JP2018053401A - Zwitterionic fiber - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、両性イオン交換能を備えた天然繊維を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、イオン性官能基を有し、かつ天然高分子である第1高分子を基材として含む両イオン性繊維に関する。本発明の両イオン性繊維は、酸性置換基又は塩基性置換基を有する天然高分子と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子と、を含む両イオン性繊維であることが好ましい。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a natural fiber having an amphoteric ion exchange ability. The present invention relates to an amphoteric fiber having an ionic functional group and containing a first polymer which is a natural polymer as a base material. The amphoteric fiber of the present invention includes a natural polymer having an acidic substituent or a basic substituent, and a polymer having an acidic substituent or a basic substituent having a charge opposite to that of the natural polymer. It is preferably an amphoteric fiber containing. [Selection diagram] None
Description
本発明は、両イオン性繊維に関する。具体的には、本発明は、天然高分子を基材として含む両イオン性繊維に関する。 The present invention relates to zwitterionic fibers. Specifically, the present invention relates to an amphoteric fiber containing a natural polymer as a base material.
従来、イオン交換樹脂は、クロマトグラフィー用充填剤やフィルターなどの工業製品に用いられている。イオン交換樹脂としては、各種樹脂を担体としてイオン吸着官能基を有する物質を担体に担持させたものや、担体樹脂に直接イオン吸着官能基を結合させたものが知られている。例えば、特許文献1には、セルロース繊維を担体とし、リン酸基をイオン吸着官能基として有するセルロースリン酸エステルが開示されている。ここでは、天然セルロース繊維であるセルロースIにアルカリ処理を施すことでセルロースIIを得ており、セルロースIIリン酸エステルを金属吸着剤として用いることが検討されている。 Conventionally, ion exchange resins are used in industrial products such as chromatography fillers and filters. As ion exchange resins, there are known those in which a substance having an ion-adsorbing functional group is supported on a carrier using various resins as carriers, and those in which an ion-adsorbing functional group is directly bonded to a carrier resin. For example, Patent Document 1 discloses a cellulose phosphate ester having a cellulose fiber as a carrier and a phosphate group as an ion-adsorbing functional group. Here, cellulose II is obtained by subjecting cellulose I, which is a natural cellulose fiber, to alkali treatment, and the use of cellulose II phosphate as a metal adsorbent has been studied.
また、イオン交換樹脂としては、両性イオン交換樹脂も知られている。両性イオン交換樹脂としては、担体樹脂の上面に陰イオン性官能基と陽イオン性官能基が化学結合したものが知られている。例えば、特許文献2には、炭素−水素結合を有する重合性単量体が重合した樹脂と、両イオン性官能基導入剤を反応させることで両性イオン交換樹脂を製造する方法が開示されている。ここでは、両イオン性官能基導入剤として、1分子中に陰イオン性官能基と陽イオン性官能基を有する化合物が用いられている。
In addition, amphoteric ion exchange resins are also known as ion exchange resins. As an amphoteric ion exchange resin, a resin in which an anionic functional group and a cationic functional group are chemically bonded to the upper surface of a carrier resin is known. For example,
特許文献3には、粒子状の陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂を、樹脂繊維シートに担持させた両性イオン交換体繊維シートが開示されている。ここでは、樹脂繊維シート自体はイオン吸着官能基を有していないが、イオン吸着官能基を有する各種樹脂を繊維シートに担持させることで両性イオン交換体繊維シートが構成されている。 Patent Document 3 discloses an amphoteric ion exchanger fiber sheet in which a particulate anion exchange resin and a cation exchange resin are supported on a resin fiber sheet. Here, although the resin fiber sheet itself does not have an ion-adsorbing functional group, the amphoteric ion exchanger fiber sheet is configured by supporting various resins having an ion-adsorbing functional group on the fiber sheet.
上述したように各種イオン交換樹脂が知られているが、天然繊維自体が両性イオン交換能を備えたものはなく、両性イオン交換能を備えた天然繊維の開発が求められていた。
そこで本発明者らは、両性イオン交換能を備えた天然繊維を提供することを目的として検討を進めた。
As described above, various ion exchange resins are known, but none of the natural fibers themselves have amphoteric ion exchange ability, and development of natural fibers having amphoteric ion exchange ability has been demanded.
Therefore, the present inventors proceeded with studies for the purpose of providing a natural fiber having an amphoteric ion exchange ability.
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、イオン性官能基を有する天然高分子を基材として含有させることで、両性イオン交換能を備えた両イオン性繊維を得ることに成功した。
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-mentioned problems, the present inventors have incorporated a natural polymer having an ionic functional group as a base material, thereby providing an amphoteric ion-exchangeable zwitterionic fiber. Succeeded in getting.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] イオン性官能基を有し、かつ天然高分子である第1高分子を基材として含む両イオン性繊維。
[2] 第1高分子は、酸性置換基又は塩基性置換基を有し、両イオン性繊維は、第1高分子高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する第2高分子を含む[1]に記載の両イオン性繊維。
[3] 第1高分子は、酸性置換基を有し、第2高分子は塩基性置換基を有する高分子である[2]に記載の両イオン性繊維。
[4] 第1高分子は、塩基性置換基を有し、第2高分子は酸性置換基を有する高分子である[2]に記載の両イオン性繊維。
[5] 第1高分子は、セルロース、でんぷん及びキトサンから選択される少なくとも1種である[1]〜[4]のいずれかに記載の両イオン性繊維。
[1] An amphoteric fiber having an ionic functional group and a first polymer which is a natural polymer as a base material.
[2] The first polymer has an acidic substituent or a basic substituent, and the zwitterionic fiber has an acidic substituent or basic substituent having a charge opposite to that of the first polymer polymer. The zwitterionic fiber according to [1], comprising a second polymer having
[3] The zwitterionic fiber according to [2], wherein the first polymer has an acidic substituent, and the second polymer is a polymer having a basic substituent.
[4] The zwitterionic fiber according to [2], wherein the first polymer has a basic substituent, and the second polymer has a acidic substituent.
[5] The zwitterionic fiber according to any one of [1] to [4], wherein the first polymer is at least one selected from cellulose, starch, and chitosan.
本発明によれば、両性イオン交換能を備えた天然繊維を得ることができる。 According to the present invention, a natural fiber having an amphoteric ion exchange ability can be obtained.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on representative embodiments and specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments.
(両イオン性繊維)
本発明は、イオン性官能基を有し、かつ天然高分子である第1高分子を基材として含む両イオン性繊維に関する。本発明の両イオン性繊維は、天然高分子からなる天然繊維自体が両性イオン交換能を有するものである。ここで、両性イオン交換能とは、陰イオン交換能及び陽イオン交換能の両方を言う。
(Zwitterionic fiber)
The present invention relates to an amphoteric fiber having an ionic functional group and a first polymer which is a natural polymer as a base material. The zwitterionic fiber of the present invention is such that the natural fiber itself comprising a natural polymer has zwitterion exchange capacity. Here, the amphoteric ion exchange capacity means both anion exchange capacity and cation exchange capacity.
本発明の両イオン性繊維は、天然繊維と、陰イオン性官能基及び陽イオン性官能基を有する化合物と、を反応させることで得られる両イオン性繊維であってもよい。この場合、本発明の両イオン性繊維は、天然繊維が両イオン性官能基を有するものであってもよい。
また、本発明の両イオン性繊維は、陰イオン性官能基を有する高分子と、陽イオン性官能基を有する高分子を有し、少なくともいずれか一方の高分子が天然高分子である両イオン性繊維であってもよい。この場合、2種の高分子が互いに吸着(相互作用)し、繊維状となることで両イオン性繊維が形成される。
The zwitterionic fiber of the present invention may be a zwitterionic fiber obtained by reacting a natural fiber with a compound having an anionic functional group and a cationic functional group. In this case, the zwitterionic fiber of the present invention may be one in which the natural fiber has a zwitterionic functional group.
Further, the zwitterionic fiber of the present invention has a polymer having an anionic functional group and a polymer having a cationic functional group, and at least one of the polymers is a natural polymer. It may be a natural fiber. In this case, zwitterionic fibers are formed by the two polymers adsorbing (interacting) with each other and becoming fibrous.
本発明においては、陰イオン性官能基は酸性官能基(以下、酸性置換基ともいう)であることが好ましく、陽イオン性官能基は塩基性官能基(以下、塩基性置換基ともいう)であることが好ましい。そして、本発明の両イオン性繊維は、酸性置換基を有する高分子(酸性高分子)と、塩基性置換基を有する高分子(塩基性高分子)を有し、少なくともいずれか一方の高分子が天然高分子である両イオン性繊維であることが好ましい。すなわち、イオン性官能基を有し、かつ天然高分子である第1高分子は、酸性置換基又は塩基性置換基を有し、両イオン性繊維は、第1高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する第2高分子を含むものであることが好ましい。 In the present invention, the anionic functional group is preferably an acidic functional group (hereinafter also referred to as an acidic substituent), and the cationic functional group is a basic functional group (hereinafter also referred to as a basic substituent). Preferably there is. And the zwitterionic fiber of the present invention has a polymer having an acidic substituent (acidic polymer) and a polymer having a basic substituent (basic polymer), and at least one of the polymers Is preferably a zwitterionic fiber which is a natural polymer. That is, the first polymer that has an ionic functional group and is a natural polymer has an acidic substituent or a basic substituent, and the zwitterionic fiber is opposite to the charge of the first polymer. It is preferable that it contains the 2nd polymer | macromolecule which has an acidic substituent or basic substituent of the following electric charge.
なお、本明細書において、第2高分子は合成高分子であってもよいが、天然高分子であってもよい。上述した第2高分子が合成高分子である場合、本発明の両イオン性繊維は、酸性置換基又は塩基性置換基を有する天然高分子(第1高分子)と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する合成高分子(第2高分子)と、を含む両イオン性繊維である。また、上述した第2高分子が天然高分子である場合、本発明の両イオン性繊維は、酸性置換基又は塩基性置換基を有する第1の天然高分子(第1高分子)と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する第2の天然高分子(第2高分子)と、を含む両イオン性繊維である。なお、第2高分子が天然高分子場合、第1高分子と第2高分子は同じ天然高分子であってもよく、互いに異なる天然高分子であってもよい。取扱い性やコストなどの観点からは第1高分子と第2高分子が同じ天然高分子であることが好ましい。 In the present specification, the second polymer may be a synthetic polymer or a natural polymer. When the second polymer described above is a synthetic polymer, the zwitterionic fiber of the present invention includes a natural polymer having an acidic substituent or a basic substituent (first polymer) and a charge possessed by the natural polymer. And a synthetic polymer (second polymer) having an acidic substituent or a basic substituent of the opposite charge. When the second polymer described above is a natural polymer, the zwitterionic fiber of the present invention includes a first natural polymer (first polymer) having an acidic substituent or a basic substituent, and a natural polymer. A zwitterionic fiber including a second natural polymer (second polymer) having an acidic substituent or a basic substituent having a charge opposite to that of the polymer. When the second polymer is a natural polymer, the first polymer and the second polymer may be the same natural polymer or different natural polymers. From the viewpoint of handleability and cost, the first polymer and the second polymer are preferably the same natural polymer.
本発明の両イオン性繊維の好ましい第1の実施態様においては、イオン性官能基を有し、かつ天然高分子である第1高分子は、酸性置換基を有し、第2高分子は塩基性置換基を有する。第1の実施態様においては、第1高分子は酸性置換基を有しており、この場合の酸性置換基は、例えば、リン酸基又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)、カルボキシル基又はカルボキシル基に由来する置換基(単にカルボキシル基ということもある)、及び、スルホン基又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、リン酸基で及びカルボキシル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特に好ましい。また、第1の実施態様においては、第2高分子は塩基性置換基を有しており、第2高分子は合成高分子であることが好ましい。この場合の塩基性置換基は、例えば、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基及び4級アンモニウム基から選択される少なくとも1種であることが好ましく、1級アミノ基及び2級アミノ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、1級アミノ基であることがさらに好ましい。 In a preferred first embodiment of the zwitterionic fiber of the present invention, the first polymer having an ionic functional group and being a natural polymer has an acidic substituent, and the second polymer is a base. Having a functional substituent. In the first embodiment, the first polymer has an acidic substituent, and the acidic substituent in this case is, for example, a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group (simply referred to as a phosphate group). Or a substituent derived from a carboxyl group or a carboxyl group (sometimes simply referred to as a carboxyl group) and a sulfone group or a substituent derived from a sulfone group (sometimes referred to simply as a sulfone group). It is preferably at least one, more preferably at least one selected from a phosphate group and a carboxyl group, and particularly preferably a phosphate group. In the first embodiment, the second polymer preferably has a basic substituent, and the second polymer is preferably a synthetic polymer. In this case, the basic substituent is preferably at least one selected from, for example, a primary amino group, a secondary amino group, a tertiary amino group, and a quaternary ammonium group. It is more preferably at least one selected from amino groups, and even more preferably a primary amino group.
