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JP2017133037A - Fine cellulose fiber production process - Google Patents

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JP2017133037A
JP2017133037A JP2017087196A JP2017087196A JP2017133037A JP 2017133037 A JP2017133037 A JP 2017133037A JP 2017087196 A JP2017087196 A JP 2017087196A JP 2017087196 A JP2017087196 A JP 2017087196A JP 2017133037 A JP2017133037 A JP 2017133037A
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JP
Japan
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cellulose
cellulose fiber
alkali
acid
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Pending
Application number
JP2017087196A
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Japanese (ja)
Inventor
隆行 嶋岡
Takayuki Shimaoka
隆行 嶋岡
泰友 野一色
Yasutomo Noishiki
泰友 野一色
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Oji Holdings Corp
Original Assignee
Oji Holdings Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process that can produce a fine cellulose fiber in which a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group are introduced into the cellulose at a high yield.SOLUTION: Provided is a process for producing a fine cellulose fiber in which a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group are introduced to the cellulose, characterized in that: the step of introducing a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group into a hydroxyl group of cellulose of a cellulose fiber raw material is carried out in the presence of alkali.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、微細セルロース繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing fine cellulose fibers.

近年、石油資源の代替および環境意識の高まりから再生産可能な天然繊維の応用に注目が集まっている。天然繊維の中でもセルロース繊維、とりわけ木材由来のセルロース繊維(パルプ)は主に紙製品として幅広く使用されている。紙に使用されるセルロース繊維の幅は10〜50μmのものがほとんどである。また、セルロース繊維としては、繊維径が1000nm以下の微細セルロース繊維も知られており、微細セルロース繊維の用途については様々なものが検討されている。   In recent years, attention has been focused on the application of reproducible natural fibers due to the substitution of petroleum resources and the growing environmental awareness. Among natural fibers, cellulose fibers, particularly wood-derived cellulose fibers (pulp) are widely used mainly as paper products. Most cellulose fibers used for paper have a width of 10 to 50 μm. As cellulose fibers, fine cellulose fibers having a fiber diameter of 1000 nm or less are also known, and various uses of the fine cellulose fibers have been studied.

特許文献1には、植物繊維及び水を含む懸濁液を調製する工程、及び上記工程により得られる懸濁液及びビーズをビーズミルに入れ、解繊する工程を有することを特徴とするミクロフィブリル化植物繊維の製造方法が記載されている。特許文献1にはさらに、上記製造方法により得られるミクロフィブリル化植物繊維、並びに上記ミクロフィブリル化植物繊維と樹脂を含む樹脂成形材料などが記載されている。また、特許文献1には、植物繊維として、酸ハロゲン化物によるエステル化反応、又はアルキル若しくはアルケニル無水コハク酸でハーフエステル化した後に、生成したカルボキシ基の一部、若しくは全てを中和する反応により得られる疎水化変性植物繊維を使用できることが記載されている。   Patent Document 1 includes a step of preparing a suspension containing plant fibers and water, and a step of putting the suspension and beads obtained by the above step into a bead mill and defibrating, characterized in that A method for producing plant fibers is described. Patent Document 1 further describes a microfibrillated plant fiber obtained by the above production method, a resin molding material containing the microfibrillated plant fiber and a resin, and the like. In addition, Patent Document 1 discloses, as a plant fiber, an esterification reaction with an acid halide, or a reaction to neutralize part or all of the carboxy group generated after half esterification with an alkyl or alkenyl succinic anhydride. It is described that the resulting hydrophobized modified plant fiber can be used.

特開2011−213754号公報JP 2011-213754 A

本発明は、セルロースに疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とが導入されている微細セルロース繊維を高い収率で製造できる方法を提供することを解決すべき課題とした。   This invention made it the subject which should be solved to provide the method which can manufacture the fine cellulose fiber by which the hydrophobic group and the cationic group or the anionic group were introduce | transduced into the cellulose with a high yield.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、セルロースの水酸基に対して疎水基を導入する工程とカチオン性基又はアニオン性基を導入する工程、又はセルロースの水酸基に対して疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを併せ持つ化合物を導入する工程をアルカリの存在下において行うことにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have introduced a step of introducing a hydrophobic group into the hydroxyl group of cellulose and a step of introducing a cationic group or an anionic group, or a group of hydrophobic group and cation with respect to the hydroxyl group of cellulose. It has been found that the above problem can be solved by carrying out the step of introducing a compound having both an ionic group or an anionic group in the presence of an alkali, and the present invention has been completed.

即ち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
(1) セルロース繊維原料のセルロースの水酸基に対して疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを導入する工程をアルカリの存在下において行うことを特徴とする、セルロースに疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とが導入されている微細セルロース繊維の製造方法。
(2) セルロース繊維原料をアルカリの存在下において、セルロース繊維原料のセルロースの水酸基に対して疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを併せ持つ化合物を導入する、(1)に記載の方法。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
(1) A step of introducing a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group into a hydroxyl group of cellulose of a cellulose fiber raw material in the presence of an alkali, wherein the hydrophobic group and the cationic group or A method for producing fine cellulose fibers into which an anionic group is introduced.
(2) The method according to (1), wherein a compound having both a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group is introduced to the hydroxyl group of cellulose of the cellulose fiber raw material in the presence of an alkali.

(3) (a)セルロース繊維原料をアルカリの存在下において疎水基で置換された無水コハク酸により処理するセルロースのハーフエステル化工程、(b)上記ハーフエステル化工程で得られたハーフエステル化されたセルロースをアルカリ溶液で処理するアルカリ処理工程、及び(c)上記アルカリ処理されたセルロースを解繊処理する解繊処理工程を含む、(1)又は(2)に記載の製造方法。
(4) アルカリ処理工程における反応液のpHが9以上である、(1)から(3)の何れかに記載の製造方法。
(3) (a) A cellulose half-esterification step in which a cellulose fiber raw material is treated with succinic anhydride substituted with a hydrophobic group in the presence of an alkali; and (b) a half-esterification obtained in the half-esterification step. The manufacturing method as described in (1) or (2) including the alkali treatment process which processes the obtained cellulose with the alkali solution, and the defibration process process which fibrillates the said (c) said alkali-treated cellulose.
(4) The production method according to any one of (1) to (3), wherein the pH of the reaction solution in the alkali treatment step is 9 or more.

(5) セルロースのハーフエステル化工程において、セルロース繊維原料、アルカリ、及び疎水基で置換された無水コハク酸の混合物を加熱攪拌し脱水することにより反応を行う、(3)又は(4)に記載の製造方法。
(6) セルロースのハーフエステル化工程において、反応液中のセルロース繊維原料の濃度が10質量%〜90質量%である、(3)から(5)の何れかに記載の製造方法。
(5) In the half esterification step of cellulose, the reaction is performed by heating and stirring and dehydrating a mixture of cellulose fiber raw material, alkali, and a succinic anhydride substituted with a hydrophobic group, (3) or (4) Manufacturing method.
(6) The manufacturing method in any one of (3) to (5) whose density | concentration of the cellulose fiber raw material in a reaction liquid is 10 mass%-90 mass% in the half esterification process of a cellulose.

(7) (a)セルロース繊維原料をアルカリの存在下においてカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程とアルカリの存在下において疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程、及び(b)上記で得られたセルロースを解繊処理する解繊処理工程を含む、(1)に記載の製造方法。
(8) セルロース繊維原料をアルカリの存在下においてカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程における反応液のpHが9以上である、(7)に記載の製造方法。
(7) (a) a step of treating a cellulose fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent in the presence of an alkali, a step of treating with a chemical modifier for introducing a hydrophobic group in the presence of an alkali, and (b ) The production method according to (1), comprising a defibrating treatment step of defibrating the cellulose obtained above.
(8) The production method according to (7), wherein the pH of the reaction solution in the step of treating the cellulose fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent in the presence of an alkali is 9 or more.

本発明によれば、疎水基(好ましくは疎水性の嵩高基)と、カチオン性基又はアニオン性基との両方を有する微細セルロース繊維を高い収率で製造することができる。また、本発明の方法で製造される微細セルロース繊維は、カチオン性基又はアニオン性基を有することにより、軽微な機械処理により水中で安定に分散した微細セルロース繊維を効率よく製造することができ、微細セルロース繊維を容易に回収できる。アニオン基の場合は、アルカリ処理により解繊が容易になる。また、四級カチオンにより解繊が容易になる。また、本発明の方法で製造される微細セルロース繊維は、親水基を有すると同時に疎水基を有することにより、界面活性能を有する。   According to the present invention, fine cellulose fibers having both a hydrophobic group (preferably a hydrophobic bulky group) and a cationic group or an anionic group can be produced in high yield. In addition, the fine cellulose fiber produced by the method of the present invention has a cationic group or an anionic group, and thus can efficiently produce fine cellulose fiber that is stably dispersed in water by light mechanical treatment. Fine cellulose fibers can be easily recovered. In the case of an anionic group, fibrillation is facilitated by alkali treatment. In addition, the quaternization cation facilitates defibration. Moreover, the fine cellulose fiber manufactured with the method of this invention has surface active ability by having a hydrophobic group simultaneously with a hydrophilic group.

