JP2018076425A - Composition for molding and molded article - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for molding that has fine cellulose fibers uniformly mixed, regardless of the type of resin.SOLUTION: A composition for molding has: a base resin; fine cellulose fibers mixed at a rate of 0.5 pts.mass or more and 40 pts.mass or less to the base resin 100 pts.mass, having a number average fiber diameter of 2-200 nm; and ammonia or organic alkali.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、機能性積層材料として使用可能な、微細セルロース繊維を含有する成形用組成物、および当該成形用組成物を用いて形成された成形体に関する。   The present invention relates to a molding composition containing fine cellulose fibers, which can be used as a functional laminate material, and a molded body formed using the molding composition.

近年、環境問題への関心が高まる中、従来の石油系樹脂に対し、天然由来の澱粉やセルロース、キチン・キトサンなどの各種天然多糖類とその誘導体が、バイオマス材料として注目されている。   In recent years, with increasing interest in environmental issues, naturally occurring starch, cellulose, various natural polysaccharides such as chitin / chitosan and their derivatives are attracting attention as biomass materials for conventional petroleum resins.

これらの中でも、地球上で最も多量に生産されているセルロースは、繊維状で高い結晶性を有し、高強度、低線膨張率であり、化学的安定性や生体への安全性に優れることから注目されている。特に、微細セルロース繊維は、近年、樹脂の強化材料や包装材料をはじめ各種機能性材料としての利用が期待され、盛んに開発が進められている。   Among these, cellulose produced in large quantities on the earth is fibrous and has high crystallinity, high strength and low linear expansion, and excellent chemical stability and safety to living bodies. Has been attracting attention. In particular, fine cellulose fibers have been actively developed in recent years because they are expected to be used as various functional materials including resin reinforcing materials and packaging materials.

微細セルロース繊維の製造方法として、例えば特許文献1には、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノオキシラジカル)触媒を用い水酸基の一部をカルボキシル基に酸化させたセルロースを媒体中に分散させ微細セルロース繊維を得る方法が記載されている。この方法によれば、負の電荷を有するカルボキシル基の電気的反発作用を利用し、セルロースI型の結晶構造を有する微細セルロース繊維を比較的容易に得ることが可能である。   As a method for producing fine cellulose fibers, for example, Patent Document 1 discloses a cellulose medium in which a hydroxyl group is partially oxidized to a carboxyl group using a TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy radical) catalyst. A method for obtaining fine cellulose fibers dispersed therein is described. According to this method, it is possible to relatively easily obtain fine cellulose fibers having a cellulose I-type crystal structure by utilizing the electrical repulsion action of a negatively charged carboxyl group.

また、特許文献2には、TEMPO酸化処理により得た微細セルロース繊維を水中に分散させていたものとPVAの水溶液とを混合し、これを加熱乾燥させることで、形状保持性が改善し、寸法安定性の高いPVAフィルムを得る方法が記載されている。   Further, in Patent Document 2, a mixture of fine cellulose fibers obtained by TEMPO oxidation treatment dispersed in water and an aqueous solution of PVA is mixed, and this is heated and dried to improve shape retention and dimensions. A method for obtaining a highly stable PVA film is described.

特開2008−1728号公報JP 2008-1728 A 特開2015−157955号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-157955

しかし、上記のような微細セルロース繊維の水系分散液を添加して形成された膜は、微細セルロース繊維の強い親水性のため、PVAやポリアクリル酸などの親水性の高い水溶性樹脂との複合化はしやすいものの、親水性の低い樹脂との親和性に問題がある。樹脂と微細セルロース繊維との親和性が低いと、製膜後の膜の中での微細セルロース繊維の分散が不均一になる等の問題が生じ、十分な効果が得られない。   However, the film formed by adding an aqueous dispersion of fine cellulose fibers as described above is a composite with a highly hydrophilic water-soluble resin such as PVA or polyacrylic acid because of the strong hydrophilicity of the fine cellulose fibers. However, there is a problem in affinity with a resin having low hydrophilicity. If the affinity between the resin and the fine cellulose fiber is low, problems such as non-uniform dispersion of the fine cellulose fiber in the film after film formation occur, and a sufficient effect cannot be obtained.

例えば、PVAとポリエチレンの共重合体であるエチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)は、水に一定量のアルコールを添加した混合液に溶解する。一方、特許文献2に記載の微細セルロース繊維は水中で安定であるが、この水にアルコールを添加していくと分散性が不安定になり、凝集物が発生してしまう。このような特性のため、EVOHと微細セルロース繊維との均一な混合物を成型することは容易ではない。   For example, an ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), which is a copolymer of PVA and polyethylene, dissolves in a mixed solution obtained by adding a certain amount of alcohol to water. On the other hand, although the fine cellulose fiber described in Patent Document 2 is stable in water, when alcohol is added to this water, dispersibility becomes unstable and aggregates are generated. Because of these characteristics, it is not easy to mold a uniform mixture of EVOH and fine cellulose fibers.

上記事情を踏まえ、本発明は、樹脂の種類によらず微細セルロース繊維が均一に混合された、成形用組成物および成形体を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a molding composition and a molded body in which fine cellulose fibers are uniformly mixed regardless of the type of resin.

本発明の第一の態様は、ベース樹脂と、前記ベース樹脂100質量部に対して0.5質量部以上40質量部以下混合され、数平均繊維経が2−200nmである微細セルロース繊維と、アンモニアまたは有機アルカリとを含む微細セルロース繊維複合成形用組成物である。   A first aspect of the present invention is a base resin, mixed with 0.5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin, and fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 2 to 200 nm, It is a composition for molding fine cellulose fibers containing ammonia or organic alkali.

前記微細セルロース繊維は、酸化反応によりカルボキシル基が導入されており、前記カルボキシル基の含有量が0.1mmol/g以上3mmol/g以下であってもよい。   The fine cellulose fiber may have a carboxyl group introduced by an oxidation reaction, and the content of the carboxyl group may be 0.1 mmol / g or more and 3 mmol / g or less.

前記ベース樹脂は、有機溶媒または水と有機溶媒の混合物に可溶であってもよい。   The base resin may be soluble in an organic solvent or a mixture of water and an organic solvent.

本発明の第二の態様は、本発明の成形用組成物を用いて形成された成形体であって、30℃−100℃における線熱膨張率が50ppm/℃以下の成形体である。   The 2nd aspect of this invention is a molded object formed using the molding composition of this invention, Comprising: A linear thermal expansion coefficient in 30 degreeC-100 degreeC is a 50 ppm / degrees C or less molded object.

本発明の成形体の厚さは、1μm〜500μmであってもよい。
また、厚さが30μm以下であり、厚さ方向における波長660nmの光線透過率が70%以上であってもよい。
The molded body of the present invention may have a thickness of 1 μm to 500 μm.
Further, the thickness may be 30 μm or less, and the light transmittance at a wavelength of 660 nm in the thickness direction may be 70% or more.

本発明の成形用組成物によれば、樹脂の種類によらず微細セルロース繊維が均一に混合された成形体を作製することができる。   According to the molding composition of the present invention, a molded body in which fine cellulose fibers are uniformly mixed can be produced regardless of the type of resin.

本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態の成形用組成物(以下、「本組成物」と称することがある。)は、例えば、厚さがμm単位のフィルム状(膜状)の成形体を作製する際に好適に使用可能な微細セルロース繊維含有複合組成物である。
An embodiment of the present invention will be described.
The molding composition of the present embodiment (hereinafter sometimes referred to as “the present composition”) is suitably used, for example, when producing a film-like (film-like) molded article having a thickness of μm. It is a possible fine cellulose fiber-containing composite composition.

