JP7187895B2 - FIBROUS CELLULOSE-CONTAINING RESIN COMPOSITION, LIQUID COMPOSITION, MOLDED PRODUCT AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLDED PRODUCT - Google Patents
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Description
本発明は、繊維状セルロース含有樹脂組成物、液状組成物、成形体及び成形体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fibrous cellulose-containing resin composition, a liquid composition, a molded article, and a method for producing a molded article.
ポリイミド樹脂は、ポリアミド酸等のポリイミド前駆体を硬化させることにより得られる熱硬化性樹脂である。ポリイミド樹脂は、耐熱性が高く、優れた機械特性や電気特性を有するため、ポリイミド樹脂から形成されるシートは、回路配線基板の基材などの用途に用いられている。ポリイミド樹脂からシートを作製する場合、基材上にポリアミド酸溶液を流延して、キャスト乾燥することが行われている。しかし、ポリイミド樹脂からなるシートは基材密着性が強く、基材から剥離しにくいという問題がある。 A polyimide resin is a thermosetting resin obtained by curing a polyimide precursor such as polyamic acid. Polyimide resins have high heat resistance and excellent mechanical and electrical properties. Therefore, sheets formed from polyimide resins are used as substrates for circuit wiring boards and the like. When a sheet is produced from a polyimide resin, a polyamic acid solution is cast on a base material, followed by cast drying. However, a sheet made of polyimide resin has a problem that it has strong adhesion to a substrate and is difficult to separate from the substrate.
このような課題に対して、基材とポリイミドフィルムのガラス転移温度を所定の範囲とすることで、基材からの剥離性を高めることが検討されている(特許文献1)。しかし、このような場合は、イミド化処理温度を300℃以上の高温にする必要があり、応用分野が制限される。また、基材とポリアミド酸溶液の間に溶剤を介在させてキャストする方法も検討されている(特許文献2)。 In order to solve such problems, it has been studied to increase the releasability from the substrate by setting the glass transition temperature of the substrate and the polyimide film within a predetermined range (Patent Document 1). However, in such a case, it is necessary to set the imidization treatment temperature to a high temperature of 300° C. or higher, which limits the fields of application. A method of casting with a solvent interposed between the base material and the polyamic acid solution has also been studied (Patent Document 2).
ところで、繊維状セルロースとしては、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースが知られている。このような微細繊維状セルロースは、新たな素材として注目されており、その用途は多岐にわたる。例えば、微細繊維状セルロースを含む樹脂複合体の開発が進められている。樹脂に微細繊維状セルロースを配合することで繊維同士の接点が増加することから、強度や剛性を向上させることができる。 By the way, as fibrous cellulose, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is known. Such fine fibrous cellulose is attracting attention as a new material, and its uses are diverse. For example, development of resin composites containing fine fibrous cellulose is underway. By blending the fine fibrous cellulose with the resin, the number of contact points between the fibers increases, so that the strength and rigidity can be improved.
例えば、特許文献3には、ポリイミド樹脂とセルロースナノファイバーを架橋したことを特徴とする透明な複合フィルムが開示されている。ここでは、セルロースナノファイバーが、パルプは、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシルで酸化処理することで得られる。また、特許文献4には、バインダー成分と、数平均繊維径3nm~1000nmのセルロースナノファイバーと、アクリル系共重合化合物と、を含むことを特徴とするプリント配線板材料が開示されている。ここでは、バインダー成分として、熱硬化性のポリイミドを用いることが検討されている。なお、特許文献4では、セルロースナノファイバーは未変性のセルロースナノファイバーが用いられている。 For example, Patent Document 3 discloses a transparent composite film characterized by cross-linking a polyimide resin and cellulose nanofibers. Here, cellulose nanofibers are obtained by oxidation treatment of pulp with 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl. Further, Patent Document 4 discloses a printed wiring board material comprising a binder component, cellulose nanofibers having a number average fiber diameter of 3 nm to 1000 nm, and an acrylic copolymer compound. Here, the use of thermosetting polyimide as the binder component is being studied. In Patent Document 4, unmodified cellulose nanofibers are used as the cellulose nanofibers.
上述したような微細繊維状セルロースを含むポリイミド樹脂成形体においては、熱線膨張率や熱収縮率が抑制される傾向が見られている。しかしながら、このようなポリイミド樹脂成形体においても基材剥離性は十分ではない場合が多く、より基材剥離性に優れたポリイミド樹脂成形体の開発が求められている。 Polyimide resin moldings containing fine fibrous cellulose as described above tend to have a reduced coefficient of linear thermal expansion and coefficient of thermal shrinkage. However, even such a polyimide resin molded article is often not sufficiently peelable from the substrate, and there is a demand for the development of a polyimide resin molded article having even more excellent substrate peelability.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、基材剥離性に優れたポリイミド樹脂成形体を提供することを目的として検討を進めた。 In order to solve the problems of the prior art, the inventors of the present invention conducted studies with the aim of providing a polyimide resin molded article having excellent substrate peelability.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、アニオン性基を有し、かつアニオン性基の対イオンとして所定構造を有する有機オニウムイオンを有する微細繊維状セルロースを、ポリイミド樹脂に配合することにより、基材剥離性に優れた成形体が得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found a fine fibrous cellulose having an anionic group and an organic onium ion having a predetermined structure as a counterion for the anionic group. The inventors have found that by blending polyimide resin with polyimide resin, it is possible to obtain a molded product having excellent peelability from a substrate.
Specifically, the present invention has the following configurations.
[1] 繊維幅が1000nm以下であり、アニオン性基を有する繊維状セルロースと、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体から選択される少なくとも一種と、アニオン性基の対イオンとして有機オニウムイオンと、を含み、
有機オニウムイオンは、下記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たす繊維状セルロース含有樹脂組成物;
(a)炭素数が5以上の炭化水素基を含む;
(b)総炭素数が17以上である。
[2] 有機オニウムイオンは、有機アンモニウムイオンである[1]に記載の繊維状セルロース含有樹脂組成物。
[3] 繊維状セルロースにおけるアニオン性基量が、0.50mmol/g以上である[1]又は[2]に記載の繊維状セルロース含有樹脂組成物。
[4] [1]~[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有樹脂組成物と、有機溶媒と、を混合してなる液状組成物。
[5] [1]~[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有樹脂組成物、もしくは、[4]に記載の液状組成物、から形成される成形体。
[6] シート状である[5]に記載の成形体。
[7] [1]~[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有樹脂組成物、もしくは、[4]に記載の液状組成物から、基材もしくは成形型を用いて、成形体を形成する工程と、
成形体を基材から剥離する、もしくは成形型から離型する工程と、を含む成形体の製造方法。
[8] [1]~[3]のいずれかに記載の繊維状セルロース含有樹脂組成物、もしくは、[4]に記載の液状組成物を、基材上に塗布し塗膜を形成する工程と、
塗膜を加熱してシートを形成する工程と、
シートを基材から剥離する工程と、を含むシートの製造方法。
[1] A fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having an anionic group, at least one selected from polyimide resins and polyimide precursors, and an organic onium ion as a counterion for the anionic group,
The organic onium ion is a fibrous cellulose-containing resin composition that satisfies at least one condition selected from the following (a) and (b);
(a) contains a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms;
(b) The total number of carbon atoms is 17 or more.
[2] The fibrous cellulose-containing resin composition according to [1], wherein the organic onium ion is an organic ammonium ion.
[3] The fibrous cellulose-containing resin composition according to [1] or [2], wherein the fibrous cellulose has an anionic group content of 0.50 mmol/g or more.
[4] A liquid composition obtained by mixing the fibrous cellulose-containing resin composition according to any one of [1] to [3] with an organic solvent.
[5] A molded article formed from the fibrous cellulose-containing resin composition according to any one of [1] to [3] or the liquid composition according to [4].
[6] The formed article according to [5], which is in the form of a sheet.
[7] Forming a molded body from the fibrous cellulose-containing resin composition according to any one of [1] to [3] or the liquid composition according to [4] using a substrate or a mold. and
and a step of releasing the molded article from the substrate or releasing the molded article from the mold.
[8] A step of applying the fibrous cellulose-containing resin composition according to any one of [1] to [3] or the liquid composition according to [4] onto a substrate to form a coating film; ,
a step of heating the coating film to form a sheet;
and peeling the sheet from the substrate.
本発明によれば、基材剥離性に優れたポリイミド樹脂成形体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polyimide resin molding excellent in base-substrate peelability can be provided.
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below. Although the constituent elements described below may be described based on representative embodiments and specific examples, the present invention is not limited to such embodiments.
(繊維状セルロース含有樹脂組成物)
本発明は、繊維幅が1000nm以下であり、アニオン性基を有する繊維状セルロースと、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体から選択される少なくとも一種と、アニオン性基の対イオンとして有機オニウムイオンと、を含む繊維状セルロース含有樹脂組成物に関する。ここで、有機オニウムイオンは、下記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たすものである。
(a)炭素数が5以上の炭化水素基を含む。
(b)総炭素数が17以上である。
なお、本明細書において、繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを微細繊維状セルロースと呼ぶこともある。
(Fibrous cellulose-containing resin composition)
The present invention includes fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having an anionic group, at least one selected from polyimide resins and polyimide precursors, and an organic onium ion as a counterion for the anionic group. It relates to a fibrous cellulose-containing resin composition. Here, the organic onium ion satisfies at least one condition selected from the following (a) and (b).
(a) contains a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms;
(b) The total number of carbon atoms is 17 or more.
In this specification, fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less is sometimes referred to as fine fibrous cellulose.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、上記構成を有するものであるため、繊維状セルロース含有樹脂組成物から形成されるシート等の成形体は、優れた基材剥離性を有する。例えば、ポリイミド樹脂を含む成形体を作製する際に用いる代表的な基材として、ガラス製の基材やSUS製の基材があるが、これらの基材の上にシート等の成形体を形成した場合に優れた基材剥離性が発揮される。 Since the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention has the above structure, a molded article such as a sheet formed from the fibrous cellulose-containing resin composition has excellent substrate peelability. For example, typical base materials used for producing a molded body containing polyimide resin include a glass base material and a SUS base material, and a molded body such as a sheet is formed on these base materials. Excellent substrate releasability is exhibited when this is done.
また、本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物において、微細繊維状セルロースは、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体から選択される少なくとも一種に対する分散性が良好である。このため、繊維状セルロース含有樹脂組成物から形成されるシート等の成形体はポリイミド樹脂の有する高い透明性を維持することができる。また、微細繊維状セルロースが均一に分散された成形体は、高強度を発揮する。 In addition, in the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention, the fine fibrous cellulose has good dispersibility in at least one selected from polyimide resins and polyimide precursors. Therefore, a molded article such as a sheet formed from the fibrous cellulose-containing resin composition can maintain the high transparency of the polyimide resin. Also, the molded article in which the fine fibrous cellulose is uniformly dispersed exhibits high strength.
本発明で用いる微細繊維状セルロースは有機溶媒に対する分散性も良好である。このため、繊維状セルロース含有樹脂組成物にさらに有機溶媒を配合した場合であっても、良好な分散性を維持することができ、液状組成物中で沈降物を生成しない。また、繊維状セルロース含有樹脂組成物に有機溶媒を配合した液状組成物は、高粘度であり、かつ高透明である。したがって、このような液状組成物から形成されるシート等の成形体はポリイミド樹脂の有する高い透明性を維持し、さらに高強度である。 The fine fibrous cellulose used in the present invention also has good dispersibility in organic solvents. Therefore, even when the fibrous cellulose-containing resin composition is further blended with an organic solvent, good dispersibility can be maintained and sediments are not formed in the liquid composition. Moreover, a liquid composition obtained by blending an organic solvent with a fibrous cellulose-containing resin composition has a high viscosity and is highly transparent. Accordingly, a molded article such as a sheet formed from such a liquid composition maintains the high transparency of the polyimide resin and has high strength.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物の形態は、特に限定されるものではなく、例えば、液状体、ゲル状体、固形状体といった形態が挙げられる。本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体から選択される少なくとも一種の溶融樹脂に微細繊維状セルロースが分散したものであってもよく、微細繊維状セルロースが分散した溶融樹脂が硬化したものであってもよい。また、本発明は、繊維状セルロース含有樹脂組成物と有機溶媒と、を混合してなる液状組成物であってもよい。 The form of the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include liquid, gel, and solid forms. The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention may be one in which fine fibrous cellulose is dispersed in at least one molten resin selected from polyimide resins and polyimide precursors. A hardened resin may also be used. The present invention may also be a liquid composition obtained by mixing a fibrous cellulose-containing resin composition and an organic solvent.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物が固形状体である場合、その形態は特に限定されるものではないが、例えば、シート状物やペレット状物、粉粒物であることが好ましい。ここで、粉粒物は、粉状及び/又は粒状の物質である。なお、粉状物質は、粒状物質よりも小さいものをいう。一般的には、粉状物質は粒子径が1nm以上0.1mm未満の微粒子をいい、粒状物質は、粒子径が0.1mm以上10mm以下の粒子をいうが、特に限定されない。なお、本明細書においては、粉粒物は粉体と呼ぶこともある。本明細書における粉粒物の粒子径はレーザー回折法を用いて測定・算出することができる。具体的には、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置(Microtrac3300EXII、日機装株式会社)を用いて測定した値とする。 When the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention is in a solid form, its form is not particularly limited. Here, the powdery substance is a powdery and/or granular substance. In addition, a powdery substance means a substance smaller than a granular substance. In general, powdery substances refer to fine particles having a particle size of 1 nm or more and less than 0.1 mm, and granular substances refer to particles having a particle size of 0.1 mm to 10 mm, but are not particularly limited. In addition, in this specification, a granular material may be called powder. The particle size of the granules used herein can be measured and calculated using a laser diffraction method. Specifically, it is a value measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (Microtrac 3300EXII, Nikkiso Co., Ltd.).
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物中におけるポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体の合計含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物の全質量に対して、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、60質量%以上であることが特に好ましい。また、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体の合計含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物の全質量に対して、99.9質量%以下であることが好ましく、99質量%以下であることがより好ましく、97質量%以下であることがさらに好ましい。繊維状セルロース含有樹脂組成物において、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体の合計含有量は、微細繊維状セルロースの含有量よりも多いことが好ましく、ポリイミド樹脂は主成分であることが好ましい。 The total content of the polyimide resin and the polyimide precursor in the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention is preferably 30% by mass or more, preferably 40% by mass, relative to the total mass of the fibrous cellulose-containing resin composition. % or more, more preferably 50 mass % or more, and particularly preferably 60 mass % or more. In addition, the total content of the polyimide resin and the polyimide precursor is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99% by mass or less, relative to the total mass of the fibrous cellulose-containing resin composition. , 97% by mass or less. In the fibrous cellulose-containing resin composition, the total content of the polyimide resin and the polyimide precursor is preferably higher than the content of the fine fibrous cellulose, and the polyimide resin is preferably the main component.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物中における微細繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物の全質量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることがさらに好ましい。また、微細繊維状セルロースの含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物の全質量に対して、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることがさらに好ましく、40質量%以下であることが特に好ましい。微細繊維状セルロースの含有量を上記範囲内とすることにより、ポリイミド樹脂成形体の耐熱性や強度を維持しつつ、基材剥離性を効果的に高めることができる。 The content of fine fibrous cellulose in the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention is preferably 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass, relative to the total mass of the fibrous cellulose-containing resin composition. It is more preferably 3% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more. In addition, the content of fine fibrous cellulose is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and 50% by mass or less with respect to the total mass of the fibrous cellulose-containing resin composition. more preferably, and particularly preferably 40% by mass or less. By setting the content of the fine fibrous cellulose within the above range, it is possible to effectively improve the peelability of the substrate while maintaining the heat resistance and strength of the polyimide resin molding.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物においては、水の含有量は少ない方が好ましい。繊維状セルロース含有樹脂組成物における水の含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物の全質量に対して、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。また、繊維状セルロース含有樹脂組成物における水の含有量は0質量%であることも好ましい。なお、繊維状セルロース含有樹脂組成物中の水分含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物を水分計(エー・アンド・デイ社製、MS-70)に200mg載せ、140℃で加熱することで測定することができる。測定された水分量から繊維状セルロース含有樹脂組成物中の水分含有量を算出することができる。 In the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention, the water content is preferably as low as possible. The water content in the fibrous cellulose-containing resin composition is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, relative to the total mass of the fibrous cellulose-containing resin composition. Moreover, it is also preferable that the water content in the fibrous cellulose-containing resin composition is 0% by mass. The water content in the fibrous cellulose-containing resin composition was determined by placing 200 mg of the fibrous cellulose-containing resin composition on a moisture meter (manufactured by A&D, MS-70) and heating at 140°C. can be measured. The water content in the fibrous cellulose-containing resin composition can be calculated from the measured water content.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物においては、微細繊維状セルロースは、ポリイミド樹脂やポリイミド前駆体と架橋構造を形成していない。なお、架橋構造とは、エステル基やアミド基に由来する架橋構造である。このような架橋構造の有無は例えば、フーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)を用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行い、所定の波数におけるピークの有無を確認することにより判定できる。 In the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention, the fine fibrous cellulose does not form a crosslinked structure with the polyimide resin or polyimide precursor. The crosslinked structure is a crosslinked structure derived from an ester group or an amide group. The presence or absence of such a crosslinked structure can be determined, for example, by measuring the infrared absorption spectrum using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR) and confirming the presence or absence of a peak at a predetermined wavenumber.
(微細繊維状セルロース)
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、繊維幅が1000nm以下であり、アニオン性基を有する繊維状セルロースを含む。アニオン性基を有する繊維状セルロースの繊維幅は、100nm以下であることが好ましく、8nm以下であることがより好ましい。なお、繊維状セルロースの繊維幅は、たとえば電子顕微鏡観察などにより測定することが可能である。
(fine fibrous cellulose)
The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention has a fiber width of 1000 nm or less and contains fibrous cellulose having an anionic group. The fiber width of fibrous cellulose having an anionic group is preferably 100 nm or less, more preferably 8 nm or less. The fiber width of fibrous cellulose can be measured, for example, by electron microscope observation.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば1000nm以下である。繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば2nm以上1000nm以下であることが好ましく、2nm以上100nm以下であることがより好ましく、2nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、2nm以上10nm以下であることがとくに好ましい。繊維状セルロースの平均繊維幅を2nm以上とすることにより、セルロース分子として水に溶解することを抑制し、繊維状セルロースによる強度や剛性、寸法安定性の向上という効果をより発現しやすくすることができる。なお、繊維状セルロースは、たとえば単繊維状のセルロースである。 The average fiber width of fibrous cellulose is, for example, 1000 nm or less. The average fiber width of the fibrous cellulose is, for example, preferably 2 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 2 nm or more and 50 nm or less, and 2 nm or more and 10 nm or less. Especially preferred. By setting the average fiber width of the fibrous cellulose to 2 nm or more, the dissolution of cellulose molecules in water is suppressed, and the effect of improving the strength, rigidity, and dimensional stability of the fibrous cellulose can be more readily exhibited. can. The fibrous cellulose is, for example, single fibrous cellulose.
