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JP5162438B2 - Gas barrier materials - Google Patents

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JP5162438B2
JP5162438B2 JP2008334369A JP2008334369A JP5162438B2 JP 5162438 B2 JP5162438 B2 JP 5162438B2 JP 2008334369 A JP2008334369 A JP 2008334369A JP 2008334369 A JP2008334369 A JP 2008334369A JP 5162438 B2 JP5162438 B2 JP 5162438B2
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Description

本発明は、ガスバリア性が優れたフィルム等が得られるガスバリア用材料、それを用いたガスバリア性成形体とその製造方法に関する。   The present invention relates to a gas barrier material from which a film having excellent gas barrier properties can be obtained, a gas barrier molded article using the same, and a method for producing the same.

現状の水蒸気等のガスバリア材料は、主として化石資源から製造されているため、非生分解性であり、焼却処分せざるを得ない。そこで、再生産可能なバイオマスを原料として、生分解性のある酸素バリア材料を製造することが検討されている。
特開2001−334600号公報 特開2002−348522号公報 特開2008−1728号公報 Bio MACROMOLECULES Volume7, Number6,2006年6月,Published by the American Chemical Society
Since current gas barrier materials such as water vapor are mainly produced from fossil resources, they are non-biodegradable and must be incinerated. Therefore, it has been studied to produce a biodegradable oxygen barrier material using reproducible biomass as a raw material.
JP 2001-334600 A JP 2002-348522 A JP 2008-1728 A Bio MACROMOLECULES Volume7, Number6, June 2006, Published by the American Chemical Society

特許文献1は、ポリウロン酸を含む水溶性多糖類を原料とするガスバリア用材料に関する発明であり、高湿度雰囲気におけるガスバリア性が劣化するおそれがある。また、水蒸気バリア性に改善の余地がある。   Patent Document 1 is an invention relating to a gas barrier material using a water-soluble polysaccharide containing polyuronic acid as a raw material, and there is a possibility that the gas barrier property in a high humidity atmosphere is deteriorated. There is also room for improvement in water vapor barrier properties.

特許文献2は、微結晶セルロースを含有するコーティング剤と、それを基材に塗布した積層材料に関する発明である。原料となる微結晶セルロース粉末は、平均粒径が100μm以下のものが好ましいことが記載され、実施例では、平均粒径が3μmと100μmのものが使用されているだけであり、後述の繊維の微細化処理についての記載は一切なく、塗布したコーティング剤層の緻密性や膜強度、基材との密着性に改善の余地がある。   Patent Document 2 is an invention relating to a coating agent containing microcrystalline cellulose and a laminated material in which the coating agent is applied to a substrate. It is described that the microcrystalline cellulose powder as a raw material preferably has an average particle size of 100 μm or less, and in the examples, only those having an average particle size of 3 μm and 100 μm are used. There is no description about the miniaturization treatment, and there is room for improvement in the denseness and film strength of the applied coating agent layer and the adhesion to the substrate.

特許文献3には微細セルロース繊維に関する発明が開示されており、コーティング材として使用できる可能性が記載されているが、具体的な効果が示された用途については記載されていない。   Patent Document 3 discloses an invention relating to fine cellulose fibers and describes the possibility of being used as a coating material, but does not describe the use for which a specific effect is shown.

非特許文献1には、水蒸気バリア等のガスバリア性を発揮することについての開示は全くなされていない。   Non-Patent Document 1 does not disclose any gas barrier properties such as a water vapor barrier.

本発明は、特に水蒸気バリア性が優れたフィルム等を得ることができるガスバリア用材料、それを用いたガスバリア性成形体とその製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a gas barrier material capable of obtaining a film having particularly excellent water vapor barrier properties, a gas barrier molded article using the same, and a method for producing the same.

本発明は、課題の解決手段として、下記の各発明を提供する。
1.平均繊維径が200nm以下のセルロース繊維と25℃で固体の油性成分を含み、前記セルロース繊維を構成するセルロースのカルボキシル基含有量が0.1〜2mmol/gであるガスバリア用材料。
2.前記平均繊維径が200nm以下のセルロース繊維の平均アスペクト比が10〜1,000である、請求項1記載のガスバリア用材料
3.前記25℃で固体の油性成分の融点が30℃〜150℃のものである、請求項1〜2記載のガスバリア用材料。
4. 請求項1〜3のいずれか1項記載のガスバリア用材料を含む、ガスバリア性成形体。
5.基材となる成形体表面に、請求項1〜3のいずれか1項記載のガスバリア用材料を含む層を有する、ガスバリア性成形体。
6.イオン交換水のガスバリア層に対する接触角が20〜120°である、請求項4又は5記載のガスバリア性成形体。
7.基材となる成形体に対して又は成形用の硬質表面に対して、請求項1〜3のいずれか1項記載のガスバリア用材料を含む懸濁液を供給し付着させて膜状物を形成させる工程、
その後、前記膜状物を前記25℃で固体の油性成分の融点以上の温度で加熱する工程、
を有している、ガスバリア性成形体の製造方法。
8.前記ガスバリア用材料を含む懸濁液が、前記セルロース繊維を含む懸濁液と25℃で固体の油性成分を含むエマルジョンの混合液である、請求項7記載のガスバリア性成形体の製造方法。
The present invention provides the following inventions as means for solving the problems.
1. A gas barrier material comprising cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm or less and an oily component that is solid at 25 ° C., wherein the cellulose constituting the cellulose fibers has a carboxyl group content of 0.1 to 2 mmol / g.
2. 2. The gas barrier material according to claim 1, wherein an average aspect ratio of cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm or less is 10 to 1,000. The gas barrier material according to claim 1 or 2, wherein the oil component that is solid at 25 ° C has a melting point of 30 ° C to 150 ° C.
4). A gas barrier molded article comprising the gas barrier material according to claim 1.
5. The gas barrier property molded object which has a layer containing the gas barrier material of any one of Claims 1-3 in the molded object surface used as a base material.
6). The gas barrier molded article according to claim 4 or 5, wherein a contact angle of the ion exchange water with respect to the gas barrier layer is 20 to 120 °.
7). A suspension containing the gas barrier material according to any one of claims 1 to 3 is supplied to and adhered to a molded body to be a base material or a hard surface for molding to form a film-like material The process of
Thereafter, heating the film-like material at a temperature equal to or higher than the melting point of the solid oily component at 25 ° C.
A method for producing a gas barrier molded article having
8). The method for producing a gas barrier molded article according to claim 7, wherein the suspension containing the gas barrier material is a mixed liquid of a suspension containing the cellulose fibers and an emulsion containing an oily component that is solid at 25 ° C.

本発明でいうガスバリアとは、酸素、窒素、炭酸ガス、有機性蒸気、水蒸気等の各種ガス、リモネン、メントール等の香気物質に対する遮蔽機能のことをいう。   The gas barrier referred to in the present invention refers to a shielding function against various gases such as oxygen, nitrogen, carbon dioxide, organic vapor, and water vapor, and aroma substances such as limonene and menthol.

本発明のガスバリア用材料を用いることにより、特に高いガスバリア性を有するフィルム等の成形体を得ることができる。   By using the gas barrier material of the present invention, a molded body such as a film having particularly high gas barrier properties can be obtained.