以下では、まず本組成物に用いられる微細セルロースについて説明する。
微細セルロース繊維の原料となるセルロース材料は、特に限定されるものではなく、各種木材、非木材パルプ、微生物産生セルロース、バロニアセルロース、ホヤセルロース、レーヨン等の再生セルロース等を用いることができ、パルプ化の方法や、精製方法、漂白方法などについて特に限定されるべきものではない。しかし、より反応を制御し、純度や再現性を高くするためには、漂白済みのパルプや溶解パルプなど精製度の高いセルロース材料を用いることが好ましい。また、高圧ホモジナイザーや凍結粉砕、ミル、石臼等で粉砕した粉末状のものや加水分解などの化学的処理により精製した微細セルロース、市販されている各種セルロース粉末や、微結晶セルロース粉末も使用できる。
Below, the fine cellulose used for this composition is demonstrated first.
The cellulose material that is the raw material of the fine cellulose fiber is not particularly limited, and various wood, non-wood pulp, microorganism-produced cellulose, regenerated cellulose such as valonia cellulose, squirt cellulose, rayon, etc. can be used for pulping The method, purification method, bleaching method and the like are not particularly limited. However, in order to further control the reaction and increase the purity and reproducibility, it is preferable to use a highly purified cellulose material such as bleached pulp or dissolved pulp. Further, powdery powders pulverized with a high-pressure homogenizer, freeze pulverization, mill, stone mill, etc., fine cellulose purified by chemical treatment such as hydrolysis, various cellulose powders that are commercially available, and microcrystalline cellulose powders can also be used.

天然のセルロースは、セルロース合成酵素による合成と、広い意味での自己組織化により、高い結晶構造を有する数nmから数百nmのセルロースナノファイバー(CNF)を形成する。このCNFが様々な方向に配向・集合することで、セルロース繊維を形成している。従って、天然のセルロースは元々70%以上の結晶化度を有している。パルプやコットン、バクテリアセルロースなどの天然のセルロース素材を用い、結晶構造を壊すことなく、できるだけCNFに近い構造単位にまでほぐすことで、高い結晶構造を有する微細セルロース繊維を得ることができる。具体的な方法例としては、後述のように、パルプの結晶表面に効率的にカルボキシル基を導入する酸化処理を施した後、含水状態での物理的解繊処理を施す処理や、特段の化学的処理なく、高圧ホモジナイザーやジェットミルなどにより解繊する方法を用いることができる。   Natural cellulose forms cellulose nanofibers (CNF) of several nm to several hundred nm having a high crystal structure by synthesis by cellulose synthase and self-organization in a broad sense. Cellulose fibers are formed by this CNF being oriented and assembled in various directions. Therefore, natural cellulose originally has a crystallinity of 70% or more. Fine cellulose fibers having a high crystal structure can be obtained by using natural cellulose materials such as pulp, cotton, and bacterial cellulose, and breaking the crystal structure as close as possible to CNF without breaking the crystal structure. As a specific method example, as described later, after performing an oxidation treatment to efficiently introduce carboxyl groups on the crystal surface of the pulp, a physical fibrillation treatment in a water-containing state or a special chemical A method of defibration with a high-pressure homogenizer or a jet mill can be used without any special treatment.

セルロース繊維にカルボキシル基を導入する方法としては、セルロース繊維の結晶構造を残したまま反応が進行し、カルボキシル基を導入できる方法が好ましい。現在では様々な方法が開発されているが、木材パルプを水系で処理する一例を挙げて説明する。   As a method for introducing a carboxyl group into the cellulose fiber, a method in which the reaction proceeds while leaving the crystal structure of the cellulose fiber and the carboxyl group can be introduced is preferable. Various methods have been developed at present, but an example of treating wood pulp with an aqueous system will be described.

水系で処理でき、セルロース繊維表面に効率的にカルボキシル基を導入できる酸化方法としては、N−オキシル化合物(オキソアンモニウム塩)の存在下、共酸化剤を用いて、セルロースを酸化する方法を挙げることができる。N−オキシル化合物には、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(以下TEMPOと称する)やその誘導体などが含まれる。この酸化方法では、酸化の程度に応じて、カルボキシル基を均一かつ効率よく導入できる。本酸化反応は、前記N−オキシル化合物と、臭化物又はヨウ化物との共存下で行うのが有利である。臭化物又はヨウ化物としては、水中で解離してイオン化可能な化合物、例えば、臭化アルカリ金属やヨウ化アルカリ金属などが使用できる。酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸,亜ハロゲン酸や過ハロゲン酸又はそれらの塩、ハロゲン酸化物、窒素酸化物、過酸化物など、目的の酸化反応を推進し得る酸化剤であれば、いずれの酸化剤も使用できる。   Examples of the oxidation method that can be treated in an aqueous system and that can efficiently introduce carboxyl groups onto the surface of cellulose fibers include a method of oxidizing cellulose using a co-oxidant in the presence of an N-oxyl compound (oxoammonium salt). Can do. The N-oxyl compound includes 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (hereinafter referred to as TEMPO) and derivatives thereof. In this oxidation method, carboxyl groups can be uniformly and efficiently introduced according to the degree of oxidation. This oxidation reaction is advantageously performed in the presence of the N-oxyl compound and bromide or iodide. As the bromide or iodide, a compound that can be dissociated and ionized in water, such as an alkali metal bromide or an alkali metal iodide, can be used. As the oxidizing agent, halogen, hypohalous acid, halohalic acid, perhalogenic acid or salts thereof, halogen oxide, nitrogen oxide, peroxide, etc., as long as the oxidizing agent can promote the target oxidation reaction Any oxidizing agent can be used.

この酸化方法では、セルロース繊維の結晶あるいは繊維表面かつ、セルロース骨格中の6位の水酸基を選択的に酸化することができ、骨格中のグルコースをグルクロン酸に変換するものである。N−オキシル化合物は触媒量で済み、例えば、セルロース繊維に対して重量比で2%−10ppmあれば充分である。   In this oxidation method, the 6-position hydroxyl group in the cellulose skeleton can be selectively oxidized, and the glucose in the skeleton is converted to glucuronic acid. The N-oxyl compound may be a catalytic amount, for example, 2% -10 ppm by weight with respect to the cellulose fiber is sufficient.

酸化反応条件などは特に限定されず、セルロース繊維の性状、使用する設備などによって最適化されるべきであるが、臭化物やヨウ化物との共存下で酸化反応を行うと、温和な条件下でも酸化反応を円滑に進行させることができ、カルボキシル基の導入効率を大きく改善できる。   The oxidation reaction conditions are not particularly limited, and should be optimized depending on the properties of the cellulose fiber, the equipment used, etc. However, if the oxidation reaction is carried out in the presence of bromide or iodide, it will oxidize even under mild conditions. The reaction can proceed smoothly, and the carboxyl group introduction efficiency can be greatly improved.

臭化物及び/又はヨウ化物は、必要であれば添加することができ、その使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択でき、例えば、セルロース繊維に対し20%−100ppmである。   Bromide and / or iodide can be added if necessary, and the amount of the bromide and / or iodide can be selected within a range in which the oxidation reaction can be promoted, and is, for example, 20% to 100 ppm based on cellulose fibers.

本発明におけるセルロース繊維の酸化反応系は、N−オキシル化合物にはTEMPOを用い、臭化ナトリウムの存在下、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いるのが好ましい。   The cellulose fiber oxidation reaction system in the present invention preferably uses TEMPO as the N-oxyl compound and sodium hypochlorite as the oxidizing agent in the presence of sodium bromide.

このセルロース繊維の酸化反応では、セルロース繊維の結晶表面への酸化の選択性を上げ、副反応を抑える目的で、反応温度は室温以下で、系が凍らない範囲で、できるだけ低温で反応させることが望ましい。0−30℃より好ましくは5−20℃の範囲であると、セルロース繊維の結晶内部の酸化などの副反応が抑えられる。   In this oxidation reaction of cellulose fiber, the reaction temperature is below room temperature and the reaction temperature is as low as possible without causing the system to freeze in order to increase the selectivity of cellulose fiber to the crystal surface and suppress side reactions. desirable. When the temperature is in the range of 0-30 ° C., more preferably 5-20 ° C., side reactions such as oxidation inside the cellulose fiber crystals are suppressed.

また、上記セルロースの酸化反応における反応系のpHは、反応の効率の面から、pH9−11の間で反応を行うことが望ましい。   In addition, the pH of the reaction system in the oxidation reaction of cellulose is desirably a reaction between pH 9-11 in terms of reaction efficiency.