繊維状セルロースの平均繊維幅は、たとえば電子顕微鏡を用いて以下のようにして測定される。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下の繊維状セルロースの水系懸濁液を調製し、この懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストしてTEM観察用試料とする。幅の広い繊維を含む場合には、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。次いで、観察対象となる繊維の幅に応じて1000倍、5000倍、10000倍あるいは50000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。但し、試料、観察条件や倍率は下記の条件を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を目視で読み取る。このようにして、少なくとも互いに重なっていない表面部分の観察画像を3組以上得る。次いで、各画像に対して、直線X、直線Yと交差する繊維の幅を読み取る。これにより、少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。そして、読み取った繊維幅の平均値を、繊維状セルロースの平均繊維幅とする。
The average fiber width of fibrous cellulose is measured, for example, using an electron microscope as follows. First, an aqueous suspension of fibrous cellulose with a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and this suspension is cast on a hydrophilized carbon film-coated grid to form a sample for TEM observation. and SEM images of surfaces cast on glass may be observed if they contain wide fibers. Then, an electron microscope image is observed at a magnification of 1,000, 5,000, 10,000, or 50,000 times depending on the width of the fiber to be observed. However, the sample, observation conditions and magnification are adjusted so as to satisfy the following conditions.
(1) A single straight line X is drawn at an arbitrary point in the observed image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) Draw a straight line Y that intersects the straight line perpendicularly in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
Widths of fibers intersecting the straight lines X and Y are visually read from the observation image satisfying the above conditions. In this way, at least three sets of observed images of surface portions that do not overlap each other are obtained. Then, for each image, the width of the fiber that crosses straight line X and straight line Y is read. This gives at least 20 x 2 x 3 = 120 fiber width readings. Then, the average value of the read fiber widths is taken as the average fiber width of the fibrous cellulose.
繊維状セルロースの繊維長は、とくに限定されないが、たとえば0.1μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.1μm以上800μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上600μm以下であることがさらに好ましい。繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースの結晶領域の破壊を抑制できる。また、繊維状セルロースのスラリー粘度を適切な範囲とすることも可能となる。なお、繊維状セルロースの繊維長は、たとえばTEM、SEM、AFMによる画像解析より求めることができる。 Although the fiber length of the fibrous cellulose is not particularly limited, it is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 800 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 600 μm or less. preferable. By setting the fiber length within the above range, destruction of the crystalline regions of the fibrous cellulose can be suppressed. Moreover, it becomes possible to make the slurry viscosity of fibrous cellulose into an appropriate range. The fiber length of fibrous cellulose can be determined by image analysis using, for example, TEM, SEM, and AFM.
繊維状セルロースはI型結晶構造を有していることが好ましい。ここで、繊維状セルロースがI型結晶構造を有することは、グラファイトで単色化したCuKα(λ=1.5418Å)を用いた広角X線回折写真より得られる回折プロファイルにおいて同定できる。具体的には、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークをもつことから同定することができる。微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は、たとえば30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。これにより、耐熱性と低線熱膨張率発現の点でさらに優れた性能が期待できる。結晶化度については、X線回折プロファイルを測定し、そのパターンから常法により求められる(Seagalら、Textile Research Journal、29巻、786ページ、1959年)。 Preferably, the fibrous cellulose has a Type I crystal structure. Here, the fact that the fibrous cellulose has a type I crystal structure can be identified in a diffraction profile obtained from a wide-angle X-ray diffraction photograph using CuKα (λ=1.5418 Å) monochromated with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions near 2θ=14° or more and 17° or less and 2θ=22° or more and 23° or less. The proportion of the I-type crystal structure in the fine fibrous cellulose is, for example, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, even more preferably 50% or more. As a result, even better performance can be expected in terms of heat resistance and low coefficient of linear thermal expansion. The degree of crystallinity is determined by a conventional method from the pattern of X-ray diffraction profiles (Seagal et al., Textile Research Journal, vol. 29, p. 786, 1959).
繊維状セルロースの軸比(繊維長/繊維幅)は、とくに限定されないが、たとえば20以上10000以下であることが好ましく、50以上1000以下であることがより好ましい。軸比を上記下限値以上とすることにより、微細繊維状セルロースを含有するシートを形成しやすい。軸比を上記上限値以下とすることにより、たとえば繊維状セルロースを水分散液として扱う際に、希釈等のハンドリングがしやすくなる点で好ましい。 Although the axial ratio (fiber length/fiber width) of fibrous cellulose is not particularly limited, it is preferably 20 or more and 10,000 or less, and more preferably 50 or more and 1,000 or less. A sheet containing fine fibrous cellulose can be easily formed by making the axial ratio equal to or higher than the above lower limit. By setting the axial ratio to the above upper limit or less, handling such as dilution becomes easier, for example, when fibrous cellulose is treated as an aqueous dispersion, which is preferable.
本実施形態における繊維状セルロースは、たとえば結晶領域と非結晶領域をともに有している。とくに、結晶領域と非結晶領域をともに有し、かつ軸比が高い微細繊維状セルロースは、後述する微細繊維状セルロースの製造方法により実現されるものである。 The fibrous cellulose in this embodiment has, for example, both a crystalline region and an amorphous region. In particular, fine fibrous cellulose having both a crystalline region and an amorphous region and having a high axial ratio is realized by the method for producing fine fibrous cellulose described later.
繊維状セルロースはアニオン性基を有する。アニオン性基としては、たとえばリン酸基またはリン酸基に由来する置換基(単にリン酸基ということもある)、カルボキシ基またはカルボキシ基に由来する置換基(単にカルボキシ基ということもある)、およびスルホン基またはスルホン基に由来する置換基(単にスルホン基ということもある)から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リン酸基およびカルボキシ基から選択される少なくとも1種であることがより好ましく、リン酸基であることがとくに好ましい。リン酸基は、カルボキシ基等と比較して、1分子あたりのアニオン性基数が多いため、より多くの有機オニウムイオンを対イオンとして有し得る。これにより、微細繊維状セルロースの分散性等をより高めることができるものと考えられる。 Fibrous cellulose has anionic groups. The anionic group includes, for example, a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group (sometimes simply referred to as a phosphate group), a carboxy group or a substituent derived from a carboxy group (sometimes simply referred to as a carboxy group), and a sulfone group or a substituent derived from a sulfone group (sometimes referred to simply as a sulfone group), and at least one selected from a phosphate group and a carboxy group. More preferably, it is particularly preferably a phosphate group. Since the phosphate group has more anionic groups per molecule than the carboxyl group and the like, it can have more organic onium ions as counter ions. It is considered that the dispersibility and the like of the fine fibrous cellulose can be further enhanced by this.
リン酸基又はリン酸基に由来する置換基は、たとえば下記式(1)で表される置換基であり、リンオキソ酸基またはリンオキソ酸に由来する置換基として一般化される。
リン酸基は、たとえばリン酸からヒドロキシ基を取り除いたものにあたる、2価の官能基である。具体的には-PO3H2で表される基である。リン酸基に由来する置換基には、リン酸基の塩、リン酸エステル基などの置換基が含まれる。なお、リン酸基に由来する置換基は、リン酸基が縮合した基(たとえばピロリン酸基)として繊維状セルロースに含まれていてもよい。また、リン酸基は、たとえば、亜リン酸基(ホスホン酸基)であってもよく、リン酸基に由来する置換基は、亜リン酸基の塩、亜リン酸エステル基などであってもよい。
A phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group is, for example, a substituent represented by the following formula (1), and is generalized as a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group.
A phosphate group is, for example, a divalent functional group corresponding to phosphoric acid from which a hydroxy group has been removed. Specifically, it is a group represented by —PO 3 H 2 . Substituents derived from a phosphate group include substituents such as salts of phosphate groups and phosphate ester groups. A substituent derived from a phosphoric acid group may be contained in the fibrous cellulose as a condensed group (for example, a pyrophosphate group) of the phosphoric acid group. Further, the phosphate group may be, for example, a phosphite group (phosphonic acid group), and the substituent derived from the phosphate group may be a phosphite group salt, a phosphite ester group, or the like. good too.
式(1)中、a、b及びnは自然数である(ただし、a=b×mである)。α1,α2,・・・,αn及びα’のうちa個がO-であり、残りはR,ORのいずれかである。なお、各αn及びα’の全てがO-であっても構わない。Rは、各々、水素原子、飽和-直鎖状炭化水素基、飽和-分岐鎖状炭化水素基、飽和-環状炭化水素基、不飽和-直鎖状炭化水素基、不飽和-分岐鎖状炭化水素基、不飽和-環状炭化水素基、芳香族基、またはこれらの誘導基である。なお、βb+の少なくとも一部は後述する有機オニウムイオンである。 In formula (1), a, b and n are natural numbers (where a=b×m). a of α 1 , α 2 , . Note that all of αn and α′ may be O 2 − . Each R is a hydrogen atom, a saturated-linear hydrocarbon group, a saturated-branched hydrocarbon group, a saturated-cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated-branched hydrocarbon group A hydrogen group, an unsaturated-cyclic hydrocarbon group, an aromatic group, or a derivative group thereof. At least part of β b+ is an organic onium ion, which will be described later.
飽和-直鎖状炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、又はn-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロピル基、又はt-ブチル基等が挙げられるが、特に限定されない。飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-直鎖状炭化水素基としては、ビニル基、又はアリル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-分岐鎖状炭化水素基としては、i-プロペニル基、又は3-ブテニル基等が挙げられるが、特に限定されない。不飽和-環状炭化水素基としては、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられるが、特に限定されない。芳香族基としては、フェニル基、又はナフチル基等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of the saturated straight-chain hydrocarbon group include, but are not limited to, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, and the like. The saturated-branched hydrocarbon group includes i-propyl group, t-butyl group and the like, but is not particularly limited. The saturated cyclic hydrocarbon group includes, but is not particularly limited to, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and the like. The unsaturated straight-chain hydrocarbon group includes, but is not particularly limited to, a vinyl group, an allyl group, and the like. The unsaturated-branched hydrocarbon group includes i-propenyl group, 3-butenyl group and the like, but is not particularly limited. The unsaturated-cyclic hydrocarbon group includes, but is not limited to, a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group, and the like. The aromatic group includes, but is not particularly limited to, a phenyl group, a naphthyl group, or the like.
また、Rにおける誘導基としては、上記各種炭化水素基の主鎖又は側鎖に対し、カルボキシ基、ヒドロキシ基、又はアミノ基などの官能基のうち、少なくとも1種類が付加又は置換した状態の官能基が挙げられるが、特に限定されない。また、Rの主鎖を構成する炭素原子数は特に限定されないが、20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。Rの主鎖を構成する炭素原子数を上記範囲とすることにより、リン酸基の分子量を適切な範囲とすることができ、繊維原料への浸透を容易にし、微細セルロース繊維の収率を高めることもできる。 In addition, as the derivative group in R, at least one functional group such as a carboxy group, a hydroxy group, or an amino group is added or substituted with respect to the main chain or side chain of the above various hydrocarbon groups. Examples include, but are not limited to, groups. Although the number of carbon atoms constituting the main chain of R is not particularly limited, it is preferably 20 or less, more preferably 10 or less. By setting the number of carbon atoms constituting the main chain of R within the above range, the molecular weight of the phosphate group can be set within an appropriate range, facilitating penetration into the fiber raw material and increasing the yield of fine cellulose fibers. can also
βb+は有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンである。有機物からなる1価以上の陽イオンとしては、脂肪族アンモニウム、又は芳香族アンモニウムが挙げられ、βb+の少なくとも一部は後述する有機オニウムイオンである。また、無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、ナトリウム、カリウム、若しくはリチウム等のアルカリ金属のイオンや、カルシウム、若しくはマグネシウム等の2価金属の陽イオン、又は水素イオン等が挙げられるが、特に限定されない。これらは1種又は2種類以上を組み合わせて適用することもできる。有機物又は無機物からなる1価以上の陽イオンとしては、βを含む繊維原料を加熱した際に黄変しにくく、また工業的に利用し易いナトリウム、又はカリウムのイオンが好ましいが、とくに限定されない。 β b+ is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance. The monovalent or higher cations composed of organic substances include aliphatic ammonium and aromatic ammonium, and at least part of β b + is an organic onium ion described later. Examples of monovalent or higher cations composed of inorganic substances include ions of alkali metals such as sodium, potassium, or lithium, cations of divalent metals such as calcium or magnesium, or hydrogen ions. It is not particularly limited. These may be applied singly or in combination of two or more. As the monovalent or higher cation made of an organic substance or an inorganic substance, sodium or potassium ions are preferable, but not particularly limited, because they are less likely to turn yellow when fiber raw materials containing β are heated, and are easily available industrially.
繊維状セルロースにおけるアニオン性基の導入量(アニオン性基量)は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維状セルロースにおけるアニオン性基の導入量は、たとえば繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。ここで、単位mmol/gは、アニオン性基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量を示す。アニオン性基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易とすることができ、繊維状セルロースの安定性を高めることが可能となる。さらに、アニオン性基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースが含み得る有機オニウムイオンの含有量を適切な範囲とすることができる。これにより、ポリイミド樹脂や有機溶媒に対する繊維状セルロースの分散性を効果的に高めることができる。 The amount of anionic groups introduced into fibrous cellulose (the amount of anionic groups) is, for example, preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fibrous cellulose, more preferably 0.20 mmol/g or more. It is preferably 0.50 mmol/g or more, more preferably 1.00 mmol/g or more. In addition, the amount of anionic groups introduced into fibrous cellulose is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less per 1 g (mass) of fibrous cellulose. It is more preferably 00 mmol/g or less. Here, the unit mmol/g indicates the amount of substituents per 1 g mass of fibrous cellulose when the counter ion of the anionic group is hydrogen ion (H + ). By setting the amount of the anionic group to be introduced within the above range, the fiber raw material can be easily made finer, and the stability of the fibrous cellulose can be enhanced. Furthermore, by setting the amount of the anionic group to be introduced within the above range, the content of the organic onium ion that can be contained in the fibrous cellulose can be set within an appropriate range. As a result, the dispersibility of the fibrous cellulose in polyimide resins and organic solvents can be effectively enhanced.
繊維状セルロースに対するアニオン性基の導入量は、たとえば伝導度滴定法により測定することができる。伝導度滴定法による測定では、得られた繊維状セルロースを含有するスラリーに、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリを加えながら伝導度の変化を求めることにより、導入量を測定する。 The amount of anionic groups introduced into fibrous cellulose can be measured, for example, by conductivity titration. In the measurement by the conductivity titration method, the introduced amount is measured by determining the change in conductivity while adding an alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution to the obtained slurry containing the fibrous cellulose.
図1は、リン酸基を有する繊維状セルロースに対するNaOH滴下量と電気伝導度の関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するリン酸基の導入量は、たとえば次のように測定される。まず、繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながら電気伝導度の変化を観察し、図1に示すような滴定曲線を得る。図1に示すように、最初は急激に電気伝導度が低下する(以下、「第1領域」という)。その後、わずかに伝導度が上昇を始める(以下、「第2領域」という)。さらにその後、伝導度の増分が増加する(以下、「第3領域」という)。なお、第2領域と第3領域の境界点は、伝導度の2回微分値、すなわち伝導度の増分(傾き)の変化量が最大となる点で定義される。このように、滴定曲線には、3つの領域が現れる。このうち、第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の強酸性基量と等しく、第2領域で必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の弱酸性基量と等しくなる。リン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上弱酸性基が失われ、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、強酸性基量は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。このため、単にリン酸基導入量(またはリン酸基量)または置換基導入量(または置換基量)と言った場合は、強酸性基量のことを表す。したがって、上記で得られた滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、リン酸基導入量(mmol/g)となる。 FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added to fibrous cellulose having a phosphate group and electrical conductivity. The amount of phosphate groups introduced into fibrous cellulose is measured, for example, as follows. First, a slurry containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. In addition, before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin, a defibration treatment similar to the fibrillation treatment step described below may be performed on the object to be measured, if necessary. Next, change in electrical conductivity is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution to obtain a titration curve as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the electrical conductivity drops sharply at first (hereinafter referred to as "first region"). After that, the conductivity starts to rise slightly (hereinafter referred to as "second region"). After that, the increment of conductivity increases (hereinafter referred to as "third region"). The boundary point between the second region and the third region is defined as the point where the second derivative of the conductivity, that is, the amount of change in the increment (slope) of the conductivity is maximized. Thus, three regions appear in the titration curve. Of these, the amount of alkali required in the first region is equal to the amount of strong acid groups in the slurry used for titration, and the amount of alkali required in the second region is the amount of weak acid groups in the slurry used for titration. be equal. When the phosphate groups condense, the weakly acidic groups are apparently lost, and the amount of alkali required for the second region becomes smaller than the amount of alkali required for the first region. On the other hand, the amount of strongly acidic groups coincides with the amount of phosphorus atoms regardless of the presence or absence of condensation. Therefore, the amount of phosphate groups introduced (or the amount of phosphate groups) or the amount of substituents introduced (or the amount of substituents) means the amount of strongly acidic groups. Therefore, the value obtained by dividing the alkali amount (mmol) required in the first region of the titration curve obtained above by the solid content (g) in the slurry to be titrated is the amount of phosphate group introduced (mmol/ g).
図2は、カルボキシ基を有する繊維状セルロースに対するNaOH滴下量と電気伝導度の関係を示すグラフである。繊維状セルロースに対するカルボキシ基の導入量は、たとえば次のように測定される。まず、繊維状セルロースを含有するスラリーを強酸性イオン交換樹脂で処理する。なお、必要に応じて、強酸性イオン交換樹脂による処理の前に、後述の解繊処理工程と同様の解繊処理を測定対象に対して実施してもよい。次いで、水酸化ナトリウム水溶液を加えながら電気伝導度の変化を観察し、図2に示すような滴定曲線を得る。滴定曲線は、図2に示すように、電気伝導度が減少した後、伝導度の増分(傾き)がほぼ一定となるまでの第1領域と、その後に伝導度の増分(傾き)が増加する第2領域に区分される。なお、第1領域、第2領域の境界点は、伝導度の2回微分値、すなわち伝導度の増分(傾き)の変化量が最大となる点で定義される。そして、滴定曲線の第1領域で必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象の微細繊維状セルロース含有スラリー中の固形分(g)で除して得られる値が、カルボキシ基の導入量(mmol/g)となる。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of NaOH added to fibrous cellulose having a carboxyl group and the electrical conductivity. The amount of carboxyl groups introduced into fibrous cellulose is measured, for example, as follows. First, a slurry containing fibrous cellulose is treated with a strongly acidic ion exchange resin. In addition, before the treatment with the strongly acidic ion exchange resin, a defibration treatment similar to the fibrillation treatment step described below may be performed on the object to be measured, if necessary. Next, change in electrical conductivity is observed while adding an aqueous sodium hydroxide solution to obtain a titration curve as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the titration curve has a first region where the increment (slope) of the conductivity becomes almost constant after the electrical conductivity decreases, and then the increment (slope) of the conductivity increases. It is divided into a second area. The boundary point between the first region and the second region is defined as the point where the second differential value of the conductivity, that is, the amount of change in the increment (slope) of the conductivity becomes maximum. Then, the value obtained by dividing the alkali amount (mmol) required in the first region of the titration curve by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated is the introduction amount of the carboxy group ( mmol/g).