<ガスバリア用材料>
本発明のガスバリア用材料は、特定のセルロース繊維と25℃で固体の油性成分を含んでいる。
1)セルロース繊維
本発明で用いるセルロース繊維は、平均繊維径が200nm以下のものであり、好ましくは1〜200nm、より好ましくは1〜100nm、更に好ましくは1〜50nmのものである。平均繊維径は、実施例に記載の測定方法により、求められるものである。
<Material for gas barrier>
The gas barrier material of the present invention contains specific cellulose fibers and an oily component that is solid at 25 ° C.
1) Cellulose fiber The cellulose fiber used in the present invention has an average fiber diameter of 200 nm or less, preferably 1 to 200 nm, more preferably 1 to 100 nm, still more preferably 1 to 50 nm. An average fiber diameter is calculated | required by the measuring method as described in an Example.

本発明で用いるセルロース繊維を構成するセルロースのカルボキシル基含有量は、高いガスバリア性を得ることができる観点で、0.1〜2mmol/gであり、好ましくは0.4〜2mmol/g、より好ましくは0.6〜1.8mmol/gであり、更に好ましくは0.6〜1.6mmol/gである。カルボキシル基含有量は、実施例に記載の測定方法により、求められるものである。カルボキシル基含有量が0.1mmol/g未満であると、後述の繊維の微細化処理を行っても、セルロース繊維の平均繊維径が200nm以下とならず、性能の良好なガスバリア性成形体を得ることが困難となる。   The carboxyl group content of cellulose constituting the cellulose fiber used in the present invention is 0.1 to 2 mmol / g, preferably 0.4 to 2 mmol / g, more preferably from the viewpoint of obtaining high gas barrier properties. Is 0.6 to 1.8 mmol / g, more preferably 0.6 to 1.6 mmol / g. Carboxyl group content is calculated | required by the measuring method as described in an Example. When the carboxyl group content is less than 0.1 mmol / g, the average fiber diameter of the cellulose fibers does not become 200 nm or less even when the fiber refining treatment described below is performed, and a gas barrier molded article having good performance is obtained. It becomes difficult.

なお、本発明で用いるセルロース繊維は、セルロース繊維を構成するセルロースのカルボキシル基含有量が上記範囲のものであるが、実際の製造過程における酸化処理等の制御状態によっては、酸化処理後のセルロース繊維中に前記範囲を超えるものが不純物として含まれることもあり得る。   The cellulose fiber used in the present invention has a content of carboxyl group of cellulose constituting the cellulose fiber in the above range, but depending on the control state such as oxidation treatment in the actual production process, the cellulose fiber after oxidation treatment What exceeds the said range may be contained in it as an impurity.

本発明で用いるセルロース繊維は、平均アスペクト比が10〜1,000、好ましくは10〜500、より好ましくは100〜350のものである。平均アスペクト比は、実施例に記載の測定方法により、求められるものである。   The cellulose fibers used in the present invention have an average aspect ratio of 10 to 1,000, preferably 10 to 500, more preferably 100 to 350. An average aspect ratio is calculated | required by the measuring method as described in an Example.

本発明で用いるセルロース繊維は、例えば、次の方法により製造することができる。まず、原料となる天然繊維(絶対乾燥基準)に対して、約10〜1000倍量(質量基準)の水を加え、ミキサー等で処理して、スラリーにする。   The cellulose fiber used by this invention can be manufactured by the following method, for example. First, about 10 to 1000 times the amount (mass basis) of water is added to the raw natural fiber (absolute dry basis), and processed with a mixer or the like to form a slurry.

原料となる天然繊維としては、例えば、木材パルプ、非木材パルプ、コットン、バクテリアセルロース等を用いることができる。   Examples of natural fibers that can be used as raw materials include wood pulp, non-wood pulp, cotton, and bacterial cellulose.

次に、触媒として2,2,6,6,−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)を使用して、前記天然繊維を酸化処理する。触媒としては他に、TEMPOの誘導体である4−アセトアミド−TEMPO、4−カルボキシ−TEMPO、及び4−フォスフォノオキシ−TEMPO等を用いることができる。   Next, the natural fiber is oxidized using 2,2,6,6, -tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO) as a catalyst. In addition, 4-acetamido-TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO and the like, which are derivatives of TEMPO, can be used as the catalyst.

TEMPOの使用量は、原料として用いた天然繊維(絶対乾燥基準)に対して、0.1〜10質量%となる範囲である。   The amount of TEMPO used is in a range of 0.1 to 10% by mass with respect to natural fibers (absolute dry standard) used as a raw material.

酸化処理時には、TEMPOと共に、次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤、臭化ナトリウム等の臭化物を共酸化剤として併用する。   During the oxidation treatment, an oxidant such as sodium hypochlorite and a bromide such as sodium bromide are used in combination with TEMPO as a co-oxidant.

酸化剤は次亜ハロゲン酸又はその塩、亜ハロゲン酸又はその塩、過ハロゲン酸又はその塩、過酸化水素、及び過有機酸などが使用可能であるが、好ましくは次亜塩素酸ナトリウムや次亜臭素酸ナトリウムなどのアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩である。酸化剤の使用量は、原料として用いた天然繊維(絶対乾燥基準)に対して、約1〜100質量%となる範囲である。   As the oxidizing agent, hypohalous acid or a salt thereof, hypohalous acid or a salt thereof, perhalogenic acid or a salt thereof, hydrogen peroxide, a perorganic acid, or the like can be used. Alkali metal hypohalites such as sodium bromite. The amount of the oxidizing agent used is in a range of about 1 to 100% by mass with respect to the natural fiber (absolute dry standard) used as a raw material.

共酸化剤としては、臭化アルカリ金属、例えば臭化ナトリウムを使用することが好ましい。共酸化剤の使用量は、原料として用いた天然繊維(絶対乾燥基準)に対して、約1〜30質量%となる範囲である。   As a co-oxidant, it is preferable to use an alkali metal bromide such as sodium bromide. The usage-amount of a co-oxidant is the range used as about 1-30 mass% with respect to the natural fiber (absolute dry standard) used as a raw material.

スラリーのpHは、酸化反応を効率良く進行させる点から9〜12の範囲で維持されることが望ましい。   The pH of the slurry is desirably maintained in the range of 9 to 12 from the viewpoint of allowing the oxidation reaction to proceed efficiently.

酸化処理の温度(前記スラリーの温度)は、1〜50℃において任意であるが、室温で反応可能であり、特に温度制御は必要としない。また反応時間は1〜240分間が望ましい。   The temperature of the oxidation treatment (temperature of the slurry) is arbitrary at 1 to 50 ° C., but the reaction is possible at room temperature, and temperature control is not particularly required. The reaction time is preferably 1 to 240 minutes.

酸化処理後に、使用した触媒等を水洗等により除去する。この段階では反応物繊維は微細化されていないので、水洗とろ過を繰り返す精製法で行うことができる。必要に応じて乾燥処理した繊維状や粉末状の酸化セルロースを得ることができる。   After the oxidation treatment, the used catalyst or the like is removed by washing with water or the like. At this stage, since the reaction fiber is not refined, it can be performed by a purification method in which washing and filtration are repeated. If necessary, a dried or fibrous oxidized cellulose can be obtained.

その後、酸化セルロースを水等の溶媒中に分散し、微細化処理をする。微細化処理は、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサーで所望の繊維幅や長さに調整することができる。この工程での固形分濃度は50質量%以下が好ましい。それを超えると分散にきわめて高いエネルギーを必要とすることから好ましくない。   Thereafter, the oxidized cellulose is dispersed in a solvent such as water and subjected to a fine treatment. Refinement treatment is performed by a disaggregator, a beater, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short-axis extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, and a domestic juicer mixer. And can be adjusted to length. The solid concentration in this step is preferably 50% by mass or less. Beyond that, it is not preferable because very high energy is required for dispersion.