第1の実施態様において、第1高分子はリン酸基を有することが好ましい。リン酸基は、リン酸からヒドロキシル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は、リン酸基が縮重合した基、リン酸基の塩、リン酸エステル基などの置換基が含まれ、イオン性置換基であることが好ましい。 In the first embodiment, the first polymer preferably has a phosphate group. The phosphoric acid group is a divalent functional group corresponding to the phosphoric acid obtained by removing the hydroxyl group. Specifically, it is a group represented by —PO 3 H 2 . The substituent derived from the phosphate group includes a substituent such as a group obtained by polycondensation of the phosphate group, a salt of the phosphate group, and a phosphate ester group, and is preferably an ionic substituent.
また、リン酸基は、下記式(1)で表される置換基であってもよい。
式(1)中、a、b、m及びnはそれぞれ独立に整数を表す(ただし、a=b×mである);αn(n=1以上n以下の整数)およびα’はそれぞれ独立にR又はORを表す。Rは、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、芳香族基、又はこれらの誘導基である;βは有機物または無機物からなる1価以上の陽イオンである。 In the formula (1), a, b, m and n each independently represent an integer (where a = b × m); α n (n is an integer from 1 to n) and α ′ are each independently Represents R or OR. R represents 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. , An aromatic group, or a derivative group thereof; β is a monovalent or higher cation composed of an organic substance or an inorganic substance.
第1の実施態様において、第2高分子は合成高分子であることが好ましく、合成高分子が有し得る塩基性置換基は、1級アミノ基であることが好ましい。例えば、塩基性置換基を有する第2高分子は以下の構造を構成単位として含むことが好ましい。なお、以下の構造式においてnは2以上の整数を表す。
本発明の両イオン性繊維の好ましい第2の実施態様においては、第1高分子は、塩基性置換基を有し、第2高分子は酸性置換基を有する。第2の実施態様においては、第1高分子は塩基性置換基を有しており、この場合の塩基性置換基は、例えば、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基及び4級アンモニウム基から選択される少なくとも1種であることが好ましく、4級アンモニウム基であることがより好ましい。また、第2の実施態様においては、第2高分子は酸性置換基を有しており、第2高分子もまた天然高分子であることが好ましい。この場合の酸性置換基は、例えば、リン酸基、カルボキシル基及びスルホン基から選択される少なくとも1種であることが好ましく、リン酸基で及びカルボキシル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特に好ましい。 In a preferred second embodiment of the zwitterionic fiber of the present invention, the first polymer has a basic substituent, and the second polymer has an acidic substituent. In the second embodiment, the first polymer has a basic substituent. In this case, examples of the basic substituent include a primary amino group, a secondary amino group, a tertiary amino group, and 4 It is preferably at least one selected from quaternary ammonium groups, and more preferably quaternary ammonium groups. In the second embodiment, the second polymer preferably has an acidic substituent, and the second polymer is also preferably a natural polymer. The acidic substituent in this case is preferably at least one selected from, for example, a phosphate group, a carboxyl group, and a sulfone group, and preferably at least one selected from a phosphate group and a carboxyl group. More preferred is a phosphate group.
第2の実施態様において、第1高分子が有し得る4級アンモニウム基は、下記構造式で表される基であることが好ましい。
上記構造式において、R1〜R3はそれぞれ独立に、有機基を表し、R4は単結合もしくは2価の連結基を表す。R1〜R3はそれぞれ独立に、アルキル基を表すことが好ましく、炭素数が1〜5のアルキル基を表すことがより好ましい。また、R4はアルキレン基を表すことが好ましく、炭素数が1〜5のアルキレン基を表すことがより好ましい。なお、X-は、有機物または無機物からなる1価の陰イオンであり、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、酢酸イオン、プロピオン酸、水酸化物イオンを表すことが好ましく、水酸化物イオンを表すことが好ましい。 In the above structural formula, R 1 to R 3 each independently represents an organic group, and R 4 represents a single bond or a divalent linking group. R 1 to R 3 each independently preferably represents an alkyl group, and more preferably represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R 4 preferably represents an alkylene group, more preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. X − is a monovalent anion composed of an organic substance or an inorganic substance, and preferably represents a fluoride ion, a chloride ion, a bromide ion, an acetate ion, a propionic acid, or a hydroxide ion. Is preferably represented.
第2の実施態様において、高分子が有し得る酸性置換基は、リン酸基であることが好ましく、リン酸基としては、上述したリン酸基を好ましく例示することができる。 In the second embodiment, the acidic substituent that the polymer may have is preferably a phosphate group, and examples of the phosphate group include the above-described phosphate groups.
本発明においては、天然高分子は、セルロース、でんぷん、キチン及びキトサンから選択される少なくとも1種であることが好ましく、セルロース繊維であることがより好ましい。また、高分子は、セルロース、でんぷん、キチン及びキトサンから選択される少なくとも1種から選択される天然高分子であってもよく、合成高分子(以下、合成樹脂ともいう)であってもよい。合成樹脂としては、炭素−水素結合を有する重合性単量体が重合した樹脂を挙げることができる。炭素−水素結合を有する重合性単量体としては、例えば、アリルアミン、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸などを挙げることができる。なお、塩基性置換基を有する重合性単量体としてアリルアミン、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドを挙げることができ、酸性置換基を有する重合性単量体としてアクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸を挙げることができる。少なくとも、これら重合性単量体が含まれれば良く、単独で重合させても良いし、この他の重合性単量体と共重合させてもよい。 In the present invention, the natural polymer is preferably at least one selected from cellulose, starch, chitin and chitosan, and more preferably cellulose fibers. The polymer may be a natural polymer selected from at least one selected from cellulose, starch, chitin, and chitosan, or may be a synthetic polymer (hereinafter also referred to as a synthetic resin). Examples of the synthetic resin include a resin obtained by polymerizing a polymerizable monomer having a carbon-hydrogen bond. Examples of the polymerizable monomer having a carbon-hydrogen bond include allylamine, dimethylaminopropylacrylamide, acrylic acid, fumaric acid, maleic acid, and itaconic acid. Examples of the polymerizable monomer having a basic substituent include allylamine and dimethylaminopropylacrylamide, and examples of the polymerizable monomer having an acidic substituent include acrylic acid, fumaric acid, maleic acid, and itaconic acid. be able to. As long as at least these polymerizable monomers are contained, they may be polymerized alone or may be copolymerized with other polymerizable monomers.
また、合成樹脂としては、塩基性置換基及び酸性置換基の両方を有さない合成樹脂に、塩基性置換基又は酸性置換基を導入したものを用いることもできる。この場合、塩基性置換基及び酸性置換基の両方を有さない合成樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)樹脂、ポリエチレングリコール(PEG)樹脂等を挙げることができる。
塩基性置換基は、例えばハロゲン化に次ぐシアノ化反応の後、還元をすることで導入することができる。また、酸性置換基は、例えばオゾン酸化、ジカルボン酸無水物とのエステル化、ハロゲン化に次ぐシアノ化反応の後、加水分解をすることで導入することができる。
Moreover, as a synthetic resin, what introduce | transduced the basic substituent or the acidic substituent into the synthetic resin which does not have both a basic substituent and an acidic substituent can also be used. In this case, examples of the synthetic resin having neither a basic substituent nor an acidic substituent include a polyolefin resin, a polyester resin, an acrylic resin, a styrene- (meth) acrylate copolymer resin, a urethane resin, and a polyvinyl resin. Alcohol (PVA) resin, polyethylene glycol (PEG) resin, etc. can be mentioned.
The basic substituent can be introduced, for example, by reduction after a cyanation reaction subsequent to halogenation. Moreover, an acidic substituent can be introduce | transduced by hydrolyzing after the cyanation reaction following ozone oxidation, esterification with a dicarboxylic anhydride, and halogenation, for example.
両イオン性繊維が、例えば、酸性置換基を有するセルロース繊維と、塩基性置換基を有する合成樹脂を含む繊維である場合、酸性置換基を有するセルロース繊維が有する電荷と、塩基性置換基を有する合成樹脂が有する電荷が引き寄せ合うことで、1本のセルロース繊維の表面に少なくとも1分子の合成樹脂が吸着し、これにより1本の繊維状となる。なお、両イオン性繊維が、酸性置換基を有するセルロース繊維と、塩基性置換基を有するセルロース繊維を含む繊維である場合、1本の酸性置換基を有するセルロース繊維の表面に、少なくとも1本の塩基性置換基を有するセルロース繊維が交絡し、酸性置換基と塩基性置換基が吸着し合い、繊維複合体となる。 When the zwitterionic fiber is, for example, a fiber containing a cellulose fiber having an acidic substituent and a synthetic resin having a basic substituent, the cellulose fiber having an acidic substituent has a charge and a basic substituent. By attracting the charge of the synthetic resin, at least one molecule of the synthetic resin is adsorbed on the surface of one cellulose fiber, thereby forming one fiber. In addition, when the zwitterionic fiber is a fiber including a cellulose fiber having an acidic substituent and a cellulose fiber having a basic substituent, at least one cellulose fiber has a surface having one acidic substituent. Cellulose fibers having a basic substituent are entangled, and the acidic substituent and the basic substituent are adsorbed to form a fiber composite.
ここで、繊維が両イオン性であることは、例えば無機塩を含む水溶液と当該繊維を接触させ、繊維と接触させる前後の無機塩を含む水溶液の電気伝導度を測定することで判定できる。例えば、第1高分子としてセルロース繊維を用い、第2高分子として合成樹脂を用いた場合であって、セルロース繊維表面への合成樹脂の吸着が不十分である場合、これらが無機塩を含む水溶液中に放出された際には、無機塩を含む水溶液の電気伝導度は少なくとも低下しない。換言すれば、無機塩水溶液を含む水溶液の電気伝導度を低下させるためには、当該繊維内に、無機塩を構成する陽イオン、陰イオンの両方がトラップされる必要があるため、繊維が両イオン性を有する必要がある。このため、無機塩を含む水溶液の電気伝導度の低下の有無を判定することで、繊維が両イオン性を有するか否かを判別できる。 Here, whether the fiber is zwitterionic can be determined by, for example, bringing the aqueous solution containing an inorganic salt into contact with the fiber and measuring the electrical conductivity of the aqueous solution containing the inorganic salt before and after contacting the fiber. For example, when cellulose fiber is used as the first polymer and a synthetic resin is used as the second polymer, and the synthetic resin is not sufficiently adsorbed on the surface of the cellulose fiber, the aqueous solution contains an inorganic salt. When released into the solution, the electrical conductivity of the aqueous solution containing the inorganic salt does not decrease at least. In other words, in order to reduce the electrical conductivity of the aqueous solution containing the inorganic salt aqueous solution, both the cation and the anion constituting the inorganic salt need to be trapped in the fiber. It must have ionicity. For this reason, it can be discriminate | determined whether the fiber has zwitterionicity by determining the presence or absence of the fall of the electrical conductivity of the aqueous solution containing inorganic salt.
本発明の両イオン性繊維は、酸性置換基又は塩基性置換基を有する天然高分子と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子を含む繊維であり、1本の繊維が両性イオン交換能を備えている。このため、両イオン性繊維は、両イオン性繊維以外の他の構成物質(例えば、イオン交換樹脂等)を含まなくとも、両性イオン交換能を発揮することができる。両イオン性繊維は、両イオン性繊維以外の他の構成物質を含む必要がないため、両イオン性繊維からシートを形成した場合は、シートの厚みを容易に調整することができる。また、表面の性状が滑らかとなり、触感を向上させることができる。さらに、本発明の両イオン性繊維においては、天然高分子と高分子は電荷による吸着をしているため、いずれか一方の置換基のみが離脱することが抑制されている。 The zwitterionic fiber of the present invention includes a natural polymer having an acidic substituent or a basic substituent, and a polymer having an acidic substituent or a basic substituent having a charge opposite to that of the natural polymer. It is a fiber, and one fiber has amphoteric ion exchange ability. For this reason, the zwitterionic fiber can exhibit the zwitterion exchange ability even if it does not contain other constituents (for example, ion exchange resin etc.) other than the zwitterionic fiber. Since the zwitterionic fiber does not need to contain other constituents other than the zwitterionic fiber, when the sheet is formed from the zwitterionic fiber, the thickness of the sheet can be easily adjusted. Moreover, the surface property becomes smooth and the tactile sensation can be improved. Furthermore, in the zwitterionic fiber of the present invention, since the natural polymer and the polymer are adsorbed by electric charges, the release of only one of the substituents is suppressed.