以下、本発明について更に詳細に説明する。
<セルロース繊維原料>
微細セルロース繊維の原料となるセルロース繊維原料としては、製紙用パルプ、コットンリンターやコットンリントなどの綿系パルプ、麻、麦わら、バガスなどの非木材系パルプ、ホヤや海草などから単離されるセルロースなどが挙げられる。これらの中でも、入手のしやすさという点で、製紙用パルプが好ましい。製紙用パルプとしては、広葉樹クラフトパルプ(晒クラフトパルプ(LBKP)、未晒クラフトパルプ(LUKP)、酸素漂白クラフトパルプ(LOKP)など)、針葉樹クラフトパルプ(晒クラフトパルプ(NBKP)、未晒クラフトパルプ(NUKP)、酸素漂白クラフトパルプ(NOKP)など)、サルファイトパルプ(SP)、ソーダパルプ(AP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)、ケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ、楮、三椏、麻、ケナフ等を原料とする非木材パルプ、古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。これらの中でも、より入手しやすいことから、クラフトパルプ、脱墨パルプ、サルファイトパルプが好ましい。セルロース繊維原料は1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Cellulose fiber raw material>
Cellulose fiber materials used as raw materials for fine cellulose fibers include paper pulp, cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as hemp, straw and bagasse, cellulose isolated from sea squirts and seaweeds, etc. Is mentioned. Among these, paper pulp is preferable in terms of availability. Paper pulp includes hardwood kraft pulp (bleached kraft pulp (LBKP), unbleached kraft pulp (LUKP), oxygen bleached kraft pulp (LOKP), etc.), softwood kraft pulp (bleached kraft pulp (NBKP), unbleached kraft pulp) (NUCKP, oxygen bleached kraft pulp (NOKP), etc.), sulfite pulp (SP), chemical pulp such as soda pulp (AP), semi-chemical pulp (SCP), semi-chemical pulp such as chemiground wood pulp (CGP) In addition, mechanical pulp such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP), non-wood pulp using raw material such as cocoon, sardine, hemp, kenaf and the like, and deinked pulp using raw paper as a raw material. Among these, kraft pulp, deinked pulp, and sulfite pulp are preferable because they are more easily available. A cellulose fiber raw material may be used individually by 1 type, and may be used in mixture of 2 or more types.

<化学処理工程>
本発明においては、セルロース繊維原料のセルロースの水酸基に対して疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを導入する工程をアルカリの存在下において行うことによって、セルロースに疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とが導入されている微細セルロース繊維を製造することができる。
<Chemical treatment process>
In the present invention, the hydrophobic group and the cationic group or anion are introduced into the cellulose by performing the step of introducing a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group into the cellulose hydroxyl group of the cellulose fiber raw material in the presence of an alkali. Fine cellulose fibers into which a functional group is introduced can be produced.

セルロースの水酸基に対して疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを導入する工程としては、具体的には、セルロース繊維原料をアルカリの存在下において疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを併せ持つ化合物により処理する方法(以下、方法A)、又はセルロース繊維原料をアルカリの存在下においてカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程と、アルカリの存在下において疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程とを含む方法(以下、方法B)により行うことができる。方法Aは、疎水基(疎水性の嵩高基)とカルボキシ基の両方を同時に導入でき、反応が非常に簡便となり、製造工程の簡素化が可能となるため、好ましい。以下、方法A及び方法Bについて説明する。   Specifically, as a step of introducing a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group to the hydroxyl group of cellulose, the cellulose fiber raw material is subjected to a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group in the presence of an alkali. A method of treating with a compound (hereinafter, method A), or a step of treating a cellulose fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent in the presence of alkali, and chemical modification for introducing a hydrophobic group in the presence of alkali And a step of treating with an agent (hereinafter, method B). Method A is preferable because both a hydrophobic group (hydrophobic bulky group) and a carboxy group can be introduced simultaneously, the reaction becomes very simple, and the production process can be simplified. Hereinafter, method A and method B will be described.

(方法Aについて)
本発明の一例においては、セルロース繊維原料をアルカリの存在下において疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを併せ持つ化合物により処理することができる。疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とを併せ持つ化合物としては、具体的には、疎水基で置換された無水コハク酸などを使用することができる。方法Aの一例としては、セルロース繊維原料をアルカリの存在下において疎水基で置換された無水コハク酸により処理するセルロースのハーフエステル化工程と、上記ハーフエステル化終了後に、カルボキシ基を導入したセルロースをアルカリ溶液で処理するアルカリ処理工程とによって、セルロースに疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とが導入されている微細セルロース繊維を製造することができる。
(About Method A)
In one example of the present invention, the cellulose fiber raw material can be treated with a compound having both a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group in the presence of alkali. As the compound having both a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group, specifically, succinic anhydride substituted with a hydrophobic group can be used. As an example of Method A, a cellulose half-esterification process in which a cellulose fiber raw material is treated with succinic anhydride substituted with a hydrophobic group in the presence of an alkali; Fine cellulose fibers in which a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group are introduced into cellulose can be produced by an alkali treatment step of treating with an alkaline solution.

疎水基で置換された無水コハク酸における疎水基の種類は特に限定されないが、疎水基で置換された無水コハク酸の具体例としては、アルキル又はアルケニル無水コハク酸などを挙げることができる。アルキル又はアルケニル無水コハク酸の具体例としては、特に限定されないが、炭素数1〜24のオレフィン由来の骨格と無水マレイン酸骨格を持つ化合物が例示される。具体的には2−メチル無水コハク酸、2,3−ジメチル無水コハク酸、イタコン酸無水物、アリル無水コハク酸、(2-メチル−2−プロピニル)無水コハク酸、オクチル無水コハク酸、ノニル無水コハク酸、デシル無水コハク酸、ドデシル無水コハク酸、テトラデシル無水コハク酸、ヘキサデシル無水コハク酸、オクタデシル無水コハク酸等のアルキル無水コハク酸、2−ヘキセン−1−イル無水コハク酸、ペンテニル無水コハク酸、ヘキセニル無水コハク酸、オクテニル無水コハク酸、デセニル無水コハク酸、ウンデセニル無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸、トリデセニル無水コハク酸、ヘキサデセニルコハク酸無水物、オクタデセニルコハク酸無水物、イソオクタデセニルコハク酸無水物等のアルケニルコハク酸無水物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは1種類、又は2種類以上を併用して用いることができる。   The kind of the hydrophobic group in the succinic anhydride substituted with the hydrophobic group is not particularly limited, and specific examples of the succinic anhydride substituted with the hydrophobic group include alkyl or alkenyl succinic anhydride. Specific examples of the alkyl or alkenyl succinic anhydride include, but are not particularly limited to, compounds having a skeleton derived from an olefin having 1 to 24 carbon atoms and a maleic anhydride skeleton. Specifically, 2-methyl succinic anhydride, 2,3-dimethyl succinic anhydride, itaconic anhydride, allyl succinic anhydride, (2-methyl-2-propynyl) succinic anhydride, octyl succinic anhydride, nonyl anhydride Alkyl succinic anhydrides such as succinic acid, decyl succinic anhydride, dodecyl succinic anhydride, tetradecyl succinic anhydride, hexadecyl succinic anhydride, octadecyl succinic anhydride, 2-hexen-1-yl succinic anhydride, pentenyl succinic anhydride, Hexenyl succinic anhydride, octenyl succinic anhydride, decenyl succinic anhydride, undecenyl succinic anhydride, dodecenyl succinic anhydride, tridecenyl succinic anhydride, hexadecenyl succinic anhydride, octadecenyl succinic anhydride, isoocta And alkenyl succinic anhydride such as decenyl succinic anhydride. However, it is not limited to these. These can be used alone or in combination of two or more.

疎水基で置換された無水コハク酸の使用量は、セルロース繊維原料100質量部に対して0.1〜1000質量程度が好ましく、0.5〜500質量部程度がより好ましく、1〜500質量部がさらに好ましい。   The amount of succinic anhydride substituted with a hydrophobic group is preferably about 0.1 to 1000 parts by weight, more preferably about 0.5 to 500 parts by weight, and 1 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the cellulose fiber raw material. Is more preferable.

疎水基で置換された無水コハク酸によって処理する際の処理温度は、セルロースの熱分解温度の点から、250℃以下であることが好ましい。さらに、処理の際に水が含まれている場合には、80〜200℃にすることが好ましく、100〜170℃にすることがより好ましい。   The treatment temperature when treating with succinic anhydride substituted with a hydrophobic group is preferably 250 ° C. or less from the viewpoint of the thermal decomposition temperature of cellulose. Furthermore, when water is contained in the treatment, the temperature is preferably 80 to 200 ° C, more preferably 100 to 170 ° C.

セルロース繊維原料と疎水基で置換された無水コハク酸との反応条件は特に制限はないが、例えば、セルロース繊維原料とアルカリ水溶液(例えば、水酸化ナトリウム水溶液など)と、疎水基で置換された無水コハク酸とを混合して、加熱攪拌して水分を蒸発して除去する方法などが例示できる。   The reaction conditions of the cellulose fiber raw material and succinic anhydride substituted with a hydrophobic group are not particularly limited. For example, the cellulose fiber raw material, an aqueous alkali solution (for example, an aqueous sodium hydroxide solution), and anhydrous anhydrous substituted with a hydrophobic group Examples thereof include a method of mixing succinic acid, heating and stirring to evaporate and remove moisture.

