JP2017052840A - Polyvinyl alcohol film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学特性が優れ、機械物性、線膨張係数が良好であり、乾燥収縮が小さく水中安定性が良好なポリビニルアルコールフィルムに関する。 The present invention relates to a polyvinyl alcohol film having excellent optical properties, good mechanical properties and linear expansion coefficient, small drying shrinkage and good underwater stability.
ポリビニルアルコールフィルムは、その皮膜形成性から一般工業分野のみならず、食品・化粧品・医薬品から医療分野まで種々の用途が拡大している。一方で、フィルム作製時の乾燥収縮が大きかったり、機械物性が不十分であったり、水溶性がゆえに水中安定性に問題があった。
この水中安定性を改良するために、フィルムの界面活性剤を添加する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、この方法だと、経時で界面活性剤がブリードアウトし、水中安定性や機械物性が変化してしまうという問題があった。さらに、水酸基の一部が酸化された、ナノファイバーセルロースを添加する方法も提案されている(例えば、特許文献2)。しかしながら、この方法だと、ナノファイバーセルロースの分散が不十分であり、添加量を増やすと透明性が悪くなる等の問題があった。また、ポリビニルアルコールフィルムのフィルム作製時の乾燥収縮の改良や機械物性の改良についてはあまり知られていない。
Polyvinyl alcohol films are used not only for general industrial fields but also for various applications from foods, cosmetics and pharmaceuticals to medical fields because of their film-forming properties. On the other hand, there was a problem in stability in water due to large drying shrinkage during film production, insufficient mechanical properties, and water solubility.
In order to improve the stability in water, a method of adding a film surfactant has been proposed (for example, Patent Document 1). However, this method has a problem in that the surfactant bleeds out over time, and the underwater stability and mechanical properties change. Furthermore, a method of adding nanofiber cellulose in which a part of hydroxyl groups is oxidized has been proposed (for example, Patent Document 2). However, this method has a problem that the dispersion of nanofiber cellulose is insufficient, and transparency increases when the amount added is increased. Also, little is known about the improvement of drying shrinkage and the improvement of mechanical properties during the production of polyvinyl alcohol films.
本発明は、フィルム作製時の乾燥収縮が小さく、得られたポリビニルアルコールフィルムの光学特性を損なうことなく、機械物性や線膨張係数、水中安定性を改良することを課題とする。 An object of the present invention is to improve the mechanical properties, linear expansion coefficient, and stability in water without impairing the optical properties of the obtained polyvinyl alcohol film due to small drying shrinkage during film production.
本発明者が鋭意検討した結果、ポリビニルアルコール系樹脂に、特定の変性セルロース繊維を均一に分散させることにより、上記課題を解決できることを見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]ポリビニルアルコール系樹脂、及び下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する変性セルロース繊維を含む、変性セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルム。
As a result of intensive studies by the inventor, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by uniformly dispersing a specific modified cellulose fiber in a polyvinyl alcohol-based resin.
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A modified cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film comprising a polyvinyl alcohol resin and a modified cellulose fiber having a repeating unit represented by the following general formula (1).
(式中、X1、X2、X3は、それぞれ独立して、カチオン基を有する基、燐酸由来の基、炭素数1〜20のアルキルカルボニル基、アリール基で置換されてもよい炭素数2〜6のアルケニルカルボニル基、アルキニルカルボニル基、又はアリールカルボニル基を表す。ただし、X1、X2、X3は、同時に水素原子にはならない。)
[2]当該一般式(1)におけるX1、X2、X3が、それぞれ独立して、カチオン基を有する基、燐酸由来の基、又は炭素数1〜20のアルキルカルボニル基である、[1]に記載の変性セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルム。
[3]当該変性セルロース繊維を、ポリビニルアルコール系樹脂100重量部に対して、0.1〜50重量部含有する、[1]又は[2]に記載の変性セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルム。
[4]ポリビニルアルコール系樹脂、及び上記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する数平均繊維径が20nm以下の変性セルロース繊維を含む組成物をフィルム化することを特徴とする、変性セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの製造方法。
[5]当該変性セルロース繊維の数平均繊維長が200nm以上1μm以下である、[4]に記載の変性セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの製造方法。
(Wherein X 1 , X 2 and X 3 are each independently a group having a cationic group, a group derived from phosphoric acid, an alkylcarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group which may be substituted with an aryl group) Represents 2 to 6 alkenylcarbonyl groups, alkynylcarbonyl groups, or arylcarbonyl groups, provided that X 1 , X 2 , and X 3 are not hydrogen atoms at the same time.)
[2] X 1 , X 2 and X 3 in the general formula (1) are each independently a group having a cationic group, a group derived from phosphoric acid, or an alkylcarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms. 1]. The modified cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of [1].
[3] The modified cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film according to [1] or [2], containing 0.1 to 50 parts by weight of the modified cellulose fiber with respect to 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol resin.
[4] A modified cellulose comprising a film comprising a composition comprising a polyvinyl alcohol resin and a modified cellulose fiber having a repeating unit represented by the general formula (1) and having a number average fiber diameter of 20 nm or less. A method for producing a fiber composite polyvinyl alcohol film.
[5] The method for producing a modified cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film according to [4], wherein the number average fiber length of the modified cellulose fiber is 200 nm or more and 1 μm or less.
本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムは、光学特性が優れ、機械物性、線膨張係数が良好であり、乾燥収縮が小さく水中安定性が良好である。 The cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention has excellent optical properties, good mechanical properties and linear expansion coefficient, small drying shrinkage and good underwater stability.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されない。
本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムは、ポリビニルアルコール系樹脂及び変性セルロース繊維を含むフィルムである。
Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention does not exceed the gist thereof. It is not limited to the contents.
The cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention is a film containing a polyvinyl alcohol resin and modified cellulose fibers.
[ポリビニルアルコール系樹脂]
本発明のフィルムに用いるポリビニルアルコール系樹脂は、常法に従って、ビニルエステル系化合物を重合し、次いでこれをケン化することにより得られるものである。本発明では、ポリビニルアルコール系樹脂は、必要に応じて2種以上混合して用いてもよい。
上記ビニルエステル系化合物としては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、トリフルオロ酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリル酸ビニル、バーサティック酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられるが、実用上、酢酸ビニルが好適に用いられる。
[Polyvinyl alcohol resin]
The polyvinyl alcohol resin used in the film of the present invention is obtained by polymerizing a vinyl ester compound and then saponifying it in accordance with a conventional method. In the present invention, two or more kinds of polyvinyl alcohol resins may be mixed and used as necessary.
Examples of the vinyl ester compounds include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl trifluoroacetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl versatate, vinyl palmitate, and vinyl stearate. . These may be used alone or in combination of two or more, but vinyl acetate is preferably used practically.
また、本発明で用いられるポリビニルアルコール系樹脂としては、通常未変性のポリビニルアルコールを用いることが好ましいが、部分的に変性された変性ポリビニルアルコールを用いてもよい。変性ポリビニルアルコールとしては、ビニルエステル系化合物に他の単量体を少量共重合させたものが挙げられ、この場合の単量体の割合は本発明の効果を阻害しない範囲であり、例えば10モル%以下、好ましくは7モル%以下である。 Further, as the polyvinyl alcohol resin used in the present invention, it is usually preferable to use unmodified polyvinyl alcohol, but partially modified modified polyvinyl alcohol may also be used. Examples of the modified polyvinyl alcohol include those obtained by copolymerizing a small amount of another monomer with a vinyl ester compound, and the ratio of the monomer in this case is within a range not inhibiting the effect of the present invention. % Or less, preferably 7 mol% or less.
上記他の単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、イソブチレン、α−オクテン、α−ドデセン、α−オクタデセン等のオレフィン類;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸等の不飽和酸類あるいはその塩あるいはモノまたはジアルキルエステル等;アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル類;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類;エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩、アルキルビニルエーテル類;ポリオキシエチレン(メタ)アリルエーテル、ポリオキシプロピレン(メタ)アリルエーテル等のポリオキシアルキレン(メタ)アリルエーテル;ポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリレート等のポオキシアルキレン(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレン(メタ)アクリルアミド、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリルアミド等のポリオキシアルキレン(メタ)アクリルアミド;ポリオキシエチレン〔1−(メタ)アクリルアミド−1,1−ジメチルプロピル〕エステル、ポリオキシエチレンビニルエーテル、ポリオキシプロピレンビニルエーテル、ポリオキシエチレンアリルアミン、ポリオキシプロピレンアリルアミン、ポリオキシエチレンビニルアミン、ポリオキシプロピレンビニルアミン、ジアクリルアセトンアミド、N−アクリルアミドメチルトリメチルアンモニウムクロライド、アリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド、ジメチルアリルビニルケトン、N−ビニルピロリドン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等があげられる。これらの他の単量体は、単独でもしくは2種以上併せて用いてもよい。 Examples of the other monomer include olefins such as ethylene, propylene, isobutylene, α-octene, α-dodecene, α-octadecene; acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride, itacone Unsaturated acids such as acids, salts thereof, mono- or dialkyl esters, etc .; Nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; Amides such as acrylamide and methacrylamide; Olefin sulfones such as ethylene sulfonic acid, allyl sulfonic acid and methallyl sulfonic acid Acids or salts thereof, alkyl vinyl ethers; polyoxyalkylene (meth) allyl ethers such as polyoxyethylene (meth) allyl ether and polyoxypropylene (meth) allyl ether; polyoxyethylene (meth) acrylate Polyoxyalkylene (meth) acrylates such as polyoxypropylene (meth) acrylate, polyoxyalkylene (meth) acrylamides such as polyoxyethylene (meth) acrylamide, polyoxypropylene (meth) acrylamide; polyoxyethylene [1- (meta ) Acrylamide-1,1-dimethylpropyl] ester, polyoxyethylene vinyl ether, polyoxypropylene vinyl ether, polyoxyethylene allylamine, polyoxypropylene allylamine, polyoxyethylene vinylamine, polyoxypropylene vinylamine, diacrylacetone amide, N -Acrylamidomethyltrimethylammonium chloride, allyltrimethylammonium chloride, dimethyldiallylammonium chloride, Methyl allyl vinyl ketone, N- vinylpyrrolidone, vinyl chloride, vinylidene chloride and the like. These other monomers may be used alone or in combination of two or more.
なお、本発明において、(メタ)アリルとはアリルあるいはメタリル、(メタ)アクリルとはアクリルあるいはメタクリル、(メタ)アクリレートとはアクリレートあるいはメタクリレートをそれぞれ意味する。
そして、上記ビニルエステル系化合物を用いて重合(あるいは共重合)を行うに際しては、特に制限はなく公知の重合方法が用いられるが、通常は、メタノール、エタノールあるいはイソプロピルアルコール等のアルコールを溶媒とする溶液重合が行なわれる。また、溶液重合以外に、乳化重合、懸濁重合も可能である。
In the present invention, (meth) allyl means allyl or methallyl, (meth) acryl means acryl or methacryl, and (meth) acrylate means acrylate or methacrylate.
The polymerization (or copolymerization) using the vinyl ester compound is not particularly limited and a known polymerization method is used. Usually, an alcohol such as methanol, ethanol or isopropyl alcohol is used as a solvent. Solution polymerization is performed. In addition to solution polymerization, emulsion polymerization and suspension polymerization are also possible.
また、重合反応は、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化アセチル、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイルなどの公知のラジカル重合触媒を用いて行われ、反応温度は通常35℃〜沸点、より好ましくは50〜80℃程度の範囲から選択される。
つぎに、得られたビニルエステル系重合体をケン化するにあたっては、上記ビニルエステル系重合体をアルコールに溶解してアルカリ触媒の存在下にて行なわれる。上記アルコールとしては、メタノール、エタノール、ブタノール等があげられ、上記アルコール中のビニルエステル系共重合体の濃度は、通常20〜50重量%の範囲内にて適宜選択される。
The polymerization reaction is carried out using a known radical polymerization catalyst such as azobisisobutyronitrile, acetyl peroxide, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, and the reaction temperature is usually 35 ° C. to boiling point, more preferably 50 It is selected from a range of about ~ 80 ° C.
