[go: up one dir, main page]

JP7598184B1 - Cellulose nanofiber powder and its manufacturing method - Google Patents

Cellulose nanofiber powder and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP7598184B1
JP7598184B1 JP2024108385A JP2024108385A JP7598184B1 JP 7598184 B1 JP7598184 B1 JP 7598184B1 JP 2024108385 A JP2024108385 A JP 2024108385A JP 2024108385 A JP2024108385 A JP 2024108385A JP 7598184 B1 JP7598184 B1 JP 7598184B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
weight
cellulose nanofiber
cellulose
powder
nanofiber powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2024108385A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
光祐 松尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Seiko Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Kogyo Co Ltd filed Critical Seiko Kogyo Co Ltd
Priority to JP2024108385A priority Critical patent/JP7598184B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7598184B1 publication Critical patent/JP7598184B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

【課題】樹脂マスターバッチのペレット化に適した、拡散性の高いセルロースナノファイバーパウダーを提供すること。
【解決手段】セルロースナノファイバーパウダーであって、75~90重量%のセルロースナノファイバー、10~20重量%のポリエチレングリコール、0.05~2.0重量%のエステル型ジアルキルアンモニウム塩、0.8~2.0重量%のシリコーンオイル、及び0.2~0.8重量%のカルナウバロウを含む、セルロースナノファイバーパウダー。
【選択図】図1

The present invention provides a cellulose nanofiber powder with high diffusivity that is suitable for pelletizing resin masterbatches.
[Solution] The cellulose nanofiber powder contains 75 to 90 weight % cellulose nanofiber, 10 to 20 weight % polyethylene glycol, 0.05 to 2.0 weight % ester-type dialkylammonium salt, 0.8 to 2.0 weight % silicone oil, and 0.2 to 0.8 weight % carnauba wax.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、セルロースナノファイバーパウダー及びその製造方法に関する。とりわけ、本発明は、樹脂マスターバッチのペレット化に適した、拡散性の高いセルロースナノファイバーパウダー、及びそのようなセルロースナノファイバーパウダーの製造方法に関する。 The present invention relates to a cellulose nanofiber powder and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a cellulose nanofiber powder with high diffusivity that is suitable for pelletizing a resin master batch, and a method for producing such a cellulose nanofiber powder.

セルロースナノファイバー(「Cellulose Nano Fiber」としても知られている。以下、単に「CNF」と称することもある。)は、植物由来の次世代素材であり、鋼鉄の5分の1の重量でその5倍の強度が得られると言われている。セルロースナノファイバーを自動車や家電等に活用することで、軽量化の効果が得られ、エネルギー効率が向上し、地球温暖化対策に多大なる貢献が期待できる。CNFの社会実装にむけて、経済産業省・農林水産省は連携事業として、自動車、家電、住宅・建材等の各分野においてモデル事業を実施し、CO2削減効果の評価・検証、関連する課題の解決策について実証を推進している。 Cellulose nanofiber (also known as "Cellulose Nano Fiber"; hereafter, simply referred to as "CNF") is a next-generation plant-derived material that is said to be five times stronger than steel with one-fifth the weight. The use of cellulose nanofiber in automobiles, home appliances, etc. is expected to reduce weight, improve energy efficiency, and make a significant contribution to global warming countermeasures. Toward the social implementation of CNF, the Ministry of Economy, Trade and Industry and the Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries are carrying out model projects in various fields, such as automobiles, home appliances, and housing/building materials, as a collaborative project, and are promoting the evaluation and verification of the CO2 reduction effects and demonstration of solutions to related issues.

セルロースナノファイバーの応用例の1つとして、特許文献1(特開2022-044861)には、70℃から160℃の範囲内で溶融する樹脂と、セルロースナノファイバーの繊維の粉体と、を備えたセルロースナノファイバーの繊維を含有するホットメルト接着剤が開示されている。このようなホットメルト接着剤は、瞬時に接着部分を固化させることができるとともに、低温下でも接着性に優れ、また、接着面を強固に保持できると開示されている。 As one application example of cellulose nanofibers, Patent Document 1 (JP 2022-044861) discloses a hot melt adhesive containing cellulose nanofiber fibers, which comprises a resin that melts in the range of 70°C to 160°C and cellulose nanofiber fiber powder. It is disclosed that such a hot melt adhesive can instantly solidify the bonded area, has excellent adhesive properties even at low temperatures, and can firmly hold the bonded surface.

特開2022-044861号公報JP 2022-044861 A

CNFを樹脂製品に添加する場合、近年CNFを含むマスターバッチの使用が進んできている。微細な粉末の取り扱いが不便であることから、マスターバッチのペレット化の要求が高まっている。この場合、CNFの固形分1~8重量%の水分散スラリーを乾燥したパウダーを用いることが考えられる。しかし、乾燥させたCNFパウダーは吸湿性を持った疎水性のままである。樹脂製品のコンパウンドへ直接投入する場合や、樹脂を組み合わせてマスターバッチ化する場合、CNFが疎水性であれば、樹脂への拡散は悪く、更に加工前段階のホッパーフィダーなどの投入装置内でも吸湿してしまい、溶融樹脂の中で凝集が起き不具合が発生しやすい。 When adding CNF to resin products, the use of masterbatches containing CNF has been increasing in recent years. Since it is inconvenient to handle fine powders, there is an increasing demand for pelletizing masterbatches. In this case, it is possible to use a powder made by drying a water-dispersed slurry containing 1-8% by weight of CNF solids. However, dried CNF powder remains hydrophobic and hygroscopic. If CNF is hydrophobic, it will not diffuse well into the resin when directly added to a resin product compound or when combined with resins to make a masterbatch. Furthermore, it will absorb moisture even in the input equipment such as a hopper feeder before processing, causing aggregation in the molten resin and making problems.

CNFマスターバッチの製造方法として、CNFパウダーと分散剤、添加剤など合わせて樹脂に練り込み、混錬し、ペレットを製造するのが一般的である。しかし、CNFマスターバッチそのものは撥水処理されていれば、吸湿性もなく、CNFは分散すると思われるが、CNF自体に拡散性を持たすような処理をしていない場合、マスターバッチの樹脂マトリックスの中では細かな繊維凝集体が点在していることが多い。そのため、製品成形時に、樹脂マトリックスのコンパウンドにこのような方法で製造されたCNFマスターバッチを添加すると、CNFが再び凝集し、拡散せず、製品に分散不良などの影響与えることが多々ある。 The typical method for manufacturing CNF master batches is to mix CNF powder with dispersants and additives, knead them into resin, and then produce pellets. However, if the CNF master batch itself has been treated to be water repellent, it is not hygroscopic and CNF is expected to disperse. However, if the CNF itself has not been treated to make it diffusible, fine fiber aggregates are often scattered within the resin matrix of the master batch. Therefore, when a CNF master batch manufactured in this way is added to a resin matrix compound during product molding, the CNF will aggregate again and not diffuse, often affecting the product with poor dispersion and other issues.

マスターバッチが樹脂コンパウンドに溶融した時点で、細かな繊維凝集体はほぐれることなく、更にコンパウンドの樹脂中で大きな繊維凝集体に変わってしまう。その理由は、コンパウンドからの製品成形は、必ず生産性を重視し、マイルドなせん断力で練られ、高吐出で作られるからである。マスターバッチを作るような強烈なせん断力で混錬しながら作る工程とは違い、マスターバッチに残った小さな繊維凝集体を分散させるような成形加工は見られない。 When the masterbatch is melted into the resin compound, the fine fiber aggregates do not break apart, but instead turn into larger fiber aggregates within the resin of the compound. This is because when the compound is molded into a product, the emphasis is always on productivity, and the product is kneaded with mild shear forces and produced at a high output. Unlike the process of making a masterbatch, which involves kneading with strong shear forces, there is no molding process that disperses the small fiber aggregates remaining in the masterbatch.

