 160°C for 6 hours, and the yellowness of the sheet before heating is the yellowness before the sheet is heated at 160°C for 6 hours.
シートの全光線透過率は、70%以上であることが好ましく、75%以上であることがより好ましく、80%以上であることがさらに好ましく、85%以上であることが一層好ましく、90%以上であることが特に好ましい。シートの全光線透過率の上限値は特に限定されるものではなく、100%であってもよい。ここで、シートの全光線透過率は、JIS K 7361-1:1997に準拠して測定される値である。ヘーズを測定する機器としては、例えば、株式会社村上色彩技術研究所製のヘーズメーター(HM-150)を用いることができる。 The total light transmittance of the sheet is preferably 70% or more, more preferably 75% or more, even more preferably 80% or more, even more preferably 85% or more, and particularly preferably 90% or more. There is no particular upper limit to the total light transmittance of the sheet, and it may be 100%. Here, the total light transmittance of the sheet is a value measured in accordance with JIS K 7361-1:1997. An instrument for measuring haze can be, for example, a haze meter (HM-150) manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.
シートのヘーズは、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、4%以下であることがさらに好ましく、3%以下であることが一層好ましく、2.5%以下であることが特に好ましい。シートのヘーズの下限値は特に限定されるものではなく、0%であってもよい。ここで、シートのヘーズは、JIS K 7136:2000に準拠して測定される値である。ヘーズを測定する機器としては、例えば、株式会社村上色彩技術研究所製のヘーズメーター(HM-150)を用いることができる。 The haze of the sheet is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, even more preferably 4% or less, even more preferably 3% or less, and particularly preferably 2.5% or less. There is no particular limit to the lower limit of the sheet haze, and it may be 0%. Here, the haze of the sheet is a value measured in accordance with JIS K 7136:2000. An instrument for measuring haze can be, for example, a haze meter (HM-150) manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.
シートの厚みは、特に制限されるものではないが、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、20μm以上であることがさらに好ましく、30μm以上であることが一層好ましく、40μm以上であることが特に好ましい。また、シートの厚みは、200μm以下であることが好ましい。本実施形態においては、シートを形成する前に、アニオン性基の対イオンとして多価金属イオンを導入しているため、厚みの大きいシートにおいても、優れた耐黄変性が発揮される。 The thickness of the sheet is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, even more preferably 20 μm or more, even more preferably 30 μm or more, and particularly preferably 40 μm or more. Furthermore, the thickness of the sheet is preferably 200 μm or less. In this embodiment, polyvalent metal ions are introduced as counterions to the anionic groups before the sheet is formed, so that even thick sheets exhibit excellent yellowing resistance.
シートの坪量は、特に制限されるものではないが、10g/m2以上であることが好ましく、20g/m2以上であることがより好ましい。また、シートの坪量は、200g/m2以下であることが好ましく、150g/m2以下であることがより好ましい。シートの坪量は、以下の方法にしたがって算出される値である。50mm角以上の大きさに切り出したシートを23℃、相対湿度50%で24時間調湿した後、重量を測定し、この重量を切り出したシートの面積で除し、シートの坪量を算出する。 The basis weight of the sheet is not particularly limited, but is preferably 10 g/m2 or more , and more preferably 20 g/m2 or more . The basis weight of the sheet is preferably 200 g/m2 or less , and more preferably 150 g/m2 or less . The basis weight of the sheet is a value calculated according to the following method. A sheet cut into a size of 50 mm square or more is conditioned at 23°C and a relative humidity of 50% for 24 hours, and then the weight is measured, and this weight is divided by the area of the cut sheet to calculate the basis weight of the sheet.
シートの密度は、特に制限されるものではないが、0.5g/cm3以上であることが好ましく、1g/cm3以上であることがより好ましく、1.2g/cm3以上であることがさらに好ましい。また、シートの密度は、3g/cm3以下であることが好ましく、2g/cm3以下であることがより好ましく、1.8g/cm3以下であることがさらに好ましい。シートの密度は、シートの坪量を厚みで除すことで算出する。 The density of the sheet is not particularly limited, but is preferably 0.5 g/cm or more , more preferably 1 g/cm or more , and even more preferably 1.2 g/cm or more. The density of the sheet is preferably 3 g/cm or less, more preferably 2 g/cm or less , and even more preferably 1.8 g/cm or less. The density of the sheet is calculated by dividing the basis weight of the sheet by the thickness.
シートの吸水率は、600%以下であることが好ましく、580%以下であることがより好ましく、550%以下であることがさらに好ましい。また、シートの吸水率は0%以上であることが好ましい。シートの吸水率を上記範囲内とすることにより、耐水性に優れたシートを得ることができる。ここで、シートの吸水率は、以下の方法で算出される値である。まず、シートを50mm角のシートとし、24時間イオン交換水に浸漬する。そして、下記式からシートの吸水率を求める。なお、シートの絶乾質量はシートを105℃で24時間乾燥し、乾燥後に測定した質量である。
シートの吸水率(%)=シートのイオン交換水浸漬後の質量(g)/シートの絶乾質量(g)×100
The water absorption rate of the sheet is preferably 600% or less, more preferably 580% or less, and even more preferably 550% or less. The water absorption rate of the sheet is preferably 0% or more. By setting the water absorption rate of the sheet within the above range, a sheet with excellent water resistance can be obtained. Here, the water absorption rate of the sheet is a value calculated by the following method. First, a sheet is cut into 50 mm square sheets and immersed in ion-exchanged water for 24 hours. The water absorption rate of the sheet is then calculated using the following formula. The bone dry mass of the sheet is the mass measured after drying the sheet at 105°C for 24 hours.
Water absorption rate of sheet (%) = Mass (g) of sheet after immersion in ion-exchanged water / Bone-dry mass (g) of sheet × 100
本実施形態において、シートは、上述した繊維状セルロースに加えて、樹脂を含むものであることが好ましい。樹脂の種類は特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。 In this embodiment, the sheet preferably contains a resin in addition to the above-mentioned fibrous cellulose. The type of resin is not particularly limited, but examples include thermoplastic resins and thermosetting resins.
樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、塩素系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、アルコール系樹脂、セルロース誘導体、これらの樹脂の前駆体を挙げることができる。なお、セルロース誘導体としては、たとえば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどを挙げることができる。樹脂の前駆体の種類は特に限定されるものではないが、たとえば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の前駆体を挙げることができる。熱可塑性樹脂の前駆体とは、熱可塑性樹脂を製造するために使用されるモノマーや分子量が比較的低いオリゴマーを意味する。また、熱硬化性樹脂の前駆体とは、光、熱、硬化剤の作用によって重合反応または架橋反応を起こして熱硬化性樹脂を形成しうるモノマーや分子量が比較的低いオリゴマーを意味する。シートが樹脂の前駆体を含む場合、使用態様に応じて後工程や使用時において、光や熱、硬化剤の作用により、樹脂の前駆体の重合や架橋反応を進行させてもよい。 Examples of resins include acrylic resins, polystyrene resins, polycarbonate resins, polyester resins, polyamide resins, silicone resins, fluorine-based resins, chlorine-based resins, epoxy resins, melamine resins, phenolic resins, polyurethane resins, diallyl phthalate resins, alcohol-based resins, cellulose derivatives, and precursors of these resins. Examples of cellulose derivatives include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose. The type of resin precursor is not particularly limited, but examples include precursors of thermoplastic resins and thermosetting resins. A precursor of a thermoplastic resin refers to a monomer or a relatively low-molecular-weight oligomer used to produce a thermoplastic resin. A precursor of a thermosetting resin refers to a monomer or a relatively low-molecular-weight oligomer that can undergo a polymerization or crosslinking reaction under the action of light, heat, or a curing agent to form a thermosetting resin. If the sheet contains a resin precursor, the polymerization or crosslinking reaction of the resin precursor may be promoted by the action of light, heat, or a curing agent in a subsequent process or during use, depending on the intended use.
シート中の固形分全質量に対する樹脂の含有量は、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることがさらに好ましい。また、シート中の固形分全質量に対する樹脂の含有量は、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることがさらに好ましい。樹脂の含有量を上記範囲内とすることにより、透明性に優れ、かつ着色が抑制されたシートが得られやすくなる。 The resin content relative to the total mass of solids in the sheet is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more. Furthermore, the resin content relative to the total mass of solids in the sheet is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or less. By keeping the resin content within the above range, it becomes easier to obtain a sheet with excellent transparency and suppressed discoloration.
また、本実施形態において、シートは、上述した繊維状セルロースや樹脂に加えて、任意成分を含むものであってもよい。任意成分としては、分散液が含み得る任意成分を例示することができる。 In addition, in this embodiment, the sheet may contain optional components in addition to the above-mentioned fibrous cellulose and resin. Examples of optional components include the optional components that may be contained in the dispersion liquid.
(積層体)
本実施形態は、上述したシートにさらに他の層を積層した構造を有する積層体に関するものであってもよい。このような他の層は、シートの両表面上に設けられていてもよいが、シートの一方の面上にのみ設けられていてもよい。シートの少なくとも一方の面上に積層される他の層としては、例えば、樹脂層や無機層を挙げることができる。
(Laminate)
This embodiment may also relate to a laminate having a structure in which another layer is further laminated on the above-mentioned sheet. Such another layer may be provided on both surfaces of the sheet, or may be provided only on one surface of the sheet. Examples of the other layer laminated on at least one surface of the sheet include a resin layer and an inorganic layer.