Next, when the obtained vinyl ester polymer is saponified, the vinyl ester polymer is dissolved in an alcohol in the presence of an alkali catalyst. Examples of the alcohol include methanol, ethanol, butanol and the like, and the concentration of the vinyl ester copolymer in the alcohol is usually appropriately selected within the range of 20 to 50% by weight.
上記ケン化時のアルカリ触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物やアルコラートのようなアルカリ触媒を用いることができる。上記アルカリ触媒の使用量は、ビニルエステル系重合体に対して通常1〜100ミリモル当量の範囲内にて適宜選択すればよい。なお、場合によっては、酸触媒によりケン化することも可能である。 As the alkali catalyst at the time of the saponification, for example, an alkali catalyst such as an alkali metal hydroxide or alcoholate such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium methylate, sodium ethylate, potassium methylate or the like may be used. it can. What is necessary is just to select the usage-amount of the said alkali catalyst suitably in the range of 1-100 millimol equivalent normally with respect to a vinyl ester polymer. In some cases, saponification with an acid catalyst is also possible.
また、ポリビニルアルコール系樹脂として、側鎖に1,2−ジオール構造を有するポリビニルアルコール系樹脂を用いることも好ましく、上記側鎖に1,2−ジオール構造を有するポリビニルアルコール系樹脂は、例えば、(i)酢酸ビニルと3,4−ジアセトキシ−1−ブテンとの共重合体をケン化する方法、(ii)酢酸ビニルとビニルエチレンカーボネートとの共重合体をケン化及び脱炭酸する方法、(iii)酢酸ビニルと2,2−ジアルキル−4−ビニル−1,3−ジオキソランとの共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法、(iv)酢酸ビニルとグリセリンモノアリルエーテルとの共重合体をケン化する方法、等により得られる。 Further, as the polyvinyl alcohol resin, it is also preferable to use a polyvinyl alcohol resin having a 1,2-diol structure in the side chain, and the polyvinyl alcohol resin having a 1,2-diol structure in the side chain is, for example, ( i) a method of saponifying a copolymer of vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene, (ii) a method of saponifying and decarboxylating a copolymer of vinyl acetate and vinyl ethylene carbonate, (iii) ) A method of saponifying and deketalizing a copolymer of vinyl acetate and 2,2-dialkyl-4-vinyl-1,3-dioxolane, and (iv) a copolymer of vinyl acetate and glycerin monoallyl ether. It is obtained by a saponification method or the like.
本発明において、上記ポリビニルアルコール系樹脂の平均ケン化度は、通常70モル%以上であるが、例えば、100℃以上の高温における加工適正を重視する用途では平均ケン化度が70〜90モル%であることが好ましく、一方で、耐熱性を重視する用途では平均ケン化度が90モル%以上であることが好ましい。なお、ポリビニルアルコール系樹脂の平均ケン化度が低すぎるとフィルム強度が低下するだけでなく、製造時にキャスト面からフィルムを剥離することが困難となる傾向になる。なお、上記平均ケン化度は、JIS
K 6726に準じて測定される。
In the present invention, the average saponification degree of the polyvinyl alcohol-based resin is usually 70 mol% or more. For example, the average saponification degree is 70 to 90 mol% in applications where importance is attached to processing suitability at a high temperature of 100 ° C or higher. On the other hand, the average saponification degree is preferably 90% by mole or more in applications where heat resistance is important. In addition, when the average saponification degree of polyvinyl alcohol-type resin is too low, not only film strength will fall, but it will become difficult to peel a film from the cast surface at the time of manufacture. In addition, the average saponification degree is JIS
Measured according to K 6726.
さらに、ポリビニルアルコール系樹脂の20℃における4重量%水溶液粘度は、5〜70mPa・sの範囲であることが好ましく、より好ましくは15〜60mPa・sの範囲である。4重量%水溶液粘度が低すぎるとフィルムの強度が低下する傾向がある。一方、4重量%水溶液粘度が高すぎると粘度が高く製膜するのに困難となる傾向がある。なお、上記20℃における4重量%水溶液粘度は、JIS K 6726に準じて測定される。 Furthermore, the viscosity of a 4% by weight aqueous solution of the polyvinyl alcohol resin at 20 ° C. is preferably in the range of 5 to 70 mPa · s, and more preferably in the range of 15 to 60 mPa · s. If the 4% by weight aqueous solution viscosity is too low, the strength of the film tends to decrease. On the other hand, if the viscosity of the 4 wt% aqueous solution is too high, the viscosity tends to be high and it becomes difficult to form a film. The viscosity of the 4 wt% aqueous solution at 20 ° C. is measured according to JIS K 6726.
[変性セルロース繊維]
本発明のフィルムに含まれるセルロース繊維は、下記一般式(1)の繰り返し単位を有する。
[Modified cellulose fiber]
The cellulose fiber contained in the film of the present invention has a repeating unit of the following general formula (1).
(式中、X1、X2、X3は、それぞれ独立して、カチオン基を有する基、燐酸由来の基、炭素数1〜20のアルキルカルボニル基、アリール基で置換されてもよい炭素数2〜6のアルケニルカルボニル基、アルキニルカルボニル基、又はアリールカルボニル基を表す。ただし、X1、X2、X3は、同時に水素原子にはならない)
本発明で用いられる変性セルロース繊維は、セルロースの水酸基の一部が他の基で置換されたものである。変性セルロース繊維とすることで、解繊性が向上したり、水分散液中での安定性が向上したり、ポリビニルアルコール系樹脂中に均一に分散しやすくなり好ましい。
(Wherein X 1 , X 2 and X 3 are each independently a group having a cationic group, a group derived from phosphoric acid, an alkylcarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group which may be substituted with an aryl group) 2 to 6 alkenylcarbonyl groups, alkynylcarbonyl groups, or arylcarbonyl groups, provided that X 1 , X 2 , and X 3 do not simultaneously become hydrogen atoms)
The modified cellulose fiber used in the present invention is one in which a part of the hydroxyl group of cellulose is substituted with another group. By using a modified cellulose fiber, defibration is improved, stability in an aqueous dispersion is improved, and it is easy to uniformly disperse in a polyvinyl alcohol resin, which is preferable.
<カチオン基を有する基>
カチオン基を有する基として具体的には、アンモニウム基、ホスホニウム基またはスルホニウム基などのオニウム基が挙げられる。また、オニウム基を有する基は、通常分子量が1000以下程度の基である。具体的には、1級アンモニウム、2級アンモニウム、3級アンモニウム、4級アンモニウムなどのアンモニウム、ホスホニウム、スルホニウムまたはこれらのいずれかを有する基、すなわち、アンモニウムを有する基、ホスホニウムを有する基またはスルホニウムを有する基が挙げられる。本発明において、カチオン基としては、アンモニウムを含む基が好ましく、特に、四級アンモニウムを含む基が好ましい。
<Group having cationic group>
Specific examples of the group having a cationic group include onium groups such as an ammonium group, a phosphonium group, and a sulfonium group. The group having an onium group is usually a group having a molecular weight of about 1000 or less. Specifically, primary ammonium, secondary ammonium, tertiary ammonium, ammonium such as quaternary ammonium, phosphonium, sulfonium or a group having any of these, that is, a group having ammonium, a group having phosphonium, or sulfonium. Group which has. In the present invention, the cationic group is preferably a group containing ammonium, and particularly preferably a group containing quaternary ammonium.
カチオン基を導入するカチオン化剤に含まれる、セルロースの水酸基と反応する基としては、その水酸基と反応して共有結合を形成する反応基であれば特に限定はなく、例えば、エポキシ基又はそれを形成し得るハロヒドリン基、活性ハロゲン基、活性ビニル基、メチロール基等が挙げられる。これらの内、反応性の点からエポキシ基又はそれを形成し得るハロヒドリン基が好ましい。 The group that reacts with the hydroxyl group of cellulose contained in the cationizing agent that introduces a cationic group is not particularly limited as long as it is a reactive group that reacts with the hydroxyl group to form a covalent bond. Examples thereof include a halohydrin group, an active halogen group, an active vinyl group, and a methylol group that can be formed. Among these, an epoxy group or a halohydrin group capable of forming it is preferable from the viewpoint of reactivity.
カチオン基を導入するカチオン化剤としては、例えば、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリド等のグリシジルトリアルキルアンモニウムハライド或いはそのハロヒドリン等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのうち、反応性の観点から、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリドが好ましい。 Examples of the cationizing agent for introducing a cationic group include glycidyltrialkylammonium halides such as glycidyltrimethylammonium chloride and 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, and halohydrins thereof. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, glycidyltrimethylammonium chloride is preferred from the viewpoint of reactivity.
カチオン化剤とセルロースとの反応方法としては、例えば、グリシジルトリアルキルアンモニウムハライドを用いる場合、反応溶媒中で、セルロースにグリシジルトリアルキルアンモニウムハライドと触媒である水酸化アルカリ金属塩を作用させることにより反応させる方法が挙げられる。
反応溶媒としては、セルロースに対し3〜20重量倍の水、或いは低級アルコール、具体的にはメタノール、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−ブタノール等の1種又は2種以上、或いはこれらの低級アルコールと水との混合溶媒が使用できる。
As a reaction method between the cationizing agent and cellulose, for example, when glycidyltrialkylammonium halide is used, the reaction is performed by reacting glycidyltrialkylammonium halide and a catalyst alkali metal hydroxide in the reaction solvent. The method of letting it be mentioned.
The reaction solvent is 3 to 20 times by weight of water or lower alcohol, specifically methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol or the like, or these A mixed solvent of lower alcohol and water can be used.
触媒の水酸化アルカリ金属塩としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の1種又は2種以上が使用できる。
カチオン化剤と触媒の使用量は、用いるセルロース、反応系の溶媒組成、反応器の機械的条件、その他要因によって適宜調整する。
カチオン化反応の反応温度は、30℃以上が好ましく、40℃以上がより好ましく、90℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましい。また、反応時間は通常30分以上、好ましくは1時間以上、通常10時間以下、4時間以下行う。
As the alkali metal hydroxide salt of the catalyst, one or more of sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like can be used.
The amounts of the cationizing agent and the catalyst used are appropriately adjusted according to the cellulose used, the solvent composition of the reaction system, the mechanical conditions of the reactor, and other factors.
The reaction temperature of the cationization reaction is preferably 30 ° C or higher, more preferably 40 ° C or higher, preferably 90 ° C or lower, and more preferably 80 ° C or lower. The reaction time is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, usually 10 hours or shorter, and 4 hours or shorter.
反応終了後、残存する触媒を鉱酸、或いは有機酸により中和した後、常法により洗浄、精製してカチオン化されたセルロースを得ることができる。
カチオン化されたセルロースは、解繊性、回収率の向上の点から、カチオン化されたセルロースの重量に対してカチオン基を、0.05mmol/g以上有していることが好ましく、0.08mmol/g以上有していることがより好ましく、0.10mmol/g以上有していることが特に好ましい。また、このカチオン基の含有量は3.0mmol/g以下であることが、水溶性部分が増加し、水への溶解が起こり易くなるのを抑制するため、また、樹脂との親和性を高めるために好ましく、2.5mmol/g以下であることがより好ましい。係るカチオン基の量は、元素分析法により算出された値である。
元素分析法による算出方法として、具体的には、例えばカチオン基がアンモニウムの場合、窒素測定装置を用いて、JIS−K2609に準じて窒素量を定量し、窒素の分子量で割ることで単位重量あたりのモル数(例えばmmol/g)を換算することができる。
After completion of the reaction, the remaining catalyst is neutralized with a mineral acid or an organic acid, and then washed and purified by a conventional method to obtain cationized cellulose.
The cationized cellulose preferably has a cation group of 0.05 mmol / g or more with respect to the weight of the cationized cellulose in terms of defibration and recovery rate, and is 0.08 mmol. / G or more is more preferable, and 0.10 mmol / g or more is particularly preferable. Further, the content of the cationic group is 3.0 mmol / g or less in order to prevent the water-soluble portion from increasing and dissolution in water easily occurs, and also increase the affinity with the resin. Therefore, it is preferably 2.5 mmol / g or less. The amount of the cationic group is a value calculated by elemental analysis.
Specifically, for example, when the cation group is ammonium, the amount of nitrogen is quantified according to JIS-K2609 using a nitrogen measuring device and divided by the molecular weight of nitrogen to calculate per element weight. The number of moles (for example, mmol / g) can be converted.