このような微細化処理により、平均繊維径が200nm以下のセルロース繊維を得ることができ、更に平均アスペクト比が10〜1,000、より好ましくは10〜500、さらに好ましくは100〜350のものであるセルロース繊維を得ることができる。   By such refinement treatment, cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm or less can be obtained, and the average aspect ratio is 10 to 1,000, more preferably 10 to 500, and still more preferably 100 to 350. A certain cellulose fiber can be obtained.

その後、必要に応じて固形分濃度を調整したセルロース繊維の懸濁液(目視的に無色透明又は不透明な液)又は必要に応じて乾燥処理したセルロース粉末(但し、セルロース繊維が凝集した粉末状物であり、セルロース粒子を意味するものではない)を得ることができる。なお、懸濁液にするときは、水のみを使用したものでもよいし、水と他の有機溶媒(例えば、エタノール等のアルコール)や界面活性剤、酸、塩基等との混合溶媒を使用したものでもよい。   Thereafter, a suspension of cellulose fibers (a liquid that is visually colorless and transparent or opaque) with a solid content adjusted as necessary, or a cellulose powder that is dried as necessary (provided that the cellulose fibers are agglomerated) And does not mean cellulose particles). In addition, when making into suspension, what used only water may be used, and the mixed solvent of water, other organic solvents (for example, alcohol, such as ethanol), surfactant, an acid, a base, etc. was used. It may be a thing.

このような酸化処理及び微細化処理により、セルロース構成単位のC6位の水酸基がアルデヒド基を経由してカルボキシル基へと選択的に酸化され、前記カルボキシル基含有量が0.1〜2mmol/gのセルロースからなる、平均繊維径が200nm以下の微細化された高結晶性セルロース繊維を得ることができる。この高結晶性セルロース繊維はセルロースI型結晶構造を有している。これは、このセルロース繊維は、I型結晶構造を有する天然由来のセルロース固体原料が表面酸化されて、微細化された繊維であることを意味する。すなわち、天然セルロース繊維はその生合成の過程において生産されるミクロフィブリルと呼ばれる微細な繊維が多束化して高次な固体構造が構築されているが、そのミクロフィブリル間の強い凝集力(表面間の水素結合)を、アルデヒド基あるいはカルボキシル基の導入によって弱め、さらに微細化処理を経ることで微細セルロース繊維が得られる。   By such oxidation treatment and refinement treatment, the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose structural unit is selectively oxidized to a carboxyl group via an aldehyde group, and the carboxyl group content is 0.1 to 2 mmol / g. Highly crystalline cellulose fibers that are made of cellulose and have an average fiber diameter of 200 nm or less can be obtained. This highly crystalline cellulose fiber has a cellulose I-type crystal structure. This means that the cellulose fiber is a fiber that is refined by surface oxidation of a naturally-derived cellulose solid raw material having an I-type crystal structure. In other words, natural cellulose fibers have a high-order solid structure built up by bundling fine fibers called microfibrils produced in the process of biosynthesis. The fine cellulose fiber is obtained by weakening the hydrogen bond) by introducing an aldehyde group or a carboxyl group, and further through a refinement treatment.

そして、酸化処理条件を調整することにより、前記のカルボキシル基含有量を所定範囲内にて増減させたり、極性を変化させたり、該カルボキシル基の静電反発や前述の微細化処理により、セルロース繊維の平均繊維径、平均繊維長、平均アスペクト比等を制御することができる。   Then, by adjusting the oxidation treatment conditions, the cellulose fiber content can be increased or decreased within a predetermined range, the polarity can be changed, the electrostatic repulsion of the carboxyl group or the above-mentioned fine processing can be applied to cellulose fibers. The average fiber diameter, average fiber length, average aspect ratio, and the like can be controlled.

上記の酸化処理、微細化処理によって得られたセルロース繊維は、下記の(I)、(II)、(III)の要件を満たすことができる。
(I):固形分0.1質量%に希釈したセルロース繊維懸濁液中のセルロース繊維質量に対して、目開き16μmのガラスフィルターを通過できるセルロース繊維の質量分率が5%以上である、性能の良好なセルロース繊維を得ること。
(II):固形分1質量%に希釈したセルロース繊維懸濁液中に、粒子径が1μm以上のセルロースの粒状体を含まないこと。
(III):固形分1質量%に希釈したセルロース繊維懸濁液の光透過率が、0.5%以上になること。
Cellulose fibers obtained by the above oxidation treatment and refinement treatment can satisfy the following requirements (I), (II), and (III).
(I): The mass fraction of cellulose fibers that can pass through a glass filter having an aperture of 16 μm is 5% or more with respect to the mass of cellulose fibers in the cellulose fiber suspension diluted to a solid content of 0.1 mass%. To obtain cellulose fibers with good performance.
(II): The cellulose fiber suspension diluted to a solid content of 1% by mass does not contain cellulose granules having a particle size of 1 μm or more.
(III): The light transmittance of the cellulose fiber suspension diluted to a solid content of 1% by mass is 0.5% or more.

要件(I):上記の酸化処理、微細化処理によって得られた固形分0.1質量%の懸濁液は、目開き16μmのガラスフィルターを通過させたときに、該ガラスフィルター通過前の懸濁液中に含まれる全セルロース繊維量に対して質量分率5%以上が該ガラスフィルターを通過できるものである(該ガラスフィルターを通過できる微細セルロース繊維の質量分率を微細セルロース繊維含有率とする)。ガスバリア性の観点から、微細セルロース繊維含有率は、好ましくは30%以上、より好ましくは90%以上である。   Requirement (I): When the suspension having a solid content of 0.1% by mass obtained by the above oxidation treatment and refinement treatment is passed through a glass filter having an aperture of 16 μm, the suspension before passing through the glass filter is suspended. A mass fraction of 5% or more with respect to the total amount of cellulose fibers contained in the suspension can pass through the glass filter (the mass fraction of fine cellulose fibers that can pass through the glass filter is defined as the content of fine cellulose fibers). To do). From the viewpoint of gas barrier properties, the fine cellulose fiber content is preferably 30% or more, more preferably 90% or more.

要件(II):上記の酸化処理、微細化処理によって得られた固形分1質量%の懸濁液は、原料として用いた天然繊維が微細化されており、粒子径が1μm以上のセルロースの粒状体は含まないものが好ましい。ここで、粒状体とは、略球状であり、その形状を平面に投影した投影形状を囲む長方形の長軸と短軸の比(長軸/短軸)が最大でも3以下であるものとする。粒状体の粒子径は、長軸と短軸の長さの相加平均値とする。この粒状体の有無の判定は、後述の光学顕微鏡による観察で行った。   Requirement (II): The suspension having a solid content of 1% by mass obtained by the above-described oxidation treatment and refinement treatment has a refined natural fiber used as a raw material, and is a cellulose granule having a particle diameter of 1 μm or more. What does not contain a body is preferable. Here, the granular material is substantially spherical, and the ratio of the major axis to the minor axis (major axis / minor axis) of the rectangle surrounding the projected shape obtained by projecting the shape onto a plane is 3 or less at the maximum. . The particle diameter of the granular material is an arithmetic average value of the lengths of the major axis and the minor axis. The presence / absence of the granular material was determined by observation with an optical microscope described later.

