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JP7291367B2 - Intermediate and method for producing intermediate - Google Patents

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JP7291367B2
JP7291367B2 JP2018194555A JP2018194555A JP7291367B2 JP 7291367 B2 JP7291367 B2 JP 7291367B2 JP 2018194555 A JP2018194555 A JP 2018194555A JP 2018194555 A JP2018194555 A JP 2018194555A JP 7291367 B2 JP7291367 B2 JP 7291367B2
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cationic surfactant
cellulose
polyhydric alcohol
dispersion
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健一 新原
貴彦 牧瀬
徹 野口
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Shinshu University NUC
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Description

本発明は、セルロースナノファイバーを含む多孔質の中間体及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a porous intermediate containing cellulose nanofibers and a method for producing the same.

近年、天然セルロース繊維をナノサイズに解繊したセルロースナノファイバーが注目されている。天然セルロース繊維は、木材などのパルプを原料とするバイオマスであって、これを有効利用することによって、環境負荷低減が期待される。 In recent years, attention has been focused on cellulose nanofibers, which are obtained by defibrating natural cellulose fibers into nanosizes. Natural cellulose fibers are biomass made from pulp such as wood, and are expected to reduce the burden on the environment by effectively using them.

例えば、天然セルロース繊維にN-オキシル化合物を作用させることで得られるセルロースナノファイバー及び/又は該セルロースナノファイバーの誘導体と樹脂粒子と液媒体とを含むエマルジョンを調製し、次いで該エマルジョンから乾燥によって該液媒体を除去することで樹脂改質用添加剤を製造し、さらにその樹脂改質用添加剤と熱可塑性樹脂とを溶融混練し、溶融成形するセルロースナノファイバー複合成形体の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, an emulsion containing cellulose nanofibers obtained by reacting natural cellulose fibers with an N-oxyl compound and/or a derivative of the cellulose nanofibers, resin particles, and a liquid medium is prepared, and then dried from the emulsion. A method for producing a cellulose nanofiber composite molded article has been proposed in which a resin-modifying additive is produced by removing a liquid medium, and the resin-modifying additive and a thermoplastic resin are melt-kneaded and melt-molded. (See, for example, Patent Document 1).

また、微細セルロース繊維にカチオン界面活性剤を吸着させ、脱水乾燥後の固形物を得て、その固形物をさらにN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)やN,N-ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン(THF)等の極性溶媒に再度分散させた分散液を調整し、その分散液と樹脂とを複合化する複合材料の製造方法が提案されている(特許文献2参照)。 In addition, a cationic surfactant is adsorbed on fine cellulose fibers to obtain a solid after dehydration and drying, and the solid is further treated with N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide, or tetrahydrofuran (THF). A method for producing a composite material has been proposed in which a dispersion is prepared by re-dispersing it in a polar solvent such as a polar solvent, and the dispersion and a resin are combined (see Patent Document 2).

特開2013-14741号公報JP 2013-14741 A 特開2016-188375号公報JP 2016-188375 A

しかしながら、特許文献1の技術によれば、セルロースナノファイバーは、水の一部を除去する乾燥工程において水素結合を形成して凝集するため、樹脂改質用添加剤中にセルロースナノファイバーが凝集塊となって残る。したがって、セルロースナノファイバー複合成形体中において、セルロースナノファイバーが高度に解繊された状態で存在できないため、熱可塑性樹脂をセルロースナノファイバーによって十分に補強することができない。 However, according to the technique of Patent Document 1, the cellulose nanofibers aggregate by forming hydrogen bonds in the drying process in which part of the water is removed. remains. Therefore, since the cellulose nanofibers cannot exist in a highly defibrated state in the cellulose nanofiber composite molded article, the thermoplastic resin cannot be sufficiently reinforced by the cellulose nanofibers.

また、特許文献2の方法では、乾燥工程において微細セルロース繊維の再凝集が起こりやすく、極性溶媒による再分散の過程においても、一度再凝集した微細セルロース繊維を再度、解繊することは容易ではない。また、熱可塑性樹脂と混練りする際には使用溶媒の沸点以上の温度での加工(混練り)が必要なため、溶媒は容易に揮発し、微細セルロース繊維の再凝集が起こり、微細セルロース繊維が解繊された状態で複合化した複合材料を得ることは難しい。セルロースの繊維径が小さくなればより凝集しやすく、再度解繊させることは困難である。したがって特許文献2の方法を単純に適用することは困難であると予想される。 In addition, in the method of Patent Document 2, reaggregation of the fine cellulose fibers tends to occur in the drying process, and even in the process of redispersion with a polar solvent, it is not easy to defibrate the reaggregated fine cellulose fibers again. . In addition, when kneading with a thermoplastic resin, it is necessary to process (knead) at a temperature above the boiling point of the solvent used, so the solvent easily volatilizes, causing reaggregation of the fine cellulose fibers, resulting in It is difficult to obtain a composite material in which the fibers are defibrated. As the cellulose fiber diameter becomes smaller, it tends to aggregate more easily, making it difficult to defibrate again. Therefore, it is expected that it will be difficult to simply apply the method of Patent Document 2.

そこで、本発明は、セルロースナノファイバーを複合化する際の取り扱い性及び加工性に優れた中間体及びその製造方法を提供する。 Accordingly, the present invention provides an intermediate that is excellent in handleability and processability when combining cellulose nanofibers, and a method for producing the same.

[1]本発明に係る中間体の一態様は、
アニオン性基を有するセルロースナノファイバーを含む多孔質の中間体であって、
前記中間体は、分子物質のマトリックスに直接混合されるものであり、
前記中間体は、前記セルロースナノファイバーとカチオン界面活性剤と多価アルコールとを含み、
前記セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~10nmであってかつアスペクト比の平均値が20~350であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍であることを特徴とする。
[1] One aspect of the intermediate according to the present invention is
A porous intermediate comprising cellulose nanofibers having anionic groups,
The intermediate is directly mixed into a matrix of polymeric material,
The intermediate comprises the cellulose nanofibers, a cationic surfactant and a polyhydric alcohol,
The cellulose nanofibers have an average fiber diameter of 3 nm to 10 nm and an average aspect ratio of 20 to 350,
The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the intermediate is 0.1 to 2.0 times,
The mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers in the intermediate is 2.0 to 20.0 times.

[2]前記中間体の一態様において、
前記中間体は、乾燥体であって、
前記乾燥体の密度が300kg/m~600kg/mであることができる。
[2] In one aspect of the intermediate,
The intermediate is a dry body,
The dry body may have a density of 300 kg/m 3 to 600 kg/m 3 .

[3]前記中間体の一態様において、
前記カチオン界面活性剤は、1級~3級のアミン塩及び4級アンモニウム塩のいずれか1つ以上ではあることができる。
[3] In one aspect of the intermediate,
The cationic surfactant may be any one or more of primary to tertiary amine salts and quaternary ammonium salts.

[4]前記中間体の一態様において、
前記カチオン界面活性剤は、炭素数が10~18の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩であることができる。
[4] In one aspect of the intermediate,
The cationic surfactant may be a quaternary ammonium salt having a long-chain alkyl group of 10-18 carbon atoms.

[5]本発明に係る中間体の一態様において、
前記多価アルコールは、2価アルコール及び3価アルコールのいずれか1つ以上であることができる。
[5] In one aspect of the intermediate according to the present invention,
The polyhydric alcohol may be one or more of dihydric alcohol and trihydric alcohol.

[6]本発明に係る中間体の製造方法の一態様は、
水系溶媒にアニオン性基を有するセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合して多泡体を含むCNF分散液を得る工程と、
前記CNF分散液から前記水系溶媒を除去して多孔質の中間体を得る工程と、
を含み、
前記セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~10nmであってかつアスペクト比の平均値が20~350であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍であり、
前記多泡体は、前記セルロースナノファイバーと前記カチオン界面活性剤と前記多価アルコールを含み、
前記中間体は、前記多泡体から前記水系溶媒が除去されたものであることを特徴とする。
[6] One aspect of the method for producing an intermediate according to the present invention is
A step of mixing an aqueous cellulose nanofiber dispersion in which cellulose nanofibers having an anionic group are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol to obtain a CNF dispersion containing polyfoam;
A step of removing the aqueous solvent from the CNF dispersion to obtain a porous intermediate;
including
The cellulose nanofibers have an average fiber diameter of 3 nm to 10 nm and an average aspect ratio of 20 to 350,
The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the intermediate is 0.1 to 2.0 times,
The mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers in the intermediate is 2.0 to 20.0 times,
The polyfoam contains the cellulose nanofibers, the cationic surfactant and the polyhydric alcohol,
The intermediate is obtained by removing the aqueous solvent from the multifoam.

[7]前記中間体の製造方法の一態様において、
前記CNF分散液を得る工程は、攪拌翼を用いて500rpm以上30000rpm以下で前記セルロースナノファイバーと前記カチオン界面活性剤とを含む分散液を攪拌することができる。
[7] In one aspect of the method for producing the intermediate,
In the step of obtaining the CNF dispersion, the dispersion containing the cellulose nanofibers and the cationic surfactant can be stirred at 500 rpm or more and 30000 rpm or less using a stirring blade.

[8]前記中間体の製造方法の一態様において、
前記多泡体の密度が400kg/m~900kg/mであり、
前記中間体の密度が300kg/m~600kg/mであることができる。
[8] In one aspect of the method for producing the intermediate,
the density of the multifoam is 400 kg/m 3 to 900 kg/m 3 ;
The intermediate may have a density of 300 kg/m 3 to 600 kg/m 3 .

本発明に係る多孔質の中間体は、セルロースナノファイバーを複合化する際の取り扱い性及び加工性に優れる。本発明に係る中間体の製造方法で得られる多孔質の中間体は、セルロースナノファイバーを複合化する際の取り扱い性及び加工性に優れる。 The porous intermediate according to the present invention is excellent in handleability and workability when cellulose nanofibers are combined. The porous intermediate obtained by the method for producing an intermediate according to the present invention is excellent in handleability and workability when cellulose nanofibers are combined.

