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WO2012070441A1 - 積層体およびその製造方法 - Google Patents

積層体およびその製造方法 Download PDF

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WO2012070441A1
WO2012070441A1 PCT/JP2011/076368 JP2011076368W WO2012070441A1 WO 2012070441 A1 WO2012070441 A1 WO 2012070441A1 JP 2011076368 W JP2011076368 W JP 2011076368W WO 2012070441 A1 WO2012070441 A1 WO 2012070441A1
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WO
WIPO (PCT)
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fine cellulose
resin
anchor layer
cellulose fiber
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/076368
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English (en)
French (fr)
Inventor
友美子 大森
香朱子 今井
光晴 木村
宏祐 清水
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.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing 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.)
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Publication date
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Priority to JP2012545696A priority patent/JP5928339B2/ja
Priority to CN201180037788.8A priority patent/CN103052499B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a laminate formed of fine cellulose fibers that can be used as a coating agent, a functional laminate material, and the like, and a method for producing the laminate.
  • raw materials are aliphatic polyesters produced by microorganisms, naturally occurring starches, various polysaccharides such as cellulose and chitin chitosan and their derivatives, biodegradable resins and starches obtained by completely chemical synthesis. Examples include polylactic acid obtained by polymerizing the obtained lactic acid.
  • cellulose produced in large quantities on the earth is fibrous and has high crystallinity, high strength and low linear expansion, and excellent chemical stability and safety to living bodies.
  • fine cellulose fibers are expected to be used for various functional materials including packaging materials, and are actively developed.
  • Patent Document 2 oxidized cellulose obtained by TEMPO oxidation treatment is dispersed in water to prepare a gas barrier material containing fine cellulose fibers having an average fiber diameter of 200 nm or less.
  • a method is described in which a gas barrier composite molded body is obtained by coating on a base material and drying.
  • the film formed by using the aqueous dispersion of fine cellulose fibers as described above has a rigid property and high elastic modulus of the fine cellulose fibers, a small area of contact with the substrate made of fiber shape, and In addition, there is a problem that adhesion to the substrate is low due to low reactivity. Further, many of these fine cellulose fibers have polar groups such as carboxyl groups introduced therein, and water-based solvents are used, so that there are problems with repelling, paintability, unevenness, and coatability. For example, when the adhesion is low, delamination occurs between the films when the film is used as a laminated material on a substrate.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and uses a film base material, in particular, a naturally-derived material such as polylactic acid as a base material, and a coating liquid of fine cellulose fibers as a natural material as a coating material, and a gas barrier layer.
  • a film base material in particular, a naturally-derived material such as polylactic acid as a base material, and a coating liquid of fine cellulose fibers as a natural material as a coating material, and a gas barrier layer.
  • a laminated material that forms a film with good adhesion and coating properties when used as various functional material coatings such as a water vapor barrier layer, and that can suppress deterioration over time between the substrate and the fine cellulose fiber layer The purpose is to do.
  • the invention according to claim 1 is a fine cellulose comprising at least a base material, an anchor layer and a fine cellulose fiber having a carboxyl group on one surface of the base material.
  • the fine cellulose fiber is an oxidized cellulose having a carboxyl group introduced by an oxidation reaction, and the content of the carboxyl group is 0.1 mmol / g or more and 5.5 mmol / g. It is the following, It is a laminated body of Claim 1.
  • the invention according to claim 3 is the laminate according to claim 2, wherein the number average fiber diameter of the fine cellulose fibers is 0.001 ⁇ m or more and 0.200 ⁇ m or less.
  • the invention according to claim 4 is the laminate according to claim 3, wherein the carboxyl group of the fine cellulose fiber forms an ammonium salt or an amine salt.
  • the invention described in claim 5 is characterized in that the resin contained in the anchor layer is a polyester resin, a polyamide resin, a polyurethane resin, a polyacrylic acid resin, a polyolefin resin, or a copolymer thereof.
  • the resin contained in the anchor layer is a polyester resin, a polyamide resin, a polyurethane resin, a polyacrylic acid resin, a polyolefin resin, or a copolymer thereof.
  • the invention according to claim 6 is characterized in that the anchor layer includes at least a resin having a carboxyl group, and the carboxyl group of the resin forms an ammonium salt or an amine salt. It is a laminated body as described in above.
  • the invention according to claim 7 is the laminate according to claim 5, wherein the anchor layer further contains a reactive compound having a carbodiimide group, an oxazoline group, an isocyanate group or an epoxy group. is there.
  • the invention according to claim 8 is characterized in that the base material is made of a polyester resin, and the anchor layer includes a polyester resin having a carboxyl group and a reactive compound having a carbodiimide group or an oxazoline group.
