JP7556323B2 - 繊維状セルロース含有分散液及びその製造方法 - Google Patents
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Description
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
前記繊維状セルロースにおける前記イオン性置換基量は0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下であり、前記繊維状セルロースの重合度は150以上515以下であり、B型粘度計の3rpmにおける粘度が、40,000mPa・s以上800,000mPa・s以下であり、前記分散液中の前記繊維状セルロースの濃度が1.5質量%以上5質量%未満である、繊維状セルロース含有分散液。
[2] 前記イオン性置換基は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基由来の置換基である[1]に記載の繊維状セルロース含有分散液。
[3] B型粘度計の0.3rpmにおける粘度が300,000mPa以上5,000,000mPa以下である、[1]又は[2]に記載の繊維状セルセルロース含有分散液。
[4] B型粘度計の3rpmにおける粘度に対するB型粘度計の0.3rpmにおける粘度の比(0.3rpmにおける粘度/3rpmにおける粘度)が、5.00以上7.40以下である、[1]~[3]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液。
[5] レオメーターでのせん断速度1sec-1の条件における粘度が、30Pa・s以上400Pa・s以下である、[1]~[4]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液。
[6] レオメーターでのせん断速度1000sec-1の条件における粘度が、0.02Pa・s以上1.00Pa・s以下である、[1]~[5]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液。
[7] レオメーターでのせん断速度1000sec-1の条件における粘度に対する、レオメーターでのせん断速度1sec-1の条件における粘度の比(せん断速度1sec-1の条件における粘度/せん断速度1000sec-1の条件における粘度)が、200以上1,000以下である、[1]~[6]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液。
[8] 前記繊維状セルロース含有分散液を、水とイソプロパノールを含む分散溶媒で希釈して、水とイソプロパノールの質量比が7:3の分散液であって、かつ23℃における粘度が2500mPa・sの分散液とし、前記希釈した分散液を以下の撹拌条件で撹拌した場合、以下の式で算出される粘度変化率が±50%以内となる、[1]~[7]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液;
粘度変化率(%)=(撹拌後の粘度-撹拌前の粘度)/撹拌前の粘度×100
(撹拌条件)
23℃における粘度が2500mPa・sの分散液を、直径10cmの円筒状容器の5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して、23℃で24時間撹拌する。
[9] 前記繊維状セルロース含有分散液を、繊維状セルロースの含有量が0.4質量%となるように水で希釈して分散液とした場合、前記希釈した分散液の23℃における粘度が20mPa・s以上4700mPa・s以下となる[1]~[8]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液。
[10] 前記繊維状セルロース含有分散液を、繊維状セルロースの含有量が0.2質量%となるように水で希釈して水分散液とした場合、前記希釈した分散液のヘーズが20%以下である、[1]~[9]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液。
[11] 塗料用である[1]~[10]のいずれか1つに記載の繊維状セルロース含有分散液。
[12] イオン性置換基を0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下有するセルロース繊維に、解繊処理を施して繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを得る工程と、前記繊維状セルロースに低チキソ化処理を施す工程とを含む繊維状セルロース含有分散液の製造方法であって、前記低チキソ化処理を施す工程は、前記繊維状セルロースの重合度を150以上515以下にする工程である、繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
本実施形態は、繊維幅が1000nm以下であり、かつイオン性置換基を有する繊維状セルロースを含有する分散液に関する。本実施形態における繊維状セルロースにおけるイオン性置換基量は0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下であり、繊維状セルロースの重合度は150以上515以下である。なお、本明細書においては、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もいう。
ここで、本実施形態の繊維状セルロース含有分散液は、分散液中の繊維状セルロース濃度が1.5質量%以上5質量%未満であり、B型粘度系の3rpmにおける粘度が、40,000mPa・s以上800,000mPa・s以下である。
一般に、繊維幅が1000nm以下である微細繊維状セルロース含有分散液を塗料等に添加することによって、塗料の粘度を向上させ、塗料中の粒子等の分散性を向上させることができる。一方で、チキソトロピー性が高く、微細繊維状セルロース含有分散液を添加した塗料に比較的高いシェアをかけた場合に、粘度が過度に低下するために、液ダレを生じたり、顔料等の添加剤の沈降が生じるという問題があった。
本実施形態の微細繊維状セルロースを分散した分散液は、チキソトロピー性が適度な範囲に制御されており、優れた塗工適性を発揮することができる。例えば、本実施形態の微細繊維状セルロースを含む塗料を保管したり、輸送した場合であっても塗料の粘度変化が適当な範囲に抑制されているため、塗工時の液ダレが抑制され、かつ顔料等の添加剤の沈降を抑制することができる。また、本実施形態の微細繊維状セルロース含有分散液を添加した塗料を長時間撹拌するなどして、塗料に比較的強いシェアをかけた場合であっても、塗料の粘度が低下することで生じる液ダレや、顔料等の添加剤の沈降を効果的に抑制することができる。
さらに、本実施形態の微細繊維状セルロース含有分散液は適度な粘度調整能を有し、前記微細繊維状セルロース含有分散液を塗料に添加することにより、塗料中の顔料等の粒子の分散安定性(以下、単に「分散安定性」ともいう)を向上させることができる。
すなわち、本実施形態の微細繊維状セルロース含有分散液は、塗料中の粒子の分散安定性を向上させつつ、チキソトロピー性を適度な範囲にすることで、塗料に対して優れた塗工適性と、分散性安定性とを付与することができる。
なお、水に加えて、水混和性の有機溶媒である、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどを含有していてもよいが、その含有量は、溶媒全体の、好ましくは30質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下、よりさらに好ましくは3質量%以下であり、含有しないこと(0質量%)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が上記範囲内であると、繊維状セルロース含有分散液を調製の際に、ハンドリング性に優れ、また、濃縮工程を行うことなく、所望の濃度の繊維状セルロース含有分散液が得られるので好ましい。さらに、分散液中での微細繊維状セルロースの分散性に優れ、透明性に優れる分散液が得られるので好ましい。