本実施形態に係る中間体の製造方法のフローチャートである。3 is a flow chart of a method for manufacturing an intermediate according to the present embodiment; 実施例2の乾燥した中間体の写真である。4 is a photograph of the dried intermediate of Example 2. FIG. 比較例3の乾燥した中間体の写真である。3 is a photograph of the dried intermediate of Comparative Example 3. FIG. 実施例2の乾燥した中間体の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of the dried intermediate of Example 2. FIG. 実施例2の乾燥した中間体の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of the dried intermediate of Example 2. FIG. 実施例2の乾燥した中間体の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of the dried intermediate of Example 2. FIG. 比較例2の乾燥した中間体の電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph of the dried intermediate of Comparative Example 2. FIG. 実施例2の複合材料の電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph of the composite material of Example 2. FIG. 比較例3の複合材料の電子顕微鏡写真である。3 is an electron micrograph of the composite material of Comparative Example 3. FIG. 比較例5の複合材料の電子顕微鏡写真である。10 is an electron micrograph of the composite material of Comparative Example 5. FIG.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

1.本実施形態に係る中間体は、アニオン性基を有するセルロースナノファイバーを含む多孔質の中間体であって、前記中間体は、前記セルロースナノファイバーとカチオン界面活性剤と多価アルコールとを含み、前記セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~10nmであってかつアスペクト比の平均値が20~350であり、前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である。ここで本明細書において「~」で示す数値範囲は上限と下限を含む。 1. The intermediate according to the present embodiment is a porous intermediate containing cellulose nanofibers having an anionic group, the intermediate containing the cellulose nanofibers, a cationic surfactant and a polyhydric alcohol, The cellulose nanofibers have an average fiber diameter of 3 nm to 10 nm and an average aspect ratio of 20 to 350, and the mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the intermediate is 0. .1 to 2.0 times, and the mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers in the intermediate is 2.0 to 20.0 times. In this specification, the numerical range indicated by "-" includes an upper limit and a lower limit.

1-1.セルロースナノファイバー
セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~10nmであってかつアスペクト比の平均値が20~350である。セルロースナノファイバーの繊維径及びアスペクト比の平均値は、電子顕微鏡の視野内のセルロースナノファイバーの少なくとも50本以上について測定した算術平均値である。セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバー水分散液として提供される。該水分散液は、酸化セルロース繊維を含んでもよい。セルロースナノファイバーは、公知の種々の方法により得られたものも使用することが可能である。
1-1. Cellulose Nanofiber Cellulose nanofiber has an average fiber diameter of 3 nm to 10 nm and an average aspect ratio of 20 to 350. The average values of the fiber diameter and aspect ratio of the cellulose nanofibers are the arithmetic average values measured for at least 50 or more cellulose nanofibers within the field of view of the electron microscope. Cellulose nanofibers are provided as a cellulose nanofiber aqueous dispersion. The aqueous dispersion may contain oxidized cellulose fibers. Cellulose nanofibers obtained by various known methods can also be used.

セルロースナノファイバー水分散液は、セルロースナノファイバーの固形分が0.01質量%~5質量%であることができ、好ましくは0.1質量%~2質量%であることができる。水分散液におけるセルロースナノファイバー固形分が0.01質量%未満であると後述する乾燥工程に時間を要することになり、5質量%を超えるとカチオン界面活性剤を均一に処理できずセルロースナノファイバーの凝集塊が生じやすい。また、水分散液は、例えば、セルロースナノファイバーの固形分1質量%に希釈した水分散液であることができる。さらに、水分散液は、光透過率が40%以上であることができ、さらに光透過率が
60%以上であることができ、特に80%以上であることができる。水分散液の光透過率は、紫外可視分光硬度計を用いて、波長660nmでの光透過率として測定することができる。
The cellulose nanofiber aqueous dispersion may have a cellulose nanofiber solid content of 0.01% to 5% by mass, preferably 0.1% to 2% by mass. If the cellulose nanofiber solid content in the aqueous dispersion is less than 0.01% by mass, the drying process described later will take time, and if it exceeds 5% by mass, the cationic surfactant cannot be uniformly treated and the cellulose nanofibers agglomeration is likely to occur. Further, the aqueous dispersion may be, for example, an aqueous dispersion in which the solid content of cellulose nanofibers is diluted to 1% by mass. Furthermore, the aqueous dispersion can have a light transmittance of 40% or more, and further can have a light transmittance of 60% or more, and in particular can have a light transmittance of 80% or more. The light transmittance of the aqueous dispersion can be measured as light transmittance at a wavelength of 660 nm using an ultraviolet-visible spectrophotometer.

公知のセルロースナノファイバーの原料としては、木材等の植物性材料に由来するものであることができる。植物性材料の原料を用いるセルロースナノファイバーの作成方法としては、例えば、原料に化学的処理を施して解繊しやすい状態にした後に機械的なせん断力による物理的処理を施して原料を解繊し製造したものや、高圧ホモジナイザー法、グラインダー摩砕法、凍結粉砕法、強剪断力混練法、ボールミル粉砕法など公知の機械的な高せん断力を用いた方法により物理的に原料を解繊し製造したものを使用することができる。 Raw materials for known cellulose nanofibers can be those derived from plant materials such as wood. As a method for producing cellulose nanofibers using a raw material of plant origin, for example, the raw material is chemically treated to make it easy to defibrate, and then the raw material is defibrated by subjecting the raw material to a physical treatment using a mechanical shearing force. Manufactured by physically disentangling raw materials by known methods using high mechanical shear force such as high-pressure homogenizer method, grinder grinding method, freeze grinding method, strong shear force kneading method, ball mill grinding method, etc. can be used.

セルロースナノファイバーは、アニオン性基を有する。アニオン性基を有するセルロースナノファイバーは、原料に化学処理を施す際に、または物理的に解繊したものに対して、アニオン性基を導入して、さらに微細化(解繊)することで得られる。微細化工程では、アニオン性基の反発作用によって解繊しやすい。アニオン性基としては、例えば、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、硫酸基、亜リン酸基、ザンテート基(-OCSS)及びこれらの塩のいずれか1種以上を含む。アニオン性基を有するセルロースナノファイバーとしては、例えば、カルボキシル基またはカルボキシル基の塩を有する酸化セルロースナノファイバー、リン酸基またはリン酸基の塩を有するリン酸エステル化セルロースナノファイバー、硫酸基または硫酸基の塩を有する硫酸エステル化セルロースナノファイバー、亜リン酸基または亜リン酸基の塩を有する亜リン酸エステル化セルロースナノファイバー、ザンテート基またはザンテート基の塩を有するザンテート化セルロースナノファイバーなどがある。酸化セルロースナノファイバーとしては、例えば、TEMPO酸化セルロースナノファイバー及びカルボキシメチル化セルロースナノファイバーなどがある。 Cellulose nanofibers have anionic groups. Cellulose nanofibers with anionic groups can be obtained by chemically treating raw materials or by introducing anionic groups into a material that has been physically defibrated and further refining (fibrillation). be done. In the refining process, the fibers are easily fibrillated due to the repulsive action of the anionic groups. The anionic group includes, for example, any one or more of carboxylic acid group, phosphoric acid group, sulfonic acid group, sulfate group, phosphorous acid group, xanthate group ( -OCSS- ) and salts thereof. Cellulose nanofibers having anionic groups include, for example, oxidized cellulose nanofibers having a carboxyl group or a salt of a carboxyl group, phosphate-esterified cellulose nanofibers having a phosphate group or a salt of a phosphate group, a sulfate group or a sulfuric acid group. a sulfate-esterified cellulose nanofiber having a group salt, a phosphite-esterified cellulose nanofiber having a phosphite group or a salt of a phosphite group, a xanthate group or a salt of a xanthate group, and the like. be. Oxidized cellulose nanofibers include, for example, TEMPO oxidized cellulose nanofibers and carboxymethylated cellulose nanofibers.

1-1-1.酸化セルロースナノファイバー
酸化セルロースナノファイバーとしてTEMPO酸化セルロースナノファイバーを含む水分散液は、例えば天然セルロース繊維を酸化して酸化セルロース繊維を得る酸化工程と、酸化セルロース繊維を微細化処理する微細化工程とを含む製造方法によって得ることができる。
1-1-1. Oxidized Cellulose Nanofibers An aqueous dispersion containing TEMPO oxidized cellulose nanofibers as oxidized cellulose nanofibers is prepared through, for example, an oxidation step of oxidizing natural cellulose fibers to obtain oxidized cellulose fibers, and a refining step of refining the oxidized cellulose fibers. It can be obtained by a manufacturing method including

酸化工程は、原料となる天然セルロース繊維に対して水を加え、ミキサー等で処理して、水中に天然セルロース繊維を分散させたスラリーを調製する。ここで、天然セルロース繊維としては、例えば、木材パルプ、綿系パルプ、バクテリアセルロース等が含まれる。より詳細には、木材パルプとしては、例えば針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等を挙げることができ、綿系パルプとしては、コットンリンター、コットンリントなどを挙げることができ、非木材系パルプとしては、麦わらパルプ、バガスパルプ等を挙げることができる。天然セルロース繊維は、これらの少なくとも1種以上を用いることができる。 In the oxidation step, water is added to natural cellulose fibers as a raw material, and the mixture is treated with a mixer or the like to prepare a slurry in which natural cellulose fibers are dispersed in water. Here, the natural cellulose fibers include, for example, wood pulp, cotton pulp, bacterial cellulose, and the like. More specifically, examples of wood pulp include softwood pulp and hardwood pulp, examples of cotton pulp include cotton linter and cotton lint, and examples of non-wood pulp include: Straw pulp, bagasse pulp and the like can be mentioned. At least one of these can be used as the natural cellulose fiber.

酸化工程としては、TEMPO酸化の場合には、水中においてN-オキシル化合物を酸化触媒として天然セルロース繊維を酸化処理して酸化セルロース繊維を得る。酸化工程としては、セルロースを酸化する公知の方法を採用することができる。セルロースの酸化触媒として使用可能なN-オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシル(以下、TEMPOとも表記する)、4-アセトアミド-TEMPO、4-カルボキシ-TEMPO、4-フォスフォノオキシ-TEMPO等を用いることができる。酸化セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリルの束であることができる。酸化セルロース繊維は微細化工程においてセルロースナノファイバーに解繊することができる。 As the oxidation step, in the case of TEMPO oxidation, natural cellulose fibers are oxidized in water using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst to obtain oxidized cellulose fibers. As the oxidation step, a known method for oxidizing cellulose can be employed. Examples of N-oxyl compounds that can be used as cellulose oxidation catalysts include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (hereinafter also referred to as TEMPO), 4-acetamido-TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO and the like can be used. Oxidized cellulose fibers can be bundles of cellulose microfibrils. Oxidized cellulose fibers can be defibrated into cellulose nanofibers in a refining process.