また、本発明においては、両イオン性繊維に含まれる酸性置換基を有するセルロース繊維と、塩基性置換基を有する合成樹脂の含有量をコントロールすることによって、イオン吸着性を調整することもできる。例えば、セルロース繊維と合成樹脂の比率は質量比で200:1〜10:1とすることが好ましい。 Moreover, in this invention, ion adsorption property can also be adjusted by controlling the content of the cellulose fiber which has an acidic substituent contained in zwitterionic fiber, and the synthetic resin which has a basic substituent. For example, the ratio between the cellulose fiber and the synthetic resin is preferably 200: 1 to 10: 1 by mass ratio.
本発明においては、両イオン性繊維と無機塩水溶液を接触させた場合、接触前後で、無機塩水溶液の電気伝導度の低下が見られる。これは、本発明の両イオン性繊維が陽イオン、陰イオン両方を吸着する性能を有することを意味する。本発明においては、両イオン性繊維と接触する前の無機塩水溶液の電気伝導度(μS/cm)をPとし、両イオン性繊維1質量部(絶乾質量)に対し、0.01mmol/gの無機塩水溶液を110質量部加え、3分間攪拌混合した後、ろ別により固液分離して得られるろ液の電気伝導度(μS/cm)をQとした場合、Q/Pの値は、0.95以下であることが好ましく、0.90以下であることがより好ましく、0.85以下であることがさらに好ましい。なお、Q/Pの値の下限値は特に限定されるものではなく、0であってもよい。 In the present invention, when the zwitterionic fiber is brought into contact with the inorganic salt aqueous solution, the electrical conductivity of the inorganic salt aqueous solution is decreased before and after the contact. This means that the zwitterionic fiber of the present invention has the ability to adsorb both cations and anions. In the present invention, the electric conductivity (μS / cm) of the inorganic salt aqueous solution before contacting with the zwitterionic fiber is P, and 0.01 mmol / g with respect to 1 part by mass (absolute dry mass) of the zwitterionic fiber. 110 parts by mass of an aqueous inorganic salt solution, and after stirring and mixing for 3 minutes, when the electrical conductivity (μS / cm) of the filtrate obtained by solid-liquid separation by filtration is Q, the value of Q / P is 0.95 or less, more preferably 0.90 or less, and even more preferably 0.85 or less. The lower limit value of the Q / P value is not particularly limited, and may be 0.
(セルロース繊維)
本発明の両イオン性繊維は基材として天然高分子を有する。天然高分子はセルロース繊維であることが好ましい。なお、高分子も天然高分子(第2の天然高分子)であってもよく、この場合はセルロース繊維であってもよい。
(Cellulose fiber)
The zwitterionic fiber of the present invention has a natural polymer as a base material. The natural polymer is preferably a cellulose fiber. The polymer may be a natural polymer (second natural polymer), and in this case, may be a cellulose fiber.
セルロース繊維を得るためのセルロース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、木材パルプ、非木材パルプ、脱墨パルプを挙げることができる。木材パルプとしては例えば、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)、酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ等が挙げられる。また、セミケミカルパルプ(SCP)、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)、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が、特に限定されない。非木材パルプとしてはコットンリンターやコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら、バガス等の非木材系パルプ、ホヤや海草等から単離されるセルロース、キチン、キトサン等が挙げられるが、特に限定されない。脱墨パルプとしては古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられるが、特に限定されない。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、入手のしやすさという点で、セルロースを含む木材パルプ、脱墨パルプが好ましい。 Although it does not specifically limit as a cellulose raw material for obtaining a cellulose fiber, It is preferable to use a pulp from the point that it is easy to acquire and it is cheap. Examples of the pulp include wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of wood pulp include hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolved pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP), oxygen bleached craft Chemical pulps such as pulp (OKP) are listed. Moreover, semi-chemical pulps such as semi-chemical pulp (SCP) and chemi-ground wood pulp (CGP), mechanical pulps such as ground wood pulp (GP), thermomechanical pulp (TMP, BCTMP) and the like can be mentioned, but are not particularly limited. Non-wood pulp includes cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as hemp, straw and bagasse, cellulose isolated from sea squirts and seaweed, chitin, chitosan, etc., but is not particularly limited. . The deinking pulp includes deinking pulp made from waste paper, but is not particularly limited. The pulp of this embodiment may be used alone or in combination of two or more. Among the above pulps, wood pulp containing cellulose and deinked pulp are preferable in terms of availability.
セルロース繊維の繊維幅は特に限定されない。例えば、セルロース繊維の繊維幅は1000nmよりも大きいものであってもよく、1000nm以下であってもよい。また、繊維幅が1000nmよりも大きいセルロース繊維と、繊維幅が1000nm以下のセルロース繊維が混在していてもよい。なお、セルロース繊維の繊維幅が1000nm以下である場合、このようなセルロース繊維を微細繊維状セルロースと呼ぶこともある。 The fiber width of the cellulose fiber is not particularly limited. For example, the fiber width of the cellulose fiber may be larger than 1000 nm, or 1000 nm or less. Moreover, the cellulose fiber whose fiber width is larger than 1000 nm and the cellulose fiber whose fiber width is 1000 nm or less may be mixed. In addition, when the fiber width of a cellulose fiber is 1000 nm or less, such a cellulose fiber may be called a fine fibrous cellulose.
ここで、セルロース繊維の繊維幅は、電子顕微鏡観察によって以下の方法で測定することができる。まず、濃度0.05質量%以上0.1質量%以下のセルロース繊維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。この際、ガラス上にキャストした表面のSEM像を観察してもよい。構成す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。 Here, the fiber width of the cellulose fiber can be measured by the following method by observation with an electron microscope. First, a cellulose fiber aqueous suspension having a concentration of 0.05% by mass or more and 0.1% by mass or less is prepared, and the suspension is cast on a carbon film-coated grid subjected to a hydrophilic treatment to obtain a sample for TEM observation. . At this time, an SEM image of the surface cast on glass may be observed. Observation with an electron microscope image is performed at a magnification of 1000 times, 5000 times, 10000 times, or 50000 times depending on the width of the constituent fibers. However, the sample, observation conditions, and magnification are adjusted to satisfy the following conditions.
(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。
(1) One straight line X is drawn at an arbitrary location in the observation image, and 20 or more fibers intersect the straight line X.
(2) A straight line Y perpendicular to the straight line is drawn in the same image, and 20 or more fibers intersect the straight line Y.
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交錯する繊維の幅を目視で読み取る。こうして少なくとも重なっていない表面部分の画像を3組以上観察し、各々の画像に対して、直線X、直線Yと交錯する繊維の幅を読み取る。このように少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。 The width of the fiber that intersects with the straight line X and the straight line Y is visually read from the observation image that satisfies the above conditions. In this way, at least three sets of images of the surface portion that do not overlap each other are observed, and the width of the fiber intersecting with the straight line X and the straight line Y is read for each image. Thus, at least 20 × 2 × 3 = 120 fiber widths are read.
セルロース繊維の平均繊維長は特に限定されないが、0.1mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であることがより好ましい。また、50mm以下であることが好ましく、20mm以下であることがより好ましい。ここで、セルロース繊維の平均繊維長は、例えば、カヤーニオートメーション社のカヤーニ繊維長測定器(FS−200形)を用い、長さ加重平均繊維長を測定することにより求めることができる。また、繊維の長さに応じて走査型顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡(TEM)等を用いて測定することもできる。 Although the average fiber length of a cellulose fiber is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1 mm or more, and it is more preferable that it is 0.6 mm or more. Moreover, it is preferable that it is 50 mm or less, and it is more preferable that it is 20 mm or less. Here, the average fiber length of the cellulose fiber can be determined by measuring the length-weighted average fiber length using, for example, a Kajaani fiber length measuring instrument (FS-200 type) manufactured by Kajaani Automation. Moreover, it can also measure using a scanning microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), etc. according to the length of a fiber.
セルロース繊維が微細繊維状セルロースである場合、微細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、微細繊維状セルロースがI型結晶構造をとっていることは、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30%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上である。この場合、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)。
When the cellulose fiber is fine fibrous cellulose, the fine fibrous cellulose preferably has an I-type crystal structure. Here, the fact that the fine 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 = 1.5418Å) monochromatized with graphite. Specifically, it can be identified by having typical peaks at two positions of 2θ = 14 ° to 17 ° and 2θ = 22 ° to 23 °.
The proportion of the I-type crystal structure in the fine fibrous cellulose is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and further preferably 70% or more. In this case, further superior performance can be expected in terms of heat resistance and low linear thermal expansion coefficient. The degree of crystallinity is obtained by measuring an X-ray diffraction profile and determining the crystallinity by a conventional method (Seagal et al., Textile Research Journal, 29, 786, 1959).
<リン酸基を有するセルロース繊維>
セルロース繊維がリン酸基を有するものである場合、リン酸基導入工程を経ることでセルロース繊維にリン酸基を導入することができる。リン酸基導入工程では、セルロース繊維に対し、リン酸基又はリン酸基由来の置換基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種(以下、「リン酸化剤」又は「化合物A」ともいう)を反応させることにより行うことができる。このようなリン酸化剤は、乾燥状態または湿潤状態のセルロース繊維に粉末や水溶液の状態で混合してもよい。また別の例としては、セルロース繊維のスラリーにリン酸化剤の粉末や水溶液を添加してもよい。すなわち、リン酸基導入工程は、少なくとも、セルロース繊維とリン酸化剤を混合する工程を含む。
<Cellulose fiber having a phosphate group>
When the cellulose fiber has a phosphate group, the phosphate group can be introduced into the cellulose fiber through a phosphate group introduction step. In the phosphoric acid group introduction step, at least one selected from a phosphoric acid group or a compound having a substituent derived from a phosphoric acid group and a salt thereof (hereinafter referred to as “phosphorating agent” or “compound A”) is used for the cellulose fiber. Can be performed by reacting. Such a phosphorylating agent may be mixed in dry or wet cellulose fibers in the form of powder or aqueous solution. As another example, a phosphoric acid powder or an aqueous solution may be added to the cellulose fiber slurry. That is, the phosphate group introduction step includes at least a step of mixing the cellulose fiber and the phosphorylating agent.
リン酸基導入工程は、セルロース繊維にリン酸化剤を反応させることにより行うことができるが、この反応は、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。 The phosphate group introduction step can be performed by reacting a cellulose fiber with a phosphorylating agent. This reaction is performed by at least one selected from urea and derivatives thereof (hereinafter also referred to as “compound B”). You may carry out in presence.
化合物Aを化合物Bの共存下でセルロース繊維に作用させる方法の一例としては、乾燥状態または湿潤状態のセルロース繊維に化合物A及び化合物Bの粉末や水溶液を混合する方法が挙げられる。また別の例としては、セルロース繊維含有スラリーに化合物A及び化合物Bの粉末や水溶液を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、乾燥状態のセルロース繊維に化合物Aおよび化合物Bの水溶液を添加する方法、または湿潤状態のセルロース繊維に化合物Aおよび化合物Bの粉末や水溶液を添加する方法が好ましい。また、化合物Aと化合物Bは同時に添加してもよいし、別々に添加してもよい。また、初めに反応に供試する化合物Aと化合物Bを水溶液として添加して、圧搾により余剰の薬液を除いてもよい。セルロース繊維の形態は綿状や薄いシート状であることが好ましいが、特に限定されない。 As an example of a method for causing compound A to act on cellulose fibers in the presence of compound B, a method of mixing powder or aqueous solution of compound A and compound B with cellulose fibers in a dry state or a wet state can be mentioned. Another example is a method of adding powders and aqueous solutions of Compound A and Compound B to the cellulose fiber-containing slurry. Among these, since the uniformity of the reaction is high, a method of adding an aqueous solution of Compound A and Compound B to dry cellulose fibers, or a powder or an aqueous solution of Compound A and Compound B to wet cellulose fibers The method is preferred. Moreover, the compound A and the compound B may be added simultaneously, or may be added separately. Moreover, you may add the compound A and the compound B first used for reaction as aqueous solution, and remove an excess chemical | medical solution by pressing. The form of the cellulose fiber is preferably cotton or thin sheet, but is not particularly limited.
