JPH0674281B2 - アルカリ可溶セルロ−スおよびそのド−プ - Google Patents

アルカリ可溶セルロ−スおよびそのド−プ

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JPH0674281B2
JPH0674281B2 JP25583385A JP25583385A JPH0674281B2 JP H0674281 B2 JPH0674281 B2 JP H0674281B2 JP 25583385 A JP25583385 A JP 25583385A JP 25583385 A JP25583385 A JP 25583385A JP H0674281 B2 JPH0674281 B2 JP H0674281B2
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健二 上出
邦彦 岡島
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旭化成工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、単純な溶媒に溶解したセルロースドープから
有用なセルロース成形品を得るのに適したセルロースお
よびそのドープに関する。
〔従来の技術〕
従来、アルカリ金属水酸化物の水溶液に3重量%以上の
濃度に溶解できる比較的高重合度(500程度)のセルロ
ースについては、特開昭60−42401に開示されたセルロ
ースII系のセルロースが知られているに過ぎない。この
セルロースは天然セルロースを一旦溶解し、これを再生
して得たもので、かかるアルカリ可溶性セルロースをア
ルカリに再度溶解し、成形品を工業的に得るにはコスト
的に妙味の有るものではない。このような目的のために
は天然セルロース(セルロースI結晶型をもつ)をより
経済的な処理でアルカリに可溶化する技術が望まれる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、繊維、膜等の有用な成形品を得るため
の原料として、セルロースI結晶型を有するアルカリ可
溶セルロースを提供するとともにセルロース成形品を得
るのに適したセルロースドープを提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、その一面において、粘度平均重合度が100〜7
00でセルロースI型の結晶型部をもつセルロースであっ
て、クロスポーラリゼーション/マジックアングル回転
法を用いた固体13C核磁気共鳴スペクトルにおいて、C3
位およびC6位に結合する水酸基の分子内水素結合の程度
Hbが50%以下であることを特徴とするアルカリに可溶な
セルロースを提供する。
但し、Hbは以下の式で規定される。
ここで、Ic4およびIc6はそれぞれc4およびc6カーボンピ
ークの全領域の積分強度、Ic4h,Ic6hは該領域中の高磁
場度に出現するブロードなピーク群の積分強度である。
本発明は、他の一面において、上記のようなセルロース
をアルカリ水溶液に実質的に3重量%以上溶解せしめて
なることを特徴とする成形に適するセルロースドープを
提供する。
本発明のアルカリ可溶セルロースは、クロスポーラリゼ
ーション/マジック角回転法によってえられる固体13C
−核磁気共鳴(以下、「NMR」と略称する)法によって
評価される、 C3,C6位のOH基に関与する分子内水素結合性(Hb)が、5
0%以下のものである。
本発明にいう分子内水素結合を第1図および第2図に従
って説明する。第1図および第2図はそれぞれ本発明の
セルロースおよ比較セルロースの固体高分解能13C NMR
スペクトルを示す。両図においてピーク上のC1,C6の記
号はそれぞれ、セルロースのグルコース環を構成するカ
ーボンピークの同定を示す。上出(K.Kamide)等:ポリ
マー・ジャーナル(Polymer Journal)16,701(1985)
にセルロース固体の13C−NMRのピーク同定が行なわれて
いるが、それによるとC3位の分子内水素結合はC4カーボ
ンピークに反映され、斜線部分が分子内水素結合の破壊
されたピークに相当する(斜線部のピーク積分強度をIc
4hとする)。このピークは種々のピークの重なったもの
である。89.9ppmのシャープなピークは完全なC3−O5
分子内水素結合に相当するC4カーボンピークである。C6
位の分子内水素結合性は直接C6カーボンピークから評価
でき、斜線部が分子内水素結合が破壊された場合のピー
クに相当する(ピーク積分強度をIc6hとする)。
クロスポーラリゼーション/マジック角13C−NMRの具体
的測定法は以下の通りである。核磁気共鳴スペクトル
は、日本電子製JNM−FX200型スペクトロメーターを用
い、CP/MAS法を用いて50.1MHzで測定したコンタクトタ