混合液におけるセルロース繊維原料の濃度は特に限定されないが、脱水工程が短縮でき、繊維原料と疎水基で置換された無水コハク酸の接触しやすくなり、反応性が高まることから、セルロース繊維原料の濃度は高い方が良く、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がさらに好ましい。一方、繊維原料の膨潤性が損なわれないようにするため、90質量%以下が好ましく、80質量%以下がさらに好ましく、70質量%以下が特に好ましい。   The concentration of the cellulose fiber raw material in the mixed solution is not particularly limited, but the dehydration process can be shortened, the fiber raw material and the succinic anhydride substituted with a hydrophobic group are easily contacted, and the reactivity is increased. Is preferably 10% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more. On the other hand, 90 mass% or less is preferable, 80 mass% or less is more preferable, and 70 mass% or less is especially preferable in order not to impair the swelling property of the fiber raw material.

本発明においては、セルロース繊維原料をアルカリの存在下において疎水基で置換された無水コハク酸によって処理してセルロースをハーフエステル化することができる。アルカリとしては、無機アルカリ化合物でも有機アルカリ化合物でもよい。無機アルカリ化合物としては、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ土類金属の水酸化物等が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられ、アルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化カルシウム等が挙げられる。有機アルカリ化合物としては、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン等が挙げられる。アルカリ溶液における溶媒としては水または有機溶媒のいずれでもよいが、極性溶媒(水、アルコール等の極性有機溶媒)が好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒がより好ましい。   In the present invention, the cellulose fiber raw material can be treated with succinic anhydride substituted with a hydrophobic group in the presence of alkali to half-esterify the cellulose. The alkali may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. Examples of the inorganic alkali compound include alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides. Examples of the alkali metal hydroxide include sodium hydroxide and potassium hydroxide, and examples of the alkaline earth metal hydroxide include calcium hydroxide. Examples of the organic alkali compound include ammonia, aliphatic amines, and aromatic amines. The solvent in the alkaline solution may be either water or an organic solvent, but a polar solvent (polar organic solvent such as water or alcohol) is preferred, and an aqueous solvent containing at least water is more preferred.

前記反応では反応性を向上させるため、第四級アンモニウムヒドロキシト゛や第四級アンモニウムクロリドといった第四アンモニウム塩を用いることができる。第4級アンモニウムヒドロキシドの種類としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルジベンジルアンモニウムヒドロキシドなどが挙げられる。また、第四級アンモニウムクロリドの種類としては、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラプロピルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムクロリド、トリメチルエチルアンモニウムクロリド、トリメチルベンジルアンモニウムクロリド、ジメチルジベンジルアンモニウムクロリドなどが挙げられる。これらは疎水基で置換された無水コハク酸を親水性のセルロースと反応しやすくする相関移動触媒として作用する。使用する触媒量としてはセルロースのグルコース単位1モルに対し、0.01〜100モルが好ましい。   In the reaction, a quaternary ammonium salt such as quaternary ammonium hydroxide or quaternary ammonium chloride can be used to improve the reactivity. The types of quaternary ammonium hydroxide include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, trimethylethylammonium hydroxide, trimethylbenzylammonium hydroxide, dimethyldibenzylammonium Examples include hydroxide. Examples of the quaternary ammonium chloride include tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium chloride, tetrapropylammonium chloride, tetrabutylammonium chloride, trimethylethylammonium chloride, trimethylbenzylammonium chloride, dimethyldibenzylammonium chloride and the like. . These act as phase transfer catalysts that facilitate the reaction of succinic anhydride substituted with hydrophobic groups with hydrophilic cellulose. The amount of catalyst used is preferably 0.01 to 100 moles per mole of cellulose glucose units.

また、疎水基で置換された無水コハク酸が溶解する有機溶媒を使用することで、セルロース内部まで疎水基で置換された無水コハク酸が浸透し反応がしやすくなる。有機溶媒としては、水が存在するため、水と混ざりやすいものが好ましく、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒;テトラヒドロフラン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等のエーテル類のジメチル、ジエチル化物等のエーテル系溶媒、;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド系溶媒;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。また、これらから選ばれた2種以上の混合溶媒を使用してもよい。使用量は疎水基で置換された無水コハク酸を溶解させる十分な量があれば、特に制限はないが、全溶媒量の5〜90質量%が好ましい。   In addition, by using an organic solvent in which succinic anhydride substituted with a hydrophobic group is dissolved, succinic anhydride substituted with a hydrophobic group penetrates into the inside of the cellulose to facilitate the reaction. As the organic solvent, water is preferable because it is easily mixed with water, such as ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, and other ethers such as dimethyl and diethylated compounds. Amide solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone; dimethyl sulfoxide and the like. Moreover, you may use 2 or more types of mixed solvents chosen from these. Although there will be no restriction | limiting in particular if the usage-amount will have sufficient quantity which can dissolve the succinic anhydride substituted by the hydrophobic group, 5-90 mass% of the total amount of solvent is preferable.

アルカリ溶液/セルロース繊維原料/疎水基で置換された無水コハク酸からなる混合液の25℃におけるアルカリ濃度は0.1質量%以上であることが好ましく、0.5〜12質量%であることがさらに好ましい。   The alkali concentration at 25 ° C. of the mixed solution consisting of alkali solution / cellulose fiber raw material / succinic anhydride substituted with a hydrophobic group is preferably 0.1% by mass or more, and preferably 0.5 to 12% by mass. Further preferred.

反応装置としては、加熱・攪拌出来れば特に制限はないが、例えば、攪拌羽を装備した反応容器、攪拌子を持つ反応容器、ニーダー、二軸押出し機、ラボプラストミル、ビーズミル、ボールミル等が挙げられる。前記反応は基本的に固液反応であるため、反応効率を高めるためには攪拌効率の高い攪拌装置が好ましく、具体的にはニーダー、二軸押出し機、ラボプラストミル、ビーズミル、ボールミル等が例示される。   The reaction apparatus is not particularly limited as long as it can be heated and stirred, but examples thereof include a reaction vessel equipped with stirring blades, a reaction vessel having a stirring bar, a kneader, a twin screw extruder, a lab plast mill, a bead mill, a ball mill, and the like. It is done. Since the reaction is basically a solid-liquid reaction, a stirrer with high stirring efficiency is preferable in order to increase the reaction efficiency. Specific examples include a kneader, a twin screw extruder, a lab plast mill, a bead mill, and a ball mill. Is done.

疎水基で置換された無水コハク酸でハーフエステル化したセルロースは、次いでアルカリ溶液で処理する。
アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ溶液中に、疎水基で置換された無水コハク酸でハーフエステル化したセルロースを浸漬する方法が挙げられる。アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。無機アルカリ化合物としては、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩またはアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属のリン酸塩またはアルカリ土類金属のリン酸塩が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられ、アルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化カルシウムが挙げられる。
The cellulose half-esterified with succinic anhydride substituted with hydrophobic groups is then treated with an alkaline solution.
Although it does not specifically limit as a method of an alkali treatment, For example, the method of immersing the cellulose half-esterified with the succinic anhydride substituted by the hydrophobic group in an alkaline solution is mentioned. The alkali compound contained in the alkali solution may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. Examples of inorganic alkali compounds include alkali metal hydroxides or alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates or alkaline earth metal carbonates, alkali metal phosphates or alkaline earth metal phosphoric acids. Salt. Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide, and examples of the alkaline earth metal hydroxide include calcium hydroxide.

アルカリ金属の炭酸塩としては炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムが挙げられる。アルカリ土類金属の炭酸塩としては炭酸カルシウムなどが挙げられる。
アルカリ金属のリン酸塩としてはリン酸リチウム、リン酸カリウム、リン酸3ナトリウム、リン酸水素2ナトリウムなどが挙げられる。アルカリ土類金属のリン酸塩としてはリン酸カルシウム、リン酸水素カルシウムなどが挙げられる。
Examples of the alkali metal carbonate include lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium carbonate, and sodium hydrogen carbonate. Examples of the alkaline earth metal carbonate include calcium carbonate.
Examples of the alkali metal phosphate include lithium phosphate, potassium phosphate, trisodium phosphate, and disodium hydrogen phosphate. Examples of alkaline earth metal phosphates include calcium phosphate and calcium hydrogen phosphate.

有機アルカリ化合物としては、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物およびその水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等が挙げられる。
例えば、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、リン酸水素2アンモニウム等が挙げられる。
Examples of the organic alkali compounds include ammonia, aliphatic amines, aromatic amines, aliphatic ammoniums, aromatic ammoniums, heterocyclic compounds and their hydroxides, carbonates, and phosphates.
For example, ammonia, hydrazine, methylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, butylamine, diaminoethane, diaminopropane, diaminobutane, diaminopentane, diaminohexane, cyclohexylamine, aniline, tetramethylammonium hydroxide, Tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, pyridine, N, N-dimethyl-4-aminopyridine, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, diammonium hydrogen phosphate, etc. Can be mentioned.

アルカリ処理工程における反応液の25℃におけるpHは9以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、11〜14であることがさらに好ましい。反応液のpHが前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維の収率がより高くなる。しかし、pHが14を超えると、アルカリ溶液の取り扱い性が低下する。   The pH of the reaction solution at 25 ° C. in the alkali treatment step is preferably 9 or more, more preferably 10 or more, and still more preferably 11-14. If the pH of the reaction solution is at least the lower limit, the yield of fine cellulose fibers will be higher. However, when pH exceeds 14, the handleability of an alkaline solution will fall.

アルカリ処理後には、取り扱い性を向上させるために、解繊処理工程の前に、アルカリ処理セルロースを水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。   After the alkali treatment, in order to improve the handleability, it is preferable to wash the alkali-treated cellulose with water or an organic solvent before the defibrating treatment step.