リン酸化剤(化合物A)は、リン酸基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種である。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸のリチウム塩、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩などが挙げられるが、特に限定されない。リン酸のリチウム塩としては、リン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸三リチウム、ピロリン酸リチウム、またはポリリン酸リチウムなどが挙げられる。リン酸のナトリウム塩としてはリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、またはポリリン酸ナトリウムなどが挙げられる。リン酸のカリウム塩としてはリン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、またはポリリン酸カリウムなどが挙げられる。リン酸のアンモニウム塩としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウムなどが挙げられる。中でも、リン酸、リン酸のナトリウム塩、又はリン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩は好ましく用いられる。 The phosphorylating agent (compound A) is at least one selected from a compound having a phosphate group and a salt thereof. Examples of the compound having a phosphate group include, but are not limited to, phosphoric acid, lithium salt of phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, ammonium salt of phosphoric acid, and the like. Examples of the lithium salt of phosphoric acid include lithium dihydrogen phosphate, dilithium hydrogen phosphate, trilithium phosphate, lithium pyrophosphate, and lithium polyphosphate. Examples of the sodium salt of phosphoric acid include sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, and sodium polyphosphate. Examples of the potassium salt of phosphoric acid include potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, and potassium polyphosphate. Examples of the ammonium salt of phosphoric acid include ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, and ammonium polyphosphate. Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, and ammonium salt of phosphoric acid are preferably used.
反応の均一性が高まり、かつリン酸基導入の効率がより高くなることからリン酸化剤(化合物A)は水溶液として用いることが好ましい。リン酸化剤(化合物A)の水溶液のpHは特に限定されないが、リン酸基の導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましく、セルロース繊維の加水分解を抑える観点からpH3以上pH7以下がさらに好ましい。化合物Aの水溶液のpHは例えば、リン酸基を有する化合物のうち、酸性を示すものとアルカリ性を示すものを併用し、その量比を変えて調整してもよい。リン酸化剤(化合物A)の水溶液のpHは、リン酸基を有する化合物のうち、酸性を示すものに無機アルカリまたは有機アルカリを添加すること等により調整してもよい。 The phosphorylating agent (compound A) is preferably used as an aqueous solution because the uniformity of the reaction is increased and the efficiency of introducing a phosphate group is further increased. The pH of the aqueous solution of the phosphorylating agent (compound A) is not particularly limited, but is preferably 7 or less because the efficiency of introduction of phosphoric acid groups is increased, and pH 3 or more and pH 7 or less from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose fibers. Is more preferable. The pH of the aqueous solution of Compound A may be adjusted by, for example, using a phosphoric acid group-containing compound that exhibits acidity and an alkalinity, and changing the amount ratio thereof. You may adjust pH of the aqueous solution of a phosphorylating agent (compound A) by adding an inorganic alkali or an organic alkali to what shows acidity among the compounds which have a phosphoric acid group.
セルロース繊維に対するリン酸化剤(化合物A)の添加量は特に限定されないが、リン酸化剤(化合物A)の添加量をリン原子量に換算した場合、セルロース繊維(絶乾質量)に対するリン原子の添加量は0.5質量%以上100質量%以下が好ましく、1質量%以上50質量%以下がより好ましく、2質量%以上30質量%以下が最も好ましい。セルロース繊維に対するリン原子の添加量が上記範囲内であれば、リン酸化セルロース繊維の収率をより向上させることができる。セルロース繊維に対するリン原子の添加量を100質量%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。一方、セルロース繊維に対するリン原子の添加量を上記下限値以上とすることにより、収率を高めることができる。
Although the addition amount of the phosphorylating agent (compound A) with respect to a cellulose fiber is not specifically limited, When the addition amount of a phosphorylating agent (compound A) is converted into a phosphorus atomic weight, the addition amount of the phosphorus atom with respect to a cellulose fiber (absolute dry mass) Is preferably 0.5 to 100% by mass, more preferably 1 to 50% by mass, and most preferably 2 to 30% by mass. If the addition amount of the phosphorus atom with respect to a cellulose fiber is in the said range, the yield of a phosphorylated cellulose fiber can be improved more. By making the addition amount of phosphorus atoms to the
本実施態様で使用する化合物Bとしては、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、1−エチル尿素などが挙げられる。 Examples of the compound B used in this embodiment include urea, biuret, 1-phenylurea, 1-benzylurea, 1-methylurea, 1-ethylurea and the like.
化合物Bは化合物Aと同様に水溶液として用いることが好ましい。また、反応の均一性が高まることから化合物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。セルロース繊維(絶乾質量)に対する化合物Bの添加量は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く、150質量%以上300質量%以下であることが特に好ましい。 Compound B is preferably used as an aqueous solution in the same manner as Compound A. Moreover, since the uniformity of reaction increases, it is preferable to use the aqueous solution in which both compound A and compound B are dissolved. The amount of Compound B added to the cellulose fiber (absolute dry mass) 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, and 100% by mass or more and 350% by mass or less. More preferably, it is more preferably 150% by mass or more and 300% by mass or less.
化合物Aと化合物Bの他に、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、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、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 addition to Compound A and Compound B, 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, hexamethylenediamine, and the like. Among these, triethylamine is known to work as a good reaction catalyst.
リン酸基導入工程は、加熱をする工程(以下、加熱処理工程ともいう)を有することが好ましい。加熱処理工程を設けることで、セルロース繊維にリン酸基を効率的に導入し、さらにリン酸基又はリン酸基由来の置換基の少なくとも一部を架橋させることができる。すなわち、本発明の組成物の製造方法は、セルロース繊維とリン酸化剤と混合する工程と、セルロース繊維とリン酸化剤の混合物を加熱する工程を含むことが好ましい。 The phosphate group introduction step preferably includes a heating step (hereinafter also referred to as a heat treatment step). By providing the heat treatment step, a phosphate group can be efficiently introduced into the cellulose fiber, and at least a part of the phosphate group or a substituent derived from the phosphate group can be crosslinked. That is, it is preferable that the manufacturing method of the composition of this invention includes the process of mixing a cellulose fiber and a phosphorylating agent, and the process of heating the mixture of a cellulose fiber and a phosphorylating agent.
加熱処理工程における加熱処理温度は、セルロース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、具体的には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、加熱には減圧乾燥機、赤外線加熱装置、マイクロ波加熱装置を用いてもよい。 As the heat treatment temperature in the heat treatment step, it is preferable to select a temperature at which phosphate groups can be efficiently introduced while suppressing thermal decomposition and hydrolysis reaction of cellulose fibers. Specifically, the heat treatment temperature is preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and further preferably 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Moreover, you may use a vacuum dryer, an infrared heating apparatus, and a microwave heating apparatus for a heating.
加熱処理の際、化合物Aを添加したセルロース繊維含有スラリーに水が含まれている間において、セルロース繊維を静置する時間が長くなると、乾燥に伴い水分子と溶存する化合物Aがセルロース繊維表面に移動する。そのため、セルロース繊維中の化合物Aの濃度にムラが生じる可能性があり、セルロース繊維表面へのリン酸基の導入が均一に進行しない恐れがある。乾燥によるセルロース繊維中の化合物Aの濃度ムラ発生を抑制するためには、ごく薄いシート状のセルロース繊維を用いるか、ニーダー等でセルロース繊維と化合物Aを混練又は撹拌しながら加熱乾燥又は減圧乾燥させる方法を採ればよい。 During the heat treatment, while water is contained in the cellulose fiber-containing slurry to which compound A has been added, if the time for which the cellulose fibers are allowed to stand is increased, the compound A that dissolves with water molecules along with the drying is deposited on the cellulose fiber surface. Moving. Therefore, the concentration of the compound A in the cellulose fiber may be uneven, and the introduction of phosphate groups on the surface of the cellulose fiber may not proceed uniformly. In order to suppress the occurrence of uneven density of Compound A in the cellulose fiber due to drying, a very thin sheet-like cellulose fiber is used, or the cellulose fiber and Compound A are kneaded or stirred with a kneader or the like and dried by heating or drying under reduced pressure. The method should be taken.
加熱処理に用いる加熱装置としては、スラリーが保持する水分及びリン酸基などの繊維の水酸基への付加反応で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く、例えば送風方式のオーブン等が好ましい。装置系内の水分を常に排出すれば、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、セルロース繊維中の糖鎖の酸加水分解を抑制することができる。 The heating device used for the heat treatment is preferably a device that can always discharge the moisture retained by the slurry and the moisture generated by the addition reaction of the fibers such as phosphate groups to the hydroxyl group of the fiber, such as a blower oven. Etc. are preferred. If the moisture in the system is always discharged, the hydrolysis reaction of the phosphate ester bond, which is the reverse reaction of the phosphorylation, can be suppressed, and the acid hydrolysis of the sugar chain in the cellulose fiber can be suppressed. it can.
加熱処理の時間は、加熱温度にも影響されるがパルプスラリー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。本発明では、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 also affected by the heating temperature, but it is preferably 1 second or more and 300 minutes or less, more preferably 1 second or more and 1000 seconds or less after moisture is substantially removed from the pulp slurry. More preferably, it is 10 seconds or more and 800 seconds or less. In the present invention, the amount of phosphate groups introduced can be within a preferred range by setting the heating temperature and the heating time to appropriate ranges.
リン酸基導入工程は、少なくとも1回行えば良いが、複数回繰り返すこともできる。この場合、より多くのリン酸基が導入されるので好ましい。例えば、リン酸基導入工程を2回行うことも好ましい態様である。 The phosphate group introduction step may be performed at least once, but may be repeated a plurality of times. In this case, more phosphoric acid groups are introduced, which is preferable. For example, it is also a preferable aspect to perform the phosphate group introduction step twice.
セルロース繊維が有するリン酸基の含有量は、セルロース繊維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以上であることが特に好ましい。また、リン酸基の含有量は、3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.50mmol/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。なお、本明細書において、セルロース繊維が有するリン酸基の含有量は、後述するようにセルロース繊維が有するリン酸基の強酸性基量と等しい。 The phosphoric acid group content of the cellulose fiber is preferably 0.10 mmol / g or more, more preferably 0.20 mmol / g or more, and 0.50 mmol / g or more per 1 g (mass) of cellulose fibers. It is more preferable that it is 1.00 mmol / g or more. Moreover, it is preferable that content of a phosphoric acid group is 3.65 mmol / g or less, It is more preferable that it is 3.50 mmol / g or less, It is further more preferable that it is 3.00 mmol / g or less. In addition, in this specification, content of the phosphate group which a cellulose fiber has is equal to the strongly acidic group amount of the phosphate group which a cellulose fiber has so that it may mention later.
セルロース繊維が有するリン酸基の含有量は、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の際には、リン酸基を完全に酸型に変換させた後、機械処理工程(微細化工程)により微細化を行い、得られた微細繊維状セルロース含有スラリーに、水酸化ナトリウム水溶液を加えながらpHの変化を求めることにより、導入量を測定する。 The phosphate group content of the cellulose fiber can be measured by a conductivity titration method. In the measurement by the conductivity titration method, after completely converting the phosphate group to the acid form, it is refined by a mechanical treatment process (a refinement process), and the resulting fine fibrous cellulose-containing slurry is The amount introduced is determined by determining the change in pH while adding aqueous sodium hydroxide.
リン酸基の酸型への変換は、得られたリン酸化セルロース繊維を、セルロース繊維濃度が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、十分な量の1N塩酸水溶液を少しずつ添加することで行う。リン酸基の酸型への変換では、上記のセルロース繊維含有スラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、1N塩酸水溶液を添加する操作を繰り返すことにより、セルロース繊維に含まれるリン酸基を完全に酸型へ変化させることが好ましい。そして、リン酸基の酸型への変換工程の後には、得られたセルロース繊維含有スラリーを攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流すことが好ましい。 The phosphoric acid group is converted into an acid form by diluting the obtained phosphorylated cellulose fiber with ion-exchanged water so that the cellulose fiber concentration becomes 2% by mass, and stirring a sufficient amount of 1N aqueous hydrochloric acid solution. This is done by adding them one by one. In the conversion of the phosphoric acid group into an acid form, the cellulose fiber-containing slurry is dehydrated to obtain a dehydrated sheet, which is then diluted again with ion-exchanged water, and the operation of adding a 1N aqueous hydrochloric acid solution is repeated, thereby producing cellulose fibers. It is preferable to completely change the phosphate group contained in the acid form. Then, after the step of converting the phosphoric acid group into an acid form, the obtained cellulose fiber-containing slurry is stirred and dispersed uniformly, and then the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration is repeated, so that surplus It is preferable to wash away hydrochloric acid sufficiently.