(撹拌条件)
23℃における粘度が2500mPa・sの分散液を、直径10cmの円筒状容器の5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して、23℃で24時間撹拌する。
通常、分散液にシェアをかけることで分散液の粘度変化率は低下する場合が多いため、上記式で算出される粘度変化率はマイナスの値となることが多い。すなわち、上記分散液の粘度変化率は、-50%以上0%以下であることがより好ましい。
上記式で算出される上記分散液の粘度変化率は、低粘度変化率と微細繊維状セルロース添加による粘度調整能とを両立させ、透明性と、塗料に含有させたときの脱泡性及び粒子の分散性とに優れる繊維状セルロース含有分散液とする観点から、さらに好ましくは-40%以上、よりさらに好ましくは-35%以上、特に好ましくは-30%以上であり、そして、さらに好ましくは-5%以下、よりさらに好ましくは-10%以下、よりさらに好ましくは-15%以下、特に好ましくは-18%以下である。
なお、上記式で算出される上記分散液の粘度変化率は、例えば、微細繊維状セルロースに対する処理の種類や条件、微細繊維状セルロースの重合度とイオン性置換基量などをそれぞれ適切な範囲にコントロールすることで達成される。
以下、本実施形態の繊維状セルロース含有分散液が含有する、繊維状セルロースについて述べる。繊維状セルロースは、繊維幅が1000nm以下であり、かつイオン性置換基を有する繊維状セルロースであり、前記イオン性置換基量は0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下であり、繊維状セルロースの重合度は150以上515以下である。
本実施形態において、繊維状セルロースは、繊維幅が1000nm以下である微細繊維状セルロースである。繊維状セルロースの繊維幅は100nm以下であることがより好ましく、8nm以下であることがさらに好ましい。
(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。
イオン性置換基としてのアニオン性基は、エステル基又はエステル基に由来する置換基(単にエステル基ということもある)、カルボキシ基又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)などが挙げられる。エステル基としては、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基に由来する置換基(単にリンオキソ酸基ということもある)、硫黄オキソ酸基又は硫黄オキソ酸基に由来する置換基(単に硫黄オキソ酸基ということもある)などが挙げられる。
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pHの変化を観察し、図1の上側部に示すような滴定曲線を得る。図1の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図1の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ確認される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第1解離酸量と等しくなり、第1終点から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの第2解離酸量と等しくなり、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中に含まれる繊維状セルロースの総解離酸量と等しくなる。そして、滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量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、リンオキソ酸基導入量(mmol/g)となる。なお、単にリンオキソ酸基導入量(又はリンオキソ酸基量)と言った場合は、第1解離酸量のことを表す。
なお、図1において、滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼び、第1終点から第2終点までの領域を第2領域と呼ぶ。例えば、リンオキソ酸基がリン酸基の場合であって、このリン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上、リンオキソ酸基における弱酸性基量(本明細書では第2解離酸量ともいう)が低下し、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、リンオキソ酸基における強酸性基量(本明細書では第1解離酸量ともいう)は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致する。また、リンオキソ酸基が亜リン酸基の場合は、リンオキソ酸基に弱酸性基が存在しなくなるため、第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなるか、第2領域に必要としたアルカリ量はゼロとなる場合もある。この場合、滴定曲線において、pHの増分が極大となる点は一つとなる。
すなわち、下記計算式によって算出する。
リンオキソ酸基量(C型)=リンオキソ酸基量(酸型)/{1+(W-1)×A/1000}
A[mmol/g]:繊維状セルロースが有するリンオキソ酸基由来の総アニオン量(リンオキソ酸基の総解離酸量)
W:陽イオンCの1価あたりの式量(例えば、Naは23、Alは9)
まず、繊維状セルロースを含有する分散液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pHの変化を観察し、図2の上側部に示すような滴定曲線を得る。図2の上側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットしており、図2の下側部に示した滴定曲線では、アルカリを加えた量に対するpHの増分(微分値)(1/mmol)をプロットしている。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ確認され、この極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中のカルボキシ基量と等しくなる。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、滴定対象の繊維状セルロースを含有する分散液中の固形分(g)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出する。
カルボキシ基量(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)
ηsp=(η1/η0)-1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の微細繊維状セルロースの濃度(g/mL)を示す。
さらに、下記式から重合度(DP)を算出する。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
〔微細繊維状セルロースの製造方法〕