<樹脂層>
樹脂層は、天然樹脂や合成樹脂を主成分とする層である。ここで、主成分とは、樹脂層の全質量に対して、50質量%以上含まれている成分を指す。樹脂の含有量は、樹脂層の全質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。なお、樹脂の含有量は、100質量%とすることもでき、95質量%以下であってもよい。
<Resin layer>
The resin layer is a layer whose main component is a natural resin or a synthetic resin. Here, the main component refers to a component that is contained in an amount of 50% by mass or more relative to the total mass of the resin layer. The resin content is preferably 60% by mass or more, 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 resin layer. The resin content may be 100% by mass or may be 95% by mass or less.
天然樹脂としては、例えば、ロジン、ロジンエステル、水添ロジンエステル等のロジン系樹脂を挙げることができる。 Examples of natural resins include rosin-based resins such as rosin, rosin ester, and hydrogenated rosin ester.
合成樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。中でも、合成樹脂は、ポリオレフィン樹脂であることが好ましく、ポリエチレン樹脂及びポリプロピレン樹脂から選択される少なくとも1種を有することが好ましい。 Examples of synthetic resins include polyolefin resins, cyclic olefin resins, polycarbonate resins, polyethylene terephthalate resins, polyethylene naphthalate resins, polyimide resins, polystyrene resins, and acrylic resins. Among these, the synthetic resin is preferably a polyolefin resin, and preferably contains at least one resin selected from polyethylene resins and polypropylene resins.
樹脂層を構成するポリカーボネート樹脂としては、例えば、芳香族ポリカーボネート系樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂が挙げられる。これらの具体的なポリカーボネート系樹脂は公知であり、例えば特開2010-023275号公報に記載されたポリカーボネート系樹脂が挙げられる。 Examples of the polycarbonate resin that constitutes the resin layer include aromatic polycarbonate resins and aliphatic polycarbonate resins. Specific examples of these polycarbonate resins are known, such as the polycarbonate resins described in JP 2010-023275 A.
樹脂層を構成する樹脂は1種を単独で用いてもよく、複数の樹脂成分が共重合または、グラフト重合してなる共重合体を用いてもよい。また、複数の樹脂成分を物理的なプロセスで混合したブレンド材料として用いてもよい。 The resin layer may be made of a single resin, or a copolymer formed by copolymerization or graft polymerization of multiple resin components. Alternatively, multiple resin components may be mixed using a physical process to form a blend material.
シートと樹脂層の間には、接着層が設けられていてもよく、また接着層が設けられておらず、シートと樹脂層が直接密着をしていてもよい。シートと樹脂層の間に接着層が設けられる場合は、接着層を構成する接着剤として、例えば、アクリル系樹脂を挙げることができる。また、アクリル系樹脂以外の接着剤としては、例えば、塩化ビニル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン/アクリル酸エステル共重合体樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸エステル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン/酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体樹脂や、SBR、NBR等のゴム系エマルジョンなどが挙げられる。 An adhesive layer may be provided between the sheet and the resin layer, or no adhesive layer may be provided and the sheet and resin layer may be directly adhered to each other. When an adhesive layer is provided between the sheet and the resin layer, the adhesive constituting the adhesive layer may be, for example, an acrylic resin. Examples of adhesives other than acrylic resins include vinyl chloride resin, (meth)acrylic ester resin, styrene/acrylic ester copolymer resin, vinyl acetate resin, vinyl acetate/(meth)acrylic ester copolymer resin, urethane resin, silicone resin, epoxy resin, ethylene/vinyl acetate copolymer resin, polyester resin, polyvinyl alcohol resin, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin, and rubber emulsions such as SBR and NBR.
シートと樹脂層の間に接着層が設けられていない場合は、樹脂層が密着助剤を有してもよく、また、樹脂層の表面に親水化処理等の表面処理を行ってもよい。
密着助剤としては、例えば、イソシアネート基、カルボジイミド基、エポキシ基、オキサゾリン基、アミノ基及びシラノール基から選択される少なくとも1種を含む化合物や、有機ケイ素化合物が挙げられる。中でも、密着助剤はイソシアネート基を含む化合物(イソシアネート化合物)及び有機ケイ素化合物から選択される少なくとも1種であることが好ましい。有機ケイ素化合物としては、例えば、シランカップリング剤縮合物や、シランカップリング剤を挙げることができる。
表面処理の方法としては、コロナ処理、プラズマ放電処理、UV照射処理、電子線照射処理、火炎処理等を挙げることができる。
When no adhesive layer is provided between the sheet and the resin layer, the resin layer may contain an adhesion aid, and the surface of the resin layer may be subjected to a surface treatment such as hydrophilization.
Examples of the adhesion aid include a compound containing at least one selected from an isocyanate group, a carbodiimide group, an epoxy group, an oxazoline group, an amino group, and a silanol group, and an organosilicon compound. Among them, the adhesion aid is preferably at least one selected from a compound containing an isocyanate group (isocyanate compound) and an organosilicon compound. Examples of the organosilicon compound include a silane coupling agent condensate and a silane coupling agent.
Examples of the surface treatment method include corona treatment, plasma discharge treatment, UV irradiation treatment, electron beam irradiation treatment, and flame treatment.
<無機層>
無機層を構成する物質としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、錫、ニッケル、チタン;これらの酸化物、炭化物、窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、もしくは酸化炭化窒化物;またはこれらの混合物が挙げられる。高い防湿性が安定に維持できるとの観点からは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、またはこれらの混合物が好ましい。
<Inorganic layer>
The material constituting the inorganic layer is not particularly limited, and examples thereof include aluminum, silicon, magnesium, zinc, tin, nickel, and titanium; their oxides, carbides, nitrides, oxycarbides, oxynitrides, and oxycarbonitrides; and mixtures thereof. From the viewpoint of stably maintaining high moisture resistance, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxide carbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxide carbide, aluminum oxynitride, and mixtures thereof are preferred.
無機層の形成方法は、特に限定されない。一般に、薄膜を形成する方法は大別して、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)と物理成膜法(Physical Vapor Deposition、PVD)とがあるが、いずれの方法を採用してもよい。CVD法としては、具体的には、プラズマを利用したプラズマCVD、加熱触媒体を用いて材料ガスを接触熱分解する触媒化学気相成長法(Cat-CVD)等が挙げられる。PVD法としては、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられる。 The method for forming the inorganic layer is not particularly limited. Generally, methods for forming thin films can be broadly divided into chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD), but either method may be used. Specific examples of CVD methods include plasma CVD, which uses plasma, and catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD), which uses a heated catalyst to catalytically decompose a material gas. Specific examples of PVD methods include vacuum deposition, ion plating, and sputtering.
また、無機層の形成方法としては、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition、ALD)を採用することもできる。ALD法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを、層を形成する面に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する方法である。成膜速度が遅いという欠点はあるが、プラズマCVD法以上に、複雑な形状の面でもきれいに覆うことができ、欠陥の少ない薄膜を成膜することが可能であるという利点がある。また、ALD法には、膜厚をナノオーダーで制御することができ、広い面を覆うことが比較的容易である等の利点がある。さらにALD法は、プラズマを用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化、未反応ガスの減少が期待できる。 Atomic layer deposition (ALD) can also be used to form inorganic layers. ALD is a method for forming thin films atomically by alternately supplying the source gases of each element that make up the film to be formed to the surface on which the layer is to be formed. While it has the disadvantage of a slow film formation speed, it has the advantage of being able to coat even complex surfaces cleanly, more so than plasma CVD, and to deposit thin films with fewer defects. ALD also has the advantage of being able to control film thickness at the nanometer level, making it relatively easy to cover large surfaces. Furthermore, the use of plasma in ALD is expected to improve reaction speed, enable lower processing temperatures, and reduce unreacted gases.
(シートの製造方法)
シートの製造方法は、上述した方法で得られた分散液からシートを形成する工程を含むことが好ましい。分散液からシートを形成する工程では、分散液を基材上に塗工する塗工工程、又は分散液を抄紙する抄紙工程を含むことが好ましい。
(Sheet manufacturing method)
The sheet manufacturing method preferably includes a step of forming a sheet from the dispersion obtained by the above-described method. The step of forming a sheet from the dispersion preferably includes a coating step of coating the dispersion onto a substrate, or a papermaking step of making paper from the dispersion.
<塗工工程>
塗工工程では、分散液を得る工程で得られた分散液を基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離することによりシートを得ることができる。また、塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。
<Coating process>
In the coating step, the dispersion obtained in the dispersion obtaining step is coated on a substrate, and the coated substrate is dried to form a sheet, which can be peeled off from the substrate to obtain a sheet. In addition, by using a coating device and a long substrate, sheets can be produced continuously.