機械処理工程(微細化工程)では、得られた脱水シートにイオン交換水を注ぎ、セルロース繊維濃度が0.3質量%のセルロース繊維含有スラリーを得て、このスラリーを、解繊処理装置(エムテクニック社製、クレアミックス‐2.2S)を用いて、21500回転/分の条件で30分間処理する。このようにして、微細繊維状セルロース含有スラリーを得る。 In the mechanical treatment process (miniaturization process), ion-exchanged water is poured into the obtained dehydration sheet to obtain a cellulose fiber-containing slurry having a cellulose fiber concentration of 0.3% by mass. Using Cleamix-2.2S manufactured by Technic Co., Ltd., treatment is performed for 30 minutes at 21500 rpm. In this way, a fine fibrous cellulose-containing slurry is obtained.
アルカリを用いた滴定では、微細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加えながら、分散液が示すpHの値の変化を計測する。この中和滴定では、アルカリ(水酸化ナトリウム水溶液)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)が極大となる点を二つ与える(増分が最大となる点と、2番目に大きくなる点)。このうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点(以下、第1終点と呼ぶ)、までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中の強酸性基量と等しく、次に得られる増分の極大点(以下、第2終点と呼ぶ)までに必要としたアルカリ量が滴定に使用した分散液中の弱酸性基量と等しくなる。第1終点までに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、第1解離アルカリ量(mmol/g)とし、この量をセルロース繊維が有するリン酸基の含有量とする。 In titration using an alkali, a change in pH value indicated by the dispersion is measured while adding a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution to the fine fibrous cellulose-containing slurry. This neutralization titration gives two points where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali dropped) is maximized in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali (aqueous sodium hydroxide solution) added ( The point where the increment is the largest and the second largest point). Of these, the amount of alkali required up to the maximum incremental point (hereinafter referred to as the first end point) obtained for the first time after adding alkali is equal to the amount of strongly acidic group in the dispersion used for titration. The amount of alkali required up to the maximum point of increment obtained (hereinafter referred to as the second end point) is equal to the amount of weakly acidic groups in the dispersion used for titration. The alkali amount (mmol) required up to the first end point is divided by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated to obtain the first dissociated alkali amount (mmol / g). Is the phosphate group content of the cellulose fiber.
図1は、中和滴定において、アルカリ(水酸化ナトリウム水溶液)を加えた量に対して測定したpHをプロットした曲線を例示したものである。第1終点までの領域を第1領域、第2終点までの領域を第2領域という。なお、第2領域の後には第3領域がある。すなわち、3つの領域が現れる。図1において、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。 FIG. 1 shows an example of a curve plotting measured pH against the amount of alkali (sodium hydroxide aqueous solution) added in neutralization titration. The region up to the first end point is referred to as the first region, and the region up to the second end point is referred to as the second region. There is a third region after the second region. That is, three areas appear. In FIG. 1, the amount of alkali required in the first region is equal to the amount of strongly acidic groups in the slurry used for titration, and the amount of alkali required in the second region is the amount of weakly acidic groups in the slurry used for titration. Is equal to
<カルボキシル基を有するセルロース繊維>
セルロース繊維がカルボキシル基を有するものである場合、カルボキシル基導入工程を経ることでセルロース繊維にカルボキシル基を導入することができる。カルボキシル基導入工程では、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、その誘導体、またはその酸無水物もしくはその誘導体によってセルロース繊維を処理することで、セルロース繊維にカルボキシル基を導入することができる。
<Cellulose fiber having a carboxyl group>
When the cellulose fiber has a carboxyl group, the carboxyl group can be introduced into the cellulose fiber through a carboxyl group introduction step. In the carboxyl group introduction step, the carboxyl fiber is introduced into the cellulose fiber by treating the cellulose fiber with an oxidation treatment such as TEMPO oxidation treatment or a compound having a carboxylic acid-derived group, its derivative, or its acid anhydride or its derivative. can do.
カルボキシル基を有する化合物としては特に限定されないが、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、アコニット酸等トリカルボン酸化合物が挙げられる。 The compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include dicarboxylic acid compounds such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid and itaconic acid, and tricarboxylic acid compounds such as citric acid and aconitic acid. .
カルボキシル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、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。 The acid anhydride of the compound having a carboxyl group is not particularly limited, but examples thereof include acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, and itaconic anhydride. It is done.
カルボキシル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、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシル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、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。 Although it does not specifically limit as a derivative of the compound which has a carboxyl group, The derivative of the acid anhydride of the compound which has a carboxyl group and the acid anhydride imidation of a compound which has a carboxyl group are mentioned. Although it does not specifically limit as an acid anhydride imidation thing of a compound which has a carboxyl group, Imidation thing of dicarboxylic acid compounds, such as maleimide, succinic acid imide, and phthalic acid imide, is mentioned.
カルボキシル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。例えば、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、カルボキシル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置換基(例えば、アルキル基、フェニル基等)で置換されたものが挙げられる。 The acid anhydride derivative of the compound having a carboxyl group is not particularly limited. For example, at least some of the hydrogen atoms of the acid anhydride of the compound having a carboxyl group, such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, diphenylmaleic anhydride, etc. are substituted (for example, alkyl group, phenyl group, etc. ) Are substituted.
カルボキシル基の導入量は、セルロース繊維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以上であることが特に好ましい。また、カルボキシル基の導入量は、3.65mmol/g以下であることが好ましく、3.50mmol/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。 The amount of carboxyl groups introduced is preferably 0.10 mmol / g or more per 1 g (mass) of cellulose fibers, more preferably 0.20 mmol / g or more, and further preferably 0.50 mmol / g or more. It is particularly preferably 1.00 mmol / g or more. The amount of carboxyl group introduced is preferably 3.65 mmol / g or less, more preferably 3.50 mmol / g or less, and further preferably 3.00 mmol / g or less.
カルボキシル基の導入量は伝導度滴定法で測定することができる。伝導度滴定法による測定の際には、機械処理工程(微細化工程)により微細化を行い、得られた微細繊維状セルロース含有スラリーに、水酸化ナトリウム水溶液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。機械処理工程(微細化工程)は、リン酸基の導入量を測定する際に行う工程と同様である。 The amount of carboxyl group introduced can be measured by a conductivity titration method. When measuring by the conductivity titration method, the mechanical treatment process (miniaturization process) is performed, and the change in conductivity is calculated while adding an aqueous sodium hydroxide solution to the obtained fine fibrous cellulose-containing slurry. Measure the amount introduced. The mechanical processing step (miniaturization step) is the same as the step performed when measuring the introduction amount of phosphate groups.
伝導度滴定法では、アルカリを加えていくと、図2に示した曲線を与える。この曲線は、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を第1領域、その後、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。図2で示した曲線の第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、カルボキシル基の導入量(mmol/g)とする。 In the conductivity titration method, the curve shown in FIG. 2 is given when alkali is added. This curve is divided into a first region until the conductivity increment (slope) becomes substantially constant after the electrical conductivity decreases, and then a second region where the conductivity increment (slope) increases. Note that the boundary point between the first region and the second region is defined as the point at which the amount of change in conductivity twice, that is, the increase (inclination) in conductivity is maximized. The alkali amount (mmol) required in the first region of the curve shown in FIG. 2 is divided by the solid content (g) in the fine fibrous cellulose-containing slurry to be titrated, and the amount of carboxyl group introduced (mmol / g).
<塩基性置換基を有するセルロース繊維>
セルロース繊維が塩基性置換基を有するものである場合、塩基性置換基導入工程を経ることでセルロース繊維に塩基性置換基を導入することができる。塩基性置換基導入工程では、セルロース繊維にカチオン化剤及びアルカリ化合物を添加して反応させることにより、塩基性置換基を導入することができる。
<Cellulose fiber having a basic substituent>
When the cellulose fiber has a basic substituent, the basic substituent can be introduced into the cellulose fiber through a basic substituent introduction step. In the basic substituent introduction step, a basic substituent can be introduced by adding a cationizing agent and an alkali compound to the cellulose fiber and reacting them.
カチオン化剤としては、4級アンモニウム基を有し、かつセルロースのヒドロキシル基と反応する基を有するものを用いることが好ましい。セルロースのヒドロキシル基と反応する基としては、エポキシ基、ハロヒドリンの構造を有する官能基、ビニル基、ハロゲン基等が挙げられる。カチオン化剤の具体例としては、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドなどのグリシジルトリアルキルアンモニウムハライドあるいはそのハロヒドリン型の化合物が挙げられる。 As the cationizing agent, a cationizing agent having a quaternary ammonium group and a group that reacts with the hydroxyl group of cellulose is preferably used. Examples of the group that reacts with the hydroxyl group of cellulose include an epoxy group, a functional group having a halohydrin structure, a vinyl group, and a halogen group. Specific examples of the cationizing agent include glycidyltrialkylammonium halides such as glycidyltrimethylammonium chloride and 3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride or halohydrin type compounds thereof.
アルカリ化合物は、カチオン化反応の促進に寄与するものである。アルカリ化合物は、アルカリ金属の水酸化物またはアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩またはアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属のリン酸塩またはアルカリ土類金属のリン酸塩などの無機アルカリ化合物であってもよいし、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物およびその水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等の有機アルカリ化合物であってもよい。塩基性置換基の導入量の測定は、例えば微量窒素分析法などの元素分析等を用いて行うことができる。 The alkali compound contributes to the promotion of the cationization reaction. Alkali compounds include alkali metal hydroxides or alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates or alkaline earth metal carbonates, alkali metal phosphates or alkaline earth metal phosphates, etc. Organic alkali compounds such as ammonia, aliphatic amines, aromatic amines, aliphatic ammoniums, aromatic ammoniums, heterocyclic compounds and their hydroxides, carbonates, phosphates, etc. It may be. The amount of basic substituent introduced can be measured using elemental analysis such as trace nitrogen analysis.
<解繊処理>
本発明における天然高分子が、繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースである場合、解繊処理工程を設けることが好ましい。解繊処理工程では、通常、解繊処理装置を用いて、繊維を解繊処理して、微細繊維状セルロース含有スラリーを得るが、処理装置、処理方法は、特に限定されない。
解繊処理装置としては、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、ビーズミルなどを使用できる。あるいは、解繊処理装置としては、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、湿式粉砕する装置等を使用することもできる。解繊処理装置は、上記に限定されるものではない。好ましい解繊処理方法としては、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミの心配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が挙げられる。
<Defibration processing>
When the natural polymer in the present invention is fine fibrous cellulose having a fiber width of 1000 nm or less, it is preferable to provide a defibrating treatment step. In the defibrating process, the fiber is usually defibrated using a defibrating apparatus to obtain a fine fibrous cellulose-containing slurry, but the processing apparatus and the processing method are not particularly limited.
As the defibrating apparatus, a high-speed defibrator, a grinder (stone mill type pulverizer), a high-pressure homogenizer, an ultra-high pressure homogenizer, a high-pressure collision type pulverizer, a ball mill, a bead mill, or the like can be used. Alternatively, as a defibrating apparatus, a device for wet grinding such as a disk type refiner, a conical refiner, a twin-screw kneader, a vibration mill, a homomixer under high-speed rotation, an ultrasonic disperser, or a beater should be used. You can also. The defibrating apparatus is not limited to the above. Preferable defibrating treatment methods include a high-speed defibrator, a high-pressure homogenizer, and an ultra-high pressure homogenizer that are less affected by the grinding media and less worried about contamination.