<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、特に限定されないが、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、例えば木材パルプ、非木材パルプ、及び脱墨パルプが挙げられる。木材パルプとしては、特に限定されないが、例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)及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)及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)及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、特に限定されないが、例えばコットンリンター及びコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら及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、特に限定されないが、例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、例えば木材パルプ及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、例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。
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程を含む。イオン性置換基導入工程としては、例えば、リンオキソ酸基導入工程が挙げられる。リンオキソ酸基導入工程は、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、リンオキソ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、リンオキソ酸基導入繊維が得られることとなる。
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。
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、カルボキシ基導入工程を含んでもよい。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、又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。
微細繊維状セルロースの製造工程は、イオン性置換基導入工程として、例えば、硫黄オキソ酸基導入工程を含んでもよい。硫黄オキソ酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料が有する水酸基と硫黄オキソ酸が反応することで、硫黄オキソ酸基を有するセルロース繊維(硫黄オキソ酸基導入繊維)を得ることができる。
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、必要に応じてイオン性置換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、例えば水や有機溶媒によりイオン性置換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、特に限定されない。
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換基導入工程と、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、イオン性置換基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
微細繊維状セルロースを製造する場合、イオン性置換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、イオン性置換基導入工程、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。
イオン性置換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、例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、例えば高速解繊機、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、又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。
なお、解繊処理時及び後述する低チキソ化処理時の微細繊維状セルロースの固形分濃度は、本実施形態の繊維状セルロース含有分散液の濃度であることが好ましい。また、セルロース含有分散液の濃度は、解繊処理及び低チキソ化処理時のセルロースの固形分濃度と同じであることが、濃縮等の工程が不要となる点からも好ましい。
本実施形態の繊維状セルロース含有分散液の製造方法は、上述したような工程に加えて、さらに低チキソ化処理を施す工程を含むことが好ましい。具体的には、上述したように、適宜処理を施したセルロース繊維に解繊処理を施して繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを得る工程と、繊維状セルロースに低チキソ化処理を施す工程とを含むことが好ましい。すなわち、本実施形態の繊維状セルロース含有分散液の製造方法は、例えば、セルロース繊維に解繊処理を施した後に、低チキソ化処理を施す工程を含むことが好ましい。なお、解繊処理工程の前には、上述したように、セルロース繊維にイオン性置換基を導入する工程をさらに含むことが好ましく、イオン性置換基を導入する工程では、繊維状セルロースにおけるイオン性置換基量が0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下となるようにイオン性置換基を導入する。なお、解繊処理工程の前には、イオン性置換基を導入する工程の他に、洗浄工程やアルカリ処理工程をさらに含むことも好ましい。
なお、低チキソ化処理によっても、微細繊維状セルロースのイオン性置換基量は殆んど変化しないため、低チキソ化処理前の微細繊維状セルロースのイオン性置換基量は、低チキソ化処理後の微細繊維状セルロースのイオン性置換基量として近似することができる。
本実施形態の繊維状セルロース含有分散液は、増粘剤として各種用途に用いられることが好ましい。例えば、本実施形態の繊維状セルロース含有分散液は、食品、化粧品、セメント、塗料(自動車、船舶、航空機等の乗り物塗装用、建材用、日用品用など)、インク、医薬品などへの添加物として用いることができる。また、本実施形態の繊維状セルロース含有分散液は、樹脂系材料やゴム系材料に添加したりすることで、日用品への応用も可能である。中でも、本実施形態の繊維状セルロース含有分散液は、塗料用繊維状セルロース含有分散液であることが特に好ましい。
〔リン酸化微細繊維状セルロース分散液の製造〕
原料パルプとして、王子製紙株式会社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 8121-2:2012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。
リン酸化時の薬液含浸パルプの乾燥温度を140℃、時間を230秒とした以外は製造例1と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.00mmol/gであった。
リン酸化時の薬液含浸パルプの乾燥温度を165℃、時間を170秒とした以外は製造例1と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.20mmol/gであった。