イムは2ms、パルス間隔は約5sec、積算回数は400〜10
00であった。
本発明のセルロースは、 を満す必要がある。Hbが低いほどアルカリへの溶解性は
増加し、しかもその溶液の透明性、安定性も増加する。
Hbが50%を越えると、溶解法を適宜選択しても、未溶解
分が元のセルロースの数%以上に及ぶため、成形用ドー
プとしては最善のものとは云えない。
本発明のセルロースは基本的にセルロースI型の結晶部
を含むものであって、重合度は100〜700である。セルロ
ースI型の結晶部をもつことが、一つの大きな特徴であ
り、天然セルロースの結晶構造を変えない程度の処理に
よって得られることを示す。重合度が100未満では、本
発明のセルロースをアルカリに溶解し成形した場合の加
工性、成形品の充分な機械的強度を損う。上限は限定的
ではないが、700を超えるとアルカリに溶解した時の粘
度の急激な増加、溶液の安定性の減少があり、従って、
700以下がよい。
ここでいう重合度は以下の方法によって測定される粘度
平均分子量である。
試薬特級のエチレンジアミン900gを、蒸留水2414gに、
混合液を0℃に保ちながら徐々に加え、さらに試薬特級
の酸化カドミウム318gを混合液を0℃に保ち撹拌しなが
ら、2〜3時間かけて徐々に混合し、−15℃で一昼夜静
置し、この上澄み液950mlにエチレンジアミン60ml、蒸
留水155mlカセイソーダ14gを加え、カドキセン原液とす
る。
重合度はカドキセン溶液中の粘度から決定した粘度平均
重合度を用いた。その方法を詳述すると、秤量したセル
ロースを6℃以下に保ちながら、カドキセン原液に溶解
し、カドキセン原液と同体積の蒸留水で希釈し、その濃
度をc(g/dl)とする。水の落下秒数約80〜120秒(20
℃)のウベローデ型粘度計で測定した、25℃におけるセ
ルロース/カドキセン溶液の落下秒数をt、2倍希釈し
たカドキセン溶液の落下秒数をt0とし、〔η〕=1im
{(t/t0−1)/c}で定義される固有粘度を、ブラウ
ン、ウイクストローム(Brown,Wi kstrm)の粘度式
(Euro.Polym.J.,,1(1966)記載)〔η〕=3.85・10
2・Mv0.76に代入して得た粘度平均分子量Mvを、162で割
って粘度平均重合度とした。なお、固有粘度の決定に当
たって、粘度の濃度依存性に関する経験則を用いて、濃
度一点での落下秒数の値から、以下の二次方程式の解と
して求めても良い。
ck〔η〕+〔η〕−v=0 ただし、 v=(t/t0−1)/c k=0.08361v+0.2061 本発明のセルロースは、例えば、以下の方法によって製
造できる。原料となる天然セルロース、例えば、木材パ
ルプ、綿リンター、麻等に水分を10〜300%含有させ、
これを保温型耐圧容器に仕込み、外部より10〜50kg/cm2
の水蒸気を導入し、その圧力下で数秒〜数分放置し、耐
圧容器のバルブを開放し急激に常圧下に戻すとともに、
バルブにとりつけられた細孔ノズルを急激に通過せしめ
る。
この製造過程において、水分に酸、塩、アルカリ、過酸
化水素等を少量加えて、上記操作を行なっても良い。ま
た、耐圧容器内の圧力は窒素ガスを併用して調製しても
良い。また、原料パルプに水素媒体を含浸させ、水分の
余剰バックフローを防止するスクリュー配列をもつエキ
ストルーダーで処理し、ヘッド部から水蒸気とともに放
出させることによっても得られる。バレル温度は外部加
熱方式で調整でき、50〜240℃位に保温しておくと良
い。
本発明のセルロースドープは、上述の方法で得られたセ
ルロースを低温でアルカリ水溶液に溶解することによっ
て得られる。この場合、アルカリ水溶液のアルカリ濃度
は5〜15重量%で、苛性ソーダの場合8〜12重量%が好
適に用いられる。アルカリとしては、この他、水酸化リ
チウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等が用いられ
る。セルロース濃度はセルロースの重合度に依って決定
すべき問題であるが、経済的観点から3重量%以上を含
有する。溶解温度は16℃以下、好ましくはより低温で行
なう。
かくして得られたセルロースドープは、繊維や膜等の成
形用途に用いられ、ある場合には他素材に対するコーテ
ィング液や、稀釈して浸漬液として他素材にない性能を
付与することができる。
〔発明の効果〕
本発明のセルロースはセルロースI結晶型を有するアル
カリ可溶セルロースであって、上述のような種々の用途
に向くセルロースドープを工業的有利に得ることができ
る。
〔実施例〕
以下、実施例について、本発明を具体的に説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 アラスカパルプ(DP=1150)100gを大量の水に浸漬し、
ホモミキサーで解砕後、遠心分離により脱水して水分を
含むアラスカパルプ20gを得た。これを2.0の外部保温