ここで得られた酸化セルロースを用いて伝導度測定を行うことにより、酸化セルロースのカルボキシル基量を求める事ができる。
得られる酸化セルロースに適度にカルボキシル基が導入されている場合、安定した微細な繊維として存在し得る。例えば木材パルプや綿パルプの場合、セルロース繊維に存在するカルボキシル基の量がセルロース繊維の重量に対し、0.1mmol/g〜3mmol/g、好ましくは0.6mmol/g〜2mmol/gであれば、安定したCNFとして提供できる。
By performing conductivity measurement using the oxidized cellulose obtained here, the amount of carboxyl groups of the oxidized cellulose can be determined.
When a carboxyl group is appropriately introduced into the obtained oxidized cellulose, it can exist as stable fine fibers. For example, in the case of wood pulp or cotton pulp, if the amount of carboxyl groups present in the cellulose fiber is 0.1 mmol / g to 3 mmol / g, preferably 0.6 mmol / g to 2 mmol / g, based on the weight of the cellulose fiber. Can be provided as stable CNF.

酸化反応は、他のアルコールを過剰量添加し系内の共酸化剤を完全に消費させることにより停止する。添加するアルコールとしては、反応をすばやく終了させるため、メタノール、エタノール、プロパノールなどの低分子量アルコールを用いるのが望ましい。この中でも、安全性や酸化により生成する副生成物を考慮すると、エタノールが好ましい。   The oxidation reaction is stopped by adding an excessive amount of other alcohol to completely consume the cooxidant in the system. As the alcohol to be added, it is desirable to use a low molecular weight alcohol such as methanol, ethanol or propanol in order to quickly terminate the reaction. Among these, ethanol is preferable in consideration of safety and by-products generated by oxidation.

酸化反応停止後、生成した酸化セルロースは、ろ過により反応液中から回収することができる。反応停止後の酸化セルロースにおいて、カルボキシル基は共酸化剤やpH調整用の無機アルカリに由来する金属イオンを対イオンとした塩を形成している。回収の方法としては、カルボキシル基が塩を形成したまま濾別する方法、反応液に酸を添加しpH3以下に調整しカルボン酸としてから濾別する方法、有機溶剤を添加し凝集させた後に濾別する方法がある。その中でも、ハンドリング性や収率、廃液処理の点からカルボン酸に変換し回収する方法が好適である。また、後述する微細セルロース繊維組成物調製の際にも、対イオンとして金属イオンを含有しないほうが溶剤との混和性に優れるため、カルボン酸に変換し回収する方法が好適である。   After the oxidation reaction is stopped, the produced oxidized cellulose can be recovered from the reaction solution by filtration. In the oxidized cellulose after the termination of the reaction, the carboxyl group forms a salt using a metal ion derived from a co-oxidant or an inorganic alkali for pH adjustment as a counter ion. As a recovery method, a method in which the carboxyl group is filtered while forming a salt, a method in which an acid is added to the reaction solution and the pH is adjusted to 3 or less to filter it out as a carboxylic acid, and an organic solvent is added to cause aggregation. There is another way. Among them, a method of converting to carboxylic acid and recovering it from the viewpoint of handling property, yield, and waste liquid treatment is preferable. In addition, when preparing the fine cellulose fiber composition described later, since it is more miscible with the solvent if it does not contain a metal ion as a counter ion, a method of converting it to a carboxylic acid and recovering it is preferable.

酸化セルロース中に含まれる金属イオン含有量は、様々な分析方法で調べることができるが、例えば、電子線マイクロアナライザーを用いたEPMA法、蛍光X線分析法の元素分析等によって簡易的に調べることができる。塩を形成したまま濾別する方法により回収した場合、金属イオンの含有率は5wt%以上であるのに対し、カルボン酸としてから濾別する方法により回収した場合、金属イオン含有量は1wt%以下となる。特に、下記のような方法により酸化セルロースを洗浄した場合には、金属イオン含有量は検出限界以下となる。   The content of metal ions contained in oxidized cellulose can be examined by various analysis methods, but for example, it can be simply examined by EPMA method using an electron beam microanalyzer, elemental analysis of fluorescent X-ray analysis, etc. Can do. When recovered by the method of filtering out while forming a salt, the content of metal ions is 5 wt% or more, whereas when recovered by the method of filtering after carboxylic acid, the metal ion content is 1 wt% or less It becomes. In particular, when the oxidized cellulose is washed by the following method, the metal ion content is below the detection limit.

回収した酸化セルロースは、洗浄を繰り返すことにより精製でき、触媒や副生成物である塩化ナトリウム、イオンなどの残渣を取り除くことができる。このとき、洗浄液としては水が好ましく、さらに塩酸などを用いpH3以下、より好ましくはpH1.8以下の酸性条件に調整し洗浄を行った後、水による洗浄を行うと、金属イオンを上記分析方法における検出限界量以下とすることができる。または、残存する金属イオン量をより低減させるため、酸性条件での洗浄を複数回行ってもよい。また、セルロース中に塩等が残留していると、後述の分散工程にて分散しにくくなるため、水洗浄は複数回洗浄を行うことが好ましい。   The recovered oxidized cellulose can be purified by repeated washing, and residues such as sodium chloride and ions that are catalysts and by-products can be removed. At this time, water is preferable as the cleaning liquid, and further, after adjusting and cleaning to acidic conditions of pH 3 or lower, more preferably pH 1.8 or lower using hydrochloric acid or the like, the metal ions are analyzed by the above analysis method. It can be made below the detection limit amount in. Alternatively, cleaning under acidic conditions may be performed a plurality of times in order to further reduce the amount of remaining metal ions. In addition, if salt or the like remains in the cellulose, it is difficult to disperse in the dispersion step described later.

次に、セルロース繊維を分散処理し微細セルロース繊維分散液を調製する工程を説明する。
洗浄した酸化セルロースを微細化する工程としては、まず、酸化セルロースを分散媒である水系媒体に浸漬する。この時、浸漬した液のpHは例えば4以下となる。酸化セルロースは水系媒体に不溶であり、浸漬した時点では不均一な懸濁液となっている。
Next, a process for preparing a fine cellulose fiber dispersion by dispersing cellulose fibers will be described.
As a step of refining the washed oxidized cellulose, first, the oxidized cellulose is immersed in an aqueous medium that is a dispersion medium. At this time, the pH of the immersed liquid is, for example, 4 or less. Oxidized cellulose is insoluble in an aqueous medium and becomes a non-uniform suspension when immersed.

微細セルロース繊維懸濁液中、微細セルロース繊維の固形分濃度は、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。固形分濃度が5質量%以下、特に3質量%以下であると、分散性、透明性が良好である。固形分濃度が10質量%を超えると、分散液の粘度が著しく上昇し、分散処理が困難になる。固形分濃度の下限は特に限定されず、0質量%超であればよい。   In the fine cellulose fiber suspension, the solid content concentration of the fine cellulose fibers is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. When the solid content concentration is 5% by mass or less, particularly 3% by mass or less, dispersibility and transparency are good. When solid content concentration exceeds 10 mass%, the viscosity of a dispersion liquid will raise remarkably and dispersion processing will become difficult. The minimum of solid content concentration is not specifically limited, What is necessary is just to exceed 0 mass%.