リン酸化時の薬液含浸パルプの乾燥温度を165℃とした以外は製造例1と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、1.45mmol/gであった。
中和処理前の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回ずつ行った以外は製造例4と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、2.00mmol/gであった。
〔亜リン酸化微細繊維状セルロース分散液の製造〕
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245g/m2シート状、離解してJIS P 8121-2:2012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。
亜リン酸化時の薬液含浸パルプの加熱時間を220秒間とした以外は製造例6と同様にして、微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.41mmol/gであった。
亜リン酸化時の薬液含浸パルプの加熱時間を400秒間とした以外は製造例6と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される亜リン酸基量(第1解離酸量)は、1.86mmol/gであった。
亜リン酸(ホスホン酸)の代わりにアミド硫酸(スルファミン酸)38質量部を用い、加熱時間を13分間に延長した以外は、製造例6と同様に操作を行い、硫酸化パルプを得た。
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〔硫黄オキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される硫酸基(スルホン酸基)量は0.88mmol/gであった。
〔TEMPO酸化微細繊維状セルロース分散液の製造〕
原料パルプとして、王子製紙株式会社製の針葉樹クラフトパルプ(未乾燥)を使用した。この原料パルプに対してアルカリTEMPO酸化処理を次のようにして行った。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1.3mmol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。
リン酸化時の薬液含浸パルプの加熱時間を180秒間とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.60mmol/gであった。
リン酸化時の薬液含浸パルプの加熱時間を220秒間とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔リンオキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定されるリン酸基量(第1解離酸量)は、0.95mmol/gであった。
硫酸化時の薬液含浸パルプの加熱時間を15分間とした以外は製造例9と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。なお、後述する〔硫黄オキソ酸基量の測定〕に記載の測定方法で測定される硫酸基(スルホン酸基)は、0.94mmol/gであった。
解繊処理時の固形分濃度を2.4質量%とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。
解繊処理時の固形分濃度を2.9質量%とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。
解繊処理時の固形分濃度を4.0質量%、湿式微粒化装置での処理回数を1回とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。
解繊処理時の固形分濃度を4.9質量%、湿式微粒化装置での処理回数を1回とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。
解繊処理時の固形分濃度を12.0質量%、湿式微粒化装置での処理回数を1回とした以外は製造例1と同様にして微細繊維状セルロース分散液を得た。
(オゾン処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、オゾン濃度200g/m3のオゾン/酸素混合気体を2L加え、密閉容器内において25℃で2分間撹拌したのち、60分間静置した。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して2.0×10-2gであった。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。その後、高圧ホモジナイザーで200MPaの圧力にて3回処理し微細繊維状セルロース分散液を得た。このようにして、微細繊維状セルロースの低チキソ化を行い、得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。なお、低チキソ化処理によって、微細繊維状セルロースの繊維幅及びイオン性置換基量に変化はなかった。以下の実施例においても同様に、微細繊維状セルロースのイオン性置換基量に変化はなかった。
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、オゾン濃度200g/m3のオゾン/酸素混合気体を2L加え、密閉容器内において25℃で2分間撹拌したのち、60分間静置した。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して2.0×10-2gであった。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。このようにして、微細繊維状セルロースの低チキソ化を行い、得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
(オゾン処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、オゾン濃度200g/m3のオゾン/酸素混合気体を1L加え、密閉容器内において25℃で2分間撹拌したのち、30分間静置した。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-2gであった。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。このようにして、微細繊維状セルロースの低チキソ化を行い、得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
オゾン濃度40g/m3のオゾン/酸素混合気体を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して2.0×10-3gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
(酵素処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、酵素含有液(AB Enzymes社製、ECOPULP R、酵素含有量は約5質量%)を1000倍希釈したものを20g添加し、温度50℃で1時間撹拌した。この時の酵素添加率は微細繊維状セルロース1gに対して約5.0×10-5gであった。次いで、温度100℃で1時間撹拌し、酵素を失活させた。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、酵素含有液(AB Enzymes社製、ECOPULP R、酵素含有量は約5質量%)を1000倍希釈して4g添加したこと以外は実施例5と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時の酵素添加率は微細繊維状セルロース1gに対して約1.0×10-5gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
