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JP7239561B2 - Paper containing microfibril cellulose fibers - Google Patents

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JP7239561B2 JP2020511002A JP2020511002A JP7239561B2 JP 7239561 B2 JP7239561 B2 JP 7239561B2 JP 2020511002 A JP2020511002 A JP 2020511002A JP 2020511002 A JP2020511002 A JP 2020511002A JP 7239561 B2 JP7239561 B2 JP 7239561B2
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Description

本発明はミクロフィブリルセルロース繊維を含有する紙に関する。 The present invention relates to paper containing microfibrillar cellulose fibers.

紙は、印刷用紙や記録用紙等の情報記録媒体用途や包装用途等の種々の分野に使用されており、いずれの用途においても使用時や加工時に十分な強度を有することが求められている。紙の強度やこわさを改善することを目的として、例えば特許文献1には酸化パルプを添加した紙基材が、特許文献2には共処理されたミクロフィブリルセルロースおよび無機粒子組成物を含む紙製品が開示されている。 Paper is used in various fields such as information recording medium applications such as printing paper and recording paper, and packaging applications, and in all applications, it is required to have sufficient strength during use and processing. For the purpose of improving the strength and stiffness of paper, for example, Patent Document 1 discloses a paper base material to which oxidized pulp is added, and Patent Document 2 discloses a paper product containing a co-processed microfibril cellulose and an inorganic particle composition. is disclosed.

国際公開第2014/097929号WO2014/097929 特開2017-203243号公報JP 2017-203243 A

特許文献1では酸化パルプを用いるが、当該酸化パルプは紙料中での分散性が十分ではなく、紙の補強効果および透気抵抗も十分なレベルとはいえなかった。特許文献2では未変性パルプを無機粒子と共に機械的に処理して得たミクロフィブリルセルロースを使用する。しかし、当該ミクロフィブリルセルロースも紙料中での分散性が十分ではなく紙の補強効果および透気抵抗度も十分なレベルとはいえなかった。かかる事情を鑑み、本発明は、優れた強度および透気抵抗度を有する紙を提供することを課題とする。 Although oxidized pulp is used in Patent Document 1, the oxidized pulp is not sufficiently dispersible in paper stock, and the reinforcing effect and air resistance of paper are not at a sufficient level. Patent Document 2 uses microfibril cellulose obtained by mechanically treating undenatured pulp together with inorganic particles. However, the microfibril cellulose is also not sufficiently dispersible in the paper material, and the reinforcing effect and air resistance of the paper cannot be said to be at a sufficient level. In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide paper having excellent strength and air resistance.

化学変性したセルロースは、導入された官能基の静電的な反発により、未処理のセルロースと比較して効率的にセルロース繊維同士をほぐすことができる。そのため、化学変性セルロースを叩解すると、化学変性しないセルロースを叩解する場合に比べてフィブリル化や短繊維化が進んだミクロフィブリルセルロースが得られる。発明者らは、当該ミクロフィブリルセルロースは、紙料に添加した際に分散性が良好であり、かつ当該紙料から得た紙は優れた機械的強度を備え、さらに高い透気抵抗度を有することを見出した。すなわち、前記課題は以下の本発明によって解決される。
(1)平均繊維径が500nm以上の機械的処理化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維を含む紙。
(2)前記ミクロフィブリルセルロース繊維の繊維分析装置で測定した平均微細繊維率が4.0以上である、(1)に記載の紙。
(3)前記ミクロフィブリルセルロース繊維のセルロースI型結晶化度が50%以上である(1)または(2)に記載の紙。
(4)前記化学変性がアニオン変性である(1)~(3)のいずれかに記載の紙。
(5)顔料塗工層を備える(1)~(4)のいずれかに記載の紙。
(6)クリア塗工層を備える(1)~(5)のいずれかに記載の紙。
(7)JIS P 8111に従って23℃50±2%条件下で調湿した紙の含水率が10重量%以下である、(1)~(6)のいずれかに記載の紙。
(8)セルロース原料を湿式粉砕して前記ミクロフィブリルセルロース繊維を調製する工程、および
前記ミクロフィブリルセルロース繊維を含む紙料を調製する工程、
を備える、(1)~(7)のいずれかに記載の紙の製造方法。
(9)前記湿式粉砕の前にセルロース原料を化学変性する工程を備える、(8)に記載の製造方法。
Chemically modified cellulose can loosen cellulose fibers more efficiently than untreated cellulose due to electrostatic repulsion of the introduced functional groups. Therefore, when chemically modified cellulose is beaten, microfibril cellulose is obtained which is more fibrillated and shortened than when chemically modified cellulose is beaten. The inventors have found that the microfibril cellulose has good dispersibility when added to the stock, and the paper obtained from the stock has excellent mechanical strength and high air resistance. I found out. That is, the above problems are solved by the present invention described below.
(1) Paper containing mechanically treated chemically modified microfibril cellulose fibers having an average fiber diameter of 500 nm or more.
(2) The paper according to (1), wherein the microfibril cellulose fibers have an average fine fiber rate of 4.0 or more as measured by a fiber analyzer.
(3) The paper according to (1) or (2), wherein the microfibril cellulose fibers have a cellulose type I crystallinity of 50% or more.
(4) The paper according to any one of (1) to (3), wherein the chemical modification is anion modification.
(5) The paper according to any one of (1) to (4) provided with a pigment coating layer.
(6) The paper according to any one of (1) to (5) provided with a clear coating layer.
(7) The paper according to any one of (1) to (6), which has a moisture content of 10% by weight or less when conditioned under conditions of 23° C. and 50±2% according to JIS P 8111.
(8) a step of wet pulverizing a cellulose raw material to prepare the microfibril cellulose fibers, and a step of preparing a paper stock containing the microfibril cellulose fibers;
The method for producing paper according to any one of (1) to (7), comprising:
(9) The production method according to (8), comprising a step of chemically modifying the cellulose raw material before the wet pulverization.

本発明によって優れた強度および透気抵抗度を有する紙を提供できる。 The present invention can provide paper with excellent strength and air resistance.

化学変性のみを施したパルプ(COOH量0.3mmol/g、c.s.f.573ml)を示す図Fig. 1 shows a pulp (COOH amount 0.3 mmol/g, c.s.f. 573 ml) that has undergone chemical modification only. 化学変性の後にSDR叩解処理して得たMFC(COOH量0.3mmol/g、c.s.f.67ml)を示す図A diagram showing MFC (COOH amount 0.3 mmol/g, c.s.f. 67 ml) obtained by SDR beating treatment after chemical modification

発明を実施するための態様Modes for carrying out the invention

以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「X~Y」はその端値であるXおよびYを含む。 The present invention will be described in detail below. In the present invention, "X to Y" includes X and Y which are the end values.

1.ミクロフィブリルセルロース繊維を含有する紙
本発明の紙は原紙層を有し、1層以上の塗工層を有してもよい。塗工層は無機顔料および接着剤を含有する顔料塗工層でもよく、無機顔料を含有せずに接着剤を主体とするクリア塗工層でもよい。本発明の紙は、当該紙を構成するいずれかの層にミクロフィブリルセルロース繊維を含んでいればよい。例えば、ミクロフィブリルセルロース繊維は原紙層または顔料塗工層またはクリア塗工層に含有される。これらの層に関しては後述する。
1. Paper Containing Microfibril Cellulose Fibers The paper of the present invention has a base paper layer and may have one or more coating layers. The coating layer may be a pigment coating layer containing an inorganic pigment and an adhesive, or a clear coating layer mainly composed of an adhesive without containing an inorganic pigment. The paper of the present invention may contain microfibril cellulose fibers in any layer constituting the paper. For example, microfibril cellulose fibers are contained in the base paper layer or the pigment coating layer or the clear coating layer. These layers will be described later.

(1)ミクロフィブリルセルロース繊維
ミクロフィブリルセルロース繊維(以下「MFC」ともいう)とは、パルプ等のセルロース系原料をフィブリル化して得られる500nm以上の平均繊維径を有する繊維である。本発明のミクロフィブリルセルロースは繊維径が500nm未満となるまで繊維が微細化されたセルロースナノファイバーとは異なり、パルプ繊維の形状をある程度維持したまま効率的に繊維表面のフィブリル化が促進されるため、平均繊維径は500nm以上である。平均繊維径は1μmより大きいことが好ましく、2μm以上がより好ましく、10μm以上であることがさらに好ましい。その上限は60μm以下が好ましい。本発明において平均繊維径とは長さ加重平均繊維径であり、当該繊維径はABB株式会社製ファイバーテスターで測定できる。MFCは、化学変性したセルロース系原料をビーターやディスパーザー、リファイナーなどで比較的弱く解繊または叩解などの機械的処理をすることで得られる。したがってMFCは、セルロース系原料を強く解繊処理して得られるシングルナノ~500nm未満程度の平均繊維径を有するセルロースナノファイバーと比較して繊維径が大きく、また繊維自体の微細化(内部フィブリル化)を抑制しながら効率的に繊維表面を毛羽立たせた(外部フィブリル化した)形状を有する。
(1) Microfibril cellulose fiber Microfibril cellulose fiber (hereinafter also referred to as "MFC") is a fiber having an average fiber diameter of 500 nm or more obtained by fibrillating a cellulosic raw material such as pulp. The microfibril cellulose of the present invention is different from cellulose nanofibers in which the fibers are refined to a fiber diameter of less than 500 nm, because the fibrillation of the fiber surface is efficiently promoted while maintaining the shape of the pulp fibers to some extent. , the average fiber diameter is 500 nm or more. The average fiber diameter is preferably greater than 1 μm, more preferably 2 μm or more, and even more preferably 10 μm or more. Its upper limit is preferably 60 μm or less. In the present invention, the average fiber diameter is a length-weighted average fiber diameter, and the fiber diameter can be measured with a fiber tester manufactured by ABB Corporation. MFC is obtained by subjecting a chemically modified cellulosic raw material to relatively weak mechanical treatment such as fibrillation or beating using a beater, disperser, refiner, or the like. Therefore, MFC has a larger fiber diameter than cellulose nanofibers having an average fiber diameter of about less than 500 nm, which is obtained by strongly defibrating a cellulose-based raw material, and the fibers themselves are finer (internal fibrillation ) while efficiently fluffing the fiber surface (external fibrillation).