微細化工程は、酸化セルロース繊維を水等の溶媒中で撹拌処理することができ、セルロースナノファイバーを得ることができる。微細化工程における撹拌処理は、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等を用いることができる。このようにして得られた水分散液中のセルロースナノファイバーの繊維径の平均値は、3nm~10nmであることができ、さらに3nm~4nmであることができる。この水分散液中のセルロースナノファイバーのアスペクト比の平均値は、20~350であることができ、さらに20~250であることができ、特に50~200であることができる。 In the refining step, the oxidized cellulose fibers can be stirred in a solvent such as water to obtain cellulose nanofibers. Stirring treatment in the miniaturization step includes, for example, a disintegrator, a beater, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic agitator, and a household juicer mixer. etc. can be used. The average fiber diameter of the cellulose nanofibers in the aqueous dispersion thus obtained can be 3 nm to 10 nm, and can be 3 nm to 4 nm. The average aspect ratio of the cellulose nanofibers in the aqueous dispersion can be 20-350, more preferably 20-250, and particularly 50-200.

酸化セルロースナノファイバーとしてカルボキシメチル化セルロースを含む水分散液は、例えば、マーセル化工程、エーテル化工程、及び微細化工程によって製造することができる。 Aqueous dispersions containing carboxymethylated cellulose as oxidized cellulose nanofibers can be produced, for example, by a mercerization process, an etherification process, and a micronization process.

マーセル化工程は、天然セルロース繊維と分散媒、マーセル化剤を混合してマーセル化処理を行う。分散媒は、例えば、低級アルコールの単独、又は2種以上の混合物と水の混合媒体を使用する。低級アルコールは、例えば、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどである。マーセル化剤は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属を使用する。 In the mercerizing step, natural cellulose fibers, a dispersion medium, and a mercerizing agent are mixed and mercerized. As the dispersion medium, for example, a lower alcohol alone or a mixture of two or more lower alcohols and water is used. Lower alcohols are, for example, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol and the like. Mercerizing agents are, for example, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide.

エーテル化工程は、マーセル化処理の後、カルボキシメチル化剤を添加してエーテル化反応を行う。カルボキシメチル化剤は、例えばモノクロロ酢酸ナトリウムなどである。 In the etherification step, after the mercerization treatment, a carboxymethylating agent is added to carry out an etherification reaction. Carboxymethylating agents include, for example, sodium monochloroacetate.

微細化工程は、エーテル化反応後、上述の微細化工程と同様に行うことができ、例えば高圧ホモジナイザー等によって微細化処理することでカルボキシメチル化セルロースナノファイバーを得ることができる。こうして得られるカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、TEMPO酸化セルロースナノファイバーと同じ繊維径とアスペクト比を有することができる。 After the etherification reaction, the micronization step can be performed in the same manner as the micronization step described above. For example, carboxymethylated cellulose nanofibers can be obtained by micronization treatment using a high-pressure homogenizer or the like. The carboxymethylated cellulose nanofibers thus obtained can have the same fiber diameter and aspect ratio as TEMPO-oxidized cellulose nanofibers.

1-1-2.リン酸エステル化セルロースナノファイバー
リン酸エステル化セルロースナノファイバーを含む水分散液は、例えば、乾燥したまたは湿潤状態のセルロース繊維原料にリン酸またはリン酸誘導体の粉末や水溶液を混合する方法や、セルロース繊維原料の分散液にリン酸またはリン酸誘導体の水溶液を添加する方法などで得ることができる。これら方法においては、通常、リン酸またはリン酸誘導体の粉末や水溶液を混合または添加した後に、脱水処理、加熱処理等を行う。ここで、リン酸またはリン酸誘導体としては、リン原子を含有するオキソ酸、ポリオキソ酸またはそれらの誘導体から選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。これにより、セルロースを構成するグルコースユニットの水酸基にリン酸基を含む化合物またはその塩が脱水反応してリン酸エステルが形成され、リン酸基またはその塩が導入される。リン酸基またはその塩が導入されたセルロース繊維は、上述の微細化工程を行うことにより、リン酸エステル化セルロースナノファイバーを得ることができる。こうして得られるリン酸エステル化セルロースナノファイバーは、TEMPO酸化セルロースナノファイバーと同じ繊維径とアスペクト比を有することができる。
1-1-2. An aqueous dispersion containing phosphorylated cellulose nanofibers can be prepared, for example, by mixing a dry or wet cellulose fiber raw material with a powder or aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative, or by mixing cellulose. It can be obtained, for example, by adding an aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative to a dispersion of fiber raw materials. In these methods, usually, after mixing or adding a powder or aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative, dehydration treatment, heat treatment, or the like is performed. Here, the phosphoric acid or phosphoric acid derivative includes at least one compound selected from oxoacids containing phosphorus atoms, polyoxoacids, and derivatives thereof. As a result, a compound containing a phosphate group in the hydroxyl group of a glucose unit constituting cellulose or a salt thereof undergoes a dehydration reaction to form a phosphate ester, and a phosphate group or a salt thereof is introduced. Phosphate-esterified cellulose nanofibers can be obtained from the cellulose fibers into which a phosphate group or a salt thereof has been introduced by performing the above-described refining process. The phosphate-esterified cellulose nanofibers thus obtained can have the same fiber diameter and aspect ratio as the TEMPO-oxidized cellulose nanofibers.

1-2.カチオン界面活性剤
カチオン界面活性剤は、セルロースナノファイバー同士の水素結合による凝集を抑制できる。カチオン界面活性剤は、多泡体から水系溶媒を除去した後の中間体におけるセルロースナノファイバー同士の凝集を抑制する効果を有する。カチオン界面活性剤は、1級~3級のアミン塩及び4級アンモニウム塩のいずれか1つ以上であることができる。特にカチオン界面活性剤は、炭素数(C数)が1~40、好ましくは2~20、更に好ましくは
8~18の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩であることができる。炭素数が多い方が隣接するセルロースナノファイバーの水素結合による凝集を抑制する効果が高いと推測できる。塩としては塩化物、臭化物等であることができる。
1-2. Cationic Surfactant A cationic surfactant can suppress aggregation due to hydrogen bonding between cellulose nanofibers. The cationic surfactant has the effect of suppressing aggregation of cellulose nanofibers in the intermediate after removing the aqueous solvent from the multifoam. Cationic surfactants can be any one or more of primary to tertiary amine salts and quaternary ammonium salts. In particular, the cationic surfactant can be a quaternary ammonium salt having a long chain alkyl group of 1 to 40 carbon atoms (C number), preferably 2 to 20 carbon atoms, more preferably 8 to 18 carbon atoms. It can be assumed that the larger the number of carbon atoms, the higher the effect of suppressing the aggregation of adjacent cellulose nanofibers due to hydrogen bonding. Salts can be chlorides, bromides, and the like.

炭素数が1~40の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩としては、例えば、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、塩化デシルトリメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化オクタデシルトリメチルアンモニウム等のトリメチルアンモニウム塩;塩化オクチルピリジニウム、塩化デシルピリジニウム、塩化ドデシルピリジニウム、塩化テトラデシルピリジニウム、塩化ヘキサデシルピリジニウム、塩化オクタデシルピリジニウム等のピリジニウム塩;塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化ベンジルトリアルキルアンモニウム、塩化ジアルキルジメチルアンモニウム、塩化トリメチルステアリルアンモニウム、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニム等が挙げられる。 Examples of quaternary ammonium salts having a long-chain alkyl group having 1 to 40 carbon atoms include octyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, and chloride. trimethylammonium salts such as octadecyltrimethylammonium; pyridinium salts such as octylpyridinium chloride, decylpyridinium chloride, dodecylpyridinium chloride, tetradecylpyridinium chloride, hexadecylpyridinium chloride, octadecylpyridinium chloride; benzalkonium chloride, benzethonium chloride, benzyltrichloride alkylammonium, dialkyldimethylammonium chloride, trimethylstearylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium bromide and the like.

CNF分散液におけるセルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比は0.1倍~2.0倍である。セルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比が0.1倍以上であればセルロースナノファイバー表面のカルボキシル基へ作用させることで、セルロースナノファイバーの再凝集を抑制し、複合材料のマトリックス成分中で良好な解繊状態を得ることができる。CNF分散液におけるセルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比が2.0倍を超えると複合材料中での界面活性剤量が多くなり、加工性が低下するとともに、複合材料の諸物性が低下する。さらに、セルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比は0.1倍~1.5倍であることができる。当該質量比が1.5倍以下であれば後述する混合工程における加工性に優れることができる。 The mass ratio of cationic surfactant to cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 0.1 to 2.0 times. If the mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers is 0.1 times or more, by acting on the carboxyl groups on the surface of the cellulose nanofibers, reaggregation of the cellulose nanofibers is suppressed, and in the matrix component of the composite material. A good defibration state can be obtained. When the mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion exceeds 2.0 times, the amount of surfactant in the composite material increases, the workability decreases, and the physical properties of the composite material decrease. do. Furthermore, the mass ratio of cationic surfactant to cellulose nanofibers can be 0.1 to 1.5 times. If the mass ratio is 1.5 times or less, the workability in the mixing step described later can be excellent.

1-3.多価アルコール
多価アルコールは、後述する中間体を得る工程で水系溶媒が除去されてもセルロースナノファイバー同士の水素結合を妨げることにより、脱水乾燥後のセルロースナノファイバーの再凝集を抑制することができる。そのため、多価アルコールはCNF分散液の水系溶媒との置換材としての機能を発揮する。また、混合工程におけるセルロースナノファイバーの解繊を容易にすることができる。多価アルコールは、1価アルコールを除くアルコールである。1価アルコールは水よりも沸点が低いため、採用できない。
1-3. Polyhydric alcohol Polyhydric alcohol prevents reaggregation of cellulose nanofibers after dehydration and drying by preventing hydrogen bonding between cellulose nanofibers even after the aqueous solvent is removed in the step of obtaining the intermediate described later. can. Therefore, the polyhydric alcohol exhibits a function as a substitute material for the aqueous solvent of the CNF dispersion. Moreover, the disentanglement of the cellulose nanofibers in the mixing step can be facilitated. Polyhydric alcohols are alcohols excluding monohydric alcohols. A monohydric alcohol cannot be used because its boiling point is lower than that of water.

