JP2024101346A - Method for producing chemical modification fine cellulose fiber - Google Patents
Method for producing chemical modification fine cellulose fiber Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024101346A JP2024101346A JP2023005288A JP2023005288A JP2024101346A JP 2024101346 A JP2024101346 A JP 2024101346A JP 2023005288 A JP2023005288 A JP 2023005288A JP 2023005288 A JP2023005288 A JP 2023005288A JP 2024101346 A JP2024101346 A JP 2024101346A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chemically modified
- mass
- less
- pulp
- fine cellulose
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Description
本発明は、化学修飾微細セルロース繊維の製造方法、並びに化学修飾微細セルロース繊維を含む樹脂組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing chemically modified fine cellulose fibers, and a method for producing a resin composition containing chemically modified fine cellulose fibers.
熱可塑性樹脂は、軽く、加工特性に優れるため、自動車部材、電気・電子部材、事務機器ハウジング、精密部品等の多方面に広く使用されているが、樹脂単体では、機械特性、寸法安定性等が不十分である場合が多いことから、樹脂と各種フィラーとをコンポジットしたものが一般的に用いられている。近年、このようなフィラーとして、セルロース繊維等の有機繊維を使用することが検討されている。セルロースは、環境への負荷が少ない素材であること、低比重であること、及び樹脂組成物に対して優れた物性向上効果を有し得ることから、環境調和型の樹脂組成物のフィラーとして有望である。特に、微細セルロース繊維は、その微細構造に起因して少量でも樹脂組成物に対する優れた補強効果を示し得ることから、近年、樹脂組成物用のフィラーとしての利用が検討されている。しかし、微細セルロース繊維はセルロース分子間の水素結合等によって極めて凝集しやすく、樹脂中への均一分散が必ずしも容易ではない。当該微細セルロース繊維に優れた補強効果を発現させつつ、当該微細セルロース繊維を樹脂中に良好に分散させるために、従来、微細セルロース繊維を化学修飾により疎水化した後に樹脂と混合する技術が種々提案されている。化学修飾セルロースの置換度の均一性は、微細セルロース繊維と樹脂との相溶性及び微細セルロース繊維の樹脂中での分散性に大きく関与することから重要なファクターの一つである。 Thermoplastic resins are light and have excellent processing properties, and are therefore widely used in a wide range of applications, including automotive components, electrical and electronic components, office equipment housings, and precision components. However, resins alone often have insufficient mechanical properties and dimensional stability, and so composites of resins and various fillers are generally used. In recent years, the use of organic fibers such as cellulose fibers as such fillers has been considered. Cellulose is a promising filler for environmentally friendly resin compositions because it is a material that places little strain on the environment, has a low specific gravity, and can have an excellent effect of improving the physical properties of resin compositions. In particular, fine cellulose fibers can exhibit excellent reinforcing effects on resin compositions even in small amounts due to their fine structure, and therefore their use as fillers for resin compositions has been considered in recent years. However, fine cellulose fibers are extremely prone to aggregation due to hydrogen bonds between cellulose molecules, and uniform dispersion in resin is not necessarily easy. In order to achieve excellent reinforcing effects in the fine cellulose fibers and to disperse the fine cellulose fibers well in resin, various techniques have been proposed in the past in which fine cellulose fibers are hydrophobized by chemical modification and then mixed with resin. The uniformity of the degree of substitution of chemically modified cellulose is an important factor, as it is closely related to the compatibility of fine cellulose fibers with resins and the dispersibility of fine cellulose fibers in resins.
このため、化学修飾微細セルロース繊維を生産する際は、セルロースを含む粗大繊維であるパルプを解繊して得た微細セルロース繊維を化学修飾する方法が多く用いられている。しかし、微細セルロース繊維を化学修飾する方法では、スラリー粘度が高いため低固形分率での生産が必要であること、化学修飾後の精製時の濾水速度が遅いことなどの生産性の課題がある。 For this reason, the most common method for producing chemically modified fine cellulose fibers is to chemically modify fine cellulose fibers obtained by defibrating pulp, a coarse fiber containing cellulose. However, methods for chemically modifying fine cellulose fibers have productivity issues, such as the need to produce them at a low solids content due to the high viscosity of the slurry, and the slow filtration rate during purification after chemical modification.
一方で、生産性向上のために、粗大セルロース繊維を化学修飾してから精製及び解繊して微細繊維を得る方法が検討されている。例えば、特許文献1は、高固形分化のために、二軸ニーダーを用い、水を主とする溶媒下で広葉樹パルプのマーセル化反応を行い、次いで、水と有機溶媒との混合溶媒下でカルボキシメチル化反応を行うことにより製造されたカルボキシメチル化セルロースを解繊する、カルボキシメチル化微細繊維を得る方法を記載する。特許文献2は、針葉樹クラフトパルプにリン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を含浸し、熱処理して、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプとし、得られたリン酸化パルプに水を添加して得たパルプ懸濁液を、湿式微粒化装置で解繊、乾燥し、セルロース微細繊維を得る方法を記載する。 On the other hand, in order to improve productivity, a method of obtaining fine fibers by chemically modifying coarse cellulose fibers and then refining and defibrating them has been studied. For example, Patent Document 1 describes a method of obtaining carboxymethylated fine fibers by using a twin-shaft kneader to carry out a mercerization reaction of hardwood pulp in a solvent mainly composed of water, followed by a carboxymethylation reaction in a mixed solvent of water and an organic solvent, to obtain high solid fraction, and then defibrating the carboxymethylated cellulose produced by the reaction. Patent Document 2 describes a method of impregnating softwood kraft pulp with a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea, heat treating the pulp to introduce phosphoric acid groups into the cellulose in the pulp to obtain phosphorylated pulp, adding water to the phosphorylated pulp obtained, and defibrating and drying the resulting pulp suspension in a wet atomizer to obtain cellulose fine fibers.
従来の方法では、パルプ内部への化学修飾剤の侵入が困難であり、化学修飾の置換度がパルプの表面と内部とで大きく異なるという課題があった。特に、セルロースがフィラー等に有効な高純度かつ高結晶性であるほど、置換度の均一化が困難である。 Conventional methods have had the problem that it is difficult for chemical modifiers to penetrate into the interior of the pulp, and the degree of substitution of the chemical modification varies greatly between the surface and the interior of the pulp. In particular, the higher the purity and crystallinity of the cellulose, which is effective as a filler, the more difficult it is to achieve a uniform degree of substitution.
本発明は上記の課題を解決し、原料パルプから均一な化学修飾微細セルロース繊維を製造する方法、並びに、当該化学修飾微細セルロース繊維が樹脂中に均一に微分散されていることで外観、平滑性及び機械特性に優れた成形体を与える樹脂組成物を製造する方法の提供を目的とする。 The present invention aims to solve the above problems and provide a method for producing uniform chemically modified fine cellulose fibers from raw pulp, and a method for producing a resin composition in which the chemically modified fine cellulose fibers are uniformly finely dispersed in a resin, thereby producing a molded article with excellent appearance, smoothness, and mechanical properties.
本開示は以下の項目を包含する。
[項目1]
原料パルプ、非プロトン性極性溶媒、エステル化剤である修飾剤、及び触媒を含むスラリー中で前記原料パルプを繊維内部まで化学修飾して化学修飾パルプを得る修飾工程、及び
前記化学修飾パルプを解繊して化学修飾微細セルロース繊維を生成する解繊工程、
を含む、化学修飾微細セルロース繊維の製造方法であって、
前記原料パルプが、平均繊維径1μm超を有し、
前記スラリーの固形分濃度が4質量%以上であり、
前記修飾工程を通じて、前記スラリーの水分率が6質量%未満である、方法。
[項目2]
前記修飾工程の前に脱水工程を更に含み、
前記脱水工程が、前記原料パルプ、前記非プロトン性極性溶媒、前記修飾剤、前記触媒、及び前記スラリーからなる群から選択される1つ以上の水分率を、温度制御、圧力制御、湿度制御、及び脱水剤使用からなる群から選択される1つ以上によって1質量%以下に調整する工程である、項目1に記載の方法。
[項目3]
前記脱水工程において、前記非プロトン性極性溶媒の水分率を1質量%以下に調整し、
前記修飾工程を通じて、前記スラリーの水分率が1質量%以下である、項目2に記載の方法。
[項目4]
前記修飾工程に供される前記スラリー中の原料パルプのフィブリル間距離が10nm以上である、項目1~3のいずれかに記載の方法。
[項目5]
前記非プロトン性極性溶媒が、ケトン、エステル、含窒素化合物、含硫黄化合物、エーテル、及びハロゲン化炭化水素からなる群から選択される1種以上を含む、項目1~4のいずれかに記載の方法。
[項目6]
前記原料パルプが、平均繊維長500μm以上及び平均繊維径20μm以上を有し、且つ、下記(1)~(4):
(1)結晶化度50%以上、
(2)重量平均分子量(Mw)100000以上、及び重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)比6以下、
(3)酸不溶成分平均含有率10質量%以下、並びに
(4)アルカリ可溶多糖類平均含有率12質量%以下、
からなる群から選択される1つ以上を満たす、項目1~5のいずれかに記載の方法。
[項目7]
前記修飾工程の後に、スラリーを濾過する濾過工程を更に含み、
前記触媒が無機塩であり、前記濾過工程で得たスラリー中の前記触媒の濃度が1質量%以下である、項目1~6のいずれかに記載の方法。
[項目8]
前記修飾工程の後に、スラリーにフロック化剤を添加し、次いで脱液することで、フロック化剤含有率が50質量%以下であるスラリーを得る濾過準備工程と、
前記濾過準備工程で得たスラリーを濾過する濾過工程と、
を更に含む、項目1~7のいずれかに記載の方法。
[項目9]
前記エステル化剤がカルボン酸ビニルエステルであり、
前記化学修飾パルプの置換度(DS)が2.0以下であり、
前記化学修飾微細セルロース繊維の置換度(DS)が0.8~1.8であり、
前記化学修飾微細セルロース繊維におけるDS不均一比の変動係数(CV)が20%以下である、項目1~8のいずれかに記載の方法。
[項目10]
項目1~9のいずれかに記載の化学修飾微細セルロース繊維の製造方法を用いて樹脂組成物を製造する方法であって、
前記化学修飾微細セルロース繊維を生成する前記解繊工程において、前記化学修飾パルプと樹脂とを混合するとともに前記化学修飾パルプを解繊することによって、化学修飾微細セルロース繊維と樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、樹脂組成物の製造方法。
[項目11]
項目1~9のいずれかに記載の化学修飾微細セルロース繊維の製造方法によって化学修飾微細セルロース繊維を生成する繊維形成工程、及び
前記化学修飾微細セルロース繊維と樹脂とを混合して樹脂組成物を生成する混合工程、
を含む、樹脂組成物の製造方法。
This disclosure includes the following items:
[Item 1]
a modification step in which the raw pulp is chemically modified to the inside of the fibers in a slurry containing the raw pulp, an aprotic polar solvent, a modifying agent which is an esterifying agent, and a catalyst to obtain a chemically modified pulp; and a defibration step in which the chemically modified pulp is defibrated to produce chemically modified fine cellulose fibers.
A method for producing chemically modified fine cellulose fibers, comprising:
The raw pulp has an average fiber diameter of more than 1 μm,
The solid content of the slurry is 4% by mass or more,
The method, wherein the moisture content of the slurry is less than 6% by mass throughout the modification step.
[Item 2]
Further comprising a dehydration step prior to the modification step,
2. The method according to item 1, wherein the dewatering step is a step of adjusting the moisture content of one or more selected from the group consisting of the raw pulp, the aprotic polar solvent, the modifying agent, the catalyst, and the slurry to 1 mass % or less by one or more selected from the group consisting of temperature control, pressure control, humidity control, and use of a dewatering agent.
[Item 3]
In the dehydration step, the water content of the aprotic polar solvent is adjusted to 1% by mass or less;
3. The method according to item 2, wherein the moisture content of the slurry is 1% by mass or less throughout the modification process.
[Item 4]
4. The method according to any one of items 1 to 3, wherein the interfibril distance of the raw pulp in the slurry subjected to the modification step is 10 nm or more.
[Item 5]
5. The method according to any one of items 1 to 4, wherein the aprotic polar solvent comprises one or more selected from the group consisting of ketones, esters, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, ethers, and halogenated hydrocarbons.
[Item 6]
The raw pulp has an average fiber length of 500 μm or more and an average fiber diameter of 20 μm or more, and has the following characteristics (1) to (4):
(1) Crystallinity of 50% or more,
(2) a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more, and a weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) ratio of 6 or less,
(3) average acid-insoluble component content of 10% by mass or less, and (4) average alkali-soluble polysaccharide content of 12% by mass or less,
6. The method according to any one of items 1 to 5, wherein one or more of the following conditions are satisfied:
[Item 7]
The method further comprises a filtering step of filtering the slurry after the modifying step,
7. The method according to any one of items 1 to 6, wherein the catalyst is an inorganic salt, and the concentration of the catalyst in the slurry obtained in the filtration step is 1% by mass or less.
[Item 8]
a filtration preparation step of adding a flocculant to the slurry after the modification step, and then draining the slurry to obtain a slurry having a flocculant content of 50 mass% or less;
a filtration step of filtering the slurry obtained in the filtration preparation step;
8. The method according to any one of items 1 to 7, further comprising:
[Item 9]
the esterification agent is a vinyl carboxylate;
The degree of substitution (DS) of the chemically modified pulp is 2.0 or less;
The degree of substitution (DS) of the chemically modified fine cellulose fiber is 0.8 to 1.8,
The method according to any one of items 1 to 8, wherein the coefficient of variation (CV) of the DS non-uniformity ratio in the chemically modified fine cellulose fiber is 20% or less.
[Item 10]
A method for producing a resin composition using the method for producing chemically modified fine cellulose fibers according to any one of items 1 to 9,
A method for producing a resin composition, in which in the defibration step of producing the chemically modified fine cellulose fibers, the chemically modified pulp and a resin are mixed and the chemically modified pulp is defibrated to produce a resin composition containing chemically modified fine cellulose fibers and a resin.
[Item 11]
A fiber forming step of producing chemically modified fine cellulose fibers by the method for producing chemically modified fine cellulose fibers according to any one of items 1 to 9, and a mixing step of mixing the chemically modified fine cellulose fibers with a resin to produce a resin composition.
A method for producing a resin composition comprising the steps of:
本発明の一態様によれば、原料パルプから均一な化学修飾微細セルロース繊維を製造する方法、並びに、当該化学修飾微細セルロース繊維が樹脂中に均一に微分散されていることで外観、平滑性及び機械特性に優れた成形体を与える樹脂組成物を製造する方法を製造する方法が提供され得る。 According to one aspect of the present invention, there can be provided a method for producing uniform chemically modified fine cellulose fibers from raw pulp, and a method for producing a resin composition in which the chemically modified fine cellulose fibers are uniformly finely dispersed in a resin, thereby providing a molded article with excellent appearance, smoothness, and mechanical properties.
以下、本発明の例示の実施の形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について説明するが、本発明はこれら実施形態に何ら限定されない。なお本開示の特性値は、特記がない限り、本開示の[実施例]の項に記載される方法又はこれと同等であることが当業者に理解される方法で測定される値である。 The following describes exemplary embodiments of the present invention (hereinafter, abbreviated as "present embodiments"); however, the present invention is not limited to these embodiments. Note that, unless otherwise specified, the characteristic values of the present disclosure are values measured by the method described in the [Examples] section of the present disclosure or a method that will be understood by those skilled in the art to be equivalent thereto.
≪化学修飾微細セルロース繊維の製造方法≫
本発明の一態様は、
原料パルプ、非プロトン性極性溶媒、修飾剤、及び触媒を含むスラリー中で原料パルプを繊維内部まで化学修飾して化学修飾パルプを得る修飾工程、及び、
前記化学修飾パルプを解繊して化学修飾微細セルロース繊維を生成する解繊工程、
を含む化学修飾微細セルロース繊維の製造方法を提供する。本発明の一態様は上記修飾工程を含む化学修飾パルプの製造方法も提供する。
原料パルプは、粗大繊維で構成されており、一態様において平均繊維径1μm超を有する。
一態様において、化学修飾に供されるスラリーの固形分濃度は4質量%以上であり、及び/又は修飾工程を通じてスラリーの水分率が6質量%未満である。
一態様において、修飾剤はエステル化剤である。
一態様においては、修飾工程の前に脱水工程を更に含んでよく、及び/又は修飾工程の後に濾過工程を含んでよい。一態様においては、濾過工程の前に濾過準備工程を含んでよい。
<Production method of chemically modified fine cellulose fiber>
One aspect of the present invention is
A modification step in which the raw pulp is chemically modified to the inside of the fiber in a slurry containing the raw pulp, an aprotic polar solvent, a modifier, and a catalyst to obtain a chemically modified pulp; and
A defibration step of defibrating the chemically modified pulp to produce chemically modified fine cellulose fibers;
The present invention also provides a method for producing chemically modified fine cellulose fibers, the method comprising the step of:
The raw pulp is composed of coarse fibers and in one embodiment has an average fiber diameter of more than 1 μm.
In one embodiment, the solids concentration of the slurry subjected to chemical modification is 4% by mass or more, and/or the moisture content of the slurry throughout the modification step is less than 6% by mass.
In one embodiment, the modifying agent is an esterifying agent.
In one embodiment, the method may further include a dehydration step before the modification step and/or a filtration step after the modification step. In one embodiment, the method may include a filtration preparation step before the filtration step.
本実施形態の方法によれば、修飾工程のスラリー水分率が制御されていることによって、パルプが高純度かつ高結晶性の粗大繊維で構成されている場合であっても、置換基が均一に分布している化学修飾パルプを高い生産性で得ることができる。本実施形態の方法で得られる化学修飾微細セルロース繊維は、セルロース分子本来の優れた補強効果を保持しながら樹脂中に均一に微分散できるため、外観、平滑性及び機械特性に優れた成形体を与える樹脂組成物の製造に有利である。 According to the method of this embodiment, by controlling the moisture content of the slurry in the modification step, it is possible to obtain chemically modified pulp with uniform distribution of substituents with high productivity, even when the pulp is composed of highly pure and highly crystalline coarse fibers. The chemically modified fine cellulose fibers obtained by the method of this embodiment can be uniformly finely dispersed in resin while retaining the excellent reinforcing effect inherent to cellulose molecules, which is advantageous for producing a resin composition that gives a molded product with excellent appearance, smoothness, and mechanical properties.
パルプは、セルロースを含む粗大繊維で構成されており、生産工程で乾燥又は圧縮されるためにしばしばバルク体である。粗大繊維は、比表面積が小さいために化学修飾剤を繊維内に侵入させ難い。したがって、従来の化学修飾方法で得られる化学修飾パルプは、粗大繊維の表面と内部とで置換度が大きく異なるという問題を有する。このような置換度の不均一性は、パルプ中のセルロースの純度及び結晶性が高い程顕著である傾向がある。 Pulp is composed of coarse fibers containing cellulose, and is often in bulk form due to drying or compression during the production process. Coarse fibers have a small specific surface area, making it difficult for chemical modifiers to penetrate into the fibers. Therefore, chemically modified pulp obtained by conventional chemical modification methods has the problem that the degree of substitution differs greatly between the surface and the interior of the coarse fibers. This non-uniformity in the degree of substitution tends to be more pronounced the higher the purity and crystallinity of the cellulose in the pulp.
本発明者らは、驚くべきことに、非プロトン性極性溶媒を用い、反応系内の水分率を6質量%未満として化学修飾を行うことで、パルプの表面と内部とでの置換度の不均一性を低減できることを見出した。理論に拘束されるものではないが、非プロトン性極性溶媒が、セルロースのフィブリル間距離を大きくすることにより、修飾剤がパルプ内部まで侵入できるためと考えられる。 The inventors have surprisingly found that by using an aprotic polar solvent and performing chemical modification with a water content in the reaction system of less than 6% by mass, it is possible to reduce the non-uniformity of the degree of substitution between the surface and the interior of the pulp. Without being bound by theory, it is believed that this is because the aprotic polar solvent increases the interfibril distance of cellulose, allowing the modifier to penetrate into the interior of the pulp.
<原料パルプ>
パルプとしては、木材種(広葉樹又は針葉樹)から得られる木材パルプ、非木材種(竹、麻系繊維、バガス、ケナフ、リンター等)から得られる非木材パルプ、及びこれらの精製パルプ(精製リンター等)等が使用できる。非木材パルプとしては、コットンリンターパルプを含むコットン由来パルプ、麻由来パルプ、バガス由来パルプ、ケナフ由来パルプ、竹由来パルプ、ワラ由来パルプ等を使用できる。コットン由来パルプ、麻由来パルプ、バガス由来パルプ、ケナフ由来パルプ、竹由来パルプ、及びワラ由来パルプは各々、コットンリント、コットンリンター、麻系のアバカ(例えば、エクアドル産又はフィリピン産のもの)、ザイサル、バガス、ケナフ、竹、ワラ等の原料から、蒸解処理による脱リグニン等の精製工程、漂白工程等を経て得られる精製パルプであってよい。パルプは、結晶化度が高く、機械特性に優れる化学修飾微細セルロース繊維を生成できる点で、好ましくはコットンリンター由来パルプである。パルプは、セルロースが有する水酸基の寄与により本質的に親水性であり、しばしば吸湿性であり得る。パルプが吸湿している場合には修飾工程における変性反応の効率及び/又は均一性が低い傾向があるが、本実施形態の方法は、修飾工程中の水分率の制御によって、このような原料パルプを用いながら高効率且つ均一な変性反応の進行が可能である。
<Raw pulp>
As the pulp, wood pulp obtained from wood species (broadleaf or coniferous), non-wood pulp obtained from non-wood species (bamboo, hemp-based fiber, bagasse, kenaf, linter, etc.), and refined pulp thereof (refined linters, etc.) can be used. As the non-wood pulp, cotton-derived pulp including cotton linter pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, straw-derived pulp, etc. can be used. Cotton-derived pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, and straw-derived pulp may each be refined pulp obtained from raw materials such as cotton lint, cotton linter, hemp-based abaca (e.g., from Ecuador or the Philippines), zaisal, bagasse, kenaf, bamboo, straw, etc., through a refining process such as delignification by cooking, a bleaching process, etc. The pulp is preferably pulp derived from cotton linters, since it can produce chemically modified fine cellulose fibers with high crystallinity and excellent mechanical properties. Pulp is essentially hydrophilic due to the contribution of hydroxyl groups of cellulose, and can often be hygroscopic. When pulp absorbs moisture, the efficiency and/or uniformity of the modification reaction in the modification step tends to be low. However, the method of the present embodiment allows the highly efficient and uniform modification reaction to proceed using such raw pulp by controlling the moisture content during the modification step.
<非プロトン性極性溶媒>
非プロトン性極性溶媒は、水素結合供与体ではない極性分子である溶媒である。非プロトン性極性溶媒は、一態様において、ケトン、エステル、含窒素化合物、含硫黄化合物、エーテル、及びハロゲン化炭化水素からなる群から選択され、1種単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
<Aprotic polar solvent>
The aprotic polar solvent is a solvent that is a polar molecule that is not a hydrogen bond donor. In one embodiment, the aprotic polar solvent is selected from the group consisting of ketones, esters, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, ethers, and halogenated hydrocarbons, and may be used alone or in combination of two or more.
ケトンとしては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン等が挙げられる。 Ketones include acetone, methyl ethyl ketone (MEK), cyclohexanone, etc.
エステルとしては、カルボン酸又は炭酸と脂肪族アルコールとのエステルが挙げられ、より具体的には、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル、炭酸プロピレン等が挙げられる。 Examples of esters include esters of carboxylic acids or carbonic acids and aliphatic alcohols, more specifically, methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl lactate, propylene carbonate, etc.
含硫黄化合物としては、アルキルスルホキシド類、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、メチルエチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのジC1-4アルキルスルホキシドなどが挙げられる。 Examples of sulfur-containing compounds include alkyl sulfoxides, such as di-C1-4 alkyl sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO), methyl ethyl sulfoxide, and diethyl sulfoxide.
含窒素化合物としては、
アルキルアミド類、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジエチルホルムアミドなどのN,N-ジC1-4アルキルホルムアミド;N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N-ジエチルアセトアミドなどのN,N-ジC1-4アルキルアセトアミド、
Nitrogen-containing compounds include:
Alkylamides, for example, N,N-diC1-4 alkylformamides such as N,N-dimethylformamide (DMF) and N,N-diethylformamide; N,N-diC1-4 alkylacetamides such as N,N-dimethylacetamide (DMAc) and N,N-diethylacetamide;
ピロリドン類、例えば、2-ピロリドン、3-ピロリドンなどのピロリドン;N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのN-C1-4アルキルピロリドンなどが挙げられる。 Pyrrolidones, for example, pyrrolidones such as 2-pyrrolidone and 3-pyrrolidone; N-C1-4 alkylpyrrolidone such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP); etc.
非プロトン性極性溶媒としては、良好な化学修飾効率を得る観点から、ジメチルスルホキシド(DMSO)が特に好ましい。 As an aprotic polar solvent, dimethyl sulfoxide (DMSO) is particularly preferred from the viewpoint of obtaining good chemical modification efficiency.
非プロトン性極性溶媒の分子量は、一態様において、50以上、又は100以上、又は300以上、又は1000以上であってよく、一態様において、2000以下であってよい。 The molecular weight of the aprotic polar solvent may, in one embodiment, be 50 or more, or 100 or more, or 300 or more, or 1000 or more, and in one embodiment, may be 2000 or less.
非プロトン性極性溶媒の沸点は、一態様において、100℃以上、又は110℃以上、又は120℃以上、又は150℃以上、又は180℃以上であってよく、一態様において、300℃以下、又は290℃以下、又は280℃以下、又は260℃以下、又は240℃以下であってよい。 The boiling point of the aprotic polar solvent may, in one embodiment, be 100°C or more, or 110°C or more, or 120°C or more, or 150°C or more, or 180°C or more, and in one embodiment, may be 300°C or less, or 290°C or less, or 280°C or less, or 260°C or less, or 240°C or less.