本発明で用いる機械的処理化学変性セルロース繊維(以下「機械的処理化学変性MFC」ともいう)は、パルプを化学変性した後に機械的処理を施す、あるいは機械的処理を施したパルプに化学変性を施して得たものであってよいが、フィブリル化効率の観点から前者で得られるものが好ましい。すなわち機械的処理化学変性MFCは、化学変性したセルロース系原料に比較的弱い解繊または叩解等の機械的処理を施してして得られるので、繊維間に存在する強固な水素結合が化学変性によって弱められ、化学変性を行わずに単に機械的に解繊または叩解処理しただけのMFCと比較して、繊維同士がほぐれやすく、繊維の損傷が少なく、かつ適度な内部フィブリル化および外部フィブリル化した形状を有する(図2参照)。さらに、機械的処理化学変性MFCを水に分散して得られた水分散体は、高い親水性、保水性、粘度を有する。 The mechanically treated chemically modified cellulose fiber (hereinafter also referred to as "mechanically treated chemically modified MFC") used in the present invention is subjected to mechanical treatment after chemically denaturing pulp, or chemically denaturing the mechanically treated pulp. However, from the viewpoint of fibrillation efficiency, the former is preferable. That is, mechanical treatment chemically modified MFC is obtained by subjecting a chemically modified cellulose-based raw material to a relatively weak mechanical treatment such as fibrillation or beating. Compared to MFC that was weakened and merely mechanically defibrated or beaten without chemical modification, the fibers were easily loosened, the fibers were less damaged, and moderate internal and external fibrillation occurred. It has a shape (see FIG. 2). Furthermore, an aqueous dispersion obtained by dispersing the mechanically treated chemically modified MFC in water has high hydrophilicity, water retention and viscosity.

上記のとおり、MFCはセルロース系原料とはフィブリル化の度合いが異なる。フィブリル化の度合いを定量化することは一般に容易ではないが、本発明においては、MFCの機械的処理前後の濾水度や保水度の変化量でフィブリル化度合を定量化することが可能であることを見出した。本発明のMFCは、機械的処理前のパルプの濾水度(F0)が10ml以上低下する程度に機械解繊または叩解して得たものであることが好ましい。すなわち、処理後の濾水度をFとすると、濾水度の差ΔF=F0-Fは10ml以上であることが好ましく、20ml以上であることがより好ましく、30ml以上であることがさらに好ましい。パルプの濾水度は変性の度合いによって異なるが、原料とするパルプの濾水度を基準とするため、このように定義することで化学変性の度合いに因らずフィブリル化度合いを特定できる。前述の通り、F0はパルプの変性の度合いによって異なるため、ΔFの上限を一義に定めることは困難であるが、処理後の濾水度Fは0mlより大きいことが好ましい。Fが0mlのMFCとするためには、強力な機械解繊を要するため、このように得られたMFCは平均繊維径が500nm未満(セルロースナノファイバー)となる可能性がある。また、濾水度が0mlのMFCを抄紙工程に多量に添加した場合、抄紙に供するパルプスラリーの水切れが悪化する恐れがある。本発明の機械的処理化学変性MFCの平均微細繊維率は、好ましくは4.0以上、より好ましくは4.5以上、さらに好ましくは5.0以上、最も好ましくは8.0以上である。平均微細繊維率は繊維分析装置で繊維を測定した際に「(平均)フィブリル化率(Mean fibril area)」、「平均微細繊維率」、「フィブリルエリア」などの項目として算出される値であって、主となる繊維のフィブリル化の程度の指標の一つである。例えばABB社製ファイバーテスターやファイバーテスタープラスで測定することができ、本願において平均微細繊維率は、好ましくはファイバーテスタープラスで測定された「Mean fibril area」と定義される。As described above, MFC differs in the degree of fibrillation from cellulosic raw materials. It is generally not easy to quantify the degree of fibrillation, but in the present invention, it is possible to quantify the degree of fibrillation by the amount of change in freeness and water retention before and after mechanical treatment of MFC. I found out. The MFC of the present invention is preferably obtained by mechanical fibrillation or beating to such an extent that the freeness (F 0 ) of the pulp before mechanical treatment is reduced by 10 ml or more. That is, if the freeness after treatment is F, the freeness difference ΔF=F 0 −F is preferably 10 ml or more, more preferably 20 ml or more, and even more preferably 30 ml or more. . Although the degree of freeness of pulp varies depending on the degree of denaturation, the degree of fibrillation can be specified regardless of the degree of chemical denaturation, since the degree of freeness of the raw material pulp is used as a reference. As described above, since F 0 varies depending on the degree of pulp denaturation, it is difficult to unambiguously determine the upper limit of ΔF, but the freeness F after treatment is preferably greater than 0 ml. In order to obtain an MFC with an F of 0 ml, strong mechanical fibrillation is required, so the MFC obtained in this way may have an average fiber diameter of less than 500 nm (cellulose nanofibers). In addition, when a large amount of MFC with a freeness of 0 ml is added to the papermaking process, there is a possibility that drainage of the pulp slurry to be used for papermaking may deteriorate. The average fine fiber rate of the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention is preferably 4.0 or higher, more preferably 4.5 or higher, still more preferably 5.0 or higher, and most preferably 8.0 or higher. The average fine fiber rate is a value calculated as items such as "(mean) fibrillation rate (Mean fibril area)", "average fine fiber rate", and "fibril area" when fibers are measured with a fiber analyzer. It is one of the indicators of the degree of fibrillation of the main fiber. For example, it can be measured with an ABB fiber tester or fiber tester plus, and in the present application, the average fine fiber rate is preferably defined as "Mean fibril area" measured with the fiber tester plus.

本発明の機械的処理化学変性MFCのカナダ標準濾水度の下限は限定されないが0mlより高いことが好ましい。当該濾水度の上限は500ml以下が好ましく、350ml以下がより好ましく、150ml以下がより好ましく、100ml以下が特に好ましい。一般的にシングルナノレベルまで解繊の進んだセルロースナノファイバーのカナダ標準濾水度は0mlである。 Although the lower limit of the Canadian standard freeness of the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention is not limited, it is preferably higher than 0 ml. The upper limit of the freeness is preferably 500 ml or less, more preferably 350 ml or less, more preferably 150 ml or less, and particularly preferably 100 ml or less. In general, the Canadian standard freeness of cellulose nanofibers that have been defibrated to the single nano level is 0 ml.

本発明の機械的処理化学変性MFCのフィブリル化の度合いは、上述の通りパルプの保水度(H)の増加によっても定量化することができる。本発明の機械的処理化学変性MFCは、処理前のパルプの保水度(H0)と処理後のパルプの保水度(H)の差として定義される保水度差(ΔH=H0-H)が10%以上上昇する程度に機械解繊または叩解して得たものが好ましく、50%以上上昇する程度に機械解繊または叩解して得たものがより好ましい。化学変性MFCは、pHによってH型とNa型の比率が変化し、保水度が変化してしまう。そのため、保水度の測定は、解繊前後において同一pH条件下で行うことが好ましい。また、本発明の機械的処理化学変性MFCの保水度は好ましくは210%以上、より好ましくは250%以上、さらに好ましくは500%以上である。保水度が上記範囲であると、機械的処理化学変性MFCが十分にフィブリル化されており、本発明の効果を高いレベルで得ることができる。 The degree of fibrillation of the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention can also be quantified by the increase in water retention (H) of the pulp, as described above. The mechanically treated chemically modified MFC of the present invention has a water retention difference (ΔH = H0 - H) defined as the difference between the water retention of the pulp before treatment (HO) and the water retention of the pulp after treatment (H) of 10. % or more, preferably mechanical fibrillation or beating, more preferably mechanical fibrillation or beating to an extent of 50% or more. In chemically modified MFC, the ratio of H-type and Na-type changes depending on the pH, and the degree of water retention changes. Therefore, it is preferable to measure the water retention under the same pH condition before and after defibration. The mechanically treated chemically modified MFC of the present invention preferably has a water retention of 210% or more, more preferably 250% or more, and still more preferably 500% or more. When the water retention is within the above range, the mechanically treated chemically modified MFC is sufficiently fibrillated, and the effects of the present invention can be obtained at a high level.

本発明の機械的処理化学変性MFCは、フィブリル化程度が弱い場合は、濾水度でフィブリル化度合いを評価することができるが、強くフィブリル化を行った場合、繊維のフィブリル化と同時に短繊維化も進むため、繊維がメッシュから抜けてしまい濾水度が見かけ上、上昇してしまう場合がある。このような場合、濾水度でフィブリル化の程度を正しく評価することができないため、保水度の変化率で評価することが好ましい。すなわち本発明の機械的処理化学変性MFCは、ΔFが10ml以上または、ΔHが10%以上となるように機械的処理を施した化学変性セルロースであることが好ましい。 In the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention, when the degree of fibrillation is weak, the degree of fibrillation can be evaluated by the degree of freeness. As the decomposition progresses, the fibers may come off from the mesh and the freeness may appear to increase. In such a case, since the degree of fibrillation cannot be correctly evaluated by the freeness, it is preferable to evaluate by the rate of change of the water retention. That is, the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention is preferably chemically modified cellulose that has been mechanically treated so that ΔF is 10 ml or more or ΔH is 10% or more.

本発明の機械的処理化学変性MFCのセルロースI型結晶化度が高いとMFCの強度が高くなり、ひいてはこれを含有する紙の強度も向上する。この観点から前記セルロースI型結晶化度は、好ましくは40%以上、より好ましくは50以上である。当該セルロースI型結晶化度の上限は限定されないが、好ましくは90以下である。セルロースI型結晶化度はX線回折によって測定できる。例えば、機械的処理化学変性MFCを、液体窒素を用いて凍結乾燥し、これを圧縮し、錠剤型のペレットを作成する。その後、このサンプルをX線回折装置(PANalytical社製、XPert PRO MPD)で測定し、得られたグラフを、グラフ解析ソフトPeakFIt(Hulinks社製)によりピーク分離し、下記の回折角度を基準として結晶I型結晶化度を求めることができる。
結晶I型 :2θ=14.8°、16.8°、22.6°
結晶II型:2θ=12.1°、19.8°、22.0°
A high degree of cellulose type I crystallinity in the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention increases the strength of the MFC, which in turn improves the strength of the paper containing it. From this point of view, the cellulose type I crystallinity is preferably 40% or more, more preferably 50 or more. Although the upper limit of the cellulose type I crystallinity is not limited, it is preferably 90 or less. Cellulose type I crystallinity can be measured by X-ray diffraction. For example, mechanically treated chemically modified MFC is lyophilized using liquid nitrogen and compressed to form tablet-shaped pellets. After that, the sample was measured with an X-ray diffractometer (XPert PRO MPD, manufactured by PANalytical), and the obtained graph was peak-separated by graph analysis software PeakFIt (manufactured by Hulinks), and the crystals were separated based on the following diffraction angles. Type I crystallinity can be determined.
Crystal type I: 2θ = 14.8°, 16.8°, 22.6°
Crystal type II: 2θ = 12.1°, 19.8°, 22.0°

1)セルロース系原料
セルロース系原料は、特に限定されないが、例えば、植物、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物に由来するものが挙げられる。植物由来のものとしては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)が挙げられる。本発明で用いるセルロース原料は、これらのいずれかまたは組合せであってもよいが、好ましくは植物または微生物由来のセルロース繊維であり、より好ましくは植物由来のセルロース繊維である。
1) Cellulosic Raw Materials Cellulosic raw materials are not particularly limited, but examples thereof include those derived from plants, animals (eg, sea squirts), algae, microorganisms (eg, Acetobacter), and microbial products. Plant-derived materials include, for example, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, pulp (unbleached softwood kraft pulp (NUKP), bleached softwood kraft pulp (NBKP), unbleached hardwood kraft pulp ( LUKP), bleached hardwood kraft pulp (LBKP), unbleached softwood sulfite pulp (NUSP), bleached softwood sulfite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.). The cellulose raw material used in the present invention may be any one or a combination thereof, but is preferably plant- or microorganism-derived cellulose fiber, more preferably plant-derived cellulose fiber.