<燐酸由来の基>
燐酸由来の基として具体的には、燐酸、ポリ燐酸、亜燐酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらの塩またはエステルよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。これらの中でも、低コストであり、扱いやすく、また、セルロースのヒドロキシ基に燐酸基を導入して微細化(解繊)解繊効率をより向上できることから、燐酸基を有する化合物が好ましい。
<Group derived from phosphoric acid>
Specific examples of the group derived from phosphoric acid include at least one selected from the group consisting of phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and salts or esters thereof. Among these, a compound having a phosphoric acid group is preferable because it is low-cost and easy to handle, and a phosphoric acid group can be introduced into the hydroxy group of cellulose to further improve the refinement (defibration) fibrillation efficiency.
燐酸基を有する化合物としては、燐酸、燐酸のリチウム塩である燐酸二水素リチウム、燐酸水素二リチウム、燐酸三リチウム、ピロ燐酸リチウム、ポリ燐酸リチウム、更に燐酸のナトリウム塩である燐酸二水素ナトリウム、燐酸水素二ナトリウム、燐酸三ナトリウム、ピロ燐酸ナトリウム、ポリ燐酸ナトリウム、更に燐酸のカリウム塩である燐酸二水素カリウム、燐酸水素二カリウム、燐酸三カリウム、ピロ燐酸カリウム、ポリ燐酸カリウムなどが挙げられる。 Examples of the compound having a phosphoric acid group include phosphoric acid, lithium dihydrogen phosphate which is a lithium salt of phosphoric acid, dilithium hydrogen phosphate, trilithium phosphate, lithium pyrophosphate, lithium polyphosphate, and sodium dihydrogen phosphate which is a sodium salt of phosphoric acid, Examples thereof include disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, sodium polyphosphate, and potassium phosphates such as potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, and potassium polyphosphate.
これらのうち、燐酸基導入の効率が高く、工業的に適用しやすい観点から、燐酸、燐酸のナトリウム塩、燐酸のカリウム塩が好ましく、燐酸二水素ナトリウム、燐酸水素二ナトリウムがより好ましい。
また、反応の均一性および燐酸由来の基の導入効率が高いことから化合物は水溶液として用いることが好ましい。また、公知技術である尿素燐酸法のごとく、水溶液中に尿素などの有機化合物を含んでいても良い。化合物の水溶液のpHは、燐酸基導入の効率が高いことから7以下であることが好ましい。セルロース繊維の加水分解を抑える観点からpH3〜7が特に好ましい。
Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, and potassium salt of phosphoric acid are preferable, and sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are more preferable from the viewpoint of high efficiency of introducing phosphate groups and easy industrial application.
In addition, the compound is preferably used as an aqueous solution because of the uniformity of the reaction and the introduction efficiency of the group derived from phosphoric acid. Further, an organic compound such as urea may be contained in the aqueous solution as in the urea phosphoric acid method which is a known technique. The pH of the aqueous solution of the compound is preferably 7 or less because the phosphate group introduction efficiency is high. From the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose fibers, pH 3 to 7 is particularly preferable.
燐酸由来の基を導入したセルロースは、解繊性、回収率の向上の点から、燐酸由来の基を導入したセルロースの重量に対して燐酸基を、0.05mmol/g以上有していることが好ましく、0.08mmol/g以上有していることがより好ましく、0.10mmol/g以上有していることが特に好ましい。また、この燐酸基の含有量は3.0mmol/g以下であることが、水溶性部分が増加し、水への溶解が起こり易くなるのを抑制するため、また、樹脂との親和性を高めるために好ましく、2.5mmol/g以下であることがより好ましい。係る燐酸基の量は、米国TAPPIの「Test Method T237 cm−08(2008):Carboxyl Content of pulp」の方法、または元素分析法により算出された値である。
元素分析法による算出方法として、具体的には、誘導結合プラズマ発行分析装置(ICP−AES)を用いて、燐量を定量し、燐の分子量で割ることで単位重量あたりのモル数(例えばmmol/g)を換算することができる。
Cellulose introduced with phosphoric acid-derived groups has 0.05 mmol / g or more of phosphoric acid groups with respect to the weight of cellulose introduced with phosphoric acid-derived groups, from the viewpoint of improving defibration and recovery rate. Is more preferable, 0.08 mmol / g or more is more preferable, and 0.10 mmol / g or more is particularly preferable. Further, the content of the phosphate group is 3.0 mmol / g or less in order to prevent the water-soluble portion from increasing and dissolution in water easily occurs, and also increase the affinity with the resin. Therefore, it is preferably 2.5 mmol / g or less. The amount of the phosphoric acid group is a value calculated by the method of “Test Method T237 cm-08 (2008): Carboxyl Content of pull” of TAPPI, USA, or elemental analysis.
As a calculation method based on elemental analysis, specifically, an inductively coupled plasma emission analyzer (ICP-AES) is used to quantify the amount of phosphorus and divide by the molecular weight of phosphorus to obtain the number of moles per unit weight (for example, mmol). / G) can be converted.
<炭素数1〜20のアルキルカルボニル基>
炭素数1〜20のアルキルカルボニル基としては、具体的にアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、2−ブチリル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、ピバロイル基などが挙げられる。
<C1-C20 alkylcarbonyl group>
Specific examples of the alkylcarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms include acetyl group, propionyl group, butyryl group, 2-butyryl group, pentanoyl group, hexanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, nonanoyl group, decanoyl group, undecanoyl group, Examples include dodecanoyl group, myristoyl group, palmitoyl group, stearoyl group, and pivaloyl group.
<アリール基で置換されてもよい炭素数2〜6のアルケニルカルボニル基>
アリール基で置換されてもよい炭素数2〜6のアルケニルカルボニル基としては、具体的にアクリロイル基、メタクリロイル基、シンナモイル基などが挙げられる。
<アルキニルカルボニル基>
アルキニルカルボニル基としては、プロピオロイル基などが挙げられる。
<C2-C6 alkenylcarbonyl group which may be substituted with an aryl group>
Specific examples of the alkenylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms which may be substituted with an aryl group include an acryloyl group, a methacryloyl group and a cinnamoyl group.
<Alkynylcarbonyl group>
Examples of the alkynylcarbonyl group include a propioloyl group.
<アリールカルボニル基>
アリールカルボニル基としてはベンゾイル基、ナフトイル基などが挙げられる。
炭素数1〜20のアルキルカルボニル基、アリール基で置換されてもよい炭素数2〜6のアルケニルカルボニル基、アルキニルカルボニル基、アリールカルボニル基を導入する方法としては、特に限定されるものではないが、セルロース繊維原料又は解繊処理後のセルロース繊維と次に挙げるような化学修飾剤とを反応させる方法がある。この反応条件についても特に限定されるものではないが、必要に応じて溶媒、触媒等を用いたり、加熱、減圧等を行うこともできる。
<Arylcarbonyl group>
Examples of the arylcarbonyl group include a benzoyl group and a naphthoyl group.
The method for introducing an alkylcarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms that may be substituted with an aryl group, an alkynylcarbonyl group, or an arylcarbonyl group is not particularly limited. There is a method of reacting a cellulose fiber raw material or cellulose fiber after defibration treatment with the following chemical modifier. Although there are no particular limitations on the reaction conditions, a solvent, a catalyst, or the like may be used, or heating, decompression, or the like may be performed as necessary.
化学修飾剤の種類としては、酸、酸無水物、アルコール、ハロゲン化試薬よりなる群から選ばれる1種または2種以上が挙げられる。
酸としては、例えば酢酸、アクリル酸、メタクリル酸、プロパン酸、ブタン酸、2−ブタン酸、ペンタン酸等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば無水酢酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、無水プロパン酸、無水ブタン酸、無水2−ブタン酸、ペンタン酸等が挙げられる。
As a kind of chemical modifier, the 1 type (s) or 2 or more types chosen from the group which consists of an acid, an acid anhydride, alcohol, and a halogenating reagent are mentioned.
Examples of the acid include acetic acid, acrylic acid, methacrylic acid, propanoic acid, butanoic acid, 2-butanoic acid, and pentanoic acid.
Examples of the acid anhydride include acetic anhydride, acrylic anhydride, methacrylic anhydride, propanoic anhydride, butanoic anhydride, 2-butanoic anhydride, and pentanoic acid.
ハロゲン化試薬としては、例えばアセチルハライド、アクロイルハライド、メタクリロイルハライド、プロパノイルハライド、ブタノイルハライド、2−ブタノイルハライド、ペンタノイルハライド、ベンゾイルハライド、ナフトイルハライド等が挙げられる。
これらの中で特に無水酢酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、ベンゾイルハライド、ナフトイルハライドが好ましい。
Examples of the halogenating reagent include acetyl halide, acroyl halide, methacryloyl halide, propanoyl halide, butanoyl halide, 2-butanoyl halide, pentanoyl halide, benzoyl halide, and naphthoyl halide.
Among these, acetic anhydride, acrylic acid anhydride, methacrylic acid anhydride, benzoyl halide, and naphthoyl halide are particularly preferable.
これらの化学修飾剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
炭素数1〜20のアルキルカルボニル基、アリール基で置換されてもよい炭素数2〜6のアルケニルカルボニル基、アルキニルカルボニル基、アリールカルボニル基が導入される量は、セルロースの全水酸基に対して、通常2mol%以上、好ましくは3mol%以上で、通常65mol%以下、好ましくは50mol%以下、より好ましくは40mol%以下、さらに好ましくは35mol%以下である。
These chemical modifiers may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the alkylcarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms, the alkenylcarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms which may be substituted with an aryl group, the alkynylcarbonyl group and the arylcarbonyl group is introduced with respect to the total hydroxyl groups of cellulose. Usually, it is 2 mol% or more, preferably 3 mol% or more, usually 65 mol% or less, preferably 50 mol% or less, more preferably 40 mol% or less, and further preferably 35 mol% or less.
これらの基を導入することで、セルロースの耐熱性が高くなり、高温での物性低下や着色が小さくなる。等を行うこともできる。
これらの中でも、カチオン基を有する基、燐酸由来の基、又は炭素数1〜20のアルキルカルボニル基を有するものが好ましく、中でもカチオン基を有する基、燐酸由来の基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基が好ましく、カチオン基を有する基、燐酸由来の基がより好ましい。
By introducing these groups, the heat resistance of cellulose is increased, and the physical property deterioration and coloring at high temperature are reduced. Etc. can also be performed.
Among these, a group having a cationic group, a group derived from phosphoric acid, or a group having an alkylcarbonyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferable, among which a group having a cationic group, a group derived from phosphoric acid, an acetyl group, a propionyl group, or butyryl. Group is preferable, and a group having a cationic group and a group derived from phosphoric acid are more preferable.
変性セルロース繊維を製造するには、上述の通り、例えばセルロースに対し、化学的または物理的処理により、セルロースの水酸基に他の基を導入する。変性はセルロース繊維原料に対して行ってもよいし、解繊処理後のセルロース繊維に対して行ってもよい。
セルロース繊維を変性する前に、酵素処理、酸処理などの前処理を行うことが好ましい。これらの処理を行うことで、繊維長が短くなり、解繊効率が向上する。
In order to produce the modified cellulose fiber, as described above, for example, other groups are introduced into the hydroxyl group of cellulose by chemical or physical treatment on cellulose. The modification may be performed on the cellulose fiber raw material or may be performed on the cellulose fiber after the defibrating treatment.
It is preferable to perform a pretreatment such as an enzyme treatment or an acid treatment before modifying the cellulose fiber. By performing these treatments, the fiber length is shortened and the defibrating efficiency is improved.
(変性前の前処理)
酵素処理には、セルラーゼ系酵素を使用することが好ましい。
セルラーゼ系酵素は、セルロースのβ−1,4−グリコキシド結合を加水分解によtって開裂し、解重合を引き起こす酵素である。本発明においては、セルラーゼ系酵素としてエンド型グルカナーゼ(endo−glucanase:EG)およびセロビオヒドラーゼ(cellobiohydrolase:CBH)のいずれも使用できる。それぞれを単体で用いてもよいし、EGとCBHを混合して使用しても構わない。また、ヘミセルラーゼ系酵素と混合して用いても構わない。
(Pretreatment before denaturation)
Cellulase enzymes are preferably used for the enzyme treatment.