非プロトン性極性溶媒の25℃における比誘電率は、一態様において、1以上、又は2以上、又は3以上、又は5以上、又は7以上であり、一態様において、80以下、又は70以下、又は60以下、又は50以下である。 The relative dielectric constant of the aprotic polar solvent at 25°C is, in one embodiment, 1 or more, or 2 or more, or 3 or more, or 5 or more, or 7 or more, and in one embodiment, 80 or less, or 70 or less, or 60 or less, or 50 or less.
非プロトン性極性溶媒としては、本来的には吸湿し難い溶媒が好ましいが、フィブリル間距離を大きくする作用に優れることで化学修飾微細セルロース繊維の製造に好適であるような溶媒(例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)等)は、通常、吸湿し易い溶媒である。ここで、吸湿し易い溶媒とは、一態様において、水との相溶性を有することで吸湿性を有する溶媒を意味する。ここで、水との相溶性を有する溶媒とは、水100質量部に対して10質量部を溶解させた際に、20℃において透明である(具体的には波長360nm~830nmにおける可視光透過率が、ヘーズメーターによる測定で90%以上である)溶媒を意味する。本実施形態の方法は、工程中の水分量をコントロールすることで、このような吸湿し易い溶媒を使用する場合であっても化学修飾反応をパルプ内部まで良好に進行させることができる。 As the aprotic polar solvent, a solvent that is inherently difficult to absorb moisture is preferable, but a solvent that is suitable for the production of chemically modified fine cellulose fibers due to its excellent effect of increasing the interfibril distance (e.g., dimethyl sulfoxide (DMSO) etc.) is usually a solvent that easily absorbs moisture. Here, a solvent that easily absorbs moisture means, in one aspect, a solvent that has hygroscopicity due to its compatibility with water. Here, a solvent that is compatible with water means a solvent that is transparent at 20°C when 10 parts by mass is dissolved in 100 parts by mass of water (specifically, the visible light transmittance at wavelengths of 360 nm to 830 nm is 90% or more as measured by a haze meter). In the method of this embodiment, by controlling the amount of moisture during the process, the chemical modification reaction can be smoothly advanced to the inside of the pulp even when such a solvent that easily absorbs moisture is used.
<修飾剤及び触媒>
本実施形態の方法で製造される化学修飾パルプ及び化学修飾微細セルロース繊維としては、例えば硝酸エステル、硫酸エステル、リン酸エステル、ケイ酸エステル、ホウ酸エステル等の無機エステル化物、アセチル化、プロピオニル化等の有機エステル化物等が挙げられる。化学修飾物は1種類又は2種類以上の修飾基を含んでいても良い。
<Modifiers and Catalysts>
Examples of the chemically modified pulp and chemically modified fine cellulose fibers produced by the method of this embodiment include inorganic esters such as nitrate esters, sulfate esters, phosphate esters, silicate esters, and borate esters, and organic esters such as acetylation and propionylation. The chemically modified products may contain one or more types of modifying groups.
修飾剤としては、セルロースの水酸基と反応するエステル化剤(アシル化剤)を使用でき、好ましくはアセチル化剤である。エステル化剤としては、酸ハロゲン化物、酸無水物、カルボン酸ビニルエステル、及びカルボン酸が好ましい。 As a modifying agent, an esterifying agent (acylating agent) that reacts with the hydroxyl groups of cellulose can be used, and an acetylating agent is preferred. As an esterifying agent, acid halides, acid anhydrides, vinyl carboxylates, and carboxylic acids are preferred.
[酸ハロゲン化物]
酸ハロゲン化物は、下記式で表される化合物からなる群より選択された少なくとも1種であってよい。
R1-C(=O)-X
(式中、R1は炭素数1~24のアルキル基、炭素数2~24のアルケニル基、炭素数3~24のシクロアルキル基、又は炭素数6~24のアリール基を表し、XはCl、Br又はIである。)
酸ハロゲン化物の具体例としては、塩化アセチル、臭化アセチル、ヨウ化アセチル、塩化プロピオニル、臭化プロピオニル、ヨウ化プロピオニル、塩化ブチリル、臭化ブチリル、ヨウ化ブチリル、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、ヨウ化ベンゾイル等が挙げられるが、これらに限定されない。中でも、酸塩化物は反応性と取り扱い性の点から好適に採用できる。尚、酸ハロゲン化物の反応においては、触媒として働くと同時に副生物である酸性物質を中和する目的で、アルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してよい。アルカリ性化合物としては、具体的には:トリエチルアミン、トリメチルアミン等の3級アミン化合物;及びピリジン、ジメチルアミノピリジン等の含窒素芳香族化合物;が挙げられるが、これに限定されない。
[Acid Halide]
The acid halide may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formula:
R 1 -C(=O)-X
(In the formula, R1 represents an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 24 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, and X represents Cl, Br, or I.)
Specific examples of acid halides include, but are not limited to, acetyl chloride, acetyl bromide, acetyl iodide, propionyl chloride, propionyl bromide, propionyl iodide, butyryl chloride, butyryl bromide, butyryl iodide, benzoyl chloride, benzoyl bromide, and benzoyl iodide. Among them, acid chlorides can be preferably used in terms of reactivity and handling. In addition, in the reaction of acid halides, one or more alkaline compounds may be added to act as a catalyst and neutralize the by-product acidic substances. Specific examples of alkaline compounds include, but are not limited to, tertiary amine compounds such as triethylamine and trimethylamine; and nitrogen-containing aromatic compounds such as pyridine and dimethylaminopyridine.
[酸無水物]
酸無水物としては、任意の適切な酸無水物類を用いることができる。例えば、
酢酸、プロピオン酸、(イソ)酪酸、吉草酸等の飽和脂肪族モノカルボン酸無水物;(メタ)アクリル酸、オレイン酸等の不飽和脂肪族モノカルボン酸の無水物;
シクロヘキサンカルボン酸、テトラヒドロ安息香酸等の脂環族モノカルボン酸の無水物;安息香酸、4-メチル安息香酸等の芳香族モノカルボン酸の無水物;
二塩基カルボン酸無水物として、例えば、無水コハク酸、アジピン酸等の無水飽和脂肪族ジカルボン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の無水不飽和脂肪族ジカルボン酸の無水物、無水1-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸等の無水脂環族ジカルボン酸、及び、無水フタル酸、無水ナフタル酸等の無水芳香族ジカルボン酸等;
3塩基以上の多塩基カルボン酸無水物類として、例えば、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の(無水)ポリカルボン酸等が挙げられる。
尚、酸無水物の反応においては、触媒として、硫酸、塩酸、燐酸等の酸性化合物、又はルイス酸、(例えば、MYnで表されるルイス酸化合物であって、MはB、As,Ge等の半金属元素、又はAl、Bi、In等の卑金属元素、又はTi、Zn、Cu等の遷移金属元素、又はランタノイド元素を表し、nはMの原子価に相当する整数であり、2又は3を表し、Yはハロゲン原子、OAc、OCOCF3、ClO4、SbF6、PF6又はOSO2CF3(OTf)を表す。)、又はトリエチルアミン、ピリジン等のアルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してよい。
[Acid anhydride]
As the acid anhydride, any suitable acid anhydride can be used. For example,
Saturated aliphatic monocarboxylic acid anhydrides, such as acetic acid, propionic acid, (iso)butyric acid, and valeric acid; unsaturated aliphatic monocarboxylic acid anhydrides, such as (meth)acrylic acid and oleic acid;
Anhydrides of alicyclic monocarboxylic acids such as cyclohexanecarboxylic acid and tetrahydrobenzoic acid; anhydrides of aromatic monocarboxylic acids such as benzoic acid and 4-methylbenzoic acid;
Examples of dibasic carboxylic acid anhydrides include saturated aliphatic dicarboxylic acid anhydrides such as succinic anhydride and adipic acid, unsaturated aliphatic dicarboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride and itaconic anhydride, alicyclic dicarboxylic acid anhydrides such as 1-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid anhydride, hexahydrophthalic anhydride and methyltetrahydrophthalic anhydride, and aromatic dicarboxylic acid anhydrides such as phthalic anhydride and naphthalic anhydride;
Examples of the polybasic carboxylic acid anhydrides having three or more bases include polycarboxylic acids (anhydrides) such as trimellitic anhydride and pyromellitic anhydride.
In the reaction of an acid anhydride, one or more of acidic compounds such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc., or Lewis acids (for example, Lewis acid compounds represented by MYn, where M represents a semimetal element such as B, As, Ge, etc., or a base metal element such as Al, Bi, In, etc., or a transition metal element such as Ti, Zn, Cu, etc., or a lanthanoid element, n is an integer corresponding to the atomic valence of M and represents 2 or 3, and Y represents a halogen atom, OAc, OCOCF3 , ClO4 , SbF6 , PF6 , or OSO2CF3 (OTf)), or alkaline compounds such as triethylamine, pyridine, etc. may be added as a catalyst .
[カルボン酸ビニル]
カルボン酸ビニルエステルとしては、下記式:
R-COO-CH=CH2
{式中、Rは、炭素数1~24のアルキル基、炭素数2~24のアルケニル基、炭素数3~16のシクロアルキル基、又は炭素数6~24のアリール基のいずれかである。}で表されるカルボン酸ビニルエステルが好ましい。カルボン酸ビニルエステルは、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、オクチル酸ビニルアジピン酸ジビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、オクチル酸ビニル、安息香酸ビニル、及び桂皮酸ビニルからなる群より選択された少なくとも1種であることがより好ましい。カルボン酸ビニルエステルによるエステル化反応のとき、触媒として、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、1~3級アミン、4級アンモニウム塩、イミダゾール及びその誘導体、ピリジン及びその誘導体、並びにアルコキシドからなる群より選ばれる1種又は2種以上を添加して良い。
[Vinyl carboxylate]
The vinyl carboxylate may be represented by the following formula:
R-COO-CH= CH2
{wherein R is any one of an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 16 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 24 carbon atoms.} is preferred. The vinyl carboxylate is more preferably at least one selected from the group consisting of vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caproate, vinyl cyclohexanecarboxylate, vinyl caprylate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl myristate, vinyl palmitate, vinyl stearate, vinyl pivalate, vinyl octylate, divinyl adipate, vinyl methacrylate, vinyl crotonate, vinyl octylate, vinyl benzoate, and vinyl cinnamate. In the esterification reaction with a vinyl carboxylate, one or more catalysts selected from the group consisting of alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates, alkaline earth metal carbonates, alkali metal hydrogencarbonates, primary to tertiary amines, quaternary ammonium salts, imidazole and derivatives thereof, pyridine and derivatives thereof, and alkoxides may be added as a catalyst.
アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等が挙げられる。アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウム等が挙げられる。 Examples of alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, etc. Examples of alkali metal carbonates, alkaline earth metal carbonates, and alkali metal hydrogen carbonates include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and cesium hydrogen carbonate, etc.
1~3級アミンとは、1級アミン、2級アミン、及び3級アミンのことであり、具体例としては、エチレンジアミン、ジエチルアミン、プロリン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,3-プロパンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミン、トリス(3-ジメチルアミノプロピル)アミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン等が挙げられる。 Primary, secondary and tertiary amines refer to primary, secondary and tertiary amines, and specific examples include ethylenediamine, diethylamine, proline, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethyl-1,3-propanediamine, N,N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine, tris(3-dimethylaminopropyl)amine, N,N-dimethylcyclohexylamine and triethylamine.
イミダゾール及びその誘導体としては、1-メチルイミダゾール、3-アミノプロピルイミダゾール、カルボニルジイミダゾール等が挙げられる。 Imidazole and its derivatives include 1-methylimidazole, 3-aminopropylimidazole, carbonyldiimidazole, etc.
ピリジン及びその誘導体としては、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、ピコリン等が挙げられる。 Examples of pyridine and its derivatives include N,N-dimethyl-4-aminopyridine and picoline.
アルコキシドとしては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウム-t-ブトキシド等が挙げられる。 Examples of alkoxides include sodium methoxide, sodium ethoxide, and potassium t-butoxide.
[カルボン酸]
カルボン酸としては、下記式で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。
R-COOH
(式中、Rは、炭素数1~16のアルキル基、炭素数2~16のアルケニル基、炭素数3~16のシクロアルキル基、又は炭素数6~16のアリール基を表す。)
[carboxylic acid]
The carboxylic acid may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas:
R-COOH
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 16 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 16 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 16 carbon atoms.)
カルボン酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、シクロヘキサンカルボン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ピバリン酸、メタクリル酸、クロトン酸、オクチル酸、安息香酸、及び桂皮酸からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。 Specific examples of carboxylic acids include at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, butyric acid, caproic acid, cyclohexane carboxylic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, pivalic acid, methacrylic acid, crotonic acid, octylic acid, benzoic acid, and cinnamic acid.
これらカルボン酸の中でも、酢酸、プロピオン酸、及び酪酸からなる群から選択される少なくとも一種、特に酢酸が、反応効率の観点から好ましい。
尚、カルボン酸の反応においては、触媒として、硫酸、塩酸、燐酸等の酸性化合物、又はルイス酸、(例えば、MYnで表されるルイス酸化合物であって、MはB、As,Ge等の半金属元素、又はAl、Bi、In等の卑金属元素、又はTi、Zn、Cu等の遷移金属元素、又はランタノイド元素を表し、nはMの原子価に相当する整数であり、2又は3を表し、Yはハロゲン原子、OAc、OCOCF3、ClO4、SbF6、PF6又はOSO2CF3(OTf)を表す。)、又はトリエチルアミン、ピリジン等のアルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してよい。
Among these carboxylic acids, at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, and butyric acid, and particularly acetic acid, is preferred from the viewpoint of reaction efficiency.
In the reaction of carboxylic acid, one or more kinds of acidic compounds such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc., or Lewis acids (for example, Lewis acid compounds represented by MYn, where M represents a semimetal element such as B, As, Ge, etc., or a base metal element such as Al, Bi, In, etc., or a transition metal element such as Ti, Zn, Cu, etc., or a lanthanoid element, n is an integer corresponding to the atomic valence of M and represents 2 or 3, and Y represents a halogen atom, OAc, OCOCF3 , ClO4 , SbF6 , PF6 , or OSO2CF3 (OTf)), or alkaline compounds such as triethylamine, pyridine, etc. may be added as a catalyst.
これらエステル化反応剤の中でも、特に、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、及び酢酸からなる群から選択された少なくとも一種、中でも無水酢酸及び酢酸ビニルが、反応効率の観点から好ましい。 Among these esterification reactants, at least one selected from the group consisting of acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, and acetic acid, and among these, acetic anhydride and vinyl acetate are preferred from the viewpoint of reaction efficiency.
以下、本実施形態の方法の各工程について説明する。 Each step of the method of this embodiment is described below.
<脱水工程>
本実施形態の方法は、修飾工程の前に脱水工程を含んでよい。脱水工程では、セルロースを含むパルプ、及び/又は非プロトン性極性溶媒を脱水して、水分率が調整されたスラリーを得る。脱水はパルプ及び/又は非プロトン性極性溶媒をそれぞれ単独で、又はこれらの混合状態で行ってよい。水分率の調整は、温度制御(例えばオーブンによる加熱)、圧力制御(例えば減圧機による減圧)、湿度制御(例えば除湿機による除湿)、及び脱水剤使用(例えば、ゼオライト、モレキュラーシーブス等の吸着型固体脱水剤の使用)からなる群から選択される1つ又は2つ以上の組合せで行ってよい。
<Dehydration process>
The method of the present embodiment may include a dehydration step prior to the modification step. In the dehydration step, the cellulose-containing pulp and/or the aprotic polar solvent are dehydrated to obtain a slurry with an adjusted moisture content. The dehydration may be performed using the pulp and/or the aprotic polar solvent alone or in a mixed state. The moisture content may be adjusted by one or a combination of two or more selected from the group consisting of temperature control (e.g., heating with an oven), pressure control (e.g., reducing pressure with a pressure reducer), humidity control (e.g., dehumidification with a dehumidifier), and use of a dehydrating agent (e.g., use of an adsorbent solid dehydrating agent such as zeolite or molecular sieves).
脱水工程においては、原料パルプ、非プロトン性極性溶媒、修飾剤、触媒、及び/又はこれらを含むスラリーの水分率を、好ましくは、5質量%以下、又は3質量%以下、又は1質量%以下に調整する。上記水分率は低い方が望ましいが、プロセス効率の観点から、一態様において、0.6質量%以上、又は0.7質量%以上、又は0.8質量%以上であってよい。 In the dehydration step, the moisture content of the raw pulp, the aprotic polar solvent, the modifier, the catalyst, and/or the slurry containing these is preferably adjusted to 5% by mass or less, or 3% by mass or less, or 1% by mass or less. Although a lower moisture content is preferable, in one embodiment, from the viewpoint of process efficiency, it may be 0.6% by mass or more, or 0.7% by mass or more, or 0.8% by mass or more.
<修飾工程>
本工程では、原料パルプ、非プロトン性極性溶媒、修飾剤、及び触媒を含むスラリー中で原料パルプを繊維内部まで化学修飾して化学修飾パルプを得る。一般に、繊維状物の置換度DSの値は当該繊維状物の表面近傍の置換度DSを反映する。したがって、繊維内部まで化学修飾されていない原料パルプの解繊物である化学修飾微細セルロース繊維の置換度DSは、原料パルプの置換度DSよりも小さい値となる。本開示で、パルプが繊維内部まで化学修飾されていることの指標は、化学修飾パルプの置換度DSと化学修飾微細セルロース繊維の置換度DSとの差であるΔDSが、0.3未満であることである。ΔDSは、好ましくは、0.25以下、又は0.20以下、又は0.18以下、又は0.17以下、又は0.16以下、又は0.15以下である。ΔDSは小さい程望ましいが、化学修飾微細セルロース繊維の製造容易性の観点から、一態様において、0.01以上、又は0.03以上、又は0.05以上であってもよい。
<Modification step>
In this process, the raw pulp is chemically modified to the inside of the fiber in a slurry containing raw pulp, an aprotic polar solvent, a modifier, and a catalyst to obtain a chemically modified pulp. In general, the value of the degree of substitution DS of a fibrous material reflects the degree of substitution DS near the surface of the fibrous material. Therefore, the degree of substitution DS of the chemically modified fine cellulose fiber, which is a defibrated product of raw pulp that has not been chemically modified to the inside of the fiber, is smaller than the degree of substitution DS of the raw pulp. In the present disclosure, an indicator that the pulp has been chemically modified to the inside of the fiber is that ΔDS, which is the difference between the degree of substitution DS of the chemically modified pulp and the degree of substitution DS of the chemically modified fine cellulose fiber, is less than 0.3. ΔDS is preferably 0.25 or less, or 0.20 or less, or 0.18 or less, or 0.17 or less, or 0.16 or less, or 0.15 or less. The smaller ΔDS is the more desirable, but from the viewpoint of ease of production of the chemically modified fine cellulose fibers, in one embodiment, ΔDS may be 0.01 or more, 0.03 or more, or 0.05 or more.
スラリー中の水は、修飾工程におけるセルロースの水酸基の所望の変性反応を妨げる一因であり得る。例えば、化学修飾がエステル化である場合、水酸基とエステル化剤とを反応させるとエステル基と水とが生成する。この反応は平衡反応であるため、系中に水が存在するとエステル化の進行が阻害される。本実施形態の方法では、修飾工程を通じて、スラリーの水分率を、一態様において、6質量%未満、又は3質量%以下、又は1質量%以下に維持する。スラリーを特定以下の水分率に維持することで、変性反応が良好に進行するため、パルプを繊維内部まで化学修飾できる。スラリーの水分率は低い程望ましいが、工程管理の容易性の観点から、一態様において、0.6質量%以上、又は0.7質量%以上、又は0.8質量%以上であってもよい。 Water in the slurry may be a factor that hinders the desired modification reaction of the hydroxyl groups of cellulose in the modification process. For example, when the chemical modification is esterification, the hydroxyl groups react with an esterifying agent to produce ester groups and water. Since this reaction is an equilibrium reaction, the presence of water in the system inhibits the progress of esterification. In the method of this embodiment, the moisture content of the slurry is maintained, in one embodiment, less than 6% by mass, or 3% by mass or less, or 1% by mass or less throughout the modification process. By maintaining the slurry at a moisture content below a specific value, the modification reaction proceeds well, and the pulp can be chemically modified to the inside of the fibers. The lower the moisture content of the slurry, the more desirable it is, but from the viewpoint of ease of process management, in one embodiment, it may be 0.6% by mass or more, 0.7% by mass or more, or 0.8% by mass or more.
スラリー中の水分率を制御する手段は、これに限定されないが、
前述の脱水工程を行うことで、修飾工程に供されるスラリーの水分率を所望範囲に調整すること、
修飾工程を、窒素雰囲気等の不活性雰囲気で行うこと、
修飾工程を、減圧下で行うこと、
のうち1つ以上を例示できる。修飾工程を不活性雰囲気又は減圧下で行う場合、スラリーの水分率は、修飾工程を通じて、修飾工程開始時の水分率以下に維持されることができる。
原料パルプは、本質的に親水性であることから高水分率になり易い傾向がある。前述の脱水工程で原料パルプを脱水しておくことは特に有用である。
The means for controlling the moisture content in the slurry include, but are not limited to,
By carrying out the dehydration step, the moisture content of the slurry to be subjected to the modification step is adjusted to a desired range;
The modification step is carried out in an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere;
carrying out the modification step under reduced pressure;
When the modification step is carried out in an inert atmosphere or under reduced pressure, the moisture content of the slurry can be maintained throughout the modification step at or below the moisture content at the start of the modification step.
Since the raw pulp is essentially hydrophilic and therefore tends to have a high moisture content, it is particularly useful to dehydrate the raw pulp in the above-mentioned dewatering step.
一態様においては、脱水工程において、非プロトン性極性溶媒の水分率を1質量%以下に調整し、且つ修飾工程を通じてスラリーの水分率が1質量%以下である。 In one embodiment, the moisture content of the aprotic polar solvent is adjusted to 1% by mass or less in the dehydration process, and the moisture content of the slurry is 1% by mass or less throughout the modification process.
理論に拘束されるものではないが、本実施形態の修飾工程によれば、非プロトン性極性溶媒がセルロースのフィブリル間距離を大きくすることによって修飾剤がパルプ内部まで侵入できると考えられ、これによりパルプが繊維内部まで化学修飾され得ると考えられる。一態様において、化学修飾パルプの後述の置換度DSが0.8以上である場合、原料パルプが繊維内部まで化学修飾されていることが明瞭である。 Without being bound by theory, it is believed that the modification process of this embodiment allows the aprotic polar solvent to increase the interfibril distance of cellulose, thereby allowing the modifier to penetrate into the inside of the pulp, and thus the pulp can be chemically modified to the inside of the fibers. In one aspect, when the degree of substitution DS of the chemically modified pulp, which will be described later, is 0.8 or more, it is clear that the raw pulp has been chemically modified to the inside of the fibers.
修飾工程に供されるスラリー中の原料パルプのフィブリル間距離は、パルプが繊維内部まで化学修飾され得る点で、好ましくは、10nm以上、又は11nm以上、又は12nm以上であり、セルロース本来の良好な機械特性を保持する観点から、好ましくは、50nm以下、又は40nm以下、又は30nm以下である。
フィブリル間距離は、X線小角散乱法[SAXS]で測定される値である。
The interfibril distance of the raw pulp in the slurry subjected to the modification process is preferably 10 nm or more, or 11 nm or more, or 12 nm or more, from the viewpoint of enabling the pulp to be chemically modified to the inside of the fiber, and is preferably 50 nm or less, or 40 nm or less, or 30 nm or less, from the viewpoint of maintaining the inherent good mechanical properties of cellulose.
The interfibril distance is a value measured by small angle X-ray scattering [SAXS].
フィブリル間距離は、原料パルプ及び/又は非プロトン性極性溶媒の種類、スラリー中の原料パルプと非プロトン性極性溶媒との質量比率、媒体中の非プロトン性極性溶媒の濃度等のうち1つ以上の調整により制御され得る。 The interfibril distance can be controlled by adjusting one or more of the following: the type of raw pulp and/or aprotic polar solvent, the mass ratio of raw pulp to aprotic polar solvent in the slurry, the concentration of the aprotic polar solvent in the medium, etc.
一態様においては、修飾工程の前後でパルプがその形状を維持していることができる。ここで、パルプが形状を維持しているとは、修飾工程での解繊などがなく、修飾前と同様の繊維径を修飾後に維持していること(一態様において、化学修飾前後での平均繊維幅の変化率が20%以下であること)を意味する。このような化学修飾によれば、目的の化学修飾微細セルロース繊維が高収率で得られる。 In one embodiment, the pulp can maintain its shape before and after the modification process. Here, "the pulp maintains its shape" means that there is no defibration during the modification process, and the fiber diameter after modification is the same as before modification (in one embodiment, the rate of change in average fiber width before and after chemical modification is 20% or less). Such chemical modification allows the desired chemically modified fine cellulose fibers to be obtained in high yield.
スラリー中の原料パルプ含有率は、化学修飾パルプの生産効率、特に量産プロセスにおける溶媒使用量低減の観点から、一態様において、4質量%以上、又は8質量%以上、又は10質量%以上である。原料パルプ含有率は、化学修飾パルプの生産効率の観点からは高い程望ましいが、スラリーの流動性を良好にする観点からは、一態様において、25質量%以下、又は20質量%以下、又は15質量%以下である。 In terms of the production efficiency of chemically modified pulp, particularly from the viewpoint of reducing the amount of solvent used in the mass production process, the raw material pulp content in the slurry is, in one embodiment, 4% by mass or more, or 8% by mass or more, or 10% by mass or more. From the viewpoint of the production efficiency of chemically modified pulp, the higher the raw material pulp content, the more desirable it is, but from the viewpoint of improving the fluidity of the slurry, in one embodiment, the raw material pulp content is 25% by mass or less, or 20% by mass or less, or 15% by mass or less.