(方法B)
本発明の別の例においては、セルロース繊維原料をアルカリの存在下においてカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程と、アルカリの存在下において疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程とによって、セルロースの水酸基の水素原子の一部が疎水基で置換され、さらにセルロースの別の水酸基の水素原子の一部がカチオン性基又はアニオン性基で置換されている微細セルロース繊維を製造することができる。セルロース繊維原料をアルカリの存在下においてカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程と、アルカリの存在下において疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程の順番は特に限定されず、セルロース繊維原料をアルカリの存在下においてカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程を行ってから、アルカリの存在下において疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程を行ってもよい。あるいは、セルロース繊維原料をアルカリの存在下において疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程を行ってから、アルカリの存在下においてカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程を行ってもよい。
(Method B)
In another example of the present invention, a step of treating a cellulose fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent in the presence of an alkali, and a step of treating with a chemical modifier for introducing a hydrophobic group in the presence of an alkali To produce a fine cellulose fiber in which a part of the hydrogen atoms of the hydroxyl group of cellulose is substituted with a hydrophobic group and a part of the hydrogen atoms of another hydroxyl group of cellulose is substituted with a cationic group or an anionic group. be able to. The order of the step of treating the cellulose fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent in the presence of alkali and the step of treating with a chemical modifier for introducing a hydrophobic group in the presence of alkali is not particularly limited. After the step of treating the fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent in the presence of alkali, a step of treating with a chemical modifier for introducing a hydrophobic group in the presence of alkali may be carried out. Alternatively, the cellulose fiber raw material may be treated with a chemical modifier for introducing a hydrophobic group in the presence of an alkali and then treated with a cationizing agent or an anionic agent in the presence of an alkali. Good.

アニオン性基としては、カルボキシ基、リン酸基、スルホン酸基等が挙げられる。   Examples of the anionic group include a carboxy group, a phosphoric acid group, and a sulfonic acid group.

カルボキシ基をセルロース繊維原料に導入する方法としては、酸化剤を使用して、セルロースの水酸基の一部をカルボキシ基に酸化する方法が挙げられる。
酸化剤としては、オゾン、二酸化塩素、過酸化水素、過酢酸、過硫酸、過マンガン酸、塩素、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸またはこれらの塩等の水溶液、六価クロム酸硫酸混液、ジョーンズ試薬(無水クロム酸の硫酸酸性溶液)、クロロクロム酸ピリジリニウム(PCC試薬)などのクロム酸酸化試薬、Swern酸化などに使われる活性化ジメチルスルホキシド試薬、また触媒的な酸化が生じるテトラプロピルアンモニウムテルルテナート(TPAP)や、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(TEMPO)などのN−オキシル化合物等が挙げられる。これらのうち、セルロース繊維にカルボキシ基を導入する効率が高いため、オゾン、TEMPO、過酸化水素、二酸化塩素が好ましく、オゾン、TEMPOがより好ましい。
As a method of introducing a carboxy group into a cellulose fiber raw material, a method of oxidizing a part of the hydroxyl group of cellulose to a carboxy group using an oxidizing agent can be mentioned.
Oxidizing agents include ozone, chlorine dioxide, hydrogen peroxide, peracetic acid, persulfuric acid, permanganic acid, chlorine, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid or an aqueous solution thereof such as six salts. Chromic acid sulfuric acid mixture, Jones reagent (acidic sulfuric acid solution of chromic anhydride), chromic acid oxidizing reagent such as pyridilinium chlorochromate (PCC reagent), activated dimethyl sulfoxide reagent used for Swern oxidation, etc., and catalytic oxidation And N-oxyl compounds such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) and the like. Of these, ozone, TEMPO, hydrogen peroxide, and chlorine dioxide are preferred, and ozone and TEMPO are more preferred because of the high efficiency of introducing carboxy groups into cellulose fibers.

また、カルボキシ基をセルロース繊維原料に導入する方法としては、分子内に2以上のカルボキシ基を有するカルボン酸系化合物を用いる方法も好ましい。
カルボン酸系化合物による処理では、セルロース分子が有するヒドロキシ基と、カルボン酸系化合物とが脱水反応して、極性基(−COO-)を形成する。これにより、セルロース繊維間の結合力が弱まり、解繊性が向上する。
As a method for introducing a carboxy group into a cellulose fiber raw material, a method using a carboxylic acid compound having two or more carboxy groups in the molecule is also preferred.
In the treatment with the carboxylic acid compound, the hydroxy group of the cellulose molecule and the carboxylic acid compound undergo a dehydration reaction to form a polar group (—COO ). Thereby, the bond strength between cellulose fibers becomes weak and defibration improves.

セルロース繊維原料をカルボン酸系化合物により処理する具体的方法としては、セルロース繊維原料にガス化したカルボン酸系化合物を混合する方法、セルロース繊維原料の分散液にカルボン酸系化合物を添加する方法等が挙げられる。これらのうち、工程が簡便で且つカルボキシ基導入の効率が高くなることから、セルロース繊維原料にガス化したカルボン酸系化合物を混合する方法が好ましい。カルボン酸系化合物をガス化する方法としては、カルボン酸系化合物を加熱する方法が挙げられる。   Specific methods for treating the cellulose fiber raw material with the carboxylic acid compound include a method of mixing the gasified carboxylic acid compound with the cellulose fiber raw material, a method of adding the carboxylic acid compound to the dispersion of the cellulose fiber raw material, and the like. Can be mentioned. Among these, since the process is simple and the efficiency of introducing a carboxy group is high, a method of mixing a gasified carboxylic acid compound with a cellulose fiber raw material is preferable. Examples of the method for gasifying the carboxylic acid compound include a method for heating the carboxylic acid compound.

本処理において使用するカルボン酸系化合物は、2つのカルボキシ基を有する化合物、2つのカルボキシ基を有する化合物の酸無水物、およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。2つのカルボキシ基を有する化合物の中では、2つのカルボキシ基を有する化合物(ジカルボン酸化合物)が好ましい。
2つのカルボキシ基を有する化合物としては、プロパン二酸(マロン酸)、ブタン二酸(コハク酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、2−メチルプロパン二酸、2−メチルブタン二酸、2−メチルペンタン二酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、2−ブテン二酸(マレイン酸、フマル酸)、2−ペンテン二酸、2,4−ヘキサジエン二酸、2−メチル−2−ブテン二酸、2−メチル−2ペンテン二酸、2−メチリデンブタン二酸(イタコン酸)、ベンゼン−1,2−ジカルボン酸(フタル酸)、ベンゼン−1,3−ジカルボン酸(イソフタル酸)、ベンゼン−1,4−ジカルボン酸(テレフタル酸)、エタン二酸(シュウ酸)等のジカルボン酸化合物が挙げられる。
The carboxylic acid compound used in this treatment is at least one selected from the group consisting of a compound having two carboxy groups, an acid anhydride of a compound having two carboxy groups, and derivatives thereof. Of the compounds having two carboxy groups, compounds having two carboxy groups (dicarboxylic acid compounds) are preferred.
The compounds having two carboxy groups include propanedioic acid (malonic acid), butanedioic acid (succinic acid), pentanedioic acid (glutaric acid), hexanedioic acid (adipic acid), 2-methylpropanedioic acid, 2 -Methylbutanedioic acid, 2-methylpentanedioic acid, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, 2-butenedioic acid (maleic acid, fumaric acid), 2-pentenedioic acid, 2,4-hexadienedioic acid, 2-methyl 2-butenedioic acid, 2-methyl-2-pentenedioic acid, 2-methylidenebutanedioic acid (itaconic acid), benzene-1,2-dicarboxylic acid (phthalic acid), benzene-1,3-dicarboxylic acid (isophthalic acid) ), Benzene-1,4-dicarboxylic acid (terephthalic acid), ethanedioic acid (oxalic acid), and the like.

2つのカルボキシ基を有する化合物の酸無水物としては、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸、無水ピロメリット酸、無水1,2−シクロヘキサンジカルボン酸等のジカルボン酸化合物や複数のカルボキシ基を含む化合物の酸無水物が挙げられる。
2つのカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、ジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等の、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が置換基(例えば、アルキル基、フェニル基等)で置換されたものが挙げられる。
これらのうち、工業的に適用しやすく、また、ガス化しやすいことから、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸が好ましい。
Acid anhydrides of compounds having two carboxy groups include maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, itaconic anhydride, pyromellitic anhydride, 1,2-cyclohexanedicarboxylic anhydride Examples thereof include acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as acids and compounds containing a plurality of carboxy groups.
The acid anhydride derivative of the compound having two carboxy groups includes at least a part of the acid anhydride of the compound having a carboxy group, such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, and diphenylmaleic anhydride. The hydrogen atom is substituted with a substituent (for example, an alkyl group, a phenyl group, etc.).
Of these, maleic anhydride, succinic anhydride, and phthalic anhydride are preferred because they are industrially applicable and easily gasified.

セルロース繊維原料にリン酸基を導入する方法としては、乾燥した、あるい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、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等が挙げられる。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。   As a method for introducing a phosphate group into a cellulose fiber raw material, a method of mixing a powder or an aqueous solution of phosphoric acid or a phosphoric acid derivative with a dry or wet cellulose fiber raw material, phosphoric acid or Examples thereof include a method of adding an aqueous solution of a phosphoric acid derivative. In these methods, dehydration treatment, heat treatment, and the like are usually performed after mixing or adding a powder or aqueous solution of phosphoric acid or phosphoric acid derivative.