<アルカリ処理工程>
上述した解繊処理工程の前には、アルカリ処理工程を設けてもよい。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、リン酸化セルロース繊維を浸漬する方法が挙げられる。
<Alkali treatment process>
An alkali treatment step may be provided before the defibration treatment step described above. Although it does not specifically limit as a method of an alkali treatment, For example, the method of immersing a phosphorylated cellulose fiber in an alkaline solution is mentioned.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されないが、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。アルカリ溶液における溶媒としては水または有機溶媒のいずれであってもよい。溶媒は、極性溶媒(水、またはアルコール等の極性有機溶媒)が好ましく、水系溶媒であってもよい。また、アルカリ溶液のうちでは、汎用性が高いことから、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特に好ましい。 The alkali compound contained in the alkali solution is not particularly limited, but may be an inorganic alkali compound or an organic alkali compound. The solvent in the alkaline solution may be either water or an organic solvent. The solvent is preferably a polar solvent (polar organic solvent such as water or alcohol), and may be an aqueous solvent. Of the alkaline solutions, a sodium hydroxide aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution is particularly preferred 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、5℃以上80℃以下が好ましく、10℃以上60℃以下がより好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液への浸漬時間は特に限定されないが、5分以上30分以下が好ましく、10分以上20分以下がより好ましい。
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、リン酸化セルロース繊維の絶乾質量に対して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 alkali solution in an alkali treatment process is not specifically limited, 5 to 80 degreeC is preferable and 10 to 60 degreeC is more preferable.
The immersion time in the alkaline solution in the alkali treatment step is not particularly limited, but is preferably 5 minutes or longer and 30 minutes or shorter, and more preferably 10 minutes or longer and 20 minutes or shorter.
Although the usage-amount of the alkaline solution in an alkali treatment is not specifically limited, It is preferable that it is 100 mass% or more and 100,000 mass% or less with respect to the absolute dry mass of a phosphorylated cellulose fiber, and it is 1000 mass% or more and 10000 mass% or less. Is more preferable.
(合成高分子)
<塩基性置換基を有する合成樹脂>
塩基性置換基を有する合成樹脂は、塩基性置換基を有する重合性単量体を重合することで得ることができる。例えば、アリルアミンやジメチルアミノプロピルアクリルアミドを重合させることで塩基性置換基を有する合成樹脂を合成してもよい。
(Synthetic polymer)
<Synthetic resin having a basic substituent>
A synthetic resin having a basic substituent can be obtained by polymerizing a polymerizable monomer having a basic substituent. For example, a synthetic resin having a basic substituent may be synthesized by polymerizing allylamine or dimethylaminopropylacrylamide.
また、塩基性置換基を有する合成樹脂は、塩基性置換基及び酸性置換基の両方を有さない合成樹脂に、塩基性置換基を導入することで得ることもできる。この場合、塩基性置換基及び酸性置換基の両方を有さない合成樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)樹脂、ポリエチレングリコール(PEG)樹脂等を挙げることができる。そして、このような合成樹脂に、例えばハロゲン化に次ぐシアノ化反応の後、還元をすることで塩基性置換基を導入することができる。 Moreover, the synthetic resin which has a basic substituent can also be obtained by introduce | transducing a basic substituent into the synthetic resin which does not have both a basic substituent and an acidic substituent. In this case, examples of the synthetic resin having neither a basic substituent nor an acidic substituent include a polyolefin resin, a polyester resin, an acrylic resin, a styrene- (meth) acrylate copolymer resin, a urethane resin, and a polyvinyl resin. Alcohol (PVA) resin, polyethylene glycol (PEG) resin, etc. can be mentioned. And a basic substituent can be introduce | transduced into such a synthetic resin by reducing after the cyanation reaction following halogenation, for example.
<酸性置換基を有する合成樹脂>
酸性置換基を有する合成樹脂は、酸性置換基を有する重合性単量体を重合することで得ることができる。例えば、アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸を重合させることで酸性置換基を有する合成樹脂を合成してもよい。
<Synthetic resin having an acidic substituent>
A synthetic resin having an acidic substituent can be obtained by polymerizing a polymerizable monomer having an acidic substituent. For example, a synthetic resin having an acidic substituent may be synthesized by polymerizing acrylic acid, fumaric acid, maleic acid, and itaconic acid.
また、酸性置換基を有する合成樹脂は、塩基性置換基及び酸性置換基の両方を有さない合成樹脂に、酸性置換基を導入することで得ることもできる。塩基性置換基及び酸性置換基の両方を有さない合成樹脂としては、上述した樹脂を同様に挙げることができる。そして、上記合成樹脂に、例えばオゾン酸化、ジカルボン酸無水物とのエステル化、ハロゲン化に次ぐシアノ化反応の後、加水分解をすることで酸性置換基を導入することができる。 Moreover, the synthetic resin which has an acidic substituent can also be obtained by introduce | transducing an acidic substituent into the synthetic resin which does not have both a basic substituent and an acidic substituent. Examples of the synthetic resin that does not have both a basic substituent and an acidic substituent include the resins described above. And an acidic substituent can be introduce | transduced into the said synthetic resin by hydrolyzing after the cyanation reaction following ozone oxidation, esterification with a dicarboxylic anhydride, and halogenation, for example.
(両イオン性繊維の製造方法)
本発明の両イオン性繊維を製造する方法は、酸性置換基又は塩基性置換基を有する天然高分子と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子と、を混合する工程(混合工程)を含む。
(Method for producing amphoteric fibers)
The method for producing the zwitterionic fiber of the present invention has a natural polymer having an acidic substituent or a basic substituent, and an acidic substituent or basic substituent having a charge opposite to that of the natural polymer. And a step of mixing the polymer (mixing step).
本発明において、天然高分子が酸性置換基を有する場合、酸性置換基の塩型をH型に変換することが好ましい。すなわち、H型変換では、酸性置換基の対イオンを水素イオンに変換する。本発明においては、このような工程を塩型変換工程と呼ぶこともできる。塩型変換工程は上記混合工程の前に設けられることが好ましい。 In the present invention, when the natural polymer has an acidic substituent, it is preferable to convert the salt form of the acidic substituent into an H-type. That is, in H-type conversion, the counter ion of the acidic substituent is converted to a hydrogen ion. In the present invention, such a process can also be called a salt type conversion process. The salt type conversion step is preferably provided before the mixing step.
上記塩型変換工程では、酸性置換基を有する天然高分子含有スラリーに、塩酸等の酸性溶液を添加する。この際、天然高分子含有スラリーのpHが2以上3以下となるように酸性溶液を添加することが好ましい。塩型変換工程の後には、天然高分子含有スラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させる工程を繰り返して天然高分子の洗浄を行うことが好ましい。また、この酸性溶液の添加、洗浄を塩型変更が十分に行われるまで繰り返すことが好ましい。 In the salt type conversion step, an acidic solution such as hydrochloric acid is added to the natural polymer-containing slurry having an acidic substituent. At this time, it is preferable to add the acidic solution so that the natural polymer-containing slurry has a pH of 2 or more and 3 or less. After the salt type conversion step, the natural polymer-containing slurry is dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then the process of pouring ion-exchanged water again and stirring to uniformly disperse the natural polymer is performed. Is preferred. Further, it is preferable to repeat the addition and washing of the acidic solution until the salt type is sufficiently changed.
天然高分子が塩基性置換基を有する場合、塩基性置換基の塩型をOH型に変換することが好ましい。すなわち塩基性置換基の対イオンを水酸化物イオンとすることが好ましい。本発明においては、このような工程も塩型変換工程と呼ぶ。塩型変換工程は上記混合工程の前に設けられることが好ましい。 When the natural polymer has a basic substituent, it is preferable to convert the salt form of the basic substituent to the OH type. That is, the counter ion of the basic substituent is preferably a hydroxide ion. In the present invention, such a process is also called a salt type conversion process. The salt type conversion step is preferably provided before the mixing step.
上記塩型変換工程では、塩基性置換基を有する天然高分子含有スラリーに、水酸化ナトリウム溶液等の塩基性溶液を添加する。この際、天然高分子含有スラリーのpHが11以上12以下となるように塩基性溶液を添加することが好ましい。塩型変換工程の後には、天然高分子含有スラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させる工程を繰り返して天然高分子の洗浄を行うことが好ましい。また、この塩基性溶液の添加、洗浄を塩型変更が十分に行われるまで繰り返すことが好ましい。 In the salt type conversion step, a basic solution such as a sodium hydroxide solution is added to the natural polymer-containing slurry having a basic substituent. At this time, it is preferable to add a basic solution so that the natural polymer-containing slurry has a pH of 11 or more and 12 or less. After the salt type conversion step, the natural polymer-containing slurry is dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then the process of pouring ion-exchanged water again and stirring to uniformly disperse the natural polymer is performed. Is preferred. Further, it is preferable to repeat the addition and washing of the basic solution until the salt type is sufficiently changed.
酸性置換基又は塩基性置換基を有する天然高分子と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子と、を混合する工程(混合工程)では、上記の塩型変換工程を経て得られる天然高分子を含むスラリーに、酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子を添加して攪拌する。なお、酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子を添加する際は、高分子をスラリー等の溶液の状態で添加することが好ましい。 In a step of mixing a natural polymer having an acidic substituent or a basic substituent with a polymer having an acidic substituent or a basic substituent having a charge opposite to that of the natural polymer (mixing step) The polymer having an acidic substituent or a basic substituent is added to the slurry containing the natural polymer obtained through the salt-type conversion step and stirred. In addition, when adding the polymer which has an acidic substituent or a basic substituent, it is preferable to add a polymer in the state of solutions, such as a slurry.
上記混合工程の後には、スラリーを脱水し、脱水シートを得た後、乾燥工程を設けてもよい。乾燥工程では、20℃以上100℃以下の温度で乾燥を行うことが好ましい。なお、本発明は、両イオン性繊維からなるシートに関するものであってもよい。上記の工程を経ることにより、酸性置換基又は塩基性置換基を有する天然高分子と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子を含む両イオン性繊維が得られる。 After the mixing step, the slurry may be dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then a drying step may be provided. In the drying step, drying is preferably performed at a temperature of 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The present invention may relate to a sheet made of zwitterionic fibers. Through the above steps, both the natural polymer having an acidic substituent or a basic substituent and the polymer having an acidic substituent or a basic substituent having a charge opposite to that of the natural polymer are included. An ionic fiber is obtained.
上記混合工程では、酸性置換基又は塩基性置換基を有する天然高分子と、天然高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する高分子以外の任意成分を混合してもよい。任意成分としては、たとえば、消泡剤、潤滑剤、界面活性剤、紫外線吸収剤、染料、顔料、填料、安定剤、アルコール等の水と混和可能な有機溶媒、防腐剤、有機微粒子、無機微粒子、樹脂(ペレット状、繊維状)等を挙げることができる。 In the mixing step, a natural polymer having an acidic substituent or a basic substituent is mixed with an optional component other than a polymer having an acidic substituent or a basic substituent having a charge opposite to that of the natural polymer. May be. Optional components include, for example, defoaming agents, lubricants, surfactants, UV absorbers, dyes, pigments, fillers, stabilizers, organic solvents miscible with water such as alcohol, preservatives, organic fine particles, and inorganic fine particles. , Resin (pellet, fiber) and the like.
(用途)
本発明の両イオン性繊維は、スラリー中に分散していてもよい。また、本発明の両イオン性繊維からシート(例えば、不織布やフィルター、積層体等)や粒状物(例えば、ビーズ、顆粒等)を形成してもよい。本発明の両イオン性繊維を用いることで、イオン交換や脱塩を行うことができる。本発明の両イオン性繊維は、イオン交換繊維として有用である。
(Use)
The zwitterionic fiber of the present invention may be dispersed in a slurry. Moreover, you may form a sheet | seat (for example, a nonwoven fabric, a filter, a laminated body etc.) and a granular material (for example, bead, granule etc.) from the zwitterionic fiber of this invention. By using the zwitterionic fiber of the present invention, ion exchange and desalting can be performed. The zwitterionic fiber of the present invention is useful as an ion exchange fiber.
また、本発明の両イオン性繊維を含むシートを、加熱加圧成形をすることで成形体を形成してもよい。この場合、イオン交換樹脂等の充填剤の添加をしなくてもイオン交換や脱塩を行うことができる。 Moreover, you may form a molded object by heat-pressing the sheet | seat containing the zwitterionic fiber of this invention. In this case, ion exchange and desalting can be performed without adding a filler such as an ion exchange resin.
さらに、本発明の両イオン性繊維を含むシートや粒状物は、例えば、汗、尿、経血等の吸収剤(おむつ等)として用いられる他、SAP等の吸水性材料の吸水量を高めるための前処理材としても利用できる。 Furthermore, the sheet or granular material containing the zwitterionic fiber of the present invention is used, for example, as an absorbent (diaper or the like) for sweat, urine, menstrual blood, etc., and to increase the water absorption of a water absorbent material such as SAP. It can also be used as a pretreatment material.