なお、上述のカルボキシ基導入量(mmol/g)は、カルボキシ基の対イオンが水素イオン(H+)であるときの繊維状セルロースの質量1gあたりの置換基量(以降、カルボキシ基量(酸型)と呼ぶ)を示している。一方で、カルボキシ基の対イオンが電荷当量となるように任意の陽イオンCに置換されている場合は、分母を当該陽イオンCが対イオンであるときの繊維状セルロースの質量に変換することで、陽イオンCが対イオンである繊維状セルロースが有するカルボキシ基量(以降、カルボキシ基量(C型))を求めることができる。
すなわち、下記計算式によってカルボキシ基導入量を算出する。
カルボキシ基導入量(C型)=カルボキシ基量(酸型)/[1+(W-1)×(カルボキシ基量(酸型))/1000]
W:陽イオンCの1価あたりの式量(例えば、Naは23、Alは9)
The amount of carboxyl groups introduced (mmol/g) mentioned above is the amount of substituents per 1 g of mass of fibrous cellulose (hereinafter referred to as the amount of carboxyl groups ( acid type)). On the other hand, when the counterion of the carboxy group is substituted with an arbitrary cation C so as to have a charge equivalent, the denominator is converted to the mass of fibrous cellulose when the cation C is the counterion. , the amount of carboxy groups (hereinafter referred to as the amount of carboxy groups (C type)) possessed by fibrous cellulose whose counter ion is cation C can be obtained.
That is, the amount of carboxyl group introduced is calculated by the following formula.
Carboxy group introduction amount (C type) = carboxy group amount (acid form) / [1 + (W-1) × (carboxy group amount (acid form)) / 1000]
W: Formula weight per valence of cation C (for example, 23 for Na and 9 for Al)
なお、滴定法による置換基量の測定においては、水酸化ナトリウム水溶液の滴定間隔が短すぎる場合、本来より低い置換基量となることがあるため、適切な滴定間隔、例えば、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を30秒に50μLずつ滴定するなどが望ましい。 In addition, in the measurement of the amount of substituents by the titration method, if the titration interval of the aqueous sodium hydroxide solution is too short, the amount of substituents may be lower than originally. It is desirable to titrate the sodium aqueous solution by 50 μL every 30 seconds.
<微細繊維状セルロースの製造工程>
<繊維原料>
微細繊維状セルロースは、セルロースを含む繊維原料から製造される。セルロースを含む繊維原料としては、とくに限定されないが、入手しやすく安価である点からパルプを用いることが好ましい。パルプとしては、たとえば木材パルプ、非木材パルプ、および脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、とくに限定されないが、たとえば広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)および酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)およびケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)およびサーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ等が挙げられる。非木材パルプとしては、とくに限定されないが、たとえばコットンリンターおよびコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わらおよびバガス等の非木材系パルプが挙げられる。脱墨パルプとしては、とくに限定されないが、たとえば古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。
上記パルプの中でも、入手のしやすさという観点からは、たとえば木材パルプおよび脱墨パルプが好ましい。また、木材パルプの中でも、セルロース比率が大きく解繊処理時の微細繊維状セルロースの収率が高い観点や、パルプ中のセルロースの分解が小さく軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる観点から、たとえば化学パルプがより好ましく、クラフトパルプ、サルファイトパルプがさらに好ましい。なお、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを用いると粘度が高くなる傾向がある。
<Manufacturing process of fine fibrous cellulose>
<Textile raw material>
Microfibrous cellulose is produced from fibrous raw materials containing cellulose. The fibrous raw material containing cellulose is not particularly limited, but pulp is preferably used because it is readily available and inexpensive. Pulp includes, for example, wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include, but are not limited to, hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolving pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP). ) and chemical pulp such as oxygen bleached kraft pulp (OKP), semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemigroundwood pulp (CGP), groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP) A mechanical pulp etc. are mentioned. Non-wood pulps include, but are not limited to, cotton-based pulps such as cotton linters and cotton lints, and non-wood-based pulps such as hemp, straw, and bagasse. Examples of deinked pulp include, but are not limited to, deinked pulp made from waste paper. The pulp of this embodiment may be used alone or in combination of two or more.
Among the above pulps, wood pulp and deinked pulp are preferred, for example, from the viewpoint of availability. In addition, among wood pulps, the cellulose ratio is high and the yield of fine fibrous cellulose at the time of defibration is high, and the decomposition of cellulose in the pulp is small, and fine fibrous cellulose of long fibers with a large axial ratio can be obtained. From the point of view, for example, chemical pulp is more preferable, and kraft pulp and sulfite pulp are more preferable. The use of fine fibrous cellulose of long fibers with a large axial ratio tends to increase the viscosity.
セルロースを含む繊維原料としては、たとえばホヤ類に含まれるセルロースや、酢酸菌が生成するバクテリアセルロースを利用することもできる。また、セルロースを含む繊維原料に代えて、キチン、キトサンなどの直鎖型の含窒素多糖高分子が形成する繊維を用いることもできる。 As the fiber raw material containing cellulose, for example, cellulose contained in sea squirts and bacterial cellulose produced by acetic acid bacteria can be used. Fibers formed by straight-chain nitrogen-containing polysaccharide polymers such as chitin and chitosan can also be used instead of fiber raw materials containing cellulose.
<リン酸基導入工程>
微細繊維状セルロースがリン酸基を有する場合、微細繊維状セルロースの製造工程は、リン酸基導入工程を含む。リン酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と反応することで、リン酸基を導入できる化合物から選択される少なくとも1種の化合物(以下、「化合物A」ともいう)を、セルロースを含む繊維原料に作用させる工程である。この工程により、リン酸基導入繊維が得られることとなる。
<Phosphate group introduction step>
When the fine fibrous cellulose has a phosphate group, the process for producing the fine fibrous cellulose includes a phosphate group introduction step. In the step of introducing a phosphate group, at least one compound selected from compounds capable of introducing a phosphate group (hereinafter also referred to as "compound A") is added to cellulose by reacting with a hydroxyl group possessed by a fiber raw material containing cellulose. It is a step of acting on a fiber raw material containing. Through this step, a phosphate group-introduced fiber is obtained.
本実施形態に係るリン酸基導入工程では、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を、尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種(以下、「化合物B」ともいう)の存在下で行ってもよい。一方で、化合物Bが存在しない状態において、セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応を行ってもよい。 In the phosphate group-introducing step according to the present embodiment, the reaction between the fiber material containing cellulose and compound A is performed in the presence of at least one selected from urea and derivatives thereof (hereinafter also referred to as "compound B"). may On the other hand, the reaction between the cellulose-containing fiber raw material and the compound A may be carried out in the absence of the compound B.
化合物Aを化合物Bとの共存下で繊維原料に作用させる方法の一例としては、乾燥状態、湿潤状態またはスラリー状の繊維原料に対して、化合物Aと化合物Bを混合する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料を用いることが好ましく、特に乾燥状態の繊維原料を用いることが好ましい。繊維原料の形態は、とくに限定されないが、たとえば綿状や薄いシート状であることが好ましい。化合物Aおよび化合物Bは、それぞれ粉末状または溶媒に溶解させた溶液状または融点以上まで加熱して溶融させた状態で繊維原料に添加する方法が挙げられる。これらのうち、反応の均一性が高いことから、溶媒に溶解させた溶液状、特に水溶液の状態で添加することが好ましい。また、化合物Aと化合物Bは繊維原料に対して同時に添加してもよく、別々に添加してもよく、混合物として添加してもよい。化合物Aと化合物Bの添加方法としては、とくに限定されないが、化合物Aと化合物Bが溶液状の場合は、繊維原料を溶液内に浸漬し吸液させたのちに取り出してもよいし、繊維原料に溶液を滴下してもよい。また、必要量の化合物Aと化合物Bを繊維原料に添加してもよいし、過剰量の化合物Aと化合物Bをそれぞれ繊維原料に添加した後に、圧搾や濾過によって余剰の化合物Aと化合物Bを除去してもよい。 An example of the method of allowing the compound A to act on the fiber raw material in the presence of the compound B includes a method of mixing the compound A and the compound B with the fiber raw material in a dry state, a wet state, or a slurry state. Among these, it is preferable to use a fiber raw material in a dry state or a wet state, and it is particularly preferable to use a fiber raw material in a dry state, because the uniformity of the reaction is high. Although the form of the fiber material is not particularly limited, it is preferably in the form of cotton or a thin sheet, for example. The compound A and the compound B can be added to the fiber raw material in the form of a powder, a solution dissolved in a solvent, or a melted state by heating to a melting point or higher. Among these, it is preferable to add in the form of a solution dissolved in a solvent, particularly in the form of an aqueous solution, since the uniformity of the reaction is high. Moreover, the compound A and the compound B may be added simultaneously to the fiber raw material, may be added separately, or may be added as a mixture. The method of adding the compound A and the compound B is not particularly limited, but when the compound A and the compound B are in solution, the fiber raw material may be immersed in the solution to absorb the liquid and then taken out, or the fiber raw material may be taken out. The solution may be added dropwise to the Further, the necessary amount of compound A and compound B may be added to the fiber raw material, or after adding excessive amounts of compound A and compound B to the fiber raw material, the excess compound A and compound B are removed by pressing or filtering. may be removed.
本実施態様で使用する化合物Aとしては、リン原子を有し、セルロースとエステル結合を形成可能な化合物が挙げられ、具体的には、リン酸もしくはその塩、亜リン酸もしくはその塩、脱水縮合リン酸もしくはその塩、無水リン酸(五酸化二リン)などが挙げられるが、特に限定されない。リン酸としては、種々の純度のものを使用することができ、たとえば100%リン酸(正リン酸)や85%リン酸を使用することができる。亜リン酸としては、たとえば99%亜リン酸(ホスホン酸)が挙げられる。脱水縮合リン酸は、リン酸が脱水反応により2分子以上縮合したものであり、例えばピロリン酸、ポリリン酸等を挙げることができる。リン酸塩、亜リン酸塩、脱水縮合リン酸塩としては、リン酸、亜リン酸または脱水縮合リン酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらは種々の中和度とすることができる。これらのうち、リン酸基の導入の効率が高く、後述する解繊工程で解繊効率がより向上しやすく、低コストであり、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、またはリン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、またはリン酸二水素アンモニウムがより好ましい。 The compound A used in this embodiment includes a compound having a phosphorus atom and capable of forming an ester bond with cellulose, specifically phosphoric acid or its salts, phosphorous acid or its salts, dehydration condensation Phosphoric acid or a salt thereof, phosphoric anhydride (phosphorus pentoxide), etc. may be mentioned, but are not particularly limited. Phosphoric acid of various purities can be used, for example, 100% phosphoric acid (orthophosphoric acid) or 85% phosphoric acid can be used. Phosphorous acid includes, for example, 99% phosphorous acid (phosphonic acid). Dehydration-condensed phosphoric acid is obtained by condensing two or more molecules of phosphoric acid by dehydration reaction, and examples thereof include pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid. Phosphates, phosphites and dehydrated condensed phosphates include lithium salts, sodium salts, potassium salts and ammonium salts of phosphoric acid, phosphorous acid or dehydrated condensed phosphoric acids. It can be a degree of harmony. Among these, the efficiency of introducing a phosphate group is high, the fibrillation efficiency is easily improved in the fibrillation step described later, the cost is low, and it is easy to apply industrially. Sodium salt, potassium salt of phosphate, or ammonium salt of phosphate are preferred, and phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, or ammonium dihydrogen phosphate are more preferred.
繊維原料に対する化合物Aの添加量は、特に限定されないが、たとえば化合物Aの添加量をリン原子量に換算した場合において、繊維原料(絶乾質量)に対するリン原子の添加量が0.5質量%以上100質量%以下となることが好ましく、1質量%以上50質量%以下となることがより好ましく、2質量%以上30質量%以下となることがさらに好ましい。繊維原料に対するリン原子の添加量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。一方で、繊維原料に対するリン原子の添加量を上記上限値以下とすることにより、収率向上の効果とコストのバランスをとることができる。 The amount of compound A added to the fiber raw material is not particularly limited. For example, when the amount of compound A added is converted to the phosphorus atomic weight, the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material (absolute dry mass) is 0.5% by mass or more. It is preferably 100% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less. By setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material within the above range, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. On the other hand, by setting the amount of phosphorus atoms added to the fiber raw material to be equal to or less than the above upper limit, it is possible to balance the effect of improving the yield and the cost.
本実施態様で使用する化合物Bは、上述のとおり尿素及びその誘導体から選択される少なくとも1種である。化合物Bとしては、たとえば尿素、ビウレット、1-フェニル尿素、1-ベンジル尿素、1-メチル尿素、および1-エチル尿素などが挙げられる。
反応の均一性を向上させる観点から、化合物Bは水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性をさらに向上させる観点からは、化合物Aと化合物Bの両方が溶解した水溶液を用いることが好ましい。
Compound B used in this embodiment is at least one selected from urea and derivatives thereof as described above. Compound B includes, for example, urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, and 1-ethylurea.
From the viewpoint of improving the uniformity of the reaction, compound B is preferably used as an aqueous solution. From the viewpoint of further improving the uniformity of the reaction, it is preferable to use an aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved.
繊維原料(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は、とくに限定されないが、たとえば1質量%以上500質量%以下であることが好ましく、10質量%以上400質量%以下であることがより好ましく、100質量%以上350質量%以下であることがさらに好ましい。 The amount of compound B added to the fiber raw material (absolute dry mass) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 500% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 400% by mass or less, More preferably, it is 100% by mass or more and 350% by mass or less.
セルロースを含む繊維原料と化合物Aの反応においては、化合物Bの他に、たとえばアミド類またはアミン類を反応系に含んでもよい。アミド類としては、たとえばホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。アミン類としては、たとえばメチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。これらの中でも、特にトリエチルアミンは良好な反応触媒として働くことが知られている。 In the reaction between the fiber raw material containing cellulose and compound A, in addition to compound B, for example, amides or amines may be included in the reaction system. Examples of amides include formamide, dimethylformamide, acetamide, dimethylacetamide and the like. Examples of amines include methylamine, ethylamine, trimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyridine, ethylenediamine and hexamethylenediamine. Among these, triethylamine in particular is known to work as a good reaction catalyst.
リン酸基導入工程においては、繊維原料に化合物A等を添加又は混合した後、当該繊維原料に対して加熱処理を施すことが好ましい。加熱処理温度としては、繊維の熱分解や加水分解反応を抑えながら、リン酸基を効率的に導入できる温度を選択することが好ましい。加熱処理温度は、たとえば50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、130℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱処理には、種々の熱媒体を有する機器を利用することができ、たとえば撹拌乾燥装置、回転乾燥装置、円盤乾燥装置、ロール型加熱装置、プレート型加熱装置、流動層乾燥装置、気流乾燥装置、減圧乾燥装置、赤外線加熱装置、遠赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置を用いることができる。 In the phosphate group-introducing step, it is preferable to heat-treat the fiber raw material after adding or mixing the compound A or the like to the fiber raw material. As the heat treatment temperature, it is preferable to select a temperature at which the phosphate group can be efficiently introduced while suppressing the thermal decomposition and hydrolysis reaction of the fiber. The heat treatment temperature is, for example, preferably 50° C. or higher and 300° C. or lower, more preferably 100° C. or higher and 250° C. or lower, and even more preferably 130° C. or higher and 200° C. or lower. In addition, for the heat treatment, equipment having various heat media can be used. A drying device, a vacuum drying device, an infrared heating device, a far infrared heating device, or a microwave heating device can be used.
本実施形態に係る加熱処理においては、たとえば薄いシート状の繊維原料に化合物Aを含浸等の方法により添加した後、加熱する方法や、ニーダー等で繊維原料と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱する方法を採用することができる。これにより、繊維原料における化合物Aの濃度ムラを抑制して、繊維原料に含まれるセルロース繊維表面へより均一にリン酸基を導入することが可能となる。これは、乾燥に伴い水分子が繊維原料表面に移動する際、溶存する化合物Aが表面張力によって水分子に引き付けられ、同様に繊維原料表面に移動してしまう(すなわち、化合物Aの濃度ムラを生じてしまう)ことを抑制できることに起因するものと考えられる。 In the heat treatment according to the present embodiment, for example, the compound A is added to a thin sheet-like fiber raw material by a method such as impregnation, and then heated, or the fiber raw material and the compound A are heated while kneading or stirring with a kneader or the like. method can be adopted. This makes it possible to suppress concentration unevenness of the compound A in the fiber raw material and to more uniformly introduce phosphate groups to the surface of the cellulose fibers contained in the fiber raw material. This is because when water molecules move to the surface of the fiber material during drying, the dissolved compound A is attracted to the water molecules by surface tension and similarly moves to the surface of the fiber material (that is, the concentration unevenness of the compound A is It is thought that this is due to the fact that it is possible to suppress the occurrence of
また、加熱処理に用いる加熱装置は、たとえばスラリーが保持する水分、及び化合物Aと繊維原料中のセルロース等が含む水酸基等との脱水縮合(リン酸エステル化)反応に伴って生じる水分、を常に装置系外に排出できる装置であることが好ましい。このような加熱装置としては、例えば送風方式のオーブン等が挙げられる。装置系内の水分を常に排出することにより、リン酸エステル化の逆反応であるリン酸エステル結合の加水分解反応を抑制できることに加えて、繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することもできる。このため、軸比の高い微細繊維状セルロースを得ることが可能となる。 In addition, the heating device used for the heat treatment always removes the moisture retained by the slurry and the moisture generated due to the dehydration condensation (phosphorylation) reaction between the compound A and the hydroxyl groups contained in the cellulose etc. in the fiber raw material. It is preferable that the device can be discharged to the outside of the device system. As such a heating device, for example, an air-blowing oven can be used. By constantly draining the water in the device system, it is possible to suppress the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond, which is the reverse reaction of phosphorylation, and to suppress the acid hydrolysis of the sugar chains in the fiber. can. Therefore, it is possible to obtain fine fibrous cellulose having a high axial ratio.