ここで用いられる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、ポリオキソ酸或い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。
具体的には、リン酸;リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウムなどのリン酸のナトリウム塩;ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウムなどのポリリン酸のナトリウム塩;リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウムなどのリン酸のカリウム塩;ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウムなどのポリリン酸のカリウム塩;リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウムなどのリン酸のアンモニウム塩;ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウムなどのポリリン酸のアンモニウム塩が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上記のうちでも、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。
Examples of the phosphoric acid or phosphoric acid derivative used here include at least one compound selected from an oxo acid, a polyoxo acid or a derivative thereof containing a phosphorus atom.
Specifically, phosphoric acid; sodium salt of phosphoric acid such as sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate and trisodium phosphate; sodium salt of polyphosphoric acid such as sodium pyrophosphate and sodium metaphosphate; Potassium salts of phosphoric acid such as potassium hydrogen, dipotassium hydrogen phosphate and tripotassium phosphate; potassium salts of polyphosphoric acid such as potassium pyrophosphate and potassium metaphosphate; ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate and phosphoric acid Examples thereof include ammonium salts of phosphoric acid such as triammonium; ammonium salts of polyphosphoric acid such as ammonium pyrophosphate and ammonium metaphosphate. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above, sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are preferable.

カチオン性基とは、その基内にアンモニウム、ホスホニウム、スルホニウムなどのオニウムを有する基であって、通常は、分子量が1000以下の基である。具体的には一級アンモニウム、二級アンモニウム、三級アンモニウム、四級アンモニウムなどのアンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム、これらアンモニウム、ホスホニウムまたはスルホニウムを有する基が挙げられる。本発明で使用できるカチオン化剤としては、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドなどのグリシジルトリアルキルアンモニウムハライド或いはそのハロヒドリン型の化合物が挙げられる。   The cationic group is a group having an onium such as ammonium, phosphonium or sulfonium in the group, and is usually a group having a molecular weight of 1000 or less. Specific examples include ammonium such as primary ammonium, secondary ammonium, tertiary ammonium and quaternary ammonium, phosphonium, sulfonium, and groups having these ammonium, phosphonium or sulfonium. Examples of the cationizing agent that can be used in the present invention include glycidyltrialkylammonium halides such as glycidyltrimethylammonium chloride and 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride or halohydrin type compounds thereof.

本発明でいう疎水基は、疎水性を示す官能基であれば限定されないが、好ましくは疎水性の嵩高基である。疎水基としては特に限定されないが、2〜50個の炭素原子を有する、飽和または不飽和の、直鎖または分枝鎖、芳香環を含む、あるいは飽和または不飽和環を含む炭化水素基又はアシル基等を挙げることができる。疎水基の具体例としては、アセチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロピオニル基、プロピオロイル基、ブチリル基、2−ブチリル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、ピバロイル基等のアシル基、メチル基、エチル基、プロピル基、2−プロピル基、ブチル基、2−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基等のアルキル基、並びにベンジル基、ベンゾイル基、ナフトイル基等の芳香環を含む官能基等が挙げられるが、これらに限定されない。   The hydrophobic group in the present invention is not limited as long as it is a functional group exhibiting hydrophobicity, but is preferably a hydrophobic bulky group. Hydrophobic group is not particularly limited, but is a hydrocarbon group or acyl having 2 to 50 carbon atoms, saturated or unsaturated, linear or branched, containing an aromatic ring, or containing a saturated or unsaturated ring Groups and the like. Specific examples of hydrophobic groups include acetyl, acryloyl, methacryloyl, propionyl, propioyl, butyryl, 2-butyryl, pentanoyl, hexanoyl, heptanoyl, octanoyl, nonanoyl, decanoyl, undecanoyl. Group, dodecanoyl group, myristoyl group, palmitoyl group, stearoyl group, pivaloyl group and other acyl groups, methyl group, ethyl group, propyl group, 2-propyl group, butyl group, 2-butyl group, tert-butyl group, pentyl group , Hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, alkyl group such as dodecyl group, myristyl group, palmityl group, stearyl group, and aromatic rings such as benzyl group, benzoyl group, naphthoyl group, etc. Functional groups etc. are mentioned, but these Not a constant.

セルロースと、疎水基を導入するための化学修飾剤との反応条件は特に限定されないが、必要に応じて溶媒、触媒等を用いたり、加熱、減圧等を行うこともできる。   Reaction conditions of cellulose and a chemical modifier for introducing a hydrophobic group are not particularly limited, but a solvent, a catalyst, or the like can be used, heating, decompression, or the like can be performed as necessary.

疎水基を導入するための化学修飾剤の種類としては、酸、酸無水物、アルコール、ハロゲン化試薬、イソシアネート、アルコキシシラン、オキシラン(エポキシ)等の環状エーテルよりなる群から選ばれる1種または2種以上が挙げられる。   The type of chemical modifier for introducing a hydrophobic group is one or two selected from the group consisting of cyclic ethers such as acids, acid anhydrides, alcohols, halogenating reagents, isocyanates, alkoxysilanes, and oxiranes (epoxies). More than species.

セルロース繊維原料をカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程と、疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程においてそれぞれ使用するアルカリとしては、無機アルカリ化合物でも有機アルカリ化合物でもよい。無機アルカリ化合物としては、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ土類金属の水酸化物等が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられ、アルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化カルシウム等が挙げられる。有機アルカリ化合物としては、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン等が挙げられる。アルカリ溶液における溶媒としては水または有機溶媒のいずれでもよいが、極性溶媒(水、アルコール等の極性有機溶媒)が好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒がより好ましい。   The alkali used in each of the step of treating the cellulose fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent and the step of treating with a chemical modifier for introducing a hydrophobic group may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. Examples of the inorganic alkali compound include alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides. Examples of the alkali metal hydroxide include sodium hydroxide and potassium hydroxide, and examples of the alkaline earth metal hydroxide include calcium hydroxide. Examples of the organic alkali compound include ammonia, aliphatic amines, and aromatic amines. The solvent in the alkaline solution may be either water or an organic solvent, but a polar solvent (polar organic solvent such as water or alcohol) is preferred, and an aqueous solvent containing at least water is more preferred.

セルロース繊維原料をカチオン化剤又はアニオン化剤で処理する工程と、疎水基を導入するための化学修飾剤で処理する工程におけるそれぞれの反応液の25℃におけるpHは9以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、11〜14であることがさらに好ましい。   The pH at 25 ° C. of each reaction solution in the step of treating the cellulose fiber raw material with a cationizing agent or anionizing agent and the step of treating with a chemical modifier for introducing a hydrophobic group is preferably 9 or more, More preferably, it is 10 or more, and it is still more preferable that it is 11-14.

(セルロースにおけるアニオン性基又はカチオン性基と疎水基の含有量)
セルロースにおけるアニオン性基又はカチオン性基の含有量は0.1〜2.0mmol/gであることが好ましく、0.1〜1.5mmol/gであることがより好ましく、0.2〜1.2mmol/gであることがさらに好ましい。アニオン性基又はカチオン性基の含有量が前記範囲であれば、微細セルロース繊維の水和性が高くなり過ぎず、スラリーがした際の粘度が低くなる。アニオン性基又はカチオン性基の含有量が上記の上限値を超えると、水和性が高くなりすぎて微細セルロース繊維が溶解するおそれがあり好ましくない。
(Content of anionic group or cationic group and hydrophobic group in cellulose)
The content of an anionic group or cationic group in cellulose is preferably 0.1 to 2.0 mmol / g, more preferably 0.1 to 1.5 mmol / g, and 0.2 to 1. More preferably, it is 2 mmol / g. If content of an anionic group or a cationic group is the said range, the hydration property of a fine cellulose fiber will not become high too much, but the viscosity at the time of making a slurry will become low. If the content of the anionic group or the cationic group exceeds the above upper limit, the hydration property becomes too high, and the fine cellulose fibers may be dissolved, which is not preferable.

アニオン基の含有量は、米国TAPPIの「Test Method T237 cm−08(2008):Carboxyl Content of pulp」の方法を用いて求めることができる。アニオン性基の含有量をより広範囲まで測定可能にするために、前記試験方法に用いる試験液のうち、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)/塩化ナトリウム(NaCl)=0.84g/5.85gを蒸留水で1000mlに溶解希釈した試験液について、前記試験液の濃度が実質的に4倍となるように、水酸化ナトリウム1.60gに変更した以外は、TAPPI T237 cm−08(2008)に準じる。また、アニオン性基を導入した場合には、アニオン性基導入前後のセルロース繊維における測定値の差を実質的なアニオン性基含有量とする。なお、測定試料とする絶乾セルロース繊維は、加熱乾燥の際の加熱によって起こる可能性があるセルロースの変質を避けるため、凍結乾燥により得たものを使用する。   The content of an anionic group can be determined using a method of “Test Method T237 cm-08 (2008): Carboxyl Content of pull” of TAPPI, USA. In order to make it possible to measure the content of anionic groups in a wider range, among the test solutions used in the test method, sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3) / sodium chloride (NaCl) = 0.84 g / 5.85 g was distilled water. According to TAPPI T237 cm-08 (2008), except that the test solution dissolved and diluted in 1000 ml was changed to 1.60 g of sodium hydroxide so that the concentration of the test solution was substantially 4-fold. In addition, when an anionic group is introduced, the difference in measured values in the cellulose fiber before and after the introduction of the anionic group is regarded as a substantial anionic group content. In addition, the absolutely dry cellulose fiber used as a measurement sample is one obtained by freeze-drying in order to avoid alteration of cellulose that may occur due to heating during heat drying.