次に、アルカリを用いて懸濁液のpHをpH4以上pH12以下の範囲に調整する。特に、pHをpH7以上pH12以下のアルカリ性とし、カルボン酸塩を形成する。これにより、カルボキシル基同士の電気的反発が起こりやすくなるため、分散性が向上し微細セルロース繊維を得やすくなる。ここで、pH4未満でも機械的分散処理によりセルロースを微細繊維化することは可能であるが、分散処理により長時間・高エネルギーを要し、得られる繊維の繊維径も本発明のものより大きくなり、分散液の透明性が劣る。一方、pH12を超えると分散処理中に酸化セルロースのβ脱離反応による低分子量化や分散液の黄変が促進されるため、製膜後の膜強度や透明性が劣る。   Next, the pH of the suspension is adjusted to a range of pH 4 or more and pH 12 or less using an alkali. In particular, the pH is made alkaline between pH 7 and pH 12 to form a carboxylate. Thereby, since electrical repulsion between carboxyl groups is likely to occur, dispersibility is improved and fine cellulose fibers are easily obtained. Here, even if the pH is less than 4, cellulose can be made into fine fibers by mechanical dispersion treatment, but the dispersion treatment requires a long time and high energy, and the fiber diameter of the resulting fiber is larger than that of the present invention. The transparency of the dispersion is poor. On the other hand, when the pH exceeds 12, the reduction in molecular weight due to β-elimination reaction of oxidized cellulose and the yellowing of the dispersion are promoted during the dispersion treatment, resulting in poor film strength and transparency after film formation.

アルカリとしては、アンモニア水または有機アルカリを用いてpHを調整することとする。有機アルカリとしては、各種脂肪族アミン、芳香族アミン、ジアミンなどのアミン類や水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラn−ブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、水酸化2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム、などNR4OH(Rはアルキル基、またはベンジル基、またはフェニル基、またはヒドロキシアルキル基で、4つのRが同一でも異なっていてもよい)で表される水酸化物イオンを対イオンとする第4級アンモニウム化合物、水酸化テトラエチルホスホニウムなどの水酸化ホスホニウム化合物、水酸化オキソニウム化合物、水酸化スルホニウム化合物、などの水酸化物イオンを対イオンとする有機オニウム化合物が挙げられる。有機アルカリを用いた場合も、アルカリの種類によらず、無機アルカリを用いた場合と同様の分散処理により繊維を微細化することが可能である。   As the alkali, pH is adjusted using ammonia water or organic alkali. Organic alkalis include various aliphatic amines, aromatic amines, amines such as diamines, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetra-n-butylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, 2-hydroxyhydroxide. A hydroxide ion represented by NR4OH (R is an alkyl group, a benzyl group, a phenyl group, or a hydroxyalkyl group, and four Rs may be the same or different) such as ethyltrimethylammonium and the like is used as a counter ion. Organic onium compounds having a hydroxide ion as a counter ion such as a quaternary ammonium compound, a phosphonium hydroxide compound such as tetraethylphosphonium hydroxide, an oxonium hydroxide compound, and a sulfonium hydroxide compound. Even when an organic alkali is used, the fiber can be refined by a dispersion treatment similar to that when an inorganic alkali is used, regardless of the type of alkali.

特に、アルカリとして有機アルカリを用いると、金属イオンを対イオンとする無機アルカリを用いた場合よりも低エネルギー、短時間で分散処理を行うことができ、かつ最終的到達する分散液の透明性も高い。これは、有機アルカリを用いた方が対イオンのイオン径が大きいため分散媒中で微細セルロース繊維同士をより引き離す効果が大きいためと考えられる。   In particular, when an organic alkali is used as the alkali, the dispersion treatment can be performed in a shorter energy and in a shorter time than when an inorganic alkali having a metal ion as a counter ion is used, and the transparency of the finally reached dispersion liquid is also improved. high. This is considered to be because the use of organic alkali has a larger effect of separating fine cellulose fibers in the dispersion medium because the ionic diameter of the counter ion is larger.

さらに、有機アルカリを用いると、有機溶剤に対する親和性が高いため、媒体としてアルコールなどの有機溶剤を用いた際にも、微細セルロース繊維分散液を調製することができる。さらに、水系媒体中で分散処理した微細セルロース繊維分散液に、分散処理後に有機溶剤を添加することも可能である。水系媒体としては、水、または水と有機溶剤との混合溶剤が挙げられる。有機溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、2−プロパノール(IPA)などのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)などのケトン類、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)などのエーテル類、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、酢酸エチルなどが挙げられる。これらのいずれか1種単独でも、2種以上の混合溶媒でもよい。   Furthermore, when an organic alkali is used, the affinity for an organic solvent is high, and therefore a fine cellulose fiber dispersion can be prepared even when an organic solvent such as alcohol is used as a medium. Furthermore, it is also possible to add an organic solvent to the fine cellulose fiber dispersion dispersed in an aqueous medium after the dispersion treatment. Examples of the aqueous medium include water or a mixed solvent of water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol (IPA), ketones such as acetone and methyl ethyl ketone (MEK), ethers such as 1,4-dioxane and tetrahydrofuran (THF), N, N -Dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, ethyl acetate and the like. Any one of these may be used alone, or two or more mixed solvents may be used.

水酸化ナトリウム等の無機アルカリを用いると、溶剤中での分散処理や分散処理後の溶剤との混合は困難である。無機アルカリによる金属イオンを含んだ微細セルロース繊維分散液では、有機溶剤を添加すると分散させた微細セルロース繊維が凝集し、分散液の凝集白濁、不均一化を起してしまう。   When an inorganic alkali such as sodium hydroxide is used, it is difficult to perform dispersion treatment in a solvent and mixing with a solvent after dispersion treatment. In a fine cellulose fiber dispersion containing metal ions due to an inorganic alkali, when an organic solvent is added, the dispersed fine cellulose fibers are aggregated, causing aggregation of the dispersion to become cloudy and non-uniform.

媒体への分散処理の方法としては、既に知られている各種分散処理が可能である。例えば、ホモミキサー処理、回転刃つきミキサー処理、高圧ホモジナイザー処理、超高圧ホモジナイザー処理、超音波ホモジナイザー処理、ナノジナイザー処理、ディスク型レファイナー処理、コニカル型レファイナー処理、ダブルディスク型レファイナー処理、グラインダー処理、ボールミル処理、ニ軸混練機による混練処理、水中対向処理などがある。この中でも、微細化効率の面から回転刃つきミキサー処理、高圧ホモジナイザー処理、超高圧ホモジナイザー処理、超音波ホモジナイザー処理が好適である。なお、これらの処理のうち二つ以上の処理方法を組み合わせて分散を行うことも可能である。   As a method of distributed processing on a medium, various known distributed processing can be performed. For example, homomixer processing, mixer processing with rotary blade, high pressure homogenizer processing, ultra high pressure homogenizer processing, ultrasonic homogenizer processing, nanogenizer processing, disc type refiner processing, conical type refiner processing, double disc type refiner processing, grinder processing, ball mill processing , Kneading treatment by a biaxial kneader, underwater facing treatment, and the like. Among these, the mixer treatment with a rotary blade, the high-pressure homogenizer treatment, the ultra-high pressure homogenizer treatment, and the ultrasonic homogenizer treatment are preferable from the viewpoint of miniaturization efficiency. In addition, it is also possible to perform dispersion by combining two or more processing methods among these processes.

分散処理を行うと、懸濁液は目視上均一な透明分散液となる。分散処理により酸化セルロースは微細化し、微細セルロース繊維となる。
分散処理後の微細セルロース繊維は、好ましくは数平均繊維径(繊維の短軸方向の幅)が2nm以上200nm以下であり、より好ましくは5nm以上50nm以下である。微細セルロース繊維の繊維径は、走査型電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)により確認できる。分散が不十分・不均一で、一部に繊維径の大きいものが含まれていると、微細セルロース繊維を含む塗液を製膜した際、膜の透明性や平滑性が著しく低下してしまう問題がある。
When the dispersion treatment is performed, the suspension becomes a visually transparent dispersion liquid. Oxidized cellulose is refined by the dispersion treatment to form fine cellulose fibers.
The fine cellulose fiber after the dispersion treatment preferably has a number average fiber diameter (width in the minor axis direction of the fiber) of 2 nm to 200 nm, more preferably 5 nm to 50 nm. The fiber diameter of the fine cellulose fiber can be confirmed with a scanning electron microscope (SEM) or an atomic force microscope (AFM). If the dispersion is insufficient or non-uniform and some of the fibers have a large fiber diameter, the transparency and smoothness of the film will be significantly reduced when a coating solution containing fine cellulose fibers is formed. There's a problem.