要件(III):前記の酸化処理、微細化処理によって得られた固形分1質量%のセルロース繊維懸濁液は、光透過率が0.5%以上であることが好ましく、ガスバリア性の観点から、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは60%以上である。   Requirement (III): The cellulose fiber suspension having a solid content of 1% by mass obtained by the above oxidation treatment and refinement treatment preferably has a light transmittance of 0.5% or more, from the viewpoint of gas barrier properties. More preferably, it is 40% or more, and further preferably 60% or more.

そして、上記の制御により、微細セルロース繊維間の水素結合や架橋的な強い相互作用が生まれ、例えば、酸素分子の浸透、拡散を抑制し、高い酸素バリア性等のガスバリア性を発現できるものと考えられる。また、セルロース繊維の巾や長さによって、成形後(製膜後)のセルロース繊維間の空隙密度を変化させることができるため(即ち、分子篩効果を変化させることができるため)、分子選択的バリア性も期待できるほか、光透過率も制御することができる。   And, the above-mentioned control produces hydrogen bonds and cross-linking strong interactions between fine cellulose fibers, for example, it is possible to suppress the permeation and diffusion of oxygen molecules and to develop gas barrier properties such as high oxygen barrier properties. It is done. Moreover, since the void density between the cellulose fibers after molding (after film formation) can be changed depending on the width and length of the cellulose fibers (that is, the molecular sieving effect can be changed), a molecular selective barrier is achieved. In addition to expectation, the light transmittance can be controlled.

本発明で用いる25℃で固体の油性成分としては、炭化水素系、脂肪族系、シリコーン系からなるワックスを挙げることができる。例えば、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、カルナバワックス、ポリエチレンワックス、セレシン、低分子ポリオレフィン、ミツロウ、キャンデリラワックス、ステアリン酸、ステアリルアルコール、アルキルケテンダイマー、アルケニル無水コハク酸樹脂、シリコーンワックス等から選ばれるものを挙げることができる。形態は、粉体、溶融体、エマルジョンの状態で用いられ、好ましくはエマルジョンの状態で用いられる。   Examples of oily components that are solid at 25 ° C. used in the present invention include hydrocarbon-based, aliphatic-based, and silicone-based waxes. For example, selected from microcrystalline wax, paraffin wax, carnauba wax, polyethylene wax, ceresin, low molecular polyolefin, beeswax, candelilla wax, stearic acid, stearyl alcohol, alkyl ketene dimer, alkenyl succinic anhydride resin, silicone wax, etc. Can be mentioned. The form is used in the state of powder, melt, or emulsion, and preferably in the state of emulsion.

本発明で用いる25℃で固体の油性成分は、融点が30〜150℃以下のものが好ましく、より好ましくは融点が50〜100℃のものである。   The oily component that is solid at 25 ° C. used in the present invention preferably has a melting point of 30 to 150 ° C. or less, more preferably a melting point of 50 to 100 ° C.

本発明のガスバリア用材料は、上記した特定のセルロース繊維と25℃で固体の油性成分を含むものである。特定のセルロース繊維と25℃で固体の油性成分の含有割合は、前記セルロース繊維100質量部に対して疎水化剤は0.5〜50質量部が好ましく、1.0〜25質量部がより好ましく、5〜15質量部が更に好ましい。   The gas barrier material of the present invention contains the above-described specific cellulose fiber and an oily component that is solid at 25 ° C. The content ratio of the specific cellulose fiber and the oil component solid at 25 ° C. is preferably 0.5 to 50 parts by mass, more preferably 1.0 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose fiber. 5 to 15 parts by mass is more preferable.

本発明のガスバリア用材料は、上記した特定のセルロース繊維を含む懸濁液と25℃で固体の油性成分を含むエマルジョンを混合したセルロース繊維の懸濁液にすることができるほか、前記懸濁液を乾燥して固形状にすることもできる。   The gas barrier material of the present invention can be made into a suspension of cellulose fibers obtained by mixing a suspension containing the above-mentioned specific cellulose fibers and an emulsion containing an oil component that is solid at 25 ° C. Can be dried to form a solid.

ガスバリア用材料には、本発明の課題を解決できる種類及び量の範囲内において、公知の充填剤、顔料等の着色剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、耐水化剤(シランカップリング剤等)、粘土鉱物(モンモリロナイト等)、架橋剤(エポキシ基、イソシアネート基等の反応性官能基を有する添加剤)、金属塩、コロイダルシリカ、アルミナゾル、酸化チタン等を配合することができる。   The gas barrier material may be a known filler, colorant such as pigment, ultraviolet absorber, antistatic agent, water-resistant agent (silane coupling agent, etc.) within the range of types and amounts that can solve the problems of the present invention. , Clay minerals (montmorillonite, etc.), crosslinking agents (additives having reactive functional groups such as epoxy groups, isocyanate groups, etc.), metal salts, colloidal silica, alumina sol, titanium oxide and the like can be blended.

<ガスバリア性成形体>
本発明のガスバリア性成形体は、
(I)基材を使用しないで、ガスバリア用材料を成形して得られるもの、
(II)基材となる成形体の表面にガスバリア用材料からなる層を有するもの、
のいずれかにすることができる。
<Gas barrier molding>
The gas barrier molded article of the present invention is
(I) What is obtained by molding a gas barrier material without using a base material,
(II) having a layer made of a gas barrier material on the surface of a molded body to be a base material,
Can be either.

基材となる成形体は、所望形状及び大きさのフィルム、シート、織布、不織布等の薄状物、各種形状及び大きさの箱やボトル等の立体容器等を用いることができる。これらの成形体は、紙、板紙、プラスチック、金属(多数の穴の開いたものや金網状のもので、主として補強材として使用されるもの)又これらの複合体等からなるものを用いることができ、それらの中でも、紙、板紙等の植物由来材料、生分解性プラスチック等の生分解性材料又はバイオマス由来材料にすることが好ましい。基材となる成形体は、同一又は異なる材料(例えば接着性やぬれ性向上剤)の組み合わせからなる多層構造にすることもできる。   As the molded body serving as the base material, a thin film such as a film, a sheet, a woven fabric, and a non-woven fabric having a desired shape and size, and a three-dimensional container such as a box or bottle having various shapes and sizes can be used. These molded products may be made of paper, paperboard, plastic, metal (a material having a large number of holes or a wire mesh, which is mainly used as a reinforcing material), or a composite of these. Among them, it is preferable to use plant-derived materials such as paper and paperboard, biodegradable materials such as biodegradable plastics, or biomass-derived materials. The molded body serving as the base material can have a multilayer structure made of a combination of the same or different materials (for example, adhesiveness and wettability improver).

基材となるプラスチックは、用途に応じて適宜選択することができるが、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ナイロン6、66、6/10、6/12等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、脂肪族ポリエステル、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート等のポリエステル、セルロース等のセロハン、三酢酸セルロース(TAC)等から選ばれる1又は2以上を用いることができる。   The plastic used as the base material can be appropriately selected according to the application, but polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyamides such as nylon 6, 66, 6/10, and 6/12, polyethylene terephthalate (PET), and polybutylene. One or more selected from polyesters such as terephthalate, aliphatic polyester, polylactic acid (PLA), polycaprolactone, and polybutylene succinate, cellophane such as cellulose, and cellulose triacetate (TAC) can be used.

基材となる成形体の厚みは特に制限されるものではなく、用途に応じた強度が得られるように適宜選択すればよく、例えば、1〜1000μmの範囲にすることができる。   The thickness of the molded body serving as the base material is not particularly limited, and may be appropriately selected so that strength according to the application can be obtained. For example, the thickness can be in the range of 1 to 1000 μm.