  • the invention according to claim 9 is the laminate according to claim 8, wherein the polyester resin constituting the substrate is polylactic acid.
  • the invention according to claim 10 is the laminate according to claim 7, wherein the molecular weight of the reactive compound is 1000 or more.
  • the invention according to claim 11 is the laminate according to claim 7, wherein the acid value of the resin contained in the anchor layer is 12 or more.
  • the invention according to claim 12 is the laminate according to claim 11, wherein the anchor layer has a thickness of 3 nm to 10 ⁇ m.
  • the invention according to claim 13 is a laminate in which at least a base material and an anchor layer and a fine cellulose fiber layer containing fine cellulose fibers having a carboxyl group are provided in this order on one surface of the base material. And a carbodiimide group, an oxazoline group, an isocyanate group or an epoxy group on one surface of the substrate with at least one resin having a carboxyl group, a sulfonic acid group, an amino group or a hydroxyl group.
  • a step of forming a coating film using a coating liquid containing a reactive compound having, a step of drying the coating film at 80 ° C. or less to form the anchor layer, and the fine cellulose fibers on the anchor layer And a step of forming a layer.
  • a laminated material that can be formed and includes the functional material coating can be provided.
  • a laminate material that can be formed on a substrate with good coatability and adhesion even when using a film substrate, a polylactic acid substrate, etc., and that suppresses the deterioration of the adhesion between the substrate and the fine cellulose fiber layer over time. Can provide. Thereby, a laminate having improved weather resistance, heat resistance and water resistance can be obtained.
  • the laminate (10) of the present invention comprises at least a base material (1), an anchor layer (2) on one surface of the base material (1), and a fine cellulose fiber having a carboxyl group. Are laminated in this order.
  • the anchor layer (2) and the fine cellulose fiber layer (3) may be respectively laminated on both surfaces of the substrate (1).
  • the fine cellulose fiber layer (3) includes at least fine cellulose fibers having a carboxyl group.
  • the fine cellulose fiber which has a carboxyl group can be manufactured with the following method, for example.
  • a cellulose material is used as a raw material.
  • the cellulose material may be subjected to pretreatment such as pulverization, explosion, swelling, purification, bleaching, dissolution regeneration, and alkali treatment.
  • pretreatment such as pulverization, explosion, swelling, purification, bleaching, dissolution regeneration, and alkali treatment.
  • a cellulose material it is preferable to use naturally-derived cellulose having a crystal structure of cellulose I when obtaining a coating film having high gas barrier properties or a strong coating film.
  • naturally occurring cellulose as a raw material include wood pulp, non-wood pulp, cotton pulp, bacterial cellulose, and squirt cellulose.
  • Method of introducing carboxyl group As a method for introducing a carboxyl group into cellulose, a generally known chemical modification method can be used. As known in carboxymethylation, a method of introducing a carboxyl group by esterifying and etherifying a hydroxyl group of cellulose, a method of introducing a carboxyl group from a hydroxyl group by an oxidation reaction, and the like can be selected. In particular, in order to obtain a coating film with high gas barrier properties and to introduce a carboxyl group without destroying the crystal structure, a nitroxy radical derivative is used as a catalyst, and hypohalite, halite, etc. A technique used as a cooxidant is preferred.
  • an aqueous system containing sodium hypochlorite and sodium bromide using TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy radical) as a catalyst under alkaline conditions preferably in the range of pH 9 to pH 11
  • TEMPO 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy radical
  • the TEMPO oxidation method performed in a medium is preferable from the viewpoint of availability of reagents, cost, and reaction stability.
  • alkali is consumed as the reaction proceeds, so it is preferable to add an aqueous alkaline solution as needed to keep the pH in the system constant.
  • TEMPO oxidation the 6-position hydroxyl group of the pyranose ring (glucose) of the cellulose molecule is selectively oxidized, and a carboxyl group can be introduced via an aldehyde group.
  • oxidation occurs only on the surface of crystalline microfibrils, which is a structural unit of cellulose, and no oxidation occurs inside the crystal. For this reason, fine cellulose fibers can be obtained while maintaining the crystal structure of cellulose I, and the fine cellulose fibers to be produced have characteristics such as high heat resistance, low linear expansion coefficient, high elastic modulus, and high strength.
  • the reaction temperature is preferably 0 ° C. or more and 60 ° C. or less, and becomes a fine fiber in about 1 hour or more and 12 hours or less, and a sufficient amount of carboxyl groups can be introduced to show dispersibility.