塗工工程で用いる基材の材質は、特に限定されないが、分散液に対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができてよいが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂製のフィルムや板または金属製のフィルムや板が好ましいが、特に限定されない。例えばアクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂のフィルムや板、アルミ、亜鉛、銅、鉄板の金属のフィルムや板、および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレスのフィルムや板、真ちゅうのフィルムや板等を用いることができる。 The material of the substrate used in the coating process is not particularly limited, but a substrate with high wettability to the dispersion liquid can suppress shrinkage of the sheet during drying, but it is preferable to select a substrate that allows the formed sheet to be easily peeled off after drying. Of these, resin films or plates or metal films or plates are preferred, but there are no particular limitations. For example, resin films or plates such as acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polystyrene, and polyvinylidene chloride, metal films or plates such as aluminum, zinc, copper, and iron plates, and those with oxidized surfaces, stainless steel films or plates, and brass films or plates can be used.
塗工工程において、分散液の粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚み及び坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠としては、特に限定されないが、例えば乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。このような観点から、樹脂板または金属板を成形したものがより好ましい。本実施形態においては、例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛板、銅板、鉄板等の金属板、及びこれらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を成形したものを用いることができる。 If the viscosity of the dispersion is low and it spreads on the substrate during the coating process, a blocking frame may be fixed to the substrate to obtain a sheet of the desired thickness and basis weight. There are no particular limitations on the blocking frame, but it is preferable to select one that allows the edges of the sheet to be easily peeled off after drying. From this perspective, molded resin or metal plates are more preferable. In this embodiment, for example, resin plates such as acrylic plates, polyethylene terephthalate plates, polyvinyl chloride plates, polystyrene plates, and polyvinylidene chloride plates, metal plates such as aluminum plates, zinc plates, copper plates, and iron plates, and plates with their surfaces oxidized, as well as molded stainless steel plates, brass plates, etc. can be used.
分散液を基材に塗工する塗工機としては、特に限定されないが、例えばロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。シートの厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターが特に好ましい。 The coating machine used to apply the dispersion to the substrate is not particularly limited, but examples include roll coaters, gravure coaters, die coaters, curtain coaters, and air doctor coaters. Die coaters, curtain coaters, and spray coaters are particularly preferred because they can produce a more uniform sheet thickness.
分散液を基材へ塗工する際の分散液温度および雰囲気温度は、特に限定されないが、例えば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く、15℃以上50℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上40℃以下であることが特に好ましい。塗工温度が上記下限値以上であれば、分散液をより容易に塗工できる。塗工温度が上記上限値以下であれば、塗工中の分散媒の揮発を抑制できる。 The dispersion temperature and ambient temperature when applying the dispersion to the substrate are not particularly limited, but are preferably from 5°C to 80°C, more preferably from 10°C to 60°C, even more preferably from 15°C to 50°C, and particularly preferably from 20°C to 40°C. If the application temperature is above the lower limit, the dispersion can be applied more easily. If the application temperature is below the upper limit, evaporation of the dispersion medium during application can be suppressed.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が好ましくは10g/m2以上200g/m2以下となるように、より好ましくは20g/m2以上150g/m2以下となるように、分散液を基材に塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、強度に優れたシートが得られる。 In the coating step, the dispersion is preferably applied to the substrate so that the finished basis weight of the sheet is preferably from 10 g/m 2 to 200 g/m 2 , more preferably from 20 g/m 2 to 150 g/m 2. By coating so that the basis weight falls within the above range, a sheet with excellent strength can be obtained.
塗工工程は、上述のとおり、基材上に塗工した分散液を乾燥させる工程を含む。分散液を乾燥させる工程は、特に限定されないが、例えば非接触の乾燥方法、もしくはシートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせにより行われる。非接触の乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば熱風、赤外線、遠赤外線もしくは近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、または真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、特に限定されないが、例えば赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。加熱乾燥法における加熱温度は、特に限定されないが、例えば20℃以上150℃以下とすることが好ましく、25℃以上105℃以下とすることがより好ましい。加熱温度を上記下限値以上とすれば、分散媒を速やかに揮発させることができる。また、加熱温度を上記上限値以下であれば、加熱に要するコストの抑制及び繊維状セルロースの熱による変色の抑制を実現できる。 As described above, the coating process includes drying the dispersion liquid coated on the substrate. The drying process for the dispersion liquid is not particularly limited, but can be performed by, for example, a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination of these. Non-contact drying methods include, but are not limited to, a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far-infrared rays, or near-infrared rays (heat drying method), or a method of drying in a vacuum (vacuum drying method). While heat drying and vacuum drying may be combined, heat drying is typically used. Drying with infrared rays, far-infrared rays, or near-infrared rays can be performed using, for example, an infrared device, a far-infrared device, or a near-infrared device. The heating temperature in the heat drying method is not particularly limited, but is preferably 20°C to 150°C, and more preferably 25°C to 105°C. Setting the heating temperature above the lower limit allows for rapid volatilization of the dispersion medium. Setting the heating temperature below the upper limit reduces heating costs and suppresses heat-induced discoloration of the fibrous cellulose.
<抄紙工程>
抄紙工程は、抄紙機により分散液を抄紙することにより行われる。抄紙工程で用いられる抄紙機としては、特に限定されないが、例えば長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、またはこれらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等の公知の抄紙方法を採用してもよい。
<Paper making process>
The papermaking process is carried out by making paper from the dispersion using a papermaking machine. The papermaking machine used in the papermaking process is not particularly limited, but examples thereof include continuous papermaking machines such as Fourdrinier, cylinder, and tilting types, and multi-layer papermaking machines that combine these. In the papermaking process, known papermaking methods such as handmaking may also be used.
抄紙工程は、分散液をワイヤーにより濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、このシートをプレス、乾燥することにより行われる。分散液を濾過、脱水する際に用いられる濾布としては、特に限定されないが、例えば繊維状セルロースは通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないものであることがより好ましい。このような濾布としては、特に限定されないが、例えば有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、例えばポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。本実施形態においては、例えば孔径0.1μm以上20μm以下であるポリテトラフルオロエチレンの多孔膜や、孔径0.1μm以上20μm以下であるポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられる。 The papermaking process involves filtering and dehydrating the dispersion through a wire to obtain a wet sheet, which is then pressed and dried. The filter cloth used to filter and dehydrate the dispersion is not particularly limited, but it is preferable that it does not allow fibrous cellulose to pass through and that the filtration rate does not become too slow. Such filter cloths are not particularly limited, but are preferably sheets, woven fabrics, or porous membranes made of organic polymers. The organic polymer is not particularly limited, but is preferably a non-cellulose organic polymer such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, or polytetrafluoroethylene (PTFE). In this embodiment, examples include porous membranes of polytetrafluoroethylene with a pore size of 0.1 μm to 20 μm, and woven polyethylene terephthalate or polyethylene with a pore size of 0.1 μm to 20 μm.
シート化工程において、分散液からシートを製造する方法は、例えば微細繊維状セルロースを含む分散液を無端ベルトの上面に吐出し、吐出された分散液から分散媒を搾水してウェブを生成する搾水セクションと、ウェブを乾燥させてシートを生成する乾燥セクションとを備える製造装置を用いて行うことができる。搾水セクションから乾燥セクションにかけて無端ベルトが配設され、搾水セクションで生成されたウェブが無端ベルトに載置されたまま乾燥セクションに搬送される。 In the sheet-forming process, a method for producing a sheet from a dispersion can be carried out using a production apparatus equipped with a water-squeezing section in which a dispersion containing fine fibrous cellulose is discharged onto the upper surface of an endless belt and the dispersion medium is squeezed out of the discharged dispersion to produce a web, and a drying section in which the web is dried to produce a sheet. An endless belt is disposed between the water-squeezing section and the drying section, and the web produced in the water-squeezing section is transported to the drying section while still on the endless belt.
抄紙工程において用いられる脱水方法としては、特に限定されないが、例えば紙の製造で通常に使用している脱水方法が挙げられる。これらの中でも、長網、円網、傾斜ワイヤーなどで脱水した後、さらにロールプレスで脱水する方法が好ましい。また、抄紙工程において用いられる乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば紙の製造で用いられている方法が挙げられる。これらの中でも、シリンダードライヤー、ヤンキードライヤー、熱風乾燥、近赤外線ヒーター、赤外線ヒーターなどを用いた乾燥方法がより好ましい。 The dehydration method used in the papermaking process is not particularly limited, but examples include dehydration methods commonly used in paper manufacturing. Among these, methods of dehydrating using a Fourdrinier, cylinder, or inclined wire, followed by further dehydration using a roll press, are preferred. Furthermore, the drying method used in the papermaking process is not particularly limited, but examples include methods used in paper manufacturing. Among these, drying methods using a cylinder dryer, Yankee dryer, hot air dryer, near-infrared heater, infrared heater, etc. are more preferred.
(用途)
本実施形態の繊維状セルロース分散液は、例えば、食品、化粧品、セメント、塗料(自動車、船舶、航空機等の乗り物塗装用、建材用、日用品用など)、インク、医薬品などへの添加物として用いることができる。また、本実施形態の微細繊維状セルロースは、樹脂系材料やゴム系材料に添加したりすることで、日用品への応用も可能である。
(Application)
The fibrous cellulose dispersion of this embodiment can be used as an additive for, for example, foods, cosmetics, cement, paints (for painting vehicles such as automobiles, ships, and aircraft, for building materials, for daily necessities, etc.), inks, pharmaceuticals, etc. Furthermore, the fine fibrous cellulose of this embodiment can also be applied to daily necessities by adding it to resin-based materials or rubber-based materials.