加熱処理の時間は、たとえば繊維原料から実質的に水分が除かれてから1秒以上300分以下であることが好ましく、1秒以上1000秒以下であることがより好ましく、10秒以上800秒以下であることがさらに好ましい。本実施形態では、加熱温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リン酸基の導入量を好ましい範囲内とすることができる。 The heat treatment time is, for example, preferably 1 second or more and 300 minutes or less, more preferably 1 second or more and 1000 seconds or less, and 10 seconds or more and 800 seconds or less, after water is substantially removed from the fiber raw material. is more preferable. In the present embodiment, the introduction amount of the phosphate group can be set within a preferable range by setting the heating temperature and the heating time within appropriate ranges.
リン酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、2回以上繰り返して行うこともできる。2回以上のリン酸基導入工程を行うことにより、繊維原料に対して多くのリン酸基を導入することができる。本実施形態においては、好ましい態様の一例として、リン酸基導入工程を2回行う場合が挙げられる。 The step of introducing a phosphate group may be performed at least once, but may be performed repeatedly two or more times. By performing the phosphate group-introducing step two or more times, many phosphate groups can be introduced into the fiber raw material. In the present embodiment, one example of a preferred aspect is the case where the phosphate group introduction step is performed twice.
繊維原料に対するリン酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、1.00mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、繊維原料に対するリン酸基の導入量は、たとえば微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.20mmol/g以下であることが好ましく、3.65mmol/g以下であることがより好ましく、3.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。リン酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。さらに、リン酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースが含み得る有機オニウムイオンの含有量を適切な範囲とすることができ、これにより、ポリイミド樹脂や有機溶媒に対する繊維状セルロースの分散性を効果的に高めることができる。 The amount of phosphate groups introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 0.10 mmol/g or more, more preferably 0.20 mmol/g or more, more preferably 0.50 mmol/g per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. g or more is more preferable, and 1.00 mmol/g or more is particularly preferable. In addition, the amount of phosphate groups introduced into the fiber raw material is, for example, preferably 5.20 mmol/g or less, more preferably 3.65 mmol/g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. It is more preferably 00 mmol/g or less. By setting the amount of the phosphate group to be introduced within the above range, the fiber raw material can be easily made finer, and the stability of the fine fibrous cellulose can be enhanced. Furthermore, by setting the amount of phosphate groups to be introduced within the above range, the content of organic onium ions that can be contained in the fibrous cellulose can be set to an appropriate range, thereby making the fibrous ions for the polyimide resin and the organic solvent The dispersibility of cellulose can be effectively enhanced.
<カルボキシ基導入工程>
微細繊維状セルロースがカルボキシ基を有する場合、微細繊維状セルロースの製造工程は、カルボキシ基導入工程を含む。カルボキシ基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、オゾン酸化やフェントン法による酸化、TEMPO酸化処理などの酸化処理やカルボン酸由来の基を有する化合物もしくはその誘導体、またはカルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物もしくはその誘導体によって処理することにより行われる。
<Carboxy Group Introduction Step>
When the fine fibrous cellulose has a carboxy group, the production process of the fine fibrous cellulose includes a carboxy group introduction step. In the step of introducing a carboxy group, the fiber raw material containing cellulose is subjected to oxidation treatment such as ozone oxidation, oxidation by the Fenton method, TEMPO oxidation treatment, a compound having a carboxylic acid-derived group or a derivative thereof, or a carboxylic acid-derived group. This is done by treating the compound with an acid anhydride or a derivative thereof.
カルボン酸由来の基を有する化合物としては、特に限定されないが、たとえばマレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸等のトリカルボン酸化合物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばカルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシ基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては、特に限定されないが、たとえばマレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。 The compound having a carboxylic acid-derived group is not particularly limited. Examples include tricarboxylic acid compounds. Derivatives of compounds having a carboxylic acid-derived group are not particularly limited, but include, for example, imidized acid anhydrides of compounds having a carboxy group and derivatives of acid anhydrides of compounds having a carboxy group. Examples of imidized acid anhydrides of compounds having a carboxy group include, but are not particularly limited to, imidized dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide and phthalimide.
カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物としては、特に限定されないが、たとえば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。また、カルボン酸由来の基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては、特に限定されないが、たとえばジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等のカルボキシ基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が、アルキル基、フェニル基等の置換基により置換されたものが挙げられる。 The acid anhydride of the compound having a group derived from carboxylic acid is not particularly limited. acid anhydrides; In addition, the acid anhydride derivative of the compound having a group derived from carboxylic acid is not particularly limited. Acid anhydrides in which at least some of the hydrogen atoms are substituted with substituents such as alkyl groups and phenyl groups can be mentioned.
カルボキシ基導入工程において、TEMPO酸化処理を行う場合には、たとえばその処理をpHが6以上8以下の条件で行うことが好ましい。このような処理は、中性TEMPO酸化処理ともいう。中性TEMPO酸化処理は、例えばリン酸ナトリウム緩衝液(pH=6.8)に、繊維原料としてパルプと、触媒としてTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)等のニトロキシラジカル、犠牲試薬として次亜塩素酸ナトリウムを添加することで行うことができる。さらに亜塩素酸ナトリウムを共存させることによって、酸化の過程で発生するアルデヒドを、効率的にカルボキシ基まで酸化することができる。 In the carboxyl group introduction step, when the TEMPO oxidation treatment is performed, it is preferable to perform the treatment under the condition of pH 6 or more and 8 or less. Such treatment is also referred to as neutral TEMPO oxidation treatment. Neutral TEMPO oxidation treatment includes, for example, sodium phosphate buffer (pH=6.8), pulp as a fiber raw material, and TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) as a catalyst. This can be done by adding sodium hypochlorite as a nitroxy radical, sacrificial reagent. Furthermore, coexistence of sodium chlorite enables efficient oxidation of aldehydes generated in the process of oxidation to carboxyl groups.
また、TEMPO酸化処理は、その処理をpHが10以上11以下の条件で行ってもよい。このような処理は、アルカリTEMPO酸化処理ともいう。アルカリTEMPO酸化処理は、たとえば繊維原料としてのパルプに対し、触媒としてTEMPO等のニトロキシラジカルと、共触媒として臭化ナトリウムと、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより行うことができる。 Moreover, the TEMPO oxidation treatment may be performed under the condition that the pH is 10 or more and 11 or less. Such treatment is also called alkali TEMPO oxidation treatment. Alkaline TEMPO oxidation treatment can be performed, for example, by adding a nitroxy radical such as TEMPO as a catalyst, sodium bromide as a cocatalyst, and sodium hypochlorite as an oxidizing agent to pulp as a fiber raw material. .
繊維原料に対するカルボキシ基の導入量は、置換基の種類によっても変わるが、たとえばTEMPO酸化によりカルボキシ基を導入する場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.10mmol/g以上であることが好ましく、0.20mmol/g以上であることがより好ましく、0.50mmol/g以上であることがさらに好ましく、0.90mmol/g以上であることがとくに好ましい。また、2.5mmol/g以下であることが好ましく、2.20mmol/g以下であることがより好ましく、2.00mmol/g以下であることがさらに好ましい。その他、置換基がカルボキシメチル基である場合、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり5.8mmol/g以下であってもよい。さらに、カルボキシ基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロースが含み得る有機オニウムイオンの含有量を適切な範囲とすることができ、これにより、ポリイミド樹脂や有機溶媒に対する繊維状セルロースの分散性を効果的に高めることができる。 The amount of carboxyl groups to be introduced into the fiber raw material varies depending on the type of substituent. For example, when carboxyl groups are introduced by TEMPO oxidation, the amount is preferably 0.10 mmol/g or more per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. , is more preferably 0.20 mmol/g or more, still more preferably 0.50 mmol/g or more, and particularly preferably 0.90 mmol/g or more. Also, it is preferably 2.5 mmol/g or less, more preferably 2.20 mmol/g or less, and even more preferably 2.00 mmol/g or less. In addition, when the substituent is a carboxymethyl group, it may be 5.8 mmol/g or less per 1 g (mass) of fine fibrous cellulose. Furthermore, by setting the amount of carboxyl groups to be introduced within the above range, the content of organic onium ions that can be contained in the fibrous cellulose can be set to an appropriate range, thereby increasing the amount of fibrous cellulose relative to polyimide resins and organic solvents. can effectively increase the dispersibility of
<洗浄工程>
本実施形態における微細繊維状セルロースの製造方法においては、必要に応じてアニオン性基導入繊維に対して洗浄工程を行うことができる。洗浄工程は、たとえば水や有機溶媒によりアニオン性基導入繊維を洗浄することにより行われる。また、洗浄工程は後述する各工程の後に行われてもよく、各洗浄工程において実施される洗浄回数は、とくに限定されない。
<Washing process>
In the method for producing fine fibrous cellulose according to the present embodiment, the anionic group-introduced fiber can be subjected to a washing step, if necessary. The washing step is performed by washing the anionic group-introduced fiber with water or an organic solvent, for example. Moreover, the washing process may be performed after each process described later, and the number of times of washing performed in each washing process is not particularly limited.
<アルカリ処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、アニオン性基導入工程と、後述する解繊処理工程との間に、繊維原料に対してアルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えばアルカリ溶液中に、アニオン性基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkali treatment process>
When producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be subjected to alkali treatment between the anionic group introduction step and the defibration treatment step described later. The method of alkali treatment is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the anionic group-introduced fiber in an alkali solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されず、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。本実施形態においては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムをアルカリ化合物として用いることが好ましい。また、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水または有機溶媒のいずれであってもよい。中でも、アルカリ溶液に含まれる溶媒は、水、またはアルコールに例示される極性有機溶媒などを含む極性溶媒であることが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であることがより好ましい。アルカリ溶液としては、汎用性が高いことから、たとえば水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が好ましい。 The alkaline compound contained in the alkaline solution is not particularly limited, and may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. In the present embodiment, it is preferable to use, for example, sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkaline compound because of its high versatility. Moreover, the solvent contained in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. Among them, the solvent contained in the alkaline solution is preferably water or a polar solvent including a polar organic solvent exemplified by alcohol, and more preferably an aqueous solvent including at least water. As the alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is preferable because of its high versatility.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましい。アルカリ処理工程におけるアニオン性基導入繊維のアルカリ溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上30分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえばアニオン性基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 Although the temperature of the alkaline solution in the alkaline treatment step is not particularly limited, it is preferably 5° C. or higher and 80° C. or lower, more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower. The immersion time of the anionic group-introduced fiber in the alkali solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 30 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less. The amount of the alkaline solution used in the alkaline treatment is not particularly limited, but for example, it is preferably 100% by mass or more and 100000% by mass or less, and 1000% by mass or more and 10000% by mass or less relative to the absolute dry mass of the anionic group-introduced fiber. is more preferable.
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液の使用量を減らすために、アニオン性基導入工程の後であってアルカリ処理工程の前に、アニオン性基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄してもよい。アルカリ処理工程の後であって解繊処理工程の前には、取り扱い性を向上させる観点から、アルカリ処理を行ったアニオン性基導入繊維を水や有機溶媒により洗浄することが好ましい。 In order to reduce the amount of alkaline solution used in the alkaline treatment step, the anionic group-introduced fiber may be washed with water or an organic solvent after the anionic group-introducing step and before the alkaline treatment step. After the alkali treatment step and before the fibrillation treatment step, it is preferable to wash the alkali-treated anionic group-introduced fibers with water or an organic solvent from the viewpoint of improving handleability.
<酸処理工程>
微細繊維状セルロースを製造する場合、アニオン性基を導入する工程と、後述する解繊処理工程の間に、繊維原料に対して酸処理を行ってもよい。例えば、アニオン性基導入工程、酸処理、アルカリ処理及び解繊処理をこの順で行ってもよい。
<Acid treatment process>
When producing fine fibrous cellulose, the fiber raw material may be subjected to an acid treatment between the step of introducing an anionic group and the defibration treatment step described later. For example, the anionic group introduction step, acid treatment, alkali treatment and fibrillation treatment may be performed in this order.
酸処理の方法としては、特に限定されないが、たとえば酸を含有する酸性液中に繊維原料を浸漬する方法が挙げられる。使用する酸性液の濃度は、特に限定されないが、たとえば10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。また、使用する酸性液のpHは、特に限定されないが、たとえば0以上4以下であることが好ましく、1以上3以下であることがより好ましい。酸性液に含まれる酸としては、たとえば無機酸、スルホン酸、カルボン酸等を用いることができる。無機酸としては、たとえば硫酸、硝酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。スルホン酸としては、たとえばメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、クエン酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸等が挙げられる。これらの中でも、塩酸または硫酸を用いることがとくに好ましい。 The acid treatment method is not particularly limited, but includes, for example, a method of immersing the fiber raw material in an acidic liquid containing an acid. Although the concentration of the acid liquid used is not particularly limited, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. Moreover, the pH of the acidic liquid to be used is not particularly limited. Examples of acids contained in the acid solution include inorganic acids, sulfonic acids, and carboxylic acids. Examples of inorganic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hypochlorous acid, chlorous acid, chloric acid, perchloric acid, phosphoric acid and boric acid. Examples of sulfonic acid include methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like. Carboxylic acids include, for example, formic acid, acetic acid, citric acid, gluconic acid, lactic acid, oxalic acid, and tartaric acid. Among these, it is particularly preferable to use hydrochloric acid or sulfuric acid.
酸処理における酸溶液の温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上100℃以下が好ましく、20℃以上90℃以下がより好ましい。酸処理における酸溶液への浸漬時間は、特に限定されないが、たとえば5分以上120分以下が好ましく、10分以上60分以下がより好ましい。酸処理における酸溶液の使用量は、特に限定されないが、たとえば繊維原料の絶対乾燥質量に対して100質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下であることがより好ましい。 The temperature of the acid solution in the acid treatment is not particularly limited. The immersion time in the acid solution in the acid treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less. The amount of the acid solution used in the acid treatment is not particularly limited. is more preferred.
<解繊処理>
アニオン性基導入繊維を解繊処理工程で解繊処理することにより、微細繊維状セルロースが得られる。解繊処理工程においては、たとえば解繊処理装置を用いることができる。解繊処理装置は、特に限定されないが、たとえば高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミル、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなどを使用することができる。上記解繊処理装置の中でも、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミネーションのおそれが少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーを用いるのがより好ましい。
<Fibrillation treatment>
Fine fibrous cellulose is obtained by subjecting the anionic group-introduced fibers to defibration treatment in the fibrillation treatment step. In the defibration treatment process, for example, a fibrillation treatment device can be used. The fibrillation treatment device is not particularly limited, but for example, a high-speed fibrillator, a grinder (stone mill type pulverizer), a high pressure homogenizer, an ultra-high pressure homogenizer, a high pressure impact type pulverizer, a ball mill, a bead mill, a disk refiner, a conical refiner, and a biaxial refiner. A kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, a beater, or the like can be used. Among the above defibration equipment, it is more preferable to use a high-speed fibrillation machine, a high-pressure homogenizer, and an ultrahigh-pressure homogenizer, which are less affected by the grinding media and less likely to cause contamination.
解繊処理工程においては、たとえばアニオン性基導入繊維を、分散媒により希釈してスラリー状にすることが好ましい。分散媒としては、水、および極性有機溶媒などの有機溶媒から選択される1種または2種以上を使用することができる。極性有機溶媒としては、とくに限定されないが、たとえばアルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、非プロトン極性溶媒等が好ましい。アルコール類としては、たとえばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブチルアルコール等が挙げられる。多価アルコール類としては、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。エーテル類としては、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノn-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。エステル類としては、たとえば酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリジノン(NMP)等が挙げられる。 In the fibrillation treatment step, for example, the anionic group-introduced fibers are preferably diluted with a dispersion medium to form a slurry. As the dispersion medium, one or more selected from organic solvents such as water and polar organic solvents can be used. The polar organic solvent is not particularly limited, but alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, aprotic polar solvents and the like are preferable. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, isobutyl alcohol and the like. Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, propylene glycol and glycerin. Ketones include acetone, methyl ethyl ketone (MEK), and the like. Examples of ethers include diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether and the like. Examples of esters include ethyl acetate and butyl acetate. Aprotic polar solvents include dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and the like.
解繊処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は適宜設定できる。また、アニオン性基導入繊維を分散媒に分散させて得たスラリー中には、例えば水素結合性のある尿素などのアニオン性基導入繊維以外の固形分が含まれていてもよい。 The solid content concentration of the fine fibrous cellulose at the defibration treatment can be appropriately set. Further, the slurry obtained by dispersing the anionic group-introduced fiber in the dispersion medium may contain solids other than the anionic group-introduced fiber, such as urea having hydrogen bonding properties.
(有機オニウムイオン)
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、微細繊維状セルロースが有するアニオン性基の対イオンとして、有機オニウムイオンを含む。本発明においては、少なくとも一部の有機オニウムイオンは、微細繊維状セルロースの対イオンとして存在しているが、繊維状セルロース含有樹脂組成物中には、遊離した有機オニウムイオンが存在していてもよい。なお、有機オニウムイオンは、繊維状セルロースと共有結合を形成するものではない。
(organic onium ion)
The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention contains an organic onium ion as a counter ion for the anionic group of the fine fibrous cellulose. In the present invention, at least part of the organic onium ions are present as counter ions of the fine fibrous cellulose. good. Note that organic onium ions do not form covalent bonds with fibrous cellulose.
有機オニウムイオンは、下記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たす。
(a)炭素数が5以上の炭化水素基を含む。
(b)総炭素数が17以上である。
すなわち、微細繊維状セルロースは、炭素数が5以上の炭化水素基を含む有機オニウムイオン、及び総炭素数が17以上の有機オニウムイオンから選択される少なくとも一方を、アニオン性基の対イオンとして含む。有機オニウムイオンを、上記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たすものとすることにより、ポリイミド樹脂や有機溶媒に対する微細繊維状セルロースの分散性を高めることができ、ポリイミド樹脂成形体の基材剥離性を高めることができる。
The organic onium ion satisfies at least one condition selected from the following (a) and (b).
(a) contains a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms;
(b) The total number of carbon atoms is 17 or more.
That is, the fine fibrous cellulose contains at least one selected from an organic onium ion containing a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms and an organic onium ion having a total carbon number of 17 or more as a counter ion of an anionic group. . By making the organic onium ion satisfy at least one of the conditions selected from (a) and (b) above, the dispersibility of the fine fibrous cellulose in the polyimide resin and the organic solvent can be improved, and the polyimide resin It is possible to enhance the releasability of the molded body from the substrate.