  • TEMPOs and sodium bromide need only be used in a catalytic amount during the reaction, and can also be recovered after the reaction. In the above reaction system, sodium chloride is the only theoretical by-product, and the waste liquid can be easily treated with a low environmental burden.
  • the amount of carboxyl group can be adjusted by appropriately setting TEMPO oxidation conditions.
  • Cellulose fibers are dispersed in an aqueous medium by an electric repulsive force of a carboxyl group through a dispersion treatment step to be described later. Therefore, if the content of the carboxyl group is too small, the cellulose fiber cannot be stably dispersed in the aqueous medium. . On the other hand, if the amount is too large, the affinity for water increases and the water resistance decreases.
  • the carboxyl group content is preferably 0.1 mmol / g or more and 5.5 mmol / g or less, more preferably 0.1 mmol / g or more and 3.5 mmol / g or less, and even more preferably 0.6 mmol. / G to 2.5 mmol / g.
  • an aldehyde group that is an intermediate of the oxidation reaction is generated, and the aldehyde group remains in the final product. If the content of the aldehyde group is too large, the dispersibility in an aqueous medium is lowered or the color is changed after the film is formed. Therefore, the content of the aldehyde group is preferably 0.3 mmol / g or less. .
  • the oxidation reaction is stopped by adding an excessive amount of other alcohol and completely consuming the co-oxidant in the system.
  • the alcohol to be added it is desirable to use a low molecular weight alcohol such as methanol, ethanol or propanol in order to quickly terminate the reaction.
  • ethanol is preferable in consideration of safety and by-products generated by oxidation.
  • the produced oxidized cellulose can be recovered from the reaction solution by filtration.
  • the carboxyl group forms a salt using a metal ion derived from a co-oxidant or an inorganic alkali for pH adjustment as a counter ion.
  • a recovery method a method in which the carboxyl group is filtered while forming a salt, a method in which an acid is added to the reaction solution and the pH is adjusted to 3 or less to filter it out as a carboxylic acid, and an organic solvent is added to cause aggregation.
  • an organic solvent is added to cause aggregation.
  • a method of converting to carboxylic acid and recovering it from the viewpoint of handling property, yield, and waste liquid treatment is preferable.
  • a method of converting it to a carboxylic acid and recovering it is preferable.
  • the metal ion content contained in the oxidized cellulose can be examined by various analysis methods. For example, it can be simply examined by elemental analysis using an EPMA method or an X-ray fluorescence analysis method using an electron beam microanalyzer. be able to.
  • the metal ion content When recovered by the method of filtering while forming a salt, the metal ion content is 5 wt% or more, whereas when recovered by the method of filtering after carboxylic acid, the metal ion content is 1 wt. % Or less.
  • the metal ion content is below the detection limit.
  • the recovered oxidized cellulose can be purified by repeated washing, and residues such as sodium chloride and ions that are catalysts and by-products can be removed.
  • water is preferable as the cleaning liquid, and further, after adjusting and cleaning to acidic conditions of pH 3 or lower, more preferably pH 1.8 or lower using hydrochloric acid or the like, the metal ions are analyzed by the above analysis method. It can be made below the detection limit amount in. Alternatively, cleaning under acidic conditions may be performed a plurality of times in order to further reduce the amount of remaining metal ions. In addition, if salt or the like remains in the cellulose, it is difficult to disperse in the dispersion step described later.
  • the oxidized cellulose is immersed in an aqueous medium that is a dispersion medium.
  • the pH of the immersed liquid is, for example, 4 or less.
  • Oxidized cellulose is insoluble in an aqueous medium and becomes a non-uniform suspension when immersed.
  • the solid content concentration of oxidized cellulose is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
  • the solid content concentration is 5% by mass or less, particularly 3% by mass or less, dispersibility and transparency are good.
  • solid content concentration exceeds 10 mass%, the viscosity of a dispersion liquid will raise remarkably and dispersion processing will become difficult.
  • the minimum of solid content concentration is not specifically limited, What is necessary is just more than 0 mass%.
  • the pH of the oxidized cellulose suspension is adjusted to a range of pH 4 or more and pH 12 or less using an alkali.
  • the pH is made alkaline between pH 7 and pH 12 to form a carboxylate.
  • the oxidized cellulose can be made into fine fibers by mechanical dispersion treatment, but the dispersion treatment requires a long time and high energy, and the fiber diameter of the obtained fiber is larger than that of the present invention. And the transparency of the dispersion is poor.
  • the alkali is not limited to the kind, and inorganic alkalis such as sodium hydroxide, lithium hydroxide, and potassium hydroxide can be used.
  • the pH can be adjusted using aqueous ammonia or organic alkali.