本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、一実施形態において、樹脂マスターバッチのペレット化に適した、拡散性の高いセルロースナノファイバーパウダーを提供することを目的とする。本発明は別の実施形態において、そのようなセルロースナノファイバーパウダーを製造するための方法を提供することを目的とする。 The present invention was completed in consideration of the above problems, and in one embodiment, it is an object of the present invention to provide a cellulose nanofiber powder with high diffusivity that is suitable for pelletizing resin masterbatches. In another embodiment, it is an object of the present invention to provide a method for producing such a cellulose nanofiber powder.

本発明者が鋭意検討した結果、CNFを改質することにより、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、樹脂コンパウンドの成形において、確実にマスターバッチのCNFを溶融樹脂中に拡散させるには、マスターバッチ化する前に、吸湿しにくく、繊維凝集体を作りにくく、ほぐれやすいCNFのフィラーが必要となる。そこで、CNFの疎水化により、マスターバッチに添加するCNFの吸湿性と水酸基結合しやすい性質を抑制することで、マスターバッチ加工中に樹脂マトリックス内でCNFが凝集しにくく、さらにこのマスターバッチが製品の母体コンパウンドで溶融したときでも良好に拡散するという効果が得られた。 After extensive research, the inventors have found that the above problems can be solved by modifying the CNF. That is, in order to reliably diffuse the CNF of the masterbatch into the molten resin during molding of the resin compound, a CNF filler that is less prone to absorbing moisture, less likely to form fiber aggregates, and easily loosens is required before the masterbatch is made. Therefore, by making the CNF hydrophobic, the hygroscopicity and tendency to easily form hydroxyl groups of the CNF added to the masterbatch are suppressed, so that the CNF is less likely to aggregate within the resin matrix during masterbatch processing, and furthermore, the masterbatch is well diffused even when melted in the base compound of the product.

本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、以下に例示される。
[態様1]
セルロースナノファイバーパウダーであって、
75~90重量%のセルロースナノファイバー、10~20重量%のポリエチレングリコール、0.05~2.0重量%のエステル型ジアルキルアンモニウム塩、0.8~2.0重量%のシリコーンオイル、及び0.2~0.8重量%のカルナウバロウを含む、セルロースナノファイバーパウダー。
[態様2]
前記セルロースナノファイバーの平均繊維長さが0.1μm~3.0μmの範囲内である、態様1に記載のセルロースナノファイバーパウダー。
[態様3]
前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が0.5nm~10nmの範囲内である、態様1又は2に記載のセルロースナノファイバーパウダー。
[態様4]
セルロースナノファイバーパウダーの製造方法であって、
セルロースナノファイバー分散液を2本ロールミルに供給して、前記2本ロールミルを回転させることにより、前記セルロースナノファイバー分散液を乾燥し、乾燥セルロースナノファイバーを得る第1の処理と、
前記乾燥セルロースナノファイバーと、シリコーンオイル及びカルナウバロウを含む溶融物とを混合させて、セルロースナノファイバーパウダーを得る第2の処理
を含み、
前記セルロースナノファイバー分散液は、セルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、75~90重量%のセルロースナノファイバー、10~20重量%のポリエチレングリコール、0.05~2.0重量%のエステル型ジアルキルアンモニウム塩、及び10~20重量%のイソプロピルアルコールを含むように調製され、
前記溶融物は、セルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、0.8~2.0重量%のシリコーンオイル、及び0.2~0.8重量%のカルナウバロウを含むように調製される、方法。
[態様5]
前記第1の処理において、前記2本ロールミルの表面温度を100℃~120℃に加熱することを含む、態様4に記載の方法。
The present invention has been completed based on the above findings, and is exemplified below.
[Aspect 1]
A cellulose nanofiber powder comprising:
A cellulose nanofiber powder comprising 75 to 90% by weight of cellulose nanofibers, 10 to 20% by weight of polyethylene glycol, 0.05 to 2.0% by weight of an ester-type dialkylammonium salt, 0.8 to 2.0% by weight of silicone oil, and 0.2 to 0.8% by weight of carnauba wax.
[Aspect 2]
The cellulose nanofiber powder according to claim 1, wherein the average fiber length of the cellulose nanofibers is within the range of 0.1 μm to 3.0 μm.
[Aspect 3]
The cellulose nanofiber powder according to aspect 1 or 2, wherein the average fiber diameter of the cellulose nanofibers is within the range of 0.5 nm to 10 nm.
[Aspect 4]
A method for producing cellulose nanofiber powder, comprising:
a first process of supplying a cellulose nanofiber dispersion to a two-roll mill and rotating the two-roll mill to dry the cellulose nanofiber dispersion and obtain dried cellulose nanofibers;
A second process includes mixing the dried cellulose nanofibers with a melt containing silicone oil and carnauba wax to obtain a cellulose nanofiber powder;
The cellulose nanofiber dispersion is prepared so as to contain 75 to 90% by weight of cellulose nanofibers, 10 to 20% by weight of polyethylene glycol, 0.05 to 2.0% by weight of an ester-type dialkylammonium salt, and 10 to 20% by weight of isopropyl alcohol, based on the total weight of the cellulose nanofiber powder;
The melt is prepared to contain 0.8 to 2.0% by weight of silicone oil and 0.2 to 0.8% by weight of carnauba wax based on the total weight of the cellulose nanofiber powder.
[Aspect 5]
5. The method of claim 4, wherein the first treatment comprises heating the surface temperature of the two-roll mill to 100° C. to 120° C.

本発明の一実施形態により、樹脂マスターバッチのペレット化に適した、拡散性の高いセルロースナノファイバーパウダーを提供することができる。本発明は別の実施形態によれば、そのようなセルロースナノファイバーパウダーを製造するための方法を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a cellulose nanofiber powder having high diffusivity and suitable for pelletizing a resin masterbatch. According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for producing such a cellulose nanofiber powder.

本発明の一実施形態における、2本ロールミルの構造及び動作原理を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the structure and operation principle of a two-roll mill in one embodiment of the present invention.

次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail. It should be understood that the present invention is not limited to the following embodiment, and that appropriate design changes, improvements, etc. may be made based on the ordinary knowledge of a person skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

(1.セルロースナノファイバーの原材料)
セルロースナノファイバーは、植物系繊維の主成分であるセルロースをナノサイズに細かく粉砕したものであり、主な原材料は木材パルプ(紙の原料)である。樹脂材料を補強するとともに、低温下での樹脂の収縮を防止することを主目的として使用される。本発明において、セルロースナノファイバーの原材料は特に限定されない。
(1. Raw materials for cellulose nanofiber)
Cellulose nanofibers are made by finely grinding cellulose, the main component of plant fibers, to nano size, and the main raw material is wood pulp (the raw material of paper). They are used primarily to reinforce resin materials and to prevent the shrinkage of resins at low temperatures. In the present invention, the raw material of the cellulose nanofibers is not particularly limited.

セルロースナノファイバーは、通常植物由来の素材であるため、植物から取り出した段階では、水に分散したスラリーの状態にある。固形分は通常1~8重量%である。例えば、セルロースナノファイバーの分散液からパウダーとしての分散剤を製造する場合、まず水に分散しているセルロースナノファイバー水分散液から水分だけを除去し、セルロースナノファイバー単体を取り出す必要がある。また、セルロースナノファイバー単体を水又は水以外の分散媒に再分散させた再分散液から、再度セルロースナノファイバー単体を取り出す場合も想定される。そのため、本発明において、セルロースナノファイバー分散液における分散媒は水に限定されない。もっとも、好ましくは、セルロースナノファイバー分散液における分散媒は水である。 Since cellulose nanofibers are usually plant-derived materials, they are in the form of a slurry dispersed in water when extracted from the plant. The solid content is usually 1 to 8% by weight. For example, when producing a dispersant as a powder from a cellulose nanofiber dispersion, it is first necessary to remove only the water from the cellulose nanofiber aqueous dispersion dispersed in water and extract the cellulose nanofibers alone. It is also conceivable that the cellulose nanofibers alone are redispersed in water or a dispersion medium other than water, and then the cellulose nanofibers alone are extracted again from the redispersion. Therefore, in the present invention, the dispersion medium in the cellulose nanofiber dispersion is not limited to water. However, the dispersion medium in the cellulose nanofiber dispersion is preferably water.