多価アルコールは、水よりも高い沸点を有する。水よりも高い沸点を有することにより、後述する中間体を得る工程を経て水が蒸発しても多価アルコールは中間体中に残存することができる。また、界面活性剤がセルロースナノファイバーへ吸着しているため、セルロースナノファイバー同士は凝集せずに安定した分散状態を維持することができる。多価アルコールは、後述する混合工程における混練温度よりも高い沸点を有することが望ましい。混合工程で多価アルコールが急速に蒸発してセルロースナノファイバーの再凝集が生じることを防ぐためである。 Polyhydric alcohols have higher boiling points than water. By having a boiling point higher than that of water, the polyhydric alcohol can remain in the intermediate even if water evaporates through the step of obtaining the intermediate described later. Moreover, since the surfactant is adsorbed to the cellulose nanofibers, the cellulose nanofibers can maintain a stable dispersed state without aggregating. The polyhydric alcohol desirably has a boiling point higher than the kneading temperature in the later-described mixing step. This is to prevent the polyhydric alcohol from rapidly evaporating in the mixing step and causing reaggregation of the cellulose nanofibers.

多価アルコールは、2価アルコール及び3価アルコールのいずれか1つ以上であることができる。2価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール等が挙げられる。3価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。2価及び3価以外の多価アルコールをさらに含んでもよく、例えばペンタエリスリトール、ジグリセリン、ポリグリセリン等を含んでもよい。 Polyhydric alcohols can be any one or more of dihydric alcohols and trihydric alcohols. Examples of dihydric alcohols include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol and neopentyl glycol. Examples of trihydric alcohols include glycerin, trimethylolethane, trimethylolpropane, cyclohexanedimethanol and the like. Polyhydric alcohols other than dihydric and trihydric alcohols, such as pentaerythritol, diglycerin, and polyglycerin, may also be included.

CNF分散液におけるセルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である。セルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比が2.0倍以上であれば乾燥工程後の中間体を用いてゴム成分と複合化する際にセルロースナノファイバーを解繊することができ、20.0倍以上であれば複合化の際に加工が困難となる。また、セルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比は2.5倍~15.0倍であることができ、さらにセルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比は2.5倍以上15.0倍未満であることができる。 The mass ratio of polyhydric alcohol to cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 2.0 to 20.0 times. If the mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers is 2.0 times or more, the cellulose nanofibers can be defibrated when the intermediate after the drying step is combined with the rubber component. If it is more than double, it will be difficult to process when forming a composite. In addition, the mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers can be 2.5 to 15.0 times, and the mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers is 2.5 times or more and less than 15.0 times. can be

1-4.多孔質の中間体
中間体は、アニオン性基を有するセルロースナノファイバーを含む多孔質である。中間体が多孔質であることにより、セルロースナノファイバーを複合化する際の加工性に優れる。すなわち、乾燥して多孔質でない板状の場合には粉砕してマトリックス材料に混合する必要があるが、多孔質の中間体であれば粉砕する工程を省くことができ、複合化する際の加工性に優れる。また、乾燥して多孔質でない板状の場合には粉砕してマトリックス材料に混合してもセルロースナノファイバーの凝集体が複合材料中に多く存在するが、本実施形態における中間体であれば10μm以上のセルロースナノファイバーの凝集塊を含まない複合材料を容易に製造できる。乾燥して多孔質でない板状の場合には、多価アルコールの中でセルロースナノファイバーが凝集体を形成する。一方、多孔質の中間体の場合には、セルロースナノファイバー表面がカチオン界面活性剤で均一に覆われていることで凝集を抑制し、さらにセルロースナノファイバー表面を多価アルコールが覆うと推測される。
1-4. Porous Intermediate The intermediate is porous comprising cellulose nanofibers with anionic groups. Since the intermediate is porous, it is excellent in workability when combining cellulose nanofibers. That is, in the case of a dry non-porous plate, it is necessary to crush and mix it with the matrix material, but if it is a porous intermediate, the step of crushing can be omitted, and the processing at the time of compositing can be omitted. Excellent in nature. In addition, in the case of a dried non-porous plate, many aggregates of cellulose nanofibers are present in the composite material even if they are pulverized and mixed with the matrix material. A composite material containing no aggregates of cellulose nanofibers as described above can be easily produced. In the case of a dry non-porous plate, the cellulose nanofibers form aggregates in the polyhydric alcohol. On the other hand, in the case of a porous intermediate, it is speculated that the cellulose nanofiber surface is uniformly covered with a cationic surfactant to suppress aggregation, and that the polyhydric alcohol covers the cellulose nanofiber surface. .

中間体は、多孔質であるため板状態のものに比べて密度が小さいため、複合化する際には体積が大きいので取り扱い性に優れる。例えば、中間体は混練り中に多孔質であると崩れやすく、マトリックスとなる高分子物質に取り込まれやすい。 Since the intermediate is porous and has a lower density than a plate-like one, it has a large volume when it is compounded, and is therefore easy to handle. For example, if the intermediate is porous during kneading, it tends to crumble and is easily incorporated into the matrix polymer.

中間体は、乾燥体であることができる。ここで乾燥体とは、熱重量測定(TG:Thermo Gravimetry測定)において水分率が0質量%~20質量%であるものをいう。乾燥体である中間体の密度が300kg/m~600kg/mであることができる。多泡体の密度は、計量容器(計量カップ、ビーカー等)に多泡体を入れて重量と体積を測定した。 The intermediate can be a dry body. Here, the term "dry matter" refers to one having a moisture content of 0% by mass to 20% by mass in thermogravimetric measurement (TG: Thermo Gravimetry measurement). The intermediate, which is a dry body, may have a density of 300 kg/m 3 to 600 kg/m 3 . The density of the polyfoam was determined by placing the polyfoam in a weighing container (measuring cup, beaker, etc.) and measuring the weight and volume.

多孔質の中間体は、セルロースナノファイバーとカチオン界面活性剤と多価アルコールとからなるセル構造体が中空部を囲むように形成される。中間体における隣接する中空部同士は連続していてもよいし、それぞれが独立していてもよい。中間体における隣接するセル構造体同士は連続しており、例えば接続部分の厚さは4.0μm~5μmであり、例えば接続部分以外の膜厚は0.8μm~2.0μmである。セル構造体における各部の厚さは、中間体から多価アルコールを蒸発させた状態で走査型電子顕微鏡を用いて観察して測定した値である。 The porous intermediate is formed such that a cell structure composed of cellulose nanofibers, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol surrounds the hollow portion. Adjacent hollow portions in the intermediate may be continuous or may be independent of each other. Adjacent cell structures in the intermediate body are continuous, and the thickness of the connection portion is, for example, 4.0 μm to 5 μm, and the thickness of the portion other than the connection portion is, for example, 0.8 μm to 2.0 μm. The thickness of each part in the cell structure is a value measured by observing with a scanning electron microscope in a state where the polyhydric alcohol is evaporated from the intermediate.

カチオン界面活性剤がセルロースナノファイバーに吸着した状態にあるため、中間体における隣接するセルロースナノファイバー同士が水素結合により凝集せず、安定したセルロースナノファイバーの分散状態を維持できる。また、中間体における隣接するセルロースナノファイバーの間に多価アルコールが存在することにより、セルロースナノファイバーの再凝集を抑制する。中間体における多価アルコールの量が少ないとセルロースナノファイバー同士が近づくため凝集が起こりやすくなる。 Since the cationic surfactant is in a state of being adsorbed to the cellulose nanofibers, the cellulose nanofibers adjacent to each other in the intermediate do not aggregate due to hydrogen bonding, and a stable dispersed state of the cellulose nanofibers can be maintained. In addition, the presence of the polyhydric alcohol between adjacent cellulose nanofibers in the intermediate suppresses reaggregation of the cellulose nanofibers. If the amount of polyhydric alcohol in the intermediate is small, the cellulose nanofibers will come closer to each other, making aggregation more likely to occur.

中間体におけるカチオン界面活性剤はセルロースナノファイバー同士の水素結合による凝集を防ぎ、多価アルコールは複合材料のマトリックスとの混合工程におけるセルロースナノファイバーの解繊を容易とすることができる。そのため、中間体を用いることにより
、セルロースナノファイバーをマトリックス材料に複合化するための加工性に優れる。
The cationic surfactant in the intermediate prevents aggregation due to hydrogen bonding between cellulose nanofibers, and the polyhydric alcohol can facilitate defibration of the cellulose nanofibers in the step of mixing with the matrix of the composite material. Therefore, by using the intermediate, the processability for combining the cellulose nanofibers with the matrix material is excellent.

2.中間体の製造方法
図1を用いて中間体の製造方法について説明する。図1は本実施形態に係る中間体の製造方法のフローチャートである。
2. Method for Producing Intermediate A method for producing an intermediate will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flow chart of the method for producing an intermediate according to this embodiment.

本実施形態に係る中間体の製造方法は、水系溶媒にアニオン性基を有するセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合して多泡体を含むCNF分散液を得る工程(S10)と、前記CNF分散液から前記水系溶媒を除去して多孔質の中間体を得る工程(S20)と、を含み、前記セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~10nmであってかつアスペクト比の平均値が20~350であり、前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍であり、前記多泡体は、前記セルロースナノファイバーと前記カチオン界面活性剤と前記多価アルコールを含み、前記中間体は、前記多泡体から前記水系溶媒が除去されたものである。 In the method for producing an intermediate according to the present embodiment, an aqueous cellulose nanofiber dispersion in which cellulose nanofibers having an anionic group are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol are mixed to form a multifoam. and a step (S20) of obtaining a porous intermediate by removing the aqueous solvent from the CNF dispersion, wherein the cellulose nanofibers have an average fiber diameter of value is 3 nm to 10 nm, the average aspect ratio is 20 to 350, and the mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofiber in the intermediate is 0.1 to 2.0 times. , the mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers in the intermediate is 2.0 to 20.0 times, and the polyfoam is composed of the cellulose nanofibers, the cationic surfactant, and the polyhydric Including alcohol, the intermediate is obtained by removing the aqueous solvent from the foam.