スラリー中の非プロトン性極性溶媒含有率は、一態様において、96質量%以下、又は95質量%以下、又は92質量%以下、又は90質量%以下であり、一態様において、65質量%以上、又は69質量%以上、又は70質量%以上、又は74質量%以上、又は75質量%以上、又は79質量%以上、又は80質量%以上である。 In one embodiment, the aprotic polar solvent content in the slurry is 96% by mass or less, or 95% by mass or less, or 92% by mass or less, or 90% by mass or less, and in one embodiment, 65% by mass or more, or 69% by mass or more, or 70% by mass or more, or 74% by mass or more, or 75% by mass or more, or 79% by mass or more, or 80% by mass or more.
スラリー中の修飾剤添加率は、修飾剤の種類によって適宜調整され得るが、パルプ100質量部に対して、一態様において、50質量部以上、又は53質量部以上、又は55質量部以上、又は60質量部以上、又は64質量部以上、又は65質量部以上、又は70質量部以上、又は75質量部以上、又は80質量部以上であり、一態様において、160質量部以下、又は159質量部以下、又は155質量部以下、又は150質量部以下、又は145質量部以下、又は140質量部以下、又は135質量部以下、又は133質量部以下、又は130質量部以下、又は125質量部以下、又は120質量部以下、又は115質量部以下、又は110質量部以下、又は106質量部以下である。 The modifier addition rate in the slurry can be adjusted as appropriate depending on the type of modifier, but in one embodiment, it is 50 parts by mass or more, or 53 parts by mass or more, or 55 parts by mass or more, or 60 parts by mass or more, or 64 parts by mass or more, or 65 parts by mass or more, or 70 parts by mass or more, or 75 parts by mass or more, or 80 parts by mass or more, and in one embodiment, it is 160 parts by mass or less, or 159 parts by mass or less, or 155 parts by mass or less, or 150 parts by mass or less, or 145 parts by mass or less, or 140 parts by mass or less, or 135 parts by mass or less, or 133 parts by mass or less, or 130 parts by mass or less, or 125 parts by mass or less, or 120 parts by mass or less, or 115 parts by mass or less, or 110 parts by mass or less, or 106 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of pulp.
<濾過準備工程(フロック形成)>
本実施形態の方法は、修飾工程後、濾過工程前に、濾過準備工程を含んでよい。濾過準備工程は、修飾工程後のスラリーにフロック化剤を添加することでスラリー中の化学修飾パルプをフロック化する(すなわち集合させる)工程である。フロック化後には、脱液により固形分率を増大させてもよい。化学修飾パルプのフロック化は、後続の濾過工程におけるスラリーの濾水性を向上させる観点から有利である。濾過準備工程により、フロック化剤含有率が、好ましくは50質量%以下、又は45質量部以下、又は40質量%以下であるスラリーを得る。
<Filtration preparation process (floc formation)>
The method of the present embodiment may include a filtration preparation step after the modification step and before the filtration step. The filtration preparation step is a step of flocculating (i.e. aggregating) the chemically modified pulp in the slurry by adding a flocculant to the slurry after the modification step. After flocculation, the solid content may be increased by deliquification. Flocculating the chemically modified pulp is advantageous from the viewpoint of improving the drainage of the slurry in the subsequent filtration step. The filtration preparation step obtains a slurry having a flocculant content of preferably 50% by mass or less, or 45 parts by mass or less, or 40% by mass or less.
フロック化剤としては、濾過工程における化学修飾パルプの精製を容易にする観点から、プロトン性溶媒、すなわち水素結合供与基を有する溶媒が好ましい。プロトン性溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、t-ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、水等を例示でき、中でも、溶解度パラメータ(SP値)が高い点で、水が好ましい。理論に拘束されるものではないが、プロトン性溶媒を化学修飾パルプに添加すると、触媒がイオン化されて塩析するとともに修飾剤の疎水基が凝集することでフロック化が生じるため、濾過工程における濾水性が向上すると考えられる。 As the flocculant, a protic solvent, i.e., a solvent having a hydrogen bond donor group, is preferred from the viewpoint of facilitating purification of the chemically modified pulp in the filtration process. Examples of protic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, and t-butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin, and water, among which water is preferred because of its high solubility parameter (SP value). Without being bound by theory, it is believed that when a protic solvent is added to chemically modified pulp, the catalyst is ionized and salted out, and the hydrophobic groups of the modifier aggregate to cause flocculation, thereby improving the freeness in the filtration process.
フロック化剤の添加量は、良好なフロック化の観点から、修飾工程後のスラリー100質量部に対し、好ましくは、5質量部以上、又は10質量部以上、又は15質量部以上であり、好ましくは、50質量部以下、又は40質量部以下である。 From the viewpoint of good flocculation, the amount of flocculant added is preferably 5 parts by mass or more, or 10 parts by mass or more, or 15 parts by mass or more, and preferably 50 parts by mass or less, or 40 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the slurry after the modification process.
本工程では、フロック化をより良好に進行させるために、フロック化剤に加えて、必要に応じて追加の成分をさらに使用してもよい。追加の成分としては:カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩等の界面活性剤;硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、塩化ナトリウム等の無機塩;等が挙げられる。任意の追加の成分の使用量は、所望に応じて適宜選択されるが、フロック化時のスラリー全量100質量%中、例えば0.01~30質量%であってよい。 In this step, in order to make the flocculation proceed more smoothly, additional components may be used as necessary in addition to the flocculating agent. Examples of additional components include surfactants such as carboxylates, sulfonates, and sulfate ester salts; inorganic salts such as aluminum sulfate, ferric chloride, ferrous sulfate, calcium chloride, and sodium chloride; and the like. The amount of any additional component used is appropriately selected as desired, but may be, for example, 0.01 to 30% by mass relative to the total amount of the slurry at the time of flocculation (100% by mass).
フロック化後のスラリーは、吸引濾過、加圧濾過、遠心脱液等の方法を用いて脱液(すなわち濃縮)することができる。形成されたフロックを維持する観点から、脱液方法としては吸引濾過又は加圧濾過が好ましい。脱液後のスラリーの固形分率は、好ましくは、5質量%以上、又は10質量%以上、又は15質量%以上であり、好ましくは、30質量%以下、又は25質量%以下、又は20質量%以下である。 The slurry after flocculation can be deliquified (i.e., concentrated) using methods such as suction filtration, pressure filtration, and centrifugal deliquification. From the viewpoint of maintaining the formed flocs, suction filtration or pressure filtration is preferred as the deliquification method. The solid content of the slurry after deliquification is preferably 5% by mass or more, or 10% by mass or more, or 15% by mass or more, and preferably 30% by mass or less, or 25% by mass or less, or 20% by mass or less.
<濾過工程>
本実施形態の方法は、修飾工程後、濾過工程を含んでよい。一態様においては、修飾工程後、濾過準備工程及び濾過工程を行ってよい。スラリーを濾過することでスラリーを精製し、高純度の化学修飾パルプを得ることができる。濾過工程においては、スラリーに精製溶媒を添加した後濾過を行うことが好ましい。精製溶媒としては、プロトン性溶媒が好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、t-ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、水等を例示でき、中でも、水が好ましい。
<Filtration process>
The method of the present embodiment may include a filtration step after the modification step. In one aspect, a filtration preparation step and a filtration step may be performed after the modification step. The slurry can be purified by filtering the slurry to obtain a chemically modified pulp of high purity. In the filtration step, it is preferable to add a purification solvent to the slurry and then perform filtration. As the purification solvent, a protic solvent is preferable, and examples of the purification solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, and t-butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin, and water, and among these, water is preferable.
一態様においては、濾過によってスラリー中の触媒を除去してよく、濾過工程で得たスラリー中の触媒の濃度は、好ましくは、1質量%以下、又は0.6質量%以下、又は0.4質量%以下である。上記の触媒の濃度は低い方が望ましいが、プロセス効率の観点から、一態様において、0.1質量%以上、又は0.2質量%以上、又は0.3質量%以上であってもよい。好ましい一態様においては、触媒が無機塩であり、濾過工程で得たスラリー中の触媒の濃度が1質量%以下である。
以上のようにして、化学修飾パルプを製造できる。
In one embodiment, the catalyst in the slurry may be removed by filtration, and the catalyst concentration in the slurry obtained in the filtration step is preferably 1% by mass or less, or 0.6% by mass or less, or 0.4% by mass or less. Although it is desirable for the catalyst concentration to be low, in one embodiment, from the viewpoint of process efficiency, it may be 0.1% by mass or more, or 0.2% by mass or more, or 0.3% by mass or more. In a preferred embodiment, the catalyst is an inorganic salt, and the catalyst concentration in the slurry obtained in the filtration step is 1% by mass or less.
In this manner, chemically modified pulp can be produced.
<解繊工程>
本工程では、化学修飾パルプを解繊(すなわち微細化処理)して化学修飾微細セルロース繊維を得る。この微細化処理は単独の装置を1回以上用いても良いし、複数の装置をそれぞれ1回以上用いても良い。
微細化に用いる装置は特に限定されないが、例えば、高圧又は超高圧ホモジナイザー、リファイナー、ビーター、PFIミル、ニーダー、ディスパーザー、高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、ボールミル、振動ミル、ビーズミル、コニカルリファイナー、ディスク型リファイナー、1軸、2軸又は多軸の混練機・押出機等を使用することができる。
<Defibrillation process>
In this step, the chemically modified pulp is defibrated (i.e., refined) to obtain chemically modified fine cellulose fibers. This refinement process may be carried out using a single device once or more, or may be carried out using multiple devices once or more.
The device used for the micronization is not particularly limited, but for example, a high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer, refiner, beater, PFI mill, kneader, disperser, high-speed fiberizer, grinder (stone-type grinder), ball mill, vibration mill, bead mill, conical refiner, disk-type refiner, single-axis, twin-axis or multi-axis kneader/extruder, etc. can be used.
一態様において、化学修飾微細セルロース繊維は化学修飾パルプを水並びに/又は他の媒体(例えば、有機溶媒、無機酸、塩基及び/若しくはイオン液体)中に分散させて、微細化処理により微細化することによって調製できる。 In one embodiment, chemically modified fine cellulose fibers can be prepared by dispersing chemically modified pulp in water and/or other media (e.g., organic solvents, inorganic acids, bases and/or ionic liquids) and micronizing the pulp by a micronization process.
微細化処理における水並びに/又は他の媒体の合計使用量は、化学修飾パルプを分散できる有効量であればよく、特に制限はないが、化学修飾パルプに対して、好ましくは1質量倍以上、又は10質量倍以上、又は50質量倍以上であり、好ましくは10000質量倍以下、又は5000質量倍以下、又は2000質量倍以下、又は1000質量倍以下である。 The total amount of water and/or other medium used in the micronization process is not particularly limited as long as it is an effective amount capable of dispersing the chemically modified pulp, but is preferably at least 1 time by mass, or at least 10 times by mass, or at least 50 times by mass, and is preferably no more than 10,000 times by mass, or no more than 5,000 times by mass, or no more than 2,000 times by mass, or no more than 1,000 times by mass, relative to the chemically modified pulp.
化学修飾微細セルロース繊維が液体に分散してなる化学修飾微細セルロース繊維スラリーを、制御された乾燥条件で乾燥させることにより、乾燥体を調製できる。乾燥機としては、特に限定はされないが、ニーダー、プラネタリーミキサー、ヘンシェルミキサー、ハイスピードミキサー、プロペラミキサー、リボンミキサー、単軸又は二軸のスクリュー押出機、バンバリーミキサー、凍結乾燥機、棚乾燥機、スプレー噴霧乾燥機、流動層乾燥機等が挙げられる。 A dried product can be prepared by drying the chemically modified fine cellulose fiber slurry, in which the chemically modified fine cellulose fibers are dispersed in a liquid, under controlled drying conditions. Dryers include, but are not limited to, kneaders, planetary mixers, Henschel mixers, high-speed mixers, propeller mixers, ribbon mixers, single- or twin-screw extruders, Banbury mixers, freeze dryers, shelf dryers, spray dryers, fluidized bed dryers, etc.
化学修飾微細セルロース繊維スラリーの液体媒体としては、水並びに/又は他の媒体(例えば、有機溶媒、無機酸、塩基及び/若しくはイオン液体)を好適に使用できる。
化学修飾微細セルロース繊維スラリー中の化学修飾微細セルロース繊維の濃度は、乾燥時のプロセス効率の観点から、好ましくは、1質量%以上、又は2質量%以上、又は3質量%以上、又は5質量%以上、又は10質量%以上、又は15質量%以上、又は20質量%以上、又は25質量%以上であり、スラリーの粘度の過度な増大、及び凝集による固化を回避して良好な取扱い性を保持する観点から、好ましくは、60質量%以下、又は55質量%以下、又は50質量%以下、又は45質量%以下、又は40質量%以下、又は35質量%以下である。例えば、化学修飾微細セルロース繊維の製造は希薄な分散液中で行われることが多いが、このような希薄分散液を濃縮することで、スラリー中の化学修飾微細セルロース繊維濃度を前記好ましい範囲に調整してもよい。濃縮には、吸引濾過、加圧濾過、遠心脱液、加熱等の方法を用いることができる。
化学修飾微細セルロース繊維以外の成分、例えば分散剤は、化学修飾微細セルロース繊維スラリーの乾燥前、乾燥中、及び/又は乾燥後に添加してよい。分散剤の添加様式は特に限定されない。
As the liquid medium for the chemically modified fine cellulose fiber slurry, water and/or other media (for example, organic solvents, inorganic acids, bases and/or ionic liquids) can be suitably used.
The concentration of the chemically modified fine cellulose fibers in the chemically modified fine cellulose fiber slurry is preferably 1% by mass or more, or 2% by mass or more, or 3% by mass or more, or 5% by mass or more, or 10% by mass or more, or 15% by mass or more, or 20% by mass or more, or 25% by mass or more from the viewpoint of process efficiency during drying, and is preferably 60% by mass or less, or 55% by mass or less, or 50% by mass or less, or 45% by mass or less, or 40% by mass or less, or 35% by mass or less from the viewpoint of avoiding an excessive increase in the viscosity of the slurry and solidification due to aggregation and maintaining good handleability. For example, the production of chemically modified fine cellulose fibers is often carried out in a dilute dispersion, and the concentration of the chemically modified fine cellulose fibers in the slurry may be adjusted to the preferred range by concentrating such a dilute dispersion. For concentration, methods such as suction filtration, pressure filtration, centrifugal deliquation, and heating can be used.
Components other than the chemically modified fine cellulose fibers, such as a dispersant, may be added before, during, and/or after drying of the chemically modified fine cellulose fiber slurry. The mode of addition of the dispersant is not particularly limited.
<原料パルプ、化学修飾パルプ、又は化学修飾微細セルロース繊維の特性>
[原料パルプ又は化学修飾パルプの平均繊維径及び平均繊維長]
原料パルプ又は化学修飾パルプは、平均繊維径1μm超を有し、したがって粗大繊維である。平均繊維径は、一態様において、1μm超、又は10μm以上、又は20μm以上であり、一態様において、100μm以下、又は80μm以下、又は60μm以下である。
<Characteristics of raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber>
[Average fiber diameter and average fiber length of raw pulp or chemically modified pulp]
The raw pulp or chemically modified pulp has an average fiber diameter of more than 1 μm, and is therefore a coarse fiber. In one embodiment, the average fiber diameter is more than 1 μm, or 10 μm or more, or 20 μm or more, and in one embodiment, 100 μm or less, or 80 μm or less, or 60 μm or less.
原料パルプ又は化学修飾パルプの平均繊維長は、一態様において、500μm以上であり、一態様において、5mm以下、又は4mm以下、又は3mm以下である。 The average fiber length of the raw pulp or chemically modified pulp is, in one embodiment, 500 μm or more, and in another embodiment, 5 mm or less, or 4 mm or less, or 3 mm or less.
原料パルプ又は化学修飾パルプの平均繊維径及び平均繊維長は、繊維分析計Molfi-Neoを用いて測定される値である。 The average fiber diameter and average fiber length of raw pulp or chemically modified pulp are values measured using a Molfi-Neo fiber analyzer.
[結晶多形]
セルロースの結晶多形としては、I型、II型、III型、IV型などが知られており、その中でも特にI型及びII型は汎用されており、III型、IV型は実験室スケールでは得られているものの工業スケールでは汎用されていない。原料パルプの結晶多型がI型、又はII型であると、得られる化学修飾微細セルロース繊維の力学物性(強度、寸法安定性)が高く、化学修飾微細セルロース繊維を樹脂に分散した際の樹脂組成物の強度、寸法安定性が高いため好ましい。
[Polymorphism]
Known crystalline polymorphs of cellulose include types I, II, III, and IV, of which types I and II are particularly widely used, and types III and IV have been obtained on a laboratory scale but are not widely used on an industrial scale. If the crystalline polymorphism of the raw pulp is type I or type II, the mechanical properties (strength, dimensional stability) of the resulting chemically modified fine cellulose fibers are high, and the strength and dimensional stability of the resin composition when the chemically modified fine cellulose fibers are dispersed in a resin are high, which is preferable.
[原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾セルロース繊維の結晶化度]
原料パルプの結晶化度は、好ましくは50%以上である。結晶化度がこの範囲にあると、セルロース自体の力学物性(強度、寸法安定性)が高いため、化学修飾微細セルロース繊維を樹脂に分散した際に、樹脂組成物の強度、寸法安定性が高い傾向にある。より好ましい結晶化度の下限は、55%以上、又は60%以上、又は65%以上、又は70%以上、又は75%以上であり、最も好ましくは80%以上である。原料パルプの結晶化度について上限は特に限定されず、高い方が好ましいが、生産上の観点から好ましい上限は99%である。
[Crystallization degree of raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified cellulose fiber]
The crystallinity of the raw material pulp is preferably 50% or more. When the crystallinity is in this range, the mechanical properties (strength, dimensional stability) of the cellulose itself are high, so that when the chemically modified fine cellulose fibers are dispersed in a resin, the strength and dimensional stability of the resin composition tend to be high. A more preferable lower limit of the crystallinity is 55% or more, or 60% or more, or 65% or more, or 70% or more, or 75% or more, and most preferably 80% or more. There is no particular upper limit for the crystallinity of the raw material pulp, and the higher the better, but from the viewpoint of production, the preferable upper limit is 99%.
化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維の結晶化度は、耐熱性、機械強度及び寸法安定性に優れる樹脂組成物を得る観点から、好ましくは、55%以上、又は60%以上、又は70%以上、又は80%以上である。結晶化度がこの範囲にあると、セルロース自体の力学物性(耐熱性、強度、寸法安定性)が高いため、セルロースを樹脂に分散した際に、樹脂組成物の耐熱性、強度、寸法安定性が高い傾向にある。結晶化度は高い方が好ましいが、生産上の観点から好ましい上限は99%である。 The crystallinity of the chemically modified pulp or chemically modified fine cellulose fibers is preferably 55% or more, or 60% or more, or 70% or more, or 80% or more, from the viewpoint of obtaining a resin composition having excellent heat resistance, mechanical strength, and dimensional stability. When the crystallinity is within this range, the mechanical properties (heat resistance, strength, dimensional stability) of the cellulose itself are high, so that when the cellulose is dispersed in the resin, the heat resistance, strength, and dimensional stability of the resin composition tend to be high. A higher crystallinity is preferable, but from the viewpoint of production, the upper limit is preferably 99%.
本開示の結晶化度は、サンプル中のセルロースがセルロースI型結晶(天然セルロース由来)である場合には、サンプルを広角X線回折により測定した際の回折パターン(2θ/deg.が10~30)からSegal法により、以下の式で求められる。
結晶化度(%)=[I(200)-I(amorphous)]/I(200)×100
I(200):セルロースI型結晶における200面(2θ=22.5°)による回折ピーク強度
I(amorphous):セルロースI型結晶におけるアモルファスによるハローピーク強度であって、200面の回折角度より4.5°低角度側(2θ=18.0°)のピーク強度
In the present disclosure, when the cellulose in a sample is cellulose type I crystals (derived from natural cellulose), the crystallinity is determined by the Segal method from the diffraction pattern (2θ/deg. is 10 to 30) obtained by measuring the sample by wide-angle X-ray diffraction, according to the following formula.
Crystallinity (%) = [I (200) - I (amorphous) ] / I (200) x 100
I (200) : Diffraction peak intensity due to the 200 plane (2θ = 22.5°) in cellulose I type crystals I (amorphous) : A halo peak intensity due to amorphous in cellulose I type crystals, which is a peak intensity at an angle 4.5° lower than the diffraction angle of the 200 plane (2θ = 18.0°)
また結晶化度は、サンプル中のセルロースがセルロースII型結晶である場合には、広角X線回折において、セルロースII型結晶の(110)面ピークに帰属される2θ=12.6°における絶対ピーク強度h0とこの面間隔におけるベースライン(2θ=8°及び15°を結ぶ線)のピーク強度h1から、下記式によって求められる。
結晶化度(%) =(h0-h1) /h0 ×100
When the cellulose in the sample is cellulose II type crystals, the degree of crystallinity can be calculated from the absolute peak intensity h0 at 2θ=12.6° assigned to the (110) plane peak of cellulose II type crystals in wide-angle X-ray diffraction and the peak intensity h1 of the baseline (the line connecting 2θ=8° and 15°) at this interplanar spacing, according to the following formula:
Crystallinity (%) = (h0-h1) /h0 ×100
[多孔質シート]
なお、本開示の結晶多形、結晶化度、重合度、Mw、Mn、Mw/Mn、アルカリ可溶多糖類平均含有率、酸不溶成分平均含有率、TD、T1%、T250℃、DS、DSs、DS不均一比、DS不均一比の変動係数の測定は測定サンプルの形態によって数値が大きく変動することがある。安定した再現性のある測定をするために、測定サンプルは歪みのない多孔質シートを用いる。多孔質シートの作製方法は以下のとおりである。
[Porous sheet]
In addition, the values of the crystal polymorphism, crystallinity, degree of polymerization, Mw, Mn, Mw/Mn, average content of alkali-soluble polysaccharides, average content of acid-insoluble components, T D , T 1% , T 250° C. , DS, DSs, DS heterogeneity ratio, and coefficient of variation of DS heterogeneity ratio of the present disclosure may vary greatly depending on the form of the measurement sample. In order to perform stable and reproducible measurements, a porous sheet without distortion is used as the measurement sample. The method for producing the porous sheet is as follows.
まず、固形分率が10質量%以上のサンプルの濃縮ケーキをtert-ブタノール中に添加し、さらにミキサー等で凝集物が無い状態まで分散処理を行う。サンプル固形分重量0.5gに対し、濃度が0.5質量%となるように調整する。得られたtert-ブタノール分散液100gをろ紙上で濾過する。濾過物はろ紙から剥離させずに、ろ紙と共により大きなろ紙2枚の間に挟み、かつ、そのより大きなろ紙の縁をおもりで押さえつけながら、150℃のオーブンにて5分間乾燥させる。その後、ろ紙を剥離して歪みの少ない多孔質シートを得る。このシートの透気抵抗度Rがシート目付10g/m2あたり100sec/100ml以下のものを多孔質シートとし、測定サンプルとして使用する。
透気抵抗度Rの測定方法は23℃、50%RHの環境で1日静置した多孔質シートサンプルの目付W(g/m2)を測定した後、王研式透気抵抗試験機(旭精工(株)製、型式EG01)を用いて透気抵抗度R(sec/100ml)を測定する。この時、下記式に従い、10g/m2目付あたりの値を算出する。
目付10g/m2あたり透気抵抗度(sec/100ml)=R/W×10
First, a concentrated cake of a sample with a solid content of 10% by mass or more is added to tert-butanol, and a dispersion process is performed using a mixer or the like until no aggregates are present. The concentration is adjusted to 0.5% by mass for 0.5 g of sample solid content weight. 100 g of the obtained tert-butanol dispersion is filtered on filter paper. The filtered material is not peeled off from the filter paper, but is sandwiched between two sheets of larger filter paper together with the filter paper, and the edges of the larger filter paper are pressed down with a weight and dried in an oven at 150 ° C. for 5 minutes. The filter paper is then peeled off to obtain a porous sheet with little distortion. The sheet with an air resistance R of 100 sec/100 ml or less per 10 g/ m2 of sheet basis weight is used as a porous sheet and is used as a measurement sample.
The air resistance R is measured by measuring the basis weight W (g/ m2 ) of a porous sheet sample left to stand for one day in an environment of 23°C and 50% RH, and then measuring the air resistance R (sec/100 ml) using an Oken air resistance tester (manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd., model EG01). At this time, the value per basis weight of 10 g/ m2 is calculated according to the following formula.
Air resistance per unit area of 10 g/ m2 (sec/100 ml) = R/W x 10
[原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾セルロース繊維の重合度]
原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維の重合度は、好ましくは100以上、又は150以上、又は200以上、又は300以上、又は400以上、又は450以上であり、好ましくは3500以下、又は3300以下、又は3200以下、又は3100以下、又は3000以下である。
[Degree of polymerization of raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified cellulose fiber]
The degree of polymerization of the raw pulp, chemically modified pulp or chemically modified fine cellulose fibers is preferably 100 or more, or 150 or more, or 200 or more, or 300 or more, or 400 or more, or 450 or more, and preferably 3500 or less, or 3300 or less, or 3200 or less, or 3100 or less, or 3000 or less.