炭素数が5以上の炭化水素基は、炭素数が5以上のアルキル基又は炭素数が5以上のアルキレン基であることが好ましく、炭素数が6以上のアルキル基又は炭素数が6以上のアルキレン基であることがより好ましく、炭素数が7以上のアルキル基又は炭素数が7以上のアルキレン基であることがさらに好ましく、炭素数が10以上のアルキル基又は炭素数が10以上のアルキレン基であることが特に好ましい。中でも、有機オニウムイオンは炭素数が5以上のアルキル基を有するものであることが好ましく、炭素数が5以上のアルキル基を含み、かつ総炭素数が17以上の有機オニウムイオンであることがより好ましい。 The hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms is preferably an alkyl group having 5 or more carbon atoms or an alkylene group having 5 or more carbon atoms, and an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an alkylene group having 6 or more carbon atoms more preferably an alkyl group having 7 or more carbon atoms or an alkylene group having 7 or more carbon atoms, and an alkyl group having 10 or more carbon atoms or an alkylene group having 10 or more carbon atoms It is particularly preferred to have Among them, the organic onium ion preferably has an alkyl group having 5 or more carbon atoms, and more preferably an organic onium ion containing an alkyl group having 5 or more carbon atoms and having a total carbon number of 17 or more. preferable.
有機オニウムイオンは、下記一般式(A)で表される有機オニウムイオンであることが好ましい。 The organic onium ion is preferably an organic onium ion represented by the following general formula (A).
上記一般式(A)中、Mは窒素原子又はリン原子であり、R1~R4は、それぞれ独立に水素原子又は有機基を表す。但し、R1~R4の少なくとも1つは、炭素数が5以上の有機基であるか、R1~R4の炭素数の合計が17以上であることが好ましい。
中でも、Mは、窒素原子であることが好ましい。すなわち、有機オニウムイオンは有機アンモニウムイオンであることが好ましい。また、R1~R4の少なくとも1つは、炭素数が5以上のアルキル基であり、かつR1~R4の炭素数の合計が17以上であることが好ましい。
In general formula (A) above, M is a nitrogen atom or a phosphorus atom, and R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or an organic group. However, at least one of R 1 to R 4 is preferably an organic group having 5 or more carbon atoms, or the total number of carbon atoms of R 1 to R 4 is preferably 17 or more.
Among them, M is preferably a nitrogen atom. That is, the organic onium ion is preferably an organic ammonium ion. At least one of R 1 to R 4 is preferably an alkyl group having 5 or more carbon atoms, and the total number of carbon atoms of R 1 to R 4 is preferably 17 or more.
このような有機オニウムイオンとしては、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウム、セチルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクチルジメチルエチルアンモニウム、ラウリルジメチルエチルアンモニウム、ジデシルジメチルアンモニウム、ラウリルジメチルベンジルアンモニウム、トリブチルベンジルアンモニウム、メチルトリ-n-オクチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、n-オクチルアンモニウム、ドデシルアンモニウム、テトラデシルアンモニウム、ヘキサデシルアンモニウム、ステアリルアンモニウム、N,N-ジメチルドデシルアンモニウム、N,N-ジメチルテトラデシルアンモニウム、N,N-ジメチルヘキサデシルアンモニウム、N,N-ジメチル-n-オクタデシルアンモニウム、ジヘキシルアンモニウム、ジ(2-エチルヘキシル)アンモニウム、ジーn-オクチルアンモニウム、ジデシルアンモニウム、ジドデシルアンモニウム、ジデシルメチルアンモニウム、N,N-ジドデシルメチルアンモニウム、ポリオキシエチレンドデシルアンモニウム、アルキルジメチルベンジルアンモニウム、ジ-n-アルキルジメチルアンモニウム、ベヘニルトリメチルアンモニウム、テトラフェニルホスホニウム、テトラオクチルホスホニウム、アセトニルトリフェニルホスホニウム、アリルトリフェニルホスホニウム、アミルトリフェニルホスホニウム、ベンジルトリフェニルホスホニウム、エチルトリフェニルホスホニウム、ジフェニルプロピルホスホニウム、トリフェニルホスホニウム、トリシクロヘキシルホスホニウム、トリ-n-オクチルホスホニウム等を挙げることができる。なお、アルキルジメチルベンジルアンモニウム、ジ-n-アルキルジメチルアンモニウムにおけるアルキル基として、炭素数が8以上18以下の直鎖アルキル基が挙げられる。 Examples of such organic onium ions include lauryltrimethylammonium, cetyltrimethylammonium, stearyltrimethylammonium, octyldimethylethylammonium, lauryldimethylethylammonium, didecyldimethylammonium, lauryldimethylbenzylammonium, tributylbenzylammonium, and methyltri-n. - octylammonium, hexylammonium, n-octylammonium, dodecylammonium, tetradecylammonium, hexadecylammonium, stearylammonium, N,N-dimethyldodecylammonium, N,N-dimethyltetradecylammonium, N,N-dimethylhexadecyl ammonium, N,N-dimethyl-n-octadecylammonium, dihexylammonium, di(2-ethylhexyl)ammonium, di-n-octylammonium, didecylammonium, didodecylammonium, didecylmethylammonium, N,N-didodecylmethyl ammonium, polyoxyethylenedodecylammonium, alkyldimethylbenzylammonium, di-n-alkyldimethylammonium, behenyltrimethylammonium, tetraphenylphosphonium, tetraoctylphosphonium, acetonyltriphenylphosphonium, allyltriphenylphosphonium, amyltriphenylphosphonium, benzyl triphenylphosphonium, ethyltriphenylphosphonium, diphenylpropylphosphonium, triphenylphosphonium, tricyclohexylphosphonium, tri-n-octylphosphonium and the like. Examples of the alkyl group in alkyldimethylbenzylammonium and di-n-alkyldimethylammonium include linear alkyl groups having 8 or more and 18 or less carbon atoms.
なお、一般式(A)に示した通り、有機オニウムイオンの中心元素は合計4つの基または水素と結合している。上述した有機オニウムイオンの名称で、結合している基が4つ未満である場合、残りは水素原子が結合して有機オニウムイオンを形成している。例えば、N,N-ジドデシルメチルアンモニウムであれば、名称からドデシル基が2つ、メチル基が1つ結合していると判断できる。この場合、残りの1つには水素が結合し、有機オニウムイオンを形成している。 Incidentally, as shown in the general formula (A), the central element of the organic onium ion is bonded to a total of four groups or hydrogen. In the nomenclature of the organo-onium ions mentioned above, if there are less than four groups attached, the remainder are attached with hydrogen atoms to form the organo-onium ion. For example, in the case of N,N-didodecylmethylammonium, it can be determined from the name that two dodecyl groups and one methyl group are bonded. In this case, hydrogen is bound to the remaining one to form an organic onium ion.
有機オニウムがO原子を含む場合、O原子に対するC原子の質量比率(C/O比)は大きいほど好ましく、例えば、C/O>5であることが好ましい。C/O比を5よりも大きくすることにより、微細繊維状セルロース含有スラリーに、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加した際に、微細繊維状セルロース濃縮物が得られやすくなる。 When the organic onium contains O atoms, it is preferable that the mass ratio of C atoms to O atoms (C/O ratio) is as large as possible, for example, C/O>5. By increasing the C/O ratio to greater than 5, a fine fibrous cellulose concentrate is obtained when organic onium ions or compounds that form organic onium ions upon neutralization are added to the fine fibrous cellulose-containing slurry. more likely to be
有機オニウムイオンの分子量は、2000以下であることが好ましく、1800以下であることがより好ましい。有機オニウムイオンの分子量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースのハンドリング性を高めることができる。また、有機オニウムイオンの分子量を上記範囲内とすることにより、繊維状セルロース含有樹脂組成物における繊維状セルロースの含有率が低下してしまうことを抑制できる。 The molecular weight of the organic onium ion is preferably 2000 or less, more preferably 1800 or less. By setting the molecular weight of the organic onium ion within the above range, the handleability of the fine fibrous cellulose can be enhanced. Further, by setting the molecular weight of the organic onium ion within the above range, it is possible to suppress the decrease in the content of fibrous cellulose in the fibrous cellulose-containing resin composition.
有機オニウムイオンの含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物の全質量に対して1.0質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましく、2.0質量%以上であることがさらに好ましい。また、有機オニウムイオンの含有量は繊維状セルロース含有樹脂組成物の全質量に対して30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。 The content of organic onium ions is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, more preferably 2.0% by mass, relative to the total mass of the fibrous cellulose-containing resin composition. % or more is more preferable. Also, the content of organic onium ions is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, relative to the total mass of the fibrous cellulose-containing resin composition.
また、繊維状セルロース含有樹脂組成物における有機オニウムイオンの含有量は、微細繊維状セルロース中に含まれるアニオン性基量に対して、等モル量から2倍モル量であることが好ましいが、特に限定されない。なお、有機オニウムイオンの含有量は、有機オニウムイオンに典型的に含まれる原子を追跡することで測定することができる。具体的には、有機オニウムイオンがアンモニウムイオンの場合は窒素原子を、有機オニウムイオンがホスホニウムイオンの場合はリン原子の量を測定する。なお、微細繊維状セルロースが有機オニウムイオン以外に、窒素原子やリン原子を含む場合は、有機オニウムイオンのみを抽出する方法、例えば、酸による抽出操作などを行ってから、目的の原子の量を測定すれば良い。 In addition, the content of the organic onium ion in the fibrous cellulose-containing resin composition is preferably an equimolar amount to twice the molar amount of the anionic group contained in the fine fibrous cellulose. Not limited. The content of organic onium ions can be measured by tracing atoms typically contained in organic onium ions. Specifically, the amount of nitrogen atoms is measured when the organic onium ions are ammonium ions, and the amount of phosphorus atoms is measured when the organic onium ions are phosphonium ions. If the fine fibrous cellulose contains nitrogen atoms and phosphorus atoms in addition to the organic onium ions, a method for extracting only the organic onium ions, for example, an extraction operation with an acid, is performed, and then the desired amount of atoms is extracted. You should measure.
(ポリイミド樹脂)
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体から選択される少なくとも一種を含む。ポリイミド樹脂としては、いわゆるポリイミドを挙げることができるが、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリイミドエステル、ポリエーテルイミド、ポリシロキサンイミド等に代表されるように、その構造中にイミド基を有する樹脂であってもよい。
(polyimide resin)
The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention contains at least one selected from polyimide resins and polyimide precursors. Examples of polyimide resins include so-called polyimides, which are resins having an imide group in their structure, as typified by polyamideimide, polybenzimidazole, polyimideester, polyetherimide, polysiloxaneimide, and the like. may
ポリイミド樹脂は、公知のジアミンと酸無水物とを溶媒の存在下で反応させることで得られるポリイミド前駆体を、加熱または触媒等を用いてイミド化することで得られる。 A polyimide resin is obtained by imidizing a polyimide precursor obtained by reacting a known diamine and an acid anhydride in the presence of a solvent, using heating or a catalyst.
ジアミンとしては、例えば、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2’-メトキシ-4,4’-ジアミノベンズアニリド、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2’-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジヒドロキシ-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノベンズアニリド等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば、無水ピロメリット酸、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’ -ジフェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物、4,4’-オキシジフタル酸無水物等が挙げられる。
なお、ジアミンと酸無水物は、それぞれ、1種のみを使用してもよく、2種以上を併用することもできる。
Examples of diamines include 4,4′-diaminodiphenyl ether, 2′-methoxy-4,4′-diaminobenzanilide, 1,4-bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(4-amino phenoxy)benzene, 2,2'-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 2,2'-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,3'-dihydroxy-4,4'- diaminobiphenyl, 4,4'-diaminobenzanilide and the like.
Examples of acid anhydrides include pyromellitic anhydride, 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3′,4,4′-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 4,4'-oxydiphthalic anhydride and the like.
In addition, a diamine and an acid anhydride may use only 1 type, respectively, and can also use 2 or more types together.
ジアミンと酸無水物との反応は有機溶媒中で行うことが好ましく、このような有機溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ヘキサメチルホスホルムアミド、フェノール、クレゾール、γ-ブチロラクトン等を挙げることができる。これらの有機溶媒は単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。 The reaction between the diamine and the acid anhydride is preferably carried out in an organic solvent. Examples of such organic solvents include dimethylsulfoxide, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2 -pyrrolidone, hexamethylphosphoramamide, phenol, cresol, γ-butyrolactone and the like. These organic solvents may be used alone or in combination.
ポリイミド前駆体は、公知の方法で合成することができ、例えば、ランダム重合やブロック重合により合成できる。ポリイミド前駆体を合成する際には、ジアミンと酸無水物を含む有機溶媒の温度を0~100℃とし、1分~100時間反応させることでポリイミド前駆体の溶媒溶液を得ることができる。 A polyimide precursor can be synthesized by a known method, for example, by random polymerization or block polymerization. When synthesizing the polyimide precursor, the temperature of the organic solvent containing diamine and acid anhydride is set to 0 to 100° C., and the solvent solution of the polyimide precursor can be obtained by reacting for 1 minute to 100 hours.
ポリイミド前駆体としては、ポリアミド酸、ポリアミド酸塩、ポリアミド酸アルキルエステル、ポリアミド酸トリメチルシリルエステル、テトラカルボン酸ジエステルとジアミンの混合溶液などを挙げることができる。中でも、ポリイミド前駆体は、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを含む成分から合成されるポリアミド酸であることが好ましい。 Examples of the polyimide precursor include polyamic acid, polyamic acid salt, polyamic acid alkyl ester, polyamic acid trimethylsilyl ester, mixed solution of tetracarboxylic acid diester and diamine, and the like. Among them, the polyimide precursor is preferably a polyamic acid synthesized from a component containing a tetracarboxylic dianhydride and a diamine.
ポリイミド前駆体の溶媒溶液は、ポリアミド酸溶液であることが好ましく、市販品を用いてもよい。例えば、宇部興産株式会社製のU-ワニス-A、U-ワニス-S、新日鐵化学株式会社製のSPI-200N、SPI-300N、東レ株式会社製のトレニース#3000、日立化成工業株式会社製のPIQ、新日本理化株式会社のリカコートSN-20等を用いることができる。 The polyimide precursor solvent solution is preferably a polyamic acid solution, and a commercially available product may be used. For example, U-Varnish-A and U-Varnish-S manufactured by Ube Industries, Ltd., SPI-200N and SPI-300N manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., Trenice #3000 manufactured by Toray Industries, Ltd., Hitachi Chemical Co., Ltd. PIQ, manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd., Ricacoat SN-20, etc. can be used.
ポリイミド樹脂は、ポリイミド前駆体を、加熱または触媒等を用いてイミド化することで得られる。イミド化反応を行う際には、ポリイミド前駆体の溶媒溶液にイミド化触媒を添加してもよい。イミド化触媒としては、イミダゾール、2-イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、イソキノリン、置換ピリジンなどを挙げることができる。 A polyimide resin is obtained by imidating a polyimide precursor using heating or a catalyst. When performing the imidization reaction, an imidization catalyst may be added to the solvent solution of the polyimide precursor. Examples of imidization catalysts include imidazole, 2-imidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-phenylimidazole, benzimidazole, isoquinoline, and substituted pyridine.
ポリイミド前駆体を加熱する際には、支持基材上にポリイミド前駆体の溶媒溶液を塗布し、加熱乾燥を行うキャスト法を採用してもよい。なお、本発明において、ポリイミド前駆体の溶媒溶液を加熱する際には、後述するように、ポリイミド前駆体の溶媒溶液には、予め微細繊維状セルロースが混合される。 When heating the polyimide precursor, a casting method may be employed in which a solvent solution of the polyimide precursor is applied onto the supporting base material and dried by heating. In the present invention, when the solvent solution of the polyimide precursor is heated, the solvent solution of the polyimide precursor is previously mixed with fine fibrous cellulose, as described later.
(液状組成物)
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、有機溶媒を含むものであってもよい。この場合、有機溶媒は、ポリイミド前駆体の溶媒溶液に含まれる有機溶媒であってもよく、ポリイミド前駆体の溶媒溶液に含まれる有機溶媒とは別途添加されるものであってもよい。すなわち、本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は液状組成物であってもよく、液状組成物は、上述した繊維状セルロース含有樹脂組成物と、有機溶媒と、を混合してなるものであってもよい。なお、本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物が液状組成物である場合、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体から選択される少なくとも一種は、ポリイミド前駆体を含む溶媒溶液であることが好ましく、ポリアミド酸溶液であることがより好ましい。
(liquid composition)
The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention may contain an organic solvent. In this case, the organic solvent may be the organic solvent contained in the solvent solution of the polyimide precursor, or may be added separately from the organic solvent contained in the solvent solution of the polyimide precursor. That is, the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention may be a liquid composition, and the liquid composition is a mixture of the fibrous cellulose-containing resin composition described above and an organic solvent. may When the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention is a liquid composition, at least one selected from polyimide resins and polyimide precursors is preferably a solvent solution containing a polyimide precursor, and polyamic acid solution is more preferable.
有機溶媒は、特に限定されるものではないが、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(IPA)、1-ブタノール、m-クレゾール、グリセリン、酢酸、ピリジン、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、酢酸エチル、アニリン、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホルムアミド、フェノール、γ-ブチロラクトン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、p-キシレン、ジエチルエーテルクロロホルム等を挙げることができる。中でも、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン、メタノールは好ましく用いられる。 Organic solvents include, but are not limited to, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol (IPA), 1-butanol, m-cresol, glycerin, acetic acid, pyridine, tetrahydrofuran (THF), acetone. , methyl ethyl ketone (MEK), ethyl acetate, aniline, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylsulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide, hexamethylphosphoramamide, Phenol, γ-butyrolactone, hexane, cyclohexane, benzene, toluene, p-xylene, diethyl ether chloroform and the like can be mentioned. Among them, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylsulfoxide (DMSO), methyl ethyl ketone (MEK), toluene and methanol are preferably used.
有機溶媒の25℃における比誘電率は、60以下であることが好ましく、50以下であることがより好ましい。本発明の微細繊維状セルロースは、比誘電率の低い有機溶媒中においても優れた分散性を発揮することができるため、有機溶媒の25℃における比誘電率は、45以下であってもよく、40以下であってもよく、35以下であってもよい。 The dielectric constant of the organic solvent at 25° C. is preferably 60 or less, more preferably 50 or less. Since the fine fibrous cellulose of the present invention can exhibit excellent dispersibility even in an organic solvent with a low dielectric constant, the dielectric constant of the organic solvent at 25 ° C. may be 45 or less, It may be 40 or less, or 35 or less.