2-1.CNF分散液を得る工程(S10)
CNF分散液を得る工程(S10)は、水系溶媒にセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合して多泡体を含むCNF分散液を得る工程である。セルロースナノファイバー、カチオン界面活性剤及び多価アルコールについては上述したものを用いることができ、ここでは重複する説明を省略する。
2-1. Step of obtaining a CNF dispersion (S10)
The step of obtaining a CNF dispersion (S10) includes mixing a cellulose nanofiber aqueous dispersion in which cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol to obtain a CNF dispersion containing polyfoam. It is a process. As for the cellulose nanofibers, the cationic surfactant, and the polyhydric alcohol, those described above can be used, and overlapping descriptions are omitted here.

CNF分散液を得る工程(S10)は、セルロースナノファイバー水分散液に所定量のカチオン界面活性剤と多価アルコールとを加え、公知の撹拌手段で混合することができる。CNF分散液を得る工程(S10)は、セルロースナノファイバーとカチオン界面活性剤とを攪拌して発泡させた後に、多価アルコールを加えて多泡体を含むCNF分散液を得てもよい。分散液を攪拌することで泡立たせて多泡体を得るためには、分散液には少なくともセルロースナノファイバー水分散液にカチオン界面活性剤が含まれる。撹拌手段としては、CNF分散液を発泡させることができれば攪拌方法は限定されないが、例えば、上述した酸化セルロースナノファイバーの微細化工程で用いられるものを採用することができる。 In the step of obtaining a CNF dispersion (S10), a predetermined amount of cationic surfactant and polyhydric alcohol can be added to a cellulose nanofiber aqueous dispersion and mixed by a known stirring means. In the step of obtaining a CNF dispersion (S10), cellulose nanofibers and a cationic surfactant are stirred to foam, and then a polyhydric alcohol is added to obtain a CNF dispersion containing polyfoam. In order to obtain foams by stirring the dispersion, the dispersion contains at least a cationic surfactant in the aqueous dispersion of cellulose nanofibers. As the stirring means, the stirring method is not limited as long as the CNF dispersion can be foamed.

CNF分散液を得る工程(S10)は、例えば、攪拌翼を用いて500rpm以上30000rpm以下で少なくともセルロースナノファイバー水分散液にカチオン界面活性剤が含まれる分散液を攪拌することができる。「rpm」は、「rotations per minute」の略で、回転が1分間に繰り返される回数を示す。攪拌翼を用いることで効率よく分散液を泡立てることができる。また、攪拌翼を用いることでチクソトロピー性のあるセルロースナノファイバー水分散液に他薬剤を均質に混合することができるため好ましい。攪拌翼の種類は特に限定されないが、例えば、プロペラ型、パドル型、タービン型等の公知の攪拌翼であることができる。攪拌翼を用いて500rpm以上で攪拌することで溶媒中にカチオン界面活性剤を均質に分散させることができ、セルロースナノファイバー表面にカチオン界面活性剤を均質に作用させることができる。30000回転以下であれば、市販の撹拌機で攪拌することができる。 In the step of obtaining the CNF dispersion (S10), for example, the dispersion containing the cationic surfactant in at least the cellulose nanofiber aqueous dispersion can be stirred at 500 rpm or more and 30000 rpm or less using a stirring blade. "rpm" is an abbreviation for "rotations per minute" and indicates the number of times the rotation is repeated in one minute. By using a stirring blade, the dispersion liquid can be efficiently foamed. In addition, it is preferable to use a stirring blade because the other drug can be homogeneously mixed with the thixotropic cellulose nanofiber aqueous dispersion. The type of the stirring blade is not particularly limited, and for example, it can be a known stirring blade such as propeller type, paddle type, and turbine type. By stirring at 500 rpm or more using a stirring blade, the cationic surfactant can be uniformly dispersed in the solvent, and the cationic surfactant can be uniformly acted on the cellulose nanofiber surface. A commercially available stirrer can be used for stirring at 30,000 rpm or less.

攪拌して得られた多泡体の密度が400kg/m~900kg/mであることができる。多泡体の密度が400kg/m以上であれば泡立てることが可能であるため好ましい。また、多泡体の密度が900kg/m以下とすることで多泡体の表面積が大きく
なるため、脱水乾燥工程における乾燥時間が短くなるため好ましい。多泡体の密度は、計量容器(計量カップ、ビーカー等)に多泡体を入れて重量と体積を測定した。多泡体の密度は、攪拌を終えた後、10分間静置した状態で測定する。CNF分散液は、攪拌後10分間静置すると多泡体と多泡体の下の液体との2層に分離する。多泡体にはCNF分散液全体に含まれるセルロースナノファイバーが集中する。多泡体は、比較的安定な形態であるため多泡体を計量容器に移すことができ、多泡体の安定性としては例えば攪拌10分後から7日の間、目視での変化は確認できなかった。
The density of the multifoam obtained by stirring can be 400 kg/m 3 to 900 kg/m 3 . A foam having a density of 400 kg/m 3 or more is preferable because foaming is possible. In addition, it is preferable that the density of the multi-foam is 900 kg/m 3 or less because the surface area of the multi-foam becomes large and the drying time in the dehydration drying process becomes short. The density of the polyfoam was determined by placing the polyfoam in a weighing container (measuring cup, beaker, etc.) and measuring the weight and volume. The density of the foam is measured after it has been allowed to stand for 10 minutes after stirring. The CNF dispersion separates into two layers, the foam and the liquid underneath the foam, when left to stand for 10 minutes after stirring. The multifoam concentrates the cellulose nanofibers contained throughout the CNF dispersion. Since the polyfoam is in a relatively stable form, it can be transferred to a weighing container, and the stability of the polyfoam can be confirmed visually for a period of, for example, 10 minutes after stirring for 7 days. could not.

2-2.中間体を得る工程(S20)
中間体を得る工程(S20)は、CNF分散液を得る工程(S10)で得られたCNF分散液から水系溶媒を除去して多孔質の中間体を得る工程である。この工程で得られた多孔質の中間体は、多泡体から水系溶媒が除去されたものである。多泡体から水系溶媒を除去する方法は、公知の方法を用いることができ、例えば加熱によって乾燥してもよいし、スプレードライ法によって乾燥してもよい。CNF分散液の例えば約半分が多泡体となっているため、表面積が大きくなり、乾燥時間を短縮することができる。
2-2. Step of obtaining an intermediate (S20)
The step of obtaining an intermediate (S20) is a step of obtaining a porous intermediate by removing the aqueous solvent from the CNF dispersion obtained in the step of obtaining a CNF dispersion (S10). The porous intermediate obtained in this step is obtained by removing the aqueous solvent from the foam. As a method for removing the aqueous solvent from the foam, a known method can be used. For example, the foam may be dried by heating or may be dried by a spray drying method. For example, about half of the CNF dispersion is multifoam, which increases the surface area and shortens the drying time.

中間体を得る工程(S20)により得られた中間体の密度は、300kg/m~600kg/mであることができる。中間体の密度は、計量容器(計量カップ、ビーカー等)に中間体を入れて重量と体積を測定した。こうして上述した多孔質の中間体が得られる。多泡体の部分にセルロースナノファイバーが集中していたため、多孔質の中間体を構成するセル構造体の骨格部分がセルロースナノファイバーで形成されていると推測できる。中間体については上述したので、重複する説明は省略する。 The intermediate obtained by the step of obtaining the intermediate (S20) may have a density of 300 kg/m 3 to 600 kg/m 3 . The density of the intermediate was measured by placing the intermediate in a measuring container (measuring cup, beaker, etc.) and measuring the weight and volume. The porous intermediate described above is thus obtained. Since the cellulose nanofibers were concentrated in the multifoam portion, it can be assumed that the skeleton portion of the cell structure constituting the porous intermediate was formed of cellulose nanofibers. Since the intermediates have been described above, redundant description will be omitted.

3.複合材料の製造方法
本実施形態に係る複合材料の製造方法は、多孔質の中間体をマトリックス材料となる高分子物質と混合して複合材料を製造することができる。高分子物質は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴムのいずれか1つ以上であることができる。
3. Method for Producing Composite Material In the method for producing a composite material according to the present embodiment, a composite material can be produced by mixing a porous intermediate with a polymer substance as a matrix material. The polymeric material can be one or more of thermoplastics, thermosets, thermoplastic elastomers, and rubbers.

中間体と高分子物質との混合は、公知の各種混合方法を用いて行うことができるが、セルロースナノファイバーが解繊した状態でマトリックス材料に均一に分散させるためには、マトリックス材料に高いせん断力を与えると共に、高分子物質の弾性による復元力を利用したいわゆる弾性混練り法を用いることが好ましい。 Mixing of the intermediate and the polymer substance can be performed using various known mixing methods. It is preferable to use a so-called elastic kneading method that applies a force and utilizes the restoring force due to the elasticity of the polymeric substance.

複合材料は、10μm以上の最大幅を有するセルロースナノファイバーの凝集塊を含まないことができ、さらに、5μm以上の最大幅を有するセルロースナノファイバーの凝集塊を含まないことができ、特に1μm以上の最大幅を有する凝集塊を含まないことができる。セルロースナノファイバー凝集塊は、複数のセルロースナノファイバーが寄り集って粒子状に凝集したままマトリックス中に点在するものである。セルロースナノファイバー凝集塊の最大幅は、透過型光学顕微鏡で複合材料シート、走査型電子顕微鏡で複合材料の割断面を観察することでマトリックス材料中に点在する粒子状の凝集塊を観察して最大幅を計測する。 The composite material can be free of aggregates of cellulose nanofibers having a maximum width of 10 µm or more, and further can be free of aggregates of cellulose nanofibers having a maximum width of 5 µm or more, particularly 1 µm or more. It may contain no agglomerates with the widest width. Cellulose nanofiber aggregates are scattered in a matrix while a plurality of cellulose nanofibers are gathered together and aggregated into particles. The maximum width of the cellulose nanofiber agglomerates can be determined by observing the composite sheet with a transmission optical microscope and the fracture surface of the composite material with a scanning electron microscope to observe particulate agglomerates scattered in the matrix material. Measure the maximum width.

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。 The present invention may omit a part of the configuration or combine each embodiment and modifications as long as the features and effects described in the present application are provided.