加工性と機械的特性発現との観点から、重合度を上述の範囲内とすることが望ましい。加工性の観点から、重合度は高すぎない方が好ましく、機械的特性発現の観点からは低すぎないことが望まれる。 From the viewpoint of processability and mechanical property expression, it is desirable to set the degree of polymerization within the above-mentioned range. From the viewpoint of processability, it is preferable that the degree of polymerization is not too high, and from the viewpoint of mechanical property expression, it is desirable that the degree of polymerization is not too low.
本開示の重合度は、「第十五改正日本薬局方解説書(廣川書店発行)」の確認試験(3)に記載の銅エチレンジアミン溶液による還元比粘度法に従って測定される平均重合度を意味する。 The degree of polymerization in this disclosure refers to the average degree of polymerization measured according to the reduced specific viscosity method using a copper ethylenediamine solution described in Verification Test (3) of the "Japanese Pharmacopoeia 15th Edition Commentary (published by Hirokawa Shoten)."
[Mw/Mn]
一態様において、原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは100000以上、又は120000以上、又は150000以上、又は180000以上、又は200000以上である。重量平均分子量と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、好ましくは6以下、又は5.6以下、又は5.4以下である。重量平均分子量が大きいほどセルロース分子の末端基の数は少ないことを意味する。また、重量平均分子量と数平均分子量との比(Mw/Mn)は分子量分布の幅を表すものであることから、Mw/Mnが小さいほどセルロース分子の末端の数は少ないことを意味する。セルロース分子の末端は熱分解の起点となるため、上記重量平均分子量が大きいだけでなく、重量平均分子量が大きいと同時に分子量分布の幅が狭い場合に、特に高耐熱性の微細セルロース繊維、及び微細セルロース繊維と樹脂とを含む樹脂組成物が得られる。上記重量平均分子量(Mw)は、セルロース繊維原料の入手容易性の観点から、例えば600000以下、又は500000以下、又は400000以下であってよい。重量平均分子量と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維の製造容易性の観点から、例えば1.5以上、又は1.7以上、又は2以上であってよい。Mwは、目的に応じたMwを有するセルロース繊維原料を選択すること、セルロース繊維原料に対して物理的処理及び/又は化学的処理を適度な範囲で適切に行うこと、等によって上記範囲に制御できる。Mw/Mnもまた、目的に応じたMw/Mnを有するセルロース繊維原料を選択すること、セルロース繊維原料に対して物理的処理及び/又は化学的処理を適度な範囲で適切に行うこと、等によって上記範囲に制御できる。Mwの制御、及びMw/Mnの制御の両者において、上記物理的処理としては、マイクロフリュイダイザー、ボールミル、ディスクミル等の、乾式粉砕若しくは湿式粉砕、擂潰機、ホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超音波装置等による衝撃、剪断、ずり、摩擦等の、機械的な力を加える物理的処理を例示でき、上記化学的処理としては、蒸解、漂白、酸処理、酵素処理、再生セルロース化、加水分解処理等を例示できる。
[Mw/Mn]
In one embodiment, the weight average molecular weight (Mw) of the raw pulp, chemically modified pulp or chemically modified fine cellulose fiber is preferably 100,000 or more, or 120,000 or more, or 150,000 or more, or 180,000 or more, or 200,000 or more. The ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight (Mn) is preferably 6 or less, or 5.6 or less, or 5.4 or less. The larger the weight average molecular weight, the fewer the number of terminal groups of the cellulose molecule. In addition, since the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight represents the width of the molecular weight distribution, the smaller the Mw/Mn, the fewer the number of terminals of the cellulose molecule. Since the terminals of the cellulose molecules are the starting points of thermal decomposition, not only when the weight average molecular weight is large but also when the width of the molecular weight distribution is narrow at the same time, a particularly high heat resistant fine cellulose fiber and a resin composition containing the fine cellulose fiber and the resin can be obtained. The weight average molecular weight (Mw) may be, for example, 600,000 or less, or 500,000 or less, or 400,000 or less, from the viewpoint of the availability of the cellulose fiber raw material. The ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight (Mn) may be, for example, 1.5 or more, or 1.7 or more, or 2 or more, from the viewpoint of the ease of production of the raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber. Mw can be controlled to the above range by selecting a cellulose fiber raw material having an Mw according to the purpose, appropriately performing physical treatment and/or chemical treatment on the cellulose fiber raw material in an appropriate range, etc. Mw/Mn can also be controlled to the above range by selecting a cellulose fiber raw material having an Mw/Mn according to the purpose, appropriately performing physical treatment and/or chemical treatment on the cellulose fiber raw material in an appropriate range, etc. In both the control of Mw and the control of Mw/Mn, examples of the physical treatment include physical treatments that apply mechanical forces such as dry or wet grinding using a microfluidizer, ball mill, disk mill, etc., and impact, shear, friction, etc. using a crusher, homomixer, high-pressure homogenizer, ultrasonic device, etc., and examples of the chemical treatments include digestion, bleaching, acid treatment, enzyme treatment, conversion to regenerated cellulose, hydrolysis treatment, etc.
ここでいう重量平均分子量及び数平均分子量とは、サンプルを塩化リチウムが添加されたN,N-ジメチルアセトアミドに溶解させたうえで、N,N-ジメチルアセトアミドを溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィによって求めた値である。 The weight average molecular weight and number average molecular weight referred to here are values obtained by dissolving a sample in N,N-dimethylacetamide containing added lithium chloride, and then performing gel permeation chromatography using N,N-dimethylacetamide as a solvent.
[原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維のアルカリ可溶分平均含有率]
原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維のミクロフィブリル同士の間、及びミクロフィブリル束同士の間には、ヘミセルロース等のアルカリ可溶多糖類、及びリグニン等の酸不溶成分が存在する。ヘミセルロースはマンナン、キシラン等の糖で構成される多糖類であり、セルロースと水素結合して、ミクロフィブリル間を結びつける役割を果たしている。またリグニンは芳香環を有する化合物であり、植物の細胞壁中ではヘミセルロースと共有結合していることが知られている。
[Average alkali-soluble content of raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber]
Alkali-soluble polysaccharides such as hemicellulose and acid-insoluble components such as lignin are present between the microfibrils and between the microfibril bundles of raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fibers. Hemicellulose is a polysaccharide composed of sugars such as mannan and xylan, and plays a role in binding the microfibrils together by hydrogen bonding with cellulose. Lignin is a compound having an aromatic ring, and is known to be covalently bonded to hemicellulose in the cell walls of plants.
原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維が含み得るアルカリ可溶多糖類は、ヘミセルロースのほか、β-セルロース及びγ-セルロースも包含する。アルカリ可溶多糖類とは、植物(例えば木材)を溶媒抽出及び塩素処理して得られるホロセルロースのうちのアルカリ可溶部として得られる成分(すなわちホロセルロースからα-セルロースを除いた成分)として当業者に理解される。 The alkali-soluble polysaccharides that may be contained in raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fibers include hemicellulose, as well as β-cellulose and γ-cellulose. Those skilled in the art will understand alkali-soluble polysaccharides as components obtained as the alkali-soluble portion of holocellulose obtained by solvent extraction and chlorine treatment of plants (e.g., wood) (i.e., components obtained by removing α-cellulose from holocellulose).
一態様において、原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維のアルカリ可溶多糖類平均含有率は、溶融混練時の化学修飾微細セルロース繊維の機械強度保持、及び黄変抑制の点から、原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維100質量%に対して、好ましくは、20質量%以下、又は18質量%以下、又は15質量%以下、又は12質量%以下である。上記含有率は、原料パルプの入手容易性の観点から、0.1質量%以上、又は0.5質量%以上、又は1質量%以上、又は2質量%以上、又は3質量%以上であってもよい。 In one embodiment, the average content of alkali-soluble polysaccharides in the raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber is preferably 20% by mass or less, 18% by mass or less, 15% by mass or less, or 12% by mass or less, based on 100% by mass of the raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber, from the viewpoint of maintaining the mechanical strength of the chemically modified fine cellulose fiber during melt kneading and suppressing yellowing. From the viewpoint of the availability of the raw pulp, the above content may be 0.1% by mass or more, 0.5% by mass or more, 1% by mass or more, 2% by mass or more, or 3% by mass or more.
アルカリ可溶多糖類平均含有率は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載の手法より求めることができ、ホロセルロース含有率(Wise法)からαセルロース含有率を差し引くことで求められる。なおこの方法は当業界においてヘミセルロース量の測定方法として理解されている。1つのサンプルにつき3回アルカリ可溶多糖類含有率を算出し、算出したアルカリ可溶多糖類含有率の数平均をアルカリ可溶多糖類平均含有率とする。 The average alkali-soluble polysaccharide content can be determined by the method described in the non-patent literature (Wood Science Experiment Manual, edited by the Japan Wood Research Society, pp. 92-97, 2000), by subtracting the α-cellulose content from the holocellulose content (Wise method). This method is understood in the industry as a method for measuring the amount of hemicellulose. The alkali-soluble polysaccharide content is calculated three times for each sample, and the number average of the calculated alkali-soluble polysaccharide contents is taken as the average alkali-soluble polysaccharide content.
[原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維の酸不溶成分平均含有率]
原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維が含み得る酸不溶成分は、植物(例えば木材)を溶媒抽出した脱脂試料を硫酸処理した後に残存する不溶成分として当業者に理解される。酸不溶成分は具体的には芳香族由来のリグニンであるが、それに限定されない。
[Average content of acid insoluble components in raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber]
The acid-insoluble components that may be contained in raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fibers are understood by those skilled in the art as insoluble components remaining after a defatted sample obtained by solvent extraction of a plant (e.g., wood) is treated with sulfuric acid. The acid-insoluble components are specifically, but not limited to, lignin derived from aromatic compounds.
一態様において、原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維中の酸不溶成分平均含有率は、微細セルロース繊維の耐熱性低下及びそれに伴う変色を回避する観点から、原料パルプ、化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維100質量%に対して、好ましくは、10質量%以下、又は5質量%以下、又は3質量%以下である。上記含有率は、原料パルプの入手容易性の観点から、0.1質量%以上、又は0.2質量%以上、又は0.3質量%以上であってもよい。 In one aspect, the average content of acid-insoluble components in the raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber is preferably 10% by mass or less, 5% by mass or less, or 3% by mass or less, based on 100% by mass of the raw pulp, chemically modified pulp, or chemically modified fine cellulose fiber, from the viewpoint of avoiding a decrease in heat resistance of the fine cellulose fiber and the associated discoloration. From the viewpoint of the ease of availability of the raw pulp, the above content may be 0.1% by mass or more, 0.2% by mass or more, or 0.3% by mass or more.
酸不溶成分平均含有率は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載のクラーソン法を用いた酸不溶成分の定量として行う。なおこの方法は当業界においてリグニン量の測定方法として理解されている。硫酸溶液中でサンプルを撹拌してセルロース及びヘミセルロース等を溶解させた後、ガラスファイバーろ紙で濾過し、得られた残渣が酸不溶成分に該当する。この酸不溶成分重量より酸不溶成分含有率を算出し、そして、3サンプルについて算出した酸不溶成分含有率の数平均を酸不溶成分平均含有率とする。 The average acid-insoluble content is determined by quantifying the acid-insoluble content using the Clason method described in the non-patent literature (Wood Science Experiment Manual, edited by the Japan Wood Research Society, pp. 92-97, 2000). This method is understood in the industry as a method for measuring the amount of lignin. The sample is stirred in a sulfuric acid solution to dissolve cellulose, hemicellulose, etc., and then filtered through a glass fiber filter. The resulting residue corresponds to the acid-insoluble components. The acid-insoluble component content is calculated from the weight of the acid-insoluble components, and the number average of the acid-insoluble component contents calculated for the three samples is taken as the average acid-insoluble component content.
[化学修飾微細セルロース繊維の数平均繊維径、L/D比]
一態様において、化学修飾微細セルロース繊維の数平均繊維径は、化学修飾微細セルロース繊維による物性向上効果を良好に得る観点から、好ましくは2~1000nmである。化学修飾微細セルロース繊維の数平均繊維径は、より好ましくは4nm以上、又は5nm以上、又は10nm以上、又は15nm以上、又は20nm以上であり、より好ましくは900nm以下、又は800nm以下、又は700nm以下、又は600nm以下、又は500nm以下、又は400nm以下、又は300nm以下、又は200nm以下である。
[Number average fiber diameter and L/D ratio of chemically modified fine cellulose fibers]
In one aspect, the number average fiber diameter of the chemically modified fine cellulose fibers is preferably 2 to 1000 nm from the viewpoint of obtaining a good effect of improving physical properties by the chemically modified fine cellulose fibers. The number average fiber diameter of the chemically modified fine cellulose fibers is more preferably 4 nm or more, or 5 nm or more, or 10 nm or more, or 15 nm or more, or 20 nm or more, and more preferably 900 nm or less, or 800 nm or less, or 700 nm or less, or 600 nm or less, or 500 nm or less, or 400 nm or less, or 300 nm or less, or 200 nm or less.
化学修飾微細セルロース繊維の数平均繊維長(L)/数平均繊維径(D)比は、化学修飾微細セルロース繊維を含む樹脂組成物の機械的特性を少量の化学修飾微細セルロース繊維で良好に向上させる観点から、好ましくは、30以上、又は50以上、又は80以上、又は100以上、又は120以上、又は150以上である。上限は特に限定されないが、取扱い性の観点から好ましくは5000以下、又は3000以下、又は2000以下、又は1000以下である。 The number average fiber length (L)/number average fiber diameter (D) ratio of the chemically modified fine cellulose fibers is preferably 30 or more, or 50 or more, or 80 or more, or 100 or more, or 120 or more, or 150 or more, from the viewpoint of effectively improving the mechanical properties of a resin composition containing the chemically modified fine cellulose fibers with a small amount of the chemically modified fine cellulose fibers. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 5000 or less, or 3000 or less, or 2000 or less, or 1000 or less, from the viewpoint of handleability.
一態様において、本開示の化学修飾微細セルロース繊維の数平均繊維径(D)、数平均繊維長(L)、及びL/D比は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて以下の手順で測定される値である。化学修飾微細セルロース繊維の水分散液をtert-ブタノールで置換し、0.001~0.1質量%まで希釈し、高剪断ホモジナイザー(例えばIKA製、商品名「ウルトラタラックスT18」)を用い、処理条件:回転数15,000rpm×3分間で分散させ、オスミウム蒸着したシリコン基板上にキャストし、風乾したものを測定サンプルとし、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)で計測して求める。具体的には、少なくとも100本の繊維状物質が観測されるように倍率が調整された観察視野にて、無作為に選んだ100本の繊維状物質の長さ(L)及び径(D)を計測し、比(L/D)を算出する。セルロース繊維について、長さ(L)の数平均値、径(D)の数平均値、及び比(L/D)の数平均値を算出する。 In one embodiment, the number average fiber diameter (D), number average fiber length (L), and L/D ratio of the chemically modified fine cellulose fibers of the present disclosure are values measured using a scanning electron microscope (SEM) according to the following procedure. An aqueous dispersion of chemically modified fine cellulose fibers is replaced with tert-butanol, diluted to 0.001 to 0.1% by mass, and dispersed using a high-shear homogenizer (e.g., manufactured by IKA, product name "Ultra Turrax T18") under processing conditions: rotation speed 15,000 rpm x 3 minutes. The sample is cast on an osmium-deposited silicon substrate and air-dried to obtain a measurement sample, which is measured using a high-resolution scanning electron microscope (SEM). Specifically, the length (L) and diameter (D) of 100 randomly selected fibrous substances are measured in an observation field where the magnification is adjusted so that at least 100 fibrous substances are observed, and the ratio (L/D) is calculated. For cellulose fibers, the number average length (L), number average diameter (D), and number average ratio (L/D) are calculated.
[化学修飾パルプの置換度(DS)]
化学修飾パルプの置換度(DS)は、化学修飾微細セルロース繊維の樹脂への良好な分散性及び良好な耐熱性(すなわち高い熱分解開始温度)を得る観点から、一態様において、0.3以上、又は0.4以上、又は0.5以上、又は0.6以上、又は0.8以上である。上記置換度(DS)は、一態様において3.0であり得るが、セルロース本来の良好な機械特性(特に、引張強度、寸法安定性等)を有する化学修飾微細セルロース繊維を得る観点から、一態様において、2.0以下、又は1.9以下、又は1.8以下、又は1.5以下、又は1.2以下である。
[Degree of substitution (DS) of chemically modified pulp]
From the viewpoint of obtaining good dispersibility of the chemically modified fine cellulose fiber in a resin and good heat resistance (i.e., high thermal decomposition onset temperature), the degree of substitution (DS) of the chemically modified pulp is, in one embodiment, 0.3 or more, or 0.4 or more, or 0.5 or more, or 0.6 or more, or 0.8 or more. The degree of substitution (DS) may be 3.0 in one embodiment, but from the viewpoint of obtaining chemically modified fine cellulose fiber having good mechanical properties inherent to cellulose (particularly tensile strength, dimensional stability, etc.), in one embodiment, it is 2.0 or less, or 1.9 or less, or 1.8 or less, or 1.5 or less, or 1.2 or less.
[化学修飾微細セルロース繊維の置換度(DS)]
化学修飾微細セルロース繊維の化学修飾度(DS)は、樹脂への分散性、耐熱性等に優れる化学修飾微細セルロース繊維を得る観点から、一態様において、0.3以上、又は0.4以上、又は0.5以上、又は0.6以上、又は0.7以上、又は0.8以上であり、セルロース本来の良好な機械特性を有する化学修飾微細セルロース繊維を得る観点から、一態様において、1.8以下、又は1.5以下、又は1.2以下、又は1.1以下、又は1.0以下である。
[Degree of substitution (DS) of chemically modified fine cellulose fiber]
From the viewpoint of obtaining chemically modified fine cellulose fibers having excellent dispersibility in resins, heat resistance, etc., the degree of chemical modification (DS) of the chemically modified fine cellulose fibers is, in one embodiment, 0.3 or more, or 0.4 or more, or 0.5 or more, or 0.6 or more, or 0.7 or more, or 0.8 or more; from the viewpoint of obtaining chemically modified fine cellulose fibers having good mechanical properties inherent to cellulose, the degree of chemical modification (DS) is, in one embodiment, 1.8 or less, or 1.5 or less, or 1.2 or less, or 1.1 or less, or 1.0 or less.
[化学修飾微細セルロース繊維のDSs/DSt]
化学修飾微細セルロース繊維の繊維全体の修飾度(DSt)(これは上記の置換度(DS)と同義である。)に対する繊維表面の修飾度(DSs)の比率で定義されるDS不均一比(DSs/DSt)は、好ましくは1.05以上である。DS不均一比の値が大きいほど、鞘芯構造様の不均一構造(すなわち、繊維表層が高度に化学修飾される一方で繊維中心部が元の未修飾に近いセルロースの構造を保持している構造)が顕著であり、セルロース由来の高い引張強度及び寸法安定性を有しつつ、樹脂との複合化時の樹脂との親和性の向上、及び樹脂組成物の寸法安定性の向上が可能である。DS不均一比は、より好ましくは、1.1以上、又は1.2以上、又は1.3以上、又は1.5以上、又は2.0以上であり、化学修飾微細セルロース繊維の製造容易性の観点から、好ましくは、30以下、又は20以下、又は10以下、又は6以下、又は4以下、又は3以下である。
[DSs/DSt of chemically modified fine cellulose fiber]
The DS heterogeneity ratio (DSs/DSt), defined as the ratio of the degree of modification (DSs) of the fiber surface to the degree of modification (DSt) of the entire fiber of the chemically modified fine cellulose fiber (which is synonymous with the above-mentioned degree of substitution (DS)), is preferably 1.05 or more. The larger the value of the DS heterogeneity ratio, the more pronounced the heterogeneous structure of the sheath-core structure (i.e., the fiber surface layer is highly chemically modified while the fiber center maintains the structure of cellulose close to the original unmodified cellulose structure), and while having high tensile strength and dimensional stability derived from cellulose, it is possible to improve the affinity with the resin when composited with the resin and improve the dimensional stability of the resin composition. The DS heterogeneity ratio is more preferably 1.1 or more, or 1.2 or more, or 1.3 or more, or 1.5 or more, or 2.0 or more, and from the viewpoint of ease of production of the chemically modified fine cellulose fiber, it is preferably 30 or less, or 20 or less, or 10 or less, or 6 or less, or 4 or less, or 3 or less.
DSsの値は、化学修飾微細セルロース繊維の置換度に応じて変わるが、一例として、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.3以上、さらに好ましくは0.5以上であり、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.5以下、特に好ましくは2.0以下、さらに好ましくは1.5以下、特に好ましくは1.2以下、最も好ましくは1.0以下である。DStの好ましい範囲は、置換基(DS)について前述したとおりである。 The value of DSs varies depending on the degree of substitution of the chemically modified fine cellulose fiber, but as an example, it is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, even more preferably 0.3 or more, even more preferably 0.5 or more, and preferably 3.0 or less, more preferably 2.5 or less, particularly preferably 2.0 or less, even more preferably 1.5 or less, especially preferably 1.2 or less, and most preferably 1.0 or less. The preferred range of DSt is as described above for the substituent (DS).
化学修飾微細セルロース繊維のDS不均一比の変動係数(CV)は、小さいほど、樹脂組成物の各種物性のバラつきが小さくなるため好ましい。上記変動係数は、好ましくは、50%以下、又は40%以下、又は30%以下、又は20%以下である。なお、上記変動係数は、例えば、セルロース繊維原料を解繊した後に化学修飾を行って化学修飾微細セルロース繊維を得る方法(すなわち逐次法)ではより低減され得る一方、セルロース繊維原料の解繊と化学修飾とを同時に行う方法(すなわち同時法)では増大され得る。この作用機序は明確になっていないが、同時法では、解繊の初期に生成した細い繊維において化学修飾がより進行しやすく、そして、化学修飾によってセルロースミクロフィブリル間の水素結合が減少すると解繊がさらに進行する結果、DS不均一比の変動係数が増大すると考えられる。 The smaller the coefficient of variation (CV) of the DS heterogeneity ratio of the chemically modified fine cellulose fiber, the smaller the variation in various physical properties of the resin composition, and therefore the more preferable. The coefficient of variation is preferably 50% or less, or 40% or less, or 30% or less, or 20% or less. The coefficient of variation can be further reduced, for example, by a method in which the cellulose fiber raw material is defibrated and then chemically modified to obtain chemically modified fine cellulose fiber (i.e., a sequential method), whereas it can be increased by a method in which the defibration and chemical modification of the cellulose fiber raw material are performed simultaneously (i.e., a simultaneous method). Although the mechanism of this action is not clear, in the simultaneous method, chemical modification is more likely to proceed in the thin fibers generated in the early stages of defibration, and it is believed that defibration proceeds further when the hydrogen bonds between the cellulose microfibrils are reduced by chemical modification, resulting in an increase in the coefficient of variation of the DS heterogeneity ratio.
[置換度(DS)の測定]
エステル化物である化学修飾パルプ又は化学修飾微細セルロース繊維の置換度(DS)は以下の方法で測定できる。置換度(DS)は、エステル化パルプ又はエステル化微細セルロース繊維の反射型赤外吸収スペクトルから、アシル基由来のピークとセルロース骨格由来のピークとのピーク強度比に基づいて算出することができる。アシル基に基づくC=Oの吸収バンドのピークは1730cm-1に出現し、セルロース骨格鎖に基づくC-Oの吸収バンドのピークは1030cm-1に出現する。エステル化パルプ又はエステル化微細セルロース繊維のDSは、後述するエステル化パルプ又はエステル化微細セルロース繊維の固体NMR測定から得られるDSと、セルロース骨格鎖C-Oの吸収バンドのピーク強度に対するアシル基に基づくC=Oの吸収バンドのピーク強度の比率で定義される修飾化率(IRインデックス1030)との相関グラフを作製し、相関グラフから算出された検量線置換度
DS = 4.13 × IRインデックス(1030)
を使用することで求めることができる。
[Measurement of Degree of Substitution (DS)]
The degree of substitution (DS) of the chemically modified pulp or chemically modified fine cellulose fiber, which is an esterified product, can be measured by the following method. The degree of substitution (DS) can be calculated based on the peak intensity ratio of the peak derived from the acyl group and the peak derived from the cellulose skeleton from the reflection infrared absorption spectrum of the esterified pulp or esterified fine cellulose fiber. The peak of the absorption band of C=O based on the acyl group appears at 1730 cm -1 , and the peak of the absorption band of C-O based on the cellulose skeleton appears at 1030 cm -1 . The DS of the esterified pulp or esterified fine cellulose fiber is obtained by preparing a correlation graph between the DS obtained from the solid-state NMR measurement of the esterified pulp or esterified fine cellulose fiber described later and the modification ratio (IR index 1030) defined as the ratio of the peak intensity of the absorption band of C=O based on the acyl group to the peak intensity of the absorption band of C-O of the cellulose skeleton chain, and calculating the calibration curve substitution degree DS = 4.13 × IR index (1030) from the correlation graph.
It can be found by using
固体NMRによるエステル化パルプ又はエステル化微細セルロース繊維のDSの算出方法は、凍結粉砕したエステル化パルプ又はエステル化微細セルロース繊維について13C固体NMR測定を行い、50ppmから110ppmの範囲に現れるセルロースのピラノース環由来の炭素C1-C6に帰属されるシグナルの合計面積強度(Inp)に対する修飾基由来の1つの炭素原子に帰属されるシグナルの面積強度(Inf)より下記式で求めることができる。
DS=(Inf)×6/(Inp)
たとえば、修飾基がアセチル基の場合、-CH3に帰属される23ppmのシグナルを用いれば良い。
用いる13C固体NMR測定の条件は例えば以下の通りである。
装置 :Bruker Biospin Avance500WB
周波数 :125.77MHz
測定方法 :DD/MAS法
待ち時間 :75sec
NMR試料管 :4mmφ
積算回数 :640回(約14Hr)
MAS :14,500Hz
化学シフト基準:グリシン(外部基準:176.03ppm)
The DS of the esterified pulp or esterified fine cellulose fiber by solid-state NMR can be calculated by carrying out 13C solid-state NMR measurement on the frozen and pulverized esterified pulp or esterified fine cellulose fiber, and calculating the DS from the total area intensity (Inp) of the signals assigned to the carbon atoms C1 to C6 derived from the pyranose ring of cellulose appearing in the range of 50 ppm to 110 ppm, relative to the area intensity (Inf) of the signal assigned to one carbon atom derived from the modifying group, according to the following formula:
DS=(Inf)×6/(Inp)
For example, when the modifying group is an acetyl group, the signal at 23 ppm assigned to --CH3 may be used.