また、本実施形態の繊維状セルロースを含むシートは、光学部材用に用いられてもよい。例えば、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光透過性基板の用途に用いることができる。また、本発明の積層シートは、電子機器の基板、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材等の用途にも適している。 The sheet containing the fibrous cellulose of this embodiment may also be used for optical components. For example, it can be used as a light-transmitting substrate for various display devices, various solar cells, and the like. The laminate sheet of the present invention is also suitable for applications such as substrates for electronic devices, components for home appliances, window materials for various vehicles and buildings, interior and exterior materials, and packaging materials.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The following examples and comparative examples further illustrate the features of the present invention. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, etc. shown in the following examples can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.
<製造例1>
[リン酸化処理]
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート)を使用した。この原料パルプに対してリン酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で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。
<Production Example 1>
[Phosphorylation]
Hardwood dissolving pulp (dry sheet) manufactured by Oji Paper Co., Ltd. was used as the raw material pulp. This raw material pulp was subjected to a phosphating 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 material pulp to adjust the composition to 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water, thereby obtaining 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, thereby obtaining a phosphorylated pulp.
[洗浄処理]
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。
[Cleaning process]
The resulting phosphorylated pulp was then washed. The washing process consisted of pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (bone dry mass) of phosphorylated pulp to obtain a pulp dispersion, stirring the resulting solution to uniformly disperse the pulp, 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.
[中和処理]
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。
[Neutralization treatment]
Next, the washed phosphorylated pulp was neutralized as follows: First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1 N aqueous solution of sodium hydroxide was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 to 13. Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain a neutralized phosphorylated pulp. Next, the neutralized phosphorylated pulp was subjected to the above-mentioned washing treatment.
これにより得られたリン酸化パルプに対し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。 The infrared absorption spectrum of the phosphorylated pulp obtained was measured using FT-IR, and as a result, absorption due to the phosphate group was observed around 1230 cm −1 , confirming that the phosphate group had been added to the pulp.
[解繊処理]
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、高圧ホモジナイザー(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[リンオキソ酸基量]の測定に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gだった。なお、総解離酸量は、2.45mmol/gであった。
[Defibrillation process]
Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry with a solids concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times with a high-pressure homogenizer (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing fine fibrous cellulose. X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystallinity. The amount of phosphate groups (amount of first dissociated acid) measured by the measurement method described below in [Measurement of Phosphorus Oxo Acid Group Amount] was 1.45 mmol/g. The total amount of dissociated acid was 2.45 mmol/g.
<製造例2>
[亜リン酸化処理]
リン酸化処理においてリン酸二水素アンモニウムの代わりに亜リン酸(ホスホン酸)33質量部を用いた以外は、製造例1と同様に操作を行い、亜リン酸化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 2>
[Phosphorous Treatment]
The same procedure as in Production Example 1 was carried out, except that 33 parts by mass of phosphorous acid (phosphonic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate in the phosphite treatment, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing phosphite pulp and fine fibrous cellulose.
これにより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、X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[リンオキソ酸基量の測定]に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は1.51mmol/gであり、総解離酸量は、1.54mmol/gであった。 The infrared absorption spectrum of the resulting phosphite pulp was measured using FT-IR. As a result, absorption due to P=O of the phosphonic acid group, which is a tautomer of the phosphite group, was observed around 1210 cm -1 , confirming that phosphite groups (phosphonic acid groups) had been added to the pulp. Furthermore, X-ray diffraction confirmed that the resulting fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystal structure. The amount of phosphite groups (amount of first dissociated acid), measured by the method described in [Measurement of phosphorus oxo acid group amount] below, was 1.51 mmol/g, and the total amount of dissociated acid was 1.54 mmol/g.
<製造例3>
リン酸化処理に代えて下記のザンテート化処理を行った以外は、製造例1と同様に操作を行い、ザンテート化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 3>
The same operation as in Production Example 1 was performed except that the following xanthation treatment was performed instead of the phosphate treatment, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing xanthated pulp and fine fibrous cellulose.
[ザンテート化処理]
原料パルプ(王子製紙株式会社製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート))100質量部(絶乾質量)に、8.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液2500質量部を添加し、室温にて3時間撹拌してアルカリ処理を行った。このアルカリ処理後のパルプを遠心分離(ろ布400メッシュ、3000rpmで5分間)により固液分離してアルカリセルロースの脱水物を得た。得られたアルカリセルロース10質量部(絶乾質量)に対して、二硫化炭素を3.5質量部添加し、室温で4.5時間硫化反応を進行させてザンテート化処理を行った。
[Xanthate treatment]
To 100 parts by mass (bone dry mass) of raw pulp (hardwood dissolving pulp (dry sheet) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.), 2500 parts by mass of an 8.5% by mass aqueous solution of sodium hydroxide was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to perform an alkali treatment. The pulp after the alkali treatment was centrifuged (filter cloth 400 mesh, 3000 rpm for 5 minutes) to obtain a dehydrated alkali cellulose. 3.5 parts by mass of carbon disulfide was added to 10 parts by mass (bone dry mass) of the obtained alkali cellulose, and the sulfurization reaction was allowed to proceed at room temperature for 4.5 hours to perform a xanthate treatment.
X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[ザンテート基量の測定]に記載の測定方法で測定されるザンテート基量は1.73mmol/gであった。 X-ray diffraction confirmed that the resulting fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystal structure. The amount of xanthate groups measured using the method described below in "Measurement of xanthate group amount" was 1.73 mmol/g.
<製造例4>
[硫酸化処理]
リン酸化処理においてリン酸二水素アンモニウムの代わりにアミド硫酸(スルファミン酸)38質量部を用いて、加熱時間を20分間に延長した以外は、製造例1と同様に操作を行い、硫酸化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 4>
[Sulfation treatment]
The same operations as in Production Example 1 were carried out, except that 38 parts by mass of amidosulfuric acid (sulfamic acid) was used instead of ammonium dihydrogen phosphate in the phosphorylation treatment and the heating time was extended to 20 minutes, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing sulfated pulp and fine fibrous cellulose.
これにより得られた硫酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1220-1260cm-1付近に硫酸基に基づく吸収が観察され、パルプに硫酸基が付加されていることが確認された。また、X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[硫黄オキソ酸基量の測定]に記載の測定方法で測定される硫酸基量は1.47mmol/gであった。 The infrared absorption spectrum of the sulfated pulp obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to sulfate groups was observed around 1220-1260 cm -1 , confirming that sulfate groups had been added to the pulp. Furthermore, X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystal structure. The amount of sulfate groups measured by the measurement method described below in [Measurement of sulfur oxoacid group amount] was 1.47 mmol/g.
<製造例5>
リン酸化処理に代えて下記のマレイン酸化処理を行った以外は、製造例1と同様に操作を行い、マレイン酸化パルプ及び微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液を得た。
<Production Example 5>
The same procedure as in Production Example 1 was carried out, except that the following maleic oxidation treatment was carried out instead of the phosphating treatment, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion containing maleic pulp and fine fibrous cellulose.
[マレイン酸化処理]
原料パルプ(王子製紙株式会社製の広葉樹溶解パルプ(ドライシート))を105℃で3時間乾燥させて水分3質量%以下の乾燥パルプを得た。次いで、乾燥パルプ100質量部と無水マレイン酸50質量部とをオートクレーブに充填し、150℃で2時間処理してマレイン酸化処理を行った。
[Maleic oxidation treatment]
Raw material pulp (hardwood dissolving pulp (dry sheet) manufactured by Oji Paper Co., Ltd.) was dried at 105°C for 3 hours to obtain dry pulp with a moisture content of 3% by mass or less. Next, 100 parts by mass of the dry pulp and 50 parts by mass of maleic anhydride were charged into an autoclave and treated at 150°C for 2 hours to carry out maleic oxidation treatment.
これにより得られたマレイ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、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、パルプにカルボキシ基含有の置換基(マレイン酸基)が付加されていることが確認された。また、X線回折により、得られた微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。なお、後述する[カルボキシ基量の測定]に記載の測定方法で測定されるカルボキシ基量は1.22mmol/gであった。 The infrared absorption spectrum of the maleated pulp thus obtained was measured using FT-IR. As a result, absorption due to carboxy groups was observed around 1580 and 1720 cm −1 , confirming that carboxy group-containing substituents (maleic acid groups) had been added to the pulp. Furthermore, X-ray diffraction confirmed that the obtained fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystal structure. The amount of carboxy groups measured by the measurement method described in [Measurement of Carboxy Group Amount] below was 1.22 mmol/g.
[リンオキソ酸基量の測定]
リンオキソ酸基量(リン酸基もしくは亜リン酸基量)の測定においては、まず、対象となる微細繊維状セルロースにイオン交換水を添加し、固形分濃度が0.2質量%のスラリーを調製した。得られたスラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の微細繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図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 phosphate groups or phosphite groups), ion-exchanged water was first added to the target fine fibrous cellulose to prepare a slurry with a solids concentration of 0.2% by mass. The resulting slurry was treated with an ion-exchange resin and then titrated with an alkali to measure the amount of phosphorus oxoacid groups.
The treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) to the above-mentioned fine fibrous cellulose-containing slurry, shaking the mixture for 1 hour, and then pouring the mixture onto a mesh with 90 μm openings to separate the resin from the slurry.
In addition, the alkali titration was performed by adding 10 μL of 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution to the fine fibrous cellulose-containing slurry after treatment with an ion exchange resin at 5-second intervals, while measuring the change in the pH value of the slurry. Nitrogen gas was introduced into the slurry 15 minutes before the start of the titration. In this neutralization titration, two maximum points of increment (the differential pH value with respect to the amount of alkali added) were observed on the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added. Of these, the maximum point of increment obtained first after starting the addition of alkali is called the first endpoint, and the maximum point of increment obtained next is called the second endpoint (FIG. 1). The amount of alkali required from the start of the titration to the first endpoint is equal to the amount of first dissociated acid in the slurry used in the titration. Furthermore, the amount of alkali required from the start of the titration to the second endpoint is equal to the total amount of dissociated acid in the slurry used in the titration. The amount of alkali (mmol) required from the start of titration to the first endpoint was divided by the solid content (g) in the slurry to be titrated, and the value was taken as the amount of phosphorus oxo acid groups (mmol/g).
[硫黄オキソ酸基量の測定]
硫黄オキソ酸基量は、次のように測定した。得られた繊維状セルロースを過塩素酸と濃硝酸を用いて湿式灰化した後に、適当な倍率で希釈してICP発光分析により硫黄量を測定した。この硫黄量を、供試した繊維状セルロースの絶乾質量で除した値を硫黄オキソ酸基量(単位:mmol/g)とした。
[Measurement of sulfur oxoacid group content]
The amount of sulfur oxoacid groups was measured as follows. The obtained fibrous cellulose was wet ashed using perchloric acid and concentrated nitric acid, then diluted appropriately and the amount of sulfur was measured by ICP atomic emission spectrometry. The amount of sulfur was divided by the bone dry mass of the fibrous cellulose tested, and the value was taken as the amount of sulfur oxoacid groups (unit: mmol/g).
[ザンテート基量の測定]
ザンテート基量は、Bredee法により測定した。具体的には、繊維状セルロース1.5質量部(絶乾質量)に飽和塩化アンモニウム溶液を40mL添加し、ガラス棒でサンプルを潰しながらよく混合し、約15分間放置後、GFPろ紙(ADVANTEC社製GS-25)でろ過して、飽和塩化アンモニウム溶液で十分に洗浄した。サンプルをGFPろ紙ごと500mLのトールビーカーに入れ、0.5M水酸化ナトリウム溶液(5℃)を50mL添加して撹拌した。15分間放置後、溶液がピンク色になるまでフェノールフタレイン溶液を添加した後、1.5M酢酸を添加して、溶液がピンク色から無色になった点を中和点とした。中和後蒸留水を250mL添加してよく撹拌し、1.5M酢酸 10mL、0.05mol/Lヨウ素溶液10mLをホールピペットを使用して添加した。この溶液を0.05mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した。チオ硫酸ナトリウムの滴定量、繊維状セルロースの絶乾質量より次式からザンテート基量を算出した。
ザンテート基量(mmol/g)=(0.05×10×2-0.05×チオ硫酸ナトリウム滴定量(mL))/1000/繊維状セルロースの絶乾質量(g)
[Measurement of xanthate group amount]
The amount of xanthate groups was measured by the Breedee method. Specifically, 40 mL of saturated ammonium chloride solution was added to 1.5 parts by mass (bone dry mass) of fibrous cellulose, and the sample was crushed with a glass rod while mixing thoroughly. After leaving it for about 15 minutes, it was filtered with GFP filter paper (GS-25 manufactured by ADVANTEC) and thoroughly washed with saturated ammonium chloride solution. The sample was placed in a 500 mL tall beaker together with the GFP filter paper, and 50 mL of 0.5 M sodium hydroxide solution (5 ° C.) was added and stirred. After leaving it for 15 minutes, phenolphthalein solution was added until the solution turned pink, and then 1.5 M acetic acid was added, and the point at which the solution changed from pink to colorless was taken as the neutralization point. After neutralization, 250 mL of distilled water was added and stirred well, and 10 mL of 1.5 M acetic acid and 10 mL of 0.05 mol / L iodine solution were added using a whole pipette. This solution was titrated with 0.05 mol / L sodium thiosulfate solution. The amount of xanthate groups was calculated using the following formula from the titration amount of sodium thiosulfate and the bone dry mass of fibrous cellulose.
Amount of xanthate group (mmol/g) = (0.05 × 10 × 2 - 0.05 × sodium thiosulfate titration amount (mL)) / 1000 / bone dry mass of fibrous cellulose (g)
[カルボキシ基量の測定]
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、対象となる(マレイン酸化)微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液にイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、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、0.2質量%の微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社製、コンディショニング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、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。水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察すると、図2に示されるような滴定曲線が得られる。図2に示されるように、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観測される。この増分の極大点を第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、滴定に使用したスラリー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、滴定対象の微細繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ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1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。
[Measurement of Carboxy Group Amount]
The amount of carboxy groups in the fine fibrous cellulose was measured by adding ion-exchanged water to a fine fibrous cellulose dispersion containing the target (maleated) fine fibrous cellulose to adjust the content to 0.2 mass%, treating the dispersion with an ion-exchange resin, and then titrating the dispersion with an alkali.
The treatment with ion exchange resin was carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion exchange resin (Amberjet 1024; manufactured by Organo Corporation, conditioned) to a 0.2% by mass slurry containing fine fibrous cellulose, 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 adding 0.1 N aqueous sodium hydroxide to the fibrous cellulose-containing slurry after treatment with an ion exchange resin, while measuring the change in the pH value of the slurry. Observing the change in pH while adding aqueous sodium hydroxide yields a titration curve such as that shown in Figure 2. As shown in Figure 2, in this neutralization titration, a single point is observed in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added, where the increment (the differential value of pH with respect to the amount of alkali added) is maximized. This maximum increment is called the first end point. Here, the region from the start of titration to the first end point in Figure 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 slurry used for titration. The amount of alkali (mmol) required in the first region of the titration curve was divided by the solids content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated to calculate the amount of carboxyl groups introduced (mmol/g).
The above-mentioned amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) indicates the amount of substituents per 1 g of fibrous cellulose mass when the counter ion of the carboxyl group is a hydrogen ion (H + ) (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups (acid type)).
[硫黄オキソ酸基量の測定]
硫黄オキソ酸基量は、繊維状セルロースを含む分散液を凍結乾燥し、さらに粉砕した試料の硫黄量を測定することで算出した。具体的には、繊維状セルロースを含む分散液を凍結乾燥し、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で硫黄量を測定した。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(単位:mmol/g)とした。
[Measurement of sulfur oxoacid group content]
The amount of sulfur oxoacid groups was calculated by freeze-drying a dispersion containing fibrous cellulose and then pulverizing the sample to measure the amount of sulfur. Specifically, a dispersion containing fibrous cellulose was freeze-dried and then pulverized. The resulting sample was subjected to pressure-heat decomposition using nitric acid in a sealed container, appropriately diluted, and the amount of sulfur was measured by ICP-OES. The value calculated by dividing the value by the bone-dry mass of the fibrous cellulose tested was taken as the amount of sulfur oxoacid groups (unit: mmol/g) of the fibrous cellulose.
<実施例1>
[置換基除去処理(高温熱処理)]
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に、20質量%のクエン酸水溶液を添加し、分散液のpHを5.5に調整した。得られたスラリーを耐圧容器に入れ、液温160℃で15分間、リン酸基量が0.08mmol/gとなるまで加熱を行った。この操作により微細繊維状セルロース凝集物の生成が確認された。
Example 1
[Substituent removal treatment (high-temperature heat treatment)]
A 20% by mass aqueous citric acid solution was added to the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1, and the pH of the dispersion was adjusted to 5.5. The resulting slurry was placed in a pressure-resistant container and heated at a liquid temperature of 160°C for 15 minutes until the amount of phosphate groups reached 0.08 mmol/g. The production of fine fibrous cellulose aggregates was confirmed by this operation.
[置換基除去後スラリーの洗浄処理]
得られた凝集物にイオン交換水を加え、固形分濃度が約1質量%のスラリーとし、スラリーを撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより、スラリーの洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点で、再びイオン交換水を添加して約1質量%のスラリーとし、24時間静置した。そこからさらに濾過脱水する操作を繰り返し、再びろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点を洗浄終点とした。得られた微細繊維状セルロース凝集物にイオン交換水を加え、置換基除去後スラリーを得た。このスラリーの固形分濃度は1.7質量%であった。
[Cleaning treatment of slurry after removal of substituents]
Ion-exchanged water was added to the obtained aggregate to prepare a slurry with a solids concentration of approximately 1% by mass. The slurry was stirred and then filtered and dehydrated, and the slurry was washed by repeating this process. When the electrical conductivity of the filtrate reached 10 μS/cm or less, ion-exchanged water was added again to prepare a slurry with a solids concentration of approximately 1% by mass, and the mixture was allowed to stand for 24 hours. The filtration and dehydration process was then repeated, and the washing end point was determined when the electrical conductivity of the filtrate again reached 10 μS/cm or less. Ion-exchanged water was added to the obtained fine fibrous cellulose aggregate, and a slurry was obtained after removing the substituents. The solids concentration of this slurry was 1.7% by mass.