続いて、本組成物について説明する。
本組成物は、微細セルロース繊維とベース樹脂とを混合し、微細セルロース繊維を均一に樹脂中に分散させることにより作製される。本組成物は、微細セルロース繊維を含有することにより、ベース樹脂を単体で使用する場合に比べて形状保持性が著しく向上される。その結果、ベース樹脂単体で成形体を作製するよりも、寸法安定性および剛性(強度)に優れる成形体を作製することができる。
Then, this composition is demonstrated.
The present composition is produced by mixing fine cellulose fibers and a base resin and uniformly dispersing the fine cellulose fibers in the resin. By containing the fine cellulose fiber, the present composition is remarkably improved in shape retention as compared with the case where the base resin is used alone. As a result, it is possible to produce a molded body that is superior in dimensional stability and rigidity (strength) as compared to a molded body made of a base resin alone.

寸法安定性は、例えば、線熱膨張率で示すことができる。本組成物を用いて作製された成形体は、30℃−100℃の温度範囲における線熱膨張率が50ppm/℃以下であり、概ねベース樹脂単体の線熱膨張率の約1/2以下となる。   The dimensional stability can be indicated by, for example, a linear thermal expansion coefficient. The molded body produced using this composition has a coefficient of linear thermal expansion in the temperature range of 30 ° C. to 100 ° C. of 50 ppm / ° C. or less, and is generally about ½ or less of the linear thermal expansion coefficient of the base resin alone. Become.

また、本組成物は、微細セルロース繊維が均一に分散されているため、ベース樹脂が透明性を有していれば、作製された成形体も透明性に優れる。例えば、本組成物を厚さ30μmの膜状に成形した場合、成形体の厚さ方向における波長660nmの光線の透過率は70%以上となる。   Moreover, since the fine cellulose fiber is uniformly disperse | distributed for this composition, if the base resin has transparency, the produced molded object is excellent also in transparency. For example, when the present composition is molded into a film having a thickness of 30 μm, the transmittance of light having a wavelength of 660 nm in the thickness direction of the molded body is 70% or more.

微細セルロース繊維とベース樹脂との混合方法に特に制限はないが、例えば微細セルロース繊維の懸濁液とベース樹脂の溶液とを混合する方法が挙げられる。
他の方法として、微細セルロース繊維の懸濁液を加熱乾燥し、溶媒を除去した後にベース樹脂のペレットと混合(混練)する方法によっても本組成物を得ることができる。この場合、得られた本組成物を、二軸押出し成型などの手法でフィルム等の膜状成形体に加工することができる。この際、溶融温度は使用する樹脂の融点以上200℃以下であることが好ましい。200℃を超えるとセルロースの分解などにより本来の強度を保つことができない場合がある。
Although there is no restriction | limiting in particular in the mixing method of a fine cellulose fiber and base resin, For example, the method of mixing the suspension of a fine cellulose fiber and the solution of base resin is mentioned.
As another method, the present composition can also be obtained by a method in which a suspension of fine cellulose fibers is heated and dried to remove the solvent, and then mixed (kneaded) with the base resin pellets. In this case, the obtained composition can be processed into a film-like molded body such as a film by a technique such as biaxial extrusion molding. At this time, the melting temperature is preferably not lower than the melting point of the resin used and not higher than 200 ° C. If it exceeds 200 ° C., the original strength may not be maintained due to decomposition of cellulose and the like.

微細セルロース繊維は、ベース樹脂100質量部に対して0.5質量部以上40質量部以下混合される。この範囲であれば、寸法安定性および剛性(強度)に優れる成形体を作製することができるが、微細セルロースの含有率が高まるにつれて、成形体が脆くなる傾向があるため、より優れた成形体を作製する観点からは、微細セルロース繊維の含有率を、ベース樹脂100質量部に対して1質量部以上15質量部以下とするのが好ましい。   The fine cellulose fibers are mixed in an amount of 0.5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin. Within this range, a molded product having excellent dimensional stability and rigidity (strength) can be produced. However, as the content of fine cellulose increases, the molded product tends to become brittle. From the viewpoint of producing the above, it is preferable that the content of the fine cellulose fiber is 1 part by mass or more and 15 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base resin.

ベース樹脂としては、酢酸ビニル系、ウレタン系、アクリル系、スチレン系、フェノール系、アミノ系、アミド系、ポリエステル系、エチレン系、ポリビニルアルコール(PVA)系等の各種樹脂を用いることができる。ベース樹脂は単独でもよく、共重合したものや二種類以上併せて用いることができる。   As the base resin, various resins such as vinyl acetate, urethane, acrylic, styrene, phenol, amino, amide, polyester, ethylene, and polyvinyl alcohol (PVA) can be used. The base resin may be used alone or in combination of two or more types.

ベース樹脂として親水性の低い樹脂を用いる場合は、アルコール等の有機溶媒を含む溶媒中で酸化セルロース繊維に有機アルカリを添加してpH調整した後に分散処理を施すことで、微細セルロース繊維の凝集が抑制される。また、分散処理を施した後にも適宜有機溶媒を添加することができる。このようにして本組成物を製造した場合、本組成物は、アンモニア又は有機アルカリを含有する。
親水性の低い樹脂の中では、EVOHがベース樹脂として特に好ましい。EVOHは、有機溶媒を含む溶媒に分散した微細セルロース繊維との相溶性が高く成形用組成物としての効果が発現しやすい。
When using a resin having low hydrophilicity as the base resin, fine cellulose fibers can be aggregated by adding an organic alkali to the oxidized cellulose fibers in a solvent containing an organic solvent such as alcohol and adjusting the pH, followed by dispersion treatment. It is suppressed. Moreover, an organic solvent can be added as appropriate after the dispersion treatment. When the present composition is produced in this manner, the present composition contains ammonia or organic alkali.
Among the resins having low hydrophilicity, EVOH is particularly preferable as the base resin. EVOH is highly compatible with fine cellulose fibers dispersed in a solvent containing an organic solvent, and easily exhibits an effect as a molding composition.

なお、微細セルロースは、緻密な膜状に形成することにより、水蒸気や酸素等のガスバリア性を発揮する。しかし、本組成物がアンモニア又は有機アルカリを含有する場合、微細セルロース間に分子量の大きいアンモニア又は有機アルカリが存在することになるため、本組成物を用いて作製された成形体に関しては、微細セルロースの含有率やアンモニア又は有機アルカリの含有率に関わらず、微細セルロースがガスバリア性を向上させることはない。   Note that fine cellulose exhibits a gas barrier property such as water vapor and oxygen by being formed into a dense film. However, when the composition contains ammonia or organic alkali, ammonia or organic alkali having a large molecular weight is present between the fine celluloses. Regardless of the content of ammonia or the content of ammonia or organic alkali, fine cellulose does not improve the gas barrier properties.

ベース樹脂として親水性の高い樹脂を用いる場合は、水中で酸化セルロース繊維に有機アルカリを添加してpH調整した後に分散処理を施してもよい。ただし、上述したように有機アルカリ等の添加によりアルコール等の有機溶媒を含む溶媒中に分散させた微細セルロース繊維を用いると、成形時に溶媒が揮発しやすくなり、効率よく溶媒を除去して成形体を作製することができる。   When a highly hydrophilic resin is used as the base resin, dispersion treatment may be performed after adjusting pH by adding an organic alkali to the oxidized cellulose fiber in water. However, as described above, when fine cellulose fibers dispersed in a solvent containing an organic solvent such as alcohol by the addition of an organic alkali or the like are used, the solvent easily evaporates at the time of molding, and the molded body is efficiently removed by removing the solvent. Can be produced.

