JP2018130089A - Artificial culture soil - Google Patents
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Abstract
【課題】ろ水性と保水性を兼ね備えた人工培養土を提供する。【解決手段】架橋されたセルロース繊維を含む人工培養土であり、セルロース繊維はリン酸基又はリン酸基由来の置換基を有し、少なくとも一部において、リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋している塊状物の人工培養土であり、セルロース繊維の含有量は、人工培養土の全固形分質量に対して90質量%以上である人工培養土である。体積変化率が30%以下であり、水分率が130%以上とする。【選択図】図2An artificial culture soil having both drainage and water retention is provided. An artificial culture soil containing crosslinked cellulose fibers, wherein the cellulose fibers have a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group, and at least partially substituted by a phosphate group or a phosphate group. It is an artificial culture soil of a lump that has a cross-linked group, and the cellulose fiber content is 90% by mass or more based on the total solid mass of the artificial culture soil. The volume change rate is 30% or less, and the moisture content is 130% or more. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、人工培養土に関する。具体的には、本発明はセルロース繊維を含む人工培養土に関する。 The present invention relates to artificial culture soil. Specifically, this invention relates to the artificial culture soil containing a cellulose fiber.
従来、セルロース繊維は、衣料や吸収性物品、紙製品等に幅広く利用されている。セルロース繊維としては、繊維径が10μm以上50μm以下の繊維状セルロースに加えて、繊維径が1μm以下の微細繊維状セルロースも知られている。 Conventionally, cellulose fibers have been widely used in clothing, absorbent articles, paper products, and the like. As the cellulose fiber, in addition to fibrous cellulose having a fiber diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, fine fibrous cellulose having a fiber diameter of 1 μm or less is also known.
近年は、セルロース繊維を用いた人工培養土の開発も行われている。例えば、特許文献1には、繊維を造粒してなる繊維塊状体を有する人工土壌粒子が開示されている。ここでは、人工土壌粒子は、繊維塊状体の初期の吸水性を高める吸水促進材やバインダー成分を含んでいる。特許文献1では、吸水促進材やバインダー成分を溶融させ、繊維同士を固着することで人工土壌粒子を作製している。 In recent years, artificial culture soil using cellulose fibers has also been developed. For example, Patent Document 1 discloses artificial soil particles having a fiber aggregate formed by granulating fibers. Here, the artificial soil particles contain a water absorption promoting material and a binder component that increase the initial water absorption of the fiber mass. In Patent Document 1, artificial soil particles are produced by melting a water absorption promoting material and a binder component and fixing fibers together.
人工培養土には、天然用土と同等もしくはそれ以上の機能が求められる場合がある。例えば、人工培養土が園芸用培養土として用いられる場合、ろ水性と保水性といった相反する特性を有していることが求められる。 The artificial culture soil may be required to have a function equivalent to or higher than that of natural soil. For example, when artificial culture soil is used as horticultural culture soil, it is required to have conflicting characteristics such as drainage and water retention.
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、ろ水性と保水性を兼ね備えた人工培養土を提供することを目的として検討を進めた。 In order to solve the problems of the prior art, the present inventors have proceeded with studies for the purpose of providing an artificial culture soil having both drainage and water retention.
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、人工培養土に架橋されたセルロース繊維を含有させることにより、ろ水性と保水性を兼ね備えた人工培養土が得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors can obtain an artificial culture soil having both drainage and water retention by including crosslinked cellulose fibers in the artificial culture soil. I found out.
Specifically, the present invention has the following configuration.
[1] 架橋されたセルロース繊維を含む人工培養土。
[2] セルロース繊維はリン酸基又はリン酸基由来の置換基を有し、セルロース繊維の少なくとも一部において、リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋している[1]に記載の人工培養土。
[3] 塊状物である[1]又は[2]に記載の人工培養土。
[4] セルロース繊維の含有量は、人工培養土の全固形分質量に対して90質量%以上である[1]〜[3]のいずれかに記載の人工培養土。
[5] 下記式(a)により算出される体積変化率が30%以下である[1]〜[4]のいずれかに記載の人工培養土。
式(a):
体積変化率(%)=(イオン交換水に24時間浸漬した後の人工培養土の体積−イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の体積)/イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の体積×100
[6] 下記式(b)により算出される水分率(%)が130%以上である[1]〜[5]のいずれかに記載の人工培養土。
式(b):
水分率(%)=(人工培養土をイオン交換水に24時間浸漬した後、25℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した後の人工培養土の質量−イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量)/イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量×100
[7] セルロース繊維に置換基を導入する工程と、置換基を有するセルロース繊維を成形し成形物を得る工程と、成形物を加熱する工程と、を含む人工培養土の製造方法。
[1] Artificial culture soil containing crosslinked cellulose fibers.
[2] The cellulose fiber has a phosphoric acid group or a substituent derived from a phosphoric acid group, and the phosphoric acid group or the substituent derived from the phosphoric acid group is crosslinked in at least a part of the cellulose fiber. Artificial soil.
[3] The artificial culture soil according to [1] or [2], which is a lump.
[4] The artificial culture soil according to any one of [1] to [3], wherein the content of the cellulose fiber is 90% by mass or more based on the total solid mass of the artificial culture soil.
[5] The artificial culture soil according to any one of [1] to [4], wherein the volume change rate calculated by the following formula (a) is 30% or less.
Formula (a):
Volume change rate (%) = (volume of artificial culture soil after being immersed in ion exchange water for 24 hours−volume of artificial culture soil before being immersed in ion exchange water) / artificial culture soil before being immersed in ion exchange water Volume x 100
[6] The artificially cultured soil according to any one of [1] to [5], wherein a moisture content (%) calculated by the following formula (b) is 130% or more.
Formula (b):
Moisture content (%) = (Mass of artificial culture soil after being immersed in ion exchange water for 24 hours and then allowed to stand in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity for 24 hours, immersed in ion exchange water) Mass of artificially cultured soil before immersion) / Mass of artificially cultured soil before being immersed in ion-exchanged water × 100
[7] A method for producing artificial culture soil, comprising a step of introducing a substituent into a cellulose fiber, a step of forming a cellulose fiber having a substituent to obtain a molded product, and a step of heating the molded product.