有機溶媒のハンセン溶解度パラメーター(Hansen solubility parameter,HSP値)のδpは、5MPa1/2以上20MPa1/2以下であることが好ましく、10MPa1/2以上19MPa1/2以下であることがより好ましく、12MPa1/2以上18MPa1/2以下であることがさらに好ましい。また、δhは、5MPa1/2以上40MPa1/2以下であることが好ましく、5MPa1/2以上30MPa1/2以下であることがより好ましく、5MPa1/2以上20MPa1/2以下であることがさらに好ましい。また、δpが0MPa1/2以上4MPa1/2以下の範囲であり、δhが0MPa1/2以上6MPa1/2以下の範囲であることを同時に満たすことも好ましい。 δp of the Hansen solubility parameter (HSP value) of the organic solvent is preferably 5 MPa 1/2 or more and 20 MPa 1/2 or less, more preferably 10 MPa 1/2 or more and 19 MPa 1/2 or less. , 12 MPa 1/2 or more and 18 MPa 1/2 or less. In addition, δh is preferably 5 MPa 1/2 or more and 40 MPa 1/2 or less, more preferably 5 MPa 1/2 or more and 30 MPa 1/2 or less, and 5 MPa 1/2 or more and 20 MPa 1/2 or less. is more preferred. It is also preferable to simultaneously satisfy the conditions that δp is in the range of 0 MPa 1/2 to 4 MPa 1/2 and δh is in the range of 0 MPa 1/2 to 6 MPa 1/2 .
有機溶媒の含有量は、液状組成物中に含まれる固形分の全質量に対して、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましい。また、有機溶媒の含有量は、液状組成物中に含まれる固形分の全質量に対して、98質量%以下であることが好ましく、97質量%以下であることがより好ましい。なお、液状組成物の分散媒は有機溶媒であることが好ましいが、有機溶媒の他に水をさらに含有していてもよい。 The content of the organic solvent is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, relative to the total mass of solids contained in the liquid composition. Moreover, the content of the organic solvent is preferably 98% by mass or less, more preferably 97% by mass or less, relative to the total mass of solids contained in the liquid composition. The dispersion medium of the liquid composition is preferably an organic solvent, but may further contain water in addition to the organic solvent.
液状組成物における固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また、液状組成物における固形分濃度は、液状組成物の全質量に対して、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましい。 The solid content concentration in the liquid composition is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, relative to the total mass of the liquid composition. Further, the solid content concentration in the liquid composition is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, relative to the total mass of the liquid composition.
(任意成分)
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、さらに他の任意成分を含有していてもよい。
(Optional component)
The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention may further contain other optional components.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、任意成分として、ポリイミド以外の樹脂や樹脂の前駆体を含んでいてもよい。このような樹脂の種類は特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を挙げることができる。具体的には、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、塩素系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アルコール系樹脂、セルロース誘導体、及びこれらの樹脂の前駆体、が挙げられる。なお、セルロース誘導体としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどを挙げることができる。 The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention may contain resins other than polyimide and resin precursors as optional components. Although the type of such resin is not particularly limited, examples thereof include thermoplastic resins and thermosetting resins. Specifically, acrylic resins, polycarbonate resins, polyester resins, polyamide resins, silicone resins, fluorine resins, chlorine resins, epoxy resins, melamine resins, phenol resins, polyurethane resins, diallyl Examples include phthalate-based resins, polyolefin-based resins, alcohol-based resins, cellulose derivatives, and precursors of these resins. Examples of cellulose derivatives include carboxymethylcellulose, methylcellulose, and hydroxyethylcellulose.
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物は、任意成分として、水溶性高分子を含んでいてもよい。水溶性高分子としては、たとえば、キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、プルラン、カラギーナン、ペクチンなどに例示される増粘多糖類、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース等のデンプン類、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン等のグリセリン類等、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩等を挙げることができる。 The fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention may contain a water-soluble polymer as an optional component. Examples of water-soluble polymers include xanthan gum, guar gum, tamarind gum, carrageenan, locust bean gum, quince seed, alginic acid, pullulan, carrageenan, thickening polysaccharides such as pectin, cationized starch, raw starch, oxidized Starches such as starch, etherified starch, esterified starch and amylose; glycerins such as glycerin, diglycerin and polyglycerin; hyaluronic acid; metal salts of hyaluronic acid;
なお、繊維状セルロース含有樹脂組成物が任意成分として上述したような樹脂や水溶性高分子を含む場合、このような任意成分の含有量は、ポリイミド樹脂及びポリイミド前駆体の合計含有量に比べて少ない。すなわち、繊維状セルロース含有樹脂組成物における樹脂主成分は、ポリイミド樹脂及び/又はポリイミド前駆体である。 When the fibrous cellulose-containing resin composition contains the above-described resins and water-soluble polymers as optional components, the content of such optional components is lower than the total content of the polyimide resin and the polyimide precursor. Few. That is, the main resin component in the fibrous cellulose-containing resin composition is a polyimide resin and/or a polyimide precursor.
任意成分としては、例えば、界面活性剤、有機イオン、カップリング剤、無機層状化合物、無機化合物、レベリング剤、防腐剤、消泡剤、有機系粒子、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線防御剤、染料、顔料、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、分散剤、架橋剤、充填剤、難燃剤、着色剤、摺動性改良剤、酸化防止剤、導電剤等を挙げることができる。 Examples of optional components include surfactants, organic ions, coupling agents, inorganic stratiform compounds, inorganic compounds, leveling agents, preservatives, antifoaming agents, organic particles, lubricants, antistatic agents, UV protection agents, Dyes, pigments, stabilizers, magnetic powders, orientation promoters, plasticizers, dispersants, cross-linking agents, fillers, flame retardants, coloring agents, slidability improvers, antioxidants, conductive agents, etc. .
繊維状セルロース含有樹脂組成物中に含まれる任意成分の含有量は、繊維状セルロース含有樹脂組成物中に含まれる固形分の全質量に対して、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることがさらに好ましい。 The content of the optional component contained in the fibrous cellulose-containing resin composition is preferably 40% by mass or less, preferably 30% by mass, relative to the total mass of solids contained in the fibrous cellulose-containing resin composition. % or less, more preferably 20 mass % or less.
(繊維状セルロース含有樹脂組成物の製造方法)
繊維状セルロース含有樹脂組成物の製造工程は、微細繊維状セルロース含有スラリーに、有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加し、微細繊維状セルロース濃縮物を得る工程(工程a)と、微細繊維状セルロース濃縮物に有機溶媒を添加し、再分散スラリーを得る工程(工程b)と、再分散スラリーとポリイミド前駆体を混合する工程(工程c)と、を有することが好ましい。
(Method for producing fibrous cellulose-containing resin composition)
The step of producing a fibrous cellulose-containing resin composition is a step of adding an organic onium ion or a compound that forms an organic onium ion by neutralization to a fine fibrous cellulose-containing slurry to obtain a fine fibrous cellulose concentrate (step a), adding an organic solvent to the fine fibrous cellulose concentrate to obtain a redispersed slurry (step b), and mixing the redispersed slurry and the polyimide precursor (step c). preferable.
工程aでは、上述した解繊処理工程で得られた微細繊維状セルロース含有スラリーに、上述したような有機オニウムイオンまたは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物を添加する。この際、有機オニウムイオンは、有機オニウムイオンを含有した溶液として添加することが好ましく、有機オニウムイオンを含有した水溶液として添加することがより好ましい。 In step a, organic onium ions as described above or compounds that form organic onium ions by neutralization are added to the fine fibrous cellulose-containing slurry obtained in the defibration treatment step described above. At this time, the organic onium ions are preferably added as a solution containing the organic onium ions, more preferably as an aqueous solution containing the organic onium ions.
有機オニウムイオンを含有した水溶液は、通常、有機オニウムイオンと、対イオン(アニオン)を含んでいる。有機オニウムイオンの水溶液を調製する際、有機オニウムイオンと、対応する対イオンが既に塩を形成している場合は、そのまま水に溶解させればよい。有機オニウムイオンの水溶液を調製する際、有機オニウムイオンと、対応する対イオンが既に塩を形成している場合は、水又は熱水に溶解することが好ましい。 An aqueous solution containing organic onium ions usually contains organic onium ions and counter ions (anions). When preparing an aqueous solution of organic onium ions, if the organic onium ions and the corresponding counterions have already formed a salt, they may be dissolved in water as they are. When preparing an aqueous solution of organic onium ions, if the organic onium ions and the corresponding counter ions have already formed a salt, they are preferably dissolved in water or hot water.
また、有機オニウムイオンは、例えば、ドデシルアミンなどのように、酸によって中和されて始めて生成する場合もある。この場合、有機オニウムイオンは、中和により有機オニウムイオンを形成する化合物と酸との反応により得られる。この場合、中和に使用する酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸や乳酸、酢酸、ギ酸、シュウ酸等の有機酸が挙げられる。凝集工程では、中和により有機オニウムを形成する化合物を微細繊維状セルロース含有スラリーに直接加え、微細繊維状セルロースが含むアニオン性基を対イオンとして、有機オニウムイオン化させても良い。 Also, organic onium ions, such as dodecylamine, may be produced only after being neutralized with an acid. In this case, the organic onium ion is obtained by reaction of the acid with a compound which forms the organic onium ion by neutralization. In this case, acids used for neutralization include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid, and organic acids such as lactic acid, acetic acid, formic acid and oxalic acid. In the aggregating step, a compound that forms an organic onium by neutralization may be directly added to the fine fibrous cellulose-containing slurry to ionize the organic onium using an anionic group contained in the fine fibrous cellulose as a counterion.
有機オニウムイオンの添加量は、微細繊維状セルロースの全質量に対し、2質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、100質量%以上であることが特に好ましい。なお、有機オニウムイオンの添加量は、微細繊維状セルロースの全質量に対し、1000質量%以下であることが好ましい。
また、添加する有機オニウムイオンのモル数は、微細繊維状セルロースが含むアニオン性基の量(モル数)に価数を乗じた値の0.2倍以上であることが好ましく、1.0倍以上であることがより好ましく、2.0倍以上であることがさらに好ましい。なお、添加する有機オニウムイオンのモル数は、微細繊維状セルロースが含むアニオン性基の量(モル数)に価数を乗じた値の10倍以下であることが好ましい。
The amount of the organic onium ion added is preferably 2% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 50% by mass or more, relative to the total mass of the fine fibrous cellulose. 100% by mass or more is particularly preferable. The amount of the organic onium ion added is preferably 1000% by mass or less with respect to the total mass of the fine fibrous cellulose.
In addition, the number of moles of the organic onium ion to be added is preferably 0.2 times or more the value obtained by multiplying the amount (number of moles) of the anionic group contained in the fine fibrous cellulose by the valence, and preferably 1.0 times. It is more preferably 2.0 times or more, and more preferably 2.0 times or more. The number of moles of organic onium ions to be added is preferably 10 times or less of the value obtained by multiplying the amount (number of moles) of anionic groups contained in the fine fibrous cellulose by the valence.
有機オニウムイオンを添加し、撹拌を行うと、微細繊維状セルロース含有スラリー中に凝集物が生じる。この凝集物は、対イオンとして有機オニウムイオンを有する微細繊維状セルロースが凝集したものである。凝集物が生じた微細繊維状セルロース含有スラリーを減圧濾過することで、微細繊維状セルロース凝集物(微細繊維状セルロース濃縮物ともいう)を回収することができる。 When the organic onium ion is added and stirred, agglomerates are produced in the fine fibrous cellulose-containing slurry. The aggregates are aggregates of fine fibrous cellulose having organic onium ions as counter ions. A fine fibrous cellulose aggregate (also referred to as a fine fibrous cellulose concentrate) can be recovered by vacuum-filtrating the fine fibrous cellulose-containing slurry in which aggregates are generated.
得られた微細繊維状セルロース凝集物は、イオン交換水で洗浄してもよい。微細繊維状セルロース凝集物をイオン交換水で繰り返し洗うことで、微細繊維状セルロース凝集物に含まれる余剰な有機オニウムイオン等を除去することができる。 The obtained fine fibrous cellulose aggregate may be washed with deionized water. By repeatedly washing the fine fibrous cellulose aggregate with deionized water, excess organic onium ions and the like contained in the fine fibrous cellulose aggregate can be removed.
得られた微細繊維状セルロース濃縮物中のP原子の含有量に対するN原子の含有量の比(N/Pの値)は1.2よりも大きいことが好ましく、2.0よりも大きいことがより好ましい。また、得られた微細繊維状セルロース濃縮物中のP原子の含有量に対するN原子の含有量の比(N/Pの値)は5.0以下であることが好ましい。なお、微細繊維状セルロース濃縮物中のP原子の含有量とN原子の含有量は適宜元素分析により算出することができる。元素分析としては、例えば、適当な前処理の後に微量窒素分析やモリブデンブルー法などを行うことができる。なお、微細繊維状セルロース濃縮物以外の組成物が、P原子、N原子を含む場合は、当該組成物と微細繊維状セルロース濃縮物を適当な方法で分離した後に元素分析を行ってもよい。 The ratio of the N atom content to the P atom content (N/P value) in the obtained fine fibrous cellulose concentrate is preferably greater than 1.2, more preferably greater than 2.0. more preferred. Moreover, the ratio of the content of N atoms to the content of P atoms in the obtained concentrate of fine fibrous cellulose (value of N/P) is preferably 5.0 or less. The content of P atoms and the content of N atoms in the fine fibrous cellulose concentrate can be appropriately calculated by elemental analysis. For elemental analysis, for example, trace nitrogen analysis, molybdenum blue method, etc. can be performed after appropriate pretreatment. When a composition other than the fine fibrous cellulose concentrate contains P atoms and N atoms, elemental analysis may be performed after the composition and the fine fibrous cellulose concentrate are separated by an appropriate method.
得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることがさらに好ましい。なお、微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度の上限値は特に限定されるものではなく、100質量%であってもよい。 The solid content concentration of the resulting concentrate of fine fibrous cellulose is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more. In addition, the upper limit of the solid content concentration of the fine fibrous cellulose concentrate is not particularly limited, and may be 100% by mass.
工程bでは、微細繊維状セルロース濃縮物に有機溶媒を添加し、再分散スラリーを得る。ここでは、有機溶媒としては、上述した有機溶媒を好ましく用いることができる。微細繊維状セルロース濃縮物を有機溶媒に分散させる際に用いる分散装置としては、たとえば上記解繊処理において記載した解繊処理装置と同様のものを使用することができる。また、超音波処理を施すことで微細繊維状セルロース濃縮物を有機溶媒中に分散させてもよい。 In step b, an organic solvent is added to the fine fibrous cellulose concentrate to obtain a redispersed slurry. Here, as the organic solvent, the organic solvent described above can be preferably used. As a dispersing device used for dispersing the fine fibrous cellulose concentrate in the organic solvent, for example, the same device as the defibrating treatment device described in the fibrillation treatment can be used. Alternatively, the fine fibrous cellulose concentrate may be dispersed in an organic solvent by subjecting it to ultrasonic treatment.
工程cでは、再分散スラリーとポリイミド前駆体を混合する。工程cでは、ポリイミド前駆体は、ポリイミド前駆体の溶媒溶液であることが好ましく、ポリアミド酸溶液であることがより好ましい。 In step c, the redispersion slurry and the polyimide precursor are mixed. In step c, the polyimide precursor is preferably a solvent solution of a polyimide precursor, more preferably a polyamic acid solution.
工程cにおいて、再分散スラリーとポリイミド前駆体を混合する手法は、特に限定されないが、例えば、ペイントシェイカ、サンドミル、ボールミル、ビーズミル、ニーダー、ロールミキサー、ミキサー、ディゾルバー、ホモジナイザー、超音波処理装置、等を用いる手法が挙げられる。 In step c, the method of mixing the redispersed slurry and the polyimide precursor is not particularly limited. and the like.
なお、繊維状セルロース含有樹脂組成物の製造工程は、工程cの後に、さらに混合液を加熱する工程を含んでもよい。これにより、ポリイミド前駆体のイミド化反応が進行し、固形状の繊維状セルロース含有樹脂組成物が得られてもよい。また、繊維状セルロース含有樹脂組成物からシート等の成形体を形成する際には、成形工程はシート化工程において、再分散スラリーとポリイミド前駆体の混合液を加熱することが好ましい。 In addition, the manufacturing process of the fibrous cellulose-containing resin composition may further include a process of heating the mixed liquid after the process c. Thereby, the imidization reaction of the polyimide precursor may proceed, and a solid fibrous cellulose-containing resin composition may be obtained. Further, when forming a molded article such as a sheet from the fibrous cellulose-containing resin composition, it is preferable to heat the mixture of the redispersed slurry and the polyimide precursor in the sheet forming process.
(用途)
本発明の繊維状セルロース含有樹脂組成物の用途はとくに限定されない。一例としては、繊維状セルロース含有樹脂組成物を用いて製膜し、各種シートとして使用することができる。このようなシートは、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池、等の光透過性基板の用途に適している。また、電子機器の基板、電子回路の電気絶縁材、電気素子の表面保護膜、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材等の用途にも適している。さらに、糸、フィルタ、織物、緩衝材、スポンジ、研磨材などの他、シートそのものを補強材として使う用途にも適している。
(Application)
Applications of the fibrous cellulose-containing resin composition of the present invention are not particularly limited. As an example, a fibrous cellulose-containing resin composition can be used to form a film, which can be used as various sheets. Such a sheet is suitable for use as a light-transmissive substrate for various display devices, various solar cells, and the like. It is also suitable for applications such as substrates for electronic devices, electrical insulating materials for electronic circuits, surface protective films for electrical elements, home appliance members, window materials for various vehicles and buildings, interior materials, exterior materials, and packaging materials. there is Furthermore, it is also suitable for applications in which the sheet itself is used as a reinforcing material, in addition to threads, filters, fabrics, cushioning materials, sponges, abrasives, and the like.
(成形体)
本発明は、上述した繊維状セルロース含有樹脂組成物、もしくは、上述した液状組成物から形成される成形体に関するものでもある。本発明では、ポリイミド樹脂や有機溶媒との相溶性に優れた微細繊維状セルロースを用いているため、成形体は、優れた曲げ弾性率を有し、さらに強度と寸法安定性にも優れている。加えて、本発明の成形体は透明性にも優れている。なお、成形体における、微細繊維状セルロース、ポリイミド樹脂、有機オニウムイオンの含有割合の好ましい範囲は、繊維状セルロース含有樹脂組成物における含有割合の好ましい範囲と同様である。
(Molded body)
The present invention also relates to a molded article formed from the fibrous cellulose-containing resin composition described above or the liquid composition described above. In the present invention, since fine fibrous cellulose having excellent compatibility with polyimide resins and organic solvents is used, the molded article has an excellent flexural modulus and is also excellent in strength and dimensional stability. . In addition, the molded article of the present invention is also excellent in transparency. In addition, the preferable range of the content ratio of the fine fibrous cellulose, the polyimide resin, and the organic onium ion in the molded article is the same as the preferable range of the content ratio in the fibrous cellulose-containing resin composition.
本発明の成形体の形態は特に限定されるものではないが、成形体は、例えば、シート状であることが好ましい。本発明は、上述した繊維状セルロース含有樹脂組成物、もしくは、上述した液状組成物から形成されるシートに関するものであってもよい。本発明の成形体がシート状である場合、該シートのヘーズは、20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。このように、本発明では、透明性の高いシートや成形体が得られる。 Although the shape of the molded article of the present invention is not particularly limited, the molded article is preferably in the form of a sheet, for example. The present invention may also relate to a sheet formed from the fibrous cellulose-containing resin composition described above or the liquid composition described above. When the molded article of the present invention is in the form of a sheet, the sheet preferably has a haze of 20% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less. Thus, according to the present invention, a highly transparent sheet or molded article can be obtained.