セルロース繊維の平均繊維径は特に制限されないが、一般的なパルプである針葉樹クラフトパルプの場合は30~60μm程度、広葉樹クラフトパルプの場合は10~30μm程度である。その他のパルプの場合、一般的な精製を経たものの平均繊維径は50μm程度である。例えばチップ等の数cm大のものを精製した原料を用いる場合、リファイナー、ビーター等の離解機で機械的処理を行い、平均繊維径を50μm以下程度に調整することが好ましく、30μm以下程度とすることがより好ましい。以下、機械的処理化学変性MFCの製造方法について説明する。 The average fiber diameter of the cellulose fibers is not particularly limited, but is about 30 to 60 μm for softwood kraft pulp and about 10 to 30 μm for hardwood kraft pulp, which are common pulps. In the case of other pulps, the average fiber diameter is about 50 μm after general refining. For example, when using a refined raw material such as chips with a size of several cm, it is preferable to perform mechanical processing with a refiner, beater, or other disaggregator to adjust the average fiber diameter to about 50 μm or less, preferably about 30 μm or less. is more preferable. A method for producing the mechanically treated chemically modified MFC will be described below.

2)化学変性
化学変性とはセルロース系原料に官能基を導入することをいい、本発明においてはアニオン性基を導入することが好ましい。アニオン性基としてはカルボキシル基、カルボキシル基含有基、リン酸基、リン酸基含有基等の酸基が挙げられる。カルボキシル基含有基としては、-COOH基、-R-COOH(Rは炭素数が1~3のアルキレン基)、-O-R-COOH(Rは炭素数が1~3のアルキレン基)が挙げられる。リン酸基含有基としては、ポリリン酸基、亜リン酸基、ホスホン酸基、ポリホスホン酸基等が挙げられる。これらの酸基は反応条件によっては、塩の形態(例えばカルボキシレート基(-COOM、Mは金属原子))で導入されることもある。本発明において化学変性は、酸化またはエーテル化が好ましい。以下、これらについて詳細に説明する。
2) Chemical Modification Chemical modification refers to the introduction of a functional group into the cellulosic raw material, and in the present invention, it is preferable to introduce an anionic group. Examples of anionic groups include acid groups such as carboxyl groups, carboxyl group-containing groups, phosphoric acid groups, and phosphoric acid group-containing groups. Examples of the carboxyl group-containing group include -COOH group, -R-COOH (R is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms), and -OR-COOH (R is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms). be done. Phosphate group-containing groups include polyphosphoric acid group, phosphorous acid group, phosphonic acid group, polyphosphonic acid group and the like. Depending on the reaction conditions, these acid groups may be introduced in the form of a salt (for example, a carboxylate group (--COOM, M is a metal atom)). Chemical modification in the present invention is preferably oxidation or etherification. These will be described in detail below.

[酸化]
セルロース原料を酸化することによって酸化セルロースが得られる。酸化方法は特に限定されないが、一例として、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物およびこれらの混合物からなる群より選択される物質との存在下で、酸化剤を用いて水中でセルロース原料を酸化する方法が挙げられる。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、およびカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース原料の濃度は特に限定されないが、5重量%以下が好ましい。
[Oxidation]
Oxidized cellulose is obtained by oxidizing a cellulose raw material. Although the oxidation method is not particularly limited, as an example, a cellulose raw material is oxidized in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a substance selected from the group consisting of bromides, iodides and mixtures thereof. method. According to this method, the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized to generate a group selected from the group consisting of an aldehyde group, a carboxyl group and a carboxylate group. The concentration of the cellulose raw material during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by weight or less.

N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物である。ニトロキシルラジカルとしては例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(TEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。N-オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロースに対して、0.01mmol以上が好ましく、0.02mmol以上がより好ましい。上限は、10mmol以下が好ましく、1mmol以下がより好ましく、0.5mmol以下がさらに好ましい。従って、N-オキシル化合物の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.01~10mmolが好ましく、0.01~1mmolがより好ましく、0.02~0.5mmolがさらに好ましい。 An N-oxyl compound is a compound capable of generating a nitroxy radical. Nitroxyl radicals include, for example, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO). As the N-oxyl compound, any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction. The amount of the N-oxyl compound to be used is not particularly limited as long as it is a catalyst amount capable of oxidizing the raw material cellulose. For example, it is preferably 0.01 mmol or more, more preferably 0.02 mmol or more, relative to 1 g of absolutely dry cellulose. The upper limit is preferably 10 mmol or less, more preferably 1 mmol or less, and even more preferably 0.5 mmol or less. Therefore, the amount of the N-oxyl compound used is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and even more preferably 0.02 to 0.5 mmol, relative to 1 g of absolute dry cellulose.

臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属、例えば臭化ナトリウム等が挙げられる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1mmol以上が好ましく、0.5mmol以上がより好ましい。当該量の上限は、100mmol以下が好ましく、10mmol以下がより好ましく、5mmol以下がさらに好ましい。従って、臭化物およびヨウ化物の合計量は絶乾1gのセルロースに対して、0.1~100mmolが好ましく、0.1~10mmolがより好ましく、0.5~5mmolがさらに好ましい。 Bromide is a compound containing bromine, and examples thereof include alkali metal bromides that can be dissociated and ionized in water, such as sodium bromide. Also, iodides are compounds containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodides. The amount of bromide or iodide to be used can be selected within a range capable of promoting the oxidation reaction. The total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 mmol or more, more preferably 0.5 mmol or more, relative to 1 g of absolute dry cellulose. The upper limit of the amount is preferably 100 mmol or less, more preferably 10 mmol or less, and even more preferably 5 mmol or less. Therefore, the total amount of bromide and iodide is preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, even more preferably 0.5 to 5 mmol, per 1 g of absolute dry cellulose.

酸化剤としては、特に限定されないが例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、これらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸またはその塩が好ましく、次亜塩素酸またはその塩がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムがさらに好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾1gのセルロースに対して、0.5mmol以上が好ましく、1mmol以上がより好ましく、3mmol以上がさらに好ましい。当該量の上限は、500mmol以下が好ましく、50mmol以下がより好ましく、25mmol以下がさらに好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾1gのセルロースに対して、0.5~500mmolが好ましく、0.5~50mmolがより好ましく、1~25mmolがさらに好ましく、3~10mmolが特に好ましい。N-オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はN-オキシル化合物1molに対して1mol以上が好ましく、上限は40molが好ましい。従って、酸化剤の使用量はN-オキシル化合物1molに対して1~40molが好ましい。 Examples of the oxidizing agent include, but are not particularly limited to, halogens, hypohalous acids, halogenous acids, perhalogenates, salts thereof, halogen oxides, and peroxides. Among them, hypohalous acid or a salt thereof is preferred, hypochlorous acid or a salt thereof is more preferred, and sodium hypochlorite is even more preferred, because it is inexpensive and has a low environmental load. The amount of the oxidizing agent to be used is preferably 0.5 mmol or more, more preferably 1 mmol or more, and even more preferably 3 mmol or more, relative to 1 g of absolute dry cellulose. The upper limit of the amount is preferably 500 mmol or less, more preferably 50 mmol or less, and even more preferably 25 mmol or less. Therefore, the amount of the oxidizing agent to be used is preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, even more preferably 1 to 25 mmol, particularly preferably 3 to 10 mmol, per 1 g of absolute dry cellulose. When an N-oxyl compound is used, the amount of the oxidizing agent to be used is preferably 1 mol or more per 1 mol of the N-oxyl compound, and the upper limit is preferably 40 mol. Therefore, the amount of the oxidizing agent to be used is preferably 1 to 40 mol per 1 mol of the N-oxyl compound.

酸化反応時のpH、温度等の条件は特に限定されず、一般に、比較的温和な条件であっても酸化反応は効率よく進行する。反応温度は4℃以上が好ましく、15℃以上がより好ましい。当該温度の上限は40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。従って、反応温度は4~40℃が好ましく、15~30℃程度、すなわち室温であってもよい。反応液のpHは、8以上が好ましく、10以上がより好ましい。pHの上限は、12以下が好ましく、11以下がより好ましい。従って、反応液のpHは、好ましくは8~12、より好ましくは10~11程度である。通常、酸化反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHは低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のpHを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱いの容易さや、副反応が生じにくいこと等の理由から、水が好ましい。 Conditions such as pH and temperature during the oxidation reaction are not particularly limited, and in general, the oxidation reaction proceeds efficiently even under relatively mild conditions. The reaction temperature is preferably 4°C or higher, more preferably 15°C or higher. The upper limit of the temperature is preferably 40°C or lower, more preferably 30°C or lower. Therefore, the reaction temperature is preferably 4 to 40°C, and may be about 15 to 30°C, that is, room temperature. The pH of the reaction solution is preferably 8 or higher, more preferably 10 or higher. The upper limit of pH is preferably 12 or less, more preferably 11 or less. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably about 8-12, more preferably about 10-11. Normally, carboxyl groups are generated in cellulose as the oxidation reaction progresses, so the pH of the reaction solution tends to decrease. Therefore, in order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to maintain the pH of the reaction solution within the above range. The reaction medium for oxidation is preferably water because of its ease of handling and the fact that side reactions are less likely to occur.

酸化における反応時間は、酸化の進行程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5時間以上であり、その上限は通常は6時間以下、好ましくは4時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常0.5~6時間、例えば0.5~4時間程度である。酸化は、2段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後に濾別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。 The reaction time in the oxidation can be appropriately set according to the degree of progress of the oxidation, and is usually 0.5 hours or longer, and its upper limit is usually 6 hours or shorter, preferably 4 hours or shorter. Therefore, the reaction time for oxidation is usually 0.5 to 6 hours, for example about 0.5 to 4 hours. Oxidation may be carried out in two or more steps. For example, by oxidizing the oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the reaction in the first step, again under the same or different reaction conditions, the reaction can be efficiently It can be oxidized well.