本発明によれば、ろ水性と保水性を兼ね備えた人工培養土を得ることができる。 According to the present invention, an artificial culture soil having both freeness and water retention 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.
(人工培養土)
本発明は、架橋されたセルロース繊維を含む人工培養土に関する。本発明の人工培養土は、架橋されたセルロース繊維を含むものであるため、ろ水性と保水性といった相反する2つの特性を兼ね備えている。
(Artificial culture soil)
The present invention relates to an artificial culture soil containing crosslinked cellulose fibers. Since the artificial culture soil of the present invention contains crosslinked cellulose fibers, it has two contradictory characteristics such as drainage and water retention.
ろ水性に優れる人工培養土は、水はけがよく、特に園芸用植物の土壌として好ましく用いられる。優れたろ水性を達成するためには、人工培養土が吸水により膨張しにくい性質を有することが好ましい。本発明においては、人工培養土は優れた吸水性を有している一方で、吸水による膨張が抑制されている点に特徴がある。 Artificial cultivated soil having excellent drainage has good drainage, and is particularly preferably used as soil for horticultural plants. In order to achieve excellent drainage, it is preferable that the artificial culture soil has a property that it is difficult to expand due to water absorption. In the present invention, the artificial culture soil has an excellent water absorption property, but is characterized in that expansion due to water absorption is suppressed.
具体的には、本発明の人工培養土においては、下記式(a)により算出される体積変化率は30%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましい。また、体積変化率は0%であってもよい。下記式(a)により算出される体積変化率を上記範囲内とすることにより、ろ水性を向上させることができる。
式(a):
体積変化率(%)=(イオン交換水に24時間浸漬した後の人工培養土の体積−イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の体積)/イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の体積×100
なお、本明細書において、イオン交換水に24時間浸漬した後の人工培養土の体積は、人工培養土の体積よりも多い十分量の水に人工培養土を浸漬し、その状態で25℃の室内に24時間静置し、その後、ろ紙上で人工培養土表面の水滴を除去した後の人工培養土の体積である。また、イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の体積は、イオン交換水に浸漬する前の人工培養土をろ紙上に広げて25℃、相対湿度50%の環境下で24時間送風乾燥させた後の人工培養土の体積である。
Specifically, in the artificial culture soil of the present invention, the volume change rate calculated by the following formula (a) is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, and 15% or less. More preferably it is. Further, the volume change rate may be 0%. The freeness can be improved by setting the volume change rate calculated by the following formula (a) within the above range.
Formula (a):
Volume change rate (%) = (volume of artificial culture soil after being immersed in ion exchange water for 24 hours−volume of artificial culture soil before being immersed in ion exchange water) / artificial culture soil before being immersed in ion exchange water Volume x 100
In this specification, the volume of the artificial culture soil after being immersed in ion-exchanged water for 24 hours is that the artificial culture soil is immersed in a sufficient amount of water larger than the volume of the artificial culture soil, and in that state, This is the volume of the artificial culture soil after standing still in the room for 24 hours and then removing water drops on the surface of the artificial culture soil on the filter paper. Moreover, the volume of the artificial culture soil before being immersed in ion-exchanged water is determined by spreading the artificial culture soil before being immersed in ion-exchanged water on a filter paper and air-drying it for 24 hours in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity. It is the volume of the artificial culture soil after.
本発明の人工培養土は、ろ水性に優れている一方で、吸水性や保水性にも優れている点に特徴がある。ここで、吸水性は、人工培養土を十分量の水に24時間浸漬した後の水分吸収量により評価することができ、保水性は、人工培養土を十分量の水に24時間浸漬することで吸収させた水の経時後の保持量により評価することができる。本発明の人工培養土は、水に浸漬した直後の水分吸収量が多く、かつ経時後の吸収した水の保持量が多い。 The artificial culture soil of the present invention is characterized in that it is excellent in water drainage and water retention while being excellent in drainage. Here, water absorption can be evaluated by the amount of water absorbed after the artificial culture soil is immersed in a sufficient amount of water for 24 hours, and water retention can be performed by immersing the artificial culture soil in a sufficient amount of water for 24 hours. It can be evaluated by the retained amount of water absorbed in step 4 with time. The artificial culture soil of the present invention has a large amount of water absorption immediately after being immersed in water and a large amount of retained water after aging.
具体的には、本発明の人工培養土においては、下記式(b)により算出される水分率(%)は130%以上であることが好ましく、140%以上であることがより好ましく、150%以上であることがさらに好ましい。なお、下記式(b)により算出される24時間静置後の水分率(%)の上限値は特に限定されず、例えば、300%とすることができる。24時間静置後の水分率(%)を上記範囲内とすることにより、人工培養土の保水性をより効果的に高めることができる。なお、本明細書においては、下記式(b)で算出される水分率(%)を保水率(%)と呼ぶこともできる。
式(b):
水分率(%)=(人工培養土をイオン交換水に24時間浸漬した後、25℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した後の人工培養土の質量−イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量)/イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量×100
なお、本明細書において、人工培養土をイオン交換水に24時間浸漬した後、25℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した後の人工培養土の質量は、人工培養土の体積よりも多い十分量の水に人工培養土を浸漬し、その状態で25℃の室内に24時間静置し、その後、ろ紙上で人工培養土表面の水滴を除去した後に25℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した後の人工培養土の質量である。また、イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量は、イオン交換水に浸漬する前の人工培養土をろ紙上に広げて25℃、相対湿度50%の環境下で24時間送風乾燥させた後の人工培養土の質量である。
Specifically, in the artificial culture soil of the present invention, the moisture content (%) calculated by the following formula (b) is preferably 130% or more, more preferably 140% or more, and 150%. More preferably, it is the above. In addition, the upper limit of the moisture content (%) after standing for 24 hours calculated by the following formula (b) is not particularly limited, and can be, for example, 300%. By setting the moisture content (%) after standing for 24 hours within the above range, the water retention of the artificial culture soil can be increased more effectively. In the present specification, the moisture content (%) calculated by the following formula (b) can also be referred to as a water retention rate (%).