型耐圧容器に入れ、電気ボイラーで別途加熱した30kg/c
m2の水蒸気を導入し、容器内圧が30kg/cm2の状態で30秒
保持した。その後、容器バルブを急速に開放し、処理さ
れたセルロースを径15mmφの細管を通し、レシーバー容
器に受けた。処理されたセルロースを水で洗條後、風乾
した。このセルロースの重合度は550であった。更に、
前述の方法で固体13C−NMRでHbを評価したところ、37%
であった。(第1図参照)。このセルロース20gを予じ
め4℃に冷却した9.1wt NaOH水溶液380gに投入し、ホー
ムミキサーで20秒間撹拌分散し、4℃に6時間放置後、
再度10秒間撹拌した。こうして得たドープを偏光顕微鏡
で観察したところ、すべて暗視野でよく溶解れされてい
ることを示した。更に、上記セルロース溶液を4℃に調
整した9.1重量%NaOHで稀釈し、セルロース分を1重量
%とした後、冷却下に7200rpmで遠心分離しゲル分を分
離し、これを再生して原セルロースに対する未溶解部と
して評価したところ、溶解部(Sa2)は99.8%以上であ
った。この溶液(セルロースを5重量%含むもの)は、
4℃で数過間安定であった。
他方、比較例として同上原料パルプを2N HClに分散し、
Battista等の方法(USP 2,978,446)に従って、云わゆ
るレベルオフセルロース(DP200)を得た。このセル
ロースの13C−NMRを第2図に示す。本発明のセルロース
(第1図)と比較して明らかに、斜線部の分率が低く、
Hbは70%であった。このセルロースのSa2を前述の方法
に従って評価したところ、このものは、本発明のセルロ
ースの半分以下の重合度であるにもかかわらず、Sa2は8
5%以下で、成形用ドープを製造するための原料として
は不適であった。
実施例2 70℃で24時間真空乾燥したアラスカパルプ(DP=1150)
100gを20℃、65%RHの恒温恒湿槽に3日間放置し、水分
率(対セルロース乾量重量)14%のアラスカパルプを得
た。これを外部加温型1.0の耐圧容器に入れ、別途電
気ボイラーで加熱した45kg/cm2の水蒸気を導入し、容器
内圧が45kg/cm2の状態で15秒保持した。しかる後、容器
の開放バルブを急速に開放し、径21.6mmφのパルプを通
し、セルロースをレシーバー容器に受けた。処理された
セルロースを水で洗條後、風乾させた。このセルロース
の重合度は394であった。このセルロース20gをからかじ
め0℃に冷却した10重量%NaOH水溶液380gに投入し、ホ
ームミキサーで30秒間撹拌後、4℃に15時間放置後、再
度、20秒間撹拌溶解した。得られたドープは均一で透明
性が高く、繊維やフィルム成形に適した曳糸性を示し
た。
また、前述の方法並びに実施例1に基づきHbおよびSa2
を評価したところそれぞれ23%および99.6%であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセルロースの固体高分解能13C−NMRス
ペクトル、第2図は比較セルロースの同様なNMRスペク
トルを示す。ピーク上のC1〜C6の記号はそれぞれ、セル
ロースのグルコース環を構成するカーボン位を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粘度平均重合度が100〜700でセルロースI
    型の結晶型部をもつセルロースであって、クロスポーラ
    リゼーション/マジックアングル回転法を用いた固体13
    C核磁気共鳴スペクトルにおいて、C3位およびC6位に結
    合する水酸基の分子内水素結合の程度Hbが50%以下であ
    ることを特徴とするアルカリに可溶なセルロース。但
    し、Hbは以下の式で規定される。 ここで、Ic4およびIC6はそれぞれc4およびc6カーボンピ
    ークの全領域の積分強度、Ic4h,Ic6hは該領域中の高磁
    場側に出現するブロードなピーク群の積分強度である。
  2. 【請求項2】クロスポーラリゼーション/マジックアン
    グル回転法を用いた固体13C核磁気共鳴スペクトルにお
    いて、C3位およびC6位に結合する水酸基の分子内水素結
    合の程度Hbが50%以下であって、粘度平均重合度が100
    〜700で結晶型がセルロースI型であるセルロースをア
    ルカリ水溶液に実質的に3重量%以上溶解せしめてなる
    ことを特徴とする成形に適するセルロースドープ。但
    し、Hbは以下の式で規定される。 ここで、Ic4およびIc6はそれぞれc4およびc6カーボンピ
    ークの全領域の積分強度、Ic4h,Ic6hは該領域中の高磁
    場側に出現するブロードなピーク群の積分強度である。
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