カルボキシル化(酸化)方法の別の例として、オゾン酸化が挙げられる。この酸化反応により、セルロースを構成するグルコピラノース環の少なくとも2位および6位の水酸基が酸化されると共に、セルロース鎖の分解が起こる。オゾン処理は通常、オゾンを含む気体とセルロース原料とを接触させることにより行われる。気体中のオゾン濃度は、50g/m3以上であることが好ましい。上限は、250g/m3以下であることが好ましく、220g/m3以下であることがより好ましい。従って、気体中のオゾン濃度は、50~250g/m3であることが好ましく、50~220g/m3であることがより好ましい。オゾン添加量は、セルロース原料の固形分100重量%に対し、0.1重量%以上であることが好ましく、5重量%以上であることがより好ましい。オゾン添加量の上限は、通常30重量%以下である。従って、オゾン添加量は、セルロース原料の固形分100重量%に対し、0.1~30重量%であることが好ましく、5~30重量%であることがより好ましい。オゾン処理温度は、通常0℃以上であり、好ましくは20℃以上であり、上限は通常50℃以下である。従って、オゾン処理温度は、0~50℃であることが好ましく、20~50℃であることがより好ましい。オゾン処理時間は、通常は1分以上であり、好ましくは30分以上であり、上限は通常360分以下である。従って、オゾン処理時間は、通常は1~360分程度であり、30~360分程度が好ましい。オゾン処理の条件が上述の範囲内であると、セルロースが過度に酸化および分解されることを防ぐことができ、酸化セルロースの収率が良好となる。Another example of a carboxylation (oxidation) method is ozone oxidation. This oxidation reaction oxidizes at least the hydroxyl groups at the 2nd and 6th positions of the glucopyranose rings that constitute the cellulose, and causes decomposition of the cellulose chain. Ozone treatment is usually carried out by contacting a cellulose raw material with an ozone-containing gas. The ozone concentration in the gas is preferably 50 g/m 3 or more. The upper limit is preferably 250 g/m 3 or less, more preferably 220 g/m 3 or less. Therefore, the ozone concentration in the gas is preferably 50-250 g/m 3 , more preferably 50-220 g/m 3 . The amount of ozone added is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, relative to 100% by weight of the solid content of the cellulose raw material. The upper limit of the amount of ozone added is usually 30% by weight or less. Therefore, the amount of ozone added is preferably 0.1 to 30% by weight, more preferably 5 to 30% by weight, based on 100% by weight of the solid content of the cellulose raw material. The ozone treatment temperature is usually 0° C. or higher, preferably 20° C. or higher, and the upper limit is usually 50° C. or lower. Therefore, the ozone treatment temperature is preferably 0 to 50.degree. C., more preferably 20 to 50.degree. The ozone treatment time is usually 1 minute or more, preferably 30 minutes or more, and the upper limit is usually 360 minutes or less. Therefore, the ozone treatment time is usually about 1 to 360 minutes, preferably about 30 to 360 minutes. When the ozone treatment conditions are within the above range, excessive oxidation and decomposition of cellulose can be prevented, and the yield of oxidized cellulose is improved.

オゾン処理されたセルロースに対しさらに、酸化剤を用いて追酸化処理を行ってもよい。追酸化処理に用いる酸化剤は、特に限定されないが例えば、二酸化塩素、亜塩素酸ナトリウム等の塩素系化合物、酸素、過酸化水素、過硫酸、過酢酸などが挙げられる。追酸化処理の方法としては例えば、これらの酸化剤を水またはアルコール等の極性有機溶媒中に溶解して酸化剤溶液を作成し、酸化剤溶液中にセルロース原料を浸漬させる方法が挙げられる。酸化MFCに含まれるカルボキシル基、カルボキシレート基、アルデヒド基の量は、酸化剤の添加量、反応時間等の酸化条件をコントロールすることで調整できる。 The ozone-treated cellulose may be further subjected to a post-oxidation treatment using an oxidizing agent. The oxidizing agent used in the additional oxidation treatment is not particularly limited, but examples thereof include chlorine-based compounds such as chlorine dioxide and sodium chlorite, oxygen, hydrogen peroxide, persulfuric acid, and peracetic acid. Examples of the method of post-oxidation treatment include a method of dissolving these oxidizing agents in a polar organic solvent such as water or alcohol to prepare an oxidizing agent solution, and immersing the cellulose raw material in the oxidizing agent solution. The amounts of carboxyl groups, carboxylate groups, and aldehyde groups contained in the oxidized MFC can be adjusted by controlling oxidation conditions such as the amount of oxidizing agent added and the reaction time.

カルボキシル基量の測定方法の一例を以下に説明する。酸化セルロースの0.5重量%スラリー(水分散液)60mLを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定する。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出することができる。
カルボキシル基量〔mmol/g酸化セルロース〕=a〔mL〕×0.05/酸化セルロース重量〔g〕
An example of the method for measuring the amount of carboxyl groups is described below. Prepare 60 mL of 0.5% by weight slurry (aqueous dispersion) of oxidized cellulose, add 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution to adjust the pH to 2.5, and then drop 0.05 N sodium hydroxide aqueous solution to adjust the pH to 11. Measure the electrical conductivity until the It can be calculated using the following formula from the amount (a) of sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid whose electrical conductivity changes slowly.
Carboxyl group amount [mmol/g oxidized cellulose] = a [mL] x 0.05/oxidized cellulose weight [g]

このようにして測定した酸化セルロース中のカルボキシル基の量は、絶乾重量に対して、0.1mmol/g以上が好ましく、0.5mmol/g以上がより好ましく、0.8mmol/g以上がさらに好ましい。当該量の上限は、3.0mmol/g以下が好ましく、2.5mmol/g以下がより好ましく、2.0mmol/g以下がさらに好ましい。従って、当該量は0.1~3.0mmol/gが好ましく、0.5~2.5mmol/gがより好ましく、0.8~2.0mmol/gがさらに好ましい。 The amount of carboxyl groups in the oxidized cellulose measured in this way is preferably 0.1 mmol/g or more, more preferably 0.5 mmol/g or more, and further preferably 0.8 mmol/g or more, relative to the absolute dry weight. preferable. The upper limit of the amount is preferably 3.0 mmol/g or less, more preferably 2.5 mmol/g or less, and even more preferably 2.0 mmol/g or less. Therefore, the amount is preferably 0.1 to 3.0 mmol/g, more preferably 0.5 to 2.5 mmol/g, even more preferably 0.8 to 2.0 mmol/g.

[エーテル化]
エーテル化としては、カルボキシメチル(エーテル)化、メチル(エーテル)化、エチル(エーテル)化、シアノエチル(エーテル)化、ヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピル(エーテル)化、エチルヒドロキシエチル(エーテル)化、ヒドロキシプロピルメチル(エーテル)化などが挙げられる。この中から一例としてカルボキシメチル化の方法を以下に説明する。
[Etherification]
Etherification includes carboxymethyl (etherification), methyl (etherification), ethyl (etherification), cyanoethyl (etherification), hydroxyethyl (etherification), hydroxypropyl (etherification), ethylhydroxyethyl (ether) conversion, hydroxypropylmethyl (ether) conversion, and the like. The carboxymethylation method will be described below as an example of these methods.

カルボキシメチル化により得られるカルボキシメチル化セルロースまたはMFC中の無水グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上がさらに好ましい。当該置換度の上限は、0.50以下が好ましく、0.40以下がより好ましく、0.35以下がさらに好ましい。従って、カルボキシメチル基置換度は、0.01~0.50が好ましく、0.05~0.40がより好ましく、0.10~0.30がさらに好ましい。 The degree of carboxymethyl substitution per anhydroglucose unit in carboxymethylated cellulose or MFC obtained by carboxymethylation is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and even more preferably 0.10 or more. The upper limit of the degree of substitution is preferably 0.50 or less, more preferably 0.40 or less, and even more preferably 0.35 or less. Therefore, the degree of carboxymethyl group substitution is preferably 0.01 to 0.50, more preferably 0.05 to 0.40, even more preferably 0.10 to 0.30.

カルボキシメチル化方法は特に限定されないが、例えば、発底原料としてのセルロース原料をマーセル化し、その後エーテル化する方法が挙げられる。当該反応には、通常、溶媒が使用される。溶媒としては例えば、水、アルコール(例えば低級アルコール)およびこれらの混合溶媒が挙げられる。低級アルコールとしては例えば、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノールが挙げられる。混合溶媒における低級アルコールの混合割合は通常その下限は60重量%以上、その上限は95重量%以下であり、60~95重量%であることが好ましい。溶媒の量は、セルロース原料に対し通常は3重量倍である。当該量の上限は特に限定されないが20重量倍である。従って、溶媒の量は3~20重量倍であることが好ましい。 Although the carboxymethylation method is not particularly limited, for example, a method of mercerizing a cellulose raw material as a base raw material and then etherifying it can be mentioned. A solvent is usually used for the reaction. Examples of solvents include water, alcohols (eg, lower alcohols), and mixed solvents thereof. Lower alcohols include, for example, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol. The mixing ratio of the lower alcohol in the mixed solvent is usually 60% by weight or more as a lower limit and 95% by weight or less as an upper limit, preferably 60 to 95% by weight. The amount of solvent is usually 3 times the weight of the cellulose raw material. Although the upper limit of the amount is not particularly limited, it is 20 times the weight. Therefore, the amount of solvent is preferably 3 to 20 times the weight.

マーセル化は通常、発底原料とマーセル化剤を混合して行う。マーセル化剤としては例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。マーセル化剤の使用量は、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5倍モル以上が好ましく、1.0モル以上がより好ましく、1.5倍モル以上がさらに好ましい。当該量の上限は、通常20倍モル以下であり、10倍モル以下が好ましく、5倍モル以下がより好ましい、従って、マーセル化剤の使用量0.5~20倍モルが好ましく、1.0~10倍モルがより好ましく、1.5~5倍モルがさらに好ましい。 Mercerization is usually carried out by mixing the base material and the mercerizing agent. Examples of mercerizing agents include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide. The amount of the mercerizing agent to be used is preferably 0.5-fold mol or more, more preferably 1.0-fold mol or more, and even more preferably 1.5-fold mol or more per the anhydroglucose residue of the starting raw material. The upper limit of the amount is usually 20-fold mol or less, preferably 10-fold mol or less, more preferably 5-fold mol or less. ~10-fold molar is more preferred, and 1.5 to 5-fold molar is more preferred.

マーセル化の反応温度は、通常0℃以上であり、好ましくは10℃以上であり、上限は通常70℃以下、好ましくは60℃以下である。従って、反応温度は通常0~70℃、好ましくは10~60℃である。反応時間は、通常15分以上、好ましくは30分以上である。当該時間の上限は、通常8時間以下、好ましくは7時間以下である。従って、反応時間は、通常は15分~8時間、好ましくは30分~7時間である。 The reaction temperature for mercerization is generally 0° C. or higher, preferably 10° C. or higher, and the upper limit is generally 70° C. or lower, preferably 60° C. or lower. Accordingly, the reaction temperature is generally 0-70°C, preferably 10-60°C. The reaction time is usually 15 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer. The upper limit of the time is usually 8 hours or less, preferably 7 hours or less. Accordingly, the reaction time is generally 15 minutes to 8 hours, preferably 30 minutes to 7 hours.