ガスバリア用材料からなる層(ガスバリア層)の厚みは、特に制限されるものではなく、用途に応じたガスバリア性が得られるように適宜選択すれば良く、例えば、20〜5000nmの範囲にすることができる。   The thickness of the layer made of the gas barrier material (gas barrier layer) is not particularly limited, and may be appropriately selected so as to obtain gas barrier properties according to the application. For example, the thickness may be in the range of 20 to 5000 nm. it can.

<ガスバリア性成形体の製造方法>
ガスバリア性成形体が基材となる成形体を含まないものである場合には、ガラス板等の基板上に、ガスバリア用材料を流延塗布した後、自然乾燥又は送風乾燥等の乾燥法により乾燥して膜を形成する。その後、基板から膜を剥がして、本発明のガスバリア性成形体(ガスバリア性膜)を得る。
<Method for producing gas barrier molded article>
When the gas barrier molded product does not include a molded product as a base material, the gas barrier material is cast on a substrate such as a glass plate and then dried by a drying method such as natural drying or air drying. To form a film. Thereafter, the film is peeled off from the substrate to obtain the gas barrier molded article (gas barrier film) of the present invention.

基材となる成形体の表面にガスバリア用材料からなる層を形成する場合は、例えば、 基材の一面又は両面に対して、塗布法、噴霧法、浸漬法等の公知の方法により、好ましくは塗布法又は噴霧法により、ガスバリア用材料を付着させ、その後、自然乾燥、送風乾燥等の方法により乾燥することでガスバリア性成形体(基材+ガスバリア層)が得られる。   In the case of forming a layer made of a gas barrier material on the surface of a molded body to be a base material, for example, on one side or both sides of the base material, preferably by a known method such as a coating method, a spray method, a dipping method, etc. A gas barrier material (base material + gas barrier layer) is obtained by attaching a gas barrier material by a coating method or a spraying method, and then drying by a method such as natural drying or blow drying.

この工程で用いるガスバリア用材料は、上記の特定のセルロース繊維を含む懸濁液と25℃で固体の油性成分を含むエマルジョンを混合したセルロース繊維の懸濁液である。この懸濁液の上記特定のセルロース繊維の濃度は0.05〜30質量%程度が好ましく、0.5〜5質量%の範囲がより好ましい。   The gas barrier material used in this step is a suspension of cellulose fibers obtained by mixing a suspension containing the specific cellulose fibers and an emulsion containing an oily component that is solid at 25 ° C. The concentration of the specific cellulose fiber in the suspension is preferably about 0.05 to 30% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass.

次の工程にて、前工程で形成したガスバリア性成形体を、前記ガスバリア用材料に含まれている25℃で固体の油性成分の融点以上の温度で加熱処理する。   In the next step, the gas barrier molded body formed in the previous step is heat-treated at a temperature equal to or higher than the melting point of the solid oil component at 25 ° C. contained in the gas barrier material.

加熱温度は、25℃で固体の油性成分の融点よりも10〜150℃高い温度範囲が好ましく、より好ましくは30〜100℃である。加熱温度が低いと加熱に時間がかかりすぎ、加熱温度が高すぎると、基材やバリア層の変形(例えば収縮やカール)や変質(例えば熱分解)の問題がある。加熱時間は、25℃で固体の油性成分が融解でき、かつ基材やバリア層の変形や変質がおこらない範囲で適宜選択すれば良く、例えば、1〜120分間の範囲とすることができる。   The heating temperature is preferably in the temperature range of 10 to 150 ° C. higher than the melting point of the solid oily component at 25 ° C., more preferably 30 to 100 ° C. If the heating temperature is low, heating takes too much time, and if the heating temperature is too high, there is a problem of deformation (for example, shrinkage or curling) or alteration (for example, thermal decomposition) of the base material or the barrier layer. What is necessary is just to select a heating time suitably in the range which can melt | dissolve a solid oil-based component at 25 degreeC, and a deformation | transformation and quality change of a base material or a barrier layer do not occur, for example, can be set as the range for 1 to 120 minutes.

この加熱処理により、加熱処理をしない場合に比べて、ガスバリア性を向上させることができる。このようなガスバリア性向上の詳細なメカニズムは不明であるが、ガスバリア層に含まれている25℃で固体の油性成分が一旦軟化し、融着し合うことで固形油の連続相が形成されるためであると推測される。   By this heat treatment, the gas barrier property can be improved as compared with the case where the heat treatment is not performed. Although the detailed mechanism of such gas barrier property improvement is unclear, the solid oily component is once softened at 25 ° C. contained in the gas barrier layer and fused together to form a continuous phase of solid oil. This is presumed.

本発明のガスバリア性成形体のガスバリア層表面とイオン交換水との接触角は、セルロース繊維のカルボキシル基含有量や、25℃で固体の油性成分の種類、25℃で固体の油性成分の配合量、加熱温度、加熱時間により調整できるが、その接触角は、20〜120°であることが好ましく、より好ましくは30〜110°である。   The contact angle between the gas barrier layer surface of the gas barrier molded article of the present invention and ion-exchanged water is the content of carboxyl groups in cellulose fibers, the type of oily components that are solid at 25 ° C, and the amount of oily components that are solid at 25 ° C. Although it can adjust with heating temperature and heating time, it is preferable that the contact angle is 20-120 degrees, More preferably, it is 30-110 degrees.

本発明のガスバリア性成形体は、水蒸気バリア性、酸素バリア性等が要求される各種分野の包装材料として好適である。   The gas barrier molded article of the present invention is suitable as a packaging material in various fields where water vapor barrier properties, oxygen barrier properties and the like are required.

実施例の各測定方法は以下の通りである。   Each measuring method in the examples is as follows.

(1)セルロース繊維懸濁液の性質
(1-1)光透過率
分光光度計(UV−2550、株式会社島津製作所製)を用い、濃度1質量%の懸濁液の波長660nm、光路長1cmにおける光透過率(%)を測定した。
(1) Properties of Cellulose Fiber Suspension (1-1) Light Transmittance Using a spectrophotometer (UV-2550, manufactured by Shimadzu Corporation), a suspension having a concentration of 1% by weight has a wavelength of 660 nm and an optical path length of 1 cm. The light transmittance (%) was measured.

(1-2)セルロース繊維懸濁液中の微細セルロース繊維の質量分率(微細セルロース繊維含有率)(%)
セルロース繊維懸濁液を0.1質量%に調製して、その固形分濃度を測定した。続いて、そのセルロース繊維懸濁液を目開き16μmのガラスフィルター(25G P16,SHIBATA社製)で吸引ろ過した後、ろ液の固形分濃度を測定した。ろ液の固形分濃度(C1)をろ過前の懸濁液の固形分濃度(C2)で除した(C1/C2)値を微細セルロース繊維含有率(%)として算出した。
(1-2) Mass fraction of fine cellulose fiber in cellulose fiber suspension (fine cellulose fiber content) (%)
A cellulose fiber suspension was prepared to 0.1% by mass, and its solid content concentration was measured. Subsequently, the cellulose fiber suspension was subjected to suction filtration with a glass filter having a mesh size of 16 μm (25GP16, manufactured by SHIBATA), and then the solid content concentration of the filtrate was measured. The (C1 / C2) value obtained by dividing the solid content concentration (C1) of the filtrate by the solid content concentration (C2) of the suspension before filtration was calculated as the fine cellulose fiber content (%).