(次亜塩素酸ナトリウム処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を170g添加し、室温で1時間撹拌した。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.02gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
微細繊維状セルロース分散液1000g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、次亜塩素酸ナトリウム溶液(有効塩素濃度12質量%)を1.70g添加したこと以外は実施例7と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時の次亜塩素酸ナトリウム添加率は微細繊維状セルロース1質量部に対して1.02×10-2質量部である。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
(亜臨界水処理による低チキソ化)
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液を反応器内に入れ、200℃に昇温し、10秒間加熱した。このときの反応器内の圧力は20MPaであった。加熱終了後、反応器を水冷した後、反応器内の低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を回収した。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
加熱時間を1秒間としたこと以外は実施例9と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例2と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例5と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例7と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例8と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例9と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例10と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例2で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例3で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例4で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例7で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例9で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例10で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例11で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例11で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例11で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例8と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例11で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例10と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例12で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例12で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例12で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例8と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例12で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例10と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例14で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例14で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例14で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例8と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例14で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例10と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例15で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例15で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例15で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例8と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例15で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例10と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例16で得られた微細繊維状セルロース分散液を用い、オゾン濃度40g/m3のオゾン/酸素混合気体を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して2.0×10-3gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例17で得られた微細繊維状セルロース分散液を用い、オゾン濃度40g/m3のオゾン/酸素混合気体を用いたこと以外は実施例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して2.0×10-3gであった。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例13で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液500g(固形分濃度2質量%、固形分20g)に対して、オゾン濃度200g/m3のオゾン/酸素混合気体を2L加え、密閉容器内において25℃で2分間撹拌したのち、120分間静置した。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して4.0×10-2gであった。