The conditions for the 13 C solid state NMR measurement are, for example, as follows.
Equipment: Bruker Biospin Avance500WB
Frequency: 125.77MHz
Measurement method: DD/MAS method Waiting time: 75 sec
NMR sample tube: 4 mm diameter
Accumulation times: 640 times (approximately 14 hours)
MAS: 14,500Hz
Chemical shift reference: glycine (external reference: 176.03 ppm)
[DS不均一比の評価]
DS不均一比の変動係数(CV)は、化学修飾微細セルロース繊維の水分散体(固形分率10質量%以上)を100g採取し、10gずつ凍結粉砕したものを測定サンプルとし、10サンプルのDSt及びDSsからDS不均一比を算出した後、得られた10個のサンプル間でのDS不均一比の標準偏差(σ)及び算術平均(μ)から、下記式で算出できる。
DS不均一比=DSs/DSt
変動係数(%)=標準偏差σ/算術平均μ×100
[Evaluation of DS heterogeneity ratio]
The coefficient of variation (CV) of the DS heterogeneity ratio is calculated by taking 100 g of an aqueous dispersion of chemically modified fine cellulose fiber (solid content of 10 mass% or more), freeze-pulverizing 10 g each to prepare measurement samples, calculating the DS heterogeneity ratio from the DSt and DSs of the 10 samples, and then using the standard deviation (σ) and arithmetic mean (μ) of the DS heterogeneity ratio among the obtained 10 samples, using the following formula.
DS heterogeneity ratio = DSs / DSt
Coefficient of variation (%) = standard deviation σ/arithmetic mean μ × 100
DSsの算出方法は以下のとおりである。すなわち、多孔質シートについてX線光電子分光法(XPS)による測定を行う。XPSスペクトルは、サンプルの表層のみ(典型的には数nm程度)の構成元素及び化学結合状態を反映する。得られたC1sスペクトルについてピーク分離を行い、セルロースのピラノース環由来の炭素C2-C6帰属されるピーク(289eV、C-C結合)の面積強度(Ixp)に対する修飾基由来の1つの炭素原子に帰属されるピークの面積強度(Ixf)より下記式で求めることができる。
DSs=(Ixf)×5/(Ixp)
たとえば、修飾基がアセチル基の場合、C1sスペクトルを285eV、286eV,288eV,289eVでピーク分離を行った後、Ixpには289evのピークを、Ixfにはアセチル基のO-C=O結合由来のピーク(286eV)を用いれば良い。
用いるXPS測定の条件は例えば以下の通りである。
使用機器 :アルバックファイVersaProbeII
励起源 :mono.AlKα 15kV×3.33mA
分析サイズ :約200μmφ
光電子取出角 :45°
取込領域
Narrow scan:C 1s、O 1s
Pass Energy:23.5eV
The DSs is calculated as follows. That is, the porous sheet is measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The XPS spectrum reflects the constituent elements and chemical bond state of only the surface layer of the sample (typically about a few nm). Peak separation is performed on the obtained C1s spectrum, and the DSs can be calculated by the following formula from the area intensity (Ixf) of the peak attributable to one carbon atom derived from the modifying group relative to the area intensity (Ixp) of the peak attributable to carbons C2-C6 derived from the pyranose ring of cellulose (289 eV, C-C bond).
DSs=(Ixf)×5/(Ixp)
For example, when the modifying group is an acetyl group, the C1s spectrum is subjected to peak separation at 285 eV, 286 eV, 288 eV, and 289 eV, and then the peak at 289 eV is used as Ixp, and the peak (286 eV) derived from the O—C═O bond of the acetyl group is used as Ixf.
The conditions for the XPS measurement are, for example, as follows:
Equipment used: ULVAC-Phi VersaProbe II
Excitation source: mono. AlKα 15 kV x 3.33 mA
Analysis size: Approximately 200 μm φ
Photoelectron extraction angle: 45°
Capture area Narrow scan: C 1s, O 1s
Pass Energy: 23.5eV
[化学修飾微細セルロース繊維の熱分解開始温度]
化学修飾微細セルロース繊維の熱分解開始温度(TD)は、溶融混練時の熱劣化を回避し、機械強度を発揮できるという観点から、一態様において好ましくは、220℃以上、又は230℃以上、又は240℃以上、又は250℃以上、又は260℃以上、又は270℃以上、又は275℃以上、又は280℃以上、又は285℃以上である。熱分解開始温度は高いほど好ましいが、微細セルロース繊維の製造容易性の観点から、例えば、320℃以下、又は310℃以下、又は300℃以下であってもよい。
[Thermal decomposition temperature of chemically modified fine cellulose fibers]
From the viewpoint of avoiding thermal degradation during melt-kneading and exhibiting mechanical strength, the thermal decomposition onset temperature (T D ) of the chemically modified fine cellulose fiber is preferably 220° C. or higher, or 230° C. or higher, or 240° C. or higher, or 250° C. or higher, or 260° C. or higher, or 270° C. or higher, or 275° C. or higher, or 280° C. or higher, or 285° C. or higher in one embodiment. The higher the thermal decomposition onset temperature, the more preferable it is, but from the viewpoint of ease of production of the fine cellulose fiber, it may be, for example, 320° C. or lower, 310° C. or lower, or 300° C. or lower.
化学修飾微細セルロース繊維の1wt%重量減少時の温度(T1%)は、溶融混練時の熱劣化を回避し、機械強度を発揮できるという観点から、一態様において好ましくは、230℃以上、又は240℃以上、又は250℃以上、又は260℃以上、又は270℃以上、又は275℃以上、又は280℃以上、又は285℃以上、又は290℃以上である。T1%は高いほど好ましいが、微細セルロース繊維の製造容易性の観点から、例えば、330℃以下、又は320℃以下、又は310℃以下であってもよい。 From the viewpoint of avoiding thermal degradation during melt-kneading and exhibiting mechanical strength, the temperature at which the chemically modified fine cellulose fiber loses 1 wt% weight (T1 % ) is preferably 230° C. or more, or 240° C. or more, or 250° C. or more, or 260° C. or more, or 270° C. or more, or 275° C. or more, or 280° C. or more, or 285° C. or more, or 290° C. or more in one embodiment. The higher T1% is, the more preferable, but from the viewpoint of ease of production of the fine cellulose fiber, it may be, for example, 330° C. or less, 320° C. or less, or 310° C. or less.
化学修飾微細セルロース繊維の250℃重量減少率(T250℃)は溶融混練時の熱劣化を回避し、機械強度を発揮できるという観点から、一態様において好ましくは、15%以下、又は12%以下、又は10%以下、又は8%以下、又は6%以下、又は5%以下、又は4%以下、又は3%以下である。T250℃は低いほど好ましいが、微細セルロース繊維の製造容易性の観点から、例えば、0.1%以上、又は0.5%以上、又は0.7%以上、又は1.0%以上であってもよい。 From the viewpoint of avoiding thermal degradation during melt kneading and exhibiting mechanical strength, the 250°C weight loss rate (T250 °C ) of the chemically modified fine cellulose fiber is preferably 15% or less, or 12% or less, or 10% or less, or 8% or less, or 6% or less, or 5% or less, or 4% or less, or 3% or less in one embodiment. The lower the T250°C , the more preferable it is, but from the viewpoint of ease of production of the fine cellulose fiber, it may be, for example, 0.1% or more, or 0.5% or more, or 0.7% or more, or 1.0% or more.
本開示で、TDとは、窒素フロー下の熱重量(TG)分析における、横軸が温度、縦軸が重量残存率%のグラフから求めた値である。化学修飾微細セルロース繊維を窒素フロー100ml/min中で、室温から150℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、150℃で1時間保持した後、つづいて、そのまま450℃まで昇温速度:10℃/minで昇温する。150℃(水分がほぼ除去された状態)での重量(重量減少量0wt%)を起点として、1wt%重量減少時の温度(T1%)と2wt%重量減少時の温度(T2%)とを通る直線を得る。この直線と、重量減少量0wt%の起点を通る水平線(ベースライン)とが交わる点の温度をTDと定義する。 In the present disclosure, T D is a value obtained from a graph in which the horizontal axis is temperature and the vertical axis is weight residual percentage in a thermogravimetric (TG) analysis under nitrogen flow. Chemically modified fine cellulose fiber is heated from room temperature to 150°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen flow of 100 ml/min, and then held at 150°C for 1 hour, and then heated to 450°C at a heating rate of 10°C/min. Starting from the weight (weight loss of 0 wt%) at 150°C (a state in which moisture is almost removed), a straight line is obtained that passes through the temperature at 1 wt% weight loss (T 1% ) and the temperature at 2 wt% weight loss (T 2% ). The temperature at the point where this straight line intersects with a horizontal line (baseline) that passes through the starting point of the weight loss of 0 wt% is defined as T D.
1%重量減少温度(T1%)は、上記TDの手法で昇温を続けた際の、150℃の重量を起点とした1重量%重量減少時の温度である。 The 1% weight loss temperature (T 1% ) is the temperature at which a 1% weight loss occurs from a weight of 150° C. as a starting point when the temperature is continued to be increased by the above-mentioned TD method.
化学修飾微細セルロース繊維の250℃重量減少率(T250℃)は、TG分析において、化学修飾微細セルロース繊維を250℃、窒素フロー下で2時間保持した時の重量減少率である。化学修飾微細セルロース繊維を窒素フロー100ml/min中で、室温から150℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、150℃で1時間保持した後、150℃から250℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、そのまま250℃で2時間保持する。250℃に到達した時点での重量W0を起点として、2時間250℃で保持した後の重量をW1とし、下記式より求める。
250℃重量変化率(%):(W1-W0)/W0×100
The 250°C weight loss rate ( T250°C ) of the chemically modified fine cellulose fiber is the weight loss rate when the chemically modified fine cellulose fiber is held at 250°C under nitrogen flow for 2 hours in TG analysis. The chemically modified fine cellulose fiber is heated from room temperature to 150°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen flow of 100 ml/min, held at 150°C for 1 hour, then heated from 150°C to 250°C at a heating rate of 10°C/min, and held at 250°C for 2 hours. The weight W0 at the time when 250°C is reached is taken as the starting point, and the weight after holding at 250°C for 2 hours is taken as W1, and is calculated from the following formula.
Weight change rate at 250°C (%): (W1-W0)/W0 x 100
なお、化学修飾パルプの重合度、Mw,Mn,Mw/Mn、酸不溶成分平均含有率等に関しては、化学修飾する直前のパルプの値を化学修飾パルプの値とそれぞれみなしてもよい。 The degree of polymerization, Mw, Mn, Mw/Mn, average acid-insoluble content, etc. of chemically modified pulp may be regarded as the values of the chemically modified pulp immediately before chemical modification.
好ましい一態様においては、原料パルプが、平均繊維長500μm以上及び平均繊維径20μm以上を有し、且つ、下記(1)~(4):
(1)結晶化度50%以上、
(2)重量平均分子量(Mw)100000以上、及び重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)比6以下、
(3)酸不溶成分平均含有率10質量%以下、並びに
(4)アルカリ可溶多糖類平均含有率12質量%以下、
からなる群から選択される1つ以上を満たす。
In a preferred embodiment, the raw material pulp has an average fiber length of 500 μm or more and an average fiber diameter of 20 μm or more, and has the following characteristics (1) to (4):
(1) Crystallinity of 50% or more,
(2) a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more, and a weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) ratio of 6 or less,
(3) average acid-insoluble component content of 10% by mass or less, and (4) average alkali-soluble polysaccharide content of 12% by mass or less,
One or more of the following conditions is satisfied:
好ましい一態様においては、化学修飾が、カルボン酸ビニルエステルをエステル化剤として用いるエステル化であり、
化学修飾パルプの置換度(DS)が2.0以下であり、
化学修飾微細セルロース繊維の置換度(DS)が0.8~1.8であり、
化学修飾微細セルロース繊維のDS不均一比の変動係数(CV)が20%以下である。
In a preferred embodiment, the chemical modification is esterification using a carboxylic acid vinyl ester as an esterifying agent;
The degree of substitution (DS) of the chemically modified pulp is 2.0 or less;
The degree of substitution (DS) of the chemically modified fine cellulose fiber is 0.8 to 1.8;
The coefficient of variation (CV) of the DS non-uniformity ratio of the chemically modified fine cellulose fiber is 20% or less.
[樹脂中の化学修飾微細セルロース繊維の特性の評価]
樹脂組成物中の化学修飾微細セルロース繊維の各種物性(より具体的には、数平均繊維長、数平均繊維径、L/D比、結晶化度、結晶多形、重合度、Mw、Mn、Mw/Mn、アルカリ可溶多糖類平均含有率、酸不溶成分平均含有率、TD、T1%、T250℃、DS、DSs、DS不均一比、DS不均一比の変動係数)は以下の方法で分析する。樹脂組成物の樹脂成分を溶解できる有機又は無機の溶媒に樹脂組成物中の樹脂成分を溶解させ、化学修飾微細セルロース繊維を分離し、前記溶媒で充分に洗浄した後、溶媒をtert-ブタノールに置換する。その後、化学修飾微細セルロース繊維tert-ブタノールスラリーを前記手法と同様の測定法を用いて分析し、樹脂組成物中の化学修飾微細セルロース繊維の各種物性を算出する。
[Evaluation of the properties of chemically modified fine cellulose fibers in resin]
Various physical properties of the chemically modified fine cellulose fibers in the resin composition (more specifically, number average fiber length, number average fiber diameter, L/D ratio, crystallinity, crystalline polymorphism, degree of polymerization, Mw, Mn, Mw/Mn, average content of alkali-soluble polysaccharides, average content of acid-insoluble components, T D , T 1% , T 250° C. , DS, DSs, DS heterogeneity ratio, and coefficient of variation of DS heterogeneity ratio) are analyzed by the following method. The resin components in the resin composition are dissolved in an organic or inorganic solvent capable of dissolving the resin components of the resin composition, the chemically modified fine cellulose fibers are separated, and the fibers are thoroughly washed with the solvent, and the solvent is replaced with tert-butanol. Thereafter, the tert-butanol slurry of the chemically modified fine cellulose fibers is analyzed using the same measurement method as the above-mentioned method, and various physical properties of the chemically modified fine cellulose fibers in the resin composition are calculated.
≪樹脂組成物の製造方法≫
本発明の一態様はまた、化学修飾微細セルロース繊維と樹脂とを含む樹脂組成物の製造方法を提供する。
<Method for producing resin composition>
Another aspect of the present invention provides a method for producing a resin composition containing chemically modified fine cellulose fibers and a resin.
樹脂組成物全体100質量%に対する化学修飾微細セルロース繊維の量は、化学修飾微細セルロース繊維による良好な補強効果を得る観点から、好ましくは、0.1質量%以上、又は0.5質量%以上、又は1質量%以上、又は3質量%以上であり、樹脂本来の特性を良好に保持する観点から、好ましくは、30質量%以下、又は25質量%以下、又は20質量%以下、又は15質量%以下である。 The amount of chemically modified fine cellulose fibers relative to 100% by mass of the entire resin composition is preferably 0.1% by mass or more, or 0.5% by mass or more, or 1% by mass or more, or 3% by mass or more, from the viewpoint of obtaining a good reinforcing effect by the chemically modified fine cellulose fibers, and is preferably 30% by mass or less, or 25% by mass or less, or 20% by mass or less, or 15% by mass or less, from the viewpoint of maintaining the inherent properties of the resin well.
樹脂組成物全体100質量%に対する樹脂の量は、樹脂本来の特性を良好に保持する観点から、好ましくは、20質量%以上、又は30質量%以上、又は40質量%以上、又は50質量%以上、又は60質量%以上、又は70質量%以上、又は75質量%以上、又は80質量%以上、又は85質量%以上であり、他の成分による効果を良好に得る観点から、好ましくは、99.9質量%以下、又は99.5質量%以下、又は99質量%以下、又は97質量%以下、又は95質量%以下、又は90質量%以下である。 The amount of resin relative to 100% by mass of the entire resin composition is preferably 20% by mass or more, or 30% by mass or more, or 40% by mass or more, or 50% by mass or more, or 60% by mass or more, or 70% by mass or more, or 75% by mass or more, or 80% by mass or more, or 85% by mass or more, from the viewpoint of maintaining the inherent properties of the resin well, and is preferably 99.9% by mass or less, or 99.5% by mass or less, or 99% by mass or less, or 97% by mass or less, or 95% by mass or less, or 90% by mass or less, from the viewpoint of obtaining the effects of other components well.
<樹脂>
樹脂としては、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、ゴム系樹脂等が挙げられ、樹脂前駆体を配合することもできる。かかる樹脂又は樹脂前駆体は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
典型的な態様において、樹脂は熱可塑性樹脂である。
<Resin>
Examples of the resin include thermoplastic resins, curable resins, rubber-based resins, etc., and resin precursors can also be blended in. Such resins or resin precursors can be used alone or in combination of two or more.
In an exemplary embodiment, the resin is a thermoplastic resin.
熱可塑性樹脂は、例えば、100℃~350℃の範囲内に融点を有する結晶性樹脂、100~250℃の範囲内にガラス転移温度を有する非晶性樹脂等であってよい。本開示で、融点とは、示差走査熱量分析装置(DSC)を用いて、23℃から10℃/分の昇温速度で昇温した際に現れる吸熱ピークのピークトップ温度を指し、吸熱ピークが2つ以上現れる場合は、最も高温側の吸熱ピークのピークトップ温度を指す。この時の吸熱ピークのエンタルピーは、10J/g以上であることが望ましく、より望ましくは20J/g以上である。また測定に際しては、サンプルを一度融点+20℃以上の温度条件まで加温し、樹脂を溶融させたのち、10℃/分の降温速度で23℃まで冷却したサンプルを用いることが望ましい。また本開示で、ガラス転移温度とは、動的粘弾性測定装置を用いて、23℃から2℃/分の昇温速度で昇温しながら、印加周波数10Hzで測定した際に、貯蔵弾性率が大きく低下し、損失弾性率が最大となるピークのピークトップの温度をいう。損失弾性率のピークが2つ以上現れる場合は、最も高温側のピークのピークトップ温度を指す。この際の測定頻度は、測定精度を高めるため、少なくとも30秒に1回以上の測定とすることが望ましい。また、測定用サンプルの調製方法については特に制限はないが、成形歪の影響をなくす観点から、熱プレス成形品の切り出し片を用いることが望ましく、切り出し片の大きさ(幅及び厚み)はできるだけ小さい方が熱伝導の観点より望ましい。 The thermoplastic resin may be, for example, a crystalline resin having a melting point in the range of 100°C to 350°C, an amorphous resin having a glass transition temperature in the range of 100 to 250°C, etc. In this disclosure, the melting point refers to the peak top temperature of the endothermic peak that appears when the temperature is increased from 23°C at a heating rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter (DSC), and when two or more endothermic peaks appear, it refers to the peak top temperature of the endothermic peak on the highest temperature side. The enthalpy of the endothermic peak at this time is preferably 10 J/g or more, more preferably 20 J/g or more. In addition, when measuring, it is preferable to use a sample that is once heated to a temperature condition of melting point + 20°C or more, melts the resin, and then cooled to 23°C at a heating rate of 10°C/min. In this disclosure, the glass transition temperature refers to the peak top temperature at which the storage modulus drops significantly and the loss modulus becomes maximum when measured using a dynamic viscoelasticity measuring device at a heating rate of 2°C/min from 23°C and an applied frequency of 10 Hz. When two or more loss modulus peaks appear, the glass transition temperature refers to the peak top temperature of the highest temperature peak. In this case, the measurement frequency is preferably at least once every 30 seconds to improve measurement accuracy. There are no particular restrictions on the method of preparing the measurement sample, but from the viewpoint of eliminating the influence of molding distortion, it is preferable to use a cut piece of a heat press molded product, and from the viewpoint of thermal conduction, it is preferable that the size (width and thickness) of the cut piece is as small as possible.
結晶性樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリイミド系樹脂、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂等が挙げられる。これらの2種以上の混合物を例示でき、取り扱い性及びコストの観点から、好ましくはポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂等が挙げられ、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂及びポリアセタール系樹脂はより好ましい。結晶性樹脂の融点は、樹脂組成物の耐熱性を高める観点から、好ましくは、140℃以上、又は150℃以上、又は160℃以上、又は170℃以上、又は180℃以上、又は190℃以上、又は200℃以上、又は210℃以上、又は220℃以上、又は230℃以上、又は240℃以上、又は245℃以上、又は250℃以上である。 Examples of crystalline resins include polyolefin resins, polyamide resins, polyester resins, polyacetal resins, polyphenylene sulfide resins, polyether ether ketone resins, polyimide resins, liquid crystal polymers, and polytetrafluoroethylene resins. Examples of mixtures of two or more of these resins include polyolefin resins, polyamide resins, polyester resins, and polyacetal resins from the viewpoints of handling and cost, and polyamide resins, polyolefin resins, and polyacetal resins are more preferable. From the viewpoint of increasing the heat resistance of the resin composition, the melting point of the crystalline resin is preferably 140°C or higher, or 150°C or higher, or 160°C or higher, or 170°C or higher, or 180°C or higher, or 190°C or higher, or 200°C or higher, or 210°C or higher, or 220°C or higher, or 230°C or higher, or 240°C or higher, or 245°C or higher, or 250°C or higher.
非晶性樹脂としては、ポリメチレンペンテン、環状ポリオレフィン等の非晶性ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の非晶性ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、アクリロニトリル・スチレン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン系樹脂、ポリケトン系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂等が挙げられる。 Examples of amorphous resins include amorphous polyolefin resins such as polymethylene pentene and cyclic polyolefin, amorphous polyvinyl resins such as polystyrene and polyvinyl chloride, polycarbonate resins, acrylic resins, methacrylic resins, polyvinyl alcohol resins, polysulfone resins, polyphenylene ether resins, polyethersulfone resins, acrylonitrile-styrene resins, acrylonitrile-butadiene-styrene resins, polyketone resins, polyetherimide resins, and polyamideimide resins.
非晶性樹脂の成形温度は、樹脂組成物の耐熱性を高める観点から、好ましくは、130℃以上、140℃以上、又は150℃以上、又は160℃以上、又は170℃以上、又は180℃以上、又は190℃以上、又は200℃以上、又は210℃以上、220℃以上、又は230℃以上、又は240℃以上、又は245℃以上、又は250℃以上である。 From the viewpoint of increasing the heat resistance of the resin composition, the molding temperature of the amorphous resin is preferably 130°C or more, 140°C or more, or 150°C or more, or 160°C or more, or 170°C or more, or 180°C or more, or 190°C or more, or 200°C or more, or 210°C or more, or 220°C or more, or 230°C or more, or 240°C or more, or 245°C or more, or 250°C or more.
[ポリオレフィン系樹脂]
熱可塑性樹脂として好ましいポリオレフィン系樹脂は、オレフィン類(例えばα-オレフィン類)及び/又はアルケン類をモノマー単位として重合して得られる高分子である。ポリオレフィン系樹脂の具体例としては、低密度ポリエチレン(例えば線状低密度ポリエチレン)、高密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等に例示されるエチレン系(共)重合体、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体等に例示されるポリプロピレン系(共)重合体、エチレン-アクリル酸共重合体、エチレン-メタクリル酸メチル共重合体、エチレン-グリシジルメタクリレート共重合体等に代表されるエチレンとα-オレフィンとの共重合体が挙げられる。
[Polyolefin resin]
The polyolefin resin preferred as the thermoplastic resin is a polymer obtained by polymerizing olefins (e.g., α-olefins) and/or alkenes as monomer units. Specific examples of the polyolefin resin include ethylene (co)polymers exemplified by low-density polyethylene (e.g., linear low-density polyethylene), high-density polyethylene, ultra-low-density polyethylene, and ultra-high-molecular-weight polyethylene, polypropylene (co)polymers exemplified by polypropylene, ethylene-propylene copolymer, and ethylene-propylene-diene copolymer, and copolymers of ethylene and α-olefins exemplified by ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methyl methacrylate copolymer, and ethylene-glycidyl methacrylate copolymer.
ここで最も好ましいポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレンが挙げられる。特に、ISO1133に準拠して230℃、荷重21.2Nで測定されたメルトマスフローレイト(MFR)が、3g/10分以上50g/10分以下であるポリプロピレンが好ましい。MFRの下限値は、より好ましくは、5g/10分、又は6g/10分、又は8g/10分である。また、上限値は、より好ましくは、40g/10分、又は30g/10分、又は25g/10分、又は20g/10分、又は18g/10分である。MFRは、樹脂組成物の靱性向上の観点から上記上限値を超えないことが望ましく、樹脂組成物の流動性の観点から上記下限値を超えないことが望ましい。 Here, the most preferred polyolefin resin is polypropylene. In particular, polypropylene having a melt mass flow rate (MFR) of 3 g/10 min or more and 50 g/10 min or less, measured at 230° C. and a load of 21.2 N in accordance with ISO 1133, is preferred. The lower limit of MFR is more preferably 5 g/10 min, 6 g/10 min, or 8 g/10 min. The upper limit is more preferably 40 g/10 min, 30 g/10 min, 25 g/10 min, 20 g/10 min, or 18 g/10 min. It is desirable that the MFR does not exceed the upper limit from the viewpoint of improving the toughness of the resin composition, and it is desirable that the MFR does not exceed the lower limit from the viewpoint of the fluidity of the resin composition.