なお、前述のように、セルロースナノファイバー分散液における固形分は通常1~8重量%であるが、さらに1重量%未満に希釈されたものである場合もある。そのため、上記前処理の前に、セルロースナノファイバー分散液を予備的に乾燥することもできる。予備乾燥の方法は特に限定されず、従来の方法のいずれかを採用することができる。セルロースナノファイバー分散液を、例えば最大固形分12重量%に予備乾燥して、後述の本発明の乾燥方法を実施することができる。 As mentioned above, the solid content of the cellulose nanofiber dispersion is usually 1 to 8% by weight, but it may be further diluted to less than 1% by weight. Therefore, the cellulose nanofiber dispersion can be pre-dried before the above pretreatment. There are no particular limitations on the pre-drying method, and any conventional method can be used. The cellulose nanofiber dispersion can be pre-dried, for example, to a maximum solid content of 12% by weight, and then the drying method of the present invention described below can be carried out.

後述のように、特定の条件でセルロースナノファイバー分散液を乾燥すると、セルロースナノファイバーパウダーが得られる。セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維長さが0.1μm以上であることが好ましい。これにより、分散安定性の効果が期待できる。この観点から、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維長さが0.2μm以上であることがより好ましく、0.3μm以上であることがさらにより好ましく、0.5μm以上であることがさらにより好ましい。セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維長さが0.1μm以上であれば、平均繊維径に対して高いアスペクト比を持つ。 As described below, cellulose nanofiber powder is obtained by drying the cellulose nanofiber dispersion under specific conditions. The average fiber length of the cellulose nanofiber powder is preferably 0.1 μm or more. This is expected to have a dispersion stability effect. From this perspective, the average fiber length of the cellulose nanofiber powder is more preferably 0.2 μm or more, even more preferably 0.3 μm or more, and even more preferably 0.5 μm or more. If the average fiber length of the cellulose nanofiber powder is 0.1 μm or more, it has a high aspect ratio relative to the average fiber diameter.

また、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維長さが3.0μm以下であることが好ましい。これにより、セルロースナノファイバーが加工で球状に丸まることを抑制できる。この観点から、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維長さが2.5μm以下であることがより好ましく、1.5μm以下であることがさらにより好ましく、1.0μm以下であることがさらにより好ましい。 It is also preferable that the average fiber length of the cellulose nanofiber powder is 3.0 μm or less. This prevents the cellulose nanofibers from curling into a spherical shape during processing. From this perspective, it is more preferable that the average fiber length of the cellulose nanofiber powder is 2.5 μm or less, even more preferable that it is 1.5 μm or less, and even more preferable that it is 1.0 μm or less.

なお、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維長さとは、セルロースナノファイバーパウダーの繊維について、JIS Z8825:2022のレーザー回折・散乱法に従って測定されるD50(メディアン径)を意味する。 The average fiber length of the cellulose nanofiber powder refers to the D50 (median diameter) of the fibers in the cellulose nanofiber powder measured according to the laser diffraction/scattering method of JIS Z8825:2022.

セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維径が0.5nm以上であることが好ましい。これにより、分散安定性の効果が期待できる。この観点から、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維径が0.7nm以上であることがより好ましく、1nm以上であることがさらにより好ましく、3nm以上であることがさらにより好ましい。 It is preferable that the average fiber diameter of the cellulose nanofiber powder is 0.5 nm or more. This is expected to have a dispersion stability effect. From this perspective, it is more preferable that the average fiber diameter of the cellulose nanofiber powder is 0.7 nm or more, even more preferable that it is 1 nm or more, and even more preferable that it is 3 nm or more.

また、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維径が10nm以下であることが好ましい。セルロースナノファイバーが太くなりすぎると、アスペクト比が下がり、立体障害として粒子間距離が保てなくなる場合がある。この観点から、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維径が8nm以下であることがより好ましく、7nm以下であることがさらにより好ましく、5nm以下であることがさらにより好ましい。 It is also preferable that the average fiber diameter of the cellulose nanofiber powder is 10 nm or less. If the cellulose nanofibers are too thick, the aspect ratio decreases, and steric hindrance may occur, making it impossible to maintain the interparticle distance. From this perspective, it is more preferable that the average fiber diameter of the cellulose nanofiber powder is 8 nm or less, even more preferable that it is 7 nm or less, and even more preferable that it is 5 nm or less.

なお、セルロースナノファイバーパウダーの平均繊維径とは、セルロースナノファイバーパウダーの繊維について、JIS Z8828:2019の動的光散乱法に従って測定される平均粒子径を意味する。 The average fiber diameter of the cellulose nanofiber powder refers to the average particle diameter of the fibers in the cellulose nanofiber powder measured according to the dynamic light scattering method of JIS Z8828:2019.

(2.セルロースナノファイバーの疎水化)
CNFの拡散性を得るためには、乾燥した繊維凝集体がほぐれやすくすることが条件になる。そのために、本発明者は、洗濯柔軟剤の繊維の柔軟効果を応用するとの着想を得た。CNFスラリーから水分を除去した際、繊維の凝集体は必ず形成し、強固な凝集体として点在している。そこで、第1の処理として、柔軟剤の配合に近づけて、強固な凝集体がなく柔軟性を持ち、ほぐれやすい乾燥パウダーを作製する。さらに第2の処理として、シリコーンでCNFを湿潤させることで、保管時の吸湿防止と樹脂混錬の初期からの拡散性と耐熱性を付与させることができる。このような2段階でCNFを処理することで、溶融樹脂にほぐれやすく、拡散性が良く、更に凝集体がない樹脂マトリックスを理想とした顆粒状のパウダーに仕上げることができる。
(2. Hydrophobization of Cellulose Nanofibers)
In order to obtain the diffusibility of CNF, it is necessary that the dried fiber aggregates are easily loosened. For this purpose, the inventor came up with the idea of applying the fiber softening effect of laundry softener. When water is removed from CNF slurry, fiber aggregates are always formed and are scattered as strong aggregates. Therefore, as a first treatment, a dry powder that is flexible and easy to loosen without strong aggregates is prepared by approaching the formulation of a softener. Furthermore, as a second treatment, the CNF is moistened with silicone to prevent moisture absorption during storage and to impart diffusibility and heat resistance from the beginning of resin kneading. By treating CNF in such two stages, it is possible to finish it into a granular powder that is easy to loosen in molten resin, has good diffusibility, and has an ideal resin matrix without aggregates.

(2-1.第1の処理)
第1の処理では、セルロースナノファイバー分散液を2本ロールミルに供給して、2本ロールミルを回転させることにより、セルロースナノファイバー分散液を乾燥し、乾燥セルロースナノファイバーを得る。セルロースナノファイバー分散液に使用される原材料は以下のとおりである。
(2-1. First Processing)
In the first process, the cellulose nanofiber dispersion is supplied to a two-roll mill, and the two-roll mill is rotated to dry the cellulose nanofiber dispersion and obtain dried cellulose nanofibers. The raw materials used for the cellulose nanofiber dispersion are as follows:

セルロースナノファイバー(CNF)
セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバーパウダーの主原料であり、通常は固形分1~8重量%の水分散スラリーである。また、本発明の効果を阻害しない限り、CNFに任意の処理を施すことができる。例えば、カルボキシメチルCNF(CM化CNF)、TEMPO酸化CNF、機械式分散CNFなどを好適に用いることができる。
Cellulose nanofiber (CNF)
Cellulose nanofibers are the main raw material of cellulose nanofiber powder, and are usually dispersed in water in a slurry having a solid content of 1 to 8% by weight. In addition, any treatment can be applied to the CNF as long as it does not impair the effects of the present invention. For example, carboxymethyl CNF (CM-CNF), TEMPO-oxidized CNF, mechanically dispersed CNF, etc. can be suitably used.