次いで、容器を開放して5時間撹拌し、分散液中に残存するオゾンを揮散させた。その後、高圧ホモジナイザーで200MPaの圧力にて3回処理し微細繊維状セルロース分散液を得た。このようにして、微細繊維状セルロースの低チキソ化を行い、得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例5において得られたリン酸化パルプ100g(固形分濃度20質量%、固形分20g)に対して、オゾン濃度200g/m3のオゾン/酸素混合気体を1L加え、密閉容器内において25℃で2分間撹拌したのち、30分間静置した。この時のオゾン添加率は微細繊維状セルロース1gに対して1.0×10-2gであった。その後、リン酸化パルプを洗浄し、残存するオゾンを除去した。次いで、得られたパルプを用いて固形分濃度が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(株式会社スギノマシン製、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を得た。得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は比較例1と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例8で得られたリン酸化パルプを用いたこと以外は比較例2と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例1で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例6で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例9で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例10で得られた微細繊維状セルロース分散液をそのまま用いて粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例4と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例5で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液について、粘度、重合度、粘度変化率、繊維幅、繊維長、及びヘーズを後述した方法により測定した。
製造例18で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いたこと以外は実施例3と同様にして、低チキソ化微細繊維状セルロース分散液を得た。得られた低チキソ化微細繊維状セルロース分散液には明らかに粗大繊維が残っており、ヘーズ(0.2%濃度ヘーズ値)や分散性が悪かった。そのため、前記分散液の粘度、粘度変化率、塗工適性、並びに塗膜の表面粗さ、及び塗膜の凝集物について測定・評価を行っていない。
〔リンオキソ酸基量の測定〕
微細繊維状セルロースのリンオキソ酸基量は、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5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。なお、滴定開始の15分前から窒素ガスをスラリーに吹き込みながら滴定を行った。この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が二つ観測される。これらのうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点を第1終点と呼び、次に得られる増分の極大点を第2終点と呼ぶ(図1)。滴定開始から第1終点までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の第1解離酸量と等しくなる。また、滴定開始から第2終点までに必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の総解離酸量と等しくなる。なお、滴定開始から第1終点までに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)で除した値をリンオキソ酸基量(mmol/g)とした。
硫酸基量は、試料の湿式灰化とICP発光分析を用いて測定した。具体的には、製造例7で得た繊維状セルロース含有スラリーを絶乾させた後に秤量し、過塩素酸を加え、炭化させ、さらに濃硝酸を加えて炭素を二酸化炭素に酸化し、無機物のみからなる試料液を得た。この試料液を適当な倍率で希釈し、ICP発光分析にて硫酸イオン濃度を測定した。試料液中に含まれていた硫黄原子の量を秤量した繊維状セルロースの質量で除して、硫酸基量とした。
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含有スラリーにイオン交換水を添加して、含有量を0.2質量%とし、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、0.2質量%の微細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;オルガノ株式会社製、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5秒に10μLずつ加えながら、スラリーが示すpHの値の変化を計測することにより行った。水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を観察すると、図2に示されるような滴定曲線が得られる。図2に示されるように、この中和滴定では、アルカリを加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線において、増分(pHのアルカリ滴下量に対する微分値)が極大となる点が一つ観測される。この増分の極大点を第1終点と呼ぶ。ここで、図2における滴定開始から第1終点までの領域を第1領域と呼ぶ。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カルボキシ基量と等しくなる。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)で除すことで、カルボキシ基の導入量(mmol/g)を算出した。
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。
低チキソ化処理後の微細繊維状セルロースの繊維長は、微細繊維状セルロース分散液を0.001質量%に希釈したサンプルをAFMで観察し、画像解析によって求めた。実施例1~45の繊維長は最も短くて250nm、最も長くて610nmであり、比較例1~11の繊維長は最も短くて230nm、最も長くて760nmであった。また、低チキソ化処理後の微細繊維状セルロースの繊維幅は、電子顕微鏡を用いて求めた。実施例1~45及び比較例1~10の繊維幅は、3~5nmであった。
実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロース分散液の粘度は、次のように測定した。まず、微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度が0.4質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌した。次いで、これにより得られた分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