Cellulase enzymes are enzymes that cleave the β-1,4-glycoxide bond of cellulose by hydrolysis and cause depolymerization. In the present invention, any of endo-glucanase (EG) and cellobiohydrolase (CBH) can be used as the cellulase enzyme. Each may be used alone, or EG and CBH may be mixed and used. Moreover, you may mix and use a hemicellulase type enzyme.
本発明において使用できるヘミセルラーゼ系酵素とは、ヘミセルロースを加水分解する
酵素である。ヘミセルラーゼ系酵素の中でもキシランを分解する酵素であるキシラナーゼ(xylanase)、マンナンを分解する酵素であるマンナーゼ(mannase)、アラバンを分解する酵素であるアラバナーゼ(arabanase)が挙げられる。また、ペクチンを分解する酵素であるペクチナーゼもヘミセルラーゼ系酵素として使用することができる。
酸処理としては、塩酸や硫酸等の酸でセルロース繊維原料を加熱処理する方法があげられる。
The hemicellulase enzyme that can be used in the present invention is an enzyme that hydrolyzes hemicellulose. Among hemicellulase-based enzymes, xylanase, which is an enzyme that degrades xylan, mannanase, which is an enzyme that degrades mannan, and arabanase, an enzyme that degrades araban. In addition, pectinase, which is an enzyme that degrades pectin, can also be used as a hemicellulase-based enzyme.
Examples of the acid treatment include a method of heat-treating the cellulose fiber raw material with an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid.
<セルロース繊維原料>
本発明において、セルロース繊維原料とは、下記に示すようなセルロース含有物から一般的な精製工程を経て不純物を除去したものである。
<Cellulose fiber raw material>
In the present invention, the cellulose fiber raw material is obtained by removing impurities from a cellulose-containing material as shown below through a general purification process.
(セルロース含有物)
セルロース含有物としては、例えば、針葉樹や広葉樹等の木質(木粉等)、コットンリンターやコットンリント等のコットン、さとうきびや砂糖大根等の絞りかす、亜麻、ラミー、ジュート、ケナフ等の靭皮繊維、サイザル、パイナップル等の葉脈繊維、アバカ、バナナ等の葉柄繊維、ココナツヤシ等の果実繊維、竹等の茎幹繊維などの植物由来原料、バクテリアが産生するバクテリアセルロース、バロニアやシオグサ等の海草やホヤの被嚢等の天然セルロースが挙げられる。これらの天然セルロースは、結晶性が高いので低線膨張率、高弾性率になり好ましい。特に、植物由来原料から得られるセルロース繊維が好ましい。
針葉樹や広葉樹等の木質は微細な繊維が得られ、かつ地球上で最大量の生物資源であり、年間約700億トン以上ともいわれる量が生産されている持続性資源であることから、地球温暖化に影響する二酸化炭素削減への寄与も大きく、経済的な点からも優位である。
(Cellulose-containing material)
Examples of cellulose-containing materials include woods such as conifers and hardwoods (wood flour, etc.), cotton such as cotton linter and cotton lint, pomace such as sugar cane and sugar radish, bast fibers such as flax, ramie, jute and kenaf Vegetal vein fibers such as sisal and pineapple, petiole fibers such as abaca and banana, fruit fibers such as coconut palm, stem-derived fibers such as bamboo, bacterial cellulose produced by bacteria, seaweed and squirts such as valonia and falcon Natural cellulose such as encapsulates. These natural celluloses are preferable because of their high crystallinity and low linear expansion and high elastic modulus. In particular, cellulose fibers obtained from plant-derived materials are preferred.
Woods such as conifers and broad-leaved trees have fine fibers, are the largest biological resources on earth, and are sustainable resources that produce about 70 billion tons or more annually. The contribution to the reduction of carbon dioxide that affects the conversion is also significant, which is also advantageous from an economic point of view.
(セルロース含有物の精製)
セルロース含有物の精製方法は、特に制限はないが、例えば、セルロース含有物をベンゼン−エタノールや炭酸ナトリウム水溶液で脱脂した後、亜塩素酸塩で脱リグニン処理を行い(ワイズ法)、アルカリで脱ヘミセルロース処理することにより得られる。また、ワイズ法の他に、過酢酸を用いる方法(Pa法)、過酢酸過硫酸混合物を用いる方法(Pxa法)なども精製方法として利用される。また、適宜、更に漂白処理等を行うものである。
(Purification of cellulose-containing material)
The method for purifying the cellulose-containing material is not particularly limited. For example, the cellulose-containing material is degreased with benzene-ethanol or an aqueous sodium carbonate solution and then subjected to delignification treatment with a chlorite (Wise method), followed by dehydration with an alkali. It is obtained by treating with hemicellulose. In addition to the Wise method, a method using peracetic acid (Pa method), a method using a peracetic acid persulfuric acid mixture (Pxa method), and the like are also used as purification methods. Moreover, a bleaching process etc. are further performed suitably.
精製処理には、分散媒として一般的に水が用いられるが、酸または塩基、その他の処理剤の水溶液であってもよく、この場合には、最終的に水で洗浄処理してもよい。
また、セルロース繊維原料は、一般的な化学パルプの製造方法、例えばクラフトパルプ、サリファイドパルプ、アリカリパルプ、硝酸パルプの製造方法によって得られるものであってもよい。
In the purification treatment, water is generally used as a dispersion medium. However, an aqueous solution of an acid or base or other treatment agent may be used, and in this case, it may be finally washed with water.
The cellulose fiber raw material may be obtained by a general method for producing chemical pulp, for example, a method for producing kraft pulp, salified pulp, antari pulp, or nitrate pulp.
すなわち、セルロース繊維原料としては、広葉樹クラフトパルプ、針葉樹クラフトパルプ、広葉樹亜硫酸パルプ、針葉樹亜硫酸パルプ、広葉樹漂白クラフトパルプ、針葉樹漂白クラフトパルプ、リンターパルプなどのパルプを用いてもよい。
また、セルロース繊維原料としては砕木パルプ、例えば、SGW(Stone Groundwood)、あるいは亜硫酸ソーダなどで軽度に化学処理した後、砕木化するCGP(Chemical Groundwood Pulp)等も使用可能であり、針葉樹、広葉樹の砕木パルプが好ましく使用される。
That is, pulps such as hardwood kraft pulp, softwood kraft pulp, hardwood sulfite pulp, softwood sulfite pulp, hardwood bleached kraft pulp, softwood bleached kraft pulp, and linter pulp may be used as the cellulose fiber raw material.
In addition, as a raw material for cellulose fiber, CGP (Chemical Groundwood Pulp) or the like which is subjected to light chemical treatment with ground pulp, such as SGW (Stone Groundwood) or sodium sulfite, and then crushed, can be used. Groundwood pulp is preferably used.
尚、セルロース含有物を木材チップや木粉などの状態に破砕してもよく、この破砕は、精製処理前、処理の途中、処理後、いずれのタイミングで行ってもかまわない。
セルロース含有物を精製して得られるセルロース繊維原料の精製度合いは特に定めない
が、油脂、リグニンが少なく、セルロース成分の含有率が高い方がセルロース繊維原料の着色が少なく好ましい。セルロース繊維原料のセルロース成分の含有率は好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、さらに好ましくは95重量%以上である。
In addition, the cellulose-containing material may be crushed into a state such as wood chips or wood powder, and this crushing may be performed at any timing before, during or after the purification treatment.
The degree of purification of the cellulose fiber raw material obtained by refining the cellulose-containing material is not particularly limited, but it is preferable that the fat content of the cellulose fiber raw material is less because the fat and oil and lignin are less and the cellulose component content is higher. The cellulose component content of the cellulose fiber raw material is preferably 80% by weight or more, more preferably 90% by weight or more, and still more preferably 95% by weight or more.
また、セルロース繊維原料のセルロース成分は結晶性のα―セルロース成分と非結晶性のヘミセルロース成分に分類できる。結晶性のα―セルロース含有率が多い方が、樹脂組成物とした際に、低線膨張係数、高弾性率、高強度の効果が得られやすいため好ましい。セルロース繊維原料のα―セルロース含有率は好ましくは70重量%以上、さらに好ましくは75重量%以上、より好ましくは80重量%以上である。 The cellulose component of the cellulose fiber raw material can be classified into a crystalline α-cellulose component and an amorphous hemicellulose component. It is preferable that the content of crystalline α-cellulose is large because when a resin composition is obtained, the effects of low linear expansion coefficient, high elastic modulus, and high strength are easily obtained. The α-cellulose content of the cellulose fiber raw material is preferably 70% by weight or more, more preferably 75% by weight or more, more preferably 80% by weight or more.
セルロース繊維原料の繊維径は特に制限されるものではないが、通常、数平均繊維径としては1μmから1mmである。一般的な精製を経たものの数平均繊維径は50μm程度である。
セルロース繊維原料の数平均繊維長は通常、0.1mmから10mm程度である。
Although the fiber diameter of the cellulose fiber raw material is not particularly limited, the number average fiber diameter is usually 1 μm to 1 mm. The number average fiber diameter of those that have undergone general purification is about 50 μm.
The number average fiber length of the cellulose fiber raw material is usually about 0.1 mm to 10 mm.
<変性セルロース繊維の解繊>
本発明で用いられる変性セルロース繊維は、上述の様な変性処理を行ったものをそのまま用いることもできるが、透明性、より良好な機械物性、線膨張係数、水中安定性や乾燥収縮率を得るためには、解繊により、微細なセルロースとすることが好ましい。解繊により微細なセルロース繊維を効率よく得るために前処理を行ってもよい。
<Defibration of modified cellulose fiber>
The modified cellulose fiber used in the present invention can be used as it is after the modification treatment as described above, but obtains transparency, better mechanical properties, linear expansion coefficient, stability in water and drying shrinkage. Therefore, it is preferable to make fine cellulose by defibration. In order to efficiently obtain fine cellulose fibers by defibration, pretreatment may be performed.
解繊処理の具体的な方法としては、特に制限はないが、例えば、直径0.1mm〜1mm程度のセラミック製ビーズをセルロース繊維原料濃度0.1〜10重量%、例えば1重量%程度のセルロース繊維原料の分散液(以下、「セルロース繊維分散液」と称す場合がある。)に入れ、ペイントシェーカーやビーズミル等を用いて振動を与え、セルロース繊維原料を解繊する方法、グラインダー(石臼型粉砕機)を用いて解繊する方法などが挙げられる。特にこれらの方法はセルロース繊維の繊維長を短くするのに効果的である。 A specific method of the defibrating treatment is not particularly limited. For example, ceramic beads having a diameter of about 0.1 mm to 1 mm are made of cellulose fiber raw material concentration of 0.1 to 10% by weight, for example, about 1% by weight of cellulose. A method of defibrating a cellulose fiber raw material by putting it in a fiber raw material dispersion (hereinafter sometimes referred to as “cellulose fiber dispersion”) and applying vibration using a paint shaker or bead mill, etc., a grinder (stone mill grinding) And the like, and the like. In particular, these methods are effective for shortening the fiber length of cellulose fibers.
なお、セルロース繊維分散液の分散媒としては、有機溶媒、水、有機溶媒と水との混合液を使用することができる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール、n−ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコール−モノ−t−ブチルエーテル等のアルコール類、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、その他水溶性の有機溶媒の1種又は2種以上を用いることができる。分散媒は、ポリビニルアルコール系樹脂との複合化の際、より均一に混合しやすいことから、有機溶媒と水との混合液又は水であることが好ましく、特に水であることが好ましい。 In addition, as a dispersion medium of a cellulose fiber dispersion liquid, an organic solvent, water, or a mixed liquid of an organic solvent and water can be used. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol, n-butanol, ethylene glycol, and ethylene glycol mono-t-butyl ether, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and cyclic ethers such as tetrahydrofuran. In addition, one or more water-soluble organic solvents can be used. The dispersion medium is preferably a mixed liquid of an organic solvent and water or water, particularly water, because it can be more uniformly mixed with the polyvinyl alcohol resin.