エーテル化反応は通常、カルボキシメチル化剤をマーセル化後に反応系に追加して行う。カルボキシメチル化剤としては例えば、モノクロロ酢酸ナトリウムが挙げられる。カルボキシメチル化剤の添加量は、セルロース原料のグルコース残基当たり通常は0.05倍モル以上が好ましく、0.5倍モル以上がより好ましく、0.8倍モル以上がさらに好ましい。当該量の上限は、通常10.0倍モル以下であり、5モル以下が好ましく、3倍モル以下がより好ましい、従って、当該量は好ましくは0.05~10.0倍モルであり、より好ましくは0.5~5であり、さらに好ましくは0.8~3倍モルである。反応温度は通常30℃以上、好ましくは40℃以上であり、上限は通常90℃以下、好ましくは80℃以下である。従って反応温度は通常30~90℃、好ましくは40~80℃である。反応時間は、通常30分以上であり、好ましくは1時間以上であり、その上限は、通常は10時間以下、好ましくは4時間以下である。従って反応時間は、通常は30分~10時間であり、好ましくは1時間~4時間である。カルボキシメチル化反応の間必要に応じて、反応液を撹拌してもよい。 The etherification reaction is usually carried out by adding a carboxymethylating agent to the reaction system after mercerization. Carboxymethylating agents include, for example, sodium monochloroacetate. The amount of the carboxymethylating agent to be added is preferably 0.05-fold mol or more, more preferably 0.5-fold mol or more, and even more preferably 0.8-fold mol or more, per the glucose residue in the cellulose raw material. The upper limit of the amount is usually 10.0-fold mol or less, preferably 5-fold mol or less, more preferably 3-fold mol or less. It is preferably 0.5 to 5, more preferably 0.8 to 3 mol. The reaction temperature is generally 30°C or higher, preferably 40°C or higher, and the upper limit is generally 90°C or lower, preferably 80°C or lower. Therefore, the reaction temperature is usually 30-90°C, preferably 40-80°C. The reaction time is generally 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and its upper limit is generally 10 hours or shorter, preferably 4 hours or shorter. Accordingly, the reaction time is usually 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 4 hours. The reaction solution may be stirred if necessary during the carboxymethylation reaction.

カルボキシメチル化セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定は例えば、次の方法による。すなわち、1)カルボキシメチル化セルロース(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。2)硝酸メタノール1000mLに特級濃硝酸100mLを加えた液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチルセルロース塩(カルボキシメチル化セルロース)を水素型カルボキシメチル化セルロースにする。3)水素型カルボキシメチル化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れる。4)80%メタノール15mLで水素型カルボキシメチル化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうする。5)指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのH2SO4で過剰のNaOHを逆滴定する。6)カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出する:
A=[(100×F’-(0.1NのH2SO4)(mL)×F)×0.1]/(水素型カルボキシメチル化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型カルボキシメチル化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのH2SO4のファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
The degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of carboxymethylated cellulose is measured, for example, by the following method. That is, 1) About 2.0 g of carboxymethylated cellulose (absolute dry) is precisely weighed and placed in a 300 mL Erlenmeyer flask with a common stopper. 2) Add 100 mL of a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1000 mL of nitric acid methanol, and shake for 3 hours to convert carboxymethylcellulose salt (carboxymethylated cellulose) into hydrogen-type carboxymethylated cellulose. 3) Accurately weigh 1.5 to 2.0 g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose (absolutely dry) and put it in a 300 mL Erlenmeyer flask equipped with a common stopper. 4) Wet hydrogen carboxymethyl cellulose with 15 mL of 80% methanol, add 100 mL of 0.1N NaOH, and shake at room temperature for 3 hours. 5) Backtitrate excess NaOH with 0.1N H2SO4 using phenolphthalein as indicator . 6) Calculate the degree of carboxymethyl substitution (DS) by the formula:
A=[(100×F′−(0.1N H 2 SO 4 ) (mL)×F)×0.1]/(absolute dry weight of hydrogen-form carboxymethylated cellulose (g))
DS = 0.162 x A/(1 - 0.058 x A)
A: Amount of 1N NaOH (mL) required to neutralize 1 g of hydrogen-type carboxymethylated cellulose
F: Factor of 0.1N H 2 SO 4 F': Factor of 0.1N NaOH

3)機械解繊または叩解
本工程では、化学変性セルロースを機械的に解繊または叩解し、平均繊維径を500nm以上とする。本発明において、機械的な解繊または叩解を「機械的処理」といい、原料であるセルロースの水分散体に対する機械的処理を「湿式粉砕」という。解繊または叩解処理は1回行ってもよいし、これらを単独でまたは組合せて複数回行ってもよい。複数回の場合それぞれの解繊または叩解の時期はいつでもよく、使用する装置は同一でも異なってもよい。
3) Mechanical fibrillation or beating In this step, the chemically modified cellulose is mechanically fibrillated or beaten to have an average fiber diameter of 500 nm or more. In the present invention, mechanical defibration or beating is referred to as "mechanical treatment", and mechanical treatment of the raw material cellulose aqueous dispersion is referred to as "wet pulverization". The defibration or beating treatment may be performed once, or may be performed multiple times singly or in combination. In the case of multiple times, each defibration or beating may be performed at any time, and the equipment used may be the same or different.

解繊または叩解処理に用いる装置は特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧または超高圧ホモジナイザー、リファイナー、ビーター、PFIミル、ニーダー、ディスパーザーなど回転軸を中心として金属または刃物とパルプ繊維を作用させるもの、あるいはパルプ繊維同士の摩擦によるものを使用することができる。 The equipment used for fibrillation or beating treatment is not particularly limited, but examples thereof include equipment of types such as high-speed rotation type, colloid mill type, high pressure type, roll mill type, and ultrasonic type. A beater, a PFI mill, a kneader, a disperser, or the like, in which a metal or blade acts on a rotating shaft with pulp fibers, or by friction between pulp fibers can be used.

解繊または叩解を化学変性パルプの水分散体に対して実施する場合、すなわち湿式粉砕を施す場合、水分散体中の化学変性パルプの濃度(固形分濃度)は、通常は0.1重量%以上が好ましく、0.2重量%以上がより好ましく、0.3重量%以上がさらに好ましい。これにより、化学変性セルロースの量に対する液量が適量となり効率的になる。当該濃度の上限は解繊または叩解を行うことができれば特に限定されないが、通常は90重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましく、40重量%以下がさらに好ましい。 When fibrillation or beating is performed on an aqueous dispersion of chemically modified pulp, that is, when wet pulverization is performed, the concentration (solid content concentration) of chemically modified pulp in the aqueous dispersion is usually 0.1% by weight. The above is preferable, 0.2% by weight or more is more preferable, and 0.3% by weight or more is even more preferable. As a result, the amount of liquid relative to the amount of chemically modified cellulose becomes appropriate and efficient. The upper limit of the concentration is not particularly limited as long as fibrillation or beating can be performed, but it is usually preferably 90% by weight or less, more preferably 50% by weight or less, and even more preferably 40% by weight or less.

本工程により機械的処理化学変性MFCが得られる。機械的処理化学変性MFCの平均繊維径は、長さ加重平均繊維径にして500nm以上であり、1μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。平均繊維径の上限は60μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましい。平均繊維長は長さ加重平均繊維長にして300μm以上が好ましく、500μm以上がより好ましく、800μm以上がさらに好ましい。平均繊維長の上限は、3000μm以下が好ましく、1500μm以下が好ましく、1100μm以下がさらに好ましい。本発明によれば、事前に原料パルプを化学変性しているため、機械解繊または叩解した際に、フィブリル化や短繊維化が進みやすい。また、本発明の機械的処理化学変性MFCは、CNFとは異なる。一般的にCNFは、強い解繊処理を行うため微細繊維化が進み、繊維幅の低下を伴うが、本発明の機械的処理化学変性MFCはCNFほどの強い解繊処理を行わず、比較的弱い解繊または叩解などのフィブリル化を促進する処理を施すため、繊維幅を維持したまま、繊維のフィブリル化や短繊維化が起こる。 This step yields a mechanically treated chemically modified MFC. The mechanically treated chemically modified MFC has an average fiber diameter of 500 nm or more, preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more, in terms of length-weighted average fiber diameter. The upper limit of the average fiber diameter is preferably 60 µm or less, more preferably 40 µm or less. The average fiber length is preferably 300 μm or more, more preferably 500 μm or more, and even more preferably 800 μm or more in terms of length-weighted average fiber length. The upper limit of the average fiber length is preferably 3000 µm or less, preferably 1500 µm or less, and more preferably 1100 µm or less. According to the present invention, since the raw material pulp is chemically denatured in advance, fibrillation and shortening tend to proceed when the pulp is mechanically defibrated or beaten. Also, the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention is different from CNF. In general, CNF is subjected to a strong defibration treatment, so it is finely divided and accompanied by a decrease in fiber width. Since a treatment such as weak fibrillation or beating is applied to promote fibrillation, the fibers are fibrillated or shortened while maintaining the fiber width.

長さ加重平均繊維径および長さ加重平均繊維長は、ABB株式会社製ファイバーテスターやバルメット株式会社製フラクショネーターを用いて求められる。機械的処理化学変性MFCの平均アスペクト比は、10以上が好ましく、30以上がより好ましい。上限は特に限定されないが、1000以下が好ましく、100以下がより好ましく、80以下がさらに好ましい。平均アスペクト比は、下記の式により算出できる。
平均アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
The length-weighted average fiber diameter and the length-weighted average fiber length are determined using a fiber tester manufactured by ABB Corporation or a fractionator manufactured by Valmet Corporation. The average aspect ratio of the mechanically treated chemically modified MFC is preferably 10 or more, more preferably 30 or more. Although the upper limit is not particularly limited, it is preferably 1000 or less, more preferably 100 or less, and even more preferably 80 or less. The average aspect ratio can be calculated by the following formula.
Average aspect ratio = average fiber length/average fiber diameter

本工程で得た機械的処理酸化MFCにおけるカルボキシル基量は前述の酸化セルロースのカルボキシル基量と同じであることが好ましい。同様に本工程で得た、機械的処理カルボキシメチル化MFCのグルコース単位当たりの置換度は、それぞれカルボキシメチルセルロースの置換度と同じであることが好ましい。 The amount of carboxyl groups in the mechanically treated oxidized MFC obtained in this step is preferably the same as the amount of carboxyl groups in the aforementioned oxidized cellulose. Similarly, the degree of substitution per glucose unit of the mechanically treated carboxymethylated MFC obtained in this step is preferably the same as the degree of substitution of carboxymethylcellulose.

本発明の機械的処理化学変性MFCは、金属イオンを含んでいてもよく、その総量は0以上10mg/g未満であることが好ましい。当該金属イオンとしては、Ag、Au、Pt、Ni、Mn、Fe、Ti、Al、Zn、Cu等が挙げられるが、好ましくは2価以上の金属イオンである。前記金属イオンの含有量は、走査型電子顕微鏡像、および強酸による抽出液のICP発光分析で確認できる。すなわち、金属イオンは走査型電子顕微鏡像では存在を確認できず、一方でICP発光分析では金属を含有していることを確認できる。これに対して、例えば金属が還元されて金属粒子として存在している場合は、走査型顕微鏡像で金属粒子を確認することができる。本発明の機械的処理化学変性MFCは、紙の製造(抄紙や塗工など)の工程において、他の製紙用薬品と混合して使用される。製紙用薬品には、カチオンやアニオンなどの電荷を有する薬品が多数使用されており、系内の電荷のバランスが崩れると凝集などのトラブルが発生する恐れがあり、金属イオン含有量の高い機械的処理化学変性MFCを使用すると、系内の電荷バランスを崩してしまう恐れがある。そのため、製紙工程におけるトラブル低減のためにも、前記金属イオン含有量は10mg/g未満であることが好ましい。 The mechanically treated chemically modified MFC of the present invention may contain metal ions, preferably in a total amount of 0 or more and less than 10 mg/g. Examples of the metal ion include Ag, Au, Pt, Ni, Mn, Fe, Ti, Al, Zn, Cu, etc., and preferably a metal ion having a valence of 2 or more. The content of the metal ions can be confirmed by a scanning electron microscope image and an ICP emission spectrometry of the liquid extracted with a strong acid. In other words, the presence of metal ions cannot be confirmed by scanning electron microscope images, while the presence of metals can be confirmed by ICP emission spectroscopy. On the other hand, for example, when the metal is reduced and exists as metal particles, the metal particles can be confirmed in the scanning microscope image. The mechanically treated chemically modified MFC of the present invention is used in the process of paper manufacturing (papermaking, coating, etc.) by mixing with other papermaking chemicals. Many chemicals with electrical charges, such as cations and anions, are used in papermaking chemicals. The use of chemically modified MFCs may upset the charge balance in the system. Therefore, the content of metal ions is preferably less than 10 mg/g in order to reduce troubles in the papermaking process.