セルロースナノファイバー分散液の総重量に対して、セルロースナノファイバーの量が0.2重量%を下回ると、作業性が悪くなる。この観点から、セルロースナノファイバー分散液におけるセルロースナノファイバーの量は好ましくは0.3重量%以上であり、より好ましくは0.5重量%以上であり、さらにより好ましくは0.7重量%以上であり、さらにより好ましくは1.0重量%以上であり、さらにより好ましくは1.5重量%以上である。一方、セルロースナノファイバーの量が12重量%を超えると、加工が難しくなってしまう。この観点から、セルロースナノファイバー分散液におけるセルロースナノファイバーの量は好ましくは10重量%以下であり、より好ましくは9重量%以下であり、さらにより好ましくは8重量%以下である。 If the amount of cellulose nanofibers is less than 0.2% by weight relative to the total weight of the cellulose nanofiber dispersion, workability will be poor. From this perspective, the amount of cellulose nanofibers in the cellulose nanofiber dispersion is preferably 0.3% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more, even more preferably 0.7% by weight or more, even more preferably 1.0% by weight or more, and even more preferably 1.5% by weight or more. On the other hand, if the amount of cellulose nanofibers exceeds 12% by weight, processing will become difficult. From this perspective, the amount of cellulose nanofibers in the cellulose nanofiber dispersion is preferably 10% by weight or less, more preferably 9% by weight or less, and even more preferably 8% by weight or less.

また、完成品のセルロースナノファイバーパウダーにおけるセルロースナノファイバーの量が75~90重量%となるように、セルロースナノファイバー分散液の量及び濃度を調整する必要がある。セルロースナノファイバーの量が75重量%を下回ると、セルロースナノファイバーをフィラーとする補強効果が薄まる。この観点から、セルロースナノファイバーパウダーにおけるセルロースナノファイバーの量は好ましくは76重量%以上であり、より好ましくは77重量%以上であり、さらにより好ましくは78重量%以上であり、さらにより好ましくは79重量%以上であり、さらにより好ましくは80重量%以上である。一方、セルロースナノファイバーの量が90重量%を超えると、他の成分による効果が薄まるので、拡散効果が低下する。この観点から、セルロースナノファイバーパウダーにおけるセルロースナノファイバーの量は好ましくは88重量%以下であり、より好ましくは86重量%以下であり、さらにより好ましくは84重量%以下である。 In addition, it is necessary to adjust the amount and concentration of the cellulose nanofiber dispersion so that the amount of cellulose nanofiber in the finished cellulose nanofiber powder is 75 to 90% by weight. If the amount of cellulose nanofiber is less than 75% by weight, the reinforcing effect of the cellulose nanofiber as a filler is weakened. From this perspective, the amount of cellulose nanofiber in the cellulose nanofiber powder is preferably 76% by weight or more, more preferably 77% by weight or more, even more preferably 78% by weight or more, even more preferably 79% by weight or more, and even more preferably 80% by weight or more. On the other hand, if the amount of cellulose nanofiber exceeds 90% by weight, the effect of other components is weakened, and the diffusion effect is reduced. From this perspective, the amount of cellulose nanofiber in the cellulose nanofiber powder is preferably 88% by weight or less, more preferably 86% by weight or less, and even more preferably 84% by weight or less.

ポリエチレングリコール
ポリエチレングリコールは親水性を持ち、水との相溶性が高いため、水に溶解しやすい。ポリエチレングリコールは植物系繊維への吸着性が高く、CNFスラリーと混合することで、スラリー中の繊維に含浸しやすい。
Polyethylene glycol Polyethylene glycol is hydrophilic and highly compatible with water, so it dissolves easily in water. Polyethylene glycol has high adsorption to plant fibers, so by mixing it with CNF slurry, it is easy to impregnate the fibers in the slurry.

ポリエチレングリコールの添加量は、完成品のセルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、10~20重量%となるように添加される。ポリエチレングリコールの添加量が10重量%を下回るとその効果を十分に発揮できない。この観点から、ポリエチレングリコールの添加量は好ましくは12重量%以上であり、より好ましくは14重量%以上である。一方、ポリエチレングリコールの添加量が20重量%を超えると、べたつきが多く、加工性が悪くなる。この観点から、ポリエチレングリコールの添加量は好ましくは19重量%以下であり、より好ましくは18重量%以下である。なお、ポリエチレングリコールは、通常水溶液の状態で添加するが、単体として添加してもよい。 The amount of polyethylene glycol added is 10-20% by weight based on the total weight of the finished cellulose nanofiber powder. If the amount of polyethylene glycol added is less than 10% by weight, the effect cannot be fully exerted. From this viewpoint, the amount of polyethylene glycol added is preferably 12% by weight or more, more preferably 14% by weight or more. On the other hand, if the amount of polyethylene glycol added exceeds 20% by weight, the product becomes sticky and the processability becomes poor. From this viewpoint, the amount of polyethylene glycol added is preferably 19% by weight or less, more preferably 18% by weight or less. Note that polyethylene glycol is usually added in the form of an aqueous solution, but it may be added as a single substance.

エステル型ジアルキルアンモニウム塩
柔軟剤にも使用される第四級アンモニウム塩に属するアルキルアンモニウム塩として、エステル型ジアルキルアンモニウム塩とアミド型アルキルアミン塩がある。エステル型ジアルキルアンモニウム塩は繊維の柔軟性が高くなる反面、汗を吸わなくなるなど吸水性が劣る。一方、アミド型アルキルアミン塩は柔軟性が劣るが吸水性があり、直接肌に触れる下着などの洗濯に適しているとされている。本発明では、疎水性の強いエステル型ジアルキルアンモニウム塩を選択している。エステル型ジアルキルアンモニウム塩とポリエチレングリコールを組み合わせた場合、化学結合はしないが極度の液体層間分離が起きないという利点がある。
As alkyl ammonium salts belonging to quaternary ammonium salts, which are also used in ester-type dialkyl ammonium salt softeners, there are ester-type dialkyl ammonium salts and amide-type alkyl amine salts. Ester-type dialkyl ammonium salts increase the flexibility of fibers, but have poor water absorption, such as not absorbing sweat. On the other hand, amide-type alkyl amine salts are poor in flexibility but have water absorption, and are considered to be suitable for washing underwear and other items that come into direct contact with the skin. In the present invention, ester-type dialkyl ammonium salts, which are highly hydrophobic, are selected. When ester-type dialkyl ammonium salts are combined with polyethylene glycol, there is an advantage that although no chemical bond is formed, extreme liquid interlayer separation does not occur.

CNFスラリーにエステル型ジアルキルアンモニウム塩を混合すると、CNFスラリー中の繊維にエステル型ジアルキルアンモニウム塩が浸透しながら繊維に吸着する。これにより繊維の束の間にエステル型ジアルキルアンモニウム塩が潤滑剤として介在するため、摩擦がなくなり絡まり難くなり、繊維が凝集体であってもふやけた状態になる。また、エステル型ジアルキルアンモニウム塩は繊維の柔軟性と帯電防止効果を付与している。 When ester-type dialkylammonium salt is mixed into the CNF slurry, the ester-type dialkylammonium salt penetrates the fibers in the CNF slurry and is adsorbed onto the fibers. As a result, the ester-type dialkylammonium salt acts as a lubricant between the fiber bundles, eliminating friction and making them less likely to tangle, and even if the fibers are aggregates, they become soft. The ester-type dialkylammonium salt also imparts flexibility and antistatic properties to the fibers.