(1-3)懸濁液の観察
固形分1質量%に希釈した懸濁液をスライドガラス上に1滴滴下し、カバーガラスをのせて観察試料とした。この観察試料の任意の5箇所を光学顕微鏡(ECLIPSE E600 POL NIKON社製)を用いて倍率400倍で観察し、粒子径が1μm以上のセルロース粒状体の有無を確認した。粒状体とは、略球状であり、その形状を平面に投影した投影形状を囲む長方形の長軸と短軸の比(長軸/短軸)が最大でも3以下であるものとする。粒状体の粒子径は、長軸と短軸の長さの相加平均値とする。このときクロスニコル観察によって、より明瞭に確認することもできる。
(1-3) Observation of suspension One drop of the suspension diluted to a solid content of 1% by mass was dropped on a slide glass, and a cover glass was placed on it to prepare an observation sample. Arbitrary five places of this observation sample were observed with an optical microscope (manufactured by ECLIPSE E600 POL NIKON) at a magnification of 400 times to confirm the presence or absence of cellulose granules having a particle diameter of 1 μm or more. The granular material is substantially spherical, and the ratio of the major axis to the minor axis (major axis / minor axis) of the rectangle surrounding the projected shape obtained by projecting the shape onto a plane is 3 or less at the maximum. The particle diameter of the granular material is an arithmetic average value of the lengths of the major axis and the minor axis. At this time, it can be confirmed more clearly by crossed Nicols observation.

(2)セルロース繊維
(2-1)平均繊維径、及び平均アスペクト比
セルロース繊維の平均繊維径は、0.0001質量%に希釈した懸濁液をマイカ上に滴下して乾燥したものを観察試料として、原子間力顕微鏡(Nanoscope III Tapping mode AFM、Digital instrument社製,プローブはナノセンサーズ社製Point Probe(NCH)使用)で繊維高さを測定した。セルロース繊維が確認できる画像において、5本以上抽出し、その繊維高さから平均繊維径を求めた。
(2) Cellulose fiber (2-1) Average fiber diameter and average aspect ratio The average fiber diameter of the cellulose fiber was obtained by dropping a suspension diluted to 0.0001% by mass onto mica and drying it as an observation sample. The fiber height was measured with an atomic force microscope (Nanoscope III Tapping mode AFM, manufactured by Digital instrument, probe using Point Probe (NCH) manufactured by Nano Sensors). In an image in which cellulose fibers can be confirmed, five or more were extracted, and the average fiber diameter was determined from the fiber height.

平均アスペクト比は、セルロース繊維を水で希釈した希薄懸濁液(0.005〜0.04質量%)の粘度から算出した。粘度の測定には、レオメーター(MCR300、DG42(二重円筒)、PHYSICA社製)を用いて、20℃で測定した。セルロース繊維の質量濃度とセルロース繊維懸濁液の水に対する比粘度の関係から、次式でセルロース繊維のアスペクト比を逆算し、セルロース繊維の平均アスペクト比とした。   The average aspect ratio was calculated from the viscosity of a diluted suspension (0.005 to 0.04% by mass) obtained by diluting cellulose fibers with water. The viscosity was measured at 20 ° C. using a rheometer (MCR300, DG42 (double cylinder), manufactured by PHYSICA). From the relationship between the mass concentration of the cellulose fiber and the specific viscosity of the cellulose fiber suspension with respect to water, the aspect ratio of the cellulose fiber was calculated by the following formula to obtain the average aspect ratio of the cellulose fiber.

Figure 0005162438
Figure 0005162438

(The Theory of Polymer Dynamics, M.DOI and D.F.EDWARDS, CLARENDON PRESS・OXFORD,1986,P312に記載の剛直棒状分子の粘度式(8.138)を利用した(ここでは、剛直棒状分子=セルロース繊維とした)。(8.138)式とLb2×ρ0=M/NAの関係から数式1が導出される。ここで、ηspは比粘度、πは円周率、lnは自然対数、Pはアスペクト比(L/b)、γ=0.8、ρsは分散媒の密度(kg/m3)、ρ0はセルロース結晶の密度(kg/m3)、Cはセルロースの質量濃度(C=ρ/ρs)、Lは繊維長、bは繊維幅(セルロース繊維断面は正方形とする)、ρはセルロース繊維の濃度(kg/m3)、Mは分子量、NAはアボガドロ数を表す。)
(2-2)カルボキシル基含有量(mmol/g)
酸化したパルプの絶乾重量約0.5gを100mlビーカーにとり、イオン交換水を加えて全体で55mlとし、そこに0.01M塩化ナトリウム水溶液5mlを加えてパルプ懸濁液を調製し、パルプが十分に分散するまでスタラーにて攪拌した。そして、0.1M塩酸を加えてpH2.5〜3.0としてから、自動滴定装置(AUT−501、東亜デイーケーケー(株)製)を用い、0.05M水酸化ナトリウム水溶液を待ち時間60秒の条件で注入し、パルプ懸濁液の1分ごとの電導度とpHの値を測定し、pH11程度になるまで測定を続けた。そして、得られた電導度曲線から、水酸化ナトリウム滴定量を求め、カルボキシル基含有量を算出した。 天然セルロース繊維はセルロース分子約20〜1500本が集まって形成される高結晶性ミクロフィブリルの集合体として存在する。本発明で採用しているTEMPO酸化反応では、この結晶性ミクロフィブリル表面に選択的にカルボキシル基を導入することができる。したがって、現実には結晶表面にのみカルボキシル基が導入されているが、上記測定方法によって定義されるカルボキシル基含有量はセルロース重量あたりの平均値である。
(The theory of Polymer Dynamics, M.DOI and DFEDWARDS, CLARENDON PRESS / OXFORD, 1986, P312) The viscosity formula (8.138) of a rigid rod-like molecule was used (here, rigid rod-like molecule = cellulose fiber) ). (8.138) equation and Lb 2 × ρ 0 = M / N equation 1 from the relation of a is derived. here, eta sp is specific viscosity, [pi is circle ratio, ln is natural logarithm, P Is the aspect ratio (L / b), γ = 0.8, ρ s is the density of the dispersion medium (kg / m 3 ), ρ 0 is the density of cellulose crystals (kg / m 3 ), and C is the mass concentration of cellulose (C = ρ / ρ s ), L is the fiber length, b is the fiber width (the cross section of the cellulose fiber is square), ρ is the concentration of the cellulose fiber (kg / m 3 ), M is the molecular weight, and N A is the Avogadro number. )
(2-2) Carboxyl group content (mmol / g)
About 0.5 g of the dry weight of oxidized pulp is put in a 100 ml beaker, and ion exchange water is added to make a total of 55 ml. Then, 5 ml of 0.01 M sodium chloride aqueous solution is added to prepare a pulp suspension. Stir with a stirrer until dispersed. Then, 0.1M hydrochloric acid is added to adjust the pH to 2.5 to 3.0, and then 0.05M sodium hydroxide aqueous solution is injected under the condition of a waiting time of 60 seconds using an automatic titrator (AUT-501, manufactured by Toa DK Corporation). Then, the electric conductivity and the pH value of the pulp suspension every minute were measured, and the measurement was continued until the pH became about pH11. And the sodium hydroxide titration amount was calculated | required from the obtained electrical conductivity curve, and carboxyl group content was computed. Natural cellulose fibers exist as aggregates of highly crystalline microfibrils formed by collecting about 20 to 1500 cellulose molecules. In the TEMPO oxidation reaction employed in the present invention, a carboxyl group can be selectively introduced onto the surface of the crystalline microfibril. Therefore, in reality, carboxyl groups are introduced only on the crystal surface, but the carboxyl group content defined by the measurement method is an average value per cellulose weight.