アニオン性基含有量測定方法は、1価のアニオン性基(カルボキシ基)についての測定方法であることから、定量対象のアニオン性基が多価の場合には、前記1価のアニオン性基含有量として得られた値を、酸価数で除した数値をアニオン性基含有量とする。   Since the anionic group content measuring method is a measuring method for a monovalent anionic group (carboxy group), when the anionic group to be quantified is multivalent, the monovalent anionic group is contained. A value obtained by dividing the value obtained as a quantity by the acid value is defined as an anionic group content.

カチオン基がアンモニウムである場合、カチオン基の含有量は、セルロース繊維に含まれる窒素量を、窒素測定装置(三菱化学アナリテック社製、TN−10)を用いて、JIS−K2609に準じて窒素量を測定することで求めることができる。この場合、単位質量あたりのカチオン基物質量(mmol/g)は窒素含有量(g/g)をカチオン基に含まれる窒素原子数と窒素の原子量で除することで求められる。カチオン基がアンモニウム以外である場合も、上記に準じて求めることができる。   When the cationic group is ammonium, the content of the cationic group is the amount of nitrogen contained in the cellulose fiber, using a nitrogen measuring device (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech, TN-10) according to JIS-K2609. It can be determined by measuring the amount. In this case, the cation group substance amount (mmol / g) per unit mass is obtained by dividing the nitrogen content (g / g) by the number of nitrogen atoms contained in the cation group and the atomic weight of nitrogen. When the cationic group is other than ammonium, it can be determined according to the above.

セルロースにおける疎水基の含有量は0.1〜2.0mmol/gであることが好ましく、0.1〜1.5mmol/gであることがより好ましく、0.2〜1.2mmol/gであることがさらに好ましい。疎水基の含有量が前記上限値を超えると、微細セルロース繊維が溶解するおそれがあり好ましくない。   The content of hydrophobic groups in cellulose is preferably 0.1 to 2.0 mmol / g, more preferably 0.1 to 1.5 mmol / g, and 0.2 to 1.2 mmol / g. More preferably. If the content of the hydrophobic group exceeds the upper limit, the fine cellulose fibers may be dissolved, which is not preferable.

<解繊処理工程>
本発明においては、疎水基とカチオン性基又はアニオン性基とが導入されたセルロース繊維を解繊処理する。解繊処理工程では、通常、解繊処理装置を用いて、アルカリ処理セルロースを解繊処理して、微細セルロース繊維懸濁液を得ることができる。
<Defibration process>
In the present invention, cellulose fibers into which a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group have been introduced are defibrated. In the defibrating process, the alkali-treated cellulose is usually defibrated using a defibrating apparatus to obtain a fine cellulose fiber suspension.

解繊処理装置としては、高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、ビーターなど、湿式粉砕する装置等を適宜使用することができる。   High-speed defibrator, grinder (stone mill type crusher), high-pressure homogenizer and ultra-high pressure homogenizer, high-pressure collision type crusher, ball mill, disk type refiner, conical refiner, twin-screw kneader, vibration mill, high speed A wet milling apparatus such as a homomixer under rotation, an ultrasonic disperser, or a beater can be used as appropriate.

解繊処理の際には、アルカリ処理セルロースを水と有機溶媒を単独または組み合わせて希釈してスラリー状にすることが好ましい。希釈後のアルカリ処理セルロースの固形分濃度は0.1〜20質量%であることが好ましく、0.2〜10質量%であることがより好ましい。希釈後のアルカリ処理セルロースの固形分濃度が前記下限値以上であれば、解繊処理の効率が向上し、前記上限値以下であれば、解繊処理装置内での閉塞を防止できる。   In the defibrating treatment, it is preferable to dilute the alkali-treated cellulose in a slurry form by diluting water and an organic solvent alone or in combination. The solid content concentration of the alkali-treated cellulose after dilution is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.2 to 10% by mass. If the solid content concentration of the alkali-treated cellulose after dilution is equal to or higher than the lower limit, the efficiency of the defibrating process is improved, and if it is equal to or lower than the upper limit, blockage in the defibrating apparatus can be prevented.

<微細セルロース繊維>
微細セルロース繊維は、通常製紙用途で用いるパルプ繊維よりもはるかに細く且つ短いI型結晶構造のセルロース繊維あるいは棒状粒子であることが好ましい。
微細セルロース繊維がI型結晶構造を有していることは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて、2θ=14〜17°付近と2θ=22〜23°付近の2箇所の位置に典型的なピークを有することで同定することができる。
<Fine cellulose fiber>
The fine cellulose fiber is preferably a cellulose fiber or rod-like particle having an I-type crystal structure that is much thinner and shorter than the pulp fiber usually used for papermaking.
The fact that the fine cellulose fiber has a type I crystal structure is that 2θ = 14 to 17 ° in a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ = 1.54184) monochromatized with graphite. It can be identified by having typical peaks in the vicinity and two positions near 2θ = 22 to 23 °.

微細セルロース繊維の、X線回折法によって求められる結晶化度は、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、さらに好ましくは70%以上である。結晶化度が前記下限値以上であれば、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求めることができる(Segalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。   The degree of crystallinity of fine cellulose fibers determined by the X-ray diffraction method is preferably 60% or more, more preferably 65% or more, and further preferably 70% or more. If the degree of crystallinity is not less than the lower limit, further excellent performance can be expected in terms of heat resistance and low linear thermal expansion. The degree of crystallinity can be obtained by measuring an X-ray diffraction profile and using a conventional method (Segal et al., Textile Research Journal, 29, 786, 1959).

<繊維幅>
微細セルロース繊維は、電子顕微鏡で観察して求めた平均繊維幅が2〜1000nmのセルロースであることが好ましい。微細セルロース繊維の平均繊維幅は2〜100nmがより好ましく、2〜50nmがさらに好ましく、2〜30nmが特に好ましく、2〜15nmが最も好ましい。微細セルロース繊維の平均繊維幅が前記上限値を超えると、微細セルロース繊維としての特性(高強度や高剛性、高寸法安定性、樹脂と複合化した際の高分散性、透明性)を得ることが困難になる。微細セルロース繊維の平均繊維幅が前記下限値未満であると、セルロース分子として分散媒に溶解してしまうため、微細セルロース繊維としての特性(高強度や高剛性、高寸法安定性)を得ることが困難になる。
<Fiber width>
The fine cellulose fiber is preferably cellulose having an average fiber width of 2 to 1000 nm determined by observation with an electron microscope. The average fiber width of the fine cellulose fibers is more preferably 2 to 100 nm, further preferably 2 to 50 nm, particularly preferably 2 to 30 nm, and most preferably 2 to 15 nm. When the average fiber width of the fine cellulose fibers exceeds the above upper limit, the characteristics as the fine cellulose fibers (high strength, high rigidity, high dimensional stability, high dispersibility when combined with resin, transparency) are obtained. Becomes difficult. If the average fiber width of the fine cellulose fibers is less than the lower limit value, the cellulose molecules are dissolved in the dispersion medium, so that characteristics (high strength, high rigidity, high dimensional stability) as fine cellulose fibers can be obtained. It becomes difficult.

微細セルロース繊維の電子顕微鏡観察による平均繊維幅の測定は以下のようにして行う。微細セルロース繊維含有スラリーを調製し、該スラリーを親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストして透過型電子顕微鏡(TEM)観察用試料とする。幅広の繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面の操作型電子顕微鏡(SEM)像を観察してもよい。構成する繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍、20000倍、40000倍、50000倍あるいは100000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線Xと垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
Measurement of the average fiber width by observation with an electron microscope of fine cellulose fibers is performed as follows. A slurry containing fine cellulose fibers is prepared, and the slurry is cast on a carbon film-coated grid that has been subjected to a hydrophilization treatment to obtain a transmission electron microscope (TEM) observation sample. When wide fibers are included, an operation electron microscope (SEM) image of the surface cast on glass may be observed. Observation by an electron microscope image is performed at any magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times, 20000 times, 40000 times, 50000 times, or 100000 times depending on the width of the constituent fibers. However, the sample, observation conditions, and magnification are adjusted to satisfy the following conditions.
(1) One straight line X is drawn at an arbitrary location in the observation image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y perpendicularly intersecting the straight line X is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.

上記のような電子顕微鏡観察画像に対して、直線Xに交錯する繊維、直線Yに交錯する繊維の各々について少なくとも20本(すなわち、合計が少なくとも40本)の幅(繊維の短径)を読み取る。こうして上記のような電子顕微鏡画像を少なくとも3組以上観察し、少なくとも40本×3組(すなわち、少なくとも120本)の繊維幅を読み取る。このように読み取った繊維幅を平均して平均繊維幅を求める。この平均繊維幅は数平均繊維径と等しい。   For the electron microscope observation image as described above, the width (minor axis of the fiber) of at least 20 fibers (that is, at least 40 in total) is read for each of the fibers intersecting with the straight line X and the fibers intersecting with the straight line Y. . In this way, at least three or more sets of electron microscope images as described above are observed, and the fiber width of at least 40 × 3 sets (that is, at least 120 sets) is read. The fiber widths thus read are averaged to obtain the average fiber width. This average fiber width is equal to the number average fiber diameter.