(2)紙
本発明の紙は、後述するとおり、原紙層に機械的処理化学変性MFCを含有してもよいし、塗工層に機械的処理化学変性MFCを含有してもよい。前者を「内添」、後者を「外添」ともいう。本発明の紙における機械的処理化学変性MFCの含有量は、全パルプ(機械的処理化学変性MFCとこれ以外のパルプの合計)中、好ましくは20重量%未満、より好ましくは10重量%以下である。機械的処理化学変性MFCの量が20重量%以上であると、内添の場合はパルプの水切れが悪化し操業性が悪化する恐れがあり、外添の場合も同様に、塗工液の乾燥効率が悪化する恐れがある。本発明の紙は洋紙、板紙、情報用紙、産業用紙、および段ボールなどの用途に使用することができる。
(2) Paper As described later, the paper of the present invention may contain the mechanically treated chemically modified MFC in the base paper layer, or may contain the mechanically treated chemically modified MFC in the coating layer. The former is also referred to as "inner attachment" and the latter as "external attachment". The content of mechanically treated chemically modified MFC in the paper of the present invention is preferably less than 20% by weight, more preferably 10% by weight or less in the total pulp (total of mechanically treated chemically modified MFC and pulp other than this). be. If the amount of mechanically treated chemically modified MFC is 20% by weight or more, in the case of internal addition, there is a risk that the pulp will be dehydrated and the runnability will deteriorate. Efficiency may deteriorate. The paper of the present invention can be used for applications such as paper, paperboard, communication paper, industrial paper, and corrugated board.

(3)原紙層
原紙層とは紙のベースとなる層でありパルプを主成分として含む。本発明においては、原紙は単層でも多層でもよい。原紙層は機械的処理化学変性MFCを含むことが好ましい。多層の場合は原紙層のうち少なくともいずれか一層が前記MFCを含んでいればよく、全層が前記MFCを含有してもよい。前記MFCの含有量は各層のパルプ100重量部に対して1×10-4~10重量部であることが好ましく、3×10-4~1重量部であることがより好ましい。
(3) Base paper layer The base paper layer is a layer that serves as the base of paper and contains pulp as a main component. In the present invention, the base paper may be single-layered or multi-layered. Preferably, the base paper layer comprises mechanically treated chemically modified MFC. In the case of multiple layers, at least one of the base paper layers should contain the MFC, and all the layers may contain the MFC. The MFC content is preferably 1×10 −4 to 10 parts by weight, more preferably 3×10 −4 to 1 part by weight, based on 100 parts by weight of the pulp in each layer.

本発明で用いる原紙のパルプ原料は特に限定されず、グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)等の機械パルプ、脱墨パルプ(DIP)、針葉樹クラフトパルプ(NKP)、針葉樹クラフトパルプ(LKP)等の化学パルプ等を使用できる。脱墨(古紙)パルプとしては、上質紙、中質紙、下級紙、新聞紙、チラシ、雑誌などの選別古紙やこれらが混合している無選別古紙由来のものを使用できる。 The pulp raw material of the base paper used in the present invention is not particularly limited, and mechanical pulp such as ground pulp (GP), thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), deinked pulp (DIP), softwood kraft pulp ( NKP), chemical pulp such as softwood kraft pulp (LKP), and the like can be used. As the deinked (waste paper) pulp, it is possible to use those derived from sorted waste paper such as high quality paper, medium quality paper, low grade paper, newspaper, leaflets, and magazines, and unsorted waste paper in which these are mixed.

原紙には公知の填料を添加できるが、板紙等の不透明度や白色度を求められない用途の場合は填料を添加しなくてもよい。填料を添加する場合、填料としては、重質炭酸カルシム、軽質炭酸カルシウム、クレー、シリカ、軽質炭酸カルシウム-シリカ複合物、カオリン、焼成カオリン、デラミカオリン、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、酸化亜鉛、酸化チタン、ケイ酸ナトリウムの鉱酸による中和で製造される非晶質シリカ等の無機填料や、尿素-ホルマリン樹脂、メラミン系樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂などの有機填料が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし併用してもよい。この中でも、中性抄紙やアルカリ抄紙における代表的な填料であり、高い不透明度が得られる炭酸カルシウムや軽質炭酸カルシウムが好ましい。原紙中の填料の含有率は、原紙重量に対して、5~20重量%が好ましい。本発明においては紙中灰分が高くても紙力の低下が抑制されるため、原紙中の填料の含有率は10重量%以上であることがより好ましい。 Although known fillers can be added to the base paper, fillers may not be added in applications where opacity and whiteness are not required, such as paperboard. When adding fillers, fillers include heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, clay, silica, light calcium carbonate-silica composite, kaolin, calcined kaolin, delaminated kaolin, magnesium carbonate, barium carbonate, barium sulfate, hydroxide Inorganic fillers such as aluminum, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, zinc hydroxide, zinc oxide, titanium oxide, amorphous silica produced by neutralizing sodium silicate with mineral acid, urea-formalin resin, melamine type Organic fillers such as resins, polystyrene resins and phenolic resins can be used. These may be used alone or in combination. Among these, calcium carbonate and light calcium carbonate, which are representative fillers in neutral papermaking and alkaline papermaking and can provide high opacity, are preferred. The filler content in the base paper is preferably 5 to 20% by weight based on the weight of the base paper. In the present invention, even if the ash content in the paper is high, the decrease in paper strength is suppressed, so the filler content in the base paper is more preferably 10% by weight or more.

内添薬品として、嵩高剤、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤、濾水性向上剤、染料、中性サイズ剤等を必要に応じて使用してもよい。 Bulking agents, dry paper strength improvers, wet paper strength improvers, freeness improvers, dyes, neutral sizing agents, and the like may be used as internal additives, if necessary.

原紙は、公知の抄紙方法で製造される。例えば、長網抄紙機、ギャップフォーマー型抄紙機、ハイブリッドフォーマー型抄紙機、オントップフォーマー型抄紙機、丸網抄紙機等を用いて行うことができるが、これらに限定されない。 The base paper is produced by a known papermaking method. For example, a Fourdrinier paper machine, a gap former paper machine, a hybrid former paper machine, an on-top former paper machine, a cylinder paper machine, or the like can be used, but not limited to these.

本発明の機械的処理化学変性MFCを原紙に添加する場合、パルプスラリーを調成する工程における任意の工程で添加してよいが、当該MFCの混合効率を向上させるために、パルプリファイナー工程またはミキシング工程で添加することが好ましい。ミキシング工程で前記MFCを添加する場合、填料や歩留剤等その他助剤と前記MFCを予め混合したものをパルプスラリーに添加してもよい。 When the mechanically treated chemically modified MFC of the present invention is added to the base paper, it may be added at any step in the process of preparing the pulp slurry. Addition in the process is preferred. When the MFC is added in the mixing step, a mixture of the MFC and other auxiliary agents such as fillers and retention agents may be added to the pulp slurry.

原紙の密度は好ましくは0.2g/cm3以上、より好ましくは0.4g/cm3以上である。本発明の紙は、機械的処理化学変性MFC表面に多数のフィブリルを有する。本発明の紙は、紙を構成するパルプ繊維の間に、フィブリル化された機械的処理化学変性MFCが存在することで、パルプ繊維間の結合点が増加し、その結果、紙力増強効果を発現していると考えられるため、パルプの繊維間距離の近い比較的高密度の紙において、より高い紙力増強効果が発現しうる。また、原紙の坪量は特に限定されないが、好ましくは20g/m2以上、より好ましくは30g/m2以上、さらに好ましくは40g/m2超である。The density of the base paper is preferably 0.2 g/cm 3 or more, more preferably 0.4 g/cm 3 or more. The paper of the present invention has numerous fibrils on the mechanically treated chemically modified MFC surface. In the paper of the present invention, the fibrillated mechanically treated chemically modified MFC is present between the pulp fibers constituting the paper, so that the bonding points between the pulp fibers are increased, and as a result, the paper strength is enhanced. Therefore, a higher paper strength increasing effect can be exhibited in relatively high-density paper with a short interfiber distance of pulp. Although the basis weight of the base paper is not particularly limited, it is preferably 20 g/m 2 or more, more preferably 30 g/m 2 or more, and still more preferably over 40 g/m 2 .

(4)顔料塗工層
顔料塗工層とは白色顔料を主成分として含む層である。白色顔料としては、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、焼成カオリン、無定形シリカ、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、サチンホワイト、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタン、プラスチックピグメント等の通常使用されている顔料が挙げられる。
(4) Pigment Coating Layer The pigment coating layer is a layer containing a white pigment as a main component. White pigments include commonly used pigments such as calcium carbonate, kaolin, clay, calcined kaolin, amorphous silica, zinc oxide, aluminum oxide, satin white, aluminum silicate, magnesium silicate, magnesium carbonate, titanium oxide, and plastic pigments. is mentioned.

顔料塗工層は接着剤を含む。当該接着剤としては、酸化澱粉、陽性澱粉、尿素リン酸エステル化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉等のエーテル化澱粉、デキストリン等の各種澱粉類、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白等の蛋白質類、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースやメチルセルロース等のセルロース誘導体、スチレン-ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート-ブタジエン共重合体の共役ジエン系重合体ラテックス、アクリル系重合体ラテックス、エチレン-酢酸ビニル共重合体等のビニル系重合体ラテックス等が挙げられる。これらは単独、あるいは2種以上併用して用いることができ、澱粉系接着剤とスチレン-ブタジエン共重合体を併用することが好ましい。 The pigmented coating layer contains an adhesive. Examples of the adhesive include oxidized starch, positive starch, urea phosphate esterified starch, etherified starch such as hydroxyethyl etherified starch, various starches such as dextrin, proteins such as casein, soybean protein, synthetic protein, polyvinyl Alcohol, cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose and methyl cellulose, styrene-butadiene copolymer, methyl methacrylate-butadiene copolymer conjugated diene polymer latex, acrylic polymer latex, ethylene-vinyl acetate copolymer, etc. polymer latex and the like. These can be used alone or in combination of two or more, and it is preferable to use a starch-based adhesive and a styrene-butadiene copolymer together.