微細繊維状セルロース含有分散液を希釈せずに、B型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度0.3rpm及び3rpmとし、測定開始から3分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
回転速度0.3rpmにおける粘度(ηβ’1)と、回転速度3rpmにおける粘度(ηβ’2)との比(0.3rpm/3rpm、ηβ’1/ηβ’2)を、チキソトロピー性の指標の1つとして算出し、表に示した。
微細繊維状セルロース含有分散液を希釈せずに、レオメーター(HAAKE社製、RheoStress1)を用いて測定した。測定条件は下記のとおりとし、せん断速度1sec-1における粘度値(ηα’1)と、1000sec-1における粘度値(ηα’2)を当該分散液の粘度とした。また、測定対象の分散液は測定前に23℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した。測定時の分散液の液温は23℃であった。
測定治具:コーンプレート(直径35mm、角度2°)
せん断速度:0.001~1000sec-1
データ点数:31点
測定時間:5分
また、せん断速度1sec-1における粘度値(ηα’1)と、せん断速度1000sec-1における粘度(ηα’2)との比(1sec-1/1000sec-1、ηα’1/ηα’2)を、チキソトロピー性の指標の1つとして算出し、表に示した。
実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロースの比粘度及び重合度は、Tappi T230に従い測定した。測定対象のセルロース繊維を分散媒に分散させて測定した粘度(η1とする)、及び分散媒体のみで測定したブランク粘度(η0とする)を測定したのち、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を下記式に従って測定した。
ηsp=(η1/η0)-1
[η]=ηsp/(c(1+0.28×ηsp))
ここで、式中のcは、粘度測定時の微細繊維状セルロースの濃度(g/mL)を示す。
さらに、下記式から微細繊維状セルロースの重合度(DP)を算出した。
DP=1.75×[η]
この重合度は粘度法によって測定された平均重合度であることから、「粘度平均重合度」と称されることもある。
微細繊維状セルロース分散液の粘度変化率は、次のように測定した。
(撹拌前粘度の測定)
まず、後述する方法で測定した場合の粘度が約2500mPa・sとなり、かつ分散液中に含まれる水とイソプロパノールの質量比が7:3となるように、実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロース分散液に水と、イソプロパノールを順に添加した。このようにして得た分散液を直径10cmの円筒状容器に5cmの高さまで入れ、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌した。撹拌終了時から1分後に、得られた微細繊維状セルロース分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて測定した。測定条件は、回転速度6rpmとし、測定開始から1分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定時の分散液の液温は23℃であった。
(撹拌子による撹拌)
次いで、得られた粘度約2500mPa・sの微細繊維状セルロース分散液を直径10cmの円筒状容器に微細繊維状セルロース分散液を5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して24時間撹拌した。撹拌中の分散液の液温は23℃であった。
(撹拌後粘度の測定)
撹拌子による撹拌終了時から1分後に、微細繊維状セルロース分散液の粘度をB型粘度計(BLOOKFIELD社製、アナログ粘度計T-LVT)を用いて直ちに測定した。測定条件は、回転速度6rpmとし、測定開始から1分後の粘度値を当該分散液の粘度とした。また、測定時の分散液の液温は23℃であった。
(粘度変化率の計算)
以下の式で撹拌子による撹拌前後の粘度変化率を算出した。
粘度変化率(%)=(撹拌後粘度-撹拌前粘度)/撹拌前粘度×100
微細繊維状セルロース分散液のヘーズは、次のように測定した。実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度が0.2質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、自転公転型スーパーミキサー(株式会社シンキー製、ARE-250)にて脱泡処理を行った。次いで、これにより得られた分散液のヘーズをヘーズメーター(株式会社村上色彩技術研究所製、HM-150)で、光路長1cmの液体用ガラスセル(株式会社藤原製作所製、MG-40、逆光路)を用いて、JIS K 7136:2000に準拠して測定した。なお、ゼロ点測定は、同ガラスセルに入れたイオン交換水で行った。
実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロース分散液について、自動公転型スーパーミキサー(株式会社シンキー製、ARE-250)にて脱泡処理を行った。その後、目視にて下記基準に従って外観を評価した。
A:目視で繊維がほぼ確認できず、分散液は透明である。
B:目視で繊維がほぼ確認できず、分散液は半透明である。
C:繊維が均一に分散しておらず分散液は白濁している、もしくは粒状物(繊維の凝集物)が確認できる
実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度が1質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて4000rpmで3分間撹拌し、自動公転型スーパーミキサー(株式会社シンキー製、ARE-250)にて脱泡処理を行った。脱泡処理が完了するまでにかかった時間から、以下の評価基準で脱泡性を評価した。
A:2分以内に、脱泡処理が完了した。
B:2分超え4分以内に、脱泡処理が完了した。
C:4分超え8分以内に、脱泡処理が完了した。
D:脱泡処理が完了するまでに、8分よりも長い時間がかかった。
実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロース分散液を固形分濃度が1質量%となるようにイオン交換水により希釈した後に、ディスパーザーにて4000rpmで3分間撹拌し、自動公転型スーパーミキサー(株式会社シンキー製、ARE-250)にて脱泡処理を行った。ガラスビーズ(直径3mm、比重2.5g/cm3、材質:ソーダガラス)を添加し、ビーズの沈降を確認し、以下の評価基準で粒子分散性を評価した。
A:ビーズが24時間以上均一に分散している。
B:ビーズが5時間以上24時間未満、均一に分散されている。
C:ビーズが10分以上5時間未満、均一に分散されている。
D:ビーズが10分未満に沈降する。
実施例及び比較例で得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた塗料の塗工適性を、次のように評価した。
(微細繊維状セルロース含有塗料の調製)
上記と同様の方法で得られた粘度約2500mPa・sの微細繊維状セルロース分散液100質量部に対して、光輝材(アルミニウムペースト WXM7640、東洋アルミニウム株式会社製、アルミニウム濃度58~61質量%)1質量部を加え、ディスパーザーにて1500rpmで5分間撹拌し、微細繊維状セルロース含有塗料を得た。
(塗料の循環及びスプレー塗工)
次いで、得られた微細繊維状セルロース含有塗料をポンプ式循環装置により配管内を24時間循環させた。循環終了後、直ちに微細繊維状セルロース含有塗料をスプレーガンで壁面に塗工し、液ダレの有無を確認した。また、塗工の際に微細繊維状セルロース含有塗料中の光輝材の沈降の有無を目視で確認した。塗料の液ダレ及び光輝材の沈降の結果から、微細繊維状セルロース含有塗料の塗工適性を4段階で評価した。