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。ここで同一の構成とは、機能、方法および結果が同一の構成、または目的および効果が同一の構成をいう。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術
を付加した構成を含む。
The present invention includes substantially the same configuration as the configuration described in the embodiment. Here, the same configuration means a configuration with the same function, method and result, or a configuration with the same purpose and effect. Moreover, the present invention includes configurations in which non-essential portions of the configurations described in the embodiments are replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effects or achieves the same purpose as the configurations described in the embodiments. In addition, the present invention includes configurations obtained by adding known techniques to the configurations described in the embodiments.

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these.

(A)実施例1~実施例8のサンプルの作製
CNF分散液を得る工程:セルロースナノファイバー水分散液(CNF1:第一工業製薬社製2%濃度TEMPO酸化セルロースナノファイバーを水で希釈して表に記載の濃度のセルロースナノファイバー水分散液(溶媒は水)とした。その水分散液に、多価アルコールを投入し、ジューサーミキサー(Waring製ブレンダーMX1200XTX)を使用し、回転数20,000rpmで15秒間撹拌することで混合した。さらにこの混合物にカチオン界面活性剤を投入し、同ジューサーミキサーを使用して表に「攪拌速度」として記載した回転数で15秒間撹拌することで混合してCNF分散液を得た。なお、表におけるCNFの「濃度」は、セルロースナノファイバー水分散液中のセルロースナノファイバーの濃度であり、単位は質量%であった。
(A) Preparation of samples of Examples 1 to 8 Step of obtaining CNF dispersion: Cellulose nanofiber aqueous dispersion (CNF1: Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. 2% concentration TEMPO oxidized cellulose nanofiber diluted with water An aqueous dispersion of cellulose nanofibers (solvent is water) having the concentration shown in the table was prepared, polyhydric alcohol was added to the dispersion, and a juicer mixer (Blender MX1200XTX manufactured by Waring) was used at a rotation speed of 20,000 rpm. Further, a cationic surfactant was added to this mixture and mixed by stirring for 15 seconds at the number of rotations described as "stirring speed" in the table using the same juicer mixer. A CNF dispersion was obtained, and the "concentration" of CNF in the table is the concentration of cellulose nanofibers in the aqueous dispersion of cellulose nanofibers, and the unit is % by mass.

表1~表8において、
「CNF1」:TEMPO酸化セルロースナノファイバー(セルロースナノファイバーの平均繊維径は3.3nm、平均アスペクト比は160)、
「K1」:ACROS ORGANICS社製、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、98%濃度、
「K2」:関東化学社製、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム:、95%濃度、
「DEG」:富士フィルム和光純薬工業社製、ジエチレングリコール、特級、
であった。
In Tables 1 to 8,
"CNF1": TEMPO oxidized cellulose nanofibers (cellulose nanofibers have an average fiber diameter of 3.3 nm and an average aspect ratio of 160);
"K1": manufactured by ACROS ORGANICS, dodecyltrimethylammonium chloride, 98% concentration,
"K2": manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., hexadecyltrimethylammonium chloride: 95% concentration,
"DEG": manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., diethylene glycol, special grade,
Met.

表1~表8において、カチオン界面活性剤及び多価アルコールの配合量は、各実施例におけるセルロースナノファイバーの配合量を「1」としたときの配合量を示した。したがって、例えばCNFの配合量が1質量部(phr)でありDEGが「10」であればCNF分散液におけるDEGの配合量は10質量部となる。なお、表5~表8の多価アルコールの配合量は、CNF分散液における配合量を参考として示した。 In Tables 1 to 8, the blending amounts of the cationic surfactant and the polyhydric alcohol are shown when the blending amount of the cellulose nanofiber in each example is set to "1". Therefore, for example, if the CNF compounding amount is 1 part by mass (phr) and the DEG is "10", the DEG compounding amount in the CNF dispersion is 10 parts by mass. It should be noted that the blending amount of the polyhydric alcohol in Tables 5 to 8, the blending amount in the CNF dispersion was shown as a reference.

中間体を得る工程:CNF分散液から水系溶媒を除去して多孔質の中間体を得た。より具体的には、発泡体を含むCNF分散液をバットに流し込み、オーブンにて表に示す乾燥温度と乾燥時間で乾燥して水系溶媒を除去し、多孔質の中間体を得た。中間体は、熱重量測定(TG:Thermo Gravimetry測定)において水分率が20質量%以下の乾燥体であった。 Step of obtaining an intermediate: The aqueous solvent was removed from the CNF dispersion to obtain a porous intermediate. More specifically, the CNF dispersion containing the foam was poured into a vat and dried in an oven at the drying temperature and drying time shown in the table to remove the aqueous solvent and obtain a porous intermediate. The intermediate was a dry body with a moisture content of 20% by mass or less in thermogravimetry (TG: Thermo Gravimetry measurement).

(B)比較例2~比較例7のサンプルの作製
比較例2は、攪拌速度を300rpmとした他は実施例2と同様にしてサンプルを得た。比較例2のサンプルは泡立たなかった。比較例3は、カチオン界面活性剤を添加しない点を除き実施例2と同様にサンプルを得た。比較例3のサンプルは泡立たなかった。
(B) Preparation of Samples of Comparative Examples 2 to 7 In Comparative Example 2, samples were obtained in the same manner as in Example 2, except that the stirring speed was 300 rpm. The sample of Comparative Example 2 did not foam. For Comparative Example 3, a sample was obtained in the same manner as in Example 2, except that no cationic surfactant was added. The sample of Comparative Example 3 did not foam.

比較例4は、カチオン界面活性剤をCNFの0.05倍にした点を除き実施例2と同様にサンプルを得た。比較例4のサンプルは泡立ちが悪かった。比較例5は、多価アルコールを添加しない点を除き実施例2と同様にサンプルを得た。 For Comparative Example 4, a sample was obtained in the same manner as in Example 2, except that the cationic surfactant was 0.05 times that of CNF. The sample of Comparative Example 4 foamed poorly. For Comparative Example 5, a sample was obtained in the same manner as in Example 2, except that no polyhydric alcohol was added.

比較例6は、カチオン界面活性剤を添加せず、かつ、多価アルコールをCNFの50倍にした点を除き、実施例2と同様にサンプルを得た。比較例6のサンプルは泡立たなかった。比較例7は、カチオン界面活性剤をCNFの3倍にした点を除き実施例2と同様に実施してサンプルを得た。 For Comparative Example 6, a sample was obtained in the same manner as in Example 2, except that the cationic surfactant was not added and the polyhydric alcohol was 50 times the CNF. The sample of Comparative Example 6 did not foam. Comparative Example 7 was carried out in the same manner as in Example 2, except that the cationic surfactant was three times that of CNF.

(C)多泡体の密度測定
実施例1~8のCNF分散液から多泡体を取り出し、多泡体の部分だけの密度(kg/m)を測定した。多泡体の密度は、計量容器に多泡体を入れて重量と体積を測定して密度を計算した。多泡体の密度は、表に「泡の密度」として記載した。また、多泡体の密度の逆数である比容積も計算し表に「泡の比容積」として記載した。
(C) Measurement of Density of Multifoam The multifoam was taken out from the CNF dispersions of Examples 1 to 8, and the density (kg/m 3 ) of only the multifoam portion was measured. The density of the polyfoam was calculated by placing the polyfoam in a weighing container and measuring the weight and volume. The density of the multifoam is reported in the table as "Foam Density". The specific volume, which is the reciprocal of the density of the multifoam, was also calculated and reported in the table as "foam specific volume".

(D)中間体の密度測定
実施例1~8の中間体の密度を測定した。中間体の密度は、計量容器に中間体を入れて重量と体積を測定して密度を計算した。中間体の密度は、表に「乾燥体の密度」として記載した。
(D) Measurement of Density of Intermediates The densities of the intermediates of Examples 1-8 were measured. The density of the intermediate was calculated by putting the intermediate in a weighing container and measuring the weight and volume. The density of the intermediate is listed in the table as "Dry Body Density".

Figure 0007291367000001
Figure 0007291367000001

Figure 0007291367000002
Figure 0007291367000002

Figure 0007291367000003
Figure 0007291367000003

Figure 0007291367000004
Figure 0007291367000004

実施例2、4~8の乾燥時間は、同じ乾燥温度の比較例2~6の乾燥時間よりも短時間で乾燥体になった。実施例3は乾燥温度を90℃に設定することで乾燥時間が実施例2よりも短縮されて4時間になった。 The drying times of Examples 2 and 4 to 8 were shorter than the drying times of Comparative Examples 2 to 6 at the same drying temperature. In Example 3, by setting the drying temperature to 90° C., the drying time was shortened to 4 hours compared to Example 2.

実施例1は、CNF分散液における水分量が多いため乾燥時間が実施例2よりも長いが、多泡体及び中間体の密度は実施例2に近い値を示した。CNF分散液の粘度が低いためCNFと各配合剤とが混ざりやすく、撹拌時間が短くなる。 Example 1 had a longer drying time than Example 2 due to the higher water content in the CNF dispersion, but showed values close to those of Example 2 for the densities of the multifoam and intermediates. Since the viscosity of the CNF dispersion is low, the CNF and each compounding agent are easily mixed, and the stirring time is shortened.

実施例1~8の多泡体の密度は、484(kg/m)~701(kg/m)であった。実施例1~8の多泡体の比容積は、1.4(cm/g)~2.1(cm/g)であった。実施例1~8の多泡体の密度は比較例4の密度よりも小さく、実施例1~8の多泡体の比容積は比較例4の比容積よりも大きな値であった。 The densities of the foams of Examples 1-8 ranged from 484 (kg/m 3 ) to 701 (kg/m 3 ). The specific volumes of the multifoams of Examples 1-8 ranged from 1.4 (cm 3 /g) to 2.1 (cm 3 /g). The densities of the multifoams of Examples 1-8 were lower than that of Comparative Example 4, and the specific volumes of the multifoams of Examples 1-8 were higher than that of Comparative Example 4.

実施例1~8の中間体の密度は、338(kg/m)~489(kg/m)であった。実施例1~8の中間体の密度は比較例2~4,6の密度よりも小さかった。 The densities of the intermediates of Examples 1-8 ranged from 338 (kg/m 3 ) to 489 (kg/m 3 ). The densities of the intermediates of Examples 1-8 were lower than those of Comparative Examples 2-4,6.