本組成物は、ベース樹脂および微細セルロースの他に、添加剤としてアミノ基、エポキシ基、水酸基、メルカプト基、カルボジイミド基、ポリエチレンイミン、イソシアネート基、アルコキシ基などの反応性官能基を有する化合物を含んでいてもよい。これらの添加剤は、酸化セルロース中の水酸基、カルボキシル基、アルデヒド基と反応し被膜の各性能、特に膜強度、耐水性、耐湿性、隣接層との密着性向上に効果がある。   In addition to the base resin and fine cellulose, the composition contains a compound having a reactive functional group such as an amino group, an epoxy group, a hydroxyl group, a mercapto group, a carbodiimide group, a polyethyleneimine, an isocyanate group, or an alkoxy group as an additive. You may go out. These additives react with hydroxyl groups, carboxyl groups, and aldehyde groups in the oxidized cellulose, and are effective in improving the performance of the film, particularly film strength, water resistance, moisture resistance, and adhesion to adjacent layers.

さらに、必要に応じて、上述した効果を著しく損なわない範囲で、上記以外の他の成分が含有されてもよい。他の成分としては、特に限定されず、本発明の微細セルロース繊維組成物により形成する膜状成形体の用途等に応じて、公知の添加剤のなかから適宜選択できる。具体的には、たとえばレベリング剤、消泡剤、安定剤、無機系粒子、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、シランカップリング剤等が挙げられる。   Furthermore, if necessary, other components than the above may be contained within a range that does not significantly impair the above-described effects. It does not specifically limit as another component, According to the use etc. of the film-shaped molded object formed with the fine cellulose fiber composition of this invention, it can select suitably from well-known additives. Specific examples include leveling agents, antifoaming agents, stabilizers, inorganic particles, organic particles, lubricants, antistatic agents, ultraviolet absorbers, dyes, pigments, and silane coupling agents.

本組成物を用いて膜状の成形体を作製する際の成膜方法については、特に制限はなく、一般にキャストフィルムを製造する際に採用されている製膜方法を採用することができる。製膜されたフィルムには、必要に応じて熱処理を施すことができる。熱処理の温度は、70〜200℃の範囲内であることが好ましく、100〜150℃の範囲内であることがより好ましい。熱処理の時間としては、例えば、30秒〜1時間の範囲内が挙げられる。なお、熱処理をはじめとする複合組成物を製造する工程中で、高すぎる温度に晒されると得られる膜状成形体の寸法安定性が低下する場合があることから、製膜原液としての本組成物を用いて膜状成形体を製造するまでの間、本組成物の温度を200℃以下に保つことが好ましい。200℃を超えるとセルロースが脱水縮合や分解をしてしまい、本来の強度を保つことができない場合がある。   There is no restriction | limiting in particular about the film-forming method at the time of producing a film-form molded object using this composition, The film-forming method generally employ | adopted when manufacturing a cast film is employable. The formed film can be heat-treated as necessary. The temperature of the heat treatment is preferably in the range of 70 to 200 ° C, and more preferably in the range of 100 to 150 ° C. Examples of the heat treatment time include a range of 30 seconds to 1 hour. In addition, in the process of producing a composite composition including heat treatment, the dimensional stability of the obtained film-like molded product may be reduced when exposed to a temperature that is too high. It is preferable to keep the temperature of the present composition at 200 ° C. or lower until a film-like molded body is produced using the product. If it exceeds 200 ° C., the cellulose may undergo dehydration condensation or decomposition, and the original strength may not be maintained.

製膜時は、必要に応じて、乾燥前、乾燥中または乾燥後のうちのいずれか1つまたは2つ以上の段階で一軸または二軸の延伸を行うこともできる。延伸の際の温度としては、20〜120℃の範囲内であることが好ましい。また、延伸倍率は、延伸前の長さに基づいて1.05〜5.0倍の範囲内であることが好ましく、1.1〜3.0倍の範囲内であることがより好ましい。さらに必要であれば、延伸後にフィルムを熱固定して残存応力を低下させることもできる。   During film formation, uniaxial or biaxial stretching can be performed at any one or two or more stages before, during, or after drying, as necessary. The stretching temperature is preferably in the range of 20 to 120 ° C. Moreover, it is preferable that it is in the range of 1.05-5.0 times based on the length before extending | stretching, and, as for a draw ratio, it is more preferable that it exists in the range of 1.1-3.0 times. Furthermore, if necessary, the residual stress can be reduced by heat fixing the film after stretching.

本組成物について、実施例および比較例を用いてさらに説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、これら実施例の具体的内容により何ら限定されるものではない。   This composition is further demonstrated using an Example and a comparative example. However, the technical scope of the present invention is not limited by the specific contents of these examples.

まず、微細セルロース繊維を得るためのセルロースの調整について示す。
(酸化セルロースの調製方法)
セルロースとして、汎用的に入手可能な針葉樹漂白パルプを用いた。セルロース60g(絶乾質量換算)を蒸留水1000gに加え撹拌し、膨潤させた後ミキサーにより解繊した。ここに蒸留水2200gと、予め蒸留水400gに溶解させたTEMPOを0.6g、臭化ナトリウム6gの溶液を加え、2mol/L濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液172gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。反応温度は常に20℃以下に維持した。反応中は系内のpHが低下するが、0.5NのNaOH水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。そして、4時間反応させた時点で、エタノール60gを添加し、反応を停止した。続いて反応液に0.5NのHClを滴下しpHを2まで低下させた。ナイロンメッシュを用いてこの反応液をろ過し、固形分をさらに水で数回洗浄し、反応試薬や副生成物を除去し、固形分濃度7%の水を含有した酸化セルロースを得た。
First, it shows about adjustment of the cellulose for obtaining a fine cellulose fiber.
(Preparation method of oxidized cellulose)
As cellulose, softwood bleached pulp, which is available for general use, was used. 60 g of cellulose (in terms of absolute dry mass) was added to 1000 g of distilled water, stirred and swollen, and then defibrated with a mixer. To this, 2200 g of distilled water and 0.6 g of TEMPO previously dissolved in 400 g of distilled water and 6 g of sodium bromide were added, and 172 g of a 2 mol / L sodium hypochlorite aqueous solution was added dropwise to oxidize the reaction. Started. The reaction temperature was always kept below 20 ° C. During the reaction, the pH in the system was lowered, but a 0.5 N NaOH aqueous solution was sequentially added to adjust the pH to 10. And when it was made to react for 4 hours, ethanol 60g was added and reaction was stopped. Subsequently, 0.5N HCl was added dropwise to the reaction solution to lower the pH to 2. The reaction solution was filtered using a nylon mesh, and the solid content was further washed several times with water to remove the reaction reagent and by-products, thereby obtaining oxidized cellulose containing water with a solid content concentration of 7%.

(官能基の導入量の測定)
絶乾質量換算で0.2gの湿潤酸化セルロースをビーカーに量りとり、蒸留水を加えて60gとした。0.1MのNaCl水溶液を0.5mL加え、0.5Mの塩酸でpHを3とした後、0.5MのNaOH水溶液を滴下して伝導度測定を行った。測定はpHが11程度になるまで続けた。弱酸の中和段階に相当する部分がカルボキシル基量となるので、得られた伝導度曲線からNaOHの添加量を読み取ると、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。
(Measurement of the amount of functional groups introduced)
0.2 g of wet oxidized cellulose in terms of absolute dry mass was weighed into a beaker, and distilled water was added to make 60 g. After adding 0.5 mL of 0.1 M NaCl aqueous solution and adjusting the pH to 3 with 0.5 M hydrochloric acid, 0.5 M NaOH aqueous solution was added dropwise to conduct conductivity measurement. The measurement was continued until the pH reached about 11. Since the portion corresponding to the neutralization stage of the weak acid is the amount of carboxyl groups, the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g when the addition amount of NaOH was read from the obtained conductivity curve.

(微細セルロース繊維分散液の調製)
上記により調製した固形分濃度7%の酸化セルロース57.14g(固形分4g)に、蒸留水と、10wt%水酸化テトラブチルアンモニウム(TBAH)とを加え、pH10の酸化セルロース懸濁液200gとした。続いてイソプロピルアルコール200gを混合して総量を400gとした。調製した懸濁液を回転刃つきミキサーにて60分間処理し、固形分濃度1%の微細セルロース繊維分散液を得た。微細セルロース繊維の数平均繊維径は、5nmであった。
(Preparation of fine cellulose fiber dispersion)
Distilled water and 10 wt% tetrabutylammonium hydroxide (TBAH) were added to 57.14 g (7 g solid content) of oxidized cellulose having a solid content concentration of 7% prepared as described above to obtain 200 g of oxidized cellulose suspension having a pH of 10. . Subsequently, 200 g of isopropyl alcohol was mixed to make the total amount 400 g. The prepared suspension was treated with a mixer with a rotary blade for 60 minutes to obtain a fine cellulose fiber dispersion having a solid concentration of 1%. The number average fiber diameter of the fine cellulose fibers was 5 nm.