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The features of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.
(製造例1)
<リン酸基の導入>
針葉樹クラフトパルプとして、王子製紙製のパルプ(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。上記針葉樹クラフトパルプ(絶乾質量)100質量部に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を含浸し、リン酸二水素アンモニウム45質量部、尿素120質量部となるように圧搾し、薬液含浸パルプを得た。得られた薬液含浸パルプを165℃の熱風乾燥機で200秒間乾燥・加熱処理し、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(リン酸化セルロース繊維)を得た。
(Production Example 1)
<Introduction of phosphate group>
Oji Paper's pulp (solid content: 93 mass%, basis weight: 208 g / m 2 sheet, Canadian standard freeness (CSF) measured according to JIS P 8121 is 700 ml) is used as softwood kraft pulp did. 100 parts by mass of the above softwood kraft pulp (absolutely dry mass) is impregnated with a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea, and compressed to 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate and 120 parts by mass of urea, and impregnated with chemicals Pulp was obtained. The obtained chemical-impregnated pulp was dried and heat-treated for 200 seconds with a hot air dryer at 165 ° C. to introduce phosphoric acid groups into cellulose in the pulp to obtain phosphorylated pulp (phosphorylated cellulose fiber).
<リン酸化パルプの洗浄>
得られたリン酸化パルプ(絶乾質量)100質量部に対して10000質量部のイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返し、リン酸化パルプの脱水シートAを得た。脱水シートAにおいては、後述する滴定法で求められるリン酸基の導入量が1.1mmol/gであった。
<Washing of phosphorylated pulp>
Pour 10000 parts by mass of ion-exchanged water with respect to 100 parts by mass of the resulting phosphorylated pulp (absolutely dry mass), stir and disperse uniformly, then filter and dehydrate to obtain a dehydrated sheet twice. Repeatedly, a dehydrated sheet A of phosphorylated pulp was obtained. In the dehydration sheet A, the introduction amount of phosphate groups determined by a titration method described later was 1.1 mmol / g.
<リン酸基導入量の測定>
リン酸基の導入量は、中和滴定法により測定した。具体的には、リン酸化パルプ(リン酸化セルロース繊維)に含まれるリン酸基を完全に酸型に変換させた後、機械処理工程(微細化工程)により微細化を行い、得られた微細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加えながら、スラリー(分散液)が示すpHの変化を求めることにより、導入量を測定した。
リン酸基の酸型への変換では、得られたリン酸化セルロース繊維を、セルロース繊維濃度が2質量%となるようイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、十分な量の1N塩酸水溶液を少しずつ添加した。次いで、このセルロース繊維含有スラリーを15分間撹拌したのち脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水で希釈し、1N塩酸水溶液を添加する操作を繰り返すことにより、セルロース繊維に含まれるリン酸基を完全に酸型へ変化させた。さらに、このセルロース繊維含有スラリーを攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流した。
機械処理工程では、得られた脱水シートにイオン交換水を注ぎ、セルロース繊維濃度が0.3質量%のセルロース繊維含有スラリーを得た。このスラリーを、解繊処理装置(エムテクニック社製、クレアミックス‐2.2S)を用いて、21500回転/分の条件で30分間処理した。アルカリを用いた滴定では、微細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加えながら、分散液が示すpHの値の変化を計測した。
<Measurement of phosphate group introduction amount>
The amount of phosphate group introduced was measured by neutralization titration. Specifically, after the phosphoric acid group contained in phosphorylated pulp (phosphorylated cellulose fiber) is completely converted into an acid form, it is refined by a mechanical treatment process (a refinement process), and the obtained fine fiber The amount of introduction was measured by determining the change in pH indicated by the slurry (dispersion) while adding 0.1N aqueous sodium hydroxide to the slurry containing cellulose.
In converting the phosphoric acid group into an acid form, the obtained phosphorylated cellulose fiber is diluted with ion-exchanged water so that the cellulose fiber concentration becomes 2% by mass, and a sufficient amount of 1N hydrochloric acid aqueous solution is slightly added while stirring. Added in increments. Next, the cellulose fiber-containing slurry is stirred for 15 minutes and then dehydrated to obtain a dehydrated sheet. Then, the slurry is diluted again with ion-exchanged water, and a 1N hydrochloric acid aqueous solution is added to repeat the phosphoric acid contained in the cellulose fiber. The group was completely changed to the acid form. Furthermore, the cellulose fiber-containing slurry was stirred and dispersed uniformly, and then the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration was repeated to sufficiently wash away excess hydrochloric acid.
In the mechanical treatment process, ion-exchanged water was poured into the obtained dehydration sheet to obtain a cellulose fiber-containing slurry having a cellulose fiber concentration of 0.3% by mass. This slurry was processed for 30 minutes under the condition of 21500 rotations / minute using a defibrating apparatus (Cleamix-2.2S, manufactured by M Technique Co., Ltd.). In the titration using an alkali, a change in pH value indicated by the dispersion was measured while adding a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution to the fine fibrous cellulose-containing slurry.
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)が極大となる点を二つ与える(増分が最大となる点と、2番目に大きくなる点)。このうち、アルカリを加えはじめて先に得られる増分の極大点(以下、第1終点と呼ぶ)までに必要としたアルカリ量が、滴定に使用した分散液中の強酸性基量と等しく、次に得られる増分の極大点(以下、第2終点と呼ぶ)までに必要としたアルカリ量が滴定に使用した分散液中の弱酸性基量と等しくなる。
第1終点までに必要としたアルカリ量(mmol)を、滴定対象分散液中の固形分(g)で除して、第1解離アルカリ量(mmol/g)とし、この量をリン酸基の導入量とした。
This neutralization titration gives two points where the increment (differential value of pH with respect to the amount of alkali dropped) is maximized in the curve plotting the measured pH against the amount of alkali added (the point at which the increment is maximum). And the second largest point). Of these, the amount of alkali required up to the maximum point of increment obtained first after adding alkali (hereinafter referred to as the first end point) is equal to the amount of strongly acidic groups in the dispersion used for titration, The amount of alkali required up to the maximum point of increase obtained (hereinafter referred to as the second end point) becomes equal to the amount of weakly acidic groups in the dispersion used for titration.
The alkali amount (mmol) required up to the first end point is divided by the solid content (g) in the titration target dispersion to obtain the first dissociated alkali amount (mmol / g). The amount introduced.
<リン酸化パルプの塩型変換(H型)>
リン酸化パルプの脱水シートA(絶乾質量)100質量部に対して5000質量部のイオン交換水を加え希釈した。次いで、攪拌しながら、1N塩酸を少しずつ添加し、pHが2以上3以下のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた。次いで、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流し、リン酸化パルプ(H型)を得た。
<Salt type conversion of phosphorylated pulp (H type)>
5000 parts by mass of ion-exchanged water was diluted with respect to 100 parts by mass of the dehydrated sheet A (absolute dry mass) of phosphorylated pulp. Next, 1N hydrochloric acid was added little by little while stirring to obtain a pulp slurry having a pH of 2 or more and 3 or less. Thereafter, the pulp slurry was dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then ion-exchanged water was poured again, and the mixture was stirred and dispersed uniformly. Subsequently, the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration was repeated to sufficiently wash away excess hydrochloric acid, thereby obtaining phosphorylated pulp (H type).
<リン酸化パルプ(H型)への塩基性高分子吸着>
得られたリン酸化パルプ(H型)(絶乾質量)100質量部に対して5000質量部のイオン交換水を加え希釈した。次いで、攪拌しながら、パルプの100質量部(絶乾質量)に対して、ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル株式会社製、PAA−03、重量平均分子量3000、固形分20質量%)を添加した。その際、ポリアリルアミン中の固形分量が2.5質量部(絶乾質量)となるよう少しずつ添加した。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた。次いで、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返した。さらに、得られたパルプシートを、アセトンで十分に置換した後、40℃の防爆乾燥機にて乾燥させ、ポリアリルアミン(PAA−03)吸着リン酸化パルプ(両イオン性繊維)を得た。
<Adsorption of basic polymer on phosphorylated pulp (H type)>
5000 parts by mass of ion-exchanged water was diluted with respect to 100 parts by mass of the resulting phosphorylated pulp (H type) (absolute dry mass). Subsequently, polyallylamine (Nitto Bo Medical Co., Ltd., PAA-03, weight average molecular weight 3000, solid content 20% by mass) was added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the pulp while stirring. In that case, it added little by little so that the solid content amount in polyallylamine might be 2.5 mass parts (absolute dry mass). Thereafter, the pulp slurry was dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then ion-exchanged water was poured again, and the mixture was stirred and dispersed uniformly. Subsequently, the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration was repeated. Furthermore, after sufficiently replacing the obtained pulp sheet with acetone, it was dried with an explosion-proof dryer at 40 ° C. to obtain polyallylamine (PAA-03) -adsorbed phosphorylated pulp (a zwitterionic fiber).
(製造例2)
ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル株式会社製、PAA−03)の代わりに、ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル株式会社製、PAA−08、重量平均分子量8000、固形分15質量%)を用いた以外は、製造例1と同様にして、ポリアリルアミン(PAA−08)吸着リン酸化パルプ(両イオン性繊維)を得た。
(Production Example 2)
Production Example 1 except that polyallylamine (manufactured by Nitto Bo Medical Co., Ltd., PAA-08, weight average molecular weight 8000, solid content 15% by mass) was used instead of polyallylamine (manufactured by Nitto Bo Medical Co., Ltd., PAA-03). In the same manner as above, polyallylamine (PAA-08) -adsorbed phosphorylated pulp (a zwitterionic fiber) was obtained.
(製造例3)
ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル株式会社製、PAA−03)の代わりに、ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル株式会社製、PAA−25、重量平均分子量25000、固形分10質量%)を用いた以外は、製造例1と同様にして、ポリアリルアミン(PAA−25)吸着リン酸化パルプ(両イオン性繊維)を得た。
(Production Example 3)
Production Example 1 except that polyallylamine (Nittobo Medical Co., Ltd., PAA-25, PAA-25, weight average molecular weight 25000,
(製造例4)
<TEMPO酸化反応>
乾燥質量100質量部相当の未乾燥の針葉樹晒クラフトパルプとTEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン 1−オキシル)1.25質量部と、臭化ナトリウム12.5質量部を、水10000質量部に分散させた。次いで、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウムの量が3.0mmol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11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。
(Production Example 4)
<TEMPO oxidation reaction>
Undried softwood bleached kraft pulp equivalent to a dry mass of 100 parts by mass, 1.25 parts by mass of TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl), 12.5 parts by mass of sodium bromide, It was dispersed in 10,000 parts by mass. Subsequently, 13 mass% sodium hypochlorite aqueous solution was added so that the quantity of sodium hypochlorite might be 3.0 mmol with respect to 1.0 g of pulp, and reaction was started. During the reaction, a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise to maintain the pH at 10 or more and 11 or less, and the reaction was regarded as complete when no change in pH was observed.
<TEMPO酸化パルプの洗浄>
その後、こ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、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返した。得られたTEMPO酸化パルプ(TEMPO酸化セルロース繊維)のカルボキシル基の導入量は1.1mmol/gであった。
<Cleaning of TEMPO oxidized pulp>
Thereafter, this pulp slurry is dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then the process of pouring 5000 parts by mass of ion exchange water, stirring and uniformly dispersing, and dehydrating by filtration to obtain a dehydrated sheet is repeated twice. It was. The introduced amount of carboxyl groups in the obtained TEMPO oxidized pulp (TEMPO oxidized cellulose fiber) was 1.1 mmol / g.
<TEMPO酸化パルプの塩型変換(H型)>
得られた脱水シート(絶乾質量)100質量部に対して、5000質量部のイオン交換水を加えて希釈した。次いで、攪拌しながら、1N塩酸を少しずつ添加し、pHが2以上3以下のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた。次いで、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の塩酸を十分に洗い流し、TEMPO酸化パルプ(H型)を得た。
<Salt type conversion of TEMPO oxidized pulp (H type)>
To 100 parts by mass of the obtained dehydrated sheet (absolute dry mass), 5000 parts by mass of ion-exchanged water was added for dilution. Next, 1N hydrochloric acid was added little by little while stirring to obtain a pulp slurry having a pH of 2 or more and 3 or less. Thereafter, the pulp slurry was dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then ion-exchanged water was poured again, and the mixture was stirred and dispersed uniformly. Subsequently, the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration was repeated to sufficiently wash away excess hydrochloric acid to obtain TEMPO oxidized pulp (H type).