また、化学修飾微細セルロース繊維との親和性を高めるため、酸変性されたポリオレフィン系樹脂も好適に使用可能である。酸変性に用いる酸としては、モノ又はポリカルボン酸を使用でき、例えば、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、フタル酸及びこれらの無水物、並びにクエン酸等を例示できる。変性率の高めやすさから、マレイン酸又はその無水物が特に好ましい。変性方法については特に制限はないが、過酸化物の存在下又は非存在下でポリオレフィン系樹脂を融点以上に加熱して溶融混練する方法が一般的である。酸変性するポリオレフィン樹脂としては前出のポリオレフィン系樹脂をすべて使用可能であるが、ポリプロピレンが特に好適である。酸変性されたポリプロピレン系樹脂は、単独で用いても構わないが、樹脂全体としての変性率を調整するため、変性されていないポリプロピレン系樹脂と混合して使用することがより好ましい。この際のすべてのポリプロピレン系樹脂に対する酸変性されたポリプロピレン系樹脂の割合は、好ましくは0.5質量%~50質量%である。より好ましい下限は、1質量%、又は2質量%、又は3質量%、又は4質量%、又は5質量%である。また、より好ましい上限は、45質量%、又は40質量%、又は35質量%、又は30質量%、又は20質量%である。樹脂と化学修飾微細セルロース繊維との界面強度を維持するためには、下限以上が好ましく、樹脂としての延性を維持するためには、上限以下が好ましい。 In addition, in order to increase the affinity with the chemically modified fine cellulose fibers, an acid-modified polyolefin resin can also be suitably used. As the acid used for the acid modification, a mono- or polycarboxylic acid can be used, and examples thereof include maleic acid, fumaric acid, succinic acid, phthalic acid and their anhydrides, and citric acid. Maleic acid or its anhydride is particularly preferred because it is easy to increase the modification rate. There is no particular restriction on the modification method, but a method in which a polyolefin resin is heated to above its melting point in the presence or absence of a peroxide and melt-kneaded is common. As the polyolefin resin to be acid-modified, all of the above-mentioned polyolefin resins can be used, but polypropylene is particularly suitable. The acid-modified polypropylene resin may be used alone, but it is more preferable to use it in combination with an unmodified polypropylene resin in order to adjust the modification rate of the resin as a whole. In this case, the ratio of the acid-modified polypropylene resin to all polypropylene resins is preferably 0.5% by mass to 50% by mass. A more preferred lower limit is 1% by mass, or 2% by mass, or 3% by mass, or 4% by mass, or 5% by mass. A more preferred upper limit is 45% by mass, or 40% by mass, or 35% by mass, or 30% by mass, or 20% by mass. In order to maintain the interfacial strength between the resin and the chemically modified fine cellulose fiber, a content equal to or greater than the lower limit is preferred, and in order to maintain the ductility of the resin, a content equal to or less than the upper limit is preferred.
酸変性されたポリプロピレン系樹脂の、ISO1133に準拠して230℃、荷重21.2Nで測定されるメルトマスフローレイト(MFR)は、樹脂と化学修飾微細セルロース繊維との界面における親和性を高める観点から、好ましくは、50g/10分以上、又は100g/10分以上、又は150g/10分以上、又は200g/10分以上である。上限は特に限定されないが、機械的強度の維持から、好ましくは500g/10分である。 The melt mass flow rate (MFR) of the acid-modified polypropylene resin, measured in accordance with ISO1133 at 230°C and a load of 21.2 N, is preferably 50 g/10 min or more, 100 g/10 min or more, 150 g/10 min or more, or 200 g/10 min or more, from the viewpoint of increasing the affinity at the interface between the resin and the chemically modified fine cellulose fiber. There is no particular upper limit, but it is preferably 500 g/10 min in order to maintain mechanical strength.
[ポリアミド系樹脂]
熱可塑性樹脂として好ましいポリアミド系樹脂としては:ラクタム類の重縮合反応により得られるポリアミド(例えばポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12等);ジアミン類(例えば1,6-ヘキサンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、2-メチル-1-6-ヘキサンジアミン、1,8-オクタンジアミン、2-メチル-1,7-ヘプタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、2-メチル-1,8-オクタンジアミン、1,10-デカンジアミン、1,11-ウンデカンジアミン、1,12-ドデカンジアミン、m-キシリレンジアミン等)とジカルボン酸類(例えばブタン二酸、ペンタン二酸、ヘキサン二酸、ヘプタン二酸、オクタン二酸、ノナン二酸、デカン二酸、ベンゼン-1,2-ジカルボン酸、ベンゼン-1,3-ジカルボン酸、ベンゼン-1,4ジカルボン酸、シクロヘキサン-1,3-ジカルボン酸、シクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸等)との共重合体として得られるポリアミド(例えばポリアミド6,6、ポリアミド6,10、ポリアミド6,11、ポリアミド6,12、ポリアミド6,T、ポリアミド6,I、ポリアミド9,T、ポリアミド10,T、ポリアミド2M5,T、ポリアミドMXD,6、ポリアミド6、C、ポリアミド2M5,C等);及びこれらがそれぞれ共重合された共重合体(例えばポリアミド6,T/6,I等)、が挙げられる。
[Polyamide resin]
Examples of polyamide-based resins that are preferable as the thermoplastic resin include polyamides obtained by polycondensation reaction of lactams (e.g., polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12, etc.); diamines (e.g., 1,6-hexanediamine, 2-methyl-1,5-pentanediamine, 1,7-heptanediamine, 2-methyl-1-6-hexanediamine, 1,8-octanediamine, 2-methyl-1,7-heptanediamine, 1,9-nonanediamine, 2-methyl-1,8-octanediamine, 1,10-decanediamine, 1,11-undecanediamine, 1,12-dodecanediamine, m-xylylenediamine, etc.) and dicarboxylic acids (e.g., butanedioic acid, pentanedioic acid, hexanedioic acid, , heptanedioic acid, octanedioic acid, nonanedioic acid, decanedioic acid, benzene-1,2-dicarboxylic acid, benzene-1,3-dicarboxylic acid, benzene-1,4-dicarboxylic acid, cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, etc.) (for example, polyamide 6,6, polyamide 6,10, polyamide 6,11, polyamide 6,12, polyamide 6,T, polyamide 6,I, polyamide 9,T, polyamide 10,T, polyamide 2M5,T, polyamide MXD,6, polyamide 6,C, polyamide 2M5,C, etc.); and copolymers in which these are copolymerized, respectively (for example, polyamide 6,T/6,I, etc.).
これらポリアミド系樹脂の中でも、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド6,6、ポリアミド6,10、ポリアミド6,11、ポリアミド6,12等の脂肪族ポリアミド、及び、ポリアミド6,C、ポリアミド2M5,C等の脂環式ポリアミドがより好ましい。 Among these polyamide resins, aliphatic polyamides such as polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 6,6, polyamide 6,10, polyamide 6,11, and polyamide 6,12, and alicyclic polyamides such as polyamide 6,C and polyamide 2M5,C are more preferred.
樹脂組成物の耐熱性を良好にする観点から、ポリアミド系樹脂の融点は、好ましくは220℃以上、又は230℃以上、又は240℃以上、又は245℃以上、又は250℃以上であり、樹脂組成物の製造容易性の観点から、上記融点は、好ましくは、350℃以下、又は320℃以下、又は300℃以下である。 From the viewpoint of improving the heat resistance of the resin composition, the melting point of the polyamide resin is preferably 220°C or higher, or 230°C or higher, or 240°C or higher, or 245°C or higher, or 250°C or higher, and from the viewpoint of ease of manufacture of the resin composition, the melting point is preferably 350°C or lower, or 320°C or lower, or 300°C or lower.
ポリアミド系樹脂の末端カルボキシル基濃度に特に制限はないが、好ましくは、20μモル/g以上、又は30μモル/g以上であり、好ましくは、150μモル/g以下、又は100μモル/g以下、又は80μモル/g以下である。 There is no particular restriction on the terminal carboxyl group concentration of the polyamide resin, but it is preferably 20 μmol/g or more, or 30 μmol/g or more, and preferably 150 μmol/g or less, or 100 μmol/g or less, or 80 μmol/g or less.
ポリアミド系樹脂において、全末端基に対するカルボキシル末端基比率([COOH]/[全末端基])は、化学修飾微細セルロース繊維の樹脂組成物中での分散性の観点から、好ましくは、0.30以上、又は0.35以上、又は0.40以上、又は0.45以上であり、樹脂組成物の色調の観点から、好ましくは、0.95以下、又は0.90以下、又は0.85以下、又は0.80以下である。 In the polyamide resin, the ratio of carboxyl end groups to all end groups ([COOH]/[total end groups]) is preferably 0.30 or more, or 0.35 or more, or 0.40 or more, or 0.45 or more from the viewpoint of dispersibility of the chemically modified fine cellulose fiber in the resin composition, and is preferably 0.95 or less, or 0.90 or less, or 0.85 or less, or 0.80 or less from the viewpoint of the color tone of the resin composition.
ポリアミド系樹脂の末端基濃度は、公知の方法で調整できる。調整方法としては、ポリアミドの重合時に、所定の末端基濃度となるように末端基と反応する末端調整剤(例えば、ジアミン化合物、モノアミン化合物、ジカルボン酸化合物、モノカルボン酸化合物、酸無水物、モノイソシアネート、モノ酸ハロゲン化物、モノエステル、モノアルコール等)を重合液に添加する方法が挙げられる。 The end group concentration of polyamide resins can be adjusted by known methods. One adjustment method is to add a terminal regulator (e.g., diamine compounds, monoamine compounds, dicarboxylic acid compounds, monocarboxylic acid compounds, acid anhydrides, monoisocyanates, monoacid halides, monoesters, monoalcohols, etc.) that reacts with the end groups during polymerization of polyamide to the polymerization liquid so as to achieve a predetermined end group concentration.
末端アミノ基と反応する末端調整剤としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ピバリン酸、イソ酪酸等の脂肪族モノカルボン酸;シクロヘキサンカルボン酸等の脂環式モノカルボン酸;安息香酸、トルイル酸、α-ナフタレンカルボン酸、β-ナフタレンカルボン酸、メチルナフタレンカルボン酸、フェニル酢酸等の芳香族モノカルボン酸;及びこれらから任意に選ばれる複数の混合物が挙げられる。これらの中でも、反応性、封止末端の安定性、価格等の点から、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸及び安息香酸からなる群より選ばれる1種以上の末端調整剤が好ましく、酢酸が最も好ましい。 Examples of terminal regulators that react with terminal amino groups include aliphatic monocarboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, lauric acid, tridecanoic acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, pivalic acid, and isobutyric acid; alicyclic monocarboxylic acids such as cyclohexanecarboxylic acid; aromatic monocarboxylic acids such as benzoic acid, toluic acid, α-naphthalenecarboxylic acid, β-naphthalenecarboxylic acid, methylnaphthalenecarboxylic acid, and phenylacetic acid; and mixtures of a plurality of terminal regulators selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, caprylic acid, lauric acid, tridecanoic acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, and benzoic acid, and acetic acid is the most preferred, from the standpoints of reactivity, stability of the blocked terminal, and price.
末端カルボキシル基と反応する末端調整剤としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ステアリルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン等の脂肪族モノアミン;シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等の脂環式モノアミン;アニリン、トルイジン、ジフェニルアミン、ナフチルアミン等の芳香族モノアミン及びこれらの任意の混合物が挙げられる。これらの中でも、反応性、沸点、封止末端の安定性、価格等の点から、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ステアリルアミン、シクロヘキシルアミン及びアニリンからなる群より選ばれる1種以上の末端調整剤が好ましい。 Examples of terminal regulators that react with terminal carboxyl groups include aliphatic monoamines such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, hexylamine, octylamine, decylamine, stearylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, and dibutylamine; alicyclic monoamines such as cyclohexylamine and dicyclohexylamine; aromatic monoamines such as aniline, toluidine, diphenylamine, and naphthylamine, and any mixtures thereof. Among these, one or more terminal regulators selected from the group consisting of butylamine, hexylamine, octylamine, decylamine, stearylamine, cyclohexylamine, and aniline are preferred in terms of reactivity, boiling point, stability of the blocked terminals, price, and the like.
ポリアミド系樹脂のアミノ末端基及びカルボキシル末端基の濃度は、1H-NMRにより、各末端基に対応する特性シグナルの積分値から求めることができる。この方法は、精度及び簡便さの点で好ましい。より具体的には、特開平7-228775号公報に記載された方法を用い、測定溶媒として重トリフルオロ酢酸を用い、積算回数を300スキャン以上とすることが推奨される。 The concentrations of amino end groups and carboxyl end groups of a polyamide resin can be determined from the integrated values of characteristic signals corresponding to each end group by 1 H-NMR. This method is preferred in terms of accuracy and simplicity. More specifically, it is recommended to use the method described in JP-A-7-228775, use deuterated trifluoroacetic acid as the measurement solvent, and set the number of integration scans to 300 or more.
ポリアミド系樹脂の、濃硫酸中30℃の条件下で測定した固有粘度[η]は、樹脂組成物を例えば射出成形する際に、金型内流動性が良好で成形片の外観が良好であるという観点から、好ましくは、0.6~2.0dL/g、又は0.7~1.4dL/g、又は0.7~1.2dL/g、又は0.7~1.0dL/gである。本開示において、「固有粘度」とは、一般的に極限粘度と呼ばれている粘度と同義である。固有粘度は、96%濃硫酸中、30℃の温度条件下で、濃度の異なるいくつかの測定溶媒のηsp/cを測定し、そのそれぞれのηsp/cと濃度(c)との関係式を導き出し、濃度をゼロに外挿する方法で求められる。このゼロに外挿された値が固有粘度である。上記方法の詳細は、例えば、Polymer Process Engineering(Prentice-Hall,Inc 1994)の291ページ~294ページ等に記載されている。上記の濃度の異なるいくつかの測定溶媒における濃度は、少なくとも4点(例えば、0.05g/dL、0.1g/dL、0.2g/dL、0.4g/dL)とすることが精度の観点から望ましい。 The intrinsic viscosity [η] of a polyamide resin measured in concentrated sulfuric acid at 30°C is preferably 0.6 to 2.0 dL/g, or 0.7 to 1.4 dL/g, or 0.7 to 1.2 dL/g, or 0.7 to 1.0 dL/g, from the viewpoint of good in-mold fluidity and good appearance of molded pieces when the resin composition is, for example, injection molded. In this disclosure, "intrinsic viscosity" is synonymous with the viscosity generally called limiting viscosity. The intrinsic viscosity is determined by measuring the ηsp/c of several measurement solvents with different concentrations in 96% concentrated sulfuric acid at a temperature of 30°C, deriving the relationship between each of the ηsp/c and the concentration (c), and extrapolating the concentration to zero. This value extrapolated to zero is the intrinsic viscosity. Details of the above method are described, for example, in Polymer Process Engineering (Prentice-Hall, Inc. 1994), pages 291 to 294. From the viewpoint of accuracy, it is desirable to set the concentrations in the above-mentioned measurement solvents having different concentrations to at least four points (e.g., 0.05 g/dL, 0.1 g/dL, 0.2 g/dL, 0.4 g/dL).
[ポリエステル系樹脂]
熱可塑性樹脂として好ましいポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリアリレート(PAR)等から選ばれる1種又は2種以上を用いることができる。中でも、PET、PBS、PBSA、PBT及びPENがより好ましく、PBS、PBSA、及びPBTが特に好ましい。
[Polyester resin]
As a polyester-based resin preferable as the thermoplastic resin, one or more selected from polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polyhydroxyalkanoic acid (PHA), polylactic acid (PLA), polyarylate (PAR), etc. can be used. Among them, PET, PBS, PBSA, PBT and PEN are more preferable, and PBS, PBSA and PBT are particularly preferable.
ポリエステル系樹脂の末端基は、重合時のモノマー比率、末端安定化剤の添加の有無及び量、等によって任意に変えることができる。ポリエステル系樹脂の全末端基に対するカルボキシル末端基比率([COOH]/[全末端基])は、樹脂組成物中の化学修飾微細セルロース繊維の分散性の観点から、好ましくは、0.30以上、又は0.35以上、又は0.40以上、又は0.45以上であり、樹脂組成物の色調の観点から、好ましくは、0.95以下、又は0.90以下、又は0.85以下、又は0.80以下である。 The terminal groups of the polyester resin can be changed as desired by the monomer ratio during polymerization, the presence or absence and amount of addition of a terminal stabilizer, etc. The ratio of carboxyl terminal groups to all terminal groups of the polyester resin ([COOH]/[total terminal groups]) is preferably 0.30 or more, or 0.35 or more, or 0.40 or more, or 0.45 or more from the viewpoint of dispersibility of the chemically modified fine cellulose fiber in the resin composition, and is preferably 0.95 or less, or 0.90 or less, or 0.85 or less, or 0.80 or less from the viewpoint of the color tone of the resin composition.
[ポリアセタール系樹脂]
熱可塑性樹脂として好ましいポリアセタール系樹脂としては、ホルムアルデヒドを原料とするホモポリアセタールと、トリオキサンを主モノマーとし、1,3-ジオキソランをコモノマー成分として含むコポリアセタールとが一般的であり、両者とも使用可能であるが、加工時の熱安定性の観点から、コポリアセタールが好ましい。コモノマー成分(例えば1,3-ジオキソラン)由来構造の量は、押出加工及び成形加工時の熱安定性の観点から、好ましくは、0.01モル%以上、又は0.05モル%以上、又は0.1モル%以上、又は0.2モル%以上であり、機械的強度の観点から、好ましくは、4.0モル%以下、又は3.5モル%以下、又は3.0モル%以下、又は2.5モル%以下、又は2.3モル%以下である。
[Polyacetal resin]
Polyacetal resins preferred as thermoplastic resins are generally homopolyacetals made from formaldehyde and copolyacetals containing trioxane as a main monomer and 1,3-dioxolane as a comonomer component, and although both can be used, copolyacetals are preferred from the viewpoint of thermal stability during processing. The amount of the structure derived from the comonomer component (e.g., 1,3-dioxolane) is preferably 0.01 mol% or more, or 0.05 mol% or more, or 0.1 mol% or more, or 0.2 mol% or more from the viewpoint of thermal stability during extrusion processing and molding processing, and is preferably 4.0 mol% or less, or 3.5 mol% or less, or 3.0 mol% or less, or 2.5 mol% or less, or 2.3 mol% or less from the viewpoint of mechanical strength.
[追加の成分]
樹脂組成物は、その性能を向上させるために、必要に応じて追加の成分をさらに含んでも良い。追加の成分としては、セルロース以外のフィラー成分;相溶化剤;可塑剤;でんぷん類、アルギン酸等の多糖類;ゼラチン、ニカワ、カゼイン等の天然たんぱく質;ゼオライト、セラミックス、タルク、シリカ、金属酸化物、金属粉末等の無機化合物;着色剤;香料;顔料;流動調整剤;レベリング剤;導電剤;酸化防止剤;帯電防止剤;紫外線吸収剤;紫外線分散剤;消臭剤等が挙げられる。任意の追加の成分の樹脂組成物中の含有割合は、本発明の所望の効果が損なわれない範囲で適宜選択されるが、例えば0.01~50質量%、又は0.1~30質量%であってよい。
[Additional Ingredients]
The resin composition may further contain additional components as necessary to improve its performance. Examples of the additional components include filler components other than cellulose; compatibilizers; plasticizers; polysaccharides such as starches and alginic acid; natural proteins such as gelatin, glue, and casein; inorganic compounds such as zeolite, ceramics, talc, silica, metal oxides, and metal powders; colorants; fragrances; pigments; flow regulators; leveling agents; conductive agents; antioxidants; antistatic agents; ultraviolet absorbers; ultraviolet dispersants; and deodorants. The content ratio of any additional component in the resin composition is appropriately selected within a range in which the desired effects of the present invention are not impaired, and may be, for example, 0.01 to 50% by mass, or 0.1 to 30% by mass.
分散剤としては、セルロースの水酸基と反応又は水素結合し得る化合物が好ましい。分散剤の好適例は、セルロース誘導体、ポリアルキレンオキシド、アミド及びアミンからなる群から選択される1種以上である。中でも、セルロース誘導体は、セルロース系物質であることからセルロースとの親和性が高い一方で、熱可塑性樹脂でもあることから、樹脂組成物中でのセルロースの分散安定性向上効果が高く好ましい。分散剤としては、水より高い沸点を有するものが好ましい。なお、水よりも高い沸点とは、水の蒸気圧曲線における各圧力における沸点(例えば、1気圧下では100℃)よりも高い沸点を指す。 As the dispersant, a compound capable of reacting with or forming a hydrogen bond with the hydroxyl group of cellulose is preferred. Suitable examples of the dispersant include one or more selected from the group consisting of cellulose derivatives, polyalkylene oxides, amides, and amines. Among them, cellulose derivatives are preferred because they have a high affinity with cellulose since they are cellulose-based substances, while they are also thermoplastic resins, and therefore have a high effect of improving the dispersion stability of cellulose in the resin composition. As the dispersant, one having a boiling point higher than that of water is preferred. Note that a boiling point higher than that of water refers to a boiling point higher than the boiling point of water at each pressure on the vapor pressure curve (for example, 100°C at 1 atmosphere).
樹脂組成物中、化学修飾微細セルロース繊維100質量部に対する分散剤の量は、セルロースの良好な分散及びネットワーク形成の観点から、好ましくは、1質量部以上、又は5質量部以上、又は10質量部以上、又は20質量部以上であり、樹脂組成物の性能のばらつき低減の観点から、好ましくは、500質量部以下、又は300質量部以下、又は200質量部以下である。
物の製造方法の工程例について説明する。
In the resin composition, the amount of dispersant per 100 parts by mass of chemically modified fine cellulose fiber is preferably 1 part by mass or more, or 5 parts by mass or more, or 10 parts by mass or more, or 20 parts by mass or more from the viewpoint of good dispersion of cellulose and network formation, and is preferably 500 parts by mass or less, or 300 parts by mass or less, or 200 parts by mass or less from the viewpoint of reducing variation in performance of the resin composition.
An example of a process for manufacturing an article will be described.
[方法1]
一態様に係る樹脂組成物の製造方法では、
本開示の化学修飾微細セルロース繊維の製造方法における解繊工程で、化学修飾パルプと樹脂とを混合するとともに該化学修飾パルプ解繊して、化学修飾微細セルロース繊維と樹脂とを含む樹脂組成物を生成する。
[Method 1]
In one embodiment of the method for producing a resin composition,
In the fiberization step in the method for producing chemically modified fine cellulose fibers of the present disclosure, the chemically modified pulp and resin are mixed and the chemically modified pulp is fiberized to produce a resin composition containing the chemically modified fine cellulose fibers and the resin.
上記方法では、化学修飾パルプを、樹脂と共に、ミキシングローラ、ニーダ、バンバリーミキサ又は押出機等の混合手段により解繊することができる。樹脂が熱可塑性樹脂である場合、混合は溶融混練であってよい。 In the above method, the chemically modified pulp can be defibrated together with the resin by mixing means such as a mixing roller, kneader, Banbury mixer, or extruder. When the resin is a thermoplastic resin, the mixing may be melt kneading.
樹脂が熱可塑性樹脂である場合の解繊混合工程の好ましいプロセス条件としては、二軸押出の途中にせき止め効果のあるゾーンを設けることである。このゾーンは化学修飾パルプと熱可塑性樹脂との混合物をせき止めるか逆送りする働きを持つエレメントから構成され、通常はシールディスク、逆フライト、逆ニーディングディスクエレメント等が設けられる。 When the resin is a thermoplastic resin, a preferred process condition for the fiber defibration and mixing step is to provide a zone with a blocking effect midway through the twin-screw extrusion. This zone is composed of elements that function to block or reverse the mixture of chemically modified pulp and thermoplastic resin, and typically includes a seal disk, reverse flight, reverse kneading disk element, etc.
[方法2]
別の一態様において、樹脂組成物の製造方法は、
本開示の化学修飾微細セルロース繊維の製造方法で化学修飾微細セルロース繊維を生成する繊維形成工程、及び
該化学修飾微細セルロース繊維と樹脂とを混合して樹脂組成物を生成する混合工程、
を含む。
[Method 2]
In another embodiment, a method for producing a resin composition includes the steps of:
A fiber forming step of producing chemically modified fine cellulose fibers by the method for producing chemically modified fine cellulose fibers of the present disclosure; and a mixing step of mixing the chemically modified fine cellulose fibers with a resin to produce a resin composition.
including.
混合工程において、化学修飾微細セルロース繊維は、乾燥体又はスラリー(例えば水分散体)の形態で、樹脂と混合してよい。樹脂が熱可塑性樹脂である場合、混合は溶融混練であってよい。溶融混練時の加熱温度は、使用する樹脂に合わせて調整することができ、樹脂の融点以上であるが当該融点を大幅に上回らない温度が好ましい。加熱温度は、好ましくは、樹脂の融点以上、又は当該融点+20℃以上、又は当該融点+30℃以上、又は当該融点+40℃以上であり、樹脂組成物の熱劣化抑制の観点から、好ましくは、当該融点+90℃以下、又は当該融点+80℃以下、又は当該融点+70℃以下である。上記融点は、樹脂組成物が複数種の熱可塑性樹脂を含む場合には最も高温側の融点を意味する。なお、熱可塑性樹脂供給業者が推奨する最低加工温度は、ナイロン66では255~270℃、ナイロン6では225~240℃、ポリアセタール樹脂では170℃~190℃、ポリプロピレンでは160~180℃である。加熱設定温度は、これらの推奨最低加工温度より20℃高い温度の範囲であってよい。 In the mixing step, the chemically modified fine cellulose fibers may be mixed with the resin in the form of a dry body or a slurry (e.g., a water dispersion). When the resin is a thermoplastic resin, the mixing may be melt-kneading. The heating temperature during melt-kneading can be adjusted according to the resin used, and is preferably a temperature that is equal to or higher than the melting point of the resin but does not significantly exceed the melting point. The heating temperature is preferably equal to or higher than the melting point of the resin, or equal to or higher than the melting point + 20°C, or equal to or higher than the melting point + 30°C, or equal to or higher than the melting point + 40°C, and from the viewpoint of suppressing thermal deterioration of the resin composition, it is preferably equal to or lower than the melting point + 90°C, or equal to or lower than the melting point + 80°C, or equal to or lower than the melting point + 70°C. The above melting point means the melting point on the highest temperature side when the resin composition contains multiple types of thermoplastic resins. The minimum processing temperatures recommended by thermoplastic resin suppliers are 255-270°C for nylon 66, 225-240°C for nylon 6, 170°C-190°C for polyacetal resin, and 160-180°C for polypropylene. The heating setting temperature may be in the range of 20°C higher than these recommended minimum processing temperatures.