(ベース樹脂溶液の調整)
市販品のEVOH(ソアノールD2908B、日本合成化学工業(株)製)50gをビーカーに量りとり、純水475g、イソプロピルアルコール475gを加えた。これを100℃に加熱し、溶解させ5%溶液を得た。この5%溶液を水:イソプロピルアルコール=1:1の溶液を用いて希釈し、濃度1%のベース樹脂溶液を得た。
(Preparation of base resin solution)
50 g of commercially available EVOH (Soarnol D2908B, manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.) was weighed into a beaker, and 475 g of pure water and 475 g of isopropyl alcohol were added. This was heated to 100 ° C. and dissolved to obtain a 5% solution. This 5% solution was diluted with a solution of water: isopropyl alcohol = 1: 1 to obtain a base resin solution having a concentration of 1%.

(実施例1)
ベース樹脂溶液中に微細セルロース繊維分散液を攪拌しながら添加して混合した。微細セルロース繊維分散液の混合量は、ベース樹脂100重量部に対して微細セルロース繊維が10重量部となるように設定した。
以上により、実施例1の成形用組成物を得た。
Example 1
The fine cellulose fiber dispersion was added to the base resin solution with stirring and mixed. The mixing amount of the fine cellulose fiber dispersion was set so that the fine cellulose fiber was 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base resin.
Thus, the molding composition of Example 1 was obtained.

(実施例2)
微細セルロース繊維分散液の調製の際に、イソプロピルアルコールに代えてアセトン(200g)を使用した点を除き、実施例1と同様の手順で実施例2の成形用組成物を得た。
(Example 2)
In the preparation of the fine cellulose fiber dispersion, a molding composition of Example 2 was obtained in the same procedure as Example 1 except that acetone (200 g) was used instead of isopropyl alcohol.

(実施例3)
微細セルロース繊維分散液の調製の際に、TBAHに代えて10wt%水酸化テトラエチルアンモニウム(TEAH)を使用した点を除き、実施例1と同様の手順で実施例3の成形用組成物を得た。
(Example 3)
A molding composition of Example 3 was obtained in the same procedure as in Example 1 except that 10 wt% tetraethylammonium hydroxide (TEAH) was used instead of TBAH when preparing the fine cellulose fiber dispersion. .

(実施例4)
微細セルロース繊維分散液の調製の際に、TBAHに代えて10wt%水酸化ベンジルトリエチルアンモニウム(BTEAH)を使用した点を除き、実施例1と同様の手順で実施例4の成形用組成物を得た。
Example 4
In the preparation of the fine cellulose fiber dispersion, the molding composition of Example 4 was obtained in the same procedure as Example 1 except that 10 wt% benzyltriethylammonium hydroxide (BTEAH) was used instead of TBAH. It was.

(膜状成形体の作製)
各実施例の成形用組成物をシャーレに移し、120℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの膜状成形体を各実施例について得た。
(Production of film-shaped molded product)
The molding composition of each example was transferred to a petri dish and heated at 120 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, thereby obtaining a film-like molded body having a thickness of 30 μm in a dry state for each example.

(実施例5)
実施例1の成形用組成物を用い、150℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの実施例5の膜状成形体を得た。
(Example 5)
By using the molding composition of Example 1 and heating at 150 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, a film-like molded product of Example 5 having a thickness of 30 μm was obtained in a dry state.

(実施例6)
微細セルロース繊維分散液の混合量を、ベース樹脂100重量部に対して微細セルロース繊維が0.5重量部となるように設定した点を除き、実施例1と同様の手順で実施例6の成形用組成物を得た。
実施例6の成形用組成物を用い、120℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの実施例6の膜状成形体を得た。
(Example 6)
Molding of Example 6 in the same procedure as in Example 1 except that the mixing amount of the fine cellulose fiber dispersion was set so that the fine cellulose fiber was 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base resin. A composition was obtained.
By using the molding composition of Example 6 and heating at 120 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, a film-like molded product of Example 6 having a thickness of 30 μm was obtained in a dry state.

(実施例7)
微細セルロース繊維分散液の混合量を、ベース樹脂100重量部に対して微細セルロース繊維が40重量部となるように設定した点を除き、実施例1と同様の手順で実施例7の成形用組成物を得た。
実施例7の成形用組成物を用い、120℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの実施例7の膜状成形体を得た。
(Example 7)
The molding composition of Example 7 in the same procedure as in Example 1 except that the amount of the fine cellulose fiber dispersion was set so that the fine cellulose fiber was 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base resin. I got a thing.
By using the molding composition of Example 7 and heating at 120 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, a film-like molded product of Example 7 having a thickness of 30 μm was obtained in a dry state.

(実施例8)
微細セルロース繊維分散液の調製の際に、TBAHに代えて10wt%アンモニアを使用した点を除き、実施例1と同様の手順で実施例8の成形用組成物を得た。
実施例8の成形用組成物を用い、120℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの実施例8の膜状成形体を得た。
(Example 8)
In the preparation of the fine cellulose fiber dispersion, a molding composition of Example 8 was obtained in the same procedure as Example 1 except that 10 wt% ammonia was used instead of TBAH.
By using the molding composition of Example 8 and heating at 120 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, a film-like molded product of Example 8 having a thickness of 30 μm was obtained in a dry state.

(比較例1)
ベース樹脂溶液のみを用い、120℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの比較例1の膜状成形体を得た。
(Comparative Example 1)
By using only the base resin solution and heating at 120 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, a film-like molded article of Comparative Example 1 having a film thickness of 30 μm was obtained in a dry state.

(比較例2)
微細セルロース繊維分散液の調製の際に、水酸化テトラブチルアンモニウムに代えて10wt%水酸化ナトリウムを使用した点を除き、実施例1と同様の手順で比較例2の成形用組成物を得た。
比較例2の成形用組成物を用い、120℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの比較例2の膜状成形体を得た。
(Comparative Example 2)
In the preparation of the fine cellulose fiber dispersion, a molding composition of Comparative Example 2 was obtained in the same procedure as Example 1 except that 10 wt% sodium hydroxide was used instead of tetrabutylammonium hydroxide. .
By using the molding composition of Comparative Example 2 and heating at 120 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, a film-like molded body of Comparative Example 2 having a thickness of 30 μm was obtained in a dry state.

(比較例3)
微細セルロース繊維分散液の混合量を、ベース樹脂100重量部に対して微細セルロース繊維が100重量部となるように設定した点を除き、実施例1と同様の手順で比較例3の成形用組成物を得た。
比較例3の成形用組成物を用い、120℃で10分加熱して溶媒を除去することにより、乾燥状態で膜厚30μmの比較例3の膜状成形体を得た。
(Comparative Example 3)
The molding composition of Comparative Example 3 in the same procedure as in Example 1 except that the amount of the fine cellulose fiber dispersion was set so that the fine cellulose fiber was 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the base resin. I got a thing.
By using the molding composition of Comparative Example 3 and heating at 120 ° C. for 10 minutes to remove the solvent, a film-like molded body of Comparative Example 3 having a film thickness of 30 μm was obtained in a dry state.

各実施例および比較例の膜状成形体に対し、以下の評価を行った。
(線熱膨張率)
窒素雰囲気下における30℃〜100℃の範囲内における線膨張率を、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製EXSTAR TMA/SS6100を用いて測定した。測定値を安定させるために、二度目の加熱(2nd heat)における値を測定値として採用した。
The following evaluation was performed on the film-shaped molded bodies of each Example and Comparative Example.
(Linear thermal expansion coefficient)
The linear expansion coefficient in the range of 30 ° C. to 100 ° C. in a nitrogen atmosphere was measured using EXSTAR TMA / SS6100 manufactured by SII Nanotechnology. In order to stabilize the measured value, the value in the second heating (2nd heat) was adopted as the measured value.