Formula (b):
Moisture content (%) = (Mass of artificial culture soil after being immersed in ion exchange water for 24 hours and then allowed to stand in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity for 24 hours, immersed in ion exchange water) Mass of artificially cultured soil before immersion) / Mass of artificially cultured soil before being immersed in ion-exchanged water × 100
In the present specification, the mass of the artificial culture soil after the artificial culture soil is immersed in ion-exchanged water for 24 hours and then left in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50% for 24 hours is the mass of the artificial culture soil. The artificial culture soil is immersed in a sufficient amount of water larger than the volume, and left in that state in a room at 25 ° C. for 24 hours. After that, water droplets on the surface of the artificial culture soil are removed on the filter paper, and then the relative humidity is 25 ° C. It is the mass of the artificial culture soil after being left for 24 hours in a 50% environment. Moreover, the mass of the artificial culture soil before being immersed in ion-exchanged water is determined by spreading the artificial culture soil before being immersed in ion-exchanged water on a filter paper and air-drying for 24 hours in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity. It is the mass of the artificial culture soil after.
本発明の人工培養土においては、下記式(c)により算出される吸水率(%)は、130%以上であることが好ましく、140%以上であることがより好ましく、150%以上であることがさらに好ましい。なお、下記式(c)により算出される吸水率(%)の上限値は特に限定されず、例えば、300%とすることができる。下記式(c)により算出される吸水率(%)を上記範囲内とすることにより、人工培養土の吸水性をより効果的に高めることができる。
式(c):
吸水率(%)=(人工培養土をイオン交換水に24時間浸漬した後の人工培養土の質量−イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量)/イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量×100
なお、本明細書において、人工培養土をイオン交換水に24時間浸漬した後の人工培養土の質量は、人工培養土の体積よりも多い十分量の水に人工培養土を浸漬し、その状態で25℃の室内に24時間静置し、その後、ろ紙上で人工培養土表面の水滴を除去した後の人工培養土の質量である。また、イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量は、イオン交換水に浸漬する前の人工培養土をろ紙上に広げて25℃、相対湿度50%の環境下で24時間送風乾燥させた後の人工培養土の質量である。
In the artificial culture soil of the present invention, the water absorption rate (%) calculated by the following formula (c) is preferably 130% or more, more preferably 140% or more, and 150% or more. Is more preferable. In addition, the upper limit of the water absorption rate (%) calculated by the following formula (c) is not particularly limited, and can be, for example, 300%. By setting the water absorption rate (%) calculated by the following formula (c) within the above range, the water absorption of the artificial culture soil can be more effectively increased.
Formula (c):
Water absorption rate (%) = (mass of artificial culture soil after immersing artificial culture soil in ion exchange water for 24 hours−mass of artificial culture soil before immersion in ion exchange water) / before immersing in ion exchange water Mass of artificial culture soil x 100
In this specification, the mass of the artificial culture soil after immersing the artificial culture soil in ion-exchanged water for 24 hours is obtained by immersing the artificial culture soil in a sufficient amount of water larger than the volume of the artificial culture soil. It is the mass of the artificial culture soil after leaving still in a room at 25 ° C. for 24 hours and then removing water drops on the surface of the artificial culture soil on the filter paper. Moreover, the mass of the artificial culture soil before being immersed in ion-exchanged water is determined by spreading the artificial culture soil before being immersed in ion-exchanged water on a filter paper and air-drying it for 24 hours in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity. It is the mass of the artificial culture soil after.
本発明の人工培養土の全質量に対する水分含有量は50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることがさらに好ましい。なお、本発明において、人工培養土の水分含有量は0質量%であってもよい。
人工培養土の水分含有量を測定する際には、105℃の条件下で24時間乾燥する前後の重量を測定し、下記式により算出することができる。
水分含有量(質量%)=(乾燥前の重量−乾燥後の重量)/乾燥後の重量×100
The water content with respect to the total mass of the artificial culture soil of the present invention is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and further preferably 20% by mass or less. In the present invention, the moisture content of the artificial culture soil may be 0% by mass.
When measuring the moisture content of the artificial culture soil, the weight before and after drying for 24 hours under the condition of 105 ° C. can be measured and calculated by the following formula.
Water content (mass%) = (weight before drying−weight after drying) / weight after drying × 100
本発明の人工培養土の密度は、特に限定されるものではないが、0.50g/cm3以下であることが好ましく、0.30g/cm3以下であることがより好ましい。また、人工培養土の密度は、0.01g/cm3以上であることが好ましい。人工培養土の密度を上記範囲内とすることにより、人工培養土を軽量化することも可能となる。 The density of the artificial culture soil of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.50 g / cm 3 or less, and more preferably 0.30 g / cm 3 or less. Moreover, it is preferable that the density of artificial culture soil is 0.01 g / cm 3 or more. By setting the density of the artificial culture soil within the above range, it is possible to reduce the weight of the artificial culture soil.
本発明の人工培養土は、塊状物であることが好ましい。塊状物としては、例えば、粒状物、粉状物、綿状物等を挙げることができる。塊状物の平均粒径は0.5mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、3mm以上であることがさらに好ましい。なお、塊状物は必ずしも円形ではないため、本明細書において塊状物の平均粒径は塊状物の外接円の直径と定義する。 The artificial culture soil of the present invention is preferably a lump. As a lump, a granular material, a powdery material, a cottony material etc. can be mentioned, for example. The average particle diameter of the lump is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1 mm or more, and further preferably 3 mm or more. In addition, since the lump is not necessarily circular, in this specification, the average particle diameter of the lump is defined as the diameter of the circumscribed circle of the lump.
本発明の人工培養土は、複数の固形物の集合体であり、例えば、塊状物であることが好ましい。すなわち、本発明は、人工培養土として用いられる架橋されたセルロース繊維からなる塊状物に関するものでもある。このような人工培養土は、単独で植物の栽培に用いることもできるし、他の用土や肥料等と混合して土壌を構成してもよい。 The artificial culture soil of the present invention is an aggregate of a plurality of solid materials, and is preferably a lump, for example. That is, the present invention also relates to a lump made of crosslinked cellulose fibers used as artificial culture soil. Such artificial culture soil can be used alone for plant cultivation, or may be mixed with other soils or fertilizers to constitute the soil.