図2は、実施例2の中間体の外観写真であり、図3は、比較例3の中間体の外観写真である。図2に示すように、実施例2の中間体は泡が固まったような綿状の形態であるのに対し、比較例3の中間体は表面に多数の凹凸を有する板状の形態であった。図示しないが、実施例1、3~8の中間体の外観は、実施例2の綿状の中間体と似た外観であった。 2 is a photograph of the appearance of the intermediate of Example 2, and FIG. 3 is a photograph of the appearance of the intermediate of Comparative Example 3. FIG. As shown in FIG. 2, the intermediate of Example 2 has a floc-like form like solidified foam, whereas the intermediate of Comparative Example 3 has a plate-like form having a large number of irregularities on the surface. rice field. Although not shown, the appearance of the intermediates of Examples 1 and 3 to 8 was similar to that of the cotton-like intermediate of Example 2.

(E)顕微鏡観察
実施例2及び比較例2の中間体を、さらに90℃で12時間減圧乾燥して多価アルコールを蒸発させた後、走査型電子顕微鏡で観察した。図4~図6は、実施例2の中間体の電子顕微鏡写真であり、図7は比較例2の中間体の電子顕微鏡写真である。図4~図6には、多数の中空部を形成する連続する多数のセル構造体が観察できた。セル構造体の壁の厚さは約0.9μmで、隣接するセル構造体の接合部の厚さは約4.5μmであった。比較例2の中間体は表面に波状の凹凸が形成され、多孔質ではなかった。
(E) Microscopic Observation The intermediates of Example 2 and Comparative Example 2 were further dried under reduced pressure at 90° C. for 12 hours to evaporate the polyhydric alcohol, and then observed with a scanning electron microscope. 4 to 6 are electron micrographs of the intermediate of Example 2, and FIG. 7 is an electron micrograph of the intermediate of Comparative Example 2. FIG. A large number of continuous cell structures forming a large number of hollows were observed in FIGS. The wall thickness of the cell structure was about 0.9 μm, and the thickness of the junction of adjacent cell structures was about 4.5 μm. The intermediate of Comparative Example 2 had wavy unevenness on the surface and was not porous.

(F)複合材料の作製
上記(A)で得られた中間体を用いて、低温混練工程、除去工程、及び成型工程を行って複合材料のサンプルを作製した。
(F) Production of Composite Material Using the intermediate obtained in (A) above, a low-temperature kneading step, a removal step, and a molding step were performed to produce a composite material sample.

低温混練工程:オープンロール(二本ロール)に表5及び表6の熱可塑性樹脂(変性LLDPE)を巻き付け、実施例2~5の中間体を徐々に投入し、混練して中間混合物を得て、混練温度を130℃に設定して薄通し(ロール間隔0.3mm、ロール速度比1.1)してマスターバッチとなる混合物を得た。そして、実施例2~5のマスターバッチをさらに熱可塑性樹脂(変性LLDPEとLLDPEの混合物)に投入し、薄通しをした。また、実施例7,8の中間体は、熱可塑性樹脂として「LLDPE」を用いて、実施例2等と同様にして複合材料を得た。 Low temperature kneading step: The thermoplastic resin (modified LLDPE) in Tables 5 and 6 is wound around an open roll (two rolls), and the intermediates of Examples 2 to 5 are gradually added and kneaded to obtain an intermediate mixture. Then, the kneading temperature was set to 130° C., and the mixture was thinly passed (roll gap of 0.3 mm, roll speed ratio of 1.1) to obtain a mixture to be a masterbatch. Then, the masterbatches of Examples 2 to 5 were further put into a thermoplastic resin (mixture of modified LLDPE and LLDPE) and thinly passed. For the intermediates of Examples 7 and 8, composite materials were obtained in the same manner as in Example 2, etc., using "LLDPE" as the thermoplastic resin.

低温混練工程における混練温度は、DMA試験(動的粘弾性試験)を行い、その結果から加工領域発現温度T2、平坦領域発現温度T3、平坦領域発現温度T3の1.06倍(T3℃×1.06)の温度T4を求めて混練温度を設定した。 The kneading temperature in the low-temperature kneading step was determined by a DMA test (dynamic viscoelasticity test). .06) was obtained to set the kneading temperature.

実施例2~5,7,8の低温混練工程における混練温度を130℃に設定することでいずれの配合においても加工領域発現温度T2~温度T4の範囲に入ることがわかったため、実施例2~5,7,8における低温混練工程の混練温度は、130℃とした。 By setting the kneading temperature in the low-temperature kneading step of Examples 2 to 5, 7, and 8 to 130 ° C., it was found that any formulation falls within the range of the processing region manifestation temperature T2 to temperature T4. The kneading temperature in the low-temperature kneading step in 5, 7 and 8 was 130°C.

除去工程:複合材料を真空オーブンで160℃、30分加熱して多価アルコールを蒸発させた。また、真空オーブンの代わりに、除去工程として、低温混練工程の後、160℃で5分間、オープンロールで混練りすることで多価アルコールを蒸発させた。除去工程後の複合材料中の多価アルコールの含有量は1質量%以下であった。 Removal step: The composite material was heated in a vacuum oven at 160°C for 30 minutes to evaporate the polyhydric alcohol. Further, instead of the vacuum oven, the polyhydric alcohol was evaporated by kneading with an open roll for 5 minutes at 160° C. after the low-temperature kneading step as a removal step. The content of polyhydric alcohol in the composite material after the removal step was 1% by mass or less.

成型工程:除去工程を経た複合材料を140℃で熱プレスしてシート状に成型した。成型したシートから試験片を切り抜いた。 Molding process: The composite material that had undergone the removal process was hot-pressed at 140° C. and molded into a sheet. Specimens were cut from the molded sheet.

表5~表8において、CNFの配合量は、複合材料中におけるCNFの質量%(mass%)と、熱可塑性樹脂(LLDPE、変性LLDPE)を100質量部(phr)としたときのCNFの質量部を示した。なお、表1~表8において、複合材料におけるCNFの充填量(mass%)の欄は、熱可塑性樹脂とCNFの配合量であって、複合材料におけるカチオン界面活性剤の残留量は考慮していない。 In Tables 5 to 8, the amount of CNF blended is the mass% (mass%) of CNF in the composite material, and the mass of CNF when the thermoplastic resin (LLDPE, modified LLDPE) is 100 parts by mass (phr). showed the part. In Tables 1 to 8, the column of CNF filling amount (mass%) in the composite material is the blending amount of the thermoplastic resin and CNF, and the residual amount of the cationic surfactant in the composite material is taken into consideration. do not have.

表5~表8において、
「LLDPE」:Eastern Petrochemical Company製、直鎖状低密度ポリエチレンQAMAR FC21HS、融点122℃、
「変性LLDPE」:BYK(ビックケミー)社製、無水マレイン酸変性した直鎖状低密度ポリエチレン、SCONA TSPE 1112GALL、融点115℃、
であった。
In Tables 5 to 8,
"LLDPE": manufactured by Eastern Petrochemical Company, linear low density polyethylene QAMAR FC21HS, melting point 122°C;
"Modified LLDPE": manufactured by BYK (Bik-Chemie), linear low-density polyethylene modified with maleic anhydride, SCONA TSPE 1112GALL, melting point 115°C,
Met.

(G)比較例1,3~比較例7のサンプルの作製
比較例1は、実施例2等で用いた原料であるLLDPEのペレットを加熱したオープンロールにて130℃で混練り後、140℃で熱プレスして試験片を得た。比較例3は、カチオン界面活性剤を添加しない中間体を粉砕機にて粉末にし、実施例2と同様に低温混練工程、除去工程、成型工程を実施して試験片を得た。比較例4は、カチオン界面活性剤をCNFの0.05倍の質量にした中間体を用いて、実施例2と同様に実施して試験片を得た。比較例5は、多価アルコールを添加しない中間体を用いて、実施例2と同様に低温混練工程、除去工程、成型工程を実施して試験片を得た。比較例6は、多価アルコールの量
をCNFの50倍の質量を配合した中間体を用いて実施例2と同様に実施したが、低温混練工程で混合物がロールで滑ってしまい加工できなかった。比較例7は、カチオン界面活性剤をCNFの3倍の質量にした中間体を用いて、実施例2と同様に実施して試験片を得た。
(G) Preparation of samples of Comparative Examples 1 and 3 to Comparative Example 7 In Comparative Example 1, LLDPE pellets, which are the raw materials used in Example 2 and the like, were kneaded at 130 ° C. with an open roll heated, and then kneaded at 140 ° C. to obtain a test piece. In Comparative Example 3, the intermediate to which no cationic surfactant was added was pulverized with a pulverizer, and the low-temperature kneading step, removal step, and molding step were carried out in the same manner as in Example 2 to obtain a test piece. In Comparative Example 4, a test piece was obtained in the same manner as in Example 2 using an intermediate in which the cationic surfactant was 0.05 times the mass of CNF. In Comparative Example 5, a test piece was obtained by performing the low-temperature kneading step, removal step, and molding step in the same manner as in Example 2, using an intermediate to which no polyhydric alcohol was added. Comparative Example 6 was carried out in the same manner as in Example 2 using an intermediate in which the amount of polyhydric alcohol was 50 times the mass of CNF, but the mixture slipped on the rolls in the low temperature kneading process and could not be processed. . In Comparative Example 7, a test piece was obtained in the same manner as in Example 2 using an intermediate in which the cationic surfactant was three times the mass of CNF.

(H)評価方法
(H-1)加工性評価
実施例及び比較例のサンプルについて、低温混練工程における加工性の評価を行った。評価結果(○は加工時間30分以内、ロール巻き付き性良好であり、△は加工時間30分超~1時間、ロール巻き付き性良好であり、×は加工時間1時間超、ロール巻き付き性悪いであった)を表5~表8に示した。
(H) Evaluation method (H-1) Processability evaluation The samples of Examples and Comparative Examples were evaluated for processability in a low-temperature kneading process. Evaluation results (○: processing time within 30 minutes, roll winding property is good, △ processing time: over 30 minutes to 1 hour, roll winding property is good, ×: processing time is over 1 hour, roll winding property is poor ) are shown in Tables 5 to 8.