微細セルロース繊維の最大繊維幅は500nm以下が好ましく、300nm以下がより好ましい。   The maximum fiber width of the fine cellulose fibers is preferably 500 nm or less, and more preferably 300 nm or less.

<繊維長>
微細セルロース繊維の平均繊維長は、0.1〜5.0μmが好ましい。平均繊維長が前記下限値以上であれば、微細セルロース繊維を樹脂に配合した際の強度向上効果が充分に得られる。平均繊維長が前記上限値以下であれば、微細セルロース繊維を樹脂に配合した際の混合性がより良好となる。繊維長は、前記平均繊維幅を測定する際に使用した電子顕微鏡観察画像を解析することにより求めることができる。すなわち、上記のような電子顕微鏡観察画像に対して、直線Xに交錯する繊維、直線Yに交錯する繊維の各々について少なくとも20本(すなわち、合計が少なくとも40本)の繊維長を読み取る。こうして上記のような電子顕微鏡画像を少なくとも3組以上観察し、少なくとも40本×3組(すなわち、少なくとも120本)の繊維長を読み取る。このように読み取った繊維長を平均して平均繊維長を求める。
<Fiber length>
As for the average fiber length of a fine cellulose fiber, 0.1-5.0 micrometers is preferable. If average fiber length is more than the said lower limit, the strength improvement effect at the time of mix | blending a fine cellulose fiber with resin will fully be acquired. If average fiber length is below the said upper limit, the mixability at the time of mix | blending a fine cellulose fiber with resin will become more favorable. The fiber length can be determined by analyzing the electron microscope observation image used when measuring the average fiber width. That is, at least 20 fibers (that is, a total of at least 40 fibers) are read for each of the fibers intersecting with the straight line X and the fibers intersecting with the straight line Y with respect to the electron microscope observation image as described above. In this way, at least three or more sets of electron microscope images as described above are observed, and the fiber length of at least 40 × 3 sets (that is, at least 120 sets) is read. The average fiber length is obtained by averaging the fiber lengths thus read.

微細セルロース繊維を、透明基板等の強度が求められる用途に適用する場合には、繊維長は長め(具体的には500nm〜4μm)であることが好ましく、樹脂に配合する場合には、繊維長は短め(具体的には200nm〜2μm)であることが好ましい。
以下の実施例により本発明を説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
When the fine cellulose fiber is applied to an application where strength such as a transparent substrate is required, the fiber length is preferably long (specifically, 500 nm to 4 μm), and when blended in a resin, the fiber length Is preferably shorter (specifically, 200 nm to 2 μm).
The following examples illustrate the invention, but the invention is not limited by the examples.

(実施例1)
固形分濃度30%の広葉樹クラフトパルプ(LBKP)を乾燥重量4gと4N水酸化ナトリウム8g、オクテニル無水コハク酸2g(乾燥パルプ100質量部に対して50質量部)とをよく混合し、130℃で2時間加熱攪拌した。次いで、オクテニル無水コハク酸で処理されたパルプを500mLの水で3回洗浄した後、イオン交換水を添加して490mLのスラリーを調製した。次いで、スラリーを攪拌しながら、4Nの水酸化ナトリウム水溶液10mLを少しずつ添加し、スラリーのpHを12〜13として、パルプをアルカリ処理した。その後、pHが8以下になるまで、アルカリ処理後のパルプを水で洗浄した。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、0.44mmol/gであった。
Example 1
Hardwood kraft pulp (LBKP) with a solid content of 30% is thoroughly mixed with 4 g of dry weight, 8 g of 4N sodium hydroxide, and 2 g of octenyl succinic anhydride (50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of dry pulp). The mixture was heated and stirred for 2 hours. Next, the pulp treated with octenyl succinic anhydride was washed with 500 mL of water three times, and then ion-exchanged water was added to prepare 490 mL of a slurry. Then, while stirring the slurry, 10 mL of 4N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little to adjust the pH of the slurry to 12 to 13, and the pulp was alkali treated. Thereafter, the pulp after alkali treatment was washed with water until the pH became 8 or less. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 0.44 mmol / g.

次いで、アルカリ処理後のパルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度0.5質量%のスラリーを調製した。そのスラリーを、解繊処理装置(エムテクニック社製、クレアミックス−2.2S)を用いて、21500回転/分の条件で30分間解繊処理して、解繊パルプスラリーを得た。
解繊パルプスラリーにイオン交換水を添加してスラリー固形分濃度0.2質量%に調整し、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H−2000B)を用い、12000Gの条件で遠心分離し、得られた上澄み液を回収した。
Next, ion exchange water was added to the pulp after the alkali treatment to prepare a slurry having a solid content concentration of 0.5% by mass. The slurry was defibrated for 30 minutes using a defibrating apparatus (Cleamix-2.2S, manufactured by MTechnic Co., Ltd.) under a condition of 21500 rotations / min to obtain a defibrated pulp slurry.
Ion exchanged water is added to the defibrated pulp slurry to adjust the slurry solid content concentration to 0.2% by mass, and the mixture is obtained by centrifuging at 12000G using a cooling high-speed centrifuge (Kokusan Co., Ltd., H-2000B). The resulting supernatant was collected.

(実施例2)
オクテニル無水コハク酸の代わりにイソオクタデセニル無水コハク酸を用いた以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、0.23mmol/gであった。
(Example 2)
A defatted pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 1 except that isooctadecenyl succinic anhydride was used instead of octenyl succinic anhydride. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 0.23 mmol / g.

(実施例3)
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(固形分濃度90質量%)を絶乾質量で4.0g相当分取し、ハンドミキサー(大阪ケミカル製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20,000rpmで15秒処理して綿状のフラッフィングパルプ(固形分濃度90質量%)にした。
次いで、カチオン化剤(カチオマスターG、四日市合成株式会社製、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、純分73.1質量%、含水率20.2質量%)4g(パルプ絶乾質量1gに対して4.9mmol)と1.5N水酸化ナトリウム水溶液2.8gとを混合したカチオン化剤混合液を、スプレーを用いて、前記フラッフィングパルプに添加し、ポリ塩化ビニリデン製の袋の中に入れ、その袋を手で揉むことにより、混合液をパルプに均一に浸透させて、反応用試料(パルプ絶乾質量1gあたりの溶媒物質量56mmol)を調製した。この反応用試料のpHは25℃で13であった。
(Example 3)
A sheet made of softwood bleached kraft pulp (NBKP) (solid content concentration of 90% by mass) is taken in an amount corresponding to 4.0 g in an absolutely dry mass, and using a hand mixer (manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd., Lab Miller PLUS), the number of revolutions is 20 It was processed at 1,000 rpm for 15 seconds to make a fluffy pulp (pulverized solid concentration: 90% by mass).
Next, 4 g of cationizing agent (Kachio Master G, manufactured by Yokkaichi Chemical Co., Ltd., glycidyltrimethylammonium chloride, pure content: 73.1% by mass, moisture content: 20.2% by mass) (4.9 mmol with respect to 1 g of pulp absolute dry mass) ) And 1.5N aqueous sodium hydroxide solution (2.8 g) mixed with a cationizing agent solution using a spray, added to the fluffing pulp, and placed in a polyvinylidene chloride bag. By mixing by hand, the mixed solution was uniformly permeated into the pulp to prepare a sample for reaction (amount of solvent substance of 56 mmol per 1 g of pulp dry mass). The pH of this reaction sample was 13 at 25 ° C.

その後、袋内の空気を除去し、80℃で1時間反応させて、カチオン化パルプを得た。得られたカチオン化パルプに400mlのイオン交換水を加え、攪拌しながら洗浄した後、脱水した。その洗浄・脱水の処理を4回繰り返した。置換基量を測定したところ、0.71mmol/gであった。   Then, the air in a bag was removed and it was made to react at 80 degreeC for 1 hour, and the cationized pulp was obtained. 400 ml of ion-exchanged water was added to the resulting cationized pulp, washed with stirring, and then dehydrated. The washing / dehydration process was repeated four times. When the amount of substituents was measured, it was 0.71 mmol / g.

なお、カチオン基の含有量は、微細セルロース繊維に含まれる窒素量を、窒素測定装置(三菱化学アナリテック社製、TN−10)を用いて、JIS−K2609に準じて窒素量を測定した。この場合、単位質量あたりのカチオン基物質量(mmol/g)は窒素含有量(g/g)をカチオン基に含まれる窒素原子数と窒素の原子量で除することで求められる。   In addition, content of a cation group measured the amount of nitrogen according to JIS-K2609 using the nitrogen measuring device (the Mitsubishi Chemical Analytech company make, TN-10) about the amount of nitrogen contained in a fine cellulose fiber. In this case, the cation group substance amount (mmol / g) per unit mass is obtained by dividing the nitrogen content (g / g) by the number of nitrogen atoms contained in the cation group and the atomic weight of nitrogen.