顔料塗工層は、一般の紙製造分野で使用される分散剤、増粘剤、消泡剤、着色剤、帯電防止剤、防腐剤等の各種助剤を含んでいてもよく、本発明の機械的処理化学変性MFCを顔料塗工層中に含有してもよい。顔料塗工層が前記MFCを含有する場合、その量は顔料100重量部に対して1×10-3~1重量部が好ましい。前記範囲の場合、塗工液の粘度を大幅に増大することなく、適度な保水性を持った顔料塗工液を得ることができる。The pigment coating layer may contain various auxiliary agents such as dispersants, thickeners, antifoaming agents, colorants, antistatic agents, and preservatives, which are commonly used in the field of paper manufacturing. A mechanically treated chemically modified MFC may be included in the pigment coating layer. When the pigment coating layer contains the MFC, its amount is preferably 1×10 -3 to 1 part by weight per 100 parts by weight of the pigment. In the case of the above range, a pigment coating liquid having moderate water retention can be obtained without significantly increasing the viscosity of the coating liquid.

顔料塗工層は、塗工液を公知の方法で原紙の片面あるいは両面に塗工して設けることができる。塗工液中の固形分濃度は、塗工適性の観点から、30~70重量%程度が好ましい。顔料塗工層は1層でもよく、2層でもよく、3層以上でもよい。複数の顔料塗工層が存在する場合、前記MFCはいずれの顔料塗工層に存在してもよい。顔料塗工層の塗工量は、用途によって適宜調整してよいが、印刷用塗工紙とする場合は片面あたりトータルで5g/m2以上であり、10g/m2以上であることが好ましい。上限は、30g/m2以下であることが好ましく、25g/m2以下であることが好ましい。The pigment coating layer can be provided by applying a coating liquid to one or both sides of the base paper by a known method. The solid content concentration in the coating liquid is preferably about 30 to 70% by weight from the viewpoint of coating suitability. The pigment coating layer may be one layer, two layers, or three or more layers. When multiple pigment coating layers are present, the MFC may be present in any of the pigment coating layers. The coating amount of the pigment coating layer may be appropriately adjusted depending on the application, but in the case of coated printing paper, the total amount per side is 5 g/m 2 or more, preferably 10 g/m 2 or more. . The upper limit is preferably 30 g/m 2 or less, more preferably 25 g/m 2 or less.

(4)クリア塗工層
本発明の紙は、原紙の片面または両面にクリア(透明)塗工層を有していてもよい。原紙上にクリア塗工を施すことにより、原紙の表面強度や平滑性を向上させることができ、また、顔料塗工をする際の塗工性を向上させることができる。クリア塗工の量は、片面あたり固形分で0.1~1.0g/m2が好ましく、0.2~0.8g/m2がより好ましい。本発明においてクリア塗工とは、例えば、サイズプレス、ゲートロールコータ、プレメタリングサイズプレス、カーテンコータ、スプレーコータなどのコータ(塗工機)を使用して、澱粉、酸化澱粉などの各種澱粉、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコールなどの水溶性高分子を主成分とする塗布液(表面処理液)を原紙上に塗布(サイズプレス)することをいう。本発明の機械的処理化学変性MFCをクリア塗工層中に含有してもよい。
(4) Clear coating layer The paper of the present invention may have a clear (transparent) coating layer on one or both sides of the base paper. By applying clear coating to the base paper, the surface strength and smoothness of the base paper can be improved, and the coatability can be improved when pigment coating is applied. The amount of clear coating is preferably 0.1 to 1.0 g/m 2 , more preferably 0.2 to 0.8 g/m 2 in terms of solid content per side. In the present invention, the clear coating means, for example, using a coater (coating machine) such as a size press, a gate roll coater, a pre-metering size press, a curtain coater, a spray coater, and various starches such as starch and oxidized starch. , polyacrylamide, polyvinyl alcohol, and other water-soluble polymers are applied (size press) onto the base paper. The mechanically treated chemically modified MFC of the present invention may be contained in the clear coat layer.

(5)特性
本発明の紙は、JIS P8111に従って23℃50±2%条件下で調湿した後の紙の含水率が10重量%以下であることが好ましい。機械的処理化学変性MFCは保水率が比較的高いので製紙工程において脱水や乾燥が困難になることがある。しかし前記MFCの量および変性基の量を調整して紙の含水率を前記範囲とすることで、製紙工程において脱水性や乾燥性を良好にすることができるので好ましい。また、当該含水率が10重量%以下である紙は十分な強度を有する。当該含水率が10重量%より高いと、パルプのセルロース繊維間に存在する水素結合が水によって妨げられ、紙の強度、特にこわさが低下する恐れがある。この観点から、当該含水率の下限値は限定されないが4重量%以上であることが好ましい。
(5) Properties The paper of the present invention preferably has a moisture content of 10% by weight or less after being conditioned under conditions of 23°C and 50±2% according to JIS P8111. Mechanical treatment The chemically modified MFC has a relatively high water retention rate and can be difficult to dewater and dry in the papermaking process. However, by adjusting the amount of the MFC and the amount of the modifying group to make the water content of the paper within the above range, it is possible to improve the dewatering property and the drying property in the papermaking process, which is preferable. Moreover, paper having a moisture content of 10% by weight or less has sufficient strength. If the water content is higher than 10% by weight, the hydrogen bonds existing between the cellulose fibers of the pulp are disturbed by the water, and the strength, especially the stiffness, of the paper may decrease. From this point of view, although the lower limit of the water content is not limited, it is preferably 4% by weight or more.

本発明の紙は、繊維径が比較的高くかつフィブリル化率が高い機械的処理化学変性MFCを含むので、優れた強度に加え、優れた透気抵抗度を有する。 Since the paper of the present invention contains a mechanically treated chemically modified MFC having a relatively large fiber diameter and a high fibrillation rate, it has excellent air resistance in addition to excellent strength.

2.紙の製造方法
本発明の紙は、紙を構成する原紙、クリア塗工層、顔料塗工層のうちいずれか一層に機械的処理化学変性MFCを含有すればよい。高い強度向上効果を得るためには機械的処理化学変性MFCを含む紙料を調製する工程を経て製造されることが好ましく、高い透気抵抗度向上効果を得るためには、機械的処理化学変性MFCを含む塗工液を調製する工程を経て製造されることが好ましい。機械的処理化学変性MFCは前述のとおり、化学変性したセルロース原料を機械的に解繊または叩解して調製できる。紙料は公知の方法に準じて調製できる。例えばパルプを離解して得たスラリーに、前記MFC、填料、必要に応じて添加剤を添加して調製できる。また、塗工液は公知の方法に準じて調製でき、例えば澱粉などのバインダーに、前記MFCおよび必要に応じて添加剤を添加してしてもよく、さらに白色顔料を添加して顔料塗工液としてもよい。
2. Paper Production Method The paper of the present invention may contain the mechanically treated chemically modified MFC in any one of the base paper, the clear coating layer and the pigment coating layer constituting the paper. In order to obtain a high strength improvement effect, it is preferably manufactured through a process of preparing paper stock containing mechanically treated chemically modified MFC, and in order to obtain a high air resistance improvement effect, mechanically treated chemical modification It is preferably manufactured through a step of preparing a coating liquid containing MFC. Mechanical treatment Chemically modified MFC can be prepared by mechanically defibrating or beating a chemically modified cellulose raw material, as described above. The stock can be prepared according to known methods. For example, it can be prepared by adding the above-mentioned MFC, a filler and, if necessary, an additive to a slurry obtained by defibering pulp. In addition, the coating liquid can be prepared according to a known method. For example, the above-mentioned MFC and, if necessary, additives may be added to a binder such as starch, and a white pigment may be added for pigment coating. It may be liquid.

このようにして得た紙料用いて公知の方法で抄紙する、あるいはこのようにして得た塗工液を用いて原紙上に塗工を施すことで紙を製造することができる。前述のとおり、紙の表面にクリア塗工または顔料塗工層を設けることができる。 The stock thus obtained can be used to make paper by a known method, or the coating liquid thus obtained can be used to coat a base paper to produce paper. As previously mentioned, the surface of the paper can be provided with a clear coat or a pigmented coating.

以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
(1)評価
坪量:JIS P 8223:2006を参考とした。
紙厚および密度:JIS P 8118:2014に従った。
灰分:JIS P 8251:2003に従った。
カナダ標準濾水度(csf:ml):JIS P 8121-2:2012に従った。
透気抵抗度:JIS P8117:2009に従い、王研式平滑度・透気度試験機により測定した。
裂断長:JIS P 8113:1998に従った。
引張こわさ:ISO/DIS 1924-3に規定された方法で測定した。
ISO曲げこわさ:ISO 2493に従った。
MFC特性:MFCの特性は、実施例1、2はABB社製ファイバーテスタープラスで測定した。測定条件は以下のとおりである。
The present invention will now be described with reference to examples.
(1) Evaluation Basis weight: JIS P 8223:2006 was used as a reference.
Paper thickness and density: in accordance with JIS P 8118:2014.
Ash content: According to JIS P 8251:2003.
Canadian standard freeness (csf: ml): according to JIS P 8121-2:2012.
Air resistance: Measured with an Oken type smoothness/air permeability tester in accordance with JIS P8117:2009.
Break length: according to JIS P 8113:1998.
Tensile stiffness: Measured by the method specified in ISO/DIS 1924-3.
ISO bending stiffness: in accordance with ISO 2493.
MFC properties: In Examples 1 and 2, the properties of MFC were measured using Fiber Tester Plus manufactured by ABB. The measurement conditions are as follows.

ファイバーテスタープラス測定条件:0.05%となるように水中に分散したMFCを、定法に従って測定した。測定項目は、平均繊維長(Mean length)、平均繊維径(Mean width)、平均微細繊維率(Mean fibril area)、平均ファイン率(Mean fines)とした。 Fiber tester plus measurement conditions: MFC dispersed in water to 0.05% was measured according to a standard method. Measurement items were Mean length, Mean width, Mean fibril area, and Mean fines.

(2)MFCの調製
[製造例1]NBKPからの機械的処理化学変性MFC調製1
定法に従いNBKP(日本製紙株式会社製)をTEMPO酸化処理し、表1に示すTEMPO酸化パルプA~Cを製造した。得られたTEMPO酸化パルプを水に分散し3重量%の分散液とし、リファイナーで処理した。目標c.s.f.、平均微細繊維率に合わせて、リファイナーのクリアランス、処理回数などの処理条件を変更し、機械的処理化学変性MFCを得た。これらの物性を表1に示す。また、得られたMFCの特性を表2および3に示す。
(2) Preparation of MFC [Production Example 1] Preparation 1 of mechanically treated chemically modified MFC from NBKP
NBKP (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was subjected to TEMPO oxidation treatment according to a standard method to produce TEMPO oxidized pulps A to C shown in Table 1. The resulting TEMPO oxidized pulp was dispersed in water to form a 3% by weight dispersion and treated with a refiner. goal c. s. f. A mechanically treated chemically modified MFC was obtained by changing treatment conditions such as refiner clearance and the number of treatments according to the average fine fiber ratio. These physical properties are shown in Table 1. Tables 2 and 3 show the properties of the obtained MFC.