<TEMPO酸化パルプ(H型)への塩基性高分子吸着>
得られたTEMPO酸化パルプ(H型)(絶乾質量)100質量部に対して5000質量部のイオン交換水を加え希釈した。次いで、攪拌しながら、パルプの100質量部(絶乾質量)に対して、ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル株式会社製、PAA−08、重量平均分子量8000、固形分15質量%)を添加した。その際、ポリアリルアミン中の固形分量が2.5質量部(絶乾質量)となるよう少しずつ添加した。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた。次いで、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返した。さらに、得られたパルプシートを、アセトンで十分に置換した後、40℃の防爆乾燥機にて乾燥させ、ポリアリルアミン(PAA−08)吸着TEMPO酸化パルプ(両イオン性繊維)を得た。
<Adsorption of basic polymer to TEMPO oxidized pulp (H type)>
To 100 parts by mass of the obtained TEMPO oxidized pulp (H type) (absolute dry mass), 5000 parts by mass of ion-exchanged water was added for dilution. Next, polyallylamine (Nitto Bo Medical Co., Ltd., PAA-08, weight average molecular weight 8000, solid content 15% by mass) was added to 100 parts by mass (absolute dry mass) of the pulp while stirring. In that case, it added little by little so that the solid content amount in polyallylamine might be 2.5 mass parts (absolute dry mass). Thereafter, the pulp slurry was dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then ion-exchanged water was poured again, and the mixture was stirred and dispersed uniformly. Subsequently, the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration was repeated. Furthermore, after sufficiently replacing the obtained pulp sheet with acetone, it was dried with an explosion-proof dryer at 40 ° C. to obtain polyallylamine (PAA-08) -adsorbed TEMPO oxidized pulp (a zwitterionic fiber).
(製造例5)
<パルプのフラッフィング>
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を抄き上げたシート(パルプ含有量90質量%)をハンドミキサー(大阪ケミカル製、ラボミルサーPLUS)を用い、回転数20000rpmで15秒間処理して綿状のフラッフィングパルプ(パルプ含有量90質量%)にした。
(Production Example 5)
<Pulp fluffing>
Cotton-like fluffing pulp obtained by processing a sheet (pulp content 90% by mass) made of softwood bleached kraft pulp (NBKP) for 15 seconds at a rotation speed of 20000 rpm using a hand mixer (manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd., Labo Milser PLUS) (Pulp content 90% by mass).
<カチオン化反応>
次いで、カチオン化剤(カチオマスターG、四日市合成株式会社製、グリシジルトリメチルアンモニウムクロリド、純分73.1質量%、含水率20.2質量%)100質量部と1.5Nの水酸化ナトリウム水溶液70質量部とを混合したカチオン化剤混合液を、スプレーを用いて、フラッフィングパルプ100質量部に噴霧し、ポリ塩化ビニリデン製の袋の中に入れ、その袋を手で揉むことにより、カチオン化剤混合液をパルプに均一に浸透させて、反応用試料を調製した。
その後、袋内の空気を除去し、80℃で1時間反応させて、カチオン化パルプAを得た。
<Cationization reaction>
Next, 100 parts by mass of a cationizing agent (Kachio Master G, manufactured by Yokkaichi Chemical Co., Ltd., glycidyltrimethylammonium chloride, pure content: 73.1% by mass, moisture content: 20.2% by mass) and 1.5N aqueous sodium hydroxide solution 70 The cationizing agent mixed solution mixed with parts by mass is sprayed onto 100 parts by mass of fluffing pulp using a sprayer, placed in a polyvinylidene chloride bag, and the bag is squeezed by hand. The reaction mixture was uniformly permeated into the pulp to prepare a reaction sample.
Then, the air in a bag was removed and it was made to react at 80 degreeC for 1 hour, and the cationized pulp A was obtained.
<複数回カチオン化>
得られたカチオン化パルプAに、上記のカチオン化剤混合液を同様の方法で添加し、反応させることでカチオン化パルプBを得た。
<Multiple cationization>
To the obtained cationized pulp A, the cationizing pulp B was obtained by adding and reacting the above cationizing agent mixed solution in the same manner.
<カチオン化パルプの洗浄>
得られたカチオン化パルプB(絶乾質量)100質量部に対して、5000質量部のイオン交換水を加え、攪拌しながら洗浄した後、脱水した。その洗浄・脱水の処理を4回繰り返し、洗浄済カチオン化パルプを得た。微量窒素分析法により、洗浄済みカチオン化パルプ(カチオン化セルロース繊維)に含まれるカチオン基量を測定したところ、1.1mmol/gであった。
<Washing of cationized pulp>
5000 parts by mass of ion-exchanged water was added to 100 parts by mass of the obtained cationized pulp B (absolutely dry mass), washed with stirring, and then dehydrated. The washing / dehydration treatment was repeated 4 times to obtain washed cationized pulp. It was 1.1 mmol / g when the amount of cationic groups contained in the washed cationized pulp (cationized cellulose fiber) was measured by a trace nitrogen analysis method.
<カチオン化パルプの塩型変換(OH型)>
得られた洗浄済みカチオン化パルプ(絶乾質量)100質量部に対して5000質量部のイオン交換水を加え希釈した。次いで、攪拌しながら、1NのNaOH水溶液を少しずつ加え、pH11以上12以下のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた。次いで、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返すことにより、余剰の水酸化ナトリウムを十分に洗い流し、カチオン化パルプ(OH型)を得た。
<Salt type conversion of cationized pulp (OH type)>
5000 parts by mass of ion-exchanged water was diluted with respect to 100 parts by mass of the washed washed cationized pulp (absolute dry mass). Next, a 1N NaOH aqueous solution was added little by little while stirring to obtain a pulp slurry having a pH of 11 or more and 12 or less. Thereafter, the pulp slurry was dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then ion-exchanged water was poured again, and the mixture was stirred and dispersed uniformly. Subsequently, the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration was repeated to sufficiently wash away excess sodium hydroxide to obtain a cationized pulp (OH type).
得られたカチオン化パルプ(OH型)(絶乾質量)100質量部に対して5000質量部のイオン交換水を加え希釈した。ここに、製造例1で得られたリン酸化パルプ(H型)(絶乾質量)100質量部に5000質量部のイオン交換水を加え希釈したスラリーを、攪拌しながら少しずつ加えた。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再びイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた。次いで、濾過脱水して脱水シートを得る操作を繰り返した。さらに、得られたパルプシートを、アセトンで十分に置換した後、40℃の防爆乾燥機にて乾燥させ、リン酸化パルプ−カチオン化パルプ複合体(両イオン性繊維)を得た。 To 100 parts by mass of the obtained cationized pulp (OH type) (absolute dry mass), 5000 parts by mass of ion exchange water was added for dilution. The slurry which added and diluted 5000 mass parts ion-exchange water to 100 mass parts of the phosphorylated pulp (H type) (absolute dry mass) obtained by manufacture example 1 was added little by little here. Thereafter, the pulp slurry was dehydrated to obtain a dehydrated sheet, and then ion-exchanged water was poured again, and the mixture was stirred and dispersed uniformly. Subsequently, the operation of obtaining a dehydrated sheet by filtration and dehydration was repeated. Furthermore, after fully replacing the obtained pulp sheet with acetone, it was dried with an explosion-proof dryer at 40 ° C. to obtain a phosphorylated pulp-cationized pulp complex (a zwitterionic fiber).
(実施例1〜5)
製造例1〜5で得られたパルプ1質量部(絶乾質量)に対し、0.01mmol/gの塩化カルシウム水溶液を110質量部加え、3分間攪拌混合した後、ろ別により固液分離を行った。この際、パルプと塩化カルシウム水溶液を接触させる前の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度と、接触させた後の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度を測定した。
(Examples 1-5)
110 parts by mass of 0.01 mmol / g calcium chloride aqueous solution is added to 1 part by mass (absolute dry mass) of the pulp obtained in Production Examples 1 to 5, and after stirring and mixing for 3 minutes, solid-liquid separation is performed by filtration. went. Under the present circumstances, the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution before making a pulp and calcium chloride aqueous solution contact, and the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution after making contact were measured.
(比較例1)
製造例1に記載のポリアリルアミンを吸着させる前のリン酸化パルプ(H型)1質量部(絶乾質量)に対し、0.01mmol/gの塩化カルシウム水溶液を110質量部加え、3分間攪拌混合した後、ろ別により固液分離を行った。この際、パルプと塩化カルシウム水溶液を接触させる前の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度と、接触させた後の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度を測定した。
(Comparative Example 1)
110 parts by mass of 0.01 mmol / g calcium chloride aqueous solution is added to 1 part by mass (absolutely dry mass) of phosphorylated pulp (H type) before adsorbing the polyallylamine described in Production Example 1, and the mixture is stirred for 3 minutes. After that, solid-liquid separation was performed by filtration. Under the present circumstances, the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution before making a pulp and calcium chloride aqueous solution contact, and the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution after making contact were measured.
(比較例2)
製造例4に記載のポリアリルアミンを吸着させる前のTEMPO酸化パルプ(H型)1質量部(絶乾質量)に対し、0.01mmol/gの塩化カルシウム水溶液を110質量部加え、3分間攪拌混合した後、ろ別により固液分離を行った。この際、パルプと塩化カルシウム水溶液を接触させる前の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度と、接触させた後の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度を測定した。
(Comparative Example 2)
110 parts by mass of 0.01 mmol / g calcium chloride aqueous solution is added to 1 part by mass (absolute dry mass) of TEMPO oxidized pulp (H type) before adsorbing the polyallylamine described in Production Example 4, and the mixture is stirred for 3 minutes. After that, solid-liquid separation was performed by filtration. Under the present circumstances, the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution before making a pulp and calcium chloride aqueous solution contact, and the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution after making contact were measured.
(比較例3)
製造例5に記載のリン酸化セルロース繊維と複合化する前のカチオン化パルプ(OH型)1質量部(絶乾質量)に対し、0.01mmol/gの塩化カルシウム水溶液を110質量部加え、3分間攪拌混合した後、ろ別により固液分離を行った。この際、パルプと塩化カルシウム水溶液を接触させる前の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度と、接触させた後の塩化カルシウム水溶液の電気伝導度を測定した。
(Comparative Example 3)
110 parts by mass of 0.01 mmol / g calcium chloride aqueous solution is added to 1 part by mass (absolutely dry mass) of the cationized pulp (OH type) before being combined with the phosphorylated cellulose fiber described in Production Example 5. After stirring and mixing for a minute, solid-liquid separation was performed by filtration. Under the present circumstances, the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution before making a pulp and calcium chloride aqueous solution contact, and the electrical conductivity of the calcium chloride aqueous solution after making contact were measured.
実施例では、種々の両イオン性繊維が得られた。また、実施例では、得られた両イオン性繊維と塩化カルシウム水溶液の接触前後で、塩化カルシウム水溶液の電気伝導度が低下しており、陽イオン、陰イオン共に両イオン繊維に吸着されていることが示唆された。 In the examples, various zwitterionic fibers were obtained. Further, in the examples, the electrical conductivity of the aqueous calcium chloride solution is lowered before and after the contact between the obtained zwitterionic fiber and the aqueous calcium chloride solution, and both the cation and the anion are adsorbed on the both ion fibers. Was suggested.
Claims (5)
前記両イオン性繊維は、前記第1高分子が有する電荷とは反対の電荷の酸性置換基又は塩基性置換基を有する第2高分子を含む請求項1に記載の両イオン性繊維。 The first polymer has an acidic substituent or a basic substituent,
2. The zwitterionic fiber according to claim 1, wherein the zwitterionic fiber includes a second polymer having an acidic substituent or a basic substituent having a charge opposite to that of the charge of the first polymer.
前記第2高分子は塩基性置換基を有する請求項2に記載の両イオン性繊維。 The first polymer has an acidic substituent,
The zwitterionic fiber according to claim 2, wherein the second polymer has a basic substituent.
前記第2高分子は酸性置換基を有する請求項2に記載の両イオン性繊維。 The first polymer has a basic substituent,
The zwitterionic fiber according to claim 2, wherein the second polymer has an acidic substituent.
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