(セルロース繊維)
本発明の人工培養土は、架橋されたセルロース繊維を含む。人工培養土におけるセルロース繊維の含有量は、人工培養土の全固形分質量に対して90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがさらに好ましい。なお、人工培養土の全固形分がセルロース繊維から構成されていてもよい。すなわち、本発明の人工培養土は、バインダー成分や吸収促進剤等の添加剤を含まないか、含んでいたとしても少量である。
(Cellulose fiber)
The artificial culture soil of the present invention contains crosslinked cellulose fibers. The content of cellulose fibers in the artificial culture soil is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and 99% by mass or more with respect to the total solid mass of the artificial culture soil. Is more preferable. In addition, the total solid content of artificial culture soil may be comprised from the cellulose fiber. That is, the artificial culture soil of the present invention does not contain additives such as binder components and absorption promoters, or a small amount even if they are contained.
なお、人工培養土の全固形分質量は、人工培養土の絶乾質量である。人工培養土を絶乾にする方法としては、例えば、105℃±2℃に設定された送風乾燥機内での乾燥を挙げることができるが、特に限定されない。測定の際には培養土が吹き飛ばされないよう、秤量ビン等の機器を適宜使用することができる。
全固形分中のセルロース繊維の含有量は、セルロース繊維以外に含まれる成分または
セルロース繊維のみを抽出あるいは分解する方法で適宜算出することが出来るが、前述の通り、通常は、人工培養土の大部分はセルロース繊維で構成されており、実質的に全固形分質量の値はセルロース繊維の質量に極めて近くなる。
In addition, the total solid content mass of artificial culture soil is the absolute dry mass of artificial culture soil. Examples of the method for completely drying the artificial culture soil include, but are not limited to, drying in an air dryer set at 105 ° C. ± 2 ° C. A device such as a weighing bottle can be used as appropriate so that the culture soil is not blown off during the measurement.
The content of cellulose fibers in the total solid content can be appropriately calculated by a method of extracting or decomposing only components or cellulose fibers contained other than cellulose fibers. The portion is composed of cellulose fibers, and the value of the total solid content is substantially close to the mass of the cellulose fibers.
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.
本発明において、リン酸基を有するセルロース繊維の繊維幅は特に限定されない。例えば、リン酸基を有する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。 In the present invention, the fiber width of the cellulose fiber having a phosphate group is not particularly limited. For example, the fiber width of the cellulose fiber having a phosphate group may be greater 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、5mm以下であることが好ましく、2mm以下であることがより好ましい。セルロース繊維の平均繊維長を上記範囲内とすることにより、セルロース繊維を塊状物に成形した際の強度を高めることができる。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 5 mm or less, and it is more preferable that it is 2 mm or less. By setting the average fiber length of the cellulose fibers within the above range, the strength when the cellulose fibers are formed into a lump can be increased. 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.
セルロース繊維は、置換基を有するものであることが好ましく、リン酸基又はリン酸基由来の置換基(単にリン酸基ということもある)を有するものであることがより好ましい。本発明の人工培養土においては、セルロース繊維の少なくとも一部において、リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋していることが好ましい。 The cellulose fiber preferably has a substituent, and more preferably has a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group (sometimes simply referred to as a phosphate group). In the artificial culture soil of the present invention, it is preferable that a phosphate group or a phosphate-derived substituent is crosslinked in at least a part of the cellulose fiber.
本発明の人工培養土は、架橋されたセルロース繊維を含むものであり、このような架橋構造はセルロース繊維に導入された置換基同士の縮合により形成される。置換基がリン酸基である場合は、セルロース繊維に導入されたリン酸基同士が縮合することによりセルロース繊維が架橋される。また、本発明においては、リン酸基以外に架橋構造を形成し得る基としては、セルロース繊維が含むヒドロキシル基を挙げることが出来る。この場合、クエン酸のような多価カルボン酸と、複数のエステル結合を形成させてもよいし、ホルムアルデヒドを用いれば、メチレンジオキシ(−OCH2O−)構造を形成することもできる。 The artificial culture soil of the present invention contains crosslinked cellulose fibers, and such a crosslinked structure is formed by condensation of substituents introduced into the cellulose fibers. In the case where the substituent is a phosphate group, the cellulose fibers are crosslinked by the condensation of the phosphate groups introduced into the cellulose fibers. Moreover, in this invention, the hydroxyl group which a cellulose fiber contains can be mentioned as group which can form a crosslinked structure other than a phosphate group. In this case, a plurality of ester bonds may be formed with a polyvalent carboxylic acid such as citric acid, and a methylenedioxy (—OCH 2 O—) structure can be formed by using formaldehyde.
リン酸化セルロース繊維における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。 The phosphoric acid group in the phosphorylated cellulose fiber 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.
本発明では、リン酸基又はリン酸基に由来する置換基は、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.