溶融混練に供される混合物の水分率は、好ましくは、0.2質量%以下、又は0.1質量%以下、又は0.07質量%以下である。上記水分率は、工程管理容易性の観点から、例えば、0.001質量%以上であってよい。 The moisture content of the mixture subjected to melt kneading is preferably 0.2% by mass or less, or 0.1% by mass or less, or 0.07% by mass or less. From the viewpoint of ease of process control, the moisture content may be, for example, 0.001% by mass or more.
溶融混練には、単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用できるが、二軸押出機がセルロースの分散性を制御する上で好ましい。押出機のシリンダー長(L)をスクリュー径(D)で除したL/Dは、40以上が好ましく、特に好ましくは50以上である。また、混練時のスクリュー回転数は、100~800rpmの範囲が好ましく、より好ましくは150~600rpmの範囲内である。これらはスクリューのデザインにより、変化する。 For melt kneading, an extruder such as a single screw extruder or a twin screw extruder can be used, but a twin screw extruder is preferred in terms of controlling the dispersibility of the cellulose. The L/D ratio, obtained by dividing the cylinder length (L) of the extruder by the screw diameter (D), is preferably 40 or more, and particularly preferably 50 or more. The screw rotation speed during kneading is preferably in the range of 100 to 800 rpm, and more preferably in the range of 150 to 600 rpm. These values vary depending on the screw design.
樹脂組成物の熱劣化を抑制する観点から、弱練り(すなわち、小剪断力下での混練)が好適である。弱練りは、例えば、押出機のスクリュー構成において搬送ゾーンを多く設けること、スクリューの回転数を小さくすること等によって実現できる。押出機のシリンダー内の各スクリューは、楕円形の二翼のねじ形状のフルフライトスクリュー、ニーディングディスクと呼ばれる混練エレメント、等を組み合わせて最適化される。 Weak kneading (i.e., kneading under small shear force) is preferable from the viewpoint of suppressing thermal degradation of the resin composition. Weak kneading can be achieved, for example, by providing many conveying zones in the screw configuration of the extruder and by reducing the number of rotations of the screw. Each screw in the cylinder of the extruder is optimized by combining a full-flight screw with an elliptical two-blade screw shape, a kneading element called a kneading disk, and the like.
≪樹脂組成物の形状≫
本実施形態の樹脂組成物は、種々の形状での提供が可能である。具体的には、樹脂ペレット状、シート状、繊維状、板状、棒状等が挙げられるが、樹脂ペレット形状が、後加工の容易性及び運搬の容易性から好ましい。好ましい樹脂ペレット形状としては、丸型、楕円型、円柱型などが挙げられ、形状は押出加工時のカット方式により異なってよい。例えば、アンダーウォーターカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは、丸型になることが多く、ホットカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは丸型又は楕円型になることが多く、ストランドカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは円柱状になることが多い。丸型ペレットの好ましいペレット直径は、1mm以上3mm以下である。円柱状ペレットの好ましい直径は、1mm以上3mm以下であり、好ましい長さは、2mm以上10mm以下である。上記の直径及び長さは、押出時の運転安定性の観点から、下限以上とすることが望ましく、後加工での成形機への噛み込み性の観点から、上限以下とすることが望ましい。
<Shape of resin composition>
The resin composition of this embodiment can be provided in various shapes. Specifically, resin pellets, sheets, fibers, plates, rods, etc. can be mentioned, but the resin pellet shape is preferred from the viewpoint of ease of post-processing and ease of transportation. Preferred resin pellet shapes include round, elliptical, and cylindrical shapes, and the shape may vary depending on the cutting method used during extrusion processing. For example, pellets cut by a cutting method called underwater cutting are often round, pellets cut by a cutting method called hot cutting are often round or elliptical, and pellets cut by a cutting method called strand cutting are often cylindrical. The preferred pellet diameter of round pellets is 1 mm or more and 3 mm or less. The preferred diameter of cylindrical pellets is 1 mm or more and 3 mm or less, and the preferred length is 2 mm or more and 10 mm or less. It is desirable to set the above diameter and length to be equal to or greater than the lower limit from the viewpoint of operational stability during extrusion, and it is desirable to set them to be equal to or less than the upper limit from the viewpoint of bite into the molding machine during post-processing.
本実施形態の樹脂組成物は、種々の樹脂成形体として利用可能である。樹脂成形体の製造方法に特に制限はないが、射出成形法、押出成形法、ブロー成形法、インフレーション成形法、発泡成形法などが使用可能である。これらの中では射出成形法がデザイン性及びコストの観点から特に好ましい。 The resin composition of this embodiment can be used as various resin molded bodies. There are no particular limitations on the method for producing the resin molded body, but injection molding, extrusion molding, blow molding, inflation molding, foam molding, and the like can be used. Of these, injection molding is particularly preferred from the standpoint of design and cost.
≪樹脂組成物の用途≫
本実施形態の方法で得られる樹脂組成物は、鋼板、繊維強化プラスチック(例えば炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック等)、無機フィラーを含む樹脂コンポジット、等の代替品として有用である。樹脂組成物の好適な用途としては、産業用機械部品、一般機械部品、自動車・鉄道・車両・船舶・航空宇宙関連部品、電子・電気部品、建築・土木材料、生活用品、スポーツ・レジャー用品、風力発電用筐体部材、容器・包装部材、等を例示できる。
<Applications of resin composition>
The resin composition obtained by the method of the present embodiment is useful as a substitute for steel plates, fiber-reinforced plastics (e.g., carbon fiber-reinforced plastics, glass fiber-reinforced plastics, etc.), resin composites containing inorganic fillers, etc. Suitable applications of the resin composition include industrial machine parts, general machine parts, automobile/railroad/vehicle/ship/aerospace-related parts, electronic/electrical parts, building/civil engineering materials, daily necessities, sports/leisure goods, housing parts for wind power generation, container/packaging parts, etc.
以下、本発明の例示の態様について実施例を挙げて更に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。 The following provides further explanation of exemplary aspects of the present invention using examples, but the present invention is not limited to the following examples.
≪原料パルプ及び溶剤の吸湿挙動検討≫
種々のセルロース系材料について、相対湿度100%時の吸湿度を測定した。シート状の原料を1~2cm角で切出し、エー・アンド・デイ社製 加熱乾燥式水分計 MX-50にて測定した。結果を表1に示す。
<Study on moisture absorption behavior of raw pulp and solvent>
The moisture absorption of various cellulose-based materials at a relative humidity of 100% was measured. The sheet-like raw materials were cut into 1-2 cm squares and measured using a heat-drying moisture meter MX-50 manufactured by A&D Co., Ltd. The results are shown in Table 1.
また、リンターパルプを1cm角に細断し、乾燥機(Yamato社製 DKG610)を用いて絶乾とした後、20℃、相対湿度50%で吸湿させたときの水分率の経時変化を評価した。結果を表2に示す。 The linter pulp was also chopped into 1 cm cubes and dried using a dryer (Yamato DKG610), after which it was allowed to absorb moisture at 20°C and a relative humidity of 50% and the change in moisture content over time was evaluated. The results are shown in Table 2.
また、ジメチルスルホキシド(DMSO)をモルキュラシーブを用いて絶乾とした後、20℃、相対湿度50%で吸湿させたときの水分率の経時変化を評価した。結果を表3に示す。 In addition, dimethyl sulfoxide (DMSO) was dried using a molecular sieve, and then the moisture content was evaluated over time when it was allowed to absorb moisture at 20°C and a relative humidity of 50%. The results are shown in Table 3.
また、原料パルプ中及び非プロトン性極性溶媒中の水分率を種々変えたときの、種々の固形分率のスラリーの水分率を表4に示す。 Table 4 also shows the moisture content of slurries with various solid content when the moisture content in the raw pulp and the aprotic polar solvent is changed.
上記結果から、原料パルプ及びジメチルスルホキシド(DMSO)は共に大気中で吸湿することが分かる。原料パルプの化学修飾においては、系中の水分により修飾剤が消費されることから、水分量に概ね比例して修飾反応が遅延する。上記結果に基づき、以下では、フィブリル間距離を十分確保して化学修飾をパルプ内部まで良好に進行させるのに適切なスラリー中水分量の検討を行った。 The above results show that both raw pulp and dimethyl sulfoxide (DMSO) absorb moisture in the air. In the chemical modification of raw pulp, the modifying agent is consumed by the moisture in the system, so the modification reaction is delayed roughly in proportion to the amount of moisture. Based on the above results, we investigated the appropriate amount of moisture in the slurry to ensure sufficient interfibril distance and allow the chemical modification to proceed smoothly to the inside of the pulp.
≪評価方法≫
<水分率>
カールフィッシャー水分計(京都電子工業社製,「MKC-710M」)を測定装置として用い、電極液として、京都電子工業社製「ケムアクア陽極液AGE」及び「ケムアクア陰極液CGE」を用いた。
Evaluation method
<Moisture content>
A Karl Fischer moisture meter (Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd., "MKC-710M") was used as the measuring device, and "Kem-Aqua Anolyte AGE" and "Kem-Aqua Catholyte CGE" both manufactured by Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd. were used as the electrode solutions.
<置換度(DS)>
[多孔質シートの作製]
まず、濃縮ケーキをtert-ブタノール中に添加し、さらにミキサー等で凝集物が無い状態まで分散処理を行った。微細セルロース繊維固形分重量0.5gに対し、濃度が0.5質量%となるように調整した。得られたtert-ブタノール分散液100gをろ紙上で濾過した。濾過物はろ紙から剥離させずに、ろ紙と共により大きなろ紙2枚の間に挟み、かつ、そのより大きなろ紙の縁をおもりで押さえつけながら、150℃のオーブンにて5分間乾燥させた。その後、ろ紙を剥離して歪みの少ない多孔質シートを得た。このシートの透気抵抗度がシート目付10g/m2あたり100sec/100ml以下のものを多孔質シートとし、測定サンプルとして使用した。
23℃、50%RHの環境で1日静置したサンプルの目付W(g/m2)を測定した後、王研式透気抵抗試験機(旭精工(株)製、型式EG01)を用いて透気抵抗度R(sec/100ml)を測定した。この時、下記式に従い、10g/m2目付あたりの値を算出した。
目付10g/m2あたり透気抵抗度(sec/100ml)=R/W×10
<Degree of substitution (DS)>
[Preparation of porous sheet]
First, the concentrated cake was added to tert-butanol, and further dispersed in a mixer or the like until no aggregates were present. The concentration was adjusted to 0.5% by mass relative to 0.5 g of fine cellulose fiber solids. 100 g of the obtained tert-butanol dispersion was filtered on filter paper. The filtered material was not peeled off from the filter paper, but was sandwiched between two sheets of larger filter paper together with the filter paper, and the edges of the larger filter paper were pressed down with a weight and dried for 5 minutes in an oven at 150 ° C. Then, the filter paper was peeled off to obtain a porous sheet with little distortion. The sheet with an air resistance of 100 sec/100 ml or less per 10 g/ m2 sheet basis weight was used as a porous sheet and was used as a measurement sample.
After measuring the basis weight W (g/ m2 ) of the sample left to stand for one day in an environment of 23°C and 50% RH, the air resistance R (sec/100 ml) was measured using an Oken type air resistance tester (manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd., model EG01). At this time, the value per basis weight of 10 g/ m2 was calculated according to the following formula.
Air resistance per unit area of 10 g/ m2 (sec/100 ml) = R/W x 10
[置換度(DS)]
多孔質シートの5か所のATR-IR法による赤外分光スペクトルを、フーリエ変換赤外分光光度計(JASCO社製 FT/IR-6200)で測定した。赤外分光スペクトル測定は以下の条件で行った。
積算回数:64回、
波数分解能:4cm-1、
測定波数範囲:4000~600cm-1、
ATR結晶:ダイヤモンド、
入射角度:45°
[Degree of substitution (DS)]
The infrared spectrum of the porous sheet at five points was measured by an ATR-IR method using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT/IR-6200 manufactured by JASCO Corp.) The infrared spectrum measurement was performed under the following conditions.
Number of times: 64
Wavenumber resolution: 4cm -1 ,
Measurement wave number range: 4000 to 600 cm -1 ,
ATR crystal: Diamond,
Incident angle: 45°
得られたIRスペクトルより、IRインデックスを、下記式:
IRインデックス= H1730/H1030
に従って算出した。式中、H1730及びH1030は1730cm-1、1030cm-1(セルロース骨格鎖C-O伸縮振動の吸収バンド)における吸光度である。ただし、それぞれ1900cm-1と1500cm-1を結ぶ線と800cm-1と1500cm-1を結ぶ線をベースラインとして、このベースラインを吸光度0とした時の吸光度を意味する。
そして、各測定場所の平均置換度をIRインデックスより下記式に従って算出し、その平均値をDSとした。
DS=4.13×IRインデックス
From the obtained IR spectrum, the IR index was calculated according to the following formula:
IR index = H1730/H1030
In the formula, H1730 and H1030 are the absorbances at 1730 cm -1 and 1030 cm -1 (absorption bands of C-O stretching vibration of the cellulose backbone chain). However, the lines connecting 1900 cm -1 and 1500 cm -1 and the line connecting 800 cm -1 and 1500 cm -1 are taken as baselines, and the absorbances are calculated based on these baselines as 0 absorbance.
The average degree of substitution at each measurement site was calculated from the IR index according to the following formula, and the average value was taken as DS.
DS = 4.13 x IR index
<解繊前後のDS差(ΔDS)>
各実施例及び比較例に係る化学修飾パルプ及び化学修飾微細セルロース繊維について、上記のIRによるDS測定方法にてDSを測定し、化学修飾パルプのDSである解繊前DSと、化学修飾微細セルロース繊維のDSである解繊後DSとの差を、ΔDSとした。
<Difference in DS before and after defibration (ΔDS)>
For the chemically modified pulp and chemically modified fine cellulose fibers of each Example and Comparative Example, the DS was measured using the above-mentioned IR DS measurement method, and the difference between the DS before defibration, which is the DS of the chemically modified pulp, and the DS after defibration, which is the DS of the chemically modified fine cellulose fibers, was defined as ΔDS.
<DS不均一比の変動係数>
化学修飾微細セルロース繊維の水分散体(固形分率10質量%以上)を100g採取し、10gずつ凍結粉砕したものを測定サンプルとし、10サンプルのDSt及びDSsからDS不均一比を算出した後、得られた10個のサンプル間でのDS不均一比の標準偏差(σ)及び算術平均(μ)から、下記式で算出した。
DS不均一比=DSs/DSt
変動係数(%)=標準偏差σ/算術平均μ×100
<Coefficient of variation of DS heterogeneity ratio>
100 g of an aqueous dispersion of chemically modified fine cellulose fiber (solid content of 10% by mass or more) was collected, and 10 g of each was freeze-pulverized to prepare measurement samples. The DS heterogeneity ratio was calculated from the DSt and DSs of the 10 samples, and then the standard deviation (σ) and arithmetic mean (μ) of the DS heterogeneity ratios among the obtained 10 samples were used to calculate the DS heterogeneity ratio according to the following formula.
DS heterogeneity ratio = DSs / DSt
Coefficient of variation (%) = standard deviation σ/arithmetic mean μ × 100
DSsの算出方法は以下のとおりである。すなわち、多孔質シートのX線光電子分光法(XPS)による測定を行った。XPSスペクトルは、サンプルの表層のみ(典型的には数nm程度)の構成元素及び化学結合状態を反映する。得られたC1sスペクトルについてピーク分離を行い、セルロースのピラノース環由来の炭素C2-C6帰属されるピーク(289eV、C-C結合)の面積強度(Ixp)に対する修飾基由来の1つの炭素原子に帰属されるピークの面積強度(Ixf)より下記式で求めた。
DSs=(Ixf)×5/(Ixp)
具体的には、C1sスペクトルを285eV、286eV,288eV,289eVでピーク分離を行った後、Ixpには289evのピークを、Ixfにはアセチル基のO-C=O結合由来のピーク(286eV)を用いた。
用いたXPS測定の条件は以下の通りである。
使用機器 :アルバックファイVersaProbeII
励起源 :mono.AlKα 15kV×3.33mA
分析サイズ :約200μmφ
光電子取出角 :45°
取込領域
Narrow scan:C 1s、O 1s
Pass Energy:23.5eV
The calculation method of DSs is as follows. That is, the porous sheet was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The XPS spectrum reflects the constituent elements and chemical bond state of only the surface layer of the sample (typically about a few nm). Peak separation was performed on the obtained C1s spectrum, and the DSs was calculated by the following formula from the area intensity (Ixf) of the peak attributable to one carbon atom derived from the modifying group relative to the area intensity (Ixp) of the peak attributable to carbons C2-C6 derived from the pyranose ring of cellulose (289 eV, C-C bond).
DSs=(Ixf)×5/(Ixp)
Specifically, after peak separation of the C1s spectrum at 285 eV, 286 eV, 288 eV, and 289 eV, the peak at 289 eV was used for Ixp, and the peak (286 eV) derived from the O—C═O bond of the acetyl group was used for Ixf.
The conditions used for the XPS measurement are as follows:
Equipment used: ULVAC-Phi VersaProbe II
Excitation source: mono. AlKα 15 kV x 3.33 mA
Analysis size: Approximately 200 μm φ
Photoelectron extraction angle: 45°
Capture area Narrow scan: C 1s, O 1s
Pass Energy: 23.5eV
<DS=1に到達するまでの時間>
修飾工程において、IR測定にてDS≧1となるまでの時間を計測した。
<Time to reach DS=1>
In the modification step, the time until DS became 1 or more by IR measurement was measured.
<原料パルプ及び化学修飾パルプの繊維径及び繊維長>
原料パルプ、又は修飾工程後のスラリーに純水を加え、固形分が30mg/Lとなるように調整した後、Techpap社製ラボ繊維分析計 Morfi-Neoにて繊維径、及び繊維長の測定を行った。
<Fiber diameter and fiber length of raw pulp and chemically modified pulp>
Pure water was added to the raw pulp or the slurry after the modification step to adjust the solid content to 30 mg/L, and then the fiber diameter and fiber length were measured using a laboratory fiber analyzer Morfi-Neo manufactured by Techpap.
<原料パルプの結晶化度>
多孔質シートのX線回折測定を行い、下記式より結晶化度を算出した。
結晶化度(%)=[I(200)-I(amorphous)]/I(200)×100
I(200):セルロースI型結晶における200面(2θ=22.5°)による回折ピーク強度
I(amorphous):セルロースI型結晶におけるアモルファスによるハローピーク強度であって、200面の回折角度より4.5°低角度側(2θ=18.0°)のピーク強度
(X線回折測定条件)
装置 MiniFlex(株式会社リガク製)
操作軸 2θ/θ
線源 CuKα
測定方法 連続式
電圧 40kV
電流 15mA
開始角度 2θ=5°
終了角度 2θ=30°
サンプリング幅 0.020°
スキャン速度 2.0°/min
サンプル:試料ホルダー上に多孔質シートを貼り付け
<Crystallization degree of raw pulp>
The porous sheet was subjected to X-ray diffraction measurement, and the crystallinity was calculated from the following formula.
Crystallinity (%) = [I (200) - I (amorphous) ] / I (200) x 100
I (200) : Diffraction peak intensity due to the 200 plane (2θ = 22.5°) in cellulose I type crystals I (amorphous) : A halo peak intensity due to amorphous in cellulose I type crystals, which is a peak intensity at an angle 4.5° lower than the diffraction angle of the 200 plane (2θ = 18.0°) (X-ray diffraction measurement conditions)
Device: MiniFlex (manufactured by Rigaku Corporation)
Operation axis 2θ/θ
Radiation source: CuKα
Measurement method: Continuous Voltage: 40 kV
Current: 15mA
Starting angle 2θ=5°
End angle 2θ = 30°
Sampling width 0.020°
Scan speed: 2.0°/min
Sample: A porous sheet is attached onto the sample holder.
<原料パルプのMw、Mw/Mn>
多孔質シートを0.88g秤量し、ハサミで小片に切り刻んだ後、軽く攪拌したうえで、純水20mLを加え1日放置した。次に遠心分離によって水と固形分を分離した。続いてアセトン20mLを加え、軽く攪拌したうえで1日放置した。次に遠心分離によってアセトンと固形分を分離した。続いてN、N-ジメチルアセトアミド20mLを加え、軽く攪拌したうえで1日放置した。再度、遠心分離によってN、N-ジメチルアセトアミドと固形分を分離したのち、N,N-ジメチルアセトアミド20mLを加え、軽く攪拌したうえで1日放置した。遠心分離によってN,N-ジメチルアセトアミドと固形分を分離し、固形分に塩化リチウムが8質量パーセントになるように調液したN,N-ジメチルアセトアミド溶液を19.2g加え、スターラーで攪拌し、目視で溶解するのを確認した。セルロースナノファイバーを溶解させた溶液を0.45μmフィルターでろ過し、ろ液をゲルパーミエーションクロマトグラフィ用の試料として供した。用いた装置と測定条件は下記である。
装置 :東ソー社 HLC-8120
カラム:TSKgel SuperAWM-H(6.0mmI.D.×15cm)×2本
検出器:RI検出器
溶離液:N,N-ジメチルアセトアミド(塩化リチウム0.2%)
流速:0.6mL/分
検量線:プルラン換算
<Mw and Mw/Mn of raw pulp>
0.88 g of the porous sheet was weighed, cut into small pieces with scissors, lightly stirred, and then 20 mL of pure water was added and left for one day. Next, water and solids were separated by centrifugation. Then, 20 mL of acetone was added, lightly stirred, and left for one day. Next, acetone and solids were separated by centrifugation. Then, 20 mL of N,N-dimethylacetamide was added, lightly stirred, and left for one day. N,N-dimethylacetamide and solids were separated again by centrifugation, and then 20 mL of N,N-dimethylacetamide was added, lightly stirred, and left for one day. N,N-dimethylacetamide and solids were separated by centrifugation, and 19.2 g of N,N-dimethylacetamide solution prepared so that lithium chloride was 8 mass percent was added to the solids, and the mixture was stirred with a stirrer, and it was confirmed that it was dissolved by visual observation. The solution in which the cellulose nanofibers were dissolved was filtered through a 0.45 μm filter, and the filtrate was used as a sample for gel permeation chromatography. The apparatus and measurement conditions used are as follows.
Equipment: Tosoh Corporation HLC-8120
Column: TSKgel SuperAWM-H (6.0 mm ID x 15 cm) x 2 Detector: RI detector Eluent: N,N-dimethylacetamide (lithium chloride 0.2%)
Flow rate: 0.6 mL/min. Calibration curve: Pullulan equivalent
<原料パルプの酸不溶成分平均含有率>
酸不溶成分は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載のクラーソン法で定量した。絶乾させた原料パルプを精秤し、所定の容器に入れて72質量%濃硫酸を加え、内容物が均一になるようにガラス棒で適宜押した後、オートクレーブしてセルロース及びヘミセルロースを酸溶液中に溶解させた。放冷後に内容物をガラスファイバーろ紙で濾過し、酸不溶成分を残渣として得た。この酸不溶成分重量より酸不溶成分含有率を算出し、そして、3サンプルについて算出した酸不溶成分含有率の数平均を酸不溶成分平均含有率とした。
<Average content of acid insoluble matter in raw pulp>
The acid-insoluble components were quantified by the Clason method described in the non-patent literature (Wood Science Experiment Manual, edited by the Japan Wood Research Society, pages 92-97, 2000). The completely dried raw pulp was precisely weighed, placed in a specified container, and 72% by mass of concentrated sulfuric acid was added. The contents were appropriately pressed with a glass rod so as to make the contents uniform, and then autoclaved to dissolve the cellulose and hemicellulose in the acid solution. After cooling, the contents were filtered with glass fiber filter paper, and the acid-insoluble components were obtained as a residue. The acid-insoluble component content was calculated from the weight of the acid-insoluble components, and the number average of the acid-insoluble component contents calculated for the three samples was taken as the average acid-insoluble component content.
<原料パルプのアルカリ可溶成分平均含有率>
アルカリ可溶多糖類平均含有率は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載の手法より、ホロセルロース含有率(Wise法)からαセルロース含有率を差し引くことで求めた。1つのサンプルにつき3回アルカリ可溶多糖類含有率を算出し、算出したアルカリ可溶多糖類含有率の数平均を原料パルプのアルカリ可溶多糖類平均含有率とした。
<Average content of alkali-soluble components in raw pulp>
The average alkali-soluble polysaccharide content was determined by subtracting the α-cellulose content from the holocellulose content (Wise method) according to the method described in the non-patent literature (Wood Science Experiment Manual, edited by the Japan Wood Research Society, pp. 92-97, 2000). The alkali-soluble polysaccharide content was calculated three times for each sample, and the number average of the calculated alkali-soluble polysaccharide contents was taken as the average alkali-soluble polysaccharide content of the raw material pulp.