エステル型ジアルキルアンモニウム塩の添加量は、完成品のセルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、0.05~2.0重量%となるように添加される。エステル型ジアルキルアンモニウム塩の添加量が0.05重量%を下回るとその効果を十分に発揮できない。この観点から、エステル型ジアルキルアンモニウム塩の添加量は好ましくは0.5重量%以上であり、より好ましくは1.0重量%以上である。一方、エステル型ジアルキルアンモニウム塩の添加量が2.0重量%を超えると、その効果が頭打ちする。この観点から、エステル型ジアルキルアンモニウム塩の添加量は好ましくは1.5重量%以下である。なお、エステル型ジアルキルアンモニウム塩は、通常水溶液の状態で添加するが、単体として添加してもよい。 The amount of ester-type dialkylammonium salt added is 0.05 to 2.0% by weight based on the total weight of the finished cellulose nanofiber powder. If the amount of ester-type dialkylammonium salt added is less than 0.05% by weight, the effect cannot be fully exerted. From this viewpoint, the amount of ester-type dialkylammonium salt added is preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1.0% by weight or more. On the other hand, if the amount of ester-type dialkylammonium salt added exceeds 2.0% by weight, the effect will plateau. From this viewpoint, the amount of ester-type dialkylammonium salt added is preferably 1.5% by weight or less. The ester-type dialkylammonium salt is usually added in the form of an aqueous solution, but it may be added as a single substance.

イソプロピルアルコール(IPA)
IPAはスラリー溶媒の水の沸点を下げ、気化を促進する効果を持つ。水分除去が早まることで、他の化学物質はセルロースナノファイバーへの吸着性が高まる。なお、IPAは第1の処理の途中で蒸発などによりなくなるので、第2の処理では残っていない。
Isopropyl alcohol (IPA)
IPA lowers the boiling point of the water in the slurry solvent and promotes evaporation. This accelerates the removal of water, which increases the adsorption of other chemicals to the cellulose nanofibers. Note that IPA disappears during the first process due to evaporation, so it does not remain in the second process.

IPAの添加量は、完成品のセルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、10~20重量%となるように添加される。IPAの添加量が10重量%を下回るとその効果を十分に発揮できない。この観点から、IPAの添加量は好ましくは12重量%以上である。一方、IPAの添加量が20重量%を超えると、その効果が頭打ちする。この観点から、IPAの添加量は好ましくは17重量%以下である。ただし、前述のように、IPAは第1の処理の途中で蒸発などによりなくなるので、完成品のセルロースナノファイバーパウダー中に含まれていないことを留意すべきである。なお、IPAは、通常水溶液の状態で添加するが、単体として添加してもよい。 The amount of IPA added is 10-20% by weight based on the total weight of the finished cellulose nanofiber powder. If the amount of IPA added is less than 10% by weight, the effect will not be fully achieved. From this perspective, the amount of IPA added is preferably 12% by weight or more. On the other hand, if the amount of IPA added exceeds 20% by weight, the effect will plateau. From this perspective, the amount of IPA added is preferably 17% by weight or less. However, as mentioned above, it should be noted that IPA disappears due to evaporation during the first treatment, and is not contained in the finished cellulose nanofiber powder. Note that IPA is usually added in the form of an aqueous solution, but it may also be added alone.

本発明の一実施形態において、上記各添加剤をセルロースナノファイバーの水分散液に添加して乾燥することで、第1の処理のセルロースナノファイバー分散液を得ることができる。混合させるために、撹拌することが好ましい。前処理の撹拌では、セルロースナノファイバーが液中又はゾル中で配向性を保持しながら、螺旋を描くように混錬されることが望ましい。撹拌の方法及び装置は特に限定されないが、スーパーミキサー(株式会社カワタ製)、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製)、ハイスピードミキサー(株式会社アーステクニカ製)などを好適に用いることができる。 In one embodiment of the present invention, the above-mentioned additives are added to an aqueous dispersion of cellulose nanofibers and then dried to obtain a cellulose nanofiber dispersion of the first treatment. Stirring is preferable for mixing. In the pretreatment stirring, it is desirable to knead the cellulose nanofibers in a spiral manner while maintaining their orientation in the liquid or sol. The stirring method and device are not particularly limited, but a Super Mixer (manufactured by Kawata Co., Ltd.), a Henschel Mixer (manufactured by Nippon Coke and Engineering Co., Ltd.), a high-speed mixer (manufactured by Earth Technica Co., Ltd.), etc. can be suitably used.

セルロースナノファイバー分散液を2本ロールミルの中間部に供給することで、セルロースナノファイバー分散液がロール間隙部(ニップ)に食い込む(図1)。2本ロールミルの特性として、ニップに入り込む前に原料はロール間隙の上のロールバンクでロールと同一方向に回転する。この時に、セルロースナノファイバーは配向性を保持した状態であり、ニップに入り込む際に同一方向に繊維が並んで入り込む。これにより、セルロースナノファイバーに配向性を持たせたまま、ニップにおいてズリせん断が起きる。ズリせん断による自己発熱及び2本ロールミル加熱温度で、沸点が下がった原料は容易に気化し、乾燥の時間が短くなる。ロール間距離(クリアランス)は特に限定されないが、本実施形態の場合、0.3~1.5mmとすることが好ましい。 The cellulose nanofiber dispersion is fed to the middle of the two-roll mill, so that it penetrates into the gap between the rolls (nip) (Figure 1). A characteristic of the two-roll mill is that before entering the nip, the raw material rotates in the same direction as the rolls in the roll bank above the gap between the rolls. At this time, the cellulose nanofibers maintain their orientation, and when they enter the nip, the fibers enter lined up in the same direction. This causes shear shear in the nip while maintaining the orientation of the cellulose nanofibers. The raw material, whose boiling point has been lowered by self-heating due to shear shear and the heating temperature of the two-roll mill, is easily vaporized, and the drying time is shortened. There are no particular limitations on the distance between the rolls (clearance), but in this embodiment, it is preferable to set it to 0.3 to 1.5 mm.

2本ロールミルにおける前ロールと後ロールの回転比(すなわち、回転速度の差)が大きいほど、ニップに食い込む速度は早い。一方、前ロールと後ロールの回転比が大きすぎると、回転比により生じるズリせん断は小さくなり、また、水が気化する時間が短くなるので、回転比は1~3とすることが好ましい。また、回転比がない場合、セルロースナノファイバーの水分散液をニップに食い込ませることができず、ロールバンク上で滞留する傾向がある。 The greater the rotation ratio (i.e., the difference in rotation speed) between the front and rear rolls in a two-roll mill, the faster the penetration into the nip. On the other hand, if the rotation ratio between the front and rear rolls is too large, the shear generated by the rotation ratio becomes small and the time it takes for the water to evaporate becomes short, so it is preferable to set the rotation ratio to 1 to 3. Furthermore, if there is no rotation ratio, the aqueous dispersion of cellulose nanofibers cannot penetrate the nip and tends to remain on the roll bank.

ニップでの自己発熱、及び加熱された2本ロールミルからの伝熱により、水の分子間の引力と熱エネルギーの作用で、水は液体の状態で分子同士が引き合い、近くにある他の分子と相互作用が起きる。急激な高温下で水の分子は十分なエネルギーを得て、繊維との分子間引力を克服し、水とアルコールは瞬時に液体から気体へと転移する。前述のように、セルロースナノファイバーは配向性を保持した状態でニップに入り込むため、同一方向で水蒸気爆発による気化を迎え、セルロースナノファイバーにランダムな応力は少なく、元の形態(二重螺旋構造がほぼほぐれていない状態)に近い状態で乾燥が可能となる。 The self-heating in the nip and the heat transfer from the heated two-roll mill cause the water molecules to attract each other in liquid form and interact with other nearby molecules due to the intermolecular attraction and thermal energy of the water molecules. Under the sudden high temperature, the water molecules gain enough energy to overcome the intermolecular attraction with the fibers, and the water and alcohol instantly transition from liquid to gas. As mentioned above, the cellulose nanofibers enter the nip while retaining their orientation, so they undergo vaporization by steam explosion in the same direction, and there is little random stress on the cellulose nanofibers, allowing them to dry in a state close to their original form (a state in which the double helix structure is almost unraveled).