成形体の成形方法には特に制限はなく、射出成形法や加熱加圧成形法等を採用することができる。また、成形体をシートから成形する場合、プレス成形法又は真空成形法によって成形してもよい。この場合、成形体を成形する際には基材もしくは成形型を用いてもよく、成形後には、成形体を基材から剥離する、もしくは成形型から離型する工程を含むことが好ましい。すなわち、成形体を製造する工程は、上述した繊維状セルロース含有樹脂組成物、もしくは、液状組成物から、基材もしくは成形型を用いて、成形体を形成する工程と、成形体を基材から剥離する、もしくは成形型から離型する工程と、を含むことが好ましい。 There are no particular limitations on the method of molding the molded article, and injection molding, hot pressure molding, and the like can be employed. Moreover, when forming a molded body from a sheet, it may be molded by a press molding method or a vacuum molding method. In this case, a substrate or a mold may be used when molding the molded article, and after molding, it is preferable to include a step of peeling the molded article from the substrate or releasing the molded article from the mold. That is, the step of producing a molded article includes a step of forming a molded article from the fibrous cellulose-containing resin composition or liquid composition described above using a substrate or a mold, and a step of forming the molded article from the substrate. peeling or releasing from the mold.
成形体がシート状である場合、シートを製造する工程は、上述した繊維状セルロース含有樹脂組成物、もしくは、液状組成物を基材上に塗布し塗膜を形成する工程と、塗膜を加熱してシートを形成する工程と、シートを基材から剥離する工程と、を含むことが好ましい。このように、本発明で得られるシートは、支持基材から剥離された基材レスシートである。 When the molded article is in the form of a sheet, the step of producing the sheet includes the steps of applying the above fibrous cellulose-containing resin composition or liquid composition onto a substrate to form a coating film, and heating the coating film. It is preferable to include a step of forming a sheet by pressing the sheet, and a step of peeling the sheet from the substrate. Thus, the sheet obtained in the present invention is a substrate-less sheet peeled from the supporting substrate.
塗膜を形成する工程で用いる基材の材質は、とくに限定されないが、例えば、ガラス基材、金属基材、ポリイミド基材、金属箔・樹脂積層基材等を挙げることができる。中でも、基材は、ガラス基材又は金属基材であることが好ましい。金属基材を用いる場合は、SUS製の金属基材を用いることが特に好ましい。 The material of the substrate used in the step of forming the coating film is not particularly limited. Among them, the substrate is preferably a glass substrate or a metal substrate. When using a metal substrate, it is particularly preferable to use a metal substrate made of SUS.
塗工工程において、繊維状セルロース含有樹脂組成物や液状組成物の粘度が低く、基材上で展開してしまう場合には、所定の厚みおよび坪量のシートを得るため、基材上に堰止用の枠を固定して使用してもよい。堰止用の枠としては、とくに限定されないが、たとえば乾燥後に付着するシートの端部が容易に剥離できるものを選択することが好ましい。このような観点から、ガラス板、金属板又はポリイミド板を成形したものを用いることが好ましい。 In the coating step, if the viscosity of the fibrous cellulose-containing resin composition or liquid composition is low and the composition spreads on the substrate, a dam is placed on the substrate in order to obtain a sheet with a predetermined thickness and basis weight. A frame for stopping may be fixed and used. The frame for damming is not particularly limited, but it is preferable to select, for example, one that allows easy peeling of the edge of the sheet that adheres after drying. From this point of view, it is preferable to use a molded glass plate, metal plate or polyimide plate.
組成物を基材に塗工する塗工機としては、とくに限定されないが、たとえばロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、エアドクターコーター等を使用することができる。被膜(シート)の厚みをより均一にできることから、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターがとくに好ましい。 The coating machine for coating the composition on the substrate is not particularly limited, and for example, a roll coater, gravure coater, die coater, curtain coater, air doctor coater and the like can be used. A die coater, a curtain coater, and a spray coater are particularly preferable because the thickness of the coating (sheet) can be made more uniform.
組成物を基材へ塗工する際の液状組成物の温度および雰囲気温度は、特に限定されないが、たとえば5℃以上80℃以下であることが好ましく、10℃以上60℃以下であることがより好ましく、15℃以上50℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上40℃以下であることが特に好ましい。 The temperature of the liquid composition and the ambient temperature when the composition is applied to the substrate are not particularly limited, but are preferably 5° C. or higher and 80° C. or lower, more preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower. It is preferably 15° C. or higher and 50° C. or lower, and particularly preferably 20° C. or higher and 40° C. or lower.
塗工工程においては、シートの仕上がり坪量が好ましくは10g/m2以上100g/m2以下となるように、より好ましくは20g/m2以上60g/m2以下となるように、組成物を基材に塗工することが好ましい。坪量が上記範囲内となるように塗工することで、より強度に優れたシートが得られる。 In the coating step, the composition is applied so that the finished basis weight of the sheet is preferably 10 g/m 2 or more and 100 g/m 2 or less, more preferably 20 g/m 2 or more and 60 g/m 2 or less. Coating on a substrate is preferred. By coating so that the basis weight is within the above range, a sheet having more excellent strength can be obtained.
塗工工程は、基材上に塗工した組成物を乾燥させる工程を含む。このような工程は硬化工程ともいう。硬化工程は、とくに限定されないが、たとえば非接触の乾燥方法、もしくはシートを拘束しながら乾燥する方法、またはこれらの組み合わせにより行われる。非接触の乾燥方法としては、とくに限定されないが、たとえば熱風、赤外線、遠赤外線もしくは近赤外線により加熱して乾燥する方法(加熱乾燥法)、または真空にして乾燥する方法(真空乾燥法)を適用することができる。加熱乾燥法と真空乾燥法を組み合わせてもよいが、通常は、加熱乾燥法が適用される。赤外線、遠赤外線または近赤外線による乾燥は、とくに限定されないが、たとえば赤外線装置、遠赤外線装置または近赤外線装置を用いて行うことができる。加熱温度(硬化温度)は、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましい。また、加熱温度(硬化温度)は、200℃以下であることが好ましい。このように、本発明においては、ポリイミド樹脂の硬化工程を比較的低温で行うことができ、これにより加熱による変色や変質を抑制することができる。 The coating step includes a step of drying the composition applied onto the substrate. Such a process is also called a curing process. The curing step is not particularly limited, but may be performed by, for example, a non-contact drying method, a method of drying while restraining the sheet, or a combination thereof. The non-contact drying method is not particularly limited, but for example, a method of drying by heating with hot air, infrared rays, far infrared rays, or near infrared rays (heat drying method), or a method of drying in a vacuum (vacuum drying method) is applied. can do. Although the heat drying method and the vacuum drying method may be combined, the heat drying method is usually applied. Drying with infrared rays, far-infrared rays, or near-infrared rays is not particularly limited. The heating temperature (curing temperature) is preferably 80° C. or higher, more preferably 100° C. or higher. Moreover, the heating temperature (curing temperature) is preferably 200° C. or less. Thus, in the present invention, the curing process of the polyimide resin can be performed at a relatively low temperature, thereby suppressing discoloration and deterioration due to heating.
(積層体)
本発明は、上述した成形体を備える積層体に関するものであってもよい。この場合、積層体は、シート状の成形体を備えるものであることが好ましく、シート状の成形体の両面に他の層が形成されてなる積層体であってもよく、シート状の成形体の片面に他の層が形成されてなる積層体であってもよい。
(Laminate)
The present invention may also relate to a laminate comprising the molded article described above. In this case, the laminate preferably includes a sheet-like molded body, and may be a laminate in which other layers are formed on both sides of the sheet-shaped molded body. It may be a laminate in which another layer is formed on one side of the layer.
他の層としては、樹脂層や無機層を挙げることができる。また、他の層は微細繊維状セルロース及び水溶性高分子から選択される少なくとも1種を含む層であることも好ましい。 Other layers may include resin layers and inorganic layers. The other layer is also preferably a layer containing at least one selected from fine fibrous cellulose and water-soluble polymer.
上述した成形体と他の層の間には、接着層が設けられていてもよい。成形体と他の層の間に接着層が設けられる場合は、接着層を構成する接着剤として、例えば、アクリル系樹脂を挙げることができる。また、アクリル系樹脂以外の接着剤としては、例えば、塩化ビニル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン/アクリル酸エステル共重合体樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸エステル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン/酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレンビニルアルコール共重合体樹脂や、SBR、NBR等のゴム系エマルジョンなどが挙げられる。 An adhesive layer may be provided between the molded body and other layers described above. When an adhesive layer is provided between the molded body and another layer, examples of the adhesive constituting the adhesive layer include acrylic resins. Examples of adhesives other than acrylic resins include vinyl chloride resins, (meth)acrylic acid ester resins, styrene/acrylic acid ester copolymer resins, vinyl acetate resins, and vinyl acetate/(meth)acrylic acid ester copolymer resins. Polymer resins, urethane resins, silicone resins, epoxy resins, ethylene/vinyl acetate copolymer resins, polyester resins, polyvinyl alcohol resins, ethylene vinyl alcohol copolymer resins, and rubber emulsions such as SBR and NBR. be done.
他の層の厚みは、特に限定されるものではないが、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。また、他の層の厚みは10000μm以下であることが好ましく、1000μm以下であることがより好ましい。後述するALDなどの手法で他の層を形成する場合は、1000nm以下であっても良い。 Although the thickness of the other layer is not particularly limited, it is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more. Also, the thickness of the other layer is preferably 10000 μm or less, more preferably 1000 μm or less. When other layers are formed by a technique such as ALD, which will be described later, the thickness may be 1000 nm or less.
<樹脂層>
樹脂層は、天然樹脂や合成樹脂を主成分とする層である。ここで、主成分とは、樹脂層の全質量に対して、50質量%以上含まれている成分を指す。樹脂の含有量は、樹脂層の全質量に対して、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。なお、樹脂の含有量は、100質量%とすることもでき、95質量%以下であってもよい。
<Resin layer>
The resin layer is a layer containing natural resin or synthetic resin as a main component. Here, the main component refers to a component that is contained in an amount of 50% by mass or more with respect to the total mass of the resin layer. The content of the resin is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, further preferably 80% by mass or more, and 90% by mass with respect to the total mass of the resin layer. It is particularly preferable that it is above. In addition, the content of the resin may be 100% by mass, or may be 95% by mass or less.
天然樹脂としては、例えば、ロジン、ロジンエステル、水添ロジンエステル等のロジン系樹脂を挙げることができる。 Examples of natural resins include rosin-based resins such as rosin, rosin esters, and hydrogenated rosin esters.
合成樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The synthetic resin is preferably at least one selected from, for example, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyimide resin, polystyrene resin, polyurethane resin and acrylic resin.
樹脂層を構成する樹脂は1種を単独で用いてもよく、複数の樹脂成分が共重合又は、グラフト重合してなる共重合体を用いてもよい。また、複数の樹脂成分を物理的なプロセスで混合したブレンド材料として用いてもよい。 The resin constituting the resin layer may be used singly, or a copolymer obtained by copolymerizing or graft-polymerizing a plurality of resin components may be used. Also, it may be used as a blend material in which a plurality of resin components are mixed by a physical process.
<無機層>
無機層を構成する物質としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、錫、ニッケル、チタン;これらの酸化物、炭化物、窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、もしくは酸化炭化窒化物;又はこれらの混合物が挙げられる。高い防湿性が安定に維持できるとの観点からは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、又はこれらの混合物が好ましい。
<Inorganic layer>
The material constituting the inorganic layer is not particularly limited, but for example, aluminum, silicon, magnesium, zinc, tin, nickel, titanium; or mixtures thereof. From the viewpoint that high moisture resistance can be stably maintained, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxycarbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbide nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxycarbide, aluminum oxynitride, or these Mixtures are preferred.
無機層の形成方法は、特に限定されない。一般に、薄膜を形成する方法は大別して、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)と物理成膜法(Physical Vapor Deposition、PVD)とがあるが、いずれの方法を採用してもよい。CVD法としては、具体的には、プラズマを利用したプラズマCVD、加熱触媒体を用いて材料ガスを接触熱分解する触媒化学気相成長法(Cat-CVD)等が挙げられる。PVD法としては、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられる。 A method for forming the inorganic layer is not particularly limited. In general, methods for forming thin films are roughly classified into chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD), and either method may be adopted. . Specific examples of the CVD method include plasma CVD using plasma, catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD) in which a material gas is catalytically thermally decomposed using a heated catalyst, and the like. Specific examples of the PVD method include vacuum deposition, ion plating, and sputtering.
また、無機層の形成方法としては、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition、ALD)を採用することもできる。ALD法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料ガスを、層を形成する面に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する方法である。成膜速度が遅いという欠点はあるが、プラズマCVD法以上に、複雑な形状の面でもきれいに覆うことができ、欠陥の少ない薄膜を成膜することが可能であるという利点がある。また、ALD法には、膜厚をナノオーダーで制御することができ、広い面を覆うことが比較的容易である等の利点がある。さらにALD法は、プラズマを用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化、未反応ガスの減少が期待できる。 Moreover, as a method for forming the inorganic layer, an atomic layer deposition (ALD) method can be employed. The ALD method is a method of forming a thin film in units of atomic layers by alternately supplying raw material gases of elements constituting a film to be formed to a surface on which a layer is to be formed. Although it has the disadvantage of a slow deposition rate, it has the advantage over the plasma CVD method that even surfaces with complicated shapes can be covered cleanly, and a thin film with few defects can be deposited. In addition, the ALD method has the advantage that the film thickness can be controlled on the order of nanometers, and that it is relatively easy to cover a wide surface. Furthermore, the ALD method is expected to improve the reaction rate, lower the temperature of the process, and reduce unreacted gas by using plasma.
以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実施例により限定されるものではない。なお、以下において、実施例2及び4はそれぞれ、参考例2及び4と読み替えるものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited by the following examples. In the following, Examples 2 and 4 shall be read as Reference Examples 2 and 4, respectively.
<製造例1>
〔微細繊維状セルロース分散液Aの製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example 1>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion liquid A]
As raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 208 g / m 2 sheet, defiberized and Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121 700 ml) It was used.
この原料パルプに対してリン酸化処理を次のようにして行った。まず、上記原料パルプ100質量部(絶乾質量)に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を添加して、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部、水150質量部となるように調整し、薬液含浸パルプを得た。次いで、得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒加熱し、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。 The raw material pulp was subjected to a phosphorylation treatment as follows. First, a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea is added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the raw material pulp to obtain 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of water. A chemical-impregnated pulp was obtained by adjusting as follows. Next, the resulting chemical solution-impregnated pulp was heated in a hot air dryer at 165° C. for 200 seconds to introduce phosphoric acid groups into cellulose in the pulp to obtain phosphorylated pulp.
次いで、得られたリン酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、リン酸化パルプ100g(絶乾質量)に対して10Lのイオン交換水を注いで得たパルプ分散液を、パルプが均一に分散するよう撹拌した後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained phosphorylated pulp was washed. In the washing treatment, a pulp dispersion liquid obtained by pouring 10 L of ion-exchanged water into 100 g (absolute dry mass) of phosphorylated pulp is stirred so that the pulp is uniformly dispersed, and then filtration and dehydration are repeated. gone. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
洗浄後のリン酸化パルプに対して、さらに上記リン酸化処理、上記洗浄処理をこの順に1回ずつ行った。 The washed phosphorylated pulp was further subjected to the phosphorylation treatment and the washing treatment once in this order.
次いで、洗浄後のリン酸化パルプに対して中和処理を次のようにして行った。まず、洗浄後のリン酸化パルプを10Lのイオン交換水で希釈した後、撹拌しながら1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pHが12以上13以下のリン酸化パルプスラリーを得た。次いで、当該リン酸化パルプスラリーを脱水して、中和処理が施されたリン酸化パルプを得た。次いで、中和処理後のリン酸化パルプに対して、上記洗浄処理を行った。 Next, the washed phosphorylated pulp was neutralized as follows. First, the washed phosphorylated pulp was diluted with 10 L of ion-exchanged water, and then a 1N sodium hydroxide aqueous solution was added little by little while stirring to obtain a phosphorylated pulp slurry having a pH of 12 or more and 13 or less. . Next, the phosphorylated pulp slurry was dehydrated to obtain neutralized phosphorylated pulp. Next, the washing treatment was performed on the phosphorylated pulp after the neutralization treatment.
これにより得られたリン酸化パルプに対しFT-IRを用いて赤外線吸収スペクトルの測定を行った。その結果、1230cm-1付近にリン酸基に基づく吸収が観察され、パルプにリン酸基が付加されていることが確認された。 The phosphorylated pulp thus obtained was subjected to infrared absorption spectrum measurement using FT-IR. As a result, absorption due to phosphate groups was observed near 1230 cm -1 , confirming that phosphate groups were added to the pulp.
また、得られたリン酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 In addition, when the obtained phosphorylated pulp was tested and analyzed with an X-ray diffraction device, it was found that the A typical peak was confirmed, confirming that it had cellulose type I crystals.
得られたリン酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液Aを得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained phosphorylated pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times with a wet atomization device (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid A containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、後述する測定方法で測定されるリン酸基量(強酸性基量)は、2.0mmol/gだった。 X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Further, when the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope, it was 3 to 5 nm. The amount of phosphate groups (strongly acidic group amount) measured by the method described later was 2.0 mmol/g.
<製造例2>
〔微細繊維状セルロース分散液Bの製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。この原料パルプに対してTEMPO酸化処理を次のようにして行った。
<Production Example 2>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion liquid B]
As raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 208 g / m 2 sheet, defiberized and Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121 700 ml) It was used. This raw material pulp was subjected to TEMPO oxidation treatment as follows.
まず、乾燥質量100質量部相当の上記原料パルプと、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)1.6質量部と、臭化ナトリウム10質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して10mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10以上10.5以下に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。 First, the raw pulp equivalent to 100 parts by mass of dry mass, 1.6 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), 10 parts by mass of sodium bromide, and 10000 parts by mass of water distributed in parts. Then, a 13% by mass sodium hypochlorite aqueous solution was added to 10 mmol per 1.0 g of pulp to initiate the reaction. During the reaction, a 0.5 M sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 10.5 or less, and the reaction was considered completed when no change in pH was observed.