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以上であることが一層好ましく、1.20mmol/g以上であることがより一層好ましく、1.30mmol/g以上であることが特に好ましく、1.60mmol/g以上であることが最も好ましい。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、3.5mmol/g以下であることがより好ましく、3.0mmol/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. Is more preferably 1.00 mmol / g or more, still more preferably 1.20 mmol / g or more, particularly preferably 1.30 mmol / g or more, 1.60 mmol. / G or more is most preferable. Moreover, it is preferable that content of a phosphate group is 3.65 mmol / g or less, It is more preferable that it is 3.5 mmol / g or less, It is further more preferable that it is 3.0 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、中和滴定法により測定することができる。中和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 neutralization titration method. In the measurement by the neutralization 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、セルロース繊維を含む人工培養土を、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。 Conversion of the phosphate group to the acid form involves diluting the artificial culture soil containing cellulose fibers 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 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 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
架橋構造は、セルロース繊維に導入された置換基(例えばリン酸基同士)が縮合することによって形成される。セルロース繊維にリン酸基が導入された場合、架橋構造は、ピロリン酸の2つのP原子に1つずつ、セルロースのグルコースユニットが、O原子を介して結合した構造となる。したがって、架橋構造が形成されると、見かけ上、弱酸性基が失われ、第1終点までに必要としたアルカリ量と比較して第2終点までに必要としたアルカリ量が少なくなる。ここで、セルロース繊維に導入されたリン酸基同士が全く縮合していない場合、セルロース繊維に導入されている強酸性基量と、弱酸性基量は等しい。このため、架橋構造が形成されることで失われた弱酸性基の量を2で除した値は架橋構造量(架橋点数)を表すことになる。すなわち、架橋構造量(架橋点数)は、第1終点までに要したアルカリ量(第1解離アルカリ量)と第2終点までに要したアルカリ量(第2解離アルカリ量)の差分を2で除した値に等しい。架橋構造量(架橋点数)は下記式(1)で表される。
架橋構造量(架橋点数)=(セルロース繊維に含まれる強酸性基量−セルロース繊維に含まれる弱酸性基量)/2 式(1)
The crosslinked structure is formed by condensation of substituents (for example, phosphoric acid groups) introduced into the cellulose fiber. When a phosphate group is introduced into the cellulose fiber, the crosslinked structure is a structure in which a glucose unit of cellulose is bonded to each of two P atoms of pyrophosphate via O atoms. Therefore, when a crosslinked structure is formed, the weakly acidic group is apparently lost, and the amount of alkali required by the second end point is reduced compared to the amount of alkali required by the first end point. Here, when the phosphate groups introduced into the cellulose fiber are not condensed at all, the amount of the strongly acidic group introduced into the cellulose fiber is the same as the amount of the weakly acidic group. For this reason, the value obtained by dividing the amount of weakly acidic groups lost by forming a crosslinked structure by 2 represents the amount of crosslinked structure (number of crosslinking points). That is, the amount of cross-linking structure (number of cross-linking points) is obtained by dividing the difference between the alkali amount required until the first end point (first dissociated alkali amount) and the alkali amount required until the second end point (second dissociated alkali amount) by 2. Is equal to The amount of cross-linking structure (number of cross-linking points) is represented by the following formula (1).
Cross-linking structure amount (number of cross-linking points) = (strong acid group amount contained in cellulose fiber−weak acid group amount contained in cellulose fiber) / 2 Formula (1)
本発明においては、上記式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋構造量(架橋点数)は0.20mmol/g以上であればよく、0.25mmol/g以上であることが好ましく、0.30mmol/g以上であることがより好ましい。なお、架橋構造量(架橋点数)の上限値は、セルロース繊維に含まれる強酸性基量を2で除した値となるため、例えば1.82mmol/g以下となる。 In the present invention, the amount of crosslinked structure (number of crosslinking points) of the cellulose fiber calculated by the above formula (1) may be 0.20 mmol / g or more, preferably 0.25 mmol / g or more. More preferably, it is 30 mmol / g or more. In addition, since the upper limit of the amount of crosslinking structures (number of crosslinking points) is a value obtained by dividing the amount of strongly acidic groups contained in cellulose fibers by 2, it is, for example, 1.82 mmol / g or less.
セルロース繊維は、対イオンを有していてもよい。対イオンは、無機イオンであっても有機イオンであってもよい。無機イオンとしては、アルカリ金属イオンに代表される1価の金属イオン、アルカリ土類金属イオンに代表される2価の金属イオン、その他、非金属の陽イオンであるアンモニウムイオン、アルミニウムイオン、スズイオン、鉛イオンなどの卑金属イオン、その他、銀イオン、銅イオン、鉄イオンなどの遷移金属イオンが挙げられる。有機イオンとしては、有機アンモニウムイオンや、有機ホスホニウムイオンが挙げられる。保水性を高めたい場合は、1価の陽イオンを対イオンとすることが好ましく、汎用性の観点から、アンモニウムイオン、アルカリ金属イオンを対イオンとすることがより好ましく、ナトリウムイオン、アンモニウムイオンを対イオンとすることがさらに好ましい。 The cellulose fiber may have a counter ion. The counter ion may be an inorganic ion or an organic ion. As inorganic ions, monovalent metal ions typified by alkali metal ions, divalent metal ions typified by alkaline earth metal ions, ammonium ions, aluminum ions, tin ions, which are nonmetallic cations, Examples include base metal ions such as lead ions, and other transition metal ions such as silver ions, copper ions, and iron ions. Examples of the organic ions include organic ammonium ions and organic phosphonium ions. When it is desired to increase water retention, it is preferable to use a monovalent cation as a counter ion, and from the viewpoint of versatility, it is more preferable to use an ammonium ion or an alkali metal ion as a counter ion. More preferably, it is a counter ion.
(任意成分)
本発明の人工培養土には、セルロース繊維以外の任意成分が含まれていてもよい。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、無機微粒子等を挙げることができる。なお、人工培養土に任意成分が含まれる場合は、人工培養土の全固形分質量に対して10質量%未満であることが好ましい。
(Optional component)
The artificial culture soil of the present invention may contain optional components other than cellulose fibers. 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. Etc. In addition, when an arbitrary component is contained in artificial culture soil, it is preferable that it is less than 10 mass% with respect to the total solid content mass of artificial culture soil.
(人工培養土の製造方法)
本発明は、人工培養土の製造方法に関するものでもある。人工培養土の製造方法は、セルロース繊維に置換基を導入する工程(置換基導入工程)と、置換基を有するセルロース繊維を成形し成形物を得る工程(成形工程)と、成形物を加熱する工程(加熱工程)と、を含む。
(Manufacturing method of artificial culture soil)
The present invention also relates to a method for producing artificial culture soil. The method for producing artificial culture soil includes a step of introducing substituents into cellulose fibers (substituent introduction step), a step of forming cellulose fibers having substituents to obtain a molded product (molding step), and heating the molded product. A process (heating process).
<置換基導入工程>
置換基導入工程では、上述した置換基をセルロース繊維に導入することが好ましい。置換基としては、リン酸基又はリン酸基由来の置換基であることが好ましく、置換基導入工程は、リン酸基導入工程であることが好ましい。
<Substituent introduction step>
In the substituent introduction step, the above-described substituent is preferably introduced into the cellulose fiber. The substituent is preferably a phosphate group or a phosphate-derived substituent, and the substituent introduction step is preferably a phosphate group introduction step.
リン酸基導入工程では、セルロース繊維(パルプ)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。 In the phosphoric acid group introducing 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 ”) can be reacted. 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 cellulose fiber 100% by mass or less, it is possible to balance the effect of improving the yield and the cost. On the other hand, a yield can be raised by making the addition amount of the phosphorus atom with respect to a cellulose fiber more than the said lower limit.