[製造例2]NBKPからの機械的処理化学変性MFC調製2
定法に従いNBKP(日本製紙株式会社製)をTEMPO酸化処理し、COOH基量がそれぞれ1.37であるTEMPO酸化パルプD(pH7.2のCSF 554ml)を得た。得られたTEMPO酸化パルプを水に分散し、4重量%の分散液とし、リファイナーで処理した。リファイナーの処理回数を変更し、機械的処理化学変性MFC-Dを得た。これらのMFC特性を表4に示す。機械的処理化学変性MFC-Dは微細繊維化が進みすぎたため、適正なc.s.f.の測定はできなかった。
[Production Example 2] Preparation 2 of mechanically treated chemically modified MFC from NBKP
NBKP (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was subjected to TEMPO oxidation treatment according to a standard method to obtain TEMPO-oxidized pulp D (554 ml of CSF of pH 7.2) having a COOH group content of 1.37. The resulting TEMPO oxidized pulp was dispersed in water to form a 4% by weight dispersion and treated with a refiner. By changing the number of refiner treatments, mechanically treated chemically modified MFC-D was obtained. These MFC properties are shown in Table 4. Mechanical treatment Chemically modified MFC-D was too finely fibrillated, so proper c. s. f. could not be measured.

Figure 0007239561000001
Figure 0007239561000001

[実施例1-1]
96重量%のLBKP(日本製紙株式会社製、c.s.f.400ml)、4重量%の機械的処理化学変性MFC-A(c.s.f.67ml、COOH基量0.30mmol/g)を混合して混合パルプとした。当該混合パルプの合計量に対し、1.5重量%の硫酸バンド、0.025重量%のポリエチレンイミン、0.6重量%のポリアクリルアミド、0.2重量%のサイズ剤を添加して固形分濃度0.35重量%のパルプスラリーを調製した。得られたパルプスラリーを用いて坪量50g/m2の手抄きシートを製造して評価した。手抄きは、JIS P 8222に従って実施した。
[Example 1-1]
96% by weight of LBKP (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., c.s.f. 400 ml), 4% by weight of mechanically treated chemically modified MFC-A (c.s.f. ) were mixed to form a mixed pulp. 1.5% by weight of aluminum sulfate, 0.025% by weight of polyethyleneimine, 0.6% by weight of polyacrylamide, and 0.2% by weight of sizing agent are added to the total amount of the mixed pulp to reduce the solid content A pulp slurry with a consistency of 0.35% by weight was prepared. Using the obtained pulp slurry, a hand-made sheet having a basis weight of 50 g/m 2 was produced and evaluated. Hand-papering was performed according to JIS P 8222.

[実施例1-2]
機械的処理化学変性MFC-Aの代わりに機械的処理化学変性MFC-B(c.s.f.54ml、COOH基量0.58mmol/g)を用いた以外は、実施例1-1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。
[Example 1-2]
Same as Example 1-1 except that mechanically treated chemically modified MFC-B (c.s.f. 54 ml, COOH group amount 0.58 mmol / g) was used instead of mechanically treated chemically modified MFC-A. Then, a hand-made sheet was produced and evaluated.

[比較例1、2]
機械的処理化学変性MFCの代わりに、機械的処理をしていないTEMPO酸化パルプA(COOH基量0.30mmol/g、c.s.f.573ml)およびTEMPO酸化パルプB(COOH基量0.58mmol/g、c.s.f.364ml)を用いた以外は、実施例1-1と同様に手抄きシートを製造して評価した。
[Comparative Examples 1 and 2]
Mechanically treated TEMPO oxidized pulp A (COOH base content: 0.30 mmol/g, c.s.f. 573 ml) and TEMPO oxidized pulp B (COOH base content: 0.30 mmol/g, c.s.f. 58 mmol/g, c.s.f. 364 ml) was used, but a hand-made sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example 1-1.

[比較例3]
TEMPO酸化パルプAの代わりに未変性MFC(NBKP、COOH基量0mmol/g、c.s.f.450ml)を用いた以外は、比較例1と同様に手抄きシートを製造して評価した。
[Comparative Example 3]
A hand-made sheet was produced and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that unmodified MFC (NBKP, COOH group content 0 mmol/g, c.s.f. 450 ml) was used instead of TEMPO oxidized pulp A. .

[比較例4]
100重量%のLBKP(c.s.f.400ml)に対し、1.5重量%の硫酸バンド、0.025重量%のポリエチレンイミン、0.6重量%ポリアクリルアミド、0.2重量%サイズ剤を添加して固形分濃度0.35重量%のパルプスラリーを調製した。得られたパルプスラリーを用いて坪量50g/m2の手抄きシートを製造して評価した。これらの結果を表2に示す。
[Comparative Example 4]
100 wt% LBKP (400 ml c.s.f.) 1.5 wt% aluminum sulfate, 0.025 wt% polyethylenimine, 0.6 wt% polyacrylamide, 0.2 wt% sizing agent was added to prepare a pulp slurry having a solid concentration of 0.35% by weight. Using the obtained pulp slurry, a hand-made sheet having a basis weight of 50 g/m 2 was produced and evaluated. These results are shown in Table 2.

[実施例2-1~2-3]
LBKPの代わりに雑誌古紙系未脱墨パルプ(日本製紙株式会社製、c.s.f.350ml)を用い、機械的処理化学変性MFC-Aの添加量を0.01重量%、1.0重量%、10重量%とそれぞれ変更した以外は、実施例1-1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。
[Examples 2-1 to 2-3]
Instead of LBKP, used magazine paper-based undeinked pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., c.s.f. 350 ml) was used, and the amount of mechanically treated chemically modified MFC-A added was 0.01% by weight and 1.0%. A hand-made sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example 1-1, except that the weight percentage was changed to 10% by weight.

[比較例5]
坪量を43.6g/m2に変更した以外は比較例4と同様にして手抄きシートを製造して評価した。これらの結果を表3に示す。
[Comparative Example 5]
A hand-made sheet was produced and evaluated in the same manner as in Comparative Example 4, except that the basis weight was changed to 43.6 g/m 2 . These results are shown in Table 3.

Figure 0007239561000002
Figure 0007239561000002

Figure 0007239561000003
Figure 0007239561000003

表2および3から、本発明の紙は優れた強度および透気抵抗度を有することが明らかである。 From Tables 2 and 3 it is clear that the papers of the invention have excellent strength and air resistance.

[実施例3-1~3-2、比較例7]
96重量%のLBKP(日本製紙株式会社製、c.s.f.400ml)、4重量%の、リファイナーパス回数の異なる機械的処理化学変性MFC-D(COOH基量1.37mmol/g)をそれぞれ混合して混合パルプとした。当該混合パルプの合計量に対し、1.5重量%の硫酸バンド、0.025重量%のポリエチレンイミン、0.6重量%のポリアクリルアミド、0.2重量%のサイズ剤を添加して固形分濃度0.35重量%のパルプスラリーを調製した。得られたパルプスラリーを用いて目標坪量50g/m2の手抄きシートを製造して評価した。手抄きは、JIS P 8222に従って実施した。比較例7で用いたMFCは機械的処理化学変性MFCではない。これらの結果を表4に示す。
[Examples 3-1 to 3-2, Comparative Example 7]
96% by weight of LBKP (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., c.s.f. 400 ml), 4% by weight of mechanically treated chemically modified MFC-D (COOH group amount 1.37 mmol / g) with different refiner pass times They were each mixed to form a mixed pulp. 1.5% by weight of aluminum sulfate, 0.025% by weight of polyethyleneimine, 0.6% by weight of polyacrylamide, and 0.2% by weight of sizing agent are added to the total amount of the mixed pulp to reduce the solid content A pulp slurry with a consistency of 0.35% by weight was prepared. Using the obtained pulp slurry, a hand-made sheet having a target basis weight of 50 g/m 2 was produced and evaluated. Hand-papering was performed according to JIS P 8222. The MFC used in Comparative Example 7 is not mechanically treated chemically modified MFC. These results are shown in Table 4.

Figure 0007239561000004
Figure 0007239561000004

表4から、機械的処理化学変性MFCを含有する紙は裂断長および透気抵抗度が高く、MFCのフィブリル化率が高い程紙は高い裂断長および透気抵抗度を有していた。
From Table 4, the paper containing mechanically treated chemically modified MFC had high tear length and air resistance, and the higher the fibrillation rate of MFC, the higher the tear length and air resistance of the paper. .

[比較例6]
機械的処理化学変性MFCを用いなかった以外は、実施例3-1と同様にして手抄きシートを製造して評価した。
[Comparative Example 6]
A hand-made sheet was produced and evaluated in the same manner as in Example 3-1, except that the mechanically treated chemically modified MFC was not used.

Claims (9)

原紙が、平均繊維径が500nm以上の機械的処理化学変性ミクロフィブリルセルロース繊維をパルプ100重量%に対して0.01~10重量%み、
坪量が40g/m 超である、紙。
The base paper contains 0.01 to 10% by weight of mechanically treated chemically modified microfibril cellulose fibers having an average fiber diameter of 500 nm or more with respect to 100% by weight of pulp ,
Paper, having a basis weight of more than 40 g/m 2 .
前記ミクロフィブリルセルロース繊維の繊維分析装置で測定した平均微細繊維率が4.0以上である、請求項1に記載の紙。 2. The paper according to claim 1, wherein the microfibril cellulose fibers have an average fine fiber rate of 4.0 or more as measured by a fiber analyzer. 前記ミクロフィブリルセルロース繊維のセルロースI型結晶化度が50%以上である1または2に記載の紙。 3. The paper according to 1 or 2, wherein the microfibril cellulose fibers have a cellulose type I crystallinity of 50% or more. 前記化学変性がアニオン変性である請求項1~3のいずれかに記載の紙。 The paper according to any one of claims 1 to 3, wherein said chemical modification is anion modification. 顔料塗工層を備える請求項1~4のいずれかに記載の紙。 The paper according to any one of claims 1 to 4, comprising a pigment coating layer. クリア塗工層を備える請求項1~5のいずれかに記載の紙。 The paper according to any one of claims 1 to 5, comprising a clear coating layer. JIS P 8111に従って23℃50±2%条件下で調湿した紙の含水率が10重量%以下である、請求項1~6のいずれかに記載の紙。 The paper according to any one of claims 1 to 6, which has a moisture content of 10% by weight or less when conditioned under conditions of 23°C and 50±2% according to JIS P 8111. セルロース原料を湿式粉砕して前記ミクロフィブリルセルロース繊維を調製する工程、および
前記ミクロフィブリルセルロース繊維を含む紙料を調製する工程、
を備える、請求項1~7のいずれかに記載の紙の製造方法。
a step of wet pulverizing a cellulose raw material to prepare the microfibril cellulose fibers, and a step of preparing a paper stock containing the microfibril cellulose fibers;
The method for producing paper according to any one of claims 1 to 7, comprising
前記湿式粉砕の前にセルロース原料を化学変性する工程を備える、請求項8に記載の製造方法。 9. The production method according to claim 8, comprising a step of chemically modifying the cellulose raw material before the wet pulverization.
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