A:塗料循環後の塗工時に液ダレ及び光輝材の沈降がみられず、塗工適性が非常によい。
B:塗料循環後の塗工時に液ダレもしくは光輝材の沈降のいずれかがみられるが軽微であり、塗工適性がよい。
C:塗料循環後の塗工時に液ダレ及び光輝材の沈降がみられ、塗工適性がやや悪いが、実用上は問題ない。
D:塗料循環後の塗工時に液ダレ及び光輝材の沈降が多くみられ、塗工適性が悪く、実用上問題がある。
本実施形態により得られた微細繊維状セルロース分散液を用いた塗料の塗膜外観を、次のように評価した。
(微細繊維状セルロース含有塗料の調製)
固形分濃度が0.4質量%の微細繊維状セルロース分散液24.9gをビーカーに取り、イオン交換水34.4g、アクリル樹脂35.2g、硬化剤5.49gの順に添加した。添加はT.K.ホモディスパー(特殊機化工業製)で1500rpmにて撹拌しながら行い、全て添加後、さらに5分間撹拌を行った後、脱泡装置(株式会社シンキー製、自転・公転ミキサーAR-250)にて脱泡処理を行った。このようにして、固形分比アクリル樹脂78、硬化剤22、微細繊維状セルロース0.5(質量比)の微細繊維状セルロース含有塗料を得た。
得られた塗料を用い、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム(東レ株式会社製、品名:ルミラーT60、厚み75μm)を基材とし、アプリケーターを用いて乾燥後の塗膜厚みが30μmとなるよう塗工した。塗工後すぐに温度80℃の乾燥機で30分間加熱してPETフィルムを基材とした硬化塗膜を得た。
得られた硬化塗膜の表面粗さを測定した。具体的には、光干渉式非接触表面形状測定器(株式会社菱化システム製、非接触表面・層断面形状測定システムVertScan2.0、型式:R5500GML)を用い、×10対物レンズで硬化塗膜の測定範囲470.92μm×353.16μmの算術平均粗さ(Ra(μm))を測定した。測定は1水準につき5回行い、その平均値から算術平均粗さを求めた。算術平均粗さ(Ra)の定義、測定条件、算出方法等の詳細は、JIS B 0601:2013に準じて行った。
光学顕微鏡(株式会社ニコン製)を用いてPETフィルムを基材とした塗工物の観察を行い、1mm2中における5μm以上の大きさの凝集物数N(個/mm2)を100箇所で確認し、その算術平均値(N/100)を算出した。結果を次のように評価した。
A:サイズ5μm以上の凝集物の算術平均値が3個/mm2未満である
B:サイズ5μm以上の凝集物の算術平均値が3個/mm2以上8個未満である
C:サイズ5μm以上の凝集物の算術平均値が8個/mm2以上13個/mm2未満である
D:サイズ5μm以上の凝集物の算術平均値が13個/mm2以上である
なお、凝集物の大きさは円相当径とし、測定条件、算出方法等の詳細は、JIS Z 8827-1:2008に準じて行った。
また、実施例で得られた繊維状セルロース含有分散液は、分散液の透明性に優れ、さらに、脱泡性も良好であった。
Claims (11)
- 繊維状セルロース含有分散液であって、
前記繊維状セルロースが、繊維幅が1000nm以下であり、かつイオン性置換基を有する繊維状セルロースであり、
前記繊維状セルロースにおける前記イオン性置換基量は0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下であり、
前記繊維状セルロースの重合度は150以上515以下であり、
B型粘度計の3rpmにおける粘度が、40,000mPa・s以上800,000mPa・s以下であり、
繊維状セルロースを分散する溶媒が、水または水に加えてアセトン、メタノール、エタノール、およびイソプロパノールよりなる群から選択される少なくとも1つの水混和性の有機溶媒を溶媒全体の10質量%以下含有する溶媒であり、
前記分散液中の前記繊維状セルロースの濃度が1.5質量%以上5質量%未満である、
塗料用である繊維状セルロース含有分散液。 - 前記イオン性置換基は、リンオキソ酸基又はリンオキソ酸基由来の置換基である請求項1に記載の繊維状セルロース含有分散液。
- B型粘度計の0.3rpmにおける粘度が300,000mPa以上5,000,000mPa以下である、請求項1又は2に記載の繊維状セルセルロース含有分散液。
- B型粘度計の3rpmにおける粘度に対するB型粘度計の0.3rpmにおける粘度の比(0.3rpmにおける粘度/3rpmにおける粘度)が、5.00以上7.40以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース含有分散液。
- レオメーターでのせん断速度1sec-1の条件における粘度が、30Pa・s以上400Pa・s以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の繊維状セルロース含有分散液。
- レオメーターでのせん断速度1000sec-1の条件における粘度が、0.02Pa・s以上1.00Pa・s以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の繊維状セルロース含有分散液。
- レオメーターでのせん断速度1000sec-1の条件における粘度に対する、レオメーターでのせん断速度1sec-1の条件における粘度の比(せん断速度1sec-1の条件における粘度/せん断速度1000sec-1の条件における粘度)が、200以上1,000以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の繊維状セルロース含有分散液。
- 前記繊維状セルロース含有分散液を、水とイソプロパノールからなる分散溶媒で希釈して、水とイソプロパノールの質量比が7:3の分散液であって、かつ23℃における粘度が2500mPa・sの分散液とし、前記希釈した分散液を以下の撹拌条件で撹拌した場合、以下の式で算出される粘度変化率が±50%以内となる、請求項1~7のいずれか1項に記載の繊維状セルロース含有分散液;
粘度変化率(%)=(撹拌後の粘度-撹拌前の粘度)/撹拌前の粘度×100
(撹拌条件)
23℃における粘度が2500mPa・sの分散液を、直径10cmの円筒状容器の5cmの高さまで入れ、長さ5cm、中心部の幅2cm、端部の幅1cmの楕円形の撹拌子を用いて、液面中心部が2cm凹む状態を維持して、23℃で24時間撹拌する。 - 前記繊維状セルロース含有分散液を、繊維状セルロースの含有量が0.4質量%となるように水で希釈して分散液とした場合、前記希釈した分散液の23℃における粘度が20mPa・s以上4700mPa・s以下となる請求項1~8のいずれか1項に記載の繊維状セルロース含有分散液。
- 前記繊維状セルロース含有分散液を、繊維状セルロースの含有量が0.2質量%となるように水で希釈して水分散液とした場合、前記希釈した分散液のヘーズが20%以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載の繊維状セルロース含有分散液。
- イオン性置換基を0.10mmol/g以上1.50mmol/g以下有するセルロース繊維に、解繊処理を施して繊維幅が1000nm以下の繊維状セルロースを得る工程と、
前記繊維状セルロースに低チキソ化処理を施す工程とを含む繊維状セルロース含有分散液の製造方法であって、
繊維状セルロースを分散する溶媒が、水または水に加えてアセトン、メタノール、エタノール、およびイソプロパノールよりなる群から選択される少なくとも1つの水混和性の有機溶媒を溶媒全体の10質量%以下含有する溶媒であり、
前記低チキソ化処理を施す工程は、前記繊維状セルロースの重合度を150以上515以下にする工程である、繊維状セルロース含有分散液の製造方法。
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