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.
<成形工程>
成形工程では、リン酸基導入工程を経たセルロース繊維(パルプ)を成形する。リン酸基導入工程を経たセルロース繊維はリン酸化薬液含浸セルロース繊維もしくはリン酸化薬液含浸パルプであることが好ましい。成形工程では、リン酸化薬液含浸セルロース繊維(リン酸化薬液含浸パルプ)を塊状となるように成形することが好ましい。例えば、リン酸化薬液含浸セルロース繊維(リン酸化薬液含浸パルプ)を細かく刻んだ後に、塊状に成形することができる。この際、塊状物の平均粒径が0.5mm以上となるように成形することが好ましく、1mm以上となるように成形することがより好ましく、3mm以上となるように成形することがさらに好ましい。
<Molding process>
In the molding step, the cellulose fiber (pulp) that has undergone the phosphate group introduction step is molded. The cellulose fibers that have undergone the phosphate group introduction step are preferably phosphorylated chemical liquid-impregnated cellulose fibers or phosphorylated chemical liquid-impregnated pulp. In the molding step, it is preferable to mold the phosphoric acid solution-impregnated cellulose fiber (phosphorating agent solution-impregnated pulp) into a lump. For example, a phosphoric acid solution-impregnated cellulose fiber (phosphorating agent solution-impregnated pulp) can be finely chopped and then formed into a lump shape. At this time, it is preferable to mold so that the average particle size of the lump is 0.5 mm or more, more preferably to be 1 mm or more, and even more preferably to be 3 mm or more.
<加熱工程>
加熱工程では、成形工程で成形したセルロース繊維(パルプ)を加熱処理する。このような加熱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。このようにセルロース繊維間に架橋構造を形成することで、形状安定性に優れた成形物(人工培養土)を得ることができる。本発明の人工培養土は、水に濡れた場合であってもその形状を保持することができ、優れたろ水性を発揮することができる。
<Heating process>
In the heating process, the cellulose fiber (pulp) molded in the molding process is heat-treated. By providing such a heating 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. Thus, by forming a crosslinked structure between the cellulose fibers, a molded product (artificial culture soil) having excellent shape stability can be obtained. The artificial culture soil of the present invention can retain its shape even when wet with water, and can exhibit excellent drainage.
加熱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、リン酸基の架橋を促進し得る温度を選択することが好ましい。また、加熱処理温度は、上述した式(1)で算出されるセルロース繊維の架橋点数が所定値以上となるようにリン酸基又はリン酸基由来の置換基を架橋させ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 heating step, it is preferable to select a temperature at which the crosslinking of the phosphate group can be promoted while suppressing the thermal decomposition and hydrolysis reaction of the cellulose fiber. In addition, the heat treatment temperature may be a temperature at which a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group is crosslinked so that the number of crosslinking points of the cellulose fiber calculated by the above-described formula (1) is a predetermined value or more. preferable. 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.
加熱処理に用いる加熱装置としては、成形したセルロース繊維(パルプ)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。 It is preferable that the heating device used for the heat treatment is a device that can always discharge the moisture retained by the formed cellulose fiber (pulp) and the moisture generated by the addition reaction to the hydroxyl group of the fiber, such as phosphate groups, out of the system. For example, a blow type oven is preferable. 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(加熱時間)は、加熱温度にも影響されるが、リン酸化剤とセルロース繊維が混合され、熱源に晒されてから10秒以上300分以下であることが好ましく、1分以上270分以下であることがより好ましく、10分以上120分以下であることがさらに好ましい。本発明においては、加熱処理温度と加熱時間を適切な範囲とすることにより、リン酸基の導入量と架橋点数を好ましい範囲内とすることができる。 The heat treatment time (heating time) is also affected by the heating temperature, but it is preferably 10 seconds or more and 300 minutes or less after the phosphorylating agent and the cellulose fiber are mixed and exposed to a heat source, and preferably 1 minute or more. It is more preferably 270 minutes or less, and further preferably 10 minutes or more and 120 minutes or less. In the present invention, the amount of phosphate groups introduced and the number of crosslinking points can be within the preferred ranges by setting the heat treatment temperature and the heating time to appropriate ranges.
<洗浄工程>
加熱工程の後には、さらに洗浄工程が設けられることが好ましい。洗浄工程では、リン酸化剤等の余剰の薬液を洗い流す。洗浄工程では、架橋されたセルロース繊維を含む成形物(人工培養土)にイオン交換水を注ぎ攪拌した後に固液分離を行う操作を繰り返すことが好ましい。
<Washing process>
It is preferable that a washing process is further provided after the heating process. In the washing step, excess chemical solution such as a phosphorylating agent is washed away. In the washing step, it is preferable to repeat the operation of performing solid-liquid separation after pouring ion-exchanged water into a molded product (artificial culture soil) containing crosslinked cellulose fibers and stirring.
<乾燥工程>
洗浄工程の後には、乾燥工程が設けられることが好ましい。乾燥工程を設けることにより、軽量で持ち運びが容易や人工培養土を得ることができる。乾燥工程では、20℃以上100℃以下の環境下に人工培養土を静置することが好ましい。この際、送風乾燥を行うことも好ましい。
<Drying process>
It is preferable that a drying process is provided after the washing process. By providing a drying step, it is lightweight and easy to carry and an artificial culture soil can be obtained. In the drying step, it is preferable to leave the artificial culture soil in an environment of 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. At this time, it is also preferable to perform air drying.
(用途)
本発明の人工培養土はろ水性と保水性を兼ね備えたものであるため、園芸用の人工培養土として好ましく用いられる。天然由来の用土の使用は資源枯渇という問題をはらんでいるが、本発明の人工培養土はこのような天然由来の用土の代替品として用いることができるため、天然資源の保全という役割も期待される。
(Use)
Since the artificial culture soil of the present invention has both drainage and water retention, it is preferably used as an artificial culture soil for horticulture. Although the use of naturally-occurring soil has a problem of resource depletion, the artificially cultured soil of the present invention can be used as a substitute for such naturally-derived soil, and therefore, the role of conservation of natural resources is also expected. Is done.