(光線透過率)
分光光度計を用い、波長660nmの光の、厚さ方向における透過率を測定した。
(Light transmittance)
Using a spectrophotometer, the transmittance in the thickness direction of light having a wavelength of 660 nm was measured.

(引っ張り強度測定)
膜状成形体を、15mm幅、70mm長さの短冊状に切り出し、試験片とした。恒温恒湿槽付き引張試験機(テスター産業社製、TE−7001)を用いて、チャック間隔50mm、試験速度5mm/minにて温度40℃、相対湿度30%の環境下で引張り強度(kg/cm)を測定した。なお、測定前に予め2日間測定環境にて調湿した。
(Tensile strength measurement)
The film-shaped molded body was cut into a strip shape having a width of 15 mm and a length of 70 mm to obtain a test piece. Using a tensile tester with a constant temperature and humidity chamber (TE-7001, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.), tensile strength (kg / kg) in an environment with a chuck interval of 50 mm, a test speed of 5 mm / min, a temperature of 40 ° C., and a relative humidity of 30% cm 2 ). In addition, the humidity was adjusted in a measurement environment for 2 days before measurement.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

Figure 2018076425
Figure 2018076425

表1に示すように、各実施例の膜状成形体は、ベース樹脂のみで形成した比較例1の膜状成形体に比べて線熱膨張率が低く、寸法安全性が向上されていた。また、比較例1に比べて引っ張り強度も高く、剛性も向上していることが示された。   As shown in Table 1, the film-shaped molded body of each Example had a lower linear thermal expansion coefficient and improved dimensional safety compared to the film-shaped molded body of Comparative Example 1 formed only with the base resin. Moreover, it was shown that the tensile strength was high and the rigidity was improved as compared with Comparative Example 1.

有機アルカリを含有しない比較例2の成形用組成物では、ベース樹脂であるEVOHの親水性が低いために、微細セルロース繊維の凝集が発生した。その結果、比較例2の膜状成形体は白く曇った外観を呈し、光線透過率も低かった。これに対し、各実施例の膜状成形体はいずれも85%以上の光線透過率を示し、透明性が良好であった。
なお、有機アルカリを含有しない構成の成形用組成物であっても、ベース樹脂がPVA等の親水性の高い樹脂である場合は、線熱膨張率および光線透過率のいずれも良好な膜状成形体を形成できることを確認している。
In the molding composition of Comparative Example 2 containing no organic alkali, aggregation of fine cellulose fibers occurred due to the low hydrophilicity of EVOH as the base resin. As a result, the film-like molded product of Comparative Example 2 had a white and cloudy appearance and low light transmittance. On the other hand, all of the film-shaped molded articles of each example showed a light transmittance of 85% or more, and the transparency was good.
In addition, even in the case of a molding composition that does not contain an organic alkali, when the base resin is a highly hydrophilic resin such as PVA, film-like molding having both good linear thermal expansion coefficient and light transmittance It is confirmed that the body can be formed.

微細セルロース繊維の含有率が高すぎる比較例3の膜状成形体は、脆くなった結果、引っ張り強度が低下し、線熱膨張率も測定不能であった。   As a result of the brittleness of the film-shaped molded article of Comparative Example 3 in which the content of fine cellulose fibers was too high, the tensile strength was reduced, and the linear thermal expansion coefficient was not measurable.

以上、本発明の一実施形態および実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態等の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。   Although one embodiment and examples of the present invention have been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments and the like, and various constituent elements can be used without departing from the spirit of the present invention. It is possible to make changes or delete them.

Claims (6)

ベース樹脂と、
前記ベース樹脂100質量部に対して0.5質量部以上40質量部以下混合され、数平均繊維経が2−200nmである微細セルロース繊維と、
アンモニアまたは有機アルカリと、
を含む、
成形用組成物。
A base resin;
0.5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin, fine cellulose fibers having a number average fiber diameter of 2-200 nm,
With ammonia or organic alkali,
including,
Molding composition.
前記微細セルロース繊維は、酸化反応によりカルボキシル基が導入されており、前記カルボキシル基の含有量が0.1mmol/g以上3mmol/g以下である、
請求項1に記載の成形用組成物。
The fine cellulose fiber has a carboxyl group introduced by an oxidation reaction, and the content of the carboxyl group is 0.1 mmol / g or more and 3 mmol / g or less,
The molding composition according to claim 1.
前記ベース樹脂は、有機溶媒または水と有機溶媒の混合物に可溶である、請求項1または2に記載の成形用組成物。   The molding composition according to claim 1 or 2, wherein the base resin is soluble in an organic solvent or a mixture of water and an organic solvent. 請求項1から3のいずれか一項に記載の成形用組成物を用いて形成された成形体であって、30℃−100℃における線熱膨張率が50ppm/℃以下である、
成形体。
A molded body formed using the molding composition according to any one of claims 1 to 3, wherein a linear thermal expansion coefficient at 30 ° C to 100 ° C is 50 ppm / ° C or less.
Molded body.
厚さが1μm〜500μmである、請求項4に記載の成形体。   The molded object of Claim 4 whose thickness is 1 micrometer-500 micrometers. 厚さが30μm以下であり、厚さ方向における波長660nmの光線透過率が70%以上である、請求項5に記載の成形体。   The molded product according to claim 5, wherein the thickness is 30 µm or less, and the light transmittance at a wavelength of 660 nm in the thickness direction is 70% or more.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105587A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 日本エクスラン工業株式会社 High-speed moisture-absorbing/desorbing polymer, fiber structure containing said polymer, resin molded product, air-conditioning element, adsorption-type heat exchange module, and adsorption heat cycle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011047084A (en) * 2009-08-28 2011-03-10 Sumitomo Bakelite Co Ltd Organized fiber, resin composition, and method for producing the resin composition
JP2011140738A (en) * 2009-12-11 2011-07-21 Kao Corp Composite body of micro cellulose fiber, liquid dispersion of micro cellulose fiber and composite material
JP2015183096A (en) * 2014-03-24 2015-10-22 凸版印刷株式会社 Coating agent, barrier film, packaging film and manufacturing method of coating agent
JP2016156111A (en) * 2015-02-26 2016-09-01 花王株式会社 Fine cellulose fiber composite
JP2018024967A (en) * 2016-08-09 2018-02-15 花王株式会社 Fine cellulose fiber complex

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011047084A (en) * 2009-08-28 2011-03-10 Sumitomo Bakelite Co Ltd Organized fiber, resin composition, and method for producing the resin composition
JP2011140738A (en) * 2009-12-11 2011-07-21 Kao Corp Composite body of micro cellulose fiber, liquid dispersion of micro cellulose fiber and composite material
JP2015183096A (en) * 2014-03-24 2015-10-22 凸版印刷株式会社 Coating agent, barrier film, packaging film and manufacturing method of coating agent
JP2016156111A (en) * 2015-02-26 2016-09-01 花王株式会社 Fine cellulose fiber composite
JP2018024967A (en) * 2016-08-09 2018-02-15 花王株式会社 Fine cellulose fiber complex

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105587A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 日本エクスラン工業株式会社 High-speed moisture-absorbing/desorbing polymer, fiber structure containing said polymer, resin molded product, air-conditioning element, adsorption-type heat exchange module, and adsorption heat cycle
JPWO2020105587A1 (en) * 2018-11-21 2021-10-07 日本エクスラン工業株式会社 High-speed moisture absorption / desorption polymer, fiber structure containing the polymer, resin molding, air conditioning element, sorption heat exchange module and adsorption heat cycle
JP7344474B2 (en) 2018-11-21 2023-09-14 日本エクスラン工業株式会社 High-speed moisture absorption and desorption polymers, fiber structures containing the polymers, resin moldings, air conditioning elements, sorption heat exchange modules, and adsorption heat cycles

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