[置換基除去後スラリーの均一分散]
得られた置換基除去後スラリーにイオン交換水を加え、固形分濃度が1.0質量%のスラリーとした後、湿式微粒化装置(株式会社スギノマシン製、スターバースト)で200MPaの圧力にて3回処理し、置換基除去微細繊維状セルロースを含む置換基除去微細繊維状セルロース分散液を得た。後述する[繊維幅の測定]で測定した置換基除去微細繊維状セルロースの数平均繊維幅は4nmであった。
[Uniform dispersion of slurry after removal of substituents]
Ion-exchanged water was added to the obtained slurry after removal of substituents to make a slurry with a solids concentration of 1.0 mass%, which was then treated three times at a pressure of 200 MPa in a wet atomization apparatus (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain a dispersion of substituent-removed fine fibrous cellulose containing substituent-removed fine fibrous cellulose. The number-average fiber width of the substituent-removed fine fibrous cellulose measured in [Measurement of fiber width] described below was 4 nm.
[多価金属イオン置換]
得られた置換基除去微細繊維状セルロース分散液100質量部に、0.036質量%濃度の塩化カルシウム水溶液100質量部を加えて撹拌し、30分間静置した。この操作により微細繊維状セルロース凝集物の生成が確認された。その後濾過脱水とイオン交換水添加を繰り返すことによって洗浄を行った。ろ液の電気伝導度が10μS/cm以下となった時点を洗浄終点とした。得られた微細繊維状セルロース凝集物に、イオン交換水を加えて固形分濃度1.0質量%の分散液とし、分散液100質量部に再び0.036質量%濃度の塩化カルシウム水溶液100質量部を加えて上記同様の濾過脱水・洗浄操作を行った。得られた微細繊維状セルロース凝集物に、イオン交換水を加えて固形分濃度1.0質量%の分散液とし、ディスパーザーで1000rpm、3分間撹拌を行い、多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液を得た。
[Polyvalent metal ion substitution]
To 100 parts by mass of the obtained dispersion of the substituent-removed fine fibrous cellulose, 100 parts by mass of a 0.036% by mass aqueous calcium chloride solution was added, stirred, and allowed to stand for 30 minutes. This operation confirmed the formation of fine fibrous cellulose aggregates. Subsequently, washing was performed by repeatedly dehydrating by filtration and adding ion-exchanged water. The washing endpoint was determined when the electrical conductivity of the filtrate reached 10 μS/cm or less. Ion-exchanged water was added to the obtained fine fibrous cellulose aggregates to prepare a dispersion with a solids concentration of 1.0% by mass, and 100 parts by mass of a 0.036% by mass aqueous calcium chloride solution was added again to 100 parts by mass of the dispersion, followed by the same filtration, dehydration, and washing operations as above. Ion-exchanged water was added to the obtained fine fibrous cellulose aggregates to prepare a dispersion with a solids concentration of 1.0% by mass, and the dispersion was stirred at 1000 rpm for 3 minutes in a disperser to obtain a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion.
[多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液の均一分散]
得られた多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液を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5回処理することにより、多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液を得た。後述する[繊維幅の測定]で測定した微細繊維状セルロースの数平均繊維幅は4nmであった。
[Uniform Dispersion of Polyvalent Metal Ion-Containing Fine Fibrous Cellulose Dispersion]
The obtained dispersion of polyvalent metal ions-containing fine fibrous cellulose was treated five times at a pressure of 100 MPa with a high-pressure homogenizer (Beryu-Mini, manufactured by Biryu Co., Ltd.) to obtain a dispersion of polyvalent metal ions-containing fine fibrous cellulose. The number-average fiber width of the fine fibrous cellulose measured in the "Fiber Width Measurement" section described below was 4 nm.
[シートの作製]
イオン交換水に、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール(三菱ケミカル株式会社製、ゴーセネックスZ-200)を12質量%になるように加え、95℃で1時間撹拌し、溶解した。以上の手順により、ポリビニルアルコール水溶液を得た。
上記の多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液、及び上記ポリビニルアルコール水溶液をそれぞれ固形分濃度が0.6質量%となるようにイオン交換水で希釈した。次いで、希釈後の多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液70質量部に対し、希釈後のポリビニルアルコール水溶液が30質量部になるように混合し、混合液を得た。さらに、シートの仕上がり坪量が70g/m2になるように混合液を計量して、市販のアクリル板上に展開した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の枠(内寸250mm×250mm、高さ5cm)を配置した。そのあと70℃の乾燥機で24時間乾燥し、アクリル板から剥離することで、多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。シートの厚みは50μmであった。
[Sheet production]
Acetoacetyl group-modified polyvinyl alcohol (Gohsenex Z-200, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was added to ion-exchanged water so as to have a concentration of 12% by mass, and the mixture was stirred at 95° C. for 1 hour to dissolve. By the above procedure, an aqueous polyvinyl alcohol solution was obtained.
The polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and the polyvinyl alcohol aqueous solution were each diluted with ion-exchanged water to a solids concentration of 0.6% by mass. Next, 70 parts by mass of the diluted polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion were mixed with 30 parts by mass of the diluted polyvinyl alcohol aqueous solution to obtain a mixed solution. The mixed solution was then weighed so that the finished sheet had a basis weight of 70 g/m 2 and spread on a commercially available acrylic plate. A damming frame (inner dimensions 250 mm x 250 mm, height 5 cm) was placed on the acrylic plate to obtain the desired basis weight. The sheet was then dried in a dryer at 70 ° C. for 24 hours and peeled off from the acrylic plate to obtain a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet. The sheet had a thickness of 50 μm.
<実施例2>
[多価金属イオン置換]において、0.036質量%濃度の塩化カルシウム水溶液に代えて0.039質量%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 2
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that in the [polyvalent metal ion substitution], a 0.039 mass% magnesium sulfate aqueous solution was used instead of the 0.036 mass% calcium chloride aqueous solution.
<実施例3>
[多価金属イオン置換]において、0.036質量%濃度の塩化カルシウム水溶液に代えて0.052質量%濃度の硫酸亜鉛水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 3
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that in the [polyvalent metal ion substitution], a 0.052 mass% zinc sulfate aqueous solution was used instead of the 0.036 mass% calcium chloride aqueous solution.
<実施例4>
[多価金属イオン置換]において、0.036質量%濃度の塩化カルシウム水溶液に代えて0.041質量%濃度の塩化ニッケル水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 4
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that in the [polyvalent metal ion substitution], a 0.041 mass % nickel chloride aqueous solution was used instead of the 0.036 mass % calcium chloride aqueous solution.
<実施例5>
[多価金属イオン置換]において、0.036質量%濃度の塩化カルシウム水溶液に代えて0.051質量%濃度の硫酸銅水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 5
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that in the [polyvalent metal ion substitution], a 0.051 mass % copper sulfate aqueous solution was used instead of the 0.036 mass % calcium chloride aqueous solution.
<実施例6>
[多価金属イオン置換]において、0.036質量%濃度の塩化カルシウム水溶液に代えて0.042質量%濃度の塩化コバルト水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 6
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that in the [polyvalent metal ion substitution], a 0.042 mass% cobalt chloride aqueous solution was used instead of the 0.036 mass% calcium chloride aqueous solution.
<比較例1>
[多価金属イオン置換]及び[多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液の均一分散]を行わなかった以外は実施例1と同様の操作を行い、微細繊維状セルロースシートを得た。なお、比較例1の微細繊維状セルロース分散液は製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液である。
<Comparative Example 1>
A fine fibrous cellulose sheet was obtained by the same procedure as in Example 1, except that the polyvalent metal ion substitution and the uniform dispersion of the polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion were not carried out. The fine fibrous cellulose dispersion of Comparative Example 1 was the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1.
<比較例2>
[多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液の均一分散]を、以下の[アルカリ下での分散液の分散]に変更した以外は実施例1と同様の操作を行い、多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
<Comparative Example 2>
The same operations as in Example 1 were carried out, except that the "uniform dispersion of polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion" was changed to the "dispersion of dispersion under alkali" below, to obtain a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet.
[アルカリ下での分散液の分散処理]
得られた多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液を撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加し、pHを11.5に調整した。この分散液をディスパーザーで4000rpm、3分間処理し、多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液を得た。
[Dispersion treatment of dispersion liquid under alkaline conditions]
The obtained dispersion of polyvalent metal ions-containing fine fibrous cellulose was stirred and then added with 1N aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH to 11.5. The dispersion was treated in a disperser at 4000 rpm for 3 minutes to obtain a dispersion of polyvalent metal ions-containing fine fibrous cellulose.