  • Organic alkalis include various aliphatic amines, aromatic amines, amines such as diamines, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetra-n-butylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, 2-hydroxyhydroxide NR 4 OH such as ethyltrimethylammonium, etc.
  • R is an alkyl group, benzyl group, phenyl group or hydroxyalkyl group, and four Rs may be the same or different
  • Organic onium compounds having hydroxide ions such as quaternary ammonium compounds, phosphonium hydroxide compounds such as tetraethylphosphonium hydroxide, oxonium hydroxide compounds, and sulfonium hydroxide compounds as counter ions. Even when an organic alkali is used, the fiber can be refined by a dispersion treatment similar to that when an inorganic alkali is used, regardless of the type of alkali.
  • the dispersion treatment can be performed in a shorter energy and in a shorter time than when an inorganic alkali having a metal ion as a counter ion is used, and the finally reached transparency of the dispersion liquid. Is also expensive. This is probably because the use of organic alkali has a larger counterion ion diameter, and thus has a greater effect of separating fine cellulose fibers in the dispersion medium.
  • a fine cellulose fiber dispersion can be prepared even when an organic solvent such as alcohol is used as a dispersion medium. Furthermore, it is also possible to add an organic solvent to the fine cellulose fiber dispersion dispersed in an aqueous medium after the dispersion treatment.
  • the aqueous medium include water or a mixed solvent of water and an organic solvent.
  • organic solvent examples include alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol (IPA), ketones such as acetone and methyl ethyl ketone (MEK), ethers such as 1,4-dioxane and tetrahydrofuran (THF), N, N -Dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, ethyl acetate, glycerin and the like. Any one of these may be used alone, or two or more mixed solvents may be used.
  • alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol (IPA)
  • ketones such as acetone and methyl ethyl ketone (MEK)
  • ethers such as 1,4-dioxane and tetrahydrofuran (THF), N, N -Dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacet
  • the viscosity and thixotropy of the fine cellulose fiber dispersion can be reduced compared to an inorganic alkali, in terms of ease of dispersion treatment and ease of application in the coating process described below. It is advantageous.
  • the fine cellulose fiber dispersion becomes a gel, and the viscosity increases as the concentration is increased. Therefore, a large amount of energy is required in the dispersion treatment, and the dispersion treatment becomes difficult. Since the viscosity of the fiber dispersion is lowered, the dispersion treatment is facilitated.
  • the viscosity characteristics of the dispersion liquid can be adjusted, and the coating property can be improved.
  • the anchor layer (2) contains a compound capable of reacting with a carboxyl group such as a carbodiimide group, an oxazoline group, an epoxy group or an amino group, ammonia having a low boiling point is used.
  • a carboxyl group such as a carbodiimide group, an oxazoline group, an epoxy group or an amino group
  • ammonia having a low boiling point is used.
  • an organic alkali such as triethylamine
  • the alkali volatilizes during the drying after coating or the subsequent aging / curing treatment, the carboxyl group increases in reactivity, and the anchor layer (2 The reaction with the reactive compound contained in) proceeds further, and the effect of further improving adhesion and preventing deterioration with time is high.
  • the carboxyl group of the fine cellulose fiber contained in the fine cellulose fiber layer forms an ammonium salt or amine salt that is more likely to react than the inorganic salt formed by the inorganic alkali.
  • the amine salt include triethylamine salt and tetramethylamine salt.
  • the carboxyl group of the fine cellulose fiber does not form a salt and is preferably present in the carboxyl group state, that is, in the state of “—COOH”, because the reaction easily proceeds.
  • various known dispersion treatments can be used.
  • homomixer processing mixer processing with rotary blade, high pressure homogenizer processing, ultra high pressure homogenizer processing, ultrasonic homogenizer processing, nanogenizer processing, disc type refiner processing, conical type refiner processing, double disc type refiner processing, grinder processing, ball mill processing , Kneading treatment by a biaxial kneader, underwater facing treatment, and the like.
  • the mixer treatment with a rotary blade, the high-pressure homogenizer treatment, the ultra-high pressure homogenizer treatment, and the ultrasonic homogenizer treatment are preferable from the viewpoint of miniaturization efficiency.
  • the oxidized cellulose suspension becomes a transparent dispersion that is visually uniform.
  • Oxidized cellulose is refined by the dispersion treatment to form fine cellulose fibers.
  • the fine cellulose fiber after the dispersion treatment has a number average fiber diameter (width in the minor axis direction of the fiber) of preferably 0.001 ⁇ m or more and 0.200 ⁇ m or less, more preferably 0.001 ⁇ m or more and 0.050 ⁇ m or less. .