解繊方法としては、ブレンダータイプの分散機や高速回転するスリットの間に、セルロース繊維分散液を通して剪断力を働かせて解繊する方法(高速回転式ホモジナイザーを用いる方法)や、高圧から急に減圧することによって、セルロース繊維間に剪断力を発生させて解繊する方法(高圧ホモジナイザー法を用いる方法)、「マスコマイザーX(増幸産業)」のような対向衝突型の分散機等を用いる方法などが挙げられる。特に、高速回転式ホモジナイザーや高圧ホモジナイザーによる処理を採用することにより、解繊の効率が向上する。 Defibration methods include a blender-type disperser and a high-speed rotating slit that uses a cellulose fiber dispersion to apply a shearing force (using a high-speed rotating homogenizer), or a sudden decrease in pressure from high pressure. By using a high-pressure homogenizer method, a method using a counter-impact type disperser such as “Masscomizer X (Masuyuki Sangyo)”, etc. Is mentioned. In particular, the efficiency of defibration is improved by adopting a treatment using a high-speed rotation type homogenizer or a high-pressure homogenizer.
これらの処理で解繊する場合は、セルロース繊維原料としての固形分濃度が0.1重量%以上、好ましくは0.2重量%以上、特に0.3重量%以上、また10重量%以下、特に6重量%以下のセルロース繊維分散液に対して解繊処理を行うことが好ましい。この解繊処理に供するセルロース繊維分散液中の固形分濃度が低過ぎると処理するセルロース繊維原料量に対して液量が多くなり過ぎ効率が悪く、固形分濃度が高過ぎると流動性が悪く
なるため、解繊処理に供するセルロース繊維分散液は適宜水を添加するなどして濃度調整する。
In the case of defibration by these treatments, the solid content concentration as the cellulose fiber raw material is 0.1% by weight or more, preferably 0.2% by weight or more, particularly 0.3% by weight or more, and 10% by weight or less. It is preferable to perform a defibrating treatment on 6% by weight or less of the cellulose fiber dispersion. If the solid content concentration in the cellulose fiber dispersion to be subjected to the defibrating process is too low, the amount of liquid will be excessive with respect to the amount of cellulose fiber raw material to be processed, and the efficiency will be poor, and if the solid content concentration is too high, the fluidity will be poor. Therefore, the concentration of the cellulose fiber dispersion used for the defibrating treatment is adjusted by adding water as appropriate.
なお、このような高圧ホモジナイザーによる処理、高速回転式ホモジナイザーによる処理の後に、超音波処理を組み合わせた解繊(微細化)処理を行ってもよい。
また、解繊処理した後は、遠心分離を用いてセルロース繊維分散液中の解繊不良のセルロース繊維を分離、除去してもよい。遠心分離でセルロース繊維分散液中の解繊不良のセルロース繊維を分離、除去することで、より均一で細かい微細セルロース繊維分散液の上澄み液が得られ、セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの透明性がより向上し、機械物性、線膨張係数、乾燥収縮、水中安定性もより良好となる。遠心分離の条件については、用いる解繊処理によるので特に限定されるものではないが、例えば3000G以上、好ましくは10000G以上の遠心力をかけることが好ましい。また、遠心分離の時間は例えば1分以上、好ましくは5分以上とすることが好ましい。遠心力が小さすぎたり、時間が短すぎたりすると、解繊不良のセルロース繊維の分離・除去が不十分になり、好ましくない。
In addition, you may perform the fibrillation (miniaturization) process which combined the ultrasonic process after the process by such a high voltage | pressure homogenizer and the process by a high-speed rotation type homogenizer.
Moreover, after the defibrating treatment, cellulose fibers with poor defibration in the cellulose fiber dispersion may be separated and removed by using centrifugal separation. By separating and removing cellulose fibers with poor defibration in the cellulose fiber dispersion by centrifugation, a supernatant of a more uniform and finer fine cellulose fiber dispersion can be obtained, and the transparency of the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film is improved. The mechanical properties, linear expansion coefficient, drying shrinkage, and stability in water are improved. The conditions for centrifugation are not particularly limited because they depend on the defibrating treatment used, but it is preferable to apply a centrifugal force of, for example, 3000 G or more, preferably 10,000 G or more. Further, the centrifugation time is, for example, 1 minute or longer, preferably 5 minutes or longer. If the centrifugal force is too small or the time is too short, separation / removal of poorly defibrated cellulose fibers becomes insufficient, which is not preferable.
また、遠心分離を行う際、セルロース繊維分散液の粘度が高いと、分離効率が落ちるため好ましくない。このため、セルロース繊維分散液の粘度としては、25℃において測定されるずり速度10s−1における粘度が500mPa・s以下、好ましくは100mPa・s以下であることが好ましい。 Further, when the centrifugal separation is performed, it is not preferable that the viscosity of the cellulose fiber dispersion is high because the separation efficiency is lowered. For this reason, as a viscosity of a cellulose fiber dispersion liquid, it is preferable that the viscosity in shear rate 10s- 1 measured in 25 degreeC is 500 mPa * s or less, Preferably it is 100 mPa * s or less.
<変性セルロース繊維の繊維径>
本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムに用いる変性されたセルロース繊維の数平均繊維径は、好ましくは20nm以下、より好ましくは15nm以下、さらに好ましくは10nm以下、特に好ましくは8nm以下である。また、該セルロース繊維の数平均繊維径は、小さい程好ましいが、高い補強効果を発現するためには、セルロースの結晶性を維持することが重要であり、2nm以上が好ましい。セルロース繊維の平均繊維径が上記の下限値未満の場合は、セルロースのI型結晶構造が維持できない場合があり、繊維自体の強度や弾性率が低下し、補強効果が得られ難い傾向がある。また、セルロース繊維の平均繊維径が上記上限値を超える場合はポリビニルアルコール系樹脂との接触面積が小さくなるため、補強効果が小さくなったり、透明性が悪化したりする傾向がある。
<Fiber diameter of modified cellulose fiber>
The number average fiber diameter of the modified cellulose fiber used for the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention is preferably 20 nm or less, more preferably 15 nm or less, still more preferably 10 nm or less, and particularly preferably 8 nm or less. Further, the number average fiber diameter of the cellulose fibers is preferably as small as possible. However, in order to exhibit a high reinforcing effect, it is important to maintain the crystallinity of cellulose, and 2 nm or more is preferable. When the average fiber diameter of the cellulose fibers is less than the above lower limit value, the cellulose I-type crystal structure may not be maintained, and the strength and elastic modulus of the fibers themselves are lowered, and the reinforcing effect tends to be hardly obtained. In addition, when the average fiber diameter of the cellulose fibers exceeds the above upper limit value, the contact area with the polyvinyl alcohol-based resin becomes small, so that the reinforcing effect tends to be small and the transparency tends to deteriorate.
<変性セルロース繊維の繊維長>
本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムに用いる変性されたセルロース繊維の数平均繊維長は、好ましくは1μm以下、より好ましくは900nm以下、さらに好ましくは800nm以下である。変性セルロース繊維の数平均繊維長をこの範囲にすることにより、ポリビニルアルコール系樹脂中での変性セルロース繊維の分散性が向上する。また、該セルロース繊維の数平均繊維長は、小さい程好ましいが、天然セルロースのレベルオフ重合度を考えると、実質的には好ましくは100nm以上、より好ましくは150nm以上、さらに好ましくは200nm以上であることがより好ましい。
<Fiber length of modified cellulose fiber>
The number average fiber length of the modified cellulose fiber used for the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention is preferably 1 μm or less, more preferably 900 nm or less, and still more preferably 800 nm or less. By setting the number average fiber length of the modified cellulose fibers within this range, the dispersibility of the modified cellulose fibers in the polyvinyl alcohol resin is improved. The number average fiber length of the cellulose fibers is preferably as small as possible, but considering the level-off polymerization degree of natural cellulose, it is preferably preferably 100 nm or more, more preferably 150 nm or more, and further preferably 200 nm or more. It is more preferable.
尚、本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムに用いる変性されたセルロース繊維の数平均繊維長及び繊維径は、該セルロース繊維分散液中の分散媒を乾燥除去した後、走査型電子顕微鏡(以下「SEM」と称す場合がある。)や透過型電子顕微鏡(以下「TEM」と称す場合がある。)原子間力顕微鏡(以下「AFM」と称す場合がある。)、X線小角散乱(以下「SAXS」と称す場合がある。)等で観察することにより計測して求めることができる。セルロース繊維の数平均繊維径をSEMで測定する場合は、30,000倍に拡大したSEM写真の対角線に線を引き、その近傍にある繊維をランダムに12点抽出し、最も太い繊維と最も細い繊維を除去した10点の測定値の平均を数
平均繊維径とする。セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルム中のセルロース繊維についても、ポリビニルアルコール系樹脂を除去して同様に観察することにより計測して求めることができる。
The number average fiber length and fiber diameter of the modified cellulose fibers used in the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention are determined by drying and removing the dispersion medium in the cellulose fiber dispersion, and then using a scanning electron microscope (hereinafter “ "SEM"), transmission electron microscope (hereinafter sometimes referred to as "TEM"), atomic force microscope (hereinafter sometimes referred to as "AFM"), X-ray small angle scattering (hereinafter referred to as "SEM"). It may be referred to as “SAXS”. When measuring the number average fiber diameter of cellulose fibers with SEM, a line is drawn on the diagonal line of the SEM photograph magnified 30,000 times, and 12 fibers in the vicinity are extracted at random, the thickest fiber and the thinnest fiber. The average of the 10 measured values from which the fibers have been removed is taken as the number average fiber diameter. The cellulose fiber in the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film can also be measured and determined by removing the polyvinyl alcohol-based resin and observing in the same manner.
[その他の成分]
本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムは、上記変性されたセルロース繊維及びポリビニルアルコール系樹脂のみを含む組成物から製造されるポリビニルアルコールフィルムに限定されない。界面活性剤や可塑剤などを適宜配合して製膜することによりセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムを製造することも好ましい。また、本発明の目的を損なわない範囲内で、フィラーを配合することもできる。
[Other ingredients]
The cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention is not limited to the polyvinyl alcohol film produced from the composition containing only the modified cellulose fiber and the polyvinyl alcohol-based resin. It is also preferable to produce a cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film by forming a film by appropriately blending a surfactant, a plasticizer and the like. Moreover, a filler can also be mix | blended within the range which does not impair the objective of this invention.
<界面活性剤>
界面活性剤は、ポリビニルアルコールフィルムの製膜装置であるドラムやベルト等の金属表面と製膜したフィルムとの離型性の向上を目的として配合される。
界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤として、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル類、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル類、ポリオキシアルキレンアルキルエステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシアルキレンアルキルアミン類、ポリオキシアルキレンアルキルアミド類、ポリプロピレングリコールエーテル類、アセチレングリコール類、アリルフェニルエーテル類等が挙げられる。
<Surfactant>
The surfactant is blended for the purpose of improving the releasability between a metal surface such as a drum or belt which is a film forming apparatus for a polyvinyl alcohol film and the film formed.
Examples of the surfactant include nonionic surfactants such as polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyalkylene alkyl phenyl ethers, polyoxyalkylene alkyl esters, sorbitan fatty acid esters, polyoxyalkylene alkyl amines, polyoxyalkylene alkyl amines, Examples include oxyalkylene alkylamides, polypropylene glycol ethers, acetylene glycols, and allyl phenyl ethers.
また、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤を用いてもよく、アニオン系界面活性剤としては、例えば、ラウリン酸カリウム等のカルボン酸型、オクチルサルフェート等の硫酸エステル型、ドデシルベンゼンスルホネート等のスルホン酸型のアニオン系界面活性剤が好適である。カチオン系界面活性剤としては、例えば、ラウリルアミン塩酸塩等のアミン類、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等の第四級アンモニウム塩類、ラウリルビリジニウムクロライド等のピリジウム塩等が挙げられる。両性界面活性剤としては、例えば、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン等が挙げられる。 In addition, anionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants may be used. Examples of the anionic surfactant include carboxylic acid types such as potassium laurate and sulfate ester types such as octyl sulfate. A sulfonic acid type anionic surfactant such as dodecylbenzenesulfonate is preferred. Examples of the cationic surfactant include amines such as laurylamine hydrochloride, quaternary ammonium salts such as lauryltrimethylammonium chloride, and pyridium salts such as laurylbiridinium chloride. Examples of amphoteric surfactants include N-alkyl-N, N-dimethylammonium betaine.