<化学修飾微細セルロース繊維の繊維径>
各実施例及び比較例に係る微細セルロース繊維について、繊維分析計Morfi-Neo(MorFi Compact社製)を用いて繊維径を測定した。併せて、走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製、型番JSM-6700F)を用い繊維径1μm以下であることを確認した。
<Fiber diameter of chemically modified fine cellulose fibers>
The fiber diameter of the fine cellulose fibers according to each of the Examples and Comparative Examples was measured using a fiber analyzer Morfi-Neo (manufactured by MorFi Compact Co., Ltd.). In addition, it was confirmed that the fiber diameter was 1 μm or less using a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by JEOL Ltd., model number JSM-6700F).
<スラリー中の原料パルプのフィブリル間距離>
修飾工程開始時のスラリーについて、小角X線散乱法(株式会社リガク製 NANOPIX)を用い、ミクロフィブリル間距離を以下の条件で測定した。
X線波長λ:0.154nm
光学系:ポイントコリメーション“2PHR”モード(1st:0.55mm,2nd:Open,Guard:0.35mm)
検出器:Hypix-6000(2次元半導体検出器)
カメラ長l:1312mm(1枚測定,z:-150offset)
露光時間:15min/試料
データ処理:円環平均
2次元検出器により測定された散乱パターンI(2θ,φ)に対し、下記式(1):
P:偏光因子
2θ:散乱角
φ:方位角
<Fibril distance of raw pulp in slurry>
For the slurry at the start of the modification step, the distance between microfibrils was measured using a small angle X-ray scattering method (NANOPIX, manufactured by Rigaku Corporation) under the following conditions.
X-ray wavelength λ: 0.154nm
Optical system: Point collimation "2PHR" mode (1st: 0.55 mm, 2nd: Open, Guard: 0.35 mm)
Detector: Hypix-6000 (2D semiconductor detector)
Camera length l: 1312 mm (one measurement, z: -150 offset)
Exposure time: 15 min/sample Data processing: For the scattering pattern I (2θ, φ) measured by the circular average two-dimensional detector, the following formula (1):
P: Polarization factor 2θ: Scattering angle φ: Azimuth angle
[散乱強度補正]
上記式(1)で算出した1次元プロファイルは、試料由来の散乱のほかに、窓材や空気散乱等の試料以外の散乱を含んでいる。また、散乱強度は装置や試料厚みに依存している。これらを補正するために空セル散乱を行った。なお膜厚補正は実施しなかった。
[Scattering Intensity Correction]
The one-dimensional profile calculated by the above formula (1) includes scattering from the sample as well as scattering from the window material, air, and other sources other than the sample. The scattering intensity also depends on the instrument and sample thickness. To correct for these, empty cell scattering was performed. Film thickness correction was not performed.
[ミクロフィブリル間距離の解析]
解析ソフトウェアIgor 8.00のMuliPeakFitの機能を用いてミクロフィブリル間距離を解析した。log-logプロットに対して、線形のベースラインの補正を行い、ガウス関数によりフィッティングを実施した。フィッティング条件を以下に示す。
線形ベースライン
切片a:変数
傾きb:固定
ガウス関数
位置、幅、高さ:変数
[Analysis of inter-microfibril distance]
The distance between microfibrils was analyzed using the MuliPeakFit function of the analysis software Igor 8.00. Linear baseline correction was performed on the log-log plot, and fitting was performed using a Gaussian function. The fitting conditions are shown below.
Linear baseline intercept a: variable slope b: fixed Gaussian function position, width, height: variable
<濾過工程後の触媒濃度>
電導度計(堀場製作所社製、品番D-210PC-S/D-220PC-S)にてスラリーを測定し、0.1Sm-1(0.01mol/kg)未満であることを確認した。
<Catalyst concentration after filtration process>
The slurry was measured for conductivity using a Horiba Ltd. product number D-210PC-S/D-220PC-S, and it was confirmed that the conductivity was less than 0.1 Sm -1 (0.01 mol/kg).
<化学修飾パルプの生産性の総合判定>
DSが1に到達するまでの時間、及び濾過に要した時間(すなわち濾水性)を総合的に判断して、両方が優れたものを○、一方が劣るものを△、両方が不良なものを×とした。
<Comprehensive evaluation of productivity of chemically modified pulp>
The time required for the DS to reach 1 and the time required for filtration (i.e., freeness) were comprehensively judged, and samples in which both were excellent were marked with an ◯, those in which one was poor were marked with a △, and those in which both were poor were marked with an ×.
<樹脂組成物の特性>
[引張降伏強度]
樹脂組成物ペレットから、射出成形機を用いISO294-3に準拠した多目的試験片を成形し、JIS K6920-2に準拠した条件でn=10で実施した。引張降伏強度が5GMPa以上である場合、物性が良好である。
<Characteristics of Resin Composition>
[Tensile yield strength]
Multipurpose test pieces in accordance with ISO294-3 were molded from the resin composition pellets using an injection molding machine, and tests were carried out under conditions in accordance with JIS K6920-2 with n = 10. When the tensile yield strength is 5 MPa or more, the physical properties are good.
[成形片外観]
上記多目的試験片の外観を目視で観察した。黄色に近いものを〇、茶色のものを△、黒色に近い茶色のものを×とした。
[Appearance of molded piece]
The appearance of the multipurpose test piece was visually observed. Yellowish ones were rated ◯, brown ones △, and brown ones close to blackish ones ×.
[表面の平滑性]
上記多目的試験片の外観を目視で観察し、表面の凹凸が観察されないものを〇、凹凸が観察されるがその数が試験片の両面全体で30未満であるものを△、凹凸が観察されその数が試験片の両面全体で30以上であるものを×とした。
[Surface smoothness]
The appearance of the multipurpose test piece was visually observed, and a mark of ◯ was given to a surface where no irregularities were observed, a mark of △ was given to a surface where irregularities were observed but the number of such irregularities was less than 30 across both sides of the test piece, and a mark of × was given to a surface where irregularities were observed but the number of such irregularities was 30 or more across both sides of the test piece.
[コンポジット総合判定]
成形片の引張降伏強度、及び成形片外観を総合的に判断して、優れたものを○、不良なものを×とした。
[Composite Overall Judgment]
The tensile yield strength and appearance of the molded pieces were evaluated comprehensively, and excellent ones were rated as ◯, and poor ones as x.
≪使用材料≫
<樹脂>
ポリアミド6(以下、単にPA6と称す。)
UBEナイロン 1013B(宇部興産株式会社製)
Materials used:
<Resin>
Polyamide 6 (hereinafter referred to simply as PA6)
UBE nylon 1013B (manufactured by Ube Industries, Ltd.)
<原料パルプ>
コットンリンターパルプ
日本紙パルプ商事株式会社より入手したパルプシートをそのまま使用した。
原料パルプについて測定した各種特性値は以下のとおりである。
平均繊維径:27μm
平均繊維長:873μm
結晶化度:79.2%
Mw:94万
Mw/Mn:4.1
酸不溶成分平均含有率:0.2質量%
アルカリ可溶多糖類平均含有率:6.5質量%
<Raw pulp>
Cotton linter pulp A pulp sheet obtained from Japan Pulp and Paper Co., Ltd. was used as is.
The various properties of the raw pulp were measured as follows:
Average fiber diameter: 27 μm
Average fiber length: 873 μm
Crystallinity: 79.2%
Mw: 940,000 Mw/Mn: 4.1
Average content of acid-insoluble components: 0.2% by mass
Alkali-soluble polysaccharide average content: 6.5% by mass
<非プロトン性極性溶媒>
ジメチルスルホキシド(Gaylord社から入手可能)
<Aprotic polar solvent>
Dimethyl sulfoxide (available from Gaylord)
≪化学修飾パルプの製造≫
<製造例1>
[脱水工程]
カールフィッシャ―水分計にて水分率を測定しながら、原料パルプ、及び非プロトン性極性溶媒の水分率を目標値に調整した。原料パルプは、パルプシートを1cm角に細断し、乾燥機(Yamato社製 DKG610)にて120℃で2時間乾燥することで、水分率0質量%に調整した。非プロトン性極性溶媒は、モレキュラーシーブスにより乾燥することで、水分率0.013質量%に調整した。
<Production of chemically modified pulp>
<Production Example 1>
[Dehydration process]
The moisture content of the raw pulp and the aprotic polar solvent was adjusted to a target value while measuring the moisture content with a Karl Fischer moisture meter. The raw pulp was adjusted to a moisture content of 0% by mass by cutting the pulp sheet into 1 cm squares and drying it at 120°C for 2 hours in a dryer (Yamato Corporation DKG610). The aprotic polar solvent was adjusted to a moisture content of 0.013% by mass by drying it with molecular sieves.
[修飾工程]
ジャケット付きの40L反応釜に、上記乾燥後のジメチルスルホキシド(30kg)を加え、触媒の炭酸カリウム(0.32kg)と上記乾燥後の原料パルプ(2.0kg)を投入して撹拌した。ジャケットに温水を流して、スラリー温度60℃まで加温した。反応釜内部を窒素で置換して、酢酸ビニル(1.0kg)を投入し、IR測定にてDS≧1となるまで反応させた。
[Modification step]
The dried dimethyl sulfoxide (30 kg) was added to a jacketed 40 L reactor, and the catalyst potassium carbonate (0.32 kg) and the dried raw pulp (2.0 kg) were added and stirred. Warm water was run through the jacket to heat the slurry to 60° C. The inside of the reactor was replaced with nitrogen, and vinyl acetate (1.0 kg) was added and reacted until DS was ≧1 by IR measurement.
[濾過準備工程]
反応終了後に得られたサンプルに、フロック化剤として純水(8.0L)を加えてフロック化した。脱液は行わなかった。
[Filtration preparation process]
After the reaction was completed, the sample was flocculated by adding pure water (8.0 L) as a flocculating agent to the sample. No deliquor was performed.
[濾過工程]
三菱化工機社製100Lヌッチェフィルタ(濾過面積0.2m2)に、濾布(中尾フィルター工業社製PP9B)をセットし、フロック化後のサンプルを投入して室温にて加圧濾過を行った。さらに室温にて純水(50kg)による加圧濾過を6回繰り返し、合計6回の加圧濾過を行った。以上により、化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
[Filtration process]
A filter cloth (PP9B manufactured by Nakao Filter Kogyo Co., Ltd.) was placed in a 100 L Nutsche filter (filtration area 0.2 m2 ) manufactured by Mitsubishi Kakoki Co., Ltd., and the flocked sample was added and pressure filtered at room temperature. Pressure filtration with pure water (50 kg) was repeated six times at room temperature, for a total of six pressure filtrations. A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained as described above.
<製造例2>
製造例1と同様の脱水工程を行った。
次いで、ジャケット付きの40L反応釜に、製造例1と同様の乾燥後のジメチルスルホキシド(30kg)を加え、触媒の炭酸カリウム(0.32kg)と、乾燥後の原料パルプ(2.0kg)を投入して撹拌した。得られたスラリーに水を加え、水分率1質量%となるように調整した(すなわち、修飾工程開始時のスラリー水分率を1質量%に調整した)。ジャケットに温水を流して、スラリー温度60℃まで加温した。反応釜内部を窒素で置換して、酢酸ビニル(1.0kg)を投入し、IR測定にてDS≧1となるまで反応させた。
次いで、製造例1と同様の濾過準備工程及び濾過工程を行った。以上により、化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Production Example 2>
The same dehydration step as in Production Example 1 was carried out.
Next, dimethyl sulfoxide (30 kg) after drying similar to that of Production Example 1 was added to a jacketed 40 L reactor, and potassium carbonate (0.32 kg) as a catalyst and dried raw pulp (2.0 kg) were added and stirred. Water was added to the obtained slurry to adjust the moisture content to 1% by mass (i.e., the moisture content of the slurry at the start of the modification step was adjusted to 1% by mass). Warm water was run through the jacket to heat the slurry to a temperature of 60°C. The inside of the reactor was replaced with nitrogen, and vinyl acetate (1.0 kg) was added and reacted until DS ≧ 1 was obtained by IR measurement.
Next, the same filtration preparation step and filtration step were carried out as in Production Example 1. As a result, a concentrated cake of chemically modified pulp was obtained.
<製造例3>
修飾工程開始時のスラリー水分率を5質量%に調整した他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Production Example 3>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the moisture content of the slurry at the start of the modification step was adjusted to 5 mass %.
<比較製造例1>
修飾工程開始時のスラリー水分率を10質量%に調整した他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Comparative Production Example 1>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the moisture content of the slurry at the start of the modification step was adjusted to 10 mass %.
<比較製造例2>
修飾工程開始時のスラリー水分率を20質量%に調整した他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Comparative Production Example 2>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the moisture content of the slurry at the start of the modification step was adjusted to 20 mass %.
<製造例4>
フロック化において純水の量を4.0Lとした他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Production Example 4>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the amount of pure water used in the flocculation was 4.0 L.
<製造例5>
フロック化において純水の量を20.0Lとした他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Production Example 5>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the amount of pure water used in flocculation was 20.0 L.
<比較製造例3>
原料パルプの量を1.0kg、フロック化において純水の量を50.0Lとした他は比較製造例1と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Comparative Production Example 3>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Comparative Production Example 1, except that the amount of raw pulp was 1.0 kg and the amount of pure water in flocculation was 50.0 L.
<製造例6>
触媒の炭酸カリウムの量を0.16kgとした他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Production Example 6>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the amount of potassium carbonate used as the catalyst was 0.16 kg.
<製造例7>
触媒の炭酸カリウムの量を0.24kgとした他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Production Example 7>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the amount of potassium carbonate used as the catalyst was 0.24 kg.
<製造例8>
原料パルプの量を3.0kgとした他は製造例2と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Production Example 8>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the amount of raw pulp was 3.0 kg.
<比較製造例4>
触媒の炭酸カリウムの量を0.64kgとし、フロック化を行わなかった他は比較製造例1と同様の手順で化学修飾パルプの濃縮ケーキを得た。
<Comparative Production Example 4>
A concentrated cake of chemically modified pulp was obtained in the same manner as in Comparative Production Example 1, except that the amount of potassium carbonate catalyst was 0.64 kg and flocculation was not carried out.
≪微細セルロース繊維の製造≫
[実施例1~8、比較例1~4]
製造例1~8、比較製造例1~4で製造した化学修飾パルプの濃縮ケーキを、表5に示す対応にて用いて、化学修飾微細セルロース繊維を製造した。化学修飾パルプの濃縮ケーキに純水を加え、固形分率が1質量%となるように調整した後、室温(23℃)にて、高剪断ホモジナイザー(IKA製、商品名「ウルトラタラックスT18」)を用い、処理条件:回転数25,000rpm×5分間で化学修飾パルプを分散させて解繊した。解繊後、加圧濾過を行って、化学修飾微細セルロース繊維を得た。
<Production of fine cellulose fibers>
[Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 to 4]
Chemically modified fine cellulose fibers were produced using the concentrated cakes of chemically modified pulp produced in Production Examples 1 to 8 and Comparative Production Examples 1 to 4 in the manner shown in Table 5. Pure water was added to the concentrated cake of chemically modified pulp to adjust the solid content to 1% by mass, and the chemically modified pulp was dispersed and defibrated at room temperature (23°C) using a high-shear homogenizer (manufactured by IKA, product name "Ultra Turrax T18") under processing conditions of a rotation speed of 25,000 rpm for 5 minutes. After defibration, pressure filtration was performed to obtain chemically modified fine cellulose fibers.
≪樹脂組成物の製造≫
ポリアミドをHFIPで10質量%に希釈した溶液を調製した後、ホモジナイザ:T18、ジェネレータ:S18N-19G を使用して、攪拌し、ポリアミド溶液を得た。製造した化学修飾微細セルロースを水分率15質量%に調整したケーキに、固形分率が0.2質量%となるようにHFIP添加し、攪拌した後、化学修飾微細セルロース/ポリアミド=19/81(質量基準)となるように混合、攪拌し、シード溶液を得た。シード溶液を平面容器に広げ、エスペック社製セーフティーオーブンSPH-201Sで80℃30分間乾燥し、得られたサンプルを粉砕機にて粉砕し、真空乾燥機を用いて80℃で48時間真空乾燥し、シードサンプルを得た。化学修飾微細セルロース繊維の含有率が12.5質量%となるように、シードサンプルに上記ポリアミド溶液を加え、レオ・ラボ社製Explore MC15小型混練機成型機にて250℃で5分混練した後、成形した。
<Production of resin composition>
After preparing a solution in which polyamide was diluted to 10% by mass with HFIP, the mixture was stirred using a homogenizer: T18 and a generator: S18N-19G to obtain a polyamide solution. The produced chemically modified fine cellulose was added to a cake adjusted to a moisture content of 15% by mass with HFIP so that the solid content was 0.2% by mass, and after stirring, the mixture was mixed and stirred so that the chemically modified fine cellulose/polyamide was 19/81 (by mass) to obtain a seed solution. The seed solution was spread on a flat container and dried at 80 ° C. for 30 minutes using an Espec Corporation safety oven SPH-201S, and the obtained sample was pulverized with a pulverizer and vacuum dried at 80 ° C. for 48 hours using a vacuum dryer to obtain a seed sample. The above polyamide solution was added to the seed sample so that the content of chemically modified fine cellulose fiber was 12.5% by mass, and the mixture was kneaded at 250 ° C. for 5 minutes using a Leo Labs Explorer MC15 small kneader molding machine, and then molded.
本開示の化学修飾パルプ及びこれを用いた化学修飾微細セルロース繊維を含む樹脂組成物は、優れた外観及び物性を有する成形体を形成し得る得ることから、産業用機械部品、一般機械部品、自動車・鉄道・車両・船舶・航空宇宙関連部品、電子・電気部品、建築・土木材料、生活用品、スポーツ・レジャー用品、風力発電用筐体部材、容器・包装部材、等の広範な用途に好適に適用され得る。 The chemically modified pulp of the present disclosure and the resin composition containing the chemically modified fine cellulose fibers using the same can form molded articles with excellent appearance and physical properties, and can therefore be suitably applied to a wide range of applications, such as industrial machine parts, general machine parts, automobile, railway, vehicle, ship, and aerospace-related parts, electronic and electrical parts, building and civil engineering materials, daily necessities, sports and leisure goods, housing parts for wind power generation, containers and packaging parts, etc.
Claims (11)
前記化学修飾パルプを解繊して化学修飾微細セルロース繊維を生成する解繊工程、
を含む、化学修飾微細セルロース繊維の製造方法であって、
前記原料パルプが、平均繊維径1μm超を有し、
前記スラリーの固形分濃度が4質量%以上であり、
前記修飾工程を通じて、前記スラリーの水分率が6質量%未満である、方法。 a modification step in which the raw pulp is chemically modified to the inside of the fibers in a slurry containing the raw pulp, an aprotic polar solvent, a modifying agent which is an esterifying agent, and a catalyst to obtain a chemically modified pulp; and a defibration step in which the chemically modified pulp is defibrated to produce chemically modified fine cellulose fibers.
A method for producing chemically modified fine cellulose fibers, comprising:
The raw pulp has an average fiber diameter of more than 1 μm,
The solid content of the slurry is 4% by mass or more,
The method, wherein the moisture content of the slurry is less than 6% by mass throughout the modification step.
前記脱水工程が、前記原料パルプ、前記非プロトン性極性溶媒、前記修飾剤、前記触媒、及び前記スラリーからなる群から選択される1つ以上の水分率を、温度制御、圧力制御、湿度制御、及び脱水剤使用からなる群から選択される1つ以上によって1質量%以下に調整する工程である、請求項1に記載の方法。 Further comprising a dehydration step prior to the modification step,
2. The method according to claim 1, wherein the dewatering step is a step of adjusting the moisture content of one or more selected from the group consisting of the raw pulp, the aprotic polar solvent, the modifying agent, the catalyst, and the slurry to 1 mass% or less by one or more selected from the group consisting of temperature control, pressure control, humidity control, and use of a dewatering agent.
前記修飾工程を通じて、前記スラリーの水分率が1質量%以下である、請求項2に記載の方法。 In the dehydration step, the water content of the aprotic polar solvent is adjusted to 1% by mass or less;
The method according to claim 2 , wherein the moisture content of the slurry is 1% by mass or less throughout the modification process.
(1)結晶化度50%以上、
(2)重量平均分子量(Mw)100000以上、及び重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)比6以下、
(3)酸不溶成分平均含有率10質量%以下、並びに
(4)アルカリ可溶多糖類平均含有率12質量%以下、
からなる群から選択される1つ以上を満たす、請求項1に記載の方法。 The raw pulp has an average fiber length of 500 μm or more and an average fiber diameter of 20 μm or more, and has the following characteristics (1) to (4):
(1) Crystallinity of 50% or more,
(2) a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more, and a weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) ratio of 6 or less,
(3) average acid-insoluble component content of 10% by mass or less, and (4) average alkali-soluble polysaccharide content of 12% by mass or less,
The method of claim 1 , wherein the method satisfies one or more of the following:
前記触媒が無機塩であり、前記濾過工程で得たスラリー中の前記触媒の濃度が1質量%以下である、請求項1に記載の方法。 The method further comprises a filtering step of filtering the slurry after the modifying step,
2. The method of claim 1, wherein the catalyst is an inorganic salt and the concentration of the catalyst in the slurry obtained in the filtering step is 1% by weight or less.
前記濾過準備工程で得たスラリーを濾過する濾過工程と、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 a filtration preparation step of adding a flocculant to the slurry after the modification step, and then draining the slurry to obtain a slurry having a flocculant content of 50 mass% or less;
a filtration step of filtering the slurry obtained in the filtration preparation step;
The method of claim 1 further comprising:
前記化学修飾パルプの置換度(DS)が2.0以下であり、
前記化学修飾微細セルロース繊維の置換度(DS)が0.8~1.8であり、
前記化学修飾微細セルロース繊維におけるDS不均一比の変動係数(CV)が20%以下である、請求項1に記載の方法。 the esterification agent is a vinyl carboxylate;
The degree of substitution (DS) of the chemically modified pulp is 2.0 or less;
The degree of substitution (DS) of the chemically modified fine cellulose fiber is 0.8 to 1.8,
The method according to claim 1, wherein the coefficient of variation (CV) of the DS non-uniformity ratio in the chemically modified fine cellulose fiber is 20% or less.
前記化学修飾微細セルロース繊維を生成する前記解繊工程において、前記化学修飾パルプと樹脂とを混合するとともに前記化学修飾パルプを解繊することによって、化学修飾微細セルロース繊維と樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、樹脂組成物の製造方法。 A method for producing a resin composition using the method for producing chemically modified fine cellulose fibers according to any one of claims 1 to 9,
A method for producing a resin composition, in which in the defibration step of producing the chemically modified fine cellulose fibers, the chemically modified pulp and a resin are mixed and the chemically modified pulp is defibrated to produce a resin composition containing the chemically modified fine cellulose fibers and a resin.
前記化学修飾微細セルロース繊維と樹脂とを混合して樹脂組成物を生成する混合工程、
を含む、樹脂組成物の製造方法。 A fiber forming step of producing chemically modified fine cellulose fibers by the method for producing chemically modified fine cellulose fibers according to any one of claims 1 to 9, and a mixing step of mixing the chemically modified fine cellulose fibers with a resin to produce a resin composition.
A method for producing a resin composition comprising the steps of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023005288A JP2024101346A (en) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | Method for producing chemical modification fine cellulose fiber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023005288A JP2024101346A (en) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | Method for producing chemical modification fine cellulose fiber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024101346A true JP2024101346A (en) | 2024-07-29 |
Family
ID=91967568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023005288A Pending JP2024101346A (en) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | Method for producing chemical modification fine cellulose fiber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024101346A (en) |
-
2023
- 2023-01-17 JP JP2023005288A patent/JP2024101346A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7589272B2 (en) | High heat resistant resin composite containing cellulose fine fibers | |
JP7688202B2 (en) | Dried cellulose fiber body, its manufacturing method, and manufacturing method of resin composite | |
JP7688199B2 (en) | Dried cellulose fiber body, its manufacturing method, and manufacturing method of resin composite | |
JP7527830B2 (en) | Method for producing dried cellulose fiber body and method for producing resin composite | |
JP7411378B2 (en) | Cellulose resin composition | |
JP2025020229A (en) | Fibrous material dispersion and fibre reinforced resin composition | |
JP7444669B2 (en) | Composite particles containing fine cellulose fibers and resin compositions containing composite particles | |
JP2025096389A (en) | Method for producing dry powder of cellulose fiber | |
JP7566472B2 (en) | Method for producing cellulose nanofiber dry solid and redispersion of cellulose nanofiber | |
JP2025078773A (en) | Resin composition and method for producing same | |
JP2024163130A (en) | Fine cellulose fiber and resin composite | |
JP6937817B2 (en) | Cellulose composition | |
JP2021187885A (en) | Cellulose resin composition and method for producing the same | |
JP2021070747A (en) | Cellulose nanofiber powder and method for producing the same | |
JP2024101346A (en) | Method for producing chemical modification fine cellulose fiber | |
JP2023112485A (en) | Method for producing concentrate of cellulose fine fiber dispersion and method for producing resin composition | |
JP6681499B1 (en) | Chemically modified cellulose fine fiber and high heat resistant resin composite containing chemically modified cellulose fine fiber | |
JP7564943B2 (en) | Polyacetal resin composition and its manufacturing method | |
JP7342142B2 (en) | Cellulose resin composition | |
JP7492861B2 (en) | Polyamide resin composition and method for producing same | |
JP2024168161A (en) | Method for producing concentrate of cellulose fine fiber dispersion and method for producing resin composition | |
CN117413027A (en) | Resin composition and manufacturing method thereof | |
CN117062873A (en) | Polyacetal resin composition and method for producing same | |
JP2022158112A (en) | Method for producing resin composition | |
JP2023060625A (en) | Esterified cellulose nanofiber and production method of resin composition |