<比較例3>
[多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液の均一分散]において、高圧ホモジナイザーに代えて回転式ホモジナイザーを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
<Comparative Example 3>
In the step of [Uniform dispersion of polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion], the same procedure as in Example 1 was carried out except that a rotary homogenizer was used instead of the high-pressure homogenizer, thereby obtaining a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet.
<比較例4>
[多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液の均一分散]において、高圧ホモジナイザーに代えて超音波ホモジナイザーを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
<Comparative Example 4>
In the step of [Uniform dispersion of polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion], the same procedure as in Example 1 was carried out except that an ultrasonic homogenizer was used instead of the high-pressure homogenizer, thereby obtaining a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet.
<比較例5>
[多価金属イオン置換]及び[多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液の均一分散]を行わなかった以外は実施例1と同様の操作を行い、微細繊維状セルロースシートを得た。次いで、得られた微細繊維状セルロース含有シートに対して、以下の方法で、多価金属イオン置換を行い、多価金属含有微細繊維状セルロースシートを得た。なお、比較例5の微細繊維状セルロース分散液は製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液である。
Comparative Example 5
A fine fibrous cellulose sheet was obtained by the same procedure as in Example 1, except that the steps of "polyvalent metal ion substitution" and "uniform dispersion of polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion" were not performed. The obtained fine fibrous cellulose-containing sheet was then subjected to polyvalent metal ion substitution by the following method, to obtain a polyvalent metal-containing fine fibrous cellulose sheet. The fine fibrous cellulose dispersion of Comparative Example 5 was the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1.
[多価金属イオン置換(シート状)]
得られた微細繊維状セルロース含有シートを、5質量%濃度の塩化カルシウム水溶液に30分間浸し、微細繊維状セルロースが有する対イオンであるナトリウムを、カルシウムへ交換した(イオン交換)。このシートをイオン交換水に15分間浸し、洗浄を行った。この洗浄を2回繰り返した後、シートをアクリル板に貼り付け、35℃、相対湿度15%のチャンバーにて乾燥した。
[Polyvalent metal ion substitution (sheet form)]
The obtained fine fibrous cellulose-containing sheet was immersed in a 5% by mass aqueous calcium chloride solution for 30 minutes to exchange the sodium counterion of the fine fibrous cellulose for calcium (ion exchange). The sheet was then immersed in ion-exchanged water for 15 minutes and washed. After repeating this washing process twice, the sheet was attached to an acrylic plate and dried in a chamber at 35°C and 15% relative humidity.
[評価]
実施例及び比較例で得られた分散液及びシートについて、下記の方法で評価を行った。
[evaluation]
The dispersions and sheets obtained in the examples and comparative examples were evaluated by the following methods.
[繊維幅の測定]
分散液中に含まれる繊維状セルロースの繊維幅を下記の方法で測定した。各繊維状セルロース分散液を、セルロースの濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下となるように水で希釈し、親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストした。これを乾燥した後、酢酸ウラニルで染色し、透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子株式会社製、JEOL-2000EX)により観察した。その際、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定し、その軸に対し、20本以上の繊維が交差するよう、倍率を調節した。この条件を満たす観察画像を得た後、この画像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交差する繊維の繊維幅を目視で読み取っていった。各分散液につき3枚の重複しない観察画像を撮影し、各々2つの軸に交差する繊維の繊維幅の値を読み取った(20本以上×2×3=120本以上)。なお、このようにして得られた繊維幅から数平均繊維幅を算出した。
[Measurement of fiber width]
The fiber width of the fibrous cellulose contained in the dispersion was measured using the following method. Each fibrous cellulose dispersion was diluted with water to a cellulose concentration of 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less and cast onto a hydrophilized carbon film-coated grid. After drying, the grid was stained with uranyl acetate and observed under a transmission electron microscope (TEM, JEOL-2000EX, manufactured by JEOL Ltd.). The magnification was adjusted so that 20 or more fibers intersected the vertical and horizontal axes of the image width. After obtaining observation images satisfying these conditions, two random axes were drawn vertically and horizontally per image, and the fiber widths of the fibers intersecting the axes were visually determined. Three unique observation images were taken for each dispersion, and the fiber widths of the fibers intersecting the two axes were read (20 or more × 2 × 3 = 120 or more). The number-average fiber width was calculated from the fiber widths obtained in this manner.
[分散液のヘーズの測定]
実施例及び比較例で得られた分散液のヘーズの測定は、各分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(株式会社藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて、JIS K 7136:2000に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
[Measurement of Haze of Dispersion]
The haze of the dispersions obtained in the examples and comparative examples was measured by diluting each dispersion with ion-exchanged water to 0.2% by mass, and then measuring the haze in accordance with JIS K 7136:2000 using a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) and a glass cell for liquids with an optical path length of 1 cm (MG-40, reverse optical path, manufactured by Fujiwara Seisakusho Co., Ltd.). Zero-point measurement was performed using ion-exchanged water placed in the same glass cell. Furthermore, the dispersions to be measured were allowed to stand for 24 hours in an environment of 23°C and a relative humidity of 50% before measurement. The liquid temperature of the dispersions during measurement was 23°C.
[分散液の全光線透過率の測定]
実施例及び比較例で得られた分散液の全光線透過率の測定は各分散液をイオン交換水で0.2質量%となるように希釈した後、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(株式会社藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて、7361-1 : 1997に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
[Measurement of total light transmittance of dispersion]
The total light transmittance of the dispersions obtained in the Examples and Comparative Examples was measured by diluting each dispersion with ion-exchanged water to 0.2% by mass, and then measuring with a haze meter (HM-150, manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.) using a glass cell for liquids with an optical path length of 1 cm (MG-40, reverse optical path, manufactured by Fujiwara Seisakusho Co., Ltd.) in accordance with 7361-1:1997. Zero-point measurement was performed using ion-exchanged water placed in the same glass cell. Furthermore, the dispersions to be measured were allowed to stand for 24 hours in an environment of 23°C and a relative humidity of 50% before measurement. The liquid temperature of the dispersions during measurement was 23°C.
[pH測定]
実施例及び比較例で得られた分散液を固形分濃度が0.4質量%となるようにイオン交換水により希釈し、pHメーターによりpHを測定した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
[pH measurement]
The dispersions obtained in the examples and comparative examples were diluted with ion-exchanged water to a solid content of 0.4% by mass, and the pH was measured using a pH meter. The temperature of the dispersions during the measurement was 23°C.
[電気伝導度測定]
実施例及び比較例で得られた分散液を固形分濃度が0.4質量%となるようにイオン交換水により希釈し、電気伝導度計(東亜ディーケーケー株式会社製、CT-57101B)により電気伝導度を測定した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
[Electrical conductivity measurement]
The dispersions obtained in the examples and comparative examples were diluted with ion-exchanged water to a solid content of 0.4% by mass, and the electrical conductivity was measured using an electrical conductivity meter (CT-57101B, manufactured by DKK-TOA Corporation). The temperature of the dispersions during the measurement was 23°C.
[分散液の粘度の測定]
実施例及び比較例で得られた分散液を固形分濃度が0.4質量%となるようにイオン交換水により希釈し、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌した。次いで、得られた分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定した。測定の際には、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
[Measurement of Dispersion Viscosity]
The dispersions obtained in the Examples and Comparative Examples were diluted with ion-exchanged water to a solids concentration of 0.4% by mass and stirred in a disperser at 1500 rpm for 5 minutes. The viscosity of the resulting dispersions was then measured using a Brookfield analog viscometer (T-LVT). The measurement was performed at a rotation speed of 3 rpm, and the viscosity value 3 minutes after the start of measurement was recorded as the viscosity of the dispersion. The dispersions to be measured were allowed to stand for 24 hours in an environment of 23°C and 50% relative humidity before measurement. The temperature of the dispersions during measurement was 23°C.
[一価金属元素含有率]
実施例及び比較例で得られたシートにおける一価金属元素含有率(%)を、蛍光X線分析法を用いて以下のように測定した。
まず、検量線作成用として、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、銅及びコバルトのそれぞれの元素含有量が既知である各ろ紙を準備し、蛍光X線分析により各ろ紙のX線強度を測定した。次いで、これにより得られたX線強度と、分析元素の既知の含有量に基づき、検量線を作成した。次いで、蛍光X線分析により、測定対象シート(実施例及び比較例で得られたシート)のX線強度を測定した。これにより得られたX線強度と上記検量線から、測定対象シート中の各分析元素の含有量(mmol)を求め、下記式から一価金属元素含有率を算出した。
一価金属元素含有率(%)=一価金属元素の含有量(mmol)/全ての金属元素の含有量(mmol)×100
[Monovalent metal element content]
The monovalent metal element content (%) in the sheets obtained in the examples and comparative examples was measured using fluorescent X-ray analysis as follows.
First, for the purpose of creating a calibration curve, filter papers with known elemental contents of sodium, calcium, magnesium, zinc, nickel, copper, and cobalt were prepared, and the X-ray intensity of each filter paper was measured by X-ray fluorescence analysis. Next, a calibration curve was created based on the X-ray intensity thus obtained and the known contents of the analyzed elements. Next, the X-ray intensity of the measurement target sheets (sheets obtained in the Examples and Comparative Examples) was measured by X-ray fluorescence analysis. From the X-ray intensity thus obtained and the calibration curve, the content (mmol) of each analyzed element in the measurement target sheets was determined, and the monovalent metal element content was calculated using the following formula.