界面活性剤は、1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記ポリビニルアルコール系樹脂に配合される界面活性剤の配合量については、本発明の目的を損なわない程度であればよく、また、ブリードアウトし、例えば表面が白化するなどのフィルム表面の外観特性が低下することのない程度であればよく、通常はポリビニルアルコール系樹脂100重量部に対して1重量部以下、好ましくは0.8重量部以下、特に好ましくは0.5重量部以下である。
Surfactant can be used 1 type or in combination of 2 or more types.
About the compounding quantity of surfactant mix | blended with the said polyvinyl alcohol-type resin, what is necessary is just a grade which does not impair the objective of this invention, Moreover, the external appearance characteristic of film surfaces, such as bleeding out and the surface whitening, is carried out. The amount is not limited, and is usually 1 part by weight or less, preferably 0.8 part by weight or less, and particularly preferably 0.5 part by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol resin.
<可塑剤>
可塑剤は、フィルムに柔軟性を付与する目的で配合される。
可塑剤としては、例えば、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン等のグリセリン類やトリメチロールプロパン、マンニトール、ソルビトール、ペンタエリスリトール等の3価以上の多価アルコール類等があげられる。これらは単独であるいは2種以上併せて用いられる。
<Plasticizer>
The plasticizer is blended for the purpose of imparting flexibility to the film.
Examples of the plasticizer include glycerins such as glycerin, diglycerin, and triglycerin, and trihydric or higher polyhydric alcohols such as trimethylolpropane, mannitol, sorbitol, and pentaerythritol. These may be used alone or in combination of two or more.
上記ポリビニルアルコール系樹脂に配合される可塑剤の配合量は、ポリビニルアルコール系樹脂100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、より好ましくは8重量部以下である。上記可塑剤の配合量が多すぎると、フィルムの腰がなくなり扱いにくくなる傾向があり、さらには白化など、得られる加飾成形品の表面の外観低下の原因となる傾向にある。なお、可塑剤の含有量は、可塑剤の種類により適宜選択され、例えば、可塑効果の高いグリセリンであれば、0.5〜5重量部程度で足りる。 The blending amount of the plasticizer blended in the polyvinyl alcohol resin is preferably 10 parts by weight or less, more preferably 8 parts by weight or less, with respect to 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol resin. When the blending amount of the plasticizer is too large, the film tends to become dull and difficult to handle, and further, it tends to cause a decrease in the appearance of the surface of the resulting decorative molded product, such as whitening. In addition, content of a plasticizer is suitably selected by the kind of plasticizer, For example, if it is glycerol with a high plasticizing effect, about 0.5-5 weight part is enough.
<フィラー>
フィラーとしては、例えば、澱粉(各種未加工品だけでなく、エーテル化、酸化、変性品でも良い)やポリメチルメタクリレート等の有機粉末、タルク、雲母、シリカ等の無機粉末等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。なかでも、澱粉が好適に用いられる。
<Filler>
Examples of the filler include starch (not only various raw products but also etherified, oxidized and modified products), organic powders such as polymethyl methacrylate, inorganic powders such as talc, mica and silica. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, starch is preferably used.
上記ポリビニルアルコール系樹脂に配合されるフィラーの配合量は、ポリビニルアルコール系樹脂100重量部に対して、20重量部以下であることが好ましく、特に好ましくは15重量部以下である。上記フィラーの配合量が多すぎると、実用面でフィルム強度が低下する傾向がある。
さらに、本発明の効果を妨げない範囲で、抗酸化剤(フェノール系、アミン系等)、安定剤(リン酸エステル類等)、着色料、香料、増量剤、消泡剤、防錆剤、紫外線吸収剤、さらには他の水溶性高分子化合物(ポリアクリル酸ソーダ、ポリビニルピロリドン、デキストリン、キトサン、キチン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等)等の他の添加剤を適宜配合してもよい。
It is preferable that the compounding quantity of the filler mix | blended with the said polyvinyl alcohol-type resin is 20 weight part or less with respect to 100 weight part of polyvinyl alcohol-type resin, Most preferably, it is 15 weight part or less. If the blending amount of the filler is too large, the film strength tends to decrease in practical use.
Furthermore, as long as the effects of the present invention are not hindered, antioxidants (phenolic, amine-based, etc.), stabilizers (phosphate esters, etc.), coloring agents, fragrances, extenders, antifoaming agents, rust inhibitors, Other additives such as ultraviolet absorbers and other water-soluble polymer compounds (polyacrylic acid soda, polyvinylpyrrolidone, dextrin, chitosan, chitin, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, etc.) may be appropriately blended.
以上のような構成を有する本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムは、光学特性が優れ、機械物性、線膨張係数が良好であり、乾燥収縮が小さく水中安定性が良好である。さらに、従来のポリビニルアルコールフィルムとしての特性、すなわち親水性、水溶性、耐有機溶剤性、ガスバリア性等の優れた特性を保持しているので、光学フィルム、各種包装材料、シードテープ、転写用積層体のベースフィルム、に限定せず、液圧転写用積層体のベースフィルムとして用いてもよく、さらに、その他の、ポリビニルアルコール系フィルムの用途として従来より公知の用途にも用いることができる。 The cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention having the configuration as described above has excellent optical properties, good mechanical properties and linear expansion coefficient, small drying shrinkage and good underwater stability. In addition, it retains the properties of conventional polyvinyl alcohol films, that is, excellent properties such as hydrophilicity, water solubility, organic solvent resistance, gas barrier properties, etc., so optical films, various packaging materials, seed tapes, laminates for transfer It is not limited to the base film of the body, but may be used as a base film of a laminate for hydraulic transfer, and can also be used for conventionally known uses as other uses of the polyvinyl alcohol film.
[セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの製造方法]
以下に、本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの製造方法について説明する。
まず、上記ポリビニルアルコール系樹脂、必要に応じて界面活性剤、可塑剤、その他の添加剤等を所定の配合量にて配合し、水に溶解して、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液を調製する。必要に応じて、特に鹸化度の高いポリビニルアルコール系樹脂の場合は、室温から130℃程度の温度をかけることが好ましい。また、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液を作製するにあたって、水に溶解させるかわりに、前述の変性されたセルロース繊維の分散液に溶解しても構わない。
[Method for producing cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film]
Below, the manufacturing method of the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of this invention is demonstrated.
First, the polyvinyl alcohol-based resin and, if necessary, a surfactant, a plasticizer, other additives and the like are blended in a predetermined blending amount and dissolved in water to prepare a polyvinyl alcohol-based resin aqueous solution. If necessary, in the case of a polyvinyl alcohol resin having a particularly high saponification degree, it is preferable to apply a temperature from room temperature to about 130 ° C. In preparing the aqueous polyvinyl alcohol resin solution, instead of dissolving it in water, it may be dissolved in the above-mentioned modified dispersion of cellulose fibers.
ポリビニルアルコール系樹脂水溶液中のポリビニルアルコール系樹脂濃度としては、通常2〜30重量%であることが好ましく、特には4〜25重量%であることが好ましい。かかる濃度が低すぎると膜厚の安定性が低下する傾向があり、高すぎると高粘度となり製膜が困難になる傾向がある。
ポリビニルアルコール系樹脂水溶液と前述の変性されたセルロース繊維の分散液の混合に関しては、一般的な混合方法で構わないが、均一に混合されるよう十分に混合することが好ましい。必要に応じて、室温から130℃程度の温度をかけることが好ましい。また、鹸化度の高いポリビニルアルコール系樹脂の場合は、混合工程からフィルム化までの間、ポリビニルアルコール系樹脂の溶解状態が保たれるような温度を維持することも好ましい。
ポリビニルアルコール系樹脂水溶液と前述の変性されたセルロース繊維の分散液の混合液中の前述の変性されたセルロース繊維の量は、ポリビニルアルコール系樹脂100重量部に対して、通常0.1重量部以上、好ましくは0.2重量部以上、特に好ましくは0.5重量部以上である。また、通常50重量部以下、好ましくは30重量部以下、特に好ましくは20重量部以下である。上記下限値以上の場合、フィルムの機械物性及び水中安定性がより良好となり、線膨張係数及び乾燥収縮率がより小さくなる。また、上記上限値以
下の場合、フィルムの光学特性がより高くなる。
As a polyvinyl alcohol-type resin density | concentration in a polyvinyl-alcohol-type resin aqueous solution, it is preferable normally that it is 2-30 weight%, and it is especially preferable that it is 4-25 weight%. If the concentration is too low, the stability of the film thickness tends to decrease. If the concentration is too high, the viscosity tends to be high and film formation tends to be difficult.
Regarding the mixing of the polyvinyl alcohol-based resin aqueous solution and the dispersion of the above-described modified cellulose fiber, a general mixing method may be used, but it is preferable to mix them sufficiently so that they are uniformly mixed. If necessary, it is preferable to apply a temperature from room temperature to about 130 ° C. In the case of a polyvinyl alcohol resin having a high degree of saponification, it is also preferable to maintain a temperature at which the dissolved state of the polyvinyl alcohol resin is maintained from the mixing step to film formation.
The amount of the modified cellulose fiber in the mixed solution of the polyvinyl alcohol resin aqueous solution and the modified cellulose fiber dispersion is usually 0.1 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the polyvinyl alcohol resin. , Preferably 0.2 parts by weight or more, particularly preferably 0.5 parts by weight or more. Further, it is usually 50 parts by weight or less, preferably 30 parts by weight or less, particularly preferably 20 parts by weight or less. When it is at least the above lower limit, the mechanical properties and underwater stability of the film become better, and the linear expansion coefficient and the drying shrinkage rate become smaller. Moreover, in the case of the upper limit or less, the optical properties of the film become higher.
フィルム化についても、特に限定されず、一般的な混合方法で構わない。
例えば、PETフィルム、ガラス、SUS板等にアプリケーターを用いて、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液と前述の変性されたセルロース繊維の分散液の混合液を塗布したり、ゴム等で作製した枠型に流涎させ、乾燥させることにより、フィルム状化させ、必要に応じてさらに熱処理することにより製造させる。
The film formation is not particularly limited, and a general mixing method may be used.
For example, using an applicator on a PET film, glass, SUS plate, etc., a mixture of a polyvinyl alcohol-based resin aqueous solution and the above-mentioned modified cellulose fiber dispersion is applied, or is poured into a frame made of rubber or the like. Then, it is made into a film by drying and is further heat-treated as necessary.
この際、流涎させる基板は必要に応じて温度をかけることが好ましい。この乾燥温度としては、通常、20〜150℃であることが好ましい。また、必要に応じて、段階的に温度をかけてもよい。
上記乾燥の後、必要に応じて熱処理を行ってもよい。熱処理の方法としては、例えば、熱ロール(カレンダーロールを含む)、熱風、遠赤外線、誘電加熱等の方法があげられる。上記熱処理は、通常50〜130℃で行うことが好ましく、より好ましくは60〜120℃である。
At this time, it is preferable to apply a temperature to the substrate to be fluted as necessary. The drying temperature is usually preferably 20 to 150 ° C. Moreover, you may apply temperature in steps as needed.
After the drying, heat treatment may be performed as necessary. Examples of the heat treatment method include a hot roll (including a calender roll), hot air, far infrared rays, dielectric heating, and the like. It is preferable to perform the said heat processing normally at 50-130 degreeC, More preferably, it is 60-120 degreeC.
本発明の変性されたセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの膜厚は、10〜100μmであることが好ましく、10〜80μmであることがより好ましく、10〜60μmであることが特に好ましい。
このようにして得られる本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムは、光学特性が優れ、機械物性、線膨張係数が良好であり、乾燥収縮が小さく水中安定性が良好である。
The film thickness of the modified cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention is preferably 10 to 100 μm, more preferably 10 to 80 μm, and particularly preferably 10 to 60 μm.
The cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention thus obtained has excellent optical properties, good mechanical properties and a linear expansion coefficient, low drying shrinkage and good underwater stability.
[セルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの用途]
本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムは、光学特性が優れ、機械物性、線膨張係数が良好であり、乾燥収縮が小さく水中安定性が良好である。さらに、従来のポリビニルアルコールフィルムとしての特性、すなわち親水性、水溶性、耐有機溶剤性、ガスバリア性等の優れた特性を保持している。従って、本発明のセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムは、光学フィルム、各種包装材料、シードテープ、転写用積層体のベースフィルム、液圧転写用積層体のベースフィルム等に用いることができる。
[Use of cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film]
The cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention has excellent optical properties, good mechanical properties and linear expansion coefficient, small drying shrinkage and good underwater stability. Further, it retains the properties as a conventional polyvinyl alcohol film, that is, excellent properties such as hydrophilicity, water solubility, organic solvent resistance, and gas barrier properties. Therefore, the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of the present invention can be used for optical films, various packaging materials, seed tapes, base films for laminates for transfer, base films for laminates for hydraulic transfer, and the like.
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
また、セルロース繊維の数平均繊維径及び数平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、以下のようにして測定した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the description of the following examples unless the gist of the present invention is exceeded.
Moreover, the number average fiber diameter and number average fiber length of the cellulose fiber were measured as follows using an atomic force microscope (AFM).
<AFM>
手法:原子間力顕微鏡法(タッピングモード)
探針:未修飾のSi製カンチレバー(NCH)
環境:室温・大気中(湿度50%程度)
装置:ブルカー社製Digital Instrument NanoscopeIIIデ−タサンプリング数:512x512ポイント
AFM造の種別:高さ像、位相像(繊維一つひとつを認識するため)
画像解析法:AFM観察像から繊維をトレースして、繊維を一本ずつ抽出し、繊維一本の高さの最高値を繊維の太さとして計測した。この計測値を平均して数平均繊維径とした。また、観察像から繊維長を計測し、繊維長の分布を求めた。
<AFM>
Method: Atomic force microscopy (tapping mode)
Probe: Unmodified Si cantilever (NCH)
Environment: Room temperature and air (humidity about 50%)
Equipment: Digital Instrument Nanoscope III data sampling number manufactured by Bruker, Inc .: 512 × 512 point AFM type: Height image, phase image (to recognize each fiber)
Image analysis method: The fibers were traced from the AFM observation image, the fibers were extracted one by one, and the maximum value of the height of each fiber was measured as the fiber thickness. The measured values were averaged to obtain a number average fiber diameter. Further, the fiber length was measured from the observed image, and the fiber length distribution was determined.
(製造例1)カチオン化セルロース繊維の製造
2−プロパノール250重量部にセルロース繊維原料として広葉樹漂白クラフトパルプ
(LBKP、王子ホールディング社製、固形分30質量%)32.4重量部を添加し、次いで1mol/L水酸化ナトリウム水溶液5.83重量部、カチオン化剤としてグリシジルトリメチルアンモニウムクロリドの80質量%水溶液(カチオマスターG(登録商標)、四日市合成社製)4.86重量部を添加し、室温で3時間撹拌した。
(Production Example 1) Production of Cationized Cellulose Fibers 32.4 parts by weight of hardwood bleached kraft pulp (LBKP, manufactured by Oji Holdings Co., Ltd., solid content 30% by mass) as a cellulose fiber raw material was added to 250 parts by weight of 2-propanol, and then 5.83 parts by weight of a 1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution and 4.86 parts by weight of an 80% by weight aqueous solution of glycidyltrimethylammonium chloride (Cathiomaster G (registered trademark), Yokkaichi Gosei Co., Ltd.) as a cationizing agent were added at room temperature. For 3 hours.
その後、50℃に昇温し、セルロース繊維原料とカチオン化剤とを90分間反応させた。反応後、濾別したケーキを脱塩水600重量部に分散させ10質量%酢酸水溶液で中和した後、再度濾別した。
次いで、濾液の電気伝導度が50μS/cm未満になるまで脱塩水で洗浄しカチオン基を導入したセルロース繊維原料を得た。
Thereafter, the temperature was raised to 50 ° C., and the cellulose fiber raw material and the cationizing agent were reacted for 90 minutes. After the reaction, the cake separated by filtration was dispersed in 600 parts by weight of desalted water, neutralized with a 10% by mass aqueous acetic acid solution, and then filtered again.
Next, the filtrate was washed with demineralized water until the electric conductivity of the filtrate was less than 50 μS / cm to obtain a cellulose fiber raw material into which a cationic group was introduced.
この微細セルロース繊維のカチオン基量を、窒素測定装置(TN−10、三菱化学アナリテック社製)を用いてJIS−K2609に準じて測定したところ、0.43mmol/gであった。
このカチオン基を導入したセルロース繊維原料を0.5質量%含む水分散液を作製し、高速回転式ホモジナイザー(クレアミックス−0.8S、エム・テクニック社製)を用いて、20000rpmで60分間解繊処理を行った。
It was 0.43 mmol / g when the amount of cation groups of this fine cellulose fiber was measured according to JIS-K2609 using the nitrogen measuring device (TN-10, Mitsubishi Chemical Analytech make).
An aqueous dispersion containing 0.5% by mass of the cellulose fiber raw material into which this cationic group was introduced was prepared, and dissolved at 20000 rpm for 60 minutes using a high-speed rotating homogenizer (CLEAMIX-0.8S, manufactured by M Technique Co., Ltd.). Fiber processing was performed.
この水分散液を0.2重量%に希釈し、遠心分離機(日立工機社製CR23)で38900Gで30分間遠心分離処理し上澄み液を回収した。(セルロース繊維1)
得られたセルロース繊維1の数平均繊維径は3.2nm、数平均繊維長は778nmであった。
The aqueous dispersion was diluted to 0.2% by weight, and centrifuged at 38900 G for 30 minutes with a centrifuge (CR23 manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) to recover the supernatant. (Cellulose fiber 1)
The obtained cellulose fiber 1 had a number average fiber diameter of 3.2 nm and a number average fiber length of 778 nm.
(製造例2)燐酸化セルロース繊維の製造
燐酸二水素ナトリウム二水和物6.75g、燐酸水素二ナトリウム4.83gを19.62gの水に溶解させ、燐酸化試薬水溶液を得た。この燐酸化試薬水溶液のpHは25℃で6.0であった。
Production Example 2 Production of Phosphorylated Cellulose Fiber 6.75 g of sodium dihydrogen phosphate dihydrate and 4.83 g of disodium hydrogen phosphate were dissolved in 19.62 g of water to obtain a phosphorylating reagent aqueous solution. The pH of this phosphorylating reagent aqueous solution was 6.0 at 25 ° C.
セルロース繊維原料として、針葉樹晒クラフトパルプ(王子ホールディング社製、水分
50%、JIS P8121(1995年)に準して測定されるカナダ標準濾水度(CSF)700ml)に濃度4重量%となるように水を加えて、ダブルディスクリファイナー
で変則CSF(平織80メッシュ、パルプ採取量を0.3gとした以外はJIS P8121(1995年)に準ずる)で250ml、平均繊維長が0.68mmになるまで叩解してパルプスラリーを得た。得られたパルプスラリーを0.3重量%に希釈した後、抄紙法により含水率90%のパルプシート(絶乾重量として3g、厚み200μm)を得た。このパルプシートを前記燐酸化試薬水溶液31.2g(乾燥パルプ100重量部に対して
燐元素量として80.2重量部)に浸漬させた後、105℃の送風乾燥機(ヤマト科学社
製、DKM400)にて1時間乾燥処理し、さらに150℃の送風乾燥機(DKM400、前出)で1時間加熱処理して、セルロースに燐酸来を導入したパルプシートを得た。
As a cellulose fiber raw material, a conifer bleached kraft pulp (manufactured by Oji Holdings Co., Ltd., moisture 50%, Canadian standard freeness (CSF) 700 ml measured according to JIS P8121 (1995)) is 4% by weight. Add water to the plate and use a double disc refiner to add 250 ml with anomalous CSF (according to JIS P8121 (1995) except that plain mesh 80 mesh, pulp collection amount is 0.3 g) until the average fiber length is 0.68 mm. A pulp slurry was obtained by beating. After the obtained pulp slurry was diluted to 0.3% by weight, a pulp sheet having a moisture content of 90% (3 g as an absolute dry weight, thickness 200 μm) was obtained by a papermaking method. The pulp sheet was immersed in 31.2 g of the phosphorylating reagent aqueous solution (80.2 parts by weight as the amount of phosphorus element with respect to 100 parts by weight of the dried pulp), and then blown and dried at 105 ° C. (DKM400, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). ) For 1 hour, and further heat-treated for 1 hour with a blow dryer (DKM400, supra) at 150 ° C. to obtain a pulp sheet in which phosphoric acid was introduced into cellulose.
次いで、燐酸基を導入したパルプシートに500mlのイオン交換水を加え、攪拌洗浄後、濾過脱水して脱水パルプを得た。得られた脱水パルプを300mlのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1Nの水酸化ナトリウム水溶液5mlを少しずつ添加し、pHが12〜13のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを濾過脱水し、500mlのイオン交換水による洗浄および濾過脱水を計3回繰り返して、最終的に燐酸セルロースを得た(セルロース繊維2)。
得られたセルロース繊維2の数平均繊維径は2.6nm、数平均繊維長は665nmであった。
Next, 500 ml of ion-exchanged water was added to the pulp sheet into which phosphate groups had been introduced, and after stirring and washing, filtration and dehydration were performed to obtain dehydrated pulp. The obtained dehydrated pulp was diluted with 300 ml of ion-exchanged water, and 5 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution was added little by little with stirring to obtain a pulp slurry having a pH of 12 to 13. Thereafter, this pulp slurry was filtered and dehydrated, and washing with 500 ml of ion-exchanged water and filtration and dehydration were repeated a total of three times to finally obtain cellulose phosphate (cellulose fiber 2).
The number average fiber diameter of the obtained cellulose fibers 2 was 2.6 nm, and the number average fiber length was 665 nm.
<燐酸基の導入量>
燐酸由来の基のセルロース繊維2への導入量については、TAPPI T237 cm−08(2008)を応用して算出した。具体的には、セルロースに導入された燐酸基の導入量をより広範囲まで算出可能にするために、前記試験方法に用いる試験液のうち、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)/塩化ナトリウム(NaCl)=0.84g/5.85gを蒸留水で1000mlに溶解希釈した試験液を、水酸化ナトリウム1.60gを蒸留水で1000mlに溶解希釈した試験液に変更し、さらに置換基導入前後のセルロース繊維における算出値の差を実質的な置換基導入量(1価の酸性基)とした以外は、TAPPI T237 cm−08(2008)に準じて算出した。さらに多価の酸性基である燐酸由来の基の導入量を算出するため、前記得られた置換基導入量を、燐酸由来の基の酸価数で除した数値を、燐酸由来の基の導入量とした。
この方法に従い算出した、燐酸基の導入量は、0.59mmol/gであった。
<Introduction amount of phosphoric acid group>
The amount of phosphoric acid-derived groups introduced into the cellulose fiber 2 was calculated by applying TAPPI T237 cm-08 (2008). Specifically, in order to make it possible to calculate the introduction amount of phosphate groups introduced into cellulose over a wider range, among the test solutions used in the test method, sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) / sodium chloride (NaCl) = The test solution in which 0.84 g / 5.85 g was dissolved and diluted in 1000 ml with distilled water was changed to a test solution in which 1.60 g of sodium hydroxide was dissolved and diluted in 1000 ml with distilled water. The calculation was performed according to TAPPI T237 cm-08 (2008) except that the difference in the calculated values was changed to a substantial substituent introduction amount (monovalent acidic group). Furthermore, in order to calculate the introduction amount of a phosphoric acid-derived group that is a polyvalent acidic group, the value obtained by dividing the obtained substituent introduction amount by the acid number of the phosphoric acid-derived group is introduced into the phosphoric acid-derived group. The amount.
The amount of phosphate group introduced, calculated according to this method, was 0.59 mmol / g.
(実施例1)
ポリビニルアルコール(日本合成化学 NH−26)の4%水溶液を作製し、製造例1で作製したセルロース繊維1をポリビニルアルコール100重量部に対して1重量部となるように混合し、これを90℃1時間撹拌混合した。この混合液を濾過、脱泡し、PET上においたシリコンゴム製枠型にフィルム厚みが70μmとなるよう流涎した。これを30℃にて窒素気流化5時間乾燥し、さらに100℃で2時間真空乾燥した。
このようにして得られたセルロース繊維複合ポリビニルアルコールフィルムの枠型に対する乾燥後のフィルムの面積比で評価したところ、96.7%であった。
Example 1
A 4% aqueous solution of polyvinyl alcohol (Nippon Synthetic Chemical NH-26) was prepared, and the cellulose fiber 1 prepared in Production Example 1 was mixed so as to be 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol. Stir and mix for 1 hour. This mixed solution was filtered and degassed, and then poured into a silicon rubber frame mold placed on PET so that the film thickness became 70 μm. This was dried in a nitrogen stream at 30 ° C. for 5 hours, and further vacuum dried at 100 ° C. for 2 hours.