  • the number average fiber diameter of the fine cellulose fibers can be confirmed by a scanning electron microscope (SEM) or an atomic force microscope (AFM). If the dispersion is insufficient or non-uniform and some of the fibers have a large fiber diameter, the transparency and smoothness of the film will be significantly reduced when a coating solution containing fine cellulose fibers is formed. There's a problem.
  • the fine cellulose fiber dispersion can be used as it is, or a known resin or solvent may be added. . Moreover, the fine cellulose fiber which has the carboxyl group manufactured by said method etc. is isolated, well-known resin and a solvent may be mixed and a coating liquid may be prepared separately.
  • the fine cellulose fiber layer is formed by applying a coating liquid containing fine cellulose fibers having a carboxyl group. It does not specifically limit as a method of apply
  • coating the coating liquid containing a fine cellulose fiber Well-known methods, such as a coating method and a casting method, can be utilized. Coating methods include gravure coating, gravure reverse coating, roll coating, reverse roll coating, micro gravure coating, comma coating, air knife coating, bar coating, Mayer bar coating, dip coating, and die coating. Method, spray coating method and the like, and any method may be used.
  • the thickness of the fine cellulose fiber layer is preferably 0.05 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and more preferably 0.1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less. If the thickness of the fine cellulose fiber layer is larger than 20 ⁇ m, the processability may be inferior, and if the thickness of the fine cellulose fiber layer is smaller than 0.05 ⁇ m, the gas barrier property may be lowered.
  • the fine cellulose fiber layer may contain various additives such as inorganic layered compounds and organometallic compounds in addition to the fine cellulose fibers having a carboxyl group.
  • Inorganic layered compounds include kaolinite, dickite, nacrite, halloysite, antigolite, chrysotile, pyrophyllite, montmorillonite, beidellite, hectorite, saponite, stevensite, tetrasilic mica, sodium teniolite, muscovite, marga Light, talc, vermiculite, phlogopite, xanthophyllite, chlorite and the like can be used.
  • These inorganic layered minerals may be natural or synthetic.
  • the inorganic layered compound is preferably montmorillonite in terms of gas barrier properties, dispersibility, ease of mixing with fine cellulose fibers, and cohesive strength of the film.
  • the blending amount of these inorganic layered minerals is not particularly limited, and can be added within a range satisfying the required specifications within a range of 0.01% to 99%. In particular, from the viewpoint of adhesion of the laminate, it is more preferably in the range of 0.01% to 67%.
  • a m M (OR) nm (In the formula, A is composed of one or more types of carbon main chain having 1 to 10 carbon atoms, M is a metal element, R is an alkyl group, n is an oxidation number of the metal element, and m is a substitution number ( 0 ⁇ m ⁇ n)), or a hydrolyzate or polymer of the organometallic compound.
  • Specific examples include metal alkoxides of Ti, Zr, and Si, and particularly silicon alkoxide exhibits good performance.
  • Tetraalkoxy compounds such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane or polymers thereof, trialkoxy compounds such as trimethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane or polymers thereof, dimethoxysilane, diethoxysilane, etc.
  • the substrate (1) does not specifically limit as a base material, It can select and use suitably according to a use from the various sheet-like base materials (a film-form thing is included) generally used.
  • base materials include paper, paperboard, biodegradable plastics such as polylactic acid and polybutyl succinate, polyolefin resins (polyethylene, polypropylene, etc.), polyester resins (polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate). Phthalates, polylactic acid, etc.), polyamide resins (nylon-6, nylon-66, etc.), polyvinyl chloride resins, polyimide resins, copolymers of any two or more of these monomers.
  • the base material may contain known additives such as an antistatic agent, an ultraviolet absorber, a plasticizer, a lubricant, and a colorant.
  • base materials made of biomass-derived materials such as paper, polylactic acid, biodegradable plastics such as polybutyl succinate, bio-polyethylene, etc. It is preferable because it can maximize the use.
  • the surface of the base material may be subjected to surface treatment such as corona treatment, plasma treatment, ozone treatment, or flame treatment.
  • surface treatment such as corona treatment, plasma treatment, ozone treatment, or flame treatment.
  • the thickness of the base material can be appropriately set according to the use of the laminated material.
  • it is usually in the range of 5 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. From the viewpoint of cost and resource saving, 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less is most preferable.
  • the laminate of the present invention has a carboxyl group, a sulfonic acid group, an amino group or a hydroxyl group in the base material, the anchor layer, and the fine cellulose fiber layer, and their polarities attract each other, or the anchor layer
  • the base material preferably has a carboxyl group, a sulfonic acid group, an amino group, or a hydroxyl group.
  • a polyester resin is preferable.