ここで、2本ロールミル以外の混錬機として、加圧ニーダー、バンバリー、押出機が考えられるが、これらはランダムな混錬になるため、水が瞬時に気化してもセルロースナノファイバー同士が絡み合い、ダマになりやすい。また、従来技術の凍結乾燥や、乾燥オーブン、噴霧乾燥などでは、セルロースナノファイバーに配向性を与える手段はなく、また時間をかけて乾燥させることため、二重螺旋構造がほぐれ、ダマも発生しやすい。したがって、2本ロールミルによる処理には、従来技術では得られない利点がある。なお、2本ロールミルは装置として2本のロール間で原材料を混錬できるものであればよく、3本目以降のロールを有するものであってもよい。 Here, other kneading machines that can be considered besides the two-roll mill include a pressure kneader, Banbury, and extruder. However, because these knead randomly, even if the water evaporates instantly, the cellulose nanofibers tend to entangle and form lumps. Furthermore, conventional techniques such as freeze drying, drying ovens, and spray drying do not provide a means for imparting orientation to the cellulose nanofibers, and because they take a long time to dry, the double helix structure tends to loosen and lumps tend to form. Therefore, processing using a two-roll mill has advantages that cannot be obtained with conventional techniques. Note that the two-roll mill may be any device that can knead the raw materials between the two rolls, and may have a third or subsequent roll.

また、2本ロールミルの表面温度は、100℃以上であれば、望ましい乾燥効果が得られるが、2本ロールミルの表面温度が高すぎるとセルロースナノファイバーが変質してしまう恐れがあり、粉末化する際に表面が硬化し微粒子が作りにくくなることから、120℃以下とすることが好ましく、115℃以下とすることがより好ましい。したがって、本発明の一実施形態において、2本ロールミルの表面温度は100℃~120℃であり、好ましくは105℃~110℃である。 In addition, the desired drying effect can be obtained if the surface temperature of the two-roll mill is 100°C or higher, but if the surface temperature of the two-roll mill is too high, there is a risk that the cellulose nanofibers will be altered, and the surface will harden during powderization, making it difficult to create fine particles, so it is preferable to keep the surface temperature at 120°C or lower, and more preferably at 115°C or lower. Therefore, in one embodiment of the present invention, the surface temperature of the two-roll mill is 100°C to 120°C, and preferably 105°C to 110°C.

(2-2.第2の処理)
第2の処理では、乾燥セルロースナノファイバーと、シリコーンオイル及びカルナウバロウを含む溶融物とを混合させて、完成品のセルロースナノファイバーパウダーを得る。第2の処理に使用される原材料は以下のとおりである。
(2-2. Second Processing)
In the second process, the dried cellulose nanofibers are mixed with a melt containing silicone oil and carnauba wax to obtain the finished cellulose nanofiber powder. The raw materials used in the second process are as follows:

シリコーンオイル
シリコーンオイルは繊維上に被膜を形成し、撥水性を持たせ、繊維間の摩擦係数を下げる働きが大きい。一方で、シリコーンオイルは繊維凝集体のほぐれやすさを損なわない。また、シリコーンオイルの主骨格がシロキサン結合(Si-O-Si)であるため、原子間の結合エネルギーが大きく、耐候性・耐熱性を付与することができる。シリコーンオイルの融点は90℃程度で、耐熱性は樹脂との組み合わせにもよるが、280℃前後での樹脂溶融加工でも変質はしにくい。シリコーンオイルは、製品となったCNFパウダーに撥水性を付与するため、保管時、加工時でも吸湿しにくいという利点がある。
Silicone oil Silicone oil forms a coating on fibers, imparts water repellency, and greatly reduces the coefficient of friction between fibers. On the other hand, silicone oil does not impair the ease of disintegration of fiber aggregates. In addition, since the main skeleton of silicone oil is a siloxane bond (Si-O-Si), the bond energy between atoms is large, and it can impart weather resistance and heat resistance. The melting point of silicone oil is about 90°C, and although its heat resistance depends on the combination with resin, it is not easily altered even when melted and processed with resin at around 280°C. Silicone oil gives water repellency to the finished CNF powder, so it has the advantage of being less likely to absorb moisture even during storage and processing.

シリコーンオイルの添加量は、完成品のセルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、0.8~2.0重量%となるように添加される。シリコーンオイルの添加量が0.8重量%を下回るとその効果を十分に発揮できない。この観点から、シリコーンオイルの添加量は好ましくは1.0重量%以上である。一方、シリコーンオイルの添加量が2.0重量%を超えると、その効果が頭打ちする。この観点から、シリコーンオイルの添加量は好ましくは1.5重量%以下である。 The amount of silicone oil added is 0.8 to 2.0% by weight based on the total weight of the finished cellulose nanofiber powder. If the amount of silicone oil added is less than 0.8% by weight, the effect cannot be fully exerted. From this perspective, the amount of silicone oil added is preferably 1.0% by weight or more. On the other hand, if the amount of silicone oil added exceeds 2.0% by weight, the effect will plateau. From this perspective, the amount of silicone oil added is preferably 1.5% by weight or less.

また、CNF繊維の柔軟性向上の観点から、低粘度オイル型シリコーンの母体に、スズなどの金属触媒を含有するシリコーンを添加したものを使用することができる。 In addition, from the viewpoint of improving the flexibility of CNF fibers, it is possible to use a low-viscosity oil-type silicone base material to which silicone containing a metal catalyst such as tin has been added.

カルナウバロウ
カルナウバロウは疎水性の脂肪族エステルと親水性のヒドロキシカルボン酸を含有するものである。シリコーンオイルをカルナウバロウの融点以上の温度(88℃など)に加熱し、カルナウバロウを添加して混合することができる。カルナウバロウは原材料の中で最も融点が低いため(通常80℃~86℃)、CNFが樹脂中に拡散する初期段階のきっかけを作る効果がある。また、幅広い樹脂の種類に添加することが出来て、ブリードも起きにくく、シリコーン同様に吸湿防止も持ち合わせている。
Carnauba wax Carnauba wax contains hydrophobic aliphatic esters and hydrophilic hydroxycarboxylic acids. Silicone oil can be heated to a temperature above the melting point of carnauba wax (e.g. 88°C), and then carnauba wax can be added and mixed. Carnauba wax has the lowest melting point of all raw materials (usually 80°C to 86°C), so it has the effect of triggering the initial stage of CNF diffusion into the resin. It can also be added to a wide range of resins, is less likely to bleed, and has the same moisture absorption prevention properties as silicone.

カルナウバロウの添加量は、セルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、0.2~0.8重量%となるように添加される。カルナウバロウの添加量が0.2重量%を下回るとその効果を十分に発揮できない。この観点から、カルナウバロウの添加量は好ましくは0.3重量%以上である。一方、カルナウバロウの添加量が0.8重量%を超えると、その効果が頭打ちする。この観点から、カルナウバロウの添加量は好ましくは0.7重量%以下である。 The amount of carnauba wax added is 0.2 to 0.8% by weight based on the total weight of the cellulose nanofiber powder. If the amount of carnauba wax added is less than 0.2% by weight, the effect cannot be fully exerted. From this perspective, the amount of carnauba wax added is preferably 0.3% by weight or more. On the other hand, if the amount of carnauba wax added exceeds 0.8% by weight, the effect will plateau. From this perspective, the amount of carnauba wax added is preferably 0.7% by weight or less.

また、乾燥セルロースナノファイバーとシリコーンオイル及びカルナウバロウを含む溶融物とを混合させる前、乾燥セルロースナノファイバーをさらに撹拌機などで撹拌し、加工熱により乾燥させることが好ましい。 In addition, before mixing the dried cellulose nanofibers with the molten material containing silicone oil and carnauba wax, it is preferable to further stir the dried cellulose nanofibers with a stirrer or the like and dry them using processing heat.