洗浄したカチオン化パルプ(固形分濃度12%)を絶乾質量で4.0g相当分取し8Nの水酸化ナトリウム8g、塩化ベンジル(乾燥パルプ100質量部に対して39.1質量部)をよく混合し、130℃で2時間加熱攪拌した。400mlのイオン交換水を加え、攪拌しながら洗浄した後、脱水した。その洗浄・脱水の処理を4回繰り返した。FT−IRにより赤外線吸収スペクトルの測定により、1607、1498、1456、741、700cm−1にベンジル基に基づく吸収が見られ、ベンジル基の置換が確認された。   Washed cationized pulp (solid content concentration: 12%) was collected in an absolute dry mass equivalent to 4.0 g, and 8 g of sodium hydroxide 8 g and benzyl chloride (39.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of dry pulp) The mixture was stirred and heated at 130 ° C. for 2 hours. 400 ml of ion-exchanged water was added, washed with stirring, and then dehydrated. The washing / dehydration process was repeated four times. As a result of measurement of infrared absorption spectrum by FT-IR, absorption based on a benzyl group was observed at 1607, 1498, 1456, 741, and 700 cm −1, and substitution of the benzyl group was confirmed.

(実施例4)
オクテニル無水コハク酸の代わりにアリル無水コハク酸を用いた以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、1.02mmol/gであった。
(実施例5)
オクテニル無水コハク酸の代わりに(2−メチル−2−プロピニル)無水コハク酸を用いた以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、0.63mmol/gであった。
Example 4
A defatted pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 1 except that allyl succinic anhydride was used instead of octenyl succinic anhydride. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 1.02 mmol / g.
(Example 5)
A supernatant of defibrated pulp slurry was obtained in the same manner as in Example 1 except that (2-methyl-2-propynyl) succinic anhydride was used instead of octenyl succinic anhydride. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 0.63 mmol / g.

(実施例6)
オクテニル無水コハク酸の代わりに2−ヘキセン−1−イル)無水コハク酸を用いた以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、0.51mmol/gであった。
(実施例7)
オクテニル無水コハク酸の代わりにn−オクチル無水コハク酸を用いた以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、0.39mmol/gであった。
(Example 6)
A supernatant of defibrated pulp slurry was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2-hexen-1-yl) succinic anhydride was used instead of octenyl succinic anhydride. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 0.51 mmol / g.
(Example 7)
A defibrated pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 1 except that n-octyl succinic anhydride was used instead of octenyl succinic anhydride. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 0.39 mmol / g.

(実施例8)
n-メチルピロリドンを4g添加した以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、0.52mmol/gであった。
(実施例9)
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド25%水溶液0.32g添加した以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量(カルボキシ基量)を測定したところ、0.53mmol/gであった。
(Example 8)
A defibrated pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 1 except that 4 g of n-methylpyrrolidone was added. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 0.52 mmol / g.
Example 9
A supernatant of defibrated pulp slurry was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.32 g of a 25% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide was added. When the amount of substituents (carboxy group amount) was measured, it was 0.53 mmol / g.

(比較例1)
反応時に水酸化ナトリウムの添加を行わなかった以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量を測定したところ、0.11mmol/gであった。
(Comparative Example 1)
A defibrated pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 1 except that sodium hydroxide was not added during the reaction. When the amount of substituents was measured, it was 0.11 mmol / g.

(比較例2)
反応時に水酸化ナトリウムの添加を行わなかった以外は実施例2と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量を測定したところ、0.07mmol/gであった。
(Comparative Example 2)
A defibrated pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 2 except that sodium hydroxide was not added during the reaction. When the amount of substituents was measured, it was 0.07 mmol / g.

(比較例3)
カチオン化反応時およびベンジル化反応時に水酸化ナトリウムの添加を行わなかった以外は実施例3と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。カチオン基の置換基量を測定したところ、0.01mmol/gであった。FT−IRにより赤外線吸収スペクトルの測定から、ベンジル基由来のピークは確認されなかった。
(Comparative Example 3)
A defibrated pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 3 except that sodium hydroxide was not added during the cationization reaction and the benzylation reaction. The amount of the substituent of the cationic group was measured and found to be 0.01 mmol / g. From the measurement of the infrared absorption spectrum by FT-IR, the peak derived from the benzyl group was not confirmed.

(比較例4)
反応後のパルプをアルカリ処理しなかったこと以外は実施例1と同様にして解繊パルプスラリーの上澄み液を得た。置換基量を測定したところ、0.44mmol/gであった。
(Comparative Example 4)
A defatted pulp slurry supernatant was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pulp after the reaction was not alkali-treated. When the amount of substituents was measured, it was 0.44 mmol / g.

(評価)
上記実施例1〜9および比較例1〜4の解繊パルプスラリーについて、遠心分離した後の上澄み収率を以下に記載の方法により測定した。測定結果を表1に示す。なお、遠心分離後の上澄み収率は、微細セルロース繊維の収率の指標となり、上澄み収率が高い程、微細セルロース繊維の収率が高い。本発明の実施例1〜9の上澄み収率は、比較例1〜4より高く、本発明の方法により微細セルロース繊維を高収率で製造できることが実証された。
(Evaluation)
About the defibrated pulp slurry of the said Examples 1-9 and Comparative Examples 1-4, the supernatant yield after centrifuging was measured by the method as described below. The measurement results are shown in Table 1. The supernatant yield after centrifugation is an indicator of the yield of fine cellulose fibers, and the higher the supernatant yield, the higher the yield of fine cellulose fibers. The supernatant yields of Examples 1 to 9 of the present invention were higher than those of Comparative Examples 1 to 4, and it was proved that fine cellulose fibers can be produced with a high yield by the method of the present invention.

[遠心分離後の上澄み収率の測定]
解繊パルプスラリーにイオン交換水を添加してスラリー固形分濃度0.2質量%に調整し、冷却高速遠心分離機(コクサン社、H−2000B)を用い、12000Gの条件で遠心分離し、得られた上澄み液を回収し、上澄み液の固形分濃度を測定した。そして、上澄み液の固形分濃度/0.2質量%の式より、上澄み液の収率を求めた。
[Measurement of supernatant yield after centrifugation]
Ion exchanged water is added to the defibrated pulp slurry to adjust the slurry solid content concentration to 0.2% by mass, and the mixture is obtained by centrifuging at 12000G using a cooling high-speed centrifuge (Kokusan Co., Ltd., H-2000B). The obtained supernatant was collected, and the solid content concentration of the supernatant was measured. And the yield of supernatant liquid was calculated | required from the type | formula of solid content concentration / 0.2 mass% of supernatant liquid.

Figure 2017133037
Figure 2017133037

Claims (5)

疎水基と、カチオン性基又はアニオン性基とが導入されたセルロース繊維を含み、
以下の算出方法により算出される収率が60%以上であるパルプ。
[算出方法]
前記セルロース繊維にイオン交換水を添加して、固形分濃度0.5質量%の分散液を調整した後、高速回転解繊処理装置を用いて21500回転/分の条件で30分間解繊処理し、微細セルロース繊維含有スラリーを得る。前記微細セルロース繊維含有スラリーにイオン交換水を添加して固形分濃度0.2質量%に調製した後、冷却高速遠心分離機を用いて12000Gの条件で遠心分離する。これにより得られた上澄み液を回収し、下記式から収率を算出する。
式: 収率=[上澄み液の固形分濃度]/0.2質量%
Including cellulose fibers into which a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group are introduced,
Pulp having a yield calculated by the following calculation method of 60% or more.
[Calculation method]
After adding ion-exchanged water to the cellulose fiber to prepare a dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass, the cellulose fiber is defibrated for 30 minutes at 21500 rpm with a high-speed rotating defibrating apparatus. A slurry containing fine cellulose fibers is obtained. After adding ion-exchanged water to the fine cellulose fiber-containing slurry to adjust the solid content concentration to 0.2% by mass, the slurry is centrifuged under a condition of 12000 G using a cooling high-speed centrifuge. The supernatant thus obtained is recovered, and the yield is calculated from the following formula.
Formula: Yield = [Solid content concentration of supernatant] /0.2% by mass
前記疎水基は、アルキル基及びアルケニル基から選択される一種又は二種以上を含む請求項1に記載のパルプ。   The pulp according to claim 1, wherein the hydrophobic group includes one or more selected from an alkyl group and an alkenyl group. 前記疎水基は、炭化水素基及びアシル基から選択される一種又は二種以上を含む請求項1に記載のパルプ。   The pulp according to claim 1, wherein the hydrophobic group includes one or more selected from a hydrocarbon group and an acyl group. 前記疎水基は、炭素数3以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のパルプ。   The pulp according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrophobic group has 3 or more carbon atoms. 疎水基と、カチオン性基又はアニオン性基とが導入されたセルロース繊維を含み、
以下の算出方法により算出される収率が60%以上であるセルロース繊維含有スラリー。
[算出方法]
前記セルロース繊維含有スラリーにイオン交換水を添加して固形分濃度0.2質量%に調製した後、冷却高速遠心分離機を用いて12000Gの条件で遠心分離する。これにより得られた上澄み液を回収し、下記式から収率を算出する。
式: 収率=[上澄み液の固形分濃度]/0.2質量%
Including cellulose fibers into which a hydrophobic group and a cationic group or an anionic group are introduced,
A cellulose fiber-containing slurry having a yield calculated by the following calculation method of 60% or more.
[Calculation method]
Ion exchange water is added to the cellulose fiber-containing slurry to prepare a solid content concentration of 0.2% by mass, and then centrifuged under a condition of 12000 G using a cooling high-speed centrifuge. The supernatant thus obtained is recovered, and the yield is calculated from the following formula.
Formula: Yield = [Solid content concentration of supernatant] /0.2% by mass
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