  • polyester resins have only a few terminal carboxyl groups left, but these polyester resins are modified and modified to introduce more carboxyl groups and sulfonic acid groups to the surface or inside.
  • the polyester resin is more preferred because it has a high effect of improving adhesion, paintability and stability over time.
  • polyester resins it is more preferable to use a base material made of polylactic acid because of the advantage of making the best use of the advantages of the fine cellulose fibers which are the above-mentioned natural product-derived materials with less environmental load.
  • the laminate of the present invention is characterized by having an anchor layer.
  • the fine cellulose fibers contained in the fine cellulose fiber layer have a rigid property and a high elastic modulus, and because of the fiber shape, the area of the contact point with the substrate is small, and the reactivity is low.
  • the problem is that the adhesion to the substrate is low, the problem that the dispersion medium used in the fine cellulose fiber is water-based, the problem with respect to the repelling, paintability and coating property, and the chemical anxiety of the substrate
  • a water-based dispersion of fine cellulose fibers that solves the problem of deterioration of adhesion and substrate deterioration due to qualitative and low molecular weight molecular bleeding, crystallization, and surface deterioration. It is possible to uniformly coat the coating liquid consisting of the above and to secure the adhesion to the substrate, and to suppress the adhesion with time and the deterioration of the substrate and fine cellulose fibers.
  • the anchor layer preferably contains at least one resin having a carboxyl group, a sulfonic acid group, an amino group or a hydroxyl group.
  • the resin When the resin is included, the polarities of the carboxyl group, sulfonic acid group, amino group or hydroxyl group present in the base material or fine cellulose fiber attract each other, and by reacting with the reactive compound contained in the anchor layer, the adhesion In addition, paintability and stability over time are improved.
  • the resin contained in the anchor layer may have only one type of functional group or a plurality of functional groups. Moreover, you may have functional groups other than the said functional group, if the above-mentioned effect is not inhibited.
  • polyester resin polyamide resin, polyimide resin, polyurethane resin, polyacrylic acid resin or polyolefin resin, or a copolymer thereof can be used.
  • These resins may be acid-modified resins, resins modified by oxidation treatment, or resins having the above functional groups or other functional groups introduced by chemical modification.
  • polyurethane resins, polyacrylic acid resins, and polyester resins are highly effective in improving adhesion and coating properties with fine cellulose fibers.
  • the base material is a polyester resin
  • a polyester resin is also used for the anchor layer
  • the interaction between polarities, the intermolecular force, the covalent bond due to the reaction with the reactive compound contained in the anchor layer, and those Due to the synergistic effect, the effect of improving the adhesion between the layers and the effect of stability over time are particularly remarkable.
  • the adhesion with the fine cellulose fiber layer is improved especially on a polylactic acid base material that has poor adhesion to most coatings. be able to.
  • the said resin should just be contained at least 1 type in the anchor layer, and may be contained combining multiple said resin.
  • the acid value of the resin contained in the anchor layer is preferably 12 or more, and more preferably 20 or more.
  • the acid value affects the amount of the functional group and the above-described effects. If the acid value is less than 12, the effect of improving adhesion, paintability, and stability over time is small. If it is 20 or more, these effects are high, and the reactivity with the compound contained in the anchor layer is also good. If it is 50 or more, the interaction between polarities is large even if there is no reactive compound or there is little. appear. However, if it is larger than 200, it may affect the water resistance and blocking properties, so 12 or more and 200 or less are more preferable.
  • the carboxyl group forms various salts using metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, organic ammonium such as ammonium and diethylammonium. can do.
  • the state of these carboxyl groups greatly affects the solubility of the resin and the type of solvent.
  • the carboxyl group of the resin included in the anchor layer forms an ammonium salt or an amine salt because the reaction proceeds at a low temperature.
  • examples of the amine salt include triethylamine salt and tetramethylamine salt.
  • the carboxyl group of the resin contained in the anchor layer is preferable because it does not form a salt and exists in the carboxyl group state, ie, “—COOH”, because the reaction proceeds at a low temperature.
  • the thickness of the anchor layer is preferably 3 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • the thickness is less than 3 nm, the width of the fine cellulose fiber is smaller than that of the fine cellulose fiber, and the number of contacts is reduced.
  • it exceeds 10 ⁇ m the film is too thick and the efficiency is poor, and warping and curling occur due to distortion of the anchor layer and the fine cellulose fiber layer.
  • 3 nm or more and 5 ⁇ m or less are preferable. In particular, 3 nm or more and 2 ⁇ m or less are more preferable in terms of cost and drying efficiency.
  • the anchor layer preferably contains a reactive compound.