(H-2)解繊性及び分散性の評価
実施例及び比較例の厚さ0.5mm~0.8mmに成形したシート状のサンプルについて、上記複合材における解繊性及び分散性の評価を行った。光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡で各サンプルを観察した。評価結果(○は最大幅が1μm以上の凝集塊なし、×は最大幅が10μm以上の凝集塊ありとした)を表5~表8に示した。また、「○」のサンプルとして図8に実施例2の電子顕微鏡写真を示した。「×」のサンプルとして図9に比較例3の電子顕微鏡写真、図10に比較例5の電子顕微鏡写真を示した。
(H-2) Evaluation of defibration property and dispersibility Evaluation of fibrillation property and dispersibility in the composite material was performed on the sheet-shaped samples of Examples and Comparative Examples molded to a thickness of 0.5 mm to 0.8 mm. gone. Each sample was observed with an optical microscope and a scanning electron microscope. Tables 5 to 8 show the evaluation results (○ indicates no agglomerates with a maximum width of 1 μm or more, and × indicates agglomerates with a maximum width of 10 μm or more). Also, an electron micrograph of Example 2 is shown in FIG. 9 and 10 show an electron micrograph of Comparative Example 3 and an electron micrograph of Comparative Example 5, respectively, as "X" samples.

Figure 0007291367000005
Figure 0007291367000005

Figure 0007291367000006
Figure 0007291367000006

Figure 0007291367000007
Figure 0007291367000007

Figure 0007291367000008
Figure 0007291367000008

(I)評価
実施例2~5,7,8は、比較例1,3~7に比べて低温混練工程における加工性に優れていた。比較例4は泡立つが、カチオン界面活性剤が少ないので、CNF表面にカチオン界面活性剤と結びつかなかったカルボキシル基が多く残り、これによってCNFが凝集しやすくなるため、低温混練工程の時間が長くなった。そして比較例4の複合体には凝集塊があった。比較例7はカチオン界面活性剤が多いため、熱可塑性樹脂の可塑化が起こりやすく、低温混練工程で混練りしにくかった。
(I) Evaluation Examples 2-5, 7 and 8 were superior to Comparative Examples 1, 3-7 in workability in the low-temperature kneading step. Comparative Example 4 foams, but since the cationic surfactant is small, many carboxyl groups that have not been bound to the cationic surfactant remain on the CNF surface, which makes it easier for the CNF to aggregate, resulting in a longer time for the low-temperature kneading process. rice field. And the composite of Comparative Example 4 had agglomerates. Since Comparative Example 7 contained a large amount of cationic surfactant, the thermoplastic resin was likely to be plasticized, and kneading was difficult in the low-temperature kneading step.

実施例2~5,7,8の複合材料には10μm以上の凝集塊がなかった。図8に示すように電子顕微鏡写真では10μmを超える塊が確認されなかった。比較例3~6のサンプルには10μm以上の凝集塊があった。比較例3~6のサンプルを電子顕微鏡観察すると、図9,図10に示すような10μmを超える大きなCNFの塊が多数発見された。 The composite materials of Examples 2-5, 7 and 8 did not have agglomerates of 10 µm or more. As shown in FIG. 8, no lumps exceeding 10 μm were observed in the electron micrograph. The samples of Comparative Examples 3-6 had aggregates of 10 μm or more. When the samples of Comparative Examples 3 to 6 were observed with an electron microscope, many large CNF lumps exceeding 10 μm as shown in FIGS. 9 and 10 were found.

Claims (8)

アニオン性基を有するセルロースナノファイバーを含む多孔質の中間体であって、
前記中間体は、分子物質のマトリックスに直接混合されるものであり、
前記中間体は、前記セルロースナノファイバーとカチオン界面活性剤と多価アルコールとを含み、
前記セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~10nmであってかつアスペクト比の平均値が20~350であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である、中間体。
A porous intermediate comprising cellulose nanofibers having anionic groups,
The intermediate is directly mixed into a matrix of polymeric material,
The intermediate comprises the cellulose nanofibers, a cationic surfactant and a polyhydric alcohol,
The cellulose nanofibers have an average fiber diameter of 3 nm to 10 nm and an average aspect ratio of 20 to 350,
The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the intermediate is 0.1 to 2.0 times,
An intermediate, wherein the mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofiber in the intermediate is 2.0 to 20.0 times.
請求項1において、
前記中間体は、乾燥体であって、
前記乾燥体の密度が300kg/m~600kg/mである、中間体。
In claim 1,
The intermediate is a dry body,
The intermediate, wherein the dry matter has a density of 300 kg/m 3 to 600 kg/m 3 .
請求項1または2において、
前記カチオン界面活性剤は、1級~3級のアミン塩及び4級アンモニウム塩のいずれか1つ以上である、中間体。
In claim 1 or 2,
The intermediate, wherein the cationic surfactant is any one or more of primary to tertiary amine salts and quaternary ammonium salts.
請求項1または2において、
前記カチオン界面活性剤は、炭素数が10~18の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩である、中間体。
In claim 1 or 2,
The intermediate, wherein the cationic surfactant is a quaternary ammonium salt having a long-chain alkyl group with 10 to 18 carbon atoms.
請求項1~請求項4のいずれか1項において、
前記多価アルコールは、2価アルコール及び3価アルコールのいずれか1つ以上である、中間体。
In any one of claims 1 to 4,
The intermediate, wherein the polyhydric alcohol is at least one of dihydric alcohol and trihydric alcohol.
水系溶媒にアニオン性基を有するセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノ
ファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合して多泡体を含むCNF分散液を得る工程と、
前記CNF分散液から前記水系溶媒を除去して多孔質の中間体を得る工程と、
を含み、
前記セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~10nmであってかつアスペクト比の平均値が20~350であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、
前記中間体における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍であり、
前記多泡体は、前記セルロースナノファイバーと前記カチオン界面活性剤と前記多価アルコールを含み、
前記中間体は、前記多泡体から前記水系溶媒が除去されたものである、中間体の製造方法。
A step of mixing an aqueous cellulose nanofiber dispersion in which cellulose nanofibers having an anionic group are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol to obtain a CNF dispersion containing polyfoam;
A step of removing the aqueous solvent from the CNF dispersion to obtain a porous intermediate;
including
The cellulose nanofibers have an average fiber diameter of 3 nm to 10 nm and an average aspect ratio of 20 to 350,
The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the intermediate is 0.1 to 2.0 times,
The mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers in the intermediate is 2.0 to 20.0 times,
The polyfoam contains the cellulose nanofibers, the cationic surfactant and the polyhydric alcohol,
A method for producing an intermediate, wherein the intermediate is obtained by removing the aqueous solvent from the foam.
請求項6において、
前記CNF分散液を得る工程は、攪拌翼を用いて500rpm以上30000rpm以下で前記セルロースナノファイバーと前記カチオン界面活性剤とを含む分散液を攪拌する、中間体の製造方法。
In claim 6,
The step of obtaining the CNF dispersion is a method for producing an intermediate, wherein the dispersion containing the cellulose nanofibers and the cationic surfactant is stirred using a stirring blade at 500 rpm or more and 30000 rpm or less.
請求項6または請求項7において、
前記多泡体の密度が400kg/m~900kg/mであり、
前記中間体の密度が300kg/m~600kg/mである、中間体の製造方法。
In claim 6 or claim 7,
the density of the multifoam is 400 kg/m 3 to 900 kg/m 3 ;
A method for producing an intermediate, wherein the intermediate has a density of 300 kg/m 3 to 600 kg/m 3 .
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015003386A (en) 2014-07-17 2015-01-08 北越紀州製紙株式会社 Porous material and method for producing the same
JP2015196918A (en) 2014-04-01 2015-11-09 王子ホールディングス株式会社 Die press forming base paper
JP2015206156A (en) 2012-08-10 2015-11-19 王子ホールディングス株式会社 Fine fibrous cellulose aggregate
JP2015229816A (en) 2014-06-06 2015-12-21 三菱製紙株式会社 Method for producing fine cellulose fiber porous body and fine cellulose fiber porous body
JP2016188375A (en) 2009-12-11 2016-11-04 花王株式会社 Fine cellulose fiber composite, fine cellulose fiber dispersion and composite material
JP2017057285A (en) 2015-09-17 2017-03-23 王子ホールディングス株式会社 Method for producing fine fibrous cellulose-containing material
JP2017082387A (en) 2013-06-03 2017-05-18 王子ホールディングス株式会社 Method for producing fine fiber-containing sheet
JP2018111768A (en) 2017-01-11 2018-07-19 日信工業株式会社 Fiber material, method for producing fiber material, composite material, and method for producing composite material
JP2019173253A (en) 2018-03-27 2019-10-10 株式会社富山環境整備 Method for producing fiber material, method for producing composite material, fiber material and composite material

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4144122A (en) * 1976-10-22 1979-03-13 Berol Kemi Ab Quaternary ammonium compounds and treatment of cellulose pulp and paper therewith
US4481076A (en) * 1983-03-28 1984-11-06 International Telephone And Telegraph Corporation Redispersible microfibrillated cellulose

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016188375A (en) 2009-12-11 2016-11-04 花王株式会社 Fine cellulose fiber composite, fine cellulose fiber dispersion and composite material
JP2015206156A (en) 2012-08-10 2015-11-19 王子ホールディングス株式会社 Fine fibrous cellulose aggregate
JP2017082387A (en) 2013-06-03 2017-05-18 王子ホールディングス株式会社 Method for producing fine fiber-containing sheet
JP2015196918A (en) 2014-04-01 2015-11-09 王子ホールディングス株式会社 Die press forming base paper
JP2015229816A (en) 2014-06-06 2015-12-21 三菱製紙株式会社 Method for producing fine cellulose fiber porous body and fine cellulose fiber porous body
JP2015003386A (en) 2014-07-17 2015-01-08 北越紀州製紙株式会社 Porous material and method for producing the same
JP2017057285A (en) 2015-09-17 2017-03-23 王子ホールディングス株式会社 Method for producing fine fibrous cellulose-containing material
JP2018111768A (en) 2017-01-11 2018-07-19 日信工業株式会社 Fiber material, method for producing fiber material, composite material, and method for producing composite material
JP2019173253A (en) 2018-03-27 2019-10-10 株式会社富山環境整備 Method for producing fiber material, method for producing composite material, fiber material and composite material

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