(3)ワックスエマルションの平均粒子径の測定
ワックスエマルジョンの粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−300V、(株)島津製作所製)を用いて測定した。
(3) Measurement of average particle diameter of wax emulsion The particle diameter of the wax emulsion was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-300V, manufactured by Shimadzu Corporation).

(4)ワックスの融点の測定
ワックスの融点は、示唆走査熱量計(セイコー電子工業(株)製:DSC220)を用いて、昇温速度2℃/minの条件で測定した。
(4) Measurement of Melting Point of Wax The melting point of wax was measured using a suggestion scanning calorimeter (manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd .: DSC220) at a temperature rising rate of 2 ° C./min.

(5)ガスバリア層表面の接触角
ガスバリア性フィルムのガスバリア層表面にイオン交換水を約1μl滴下後、10秒後の接触角を界面張力測定器(協和界面科学(株)製、FAMAS)を用いて、20℃、50%RHの環境下の条件で測定した。
(5) Contact angle on the gas barrier layer surface After about 1 μl of ion-exchanged water is dropped on the gas barrier layer surface of the gas barrier film, the contact angle after 10 seconds is measured using an interfacial tension measuring instrument (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd., FAMAS). The measurement was performed under conditions of 20 ° C. and 50% RH.

(6)水蒸気透過度(g/m2・day)
JIS Z0208に基づき、カップ法を用いて、40℃、90%RHの環境下の条件で測定した。
(6) Water vapor permeability (g / m 2 · day)
Based on JIS Z0208, the measurement was performed under conditions of an environment of 40 ° C. and 90% RH using a cup method.

(7)酸素透過度(差圧法)(cm3/m2・day・Pa)
ASTM D−1434−75M法に基づいて、ガス透過測定装置(型式M-C3、(株)東洋精機製作所製)を用い、試料を24時間真空引き後、23℃の条件で測定した。
(7) Oxygen permeability (differential pressure method) (cm 3 / m 2 · day · Pa)
Based on the ASTM D-1434-75M method, a gas permeation measuring device (model M-C3, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) was used, and the sample was measured under the condition of 23 ° C. after being evacuated for 24 hours.

製造例1(特定のセルロース繊維の製造)
(I)原料、触媒、酸化剤、共酸化剤 天然繊維:針葉樹の漂白クラフトパルプ(製造会社:フレッチャー チャレンジ カナダ、商品名 「Machenzie」、CSF650ml)
TEMPO:市販品(製造会社:ALDRICH、Free radical、98%)
次亜塩素酸ナトリウム:市販品(製造会社:和光純薬工業(株) Cl:5%)
臭化ナトリウム:市販品(製造会社:和光純薬工業(株))。
Production Example 1 (Production of specific cellulose fiber)
(I) Raw material, catalyst, oxidizing agent, co-oxidant Natural fiber: Bleached kraft pulp of conifers (Manufacturer: Fletcher Challenge Canada, trade name “Machenzie”, CSF 650 ml)
TEMPO: Commercial product (Manufacturer: ALDRICH, Free radical, 98%)
Sodium hypochlorite: Commercial product (Manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Cl: 5%)
Sodium bromide: Commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

(II)製造手順
まず、上記の針葉樹の漂白クラフトパルプ繊維100gを9900gのイオン交換水で十分攪拌後、パルプ質量100gに対し、TEMPO1.25質量%、臭化ナトリウム12.5質量%、次亜塩素酸ナトリウム28.4質量%をこの順で添加し、pHスタッドを用い、0.5M水酸化ナトリウムの滴下にてpHを10.5、に保持し、温度20℃で酸化反応を行った。120分の酸化時間で滴下を停止し、酸化パルプを得た。
(II) Production procedure First, 100 g of bleached kraft pulp fiber of the above-mentioned coniferous tree was sufficiently stirred with 9900 g of ion-exchanged water, and then TEMPO 1.25% by mass, sodium bromide 12.5% by mass, hypoxia with respect to 100 g of pulp mass. Sodium chlorate (28.4% by mass) was added in this order, and a pH stud was used to maintain the pH at 10.5 by dropwise addition of 0.5M sodium hydroxide, and an oxidation reaction was performed at a temperature of 20 ° C. The dripping was stopped at an oxidation time of 120 minutes to obtain oxidized pulp.

次に、該酸化パルプをイオン交換水にて十分洗浄し、脱水処理を行った。その後、酸化パルプ100gとイオン交換水9900gをミキサー(Vita−Mix−Blender ABSOLUTE、大阪ケミカル(株)製)にて、120分間攪拌することにより、繊維の微細化処理を行い、セルロース繊維の透明な懸濁液を得た。得られたセルロース繊維のカルボキシル基量は1.2mmol/g、平均繊維径は3.1nm、平均アスペクト比は240であった。得られた懸濁液の、固形分濃度は1.5質量%、光透過率は97.1%、微細セルロース含有率は90.9%であった。また、懸濁液中に粒子径が1μm以上のセルロースの粒状体は含んでいなかった。   Next, the oxidized pulp was sufficiently washed with ion-exchanged water and dehydrated. Thereafter, 100 g of oxidized pulp and 9900 g of ion-exchanged water are stirred for 120 minutes with a mixer (Vita-Mix-Blender ABSOLUTE, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.), thereby performing fiber refining treatment, and transparent cellulose fibers. A suspension was obtained. The obtained cellulose fiber had a carboxyl group content of 1.2 mmol / g, an average fiber diameter of 3.1 nm, and an average aspect ratio of 240. The resulting suspension had a solid content concentration of 1.5% by mass, a light transmittance of 97.1%, and a fine cellulose content of 90.9%. The suspension did not contain cellulose granules having a particle size of 1 μm or more.

実施例1〜5、
製造例1で得たセルロース繊維の懸濁液と、ワックスエマルション(固形分濃度1.0質量%)を混合した。ワックスエマルションとしては、商品名:セロゾール524(中京油脂製、主成分カルナバワックス、融点82.5℃、平均粒子径0.167μm)、商品名:セロゾールH620(中京油脂製、主成分パラフィンワックス、融点67.4℃、平均粒子径0.3μm)、商品名:AD1602(星光PMC製、アルキルケテンダイマー、融点61.3℃、平均粒子径0.329μm)を用いた。セルロース繊維とワックスの固形分比率が表1に示す割合になるように、セルロース繊維の懸濁液とワックスエマルジョンを混合して、ガスバリア用材料を得た。
Examples 1-5,
The suspension of cellulose fibers obtained in Production Example 1 and a wax emulsion (solid content concentration: 1.0% by mass) were mixed. As the wax emulsion, trade name: Cerozol 524 (manufactured by Chukyo Yushi, main component carnauba wax, melting point 82.5 ° C., average particle size 0.167 μm), trade name: Cellozol H620 (manufactured by Chukyo Yushi, main component paraffin wax, melting point) 67.4 ° C., average particle diameter 0.3 μm), trade name: AD1602 (manufactured by Starlight PMC, alkyl ketene dimer, melting point 61.3 ° C., average particle diameter 0.329 μm) was used. A suspension of cellulose fibers and a wax emulsion were mixed so that the solid content ratio of cellulose fibers and wax was as shown in Table 1 to obtain a gas barrier material.