  • These reactive compounds promote the reaction with the resin contained in the anchor layer, and may react with a functional group such as a carboxyl group or a hydroxyl group of the fine cellulose fiber, and further with a functional group contained in the substrate. preferable. Due to these synergistic effects, adhesion between layers, coating property, and stability over time can be exhibited.
  • a reactive compound The compound which has a carbodiimide group, an oxazoline group, an isocyanate group, an epoxy group, an amino group etc. is used preferably.
  • compounds containing carbodiimide groups, oxazoline groups, and isocyanate groups can react efficiently with hydroxyl groups and carboxyl groups contained in the base material, anchor layer, and fine cellulose fiber layer, and can react at low temperatures. Therefore, high reactivity is exhibited when using a base material which is large in expansion and contraction due to heat, such as polyester and polyolefin, particularly polylactic acid. Moreover, since the carbodiimide group and the oxazoline group react slowly at a low temperature such as room temperature, the adhesion between the base material such as polylactic acid, the anchor layer, and the fine cellulose fiber can be stabilized over time. In particular, when the anchor layer is formed, the drying temperature is kept at a low temperature of 80 ° C.
  • the drying temperature when forming the anchor layer has a great effect of preventing deterioration and deterioration of adhesion, and especially when using polylactic acid with low heat resistance as the base material, the deformation of the base material is minimized. In terms of suppression, it is more preferable to set the temperature to 60 ° C. or lower.
  • the molecular weight of these reactive compounds is 1000 or more.
  • the molecular weight of the reactive compound is less than 1000, the anchor layer becomes brittle, and the adhesion with a layer made of rigid fine cellulosic fibers or a hard substrate is not stable and tends to be weak.
  • the strength of the weakest layer as viewed in the thickness direction of the laminate can be kept at 1.5 N or more when measured as the laminate strength.
  • the upper limit of the molecular weight of the reactive compound is not particularly specified, but can be appropriately adjusted in consideration of the coating solution viscosity, film strength, and thermal characteristics of the anchor layer.
  • the laminate (10) of the present invention has various functional layers such as an inorganic vapor deposition layer and a heat-sealable thermoplastic resin layer as necessary. May be.
  • the inorganic vapor deposition layer is a layer provided to further improve the gas barrier property and water vapor barrier property of the laminate, and is made of, for example, aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, or the like.
  • Examples of the method for forming the inorganic vapor deposition layer include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, and a plasma vapor deposition method.
  • the inorganic vapor deposition layer is preferably provided on the surface of the fine cellulose fiber layer.
  • thermoplastic resin layer is provided as a sealing layer when a bag-like package or the like is formed using the laminate of the present invention.
  • FIG. 2 shows a laminate (20) provided with the thermoplastic resin layer of the present invention.
  • the thermoplastic resin layer (5) is laminated via the adhesive layer (4) on the fine cellulose fiber layer (3) laminated via the anchor layer (2) on one surface of the substrate (1).
  • thermoplastic resin layer (5) examples include polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid ester copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, and ethylene.
  • a heat-weldable film made of a resin such as an acrylate copolymer or a cross-linked metal product thereof is used.
  • a method for forming the thermoplastic resin layer on the fine cellulose fiber layer a film that is a thermoplastic resin layer is bonded to the surface of the fine cellulose fiber layer using an adhesive such as a two-component curable urethane resin.
  • thermoplastic resin layer is preferably provided on the surface of the fine cellulose fiber layer via the adhesive layer.
  • other layers such as a printing layer may be provided between the fine cellulose fiber layer and the thermoplastic resin layer.
  • Oxidized cellulose 2 was obtained by the same preparation method as Preparation Method 1 except that the reaction temperature was 30 ° C.
  • the portion corresponding to the neutralization stage of the weak acid is the amount of carboxyl groups
  • the content of carboxyl groups in oxidized celluloses 1 and 2 is 1.6 mmol / g, 2.5 mmol / g.
  • Table 2 shows the oxidized cellulose, alkali, and additives used in the preparation of fine cellulose dispersions 1 to 3. Further, the number average fiber diameter of the fine cellulose fibers contained in the fine cellulose dispersions 1 to 3 was obtained from an average of 20 points of the height observed with an atomic force microscope (AFM). The results are also shown in Table 2.
  • Coating solution for anchor layer formation By combining the following resins 1 to 7 and the following additives 1 to 3, 10 parts by weight of the additive is mixed with 100 parts by weight of the resin to form a coating liquid (an anchor layer forming coating liquid) 1 to 10 was prepared.
  • Table 3 shows combinations of resins 1 to 7 and additives 1 to 3 in the anchor layer forming coating solution, solvents used, and solid content concentrations.