上記方法により得られるCNFパウダーは、溶融樹脂の中での拡散性が高く、凝集物が生成しにくい。 The CNF powder obtained by the above method has high diffusibility in molten resin and is less likely to form agglomerates.

(3.セルロースナノファイバーパウダー)
本発明は別の側面において、75~90重量%のセルロースナノファイバー、10~20重量%のポリエチレングリコール、0.05~2.0重量%のエステル型ジアルキルアンモニウム塩、0.8~2.0重量%のシリコーンオイル、及び0.2~0.8重量%のカルナウバロウを含む、CNFパウダーを提供する。
(3. Cellulose nanofiber powder)
In another aspect, the present invention provides a CNF powder comprising 75 to 90% by weight of cellulose nanofibers, 10 to 20% by weight of polyethylene glycol, 0.05 to 2.0% by weight of an ester-type dialkylammonium salt, 0.8 to 2.0% by weight of silicone oil, and 0.2 to 0.8% by weight of carnauba wax.

CNFパウダーの製造方法及び各成分の詳細な説明は前述のとおりであり、ここでは省略する。 The manufacturing method of CNF powder and detailed explanation of each component have been described above, so they will not be repeated here.

以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。 The following examples of the present invention are provided to aid in the understanding of the present invention and its advantages, and are not intended to limit the invention.

(原材料)
各試験例において使用した原材料は以下のとおりである。
・CNF:機械式分散の8重量%CNF水溶液、Sappi社製
・IPA:ENEOS株式会社製汎用イソプロピルアルコール
・ポリエチレングリコール:三洋化成工業株式会社製PEG-300(液状低分子ポリエチレングリコール)
・エステル型ジアルキルアンモニウム塩:第一工業製薬株式会社製カチオーゲン(登録商標)ES-O
・シリコーンオイルA:信越化学工業株式会社製KF-96ADF(低粘度オイル型シリコーン)
・シリコーンオイルB:信越化学工業株式会社製KM-2002-T-2(スズ触媒含有シリコーン繊維柔軟剤)
・カルナウバロウ:株式会社加藤洋行製カルナバ蝋1号(融点約82℃)
(raw materials)
The raw materials used in each test example are as follows.
CNF: 8% by weight aqueous solution of mechanically dispersed CNF, manufactured by Sappi Corporation IPA: General-purpose isopropyl alcohol manufactured by ENEOS Corporation Polyethylene glycol: PEG-300 (liquid low molecular weight polyethylene glycol) manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.
Ester-type dialkyl ammonium salt: Catiogen (registered trademark) ES-O manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.
Silicone oil A: KF-96ADF (low viscosity oil type silicone) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
Silicone oil B: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. KM-2002-T-2 (a silicone fabric softener containing a tin catalyst)
Carnauba wax: Carnauba wax No. 1 (melting point approx. 82°C) manufactured by Kato Yoko Co., Ltd.

(1.試験例1~4)
まず、第1の処理として、表1に記載された配合に従い、各原材料を秤量し、混合撹拌機(日本コークス工業株式会社製ヘンシェルミキサー)で回転数400rpmで5分撹拌した。撹拌した原材料を水分気化速度が早く、ズリせん断のかかる熱ミキシング2本ロールミル(株式会社井上製作所製8インチロールミル)を用いて、乾燥を行った。ロール表面温度は105~110℃として、前後の回転速度の前:後=7:10とし、ロールクリアランスは0.5~0.7mmであった。なお、このとき、原料を順次ロールに載せ、ロールバンクで原料は自転を繰り返しながら間隙に入り込んでいくことが望ましい。ロールを3~4周回すると原料は自然に剥離した。剥離したものは半ウェットの鱗片のフレークになった。ロールで完全に水分気化・乾燥させてしまうと、硬い繊維凝集体も混在し、次工程でシリコーンオイルの添加の際に全体がほぐれにくくなるため、この時点で終点とした。なお、ロールから剥離させたフレークを手で触ったときの柔軟性、また崩れやすくなっているかを確認したところ、試験例1では適度な柔軟性と崩れやすさとなり、その後の処理に適する状態であった。試験例2~4ではいずれかの成分が添加されていないことにより、その後の処理に適する状態ではなかった。(表1のコメント参照)
(1. Test Examples 1 to 4)
First, in the first treatment, each raw material was weighed according to the composition described in Table 1, and mixed for 5 minutes at 400 rpm with a mixer (Henschel mixer manufactured by Nippon Coke & Engineering Co., Ltd.). The mixed raw materials were dried using a thermal mixing two-roll mill (8-inch roll mill manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd.) that has a high moisture evaporation rate and shear shear. The roll surface temperature was 105 to 110 ° C, the front and rear rotation speeds were front:rear = 7:10, and the roll clearance was 0.5 to 0.7 mm. At this time, it is desirable to sequentially place the raw materials on the rolls, and the raw materials are inserted into the gaps while repeatedly rotating on their own in the roll bank. After 3 to 4 revolutions of the rolls, the raw materials naturally peeled off. The peeled off material became semi-wet scale flakes. If the water was completely evaporated and dried by the rolls, hard fiber aggregates would also be mixed in, making it difficult to loosen the whole when silicone oil was added in the next process, so this was the end point. The flakes peeled off from the roll were checked for their flexibility when touched with the hand and for their tendency to crumble. Test Example 1 had a suitable flexibility and tendency to crumble, making it suitable for subsequent processing. Test Examples 2 to 4 were not suitable for subsequent processing because one of the components was not added (see comments in Table 1).

(2.試験例5~10)
次に、表2の配合にしたがって、第1の処理及び第2の処理を行った。第1の処理の条件は試験例1~4と同じである。第2の処理において、撹拌機は粉砕羽根付のジャケットオイル加熱式ミキサー(日本コークス工業株式会社製FMミキサー)を使用した。第1の処理で作製したフレークを投入し、ジャケット温度を110℃に設定して、600rpmで撹拌を開始した。このときにエアーフィルター付き排風ブロアーを稼働させ、原料から出てくる水蒸気を排出させた。含水率が5重量%程度になるまで撹拌を行い、一時停止した。このときの材料形体は微粉末状態になっていた。次にジャケット温度を110℃に設定し、撹拌速度を800rpmまで高め再撹拌を行い、撹拌しながら、カルナウバロウ添加のシリコーンオイルを添加した。
(2. Test Examples 5 to 10)
Next, the first and second treatments were carried out according to the formulation in Table 2. The conditions of the first treatment were the same as those of Test Examples 1 to 4. In the second treatment, a jacket oil heating mixer with a pulverizing blade (FM mixer manufactured by Nippon Coke Engineering Co., Ltd.) was used as the agitator. The flakes produced in the first treatment were added, the jacket temperature was set to 110°C, and stirring was started at 600 rpm. At this time, an exhaust blower with an air filter was operated to discharge the water vapor coming out of the raw material. Stirring was continued until the moisture content reached about 5% by weight, and then the mixture was temporarily stopped. At this time, the material was in a fine powder state. Next, the jacket temperature was set to 110°C, the stirring speed was increased to 800 rpm, and stirring was continued again, and silicone oil containing carnauba wax was added while stirring.

なお、撹拌を止めて添加すると、添加剤のダマが出来てしまうため、撹拌しながら添加することが好ましい。5分間撹拌すると、ミキサーの槽に水滴はつかなくなり、粉末の飛散が抑えられたきれいな渦巻撹拌になった。約7分で撹拌を終了し完成体のCNFパウダーとした。 If the additive is added while stirring is stopped, lumps of the additive will form, so it is preferable to add the additive while stirring. After five minutes of stirring, there were no more water droplets in the mixer tank, and a clean vortex was formed with reduced powder scattering. Stirring was stopped after about seven minutes, leaving the finished CNF powder.