次いで、得られたTEMPO酸化パルプに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、TEMPO酸化後のパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、5000質量部のイオン交換水を注ぎ、撹拌して均一に分散させた後、濾過脱水する操作を繰り返すことにより行った。ろ液の電気伝導度が100μS/cm以下となった時点で、洗浄終点とした。 Then, the obtained TEMPO oxidized pulp was washed. The washing treatment is performed by dehydrating the pulp slurry after TEMPO oxidation to obtain a dehydrated sheet, pouring 5000 parts by mass of ion-exchanged water, stirring to uniformly disperse, and then filtering and dehydrating repeatedly. rice field. The washing was finished when the electric conductivity of the filtrate became 100 μS/cm or less.
また、得られたTEMPO酸化パルプを供試して、X線回折装置にて分析を行ったところ、2θ=14°以上17°以下付近と2θ=22°以上23°以下付近の2箇所の位置に典型的なピークが確認され、セルロースI型結晶を有していることが確認された。 In addition, when the obtained TEMPO oxidized pulp was tested and analyzed with an X-ray diffraction device, it was found that the A typical peak was confirmed, confirming that it had cellulose type I crystals.
得られたTEMPO酸化パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液Bを得た。 Ion-exchanged water was added to the obtained TEMPO oxidized pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times with a wet atomization device (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid B containing fine fibrous cellulose.
X線回折により、この微細繊維状セルロースがセルロースI型結晶を維持していることが確認された。また、微細繊維状セルロースの繊維幅を、透過型電子顕微鏡を用いて測定したところ、3~5nmであった。なお、TEMPO酸化パルプについて、後述する測定方法で測定されるカルボキシ基量は、1.80mmol/gだった。 X-ray diffraction confirmed that this fine fibrous cellulose maintained cellulose type I crystals. Further, when the fiber width of the fine fibrous cellulose was measured using a transmission electron microscope, it was 3 to 5 nm. The carboxy group content of the TEMPO oxidized pulp measured by the method described later was 1.80 mmol/g.
<製造例3>
〔微細繊維状セルロース分散液Cの製造〕
原料パルプとして、王子製紙製の針葉樹クラフトパルプ(固形分93質量%、坪量208g/m2シート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)が700ml)を使用した。
<Production Example 3>
[Production of fine fibrous cellulose dispersion liquid C]
As raw material pulp, softwood kraft pulp manufactured by Oji Paper Co., Ltd. (solid content 93% by mass, basis weight 208 g / m 2 sheet, defiberized and Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121 700 ml) It was used.
上記原料パルプにイオン交換水を添加し、固形分濃度が2質量%のスラリーを調製した。このスラリーを、湿式微粒化装置(スギノマシン社製、スターバースト)で200MPaの圧力にて6回処理し、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液Cを得た。 Ion-exchanged water was added to the raw material pulp to prepare a slurry having a solid content concentration of 2% by mass. This slurry was treated six times with a wet atomization device (Starburst, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a pressure of 200 MPa to obtain a fine fibrous cellulose dispersion liquid C containing fine fibrous cellulose.
<実施例1>
〔微細繊維状セルロース再分散スラリーAの製造〕
2.43質量%のN,N-ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.60gの乳酸を添加して事前に中和した後、製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液A 100gに添加した。ディスパーザーで5分間撹拌処理を行ったところ、微細繊維状セルロース分散液中に凝集物が生じた。凝集物が生じた微細繊維状セルロース分散液を減圧濾過することにより、微細繊維状セルロース凝集物を得た。得られた微細繊維状セルロース凝集物をイオン交換水で繰り返し洗うことで、微細繊維状セルロース凝集物に含まれる余剰なN,N-ジドデシルメチルアミン、乳酸及び溶出したイオン等を除去した。得られた微細繊維状セルロース凝集物を30℃、相対湿度40%の条件下で乾燥し、微細繊維状セルロース濃縮物Aを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるリン酸基の対イオンは、N,N-ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物Aの固形分濃度は93質量%であった。
<Example 1>
[Production of fine fibrous cellulose redispersion slurry A]
0.60 g of lactic acid was added to 100 g of a 2.43% by weight N,N-didodecylmethylamine aqueous solution for pre-neutralization, and then added to 100 g of the fine fibrous cellulose dispersion A obtained in Production Example 1. did. When the dispersion was stirred with a disperser for 5 minutes, aggregates were generated in the fine fibrous cellulose dispersion. A fine fibrous cellulose aggregate was obtained by subjecting the fine fibrous cellulose dispersion containing aggregates to filtration under reduced pressure. The resulting fine fibrous cellulose aggregate was washed repeatedly with deionized water to remove excess N,N-didodecylmethylamine, lactic acid, eluted ions, etc. contained in the fine fibrous cellulose aggregate. The fine fibrous cellulose aggregate thus obtained was dried under conditions of 30° C. and a relative humidity of 40% to obtain a fine fibrous cellulose concentrate A. The counterion of the phosphate group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA+). The solid content concentration of the resulting fine fibrous cellulose concentrate A was 93% by mass.
微細繊維状セルロース濃縮物に、微細繊維状セルロースの含有量が2.0質量%となるようN-メチルー2ーピロリドン(NMP)を添加した。その後、超音波処理装置(ヒールシャー製、UP400S)を用いて超音波処理を10分間行い、微細繊維状セルロース再分散スラリーAを得た。 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to the fine fibrous cellulose concentrate so that the content of fine fibrous cellulose was 2.0% by weight. Thereafter, ultrasonic treatment was performed for 10 minutes using an ultrasonic treatment apparatus (UP400S, manufactured by Hielscher) to obtain fine fibrous cellulose redispersed slurry A.
〔微細繊維状セルロース/ポリイミド複合シートの製造〕
微細繊維状セルロース10質量部に対しポリイミド前駆体が90質量部となるよう、得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーAをポリイミドワニス(宇部興産社製、U-ワニス-A)に添加した後、φ1.0mmのジルコニアビーズを用いてペイントシェイカ(東洋精機社製)で3時間処理し、固形分濃度が10質量%である微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液を得た。
[Production of fine fibrous cellulose/polyimide composite sheet]
After adding the obtained fine fibrous cellulose redispersion slurry A to polyimide varnish (U-varnish-A, manufactured by Ube Industries, Ltd.) so that the polyimide precursor is 90 parts by mass with respect to 10 parts by mass of fine fibrous cellulose. , and zirconia beads of φ1.0 mm were treated with a paint shaker (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) for 3 hours to obtain a fine fibrous cellulose-containing resin composition solution having a solid content concentration of 10% by mass.
得られた微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液を、シートの仕上がり坪量が100g/m2となるように計量して、ガラス製シャーレ又はSUS製シャーレに流涎し、180℃の熱風乾燥機で5時間乾燥させた後、ガラス製シャーレ又はSUS製シャーレから剥離し、微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートを得た。 The resulting fine fibrous cellulose-containing resin composition solution is weighed so that the sheet has a finished basis weight of 100 g/m 2 , poured into a glass petri dish or a SUS petri dish, and dried in a hot air dryer at 180°C. After drying for 5 hours, it was peeled off from the glass petri dish or SUS petri dish to obtain a fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet.
<実施例2>
微細繊維状セルロース分散液Bを微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた。1.32質量%のN,N-ジドデシルメチルアミン水溶液100gに0.32gの乳酸を添加して中和した後に、微細繊維状セルロース分散液Bに添加した以外は、実施例1と同様にして微細繊維状セルロース濃縮物B、微細繊維状セルロース再分散スラリーB、微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液及び微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートを得た。微細繊維状セルロース濃縮物に含まれるカルボキシ基の対イオンは、N,N-ジドデシルメチルアンモニウム(DDMA+)となっていた。得られた微細繊維状セルロース濃縮物の固形分濃度は90質量%であった。
<Example 2>
Microfibrous Cellulose Dispersion B was used in place of Microfibrous Cellulose Dispersion A. The procedure of Example 1 was repeated except that 0.32 g of lactic acid was added to 100 g of a 1.32% by mass N,N-didodecylmethylamine aqueous solution for neutralization, and then added to the fine fibrous cellulose dispersion B. A fine fibrous cellulose concentrate B, a fine fibrous cellulose redispersion slurry B, a fine fibrous cellulose-containing resin composition solution, and a fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet were obtained. The counterion of the carboxy group contained in the fine fibrous cellulose concentrate was N,N-didodecylmethylammonium (DDMA + ). The resulting fine fibrous cellulose concentrate had a solid content concentration of 90% by mass.
<実施例3>
微細繊維状セルロース5質量部に対しポリイミド前駆体が95質量部となるよう、得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーAをポリイミドワニスに添加した以外は、実施例1と同様にして微細繊維状セルロース濃縮物A、微細繊維状セルロース再分散スラリーA、微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液及び微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートを得た。
<Example 3>
Fine fibrous cellulose was prepared in the same manner as in Example 1, except that the obtained fine fibrous cellulose redispersed slurry A was added to the polyimide varnish so that the polyimide precursor was 95 parts by mass with respect to 5 parts by mass of fine fibrous cellulose. A cellulose concentrate A, a fine fibrous cellulose redispersion slurry A, a fine fibrous cellulose-containing resin composition solution, and a fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet were obtained.
<実施例4>
微細繊維状セルロース5質量部に対しポリイミド前駆体が95質量部となるよう、得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーBにポリイミドワニスを添加した以外は、実施例2と同様にして微細繊維状セルロース濃縮物B、微細繊維状セルロース再分散スラリーB、微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液及び微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートを得た。
<Example 4>
Fine fibrous cellulose was prepared in the same manner as in Example 2, except that polyimide varnish was added to the obtained fine fibrous cellulose redispersion slurry B so that the polyimide precursor was 95 parts by mass with respect to 5 parts by mass of fine fibrous cellulose. A cellulose concentrate B, a fine fibrous cellulose redispersion slurry B, a fine fibrous cellulose-containing resin composition solution, and a fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet were obtained.
<比較例1>
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液Aを30℃、相対湿度40%の条件下で乾燥し、微細繊維状セルロース濃縮物を得た。微細繊維状セルロースの含有量が2.0質量%となるようN-メチルー2ーピロリドン(NMP)を添加した。その後、超音波処理装置(ヒールシャー製、UP400S)を用いて超音波処理を10分間行い、微細繊維状セルロース再分散スラリーを得た。得られた微細繊維状セルロース再分散スラリーを用いて実施例1と同様にして、微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液及び微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートを得た。なお、微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートは、ガラス製シャーレ及びSUS製シャーレから剥離することはできなかった。
<Comparative Example 1>
The fine fibrous cellulose dispersion liquid A obtained in Production Example 1 was dried under conditions of 30°C and a relative humidity of 40% to obtain a fine fibrous cellulose concentrate. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added so that the content of fine fibrous cellulose was 2.0% by weight. Thereafter, ultrasonic treatment was performed for 10 minutes using an ultrasonic treatment apparatus (UP400S, manufactured by Hielscher) to obtain a fine fibrous cellulose redispersed slurry. A fine fibrous cellulose-containing resin composition solution and a fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet were obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained fine fibrous cellulose redispersed slurry. In addition, the fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet could not be peeled off from the glass petri dish and the SUS petri dish.
<比較例2>
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液Bを微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた以外は比較例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液及び微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートを得た。なお、微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートは、ガラス製シャーレ及びSUS製シャーレから剥離することはできなかった。
<Comparative Example 2>
A fine fibrous cellulose concentrate and a fine fibrous cellulose redispersion were prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion B obtained in Production Example 2 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion A. A slurry, a resin composition solution containing fine fibrous cellulose and a polyimide sheet containing fine fibrous cellulose were obtained. In addition, the fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet could not be peeled off from the glass petri dish and the SUS petri dish.
<比較例3>
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液Cを微細繊維状セルロース分散液Aの代わりに用いた以外は比較例1と同様にして、微細繊維状セルロース濃縮物、微細繊維状セルロース再分散スラリー、微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液及び微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートを得た。なお、微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートは、ガラス製シャーレ及びSUS製シャーレから剥離することはできなかった。
<Comparative Example 3>
A fine fibrous cellulose concentrate and a fine fibrous cellulose redispersion were prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the fine fibrous cellulose dispersion C obtained in Production Example 3 was used instead of the fine fibrous cellulose dispersion A. A slurry, a resin composition solution containing fine fibrous cellulose and a polyimide sheet containing fine fibrous cellulose were obtained. In addition, the fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet could not be peeled off from the glass petri dish and the SUS petri dish.
<比較例4>
微細繊維状セルロース再分散スラリーをポリイミドワニスに添加しなかったこと以外は比較例1と同様にして、樹脂組成物溶液及びポリイミドシートを得た。ポリイミドシートは、ガラス製シャーレ及びSUS製シャーレから剥離することはできなかった。
<Comparative Example 4>
A resin composition solution and a polyimide sheet were obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the fine fibrous cellulose redispersion slurry was not added to the polyimide varnish. The polyimide sheet could not be peeled off from the glass petri dish and the SUS petri dish.
<評価>
〔リン酸基量の測定〕
微細繊維状セルロースのリン酸基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を、30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測することにより行った。リン酸基量(mmol/g)は、計測結果のうち図1に示す第1領域に相当する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して算出した。
<Evaluation>
[Measurement of phosphate group content]
The phosphate group content of the fine fibrous cellulose is obtained by diluting a fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water so that the content is 0.2% by mass. The cellulose-containing slurry was treated with an ion-exchange resin and then titrated with an alkali for measurement.
The ion-exchange resin treatment is carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion-exchange resin (Amberjet 1024; Organo Co., Ltd., conditioned) to the fibrous cellulose-containing slurry and shaking for 1 hour. , by pouring it onto a mesh with an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry.
In addition, titration with an alkali is carried out by adding a 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry after treatment with an ion exchange resin, and adding 50 μL each time once every 30 seconds. This was done by measuring the change in the value of The amount of phosphate groups (mmol/g) is obtained by dividing the alkali amount (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in FIG. 1 among the measurement results by the solid content (g) in the slurry to be titrated. calculated by
〔カルボキシ基量の測定〕
微細繊維状セルロースのカルボキシ基量は、対象となる微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース分散液をイオン交換水で含有量が0.2質量%となるように希釈して作製した繊維状セルロース含有スラリーに対し、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定を行うことにより測定した。
イオン交換樹脂による処理は、上記繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μmのメッシュ上に注いで樹脂とスラリーを分離することにより行った。
また、アルカリを用いた滴定は、イオン交換樹脂による処理後の繊維状セルロース含有スラリーに、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を30秒に1回、50μLずつ加えながら、スラリーが示す電気伝導度の値の変化を計測することにより行った。カルボキシ基量(mmol/g)は、計測結果のうち図2に示す第1領域に相当する領域において必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象スラリー中の固形分(g)で除して算出した。
[Measurement of carboxy group content]
The amount of carboxyl groups in the fine fibrous cellulose is fibrous cellulose prepared by diluting a fine fibrous cellulose dispersion containing the target fine fibrous cellulose with ion-exchanged water so that the content is 0.2% by mass. The contained slurry was treated with an ion-exchange resin and then titrated with an alkali for measurement.
The ion-exchange resin treatment is carried out by adding 1/10 by volume of a strongly acidic ion-exchange resin (Amberjet 1024; Organo Co., Ltd., conditioned) to the fibrous cellulose-containing slurry and shaking for 1 hour. , by pouring it onto a mesh with an opening of 90 μm to separate the resin and the slurry.
In addition, titration using an alkali was carried out by adding 50 μL of a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fibrous cellulose-containing slurry after treatment with an ion-exchange resin once every 30 seconds, while increasing the electrical conductivity of the slurry. It was carried out by measuring the change in value. The amount of carboxyl groups (mmol/g) is obtained by dividing the alkali amount (mmol) required in the region corresponding to the first region shown in FIG. 2 among the measurement results by the solid content (g) in the slurry to be titrated. Calculated.
〔基材からの剥離性〕
微細繊維状セルロース含有樹脂組成物溶液を、シートの仕上がり坪量が100g/m2となるように計量して、ガラス製シャーレ又はSUS製シャーレに流涎し、180℃の熱風乾燥機で5時間乾燥させた。その後、シートをガラス製シャーレ又はSUS製シャーレから剥離した。その際のシートの状態から剥離性を評価した。
○:シートに割れや裂けがなく、基材から剥離することが可能。
×:シートが基材に密着し、基材から剥離することが不可能であるか、もしくは、剥離時にシートに割れや裂けが発生する。
[Peelability from substrate]
The fine fibrous cellulose-containing resin composition solution is weighed so that the sheet has a finished basis weight of 100 g/m 2 , poured into a glass petri dish or a SUS petri dish, and dried in a hot air dryer at 180°C for 5 hours. let me After that, the sheet was peeled off from the glass petri dish or the SUS petri dish. The peelability was evaluated from the state of the sheet at that time.
◯: The sheet has no cracks or tears, and can be peeled off from the substrate.
x: The sheet adheres to the base material and cannot be peeled off from the base material, or the sheet is cracked or torn when peeled off.
実施例で得られた微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートは、基材からの剥離性に優れていた。一方、比較例で得られた微細繊維状セルロース含有ポリイミドシートは、基材から剥離することができなかった。 The fine fibrous cellulose-containing polyimide sheets obtained in Examples were excellent in releasability from the substrate. On the other hand, the fine fibrous cellulose-containing polyimide sheet obtained in Comparative Example could not be peeled off from the substrate.
なお、アニオン性基の対イオンをポリエーテルアンモニウムとした場合には、微細繊維状セルロースの凝集物を得ることが困難であった。 When polyether ammonium was used as the counter ion for the anionic group, it was difficult to obtain aggregates of fine fibrous cellulose.
Claims (8)
前記アニオン性基はリン酸基またはリン酸基に由来する置換基であり、
前記有機オニウムイオンは、下記(a)及び(b)から選択される少なくとも一方の条件を満たす繊維状セルロース含有樹脂組成物;
(a)炭素数が5以上の炭化水素基を含む;
(b)総炭素数が17以上である。 A fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less and having an anionic group, at least one selected from polyimide resins and polyimide precursors, and an organic onium ion as a counterion of the anionic group,
The anionic group is a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group,
The organic onium ion is a fibrous cellulose-containing resin composition that satisfies at least one condition selected from the following (a) and (b);
(a) contains a hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms;
(b) The total number of carbon atoms is 17 or more.
前記成形体を前記基材から剥離する、もしくは前記成形型から離型する工程と、を含む成形体の製造方法。 A step of forming a molded body from the fibrous cellulose-containing resin composition according to any one of claims 1 to 3 or the liquid composition according to claim 4 using a substrate or a mold; ,
and a step of releasing the molded article from the substrate or releasing the molded article from the mold.
前記塗膜を加熱してシートを形成する工程と、
前記シートを前記基材から剥離する工程と、を含むシートの製造方法。
A step of applying the fibrous cellulose-containing resin composition according to any one of claims 1 to 3 or the liquid composition according to claim 4 onto a substrate to form a coating film;
a step of heating the coating film to form a sheet;
and a step of peeling the sheet from the base material.
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