次に、ポリ乳酸(PLA)シート(コロナ放電処理済み品、シート厚み25μm,商品名PGパルグリーンLC−4:トーセロ(株)製)、又はポリエチレンテレフタレート(PET)シート(商品名:ルミラー、東レ社製、シート厚み7μm)の片側面上に、前記ガスバリア用材料をバーコートで塗布し、23℃で6時間以上乾燥して、本発明のガスバリア性成形体を得た。   Next, a polylactic acid (PLA) sheet (corona discharge-treated product, sheet thickness 25 μm, trade name PG Pal Green LC-4: manufactured by Tosero Co., Ltd.) or polyethylene terephthalate (PET) sheet (trade name: Lumirror, Toray Industries, Inc.) The gas barrier material was applied by bar coating on one side of a sheet having a sheet thickness of 7 μm and dried at 23 ° C. for 6 hours or longer to obtain a gas barrier molded article of the present invention.

その後、乾燥後のガスバリア性成形体を、105℃と150℃の恒温乾燥炉中(自然対流)で30分間加熱して、加熱処理した本発明のガスバリア性成形体を得た。   Thereafter, the dried gas barrier molded body was heated in a constant temperature drying oven (natural convection) at 105 ° C. and 150 ° C. for 30 minutes to obtain a heat-treated gas barrier molded body of the present invention.

比較例1は、ポリ乳酸(PLA)シート(コロナ放電処理済み品、シート厚み25μm,商品名PGパルグリーンLC−4:トーセロ(株)製)。比較例2は、比較例1のシートに製造例1のセルロース繊維懸濁液(ワックスは含まない)をバーコートで塗布した後、23℃で6時間以上乾燥したもの。比較例3は、ポリエチレンテレフタレート(PET)シート(商品名:ルミラー、東レ社製、シート厚み7μm)。比較例4は、比較例3のシートに製造例1のセルロース繊維懸濁液(ワックスは含まない)をバーコートで塗布した後、23℃で6時間以上乾燥したものとした。   Comparative Example 1 is a polylactic acid (PLA) sheet (corona discharge-treated product, sheet thickness 25 μm, trade name PG Pal Green LC-4: manufactured by Tosero Co., Ltd.). In Comparative Example 2, the cellulose fiber suspension of Production Example 1 (excluding wax) was applied to the sheet of Comparative Example 1 with a bar coat, and then dried at 23 ° C. for 6 hours or more. Comparative Example 3 is a polyethylene terephthalate (PET) sheet (trade name: Lumirror, manufactured by Toray Industries, Inc., sheet thickness: 7 μm). In Comparative Example 4, the cellulose fiber suspension of Production Example 1 (excluding wax) was applied to the sheet of Comparative Example 3 by bar coating, and then dried at 23 ° C. for 6 hours or more.

実施例1、2、3、4と比較例1、実施例5と比較例3を比較すると明らかなように、本発明のガスバリア性成形体は水蒸気バリア性と酸素バリア性が向上した。また、実施例1、2、4と比較例2、実施例5と比較例4を比較すると、本発明のバリア性成形体は、ガスバリア層中のワックスが10質量%の場合には、ワックスの種類によらず、セルロース繊維懸濁液のみを塗布したシートと同等の酸素バリア性を維持しつつも、水蒸気バリア性が向上した。さらに、加熱処理を加えることで、酸素バリア性と水蒸気バリア性が向上した。特に、ワックスの融点より30℃以上高い温度で加熱した場合は、酸素バリア性と水蒸気バリア性が格段に向上した。実施例3と比較例2を比較すると、ガスバリア層中のワックスが30質量%の場合には、セルロース繊維懸濁液のみを塗布したシートよりも酸素バリア性は低下しているものの、加熱処理により、水蒸気バリア性が向上した。
実施例のガスバリア層表面の接触角に注目すると、接触角が30°以上の場合に、酸素バリア性と水蒸気バリア性が向上した。
As is apparent from comparison between Examples 1, 2, 3, and 4 and Comparative Example 1 and Example 5 and Comparative Example 3, the gas barrier molded article of the present invention has improved water vapor barrier properties and oxygen barrier properties. Further, when Examples 1, 2, and 4 are compared with Comparative Example 2 and Example 5 and Comparative Example 4 are compared, the barrier molded article of the present invention has a wax content of 10% by mass in the gas barrier layer. Regardless of the type, the water vapor barrier property was improved while maintaining the oxygen barrier property equivalent to the sheet coated only with the cellulose fiber suspension. Furthermore, oxygen barrier property and water vapor | steam barrier property improved by adding heat processing. In particular, when heated at a temperature 30 ° C. higher than the melting point of the wax, the oxygen barrier property and the water vapor barrier property were remarkably improved. When Example 3 and Comparative Example 2 are compared, when the wax in the gas barrier layer is 30% by mass, the oxygen barrier property is lower than that of the sheet coated only with the cellulose fiber suspension, but by heat treatment The water vapor barrier property was improved.
When attention is paid to the contact angle on the surface of the gas barrier layer of the example, when the contact angle is 30 ° or more, the oxygen barrier property and the water vapor barrier property are improved.

Figure 0005162438
Figure 0005162438

Claims (8)

平均繊維径が200nm以下のセルロース繊維と25℃で固体の油性成分を含み、前記セルロース繊維を構成するセルロースのカルボキシル基含有量が0.1〜2mmol/gであるガスバリア用材料。   A gas barrier material comprising cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm or less and an oily component that is solid at 25 ° C., wherein the cellulose constituting the cellulose fibers has a carboxyl group content of 0.1 to 2 mmol / g. 前記平均繊維径が200nm以下のセルロース繊維の平均アスペクト比が10〜1,000である、請求項1記載のガスバリア用材料。   The gas barrier material according to claim 1, wherein an average aspect ratio of cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm or less is 10 to 1,000. 前記25℃で固体の油性成分の融点が30℃〜150℃のものである、請求項1〜2記載のガスバリア用材料。   The gas barrier material according to claim 1 or 2, wherein the oil component that is solid at 25 ° C has a melting point of 30 ° C to 150 ° C. 請求項1〜3のいずれか1項記載のガスバリア用材料を含む、ガスバリア性成形体。   A gas barrier molded article comprising the gas barrier material according to claim 1. 基材となる成形体表面に、請求項1〜3のいずれか1項記載のガスバリア用材料を含む層を有する、ガスバリア性成形体。   The gas barrier property molded object which has a layer containing the gas barrier material of any one of Claims 1-3 in the molded object surface used as a base material. イオン交換水のガスバリア層に対する接触角が20〜120°である、請求項4又は5記載のガスバリア性成形体。   The gas barrier molded article according to claim 4 or 5, wherein a contact angle of the ion exchange water with respect to the gas barrier layer is 20 to 120 °. 基材となる成形体に対して又は成形用の硬質表面に対して、請求項1〜3のいずれか1項記載のガスバリア用材料を含む懸濁液を供給し付着させて膜状物を形成させる工程、
その後、前記膜状物を前記25℃で固体の油性成分の融点以上の温度で加熱する工程、
を有している、ガスバリア性成形体の製造方法。
A suspension containing the gas barrier material according to any one of claims 1 to 3 is supplied to and adhered to a molded body to be a base material or a hard surface for molding to form a film-like material The process of
Thereafter, heating the film-like material at a temperature equal to or higher than the melting point of the solid oily component at 25 ° C.
A method for producing a gas barrier molded article having
前記ガスバリア用材料を含む懸濁液が、前記セルロース繊維を含む懸濁液と25℃で固体の油性成分を含むエマルジョンの混合液である、請求項7記載のガスバリア性成形体の製造方法。   The method for producing a gas barrier molded article according to claim 7, wherein the suspension containing the gas barrier material is a mixed liquid of a suspension containing the cellulose fibers and an emulsion containing an oily component that is solid at 25 ° C.
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