(拡散性の評価)
溶融樹脂への拡散性については、目視で拡散状態が確認出来るように、オープンの熱ミキシング3本ロールに溶融樹脂を巻き付け、ロールバンクを作り、そこに直接CNFパウダーを投入して、ロール表面に拡散していく粒子の状態を確認した。結果を表2に示す。
(Evaluation of Diffusivity)
To confirm the diffusion state visually, the molten resin was wrapped around an open thermal mixing triple roll to make a roll bank, and the CNF powder was directly added to the roll bank to confirm the state of the particles diffusing onto the roll surface. The results are shown in Table 2.

Claims (5)

セルロースナノファイバーパウダーであって、
セルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、75~88重量%のセルロースナノファイバー、10~20重量%のポリエチレングリコール、0.05~2.0重量%のエステル型ジアルキルアンモニウム塩、0.8~2.0重量%のシリコーンオイル、及び0.2~0.8重量%のカルナウバロウを含む、セルロースナノファイバーパウダー。
A cellulose nanofiber powder comprising:
A cellulose nanofiber powder comprising, relative to the total weight of the cellulose nanofiber powder , 75 to 88 % by weight of cellulose nanofibers, 10 to 20% by weight of polyethylene glycol, 0.05 to 2.0% by weight of an ester-type dialkylammonium salt, 0.8 to 2.0% by weight of silicone oil, and 0.2 to 0.8% by weight of carnauba wax.
前記セルロースナノファイバーの平均繊維長さが0.1μm~3.0μmの範囲内である、請求項1に記載のセルロースナノファイバーパウダー。 The cellulose nanofiber powder according to claim 1, wherein the average fiber length of the cellulose nanofibers is within the range of 0.1 μm to 3.0 μm. 前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が0.5nm~10nmの範囲内である、請求項1又は2に記載のセルロースナノファイバーパウダー。 The cellulose nanofiber powder according to claim 1 or 2, wherein the average fiber diameter of the cellulose nanofibers is within the range of 0.5 nm to 10 nm. セルロースナノファイバーパウダーの製造方法であって、
セルロースナノファイバー分散液を2本ロールミルに供給して、前記2本ロールミルを回転させることにより、前記セルロースナノファイバー分散液を乾燥し、乾燥セルロースナノファイバーを得る第1の処理と、
前記乾燥セルロースナノファイバーと、シリコーンオイル及びカルナウバロウを含む溶融物とを混合させて、セルロースナノファイバーパウダーを得る第2の処理
を含み、
前記セルロースナノファイバー分散液は、前記第2の処理後のセルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、75~88重量%のセルロースナノファイバー、10~20重量%のポリエチレングリコール、0.05~2.0重量%のエステル型ジアルキルアンモニウム塩、及び10~20重量%のイソプロピルアルコールを含むように調製され、
前記溶融物は、前記第2の処理後のセルロースナノファイバーパウダーの総重量に対して、0.8~2.0重量%のシリコーンオイル、及び0.2~0.8重量%のカルナウバロウを含むように調製される、方法。
A method for producing cellulose nanofiber powder, comprising:
a first process of supplying a cellulose nanofiber dispersion to a two-roll mill and rotating the two-roll mill to dry the cellulose nanofiber dispersion and obtain dried cellulose nanofibers;
A second process includes mixing the dried cellulose nanofibers with a melt containing silicone oil and carnauba wax to obtain a cellulose nanofiber powder;
The cellulose nanofiber dispersion is prepared to contain 75 to 88 % by weight of cellulose nanofibers, 10 to 20% by weight of polyethylene glycol, 0.05 to 2.0% by weight of an ester-type dialkylammonium salt, and 10 to 20% by weight of isopropyl alcohol, based on the total weight of the cellulose nanofiber powder after the second treatment;
The method, wherein the melt is prepared to contain 0.8 to 2.0% by weight of silicone oil and 0.2 to 0.8% by weight of carnauba wax, based on the total weight of the cellulose nanofiber powder after the second treatment .
前記第1の処理において、前記2本ロールミルの表面温度を100℃~120℃に加熱することを含む、請求項4に記載の方法。 The method according to claim 4, wherein the first process includes heating the surface temperature of the two-roll mill to 100°C to 120°C.
JP2024108385A 2024-07-04 2024-07-04 Cellulose nanofiber powder and its manufacturing method Active JP7598184B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024108385A JP7598184B1 (en) 2024-07-04 2024-07-04 Cellulose nanofiber powder and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024108385A JP7598184B1 (en) 2024-07-04 2024-07-04 Cellulose nanofiber powder and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP7598184B1 true JP7598184B1 (en) 2024-12-11

Family

ID=93793937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024108385A Active JP7598184B1 (en) 2024-07-04 2024-07-04 Cellulose nanofiber powder and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7598184B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009142255A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 旭化成ケミカルズ株式会社 Cellulose powder having excellent segregation preventive effect, and compositions thereof
JP2013537214A (en) * 2010-09-20 2013-09-30 ロレアル Aqueous cosmetic composition comprising alkylcellulose
JP7511073B1 (en) * 2023-11-29 2024-07-04 株式会社成光工業 Cellulose nanofiber powder dispersant and method for producing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009142255A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 旭化成ケミカルズ株式会社 Cellulose powder having excellent segregation preventive effect, and compositions thereof
JP2013537214A (en) * 2010-09-20 2013-09-30 ロレアル Aqueous cosmetic composition comprising alkylcellulose
JP7511073B1 (en) * 2023-11-29 2024-07-04 株式会社成光工業 Cellulose nanofiber powder dispersant and method for producing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6404415B1 (en) Cellulose fine fiber-containing material, method for producing the same, and cellulose fine fiber dispersion
CN110741020A (en) Fine cellulose fiber, method for producing same, slurry, and composite
JP6225760B2 (en) Method for producing fine fibrous cellulose composite sheet
Hirase et al. Development of powdering method for cellulose nanofibers assisted by zinc oxide for compounding reinforced natural rubber composite
JP2010106055A (en) Functional cellulose composition and production method thereof
JP7598184B1 (en) Cellulose nanofiber powder and its manufacturing method
CN118922501A (en) Composition of plant-based waxes
TW202108115A (en) Emulsifier including carboxymethyl cellulose nanofibers and water-soluble polymer, and method for manufacturing emulsion using said emulsifier
JP2017002138A (en) Cellulose nanofiber-containing dried product, method for producing the same, and method for producing cellulose nanofiber dispersion
JP7511073B1 (en) Cellulose nanofiber powder dispersant and method for producing same
CN114058027B (en) Method for improving flocculation in drying process of micro/nano cellulose
Indarti et al. Polylactic Acid Bionanocomposites Filled with Nanocrystalline Cellulose from TEMPO-Oxidized Oil Palm Lignocellulosic Biomass.
JP2023079480A (en) Cellulose particles and cellulose particle dispersion
CN103408802B (en) Modified calcium carbonate for artificial marble and preparation method thereof
JPH09176A (en) Pulverization of 'konjak' powder and production of 'konjak' or 'konjak'-containing food using the fine 'konjak' powder
CN115340684B (en) Method for preparing Pickering emulsion from β-cyclodextrin/sodium alginate blend
JP7291367B2 (en) Intermediate and method for producing intermediate
Kearns et al. Cotton fibers in 3D printing
JP7477333B2 (en) Method for producing emulsion using emulsifier containing dry solid of mixture of carboxymethylated cellulose nanofiber and water-soluble polymer
JP6933056B2 (en) Manufacturing method of cellulose nanofiber powder
CN113388373A (en) Paraffin-loaded phase-change cooling particles for heating non-combustible smoke cooling section and application thereof
JP2024082101A (en) Method for producing capsule additive for cellulose nanofiber, and method for producing cellulose nanofiber dispersion
CN111073000A (en) Slurry processing method
US10905645B2 (en) Method for producing shaped functional cellulose articles with targeted release of active ingredients
JP2017144614A (en) Method for producing resin material reinforcing material, method for producing fiber-reinforced resin material, and resin material reinforcing material

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240704

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20240704

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240815

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240822

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241122

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7598184

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150