また、天然由来の用土を販売用にパッケージする際には、採掘後に燻煙等により病原菌や害虫などの除去処理を行う必要があるが、本発明の人工培養土には、病原菌や害虫などが含まれていないため、除去処理を行う必要がないという点にも利点がある。
さらに、本発明の人工培養土は、生分解性を有しているため、廃棄処理が容易であり、かつ土壌改良剤としても機能し得る。また、セルロース繊維がリン酸基を有するものである場合、人工培養土を土壌中に混合することでリン酸が溶出するため、追肥効果も見込むことができる。
In addition, when packaging soil for natural origin for sale, it is necessary to remove pathogens and pests by soot or the like after mining, but the artificial culture soil of the present invention contains pathogens and pests. Since it is not included, there is an advantage in that it is not necessary to perform a removal process.
Furthermore, since the artificial culture soil of the present invention has biodegradability, it can be easily disposed of and can function as a soil conditioner. Moreover, when a cellulose fiber is a thing which has a phosphate group, since a phosphoric acid elutes by mixing artificial culture soil in soil, the additional fertilization effect can also be anticipated.
以下に実施例と参考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。 Hereinafter, the features of the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Reference 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.
(実施例)
<リン酸化セルロース成形物の調製>
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96質量%、坪量213g/m2シート状)を原料(以下、原料パルプという)として使用した。上記原料パルプ(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、イオン交換水150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手でちぎり、5〜7mm程度の大きさとなるよう丸めた後、165℃の熱風乾燥機で10分間乾燥・加熱処理し、パルプ中のセルロースにリン酸基及びリン酸架橋構造を導入し、リン酸化セルロース成形物を得た。
(Example)
<Preparation of phosphorylated cellulose molding>
As the softwood kraft pulp, Oji Paper's pulp (solid content 96 mass%, basis weight 213 g / m 2 sheet form) was used as a raw material (hereinafter referred to as raw material pulp). 100 parts by mass of the above raw pulp (absolute dry mass) is impregnated with a mixed aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and urea so that it becomes 45 parts by mass of ammonium dihydrogen phosphate, 120 parts by mass of urea, and 150 parts by mass of ion-exchanged water. To obtain a chemical-impregnated pulp. After tearing the obtained chemical-impregnated pulp by hand and rounding it to a size of about 5 to 7 mm, it is dried and heat-treated in a hot air dryer at 165 ° C. for 10 minutes, and phosphoric acid groups and phosphoric acid are added to the cellulose in the pulp. A crosslinked structure was introduced to obtain a phosphorylated cellulose molded product.
リン酸化セルロース成形物1質量部に対し100質量部のイオン交換水を加え、マグネチックスターラーで撹拌後、No2のろ紙を用いてリン酸化セルロース成形物とろ液を分離した。この操作を3回繰り返し、リン酸化セルロース成形物に付着した余剰の反応薬液を洗浄除去した。その後、リン酸化セルロース成形物をろ紙上に広げて25℃、相対湿度50%の環境下で24時間送風乾燥させた。なお、得られたリン酸化セルロース成形物(人工培養土)は、図2の写真のとおりであった。 100 parts by mass of ion-exchanged water was added to 1 part by mass of the phosphorylated cellulose molded product, and after stirring with a magnetic stirrer, the phosphorylated cellulose molded product and the filtrate were separated using No2 filter paper. This operation was repeated three times, and the excess reactive chemical solution adhering to the phosphorylated cellulose molded product was removed by washing. Thereafter, the phosphorylated cellulose molded product was spread on a filter paper and air-dried for 24 hours in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50%. In addition, the obtained phosphorylated cellulose molding (artificial culture soil) was as the photograph of FIG.
(参考例)
参考例として、市販の園芸用鹿沼土を用いた。使用の前には、市販の園芸用鹿沼土から、あらかじめ混入している木片、砂粒等を目視にて取り除いた。なお、粒状の鹿沼土の表面には、擦れ合うことで生じた鹿沼土の粉状屑が付着しているため、園芸用鹿沼土の表面をイオン交換水で洗浄し、粒表面に付着している粉状の鹿沼土を除去した後、ろ紙上に広げて25℃、相対湿度50%の環境下で24時間送風乾燥した。
(Reference example)
As a reference example, commercially available horticultural kanuma soil was used. Prior to use, wood chips, sand particles and the like mixed in advance were visually removed from commercially available horticultural kanuma soil. In addition, since the powdered waste of Kanuma soil generated by rubbing adheres to the surface of the granular Kanuma soil, the surface of the garden Kanuma soil is washed with ion-exchanged water and adheres to the particle surface. After removing the powdery Kanuma soil, it was spread on a filter paper and air-dried for 24 hours in an environment of 25 ° C. and a relative humidity of 50%.
(分析)
<リン酸基導入量の測定>
リン酸化セルロース成形物の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、リン酸化セルロース成形物の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成形物を、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。
(analysis)
<Measurement of phosphate group introduction amount>
The amount of phosphate groups introduced into the phosphorylated cellulose molded product was measured by a neutralization titration method. Specifically, the phosphoric acid group contained in the cellulose fiber of the phosphorylated cellulose molding is completely converted into an acid form, and then refined by a mechanical treatment process (a refinement process). The amount of introduction was measured by determining the change in pH indicated by the slurry (dispersion) while adding a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution to the cellulose-containing slurry.
In conversion of the phosphoric acid group into an acid form, the obtained phosphorylated cellulose molded product 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 added while stirring. It was added little by little. 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.).
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。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。
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. 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 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 titration target dispersion to obtain the first dissociated alkali amount (mmol / g). The amount introduced.