Monovalent metal element content (%) = Monovalent metal element content (mmol) / Total metal element content (mmol) × 100
[YI増加率]
JIS K 7373:2006に準拠し、Colour Cute i(スガ試験機株式会社製)を用いて実施例及び比較例で得られたシートの加熱前後の黄色度を測定した。なお、加熱後の黄色度は、160℃で6時間加熱したシートの黄色度とした。また、下記の方法でYI増加率を算出した。
YI増加率(%)=(加熱後のシートの黄色度-加熱前のシートの黄色度)/加熱前のシートの黄色度×100
[YI increase rate]
The yellowness index of the sheets obtained in the examples and comparative examples was measured before and after heating using a Colour Cute i (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) in accordance with JIS K 7373:2006. The yellowness index after heating was the yellowness index of the sheet heated at 160°C for 6 hours. The YI increase rate was calculated using the following method.
YI increase rate (%)=(yellowing index of sheet after heating−yellowing index of sheet before heating)/yellowing index of sheet before heating×100
[シートのヘーズ]
実施例及び比較例で得られたシートのヘーズをJIS K 7136:2000に準拠し、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製「HM-150」)を用いて測定した。
[Sheet haze]
The haze of the sheets obtained in the examples and comparative examples was measured in accordance with JIS K 7136:2000 using a haze meter ("HM-150" manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.).
[シートの全光線透過率]
実施例及び比較例で得られたシートの全光線透過率をJIS K 7361-1 : 1997に準拠し、ヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製「HM-150」)を用いて測定した。
[Total light transmittance of sheet]
The total light transmittance of the sheets obtained in the examples and comparative examples was measured in accordance with JIS K 7361-1: 1997 using a haze meter ("HM-150" manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.).
[シートの吸水率]
実施例及び比較例で得られたシートを50mm角のシートとし、24時間イオン交換水に浸漬し、下記式からシートの吸水率を求めた。シートの絶乾質量はシートを105℃で24時間乾燥し、乾燥後に測定した質量である。
シートの吸水率(%)=シートのイオン交換水浸漬後の質量(g)/シートの絶乾質量(g)×100
[Water absorption rate of sheet]
The sheets obtained in the examples and comparative examples were cut into 50 mm square sheets, immersed in ion-exchanged water for 24 hours, and the water absorption of the sheets was calculated using the following formula: The bone dry mass of the sheet was the mass measured after drying the sheet at 105°C for 24 hours.
Water absorption rate of sheet (%) = Mass (g) of sheet after immersion in ion-exchanged water / Bone-dry mass (g) of sheet × 100
<実施例7>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用い、[多価金属イオン置換]において、塩化カルシウム水溶液濃度を0.018質量%に変更した以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 7
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 2 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1, and the calcium chloride aqueous solution concentration was changed to 0.018 mass% in the [polyvalent metal ion substitution] step.
<比較例6>
多価金属イオン置換処理を行わなかった以外は実施例7と同様の操作を行い、微細繊維状セルロース分散液及び微細繊維状セルロースシートを得た。
<Comparative Example 6>
The same procedures as in Example 7 were carried out except that the polyvalent metal ion substitution treatment was not carried out, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion and a fine fibrous cellulose sheet.
<実施例8>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用い、さらに[置換基除去処理(高温熱処理)]の代わりに後述する[置換基除去(低温熱処理)]を行った。また[多価金属イオン置換]において、塩化カルシウム水溶液濃度を0.018質量%に変更した。その他は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 8
The fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 3 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1, and further, the "substituent removal treatment (high-temperature heat treatment)" described below was replaced with the "substituent removal (low-temperature heat treatment)." In addition, in the "polyvalent metal ion substitution," the calcium chloride aqueous solution concentration was changed to 0.018 mass%. Otherwise, a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1.
[置換基除去(低温熱処理)]
得られた微細繊維状セルロース分散液を、液温40℃で45分間加熱し、ザンテート基量が0.08mmol/gとなるまで加熱を行った。
[Removal of Substituents (Low-Temperature Heat Treatment)]
The obtained fine fibrous cellulose dispersion was heated at a liquid temperature of 40°C for 45 minutes until the amount of xanthate groups reached 0.08 mmol/g.
<比較例7>
多価金属イオン置換処理を行わなかった以外は実施例8と同様の操作を行い、微細繊維状セルロース分散液及び微細繊維状セルロースシートを得た。」
Comparative Example 7
The same procedure as in Example 8 was carried out except that the polyvalent metal ion substitution treatment was not carried out, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion and a fine fibrous cellulose sheet.
<実施例9>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液を用い、[多価金属イオン置換]において、塩化カルシウム水溶液濃度を0.018質量%に変更した以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 9
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 4 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1, and the calcium chloride aqueous solution concentration in [polyvalent metal ion substitution] was changed to 0.018 mass%.
<比較例8>
多価金属イオン置換処理を行わなかった以外は実施例9と同様の操作を行い、微細繊維状セルロース分散液及び微細繊維状セルロースシートを得た。
<Comparative Example 8>
The same procedures as in Example 9 were carried out except that the polyvalent metal ion substitution treatment was not carried out, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion and a fine fibrous cellulose sheet.
<実施例10>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液に代えて、製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液を用い、[多価金属イオン置換]において、塩化カルシウム水溶液濃度を0.018質量%に変更した以外は実施例1と同様にして多価金属イオン含有微細繊維状セルロース分散液及び多価金属イオン含有微細繊維状セルロースシートを得た。
Example 10
A polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose dispersion and a polyvalent metal ion-containing fine fibrous cellulose sheet were obtained in the same manner as in Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 5 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion obtained in Production Example 1, and the calcium chloride aqueous solution concentration in [polyvalent metal ion substitution] was changed to 0.018 mass%.
<比較例9>
多価金属イオン置換処理を行わなかった以外は実施例10と同様の操作を行い、微細繊維状セルロース分散液及び微細繊維状セルロースシートを得た。
<Comparative Example 9>
The same procedure as in Example 10 was carried out except that the polyvalent metal ion substitution treatment was not carried out, to obtain a fine fibrous cellulose dispersion and a fine fibrous cellulose sheet.
実施例で得られたシートは、高透明であり、黄変が抑制されていた。一方、比較例で得られたシートは、透明性と黄変の抑制が両立されていなかった。また、実施例で得られたシートは吸水率も抑制されていた。 The sheets obtained in the Examples were highly transparent and inhibited from yellowing. On the other hand, the sheets obtained in the Comparative Examples did not achieve both transparency and inhibition of yellowing. Furthermore, the sheets obtained in the Examples also exhibited inhibited water absorption.
Claims (8)
前記繊維状セルロースにおける前記アニオン性基の導入量が0.07mmol/g以上0.15mmol/g以下であり、
前記繊維状セルロースは、前記アニオン性基の対イオンとして多価金属イオンを有し、
前記アニオン性基が、リンオキソ酸基、リンオキソ酸基に由来する置換基、硫黄オキソ酸基、硫黄オキソ酸基に由来する置換基、ザンテート基、ザンテート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種であり、
前記多価金属イオンが、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、亜鉛イオン及びアルミニウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種であり、
前記繊維状セルロースを0.4質量%含む場合の分散液の電気伝導度が20mS/m以下であり、
前記繊維状セルロースを0.2質量%含む場合の分散液のヘーズが10%以下であり、
前記シートを160℃で6時間加熱した場合、下記式により算出されるYI増加率が1600%以下である、シート;
YI増加率(%)=(加熱後のシートの黄色度-加熱前のシートの黄色度)/加熱前のシートの黄色度×100
上記式において、シートの黄色度はJIS K 7373:2006に準拠して測定した黄色度である。 A sheet formed from a dispersion containing fibrous cellulose having anionic groups and a fiber width of 1000 nm or less,
the amount of the anionic group introduced into the fibrous cellulose is 0.07 mmol/g or more and 0.15 mmol/g or less,
the fibrous cellulose has a polyvalent metal ion as a counter ion of the anionic group,
the anionic group is at least one selected from the group consisting of a phosphorus oxoacid group, a substituent derived from a phosphorus oxoacid group, a sulfur oxoacid group, a substituent derived from a sulfur oxoacid group, a xanthate group, a substituent derived from a xanthate group, a carboxy group, and a substituent derived from a carboxy group;
the polyvalent metal ion is at least one selected from the group consisting of calcium ions, magnesium ions, zinc ions, and aluminum ions;
the electrical conductivity of the dispersion containing 0.4% by mass of the fibrous cellulose is 20 mS/m or less;
the haze of the dispersion containing 0.2% by mass of the fibrous cellulose is 10% or less;
a sheet in which, when heated at 160°C for 6 hours, the YI increase rate calculated by the following formula is 1600% or less;
YI increase rate (%)=(yellowing index of sheet after heating−yellowing index of sheet before heating)/yellowing index of sheet before heating×100
In the above formula, the yellowness of the sheet is the yellowness measured in accordance with JIS K 7373:2006.
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