It was 96.7% when it evaluated by the area ratio of the film after drying with respect to the frame type | mold of the cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film obtained in this way.
(実施例2)
添加するセルロース繊維1の量をポリビニルアルコールに対して5.3重量部とした以外は実施例1と同様にしてフィルムを得た。
枠型に対する乾燥後のフィルムの面積比で評価したところ、98.3%であった。
(Example 2)
A film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of cellulose fiber 1 to be added was 5.3 parts by weight with respect to polyvinyl alcohol.
It was 98.3% when it evaluated by the area ratio of the film after drying with respect to a frame type | mold.
(比較例1)
セルロース繊維を添加しなかった以外は実施例1と同様にしてフィルムを得た。枠型に対する乾燥後のフィルムの面積比で評価したところ、84.0%であった。
実施例1、2、比較例1の結果を、表1に示す。
(Comparative Example 1)
A film was obtained in the same manner as in Example 1 except that no cellulose fiber was added. When evaluated by the area ratio of the film after drying with respect to the frame mold, it was 84.0%.
The results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in Table 1.
尚、ヘーズの測定は、スガ試験機製ヘーズメータを用いてC光源によるヘーズ値を測定した。
実施例1、2、比較例1より、セルロース繊維を添加することで、乾燥収縮が大きく改善することがわかった。また、乾燥収縮の改善度合いは添加するナノファイバーセルロースの量が多い程大きいことがわかった。
In addition, the haze measurement measured the haze value by C light source using the Suga Test Instruments haze meter.
From Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, it was found that drying shrinkage was greatly improved by adding cellulose fibers. Moreover, it turned out that the improvement degree of dry shrinkage is so large that there is much quantity of the nanofiber cellulose to add.
(実施例3)
ポリビニルアルコール(日本合成化学 NH−26)13重量%、エチレングリコール
1.8重量部、水85.2重量部を混合し、ミクロボンベに投入し、120℃1時間加熱
後、フラスコに移し、90℃1時間撹拌混合した。ここに、製造例1で作製したセルロー
ス繊維1をポリビニルアルコール100重量部に対して1重量部となるように混合し、これを90℃1時間撹拌混合した。この混合液を濾過、脱泡し、PET上にフィルム厚みが10μmとなるようアプリケーターを用いて塗布した。これを30℃にて窒素気流化2時間乾燥し、さらに100℃で2時間真空乾燥した。このフィルムを30mmx15mmにカットし、長軸方向に5mm間隔で印をつけ、両端を4.9gのクリップで固定し、片方をつるして水中での寸法安定性試験を行った。寸法変化率は30秒で50%、60秒で55%、120秒で55%であった。
(Example 3)
Polyvinyl alcohol (Nippon Synthetic Chemical NH-26) 13% by weight, ethylene glycol 1.8 parts by weight, water 85.2 parts by weight are mixed, put into a micro bomb, heated at 120 ° C. for 1 hour, transferred to a flask, 90 The mixture was stirred and mixed for 1 hour. The cellulose fiber 1 produced in Production Example 1 was mixed so as to be 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol, and this was stirred and mixed at 90 ° C. for 1 hour. This mixed solution was filtered and defoamed, and applied on PET using an applicator so that the film thickness was 10 μm. This was dried in a nitrogen stream at 30 ° C. for 2 hours, and further vacuum dried at 100 ° C. for 2 hours. This film was cut into 30 mm × 15 mm, marked at intervals of 5 mm in the major axis direction, fixed at both ends with 4.9 g clips, and suspended on one side for a dimensional stability test in water. The rate of dimensional change was 50% at 30 seconds, 55% at 60 seconds, and 55% at 120 seconds.
(実施例4)
セルロース繊維1をセルロース繊維2に変える以外は実施例3と同様にして、10μmのフィルムを得た。実施例3と同様に水中での寸法安定性試験を行ったところ、寸法変化率は30妙で52%、60秒で55%、120秒で70%であった。
Example 4
A 10 μm film was obtained in the same manner as in Example 3 except that the cellulose fiber 1 was changed to the cellulose fiber 2. When a dimensional stability test in water was performed in the same manner as in Example 3, the dimensional change rate was 30%, 52%, 55 seconds in 60 seconds, and 70% in 120 seconds.
(比較例2)
セルロース繊維を添加しなかった以外は実施例3と同様にして、10μmのフィルムを得た。実施例3と同様に水中での寸法安定性試験を行ったところ、寸法変化率は30妙で155%、60秒で190%、120秒で200%であった。
実施例3、4、比較例3の結果を、表2に示す。
(Comparative Example 2)
A 10 μm film was obtained in the same manner as in Example 3 except that no cellulose fiber was added. When a dimensional stability test in water was performed in the same manner as in Example 3, the dimensional change rate was 30 and 155%, 60 seconds was 190%, and 120 seconds was 200%.
The results of Examples 3 and 4 and Comparative Example 3 are shown in Table 2.
実施例3、4、比較例2より、ナノファイバーセルロースを添加することで、水中での寸法安定性が大きく改善されることがわかる。 From Examples 3 and 4 and Comparative Example 2, it can be seen that the dimensional stability in water is greatly improved by adding nanofiber cellulose.
(実施例5)
ポリビニルアルコール(日本合成化学 KH17)の5重量%水溶液を作製し、ここに、製造例1で作製したセルロース繊維1をポリビニルアルコール100重量部に対して0.5重量部となるように混合した。この混合液を脱泡し、PET上においたシリコンゴム製枠型にフィルム厚みが70μmとなるよう流涎した。これを60℃4時間乾燥した。
このフィルムを3mmx30mmにカットし、線膨張係数を測定したところ、60℃から100℃の値は45ppm/Kであった。
(Example 5)
A 5% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol (Nippon Synthetic Chemical KH17) was prepared, and the cellulose fiber 1 prepared in Production Example 1 was mixed therewith so as to be 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol. This mixed solution was degassed and poured into a silicon rubber frame mold placed on PET so that the film thickness became 70 μm. This was dried at 60 ° C. for 4 hours.
When this film was cut into 3 mm × 30 mm and the linear expansion coefficient was measured, the value from 60 ° C. to 100 ° C. was 45 ppm / K.
<線膨張係数の測定>
熱機械的分析装置(SII社製TMA「EXSTAR6000」)を用いて、引張モードでチャック間20mm、荷重98mN、窒素ガス雰囲気下で、温度プロファイルは25℃→(5℃/分 昇温)→100℃(5分保持)→(10℃/分 降温)→−10℃→(5℃/分 昇温)→180℃の条件で測定した。線膨張係数はセカンドランの60℃から100℃の測定値から求めた。
<Measurement of linear expansion coefficient>
Using a thermomechanical analyzer (TMA “EXSTAR6000” manufactured by SII), the temperature profile is 25 ° C. → (5 ° C./minute temperature increase) → 100 in a tension mode with a chuck distance of 20 mm, a load of 98 mN, and a nitrogen gas atmosphere. The measurement was performed under the conditions of ° C (5 minutes hold) → (10 ° C / minute temperature drop) → -10 ° C → (5 ° C / minute temperature rise) → 180 ° C. The linear expansion coefficient was determined from the measured values of second run from 60 ° C to 100 ° C.
(実施例6)
セルロース繊維1の添加量をポリビニルアルコール100重量部に対して1重量部とし
たこと以外は、実施例5と同様にしてフィルムを作製し、線膨張係数を測定したところ、60℃から100℃の値は30ppm/Kであった。
(Example 6)
A film was prepared in the same manner as in Example 5 except that the amount of cellulose fiber 1 added was 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol, and the linear expansion coefficient was measured. The value was 30 ppm / K.
(実施例7)
セルロース繊維1の添加量をポリビニルアルコール100重量部に対して5.3重量部としたこと以外は、実施例5と同様にしてフィルムを作製し、線膨張係数を測定したところ、60℃から100℃の値は25ppm/Kであった。
(Example 7)
A film was prepared in the same manner as in Example 5 except that the amount of cellulose fiber 1 added was 5.3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol, and the linear expansion coefficient was measured. The value of ° C. was 25 ppm / K.
(比較例3)
セルロース繊維1を添加しなかったこと以外は実施例5と同様にしてフィルムを作製し、線膨張係数を測定してところ、60℃から100℃の値は115ppm/Kであった。
(Comparative Example 3)
A film was prepared in the same manner as in Example 5 except that the cellulose fiber 1 was not added, and the linear expansion coefficient was measured. The value from 60 ° C. to 100 ° C. was 115 ppm / K.
(実施例8)
使用するポリビニルアルコールを日本合成化学社製N300としたこと以外は、実施例7と同様にしてフィルムを作製し、線膨張係数を測定してところ、60℃から100℃の値は45ppm/Kであった。
(Example 8)
A film was produced in the same manner as in Example 7 except that the polyvinyl alcohol used was N300 made by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd., and the linear expansion coefficient was measured. The value from 60 ° C. to 100 ° C. was 45 ppm / K. there were.
(比較例4)
セルロース繊維1を添加しなかったこと以外は実施例8と同様にしてフィルムを作製し、線膨張係数を測定してところ、60℃から100℃の値は85ppm/Kであった。
実施例5〜6、比較例3、4の結果を、表3に示す。
(Comparative Example 4)
A film was prepared in the same manner as in Example 8 except that the cellulose fiber 1 was not added, and the linear expansion coefficient was measured. The value from 60 ° C. to 100 ° C. was 85 ppm / K.
Table 3 shows the results of Examples 5 to 6 and Comparative Examples 3 and 4.
実施例5〜8、比較例3,4より、ナノファイバーセルロースを添加することで、線膨張係数が大きく改善されることがわかる。 It can be seen from Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 and 4 that the linear expansion coefficient is greatly improved by adding nanofiber cellulose.
(実施例9)
ポリビニルアルコール(日本合成化学 N300)の5%水溶液を作製し、製造例1で作製したセルロース繊維1をポリビニルアルコール100重量部に対して5.3重量部となるように混合し、濾過、脱泡し、PET上においたシリコンゴム製枠型にフィルム厚みが70μmとなるよう流涎した。これを30℃にて窒素気流化5時間乾燥し、さらに100℃で2時間真空乾燥しフィルムを作製した。このフィルムより、10mmx50mmのダンベルをカットし、ORIENTEC社製STA−1225にて引張試験を行った。その結果を表4に示す。
Example 9
A 5% aqueous solution of polyvinyl alcohol (Nippon Synthetic Chemical N300) is prepared, and the cellulose fiber 1 prepared in Production Example 1 is mixed so as to be 5.3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyvinyl alcohol, followed by filtration and defoaming. Then, the silicon rubber frame mold placed on PET was poured so that the film thickness became 70 μm. This was dried in a nitrogen stream at 30 ° C. for 5 hours, and further vacuum dried at 100 ° C. for 2 hours to produce a film. A 10 mm × 50 mm dumbbell was cut from this film, and a tensile test was performed with STA-1225 manufactured by ORIENTEC. The results are shown in Table 4.
(比較例5)
セルロース繊維1を添加しなかったこと以外は実施例9と同様にしてフィルムを作製し
、10mmx50mmのダンベルをカットし、引張試験を行った。その結果を表4に示す。
(Comparative Example 5)
A film was prepared in the same manner as in Example 9 except that the cellulose fiber 1 was not added, a 10 mm × 50 mm dumbbell was cut, and a tensile test was performed. The results are shown in Table 4.
実施例9と比較例5より、ナノファイバーセルロースを添加することで、機械的物性が大きく改善されることがわかる。 From Example 9 and Comparative Example 5, it can be seen that the mechanical properties are greatly improved by adding nanofiber cellulose.
Claims (5)
The manufacturing method of the modified cellulose fiber composite polyvinyl alcohol film of Claim 4 whose number average fiber length of the said modified cellulose fiber is 200 nm or more and 1 micrometer or less.
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