<架橋点数の測定>
架橋構造は、セルロース繊維に導入されたリン酸基同士が脱水縮合することによって形成されると考えられる。すなわち、架橋構造は、ピロリン酸の2つのP原子に1つずつ、セルロースのグルコースユニットが、O原子を介して結合した構造となる。したがって、架橋リン酸基が形成されると、見かけ上弱酸性基が失われ、第1終点までに必要としたアルカリ量と比較して第2終点までに必要としたアルカリ量が少なくなる。すなわち、架橋点数は、第1終点までに要したアルカリ量(第1解離アルカリ量)と第2終点までに要したアルカリ量(第2解離アルカリ量)の差分を2で除した値に等しい。
<Measurement of the number of crosslinking points>
The crosslinked structure is considered to be formed by dehydration condensation between phosphate groups introduced into the cellulose fiber. That is, the crosslinked structure is a structure in which a glucose unit of cellulose is bonded to each of two P atoms of pyrophosphate via O atoms. Therefore, when the crosslinked phosphate group is formed, the weakly acidic group is apparently lost, and the amount of alkali required by the second end point is reduced as compared with the amount of alkali required by the first end point. That is, the number of crosslinking points is equal to a value obtained by dividing the difference between the alkali amount required until the first end point (first dissociated alkali amount) and the alkali amount required until the second end point (second dissociated alkali amount) by 2.
(評価)
実施例のリン酸化セルロース成形物(人工培養土)の水分保持特性を評価した。
(Evaluation)
The water retention characteristics of the phosphorylated cellulose molded product (artificial culture soil) of the example were evaluated.
<吸水量・ろ水性の測定>
質量既知の100mL容量のガラス製メスシリンダーを1本ずつ用意し、洗浄後乾燥させたリン酸化セルロース成形物及び洗浄後乾燥させた鹿沼土をいずれも55mLになるように入れ、重量を測定した。このメスシリンダーにイオン交換水を、リン酸化セルロース成形物もしくは鹿沼土が十分に浸る程度注ぎ、25℃の室内に24時間静置した。それぞれのサンプルに十分に吸水させた後、No2のろ紙を用いて水を分離し、ろ紙上に広げて表面の水滴を除去してからメスシリンダーに戻し、体積と重量を測定した(表2)。
<Measurement of water absorption and drainage>
One 100 mL capacity glass graduated cylinder with a known mass was prepared, and each of the phosphorylated cellulose moldings that had been washed and dried and the Kanuma soil that had been dried after washing were put to 55 mL, and the weight was measured. Ion exchange water was poured into the graduated cylinder to such an extent that the phosphorylated cellulose molded product or Kanuma soil was sufficiently immersed, and left in a room at 25 ° C. for 24 hours. After each sample was sufficiently absorbed by water, water was separated using No. 2 filter paper, spread on the filter paper to remove water droplets on the surface, and then returned to the measuring cylinder to measure volume and weight (Table 2). .
<保水率(水分量の経時変化)の測定>
洗浄後乾燥させたリン酸化セルロース成形物及び洗浄後乾燥させた鹿沼土を50mLずつ取り、イオン交換水を、リン酸化セルロース成形物もしくは鹿沼土が十分に浸る程度加えて25℃で24時間静置した。それぞれのサンプルに十分に吸水させた後、No2のろ紙を用いて水を分離し、ろ紙上に広げて表面の水滴を除去した。その後、それぞれのサンプルを200mLのプラスチックカップに入れ、重量を測定したのち、25℃、相対湿度50%の実験室内に静置し、数日おきに重量を測定して水分量の変化を確認した(表3)。
<Measurement of water retention rate (change in moisture content over time)>
Take 50 mL each of the washed phosphorylated cellulose molded product and the washed and dried Kanuma soil, add ion-exchanged water to the extent that the phosphorylated cellulose molded product or Kanuma soil is sufficiently immersed, and leave it at 25 ° C. for 24 hours. did. After each sample was sufficiently absorbed by water, water was separated using No. 2 filter paper and spread on the filter paper to remove water droplets on the surface. Thereafter, each sample was put into a 200 mL plastic cup, and after measuring the weight, it was allowed to stand in a laboratory at 25 ° C. and a relative humidity of 50%, and the weight was measured every few days to confirm the change in water content. (Table 3).
表2及び3に示されているように、実施例のリン酸化セルロース成形物は、吸水性及び保水性に優れていた。また、実施例のリン酸化セルロース成形物においては、吸水量が多いにも関わらず吸水後の体積の増加が抑えられていることから、ろ水性に優れていると言える。 As shown in Tables 2 and 3, the phosphorylated cellulose moldings of the examples were excellent in water absorption and water retention. Moreover, in the phosphorylated cellulose molded product of the Example, it can be said that it is excellent in drainage because the increase in volume after water absorption is suppressed despite the large amount of water absorption.
Claims (7)
前記セルロース繊維の少なくとも一部において、前記リン酸基又はリン酸基由来の置換基が架橋している請求項1に記載の人工培養土。 The cellulose fiber has a phosphate group or a substituent derived from a phosphate group,
The artificial culture soil according to claim 1, wherein the phosphate group or a phosphate-derived substituent is crosslinked in at least a part of the cellulose fiber.
式(a):
体積変化率(%)=(イオン交換水に24時間浸漬した後の人工培養土の体積−イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の体積)/イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の体積×100 The artificial culture soil according to any one of claims 1 to 4, wherein a volume change rate calculated by the following formula (a) is 30% or less.
Formula (a):
Volume change rate (%) = (volume of artificial culture soil after being immersed in ion exchange water for 24 hours−volume of artificial culture soil before being immersed in ion exchange water) / artificial culture soil before being immersed in ion exchange water Volume x 100
式(b):
水分率(%)=(人工培養土をイオン交換水に24時間浸漬した後、25℃、相対湿度50%の環境下に24時間静置した後の人工培養土の質量−イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量)/イオン交換水に浸漬する前の人工培養土の質量×100 The artificial culture soil according to any one of claims 1 to 5, wherein a moisture content (%) calculated by the following formula (b) is 130% or more.
Formula (b):
Moisture content (%) = (Mass of artificial culture soil after being immersed in ion exchange water for 24 hours and then allowed to stand in an environment of 25 ° C. and 50% relative humidity for 24 hours, immersed in ion exchange water) Mass of artificially cultured soil before immersion) / Mass of artificially cultured soil before being immersed in ion-exchanged water × 100
前記置換基を有するセルロース繊維を成形し成形物を得る工程と、
前記成形物を加熱する工程と、を含む人工培養土の製造方法。 Introducing a substituent into the cellulose fiber;
Forming a cellulose fiber having the substituent to obtain a molded product;
And a step of heating the molded article.
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