  • Additive 1 ... SV-02 (Water-soluble polycarbodiimide, molecular weight 1000 or more) Nisshinbo additive 2 ... Epocross WS-500 (Oxazoline molecular weight 70000) Nippon Shokubai additive 3 ... Takenate A65 (Isocyanate) Mitsui Chemicals additive 4 ... EX614 (Epoxy) Made by Nagase ChemteX
  • Examples 1 to 9 A 25 ⁇ m thick polylactic acid film having a corona-treated surface was prepared as a substrate.
  • anchor layer forming coating solutions 1 to 9 were applied using a bar coater, and then dried at 60 ° C. for 20 minutes to form an anchor layer having a thickness of about 0.2 ⁇ m.
  • the fine cellulose fiber dispersion 1 was applied using a bar coater and then dried at 60 ° C. for 20 minutes to form a fine cellulose fiber layer having a thickness of about 0.2 ⁇ m.
  • a polypropylene film having a thickness of 70 ⁇ m which is a thermoplastic resin layer that can be heat-welded, is bonded to the fine cellulose fiber layer by dry lamination using a urethane polyol-based adhesive, and a base material / anchor layer / fine cellulose.
  • a laminate of fiber layer / adhesive layer / thermoplastic resin layer was obtained.
  • a polyethylene terephthalate film having a thickness of 25 ⁇ m and a corona-treated surface was prepared.
  • the anchor layer forming coating solutions 2, 3, and 4 are applied using a bar coater, and then dried at 80 ° C. for 20 minutes to form an anchor layer having a thickness of about 0.2 ⁇ m.
  • the fine cellulose fiber dispersion 2 was applied using a bar coater and then dried at 100 ° C. for 20 minutes to form a fine cellulose fiber layer having a thickness of about 0.2 ⁇ m.
  • a polypropylene film having a thickness of 70 ⁇ m which is a thermoplastic resin layer, is bonded to the fine cellulose fiber layer by dry lamination using a urethane polyol-based adhesive, and the base material / anchor layer / fine cellulose fiber layer / adhesion.
  • a layer / thermoplastic resin layer laminate was obtained.
  • Example 13> A stretched polypropylene film having a thickness of 20 ⁇ m whose surface was corona-treated was prepared as a substrate.
  • the anchor layer-forming coating solution 4 was applied using a bar coater, and then dried at 80 ° C. for 20 minutes to form an anchor layer having a thickness of about 1 ⁇ m.
  • the fine cellulose fiber dispersion 3 was applied using a bar coater, and then dried at 80 ° C. for 20 minutes to form a fine cellulose fiber layer having a thickness of about 0.5 ⁇ m.
  • a polypropylene film having a thickness of 70 ⁇ m which is a thermoplastic resin layer, is bonded to the fine cellulose fiber layer by dry lamination using a urethane polyol-based adhesive, and the base material / anchor layer / fine cellulose fiber layer / adhesion.
  • a layer / thermoplastic resin layer laminate was obtained.
  • Laminates were obtained in the same manner as in Examples 1 to 9, except that the anchor layer was not formed on the corona-treated surface of the substrate, and the fine cellulose fiber dispersion 1 was directly applied using a bar coater.
  • the oxygen permeability (cm 3 / m 2 / day / atm) of the laminate was measured at 25 ° C. and 40% RH using an oxygen permeability measuring apparatus MOCON OX-TRAN 2/21 (manufactured by Modern Control). By measuring, the oxygen barrier property under normal conditions was evaluated.
  • the water vapor permeability (g / m 2 / day) of the laminate is measured by the cup method in accordance with JIS Z0208 in an atmosphere of 40 ° C. and 90% RH, thereby evaluating water vapor barrier properties under high humidity conditions. did.
  • the laminate of the present invention has good coatability and coatability, and can form a uniform film without unevenness of the fine cellulose fiber layer. It can be said that the permeability and water vapor permeability were small, and good barrier properties were exhibited. Moreover, the thing of the Example also showed the favorable result regarding the adhesiveness, and also showed the favorable result regarding the temporal stability. In addition, these effects were larger as the anchor layer contained a reactive compound, and those processed at a drying temperature of 60 ° C. or less after application of the anchor layer forming coating solution.
  • the laminate of the present invention is used in the field of packaging materials such as foods and pharmaceuticals, in order to protect the contents, such as films and sheets that block gas such as oxygen and water vapor that permeate the packaging material, bottles, etc. It can be used for molded products.

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Abstract

　積層体（１０）を、基材（１）と、基材１の一方の面に、アンカー層（２）と、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む微細セルロース繊維層（３）とから構成し、アンカー層（２）が、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基を有する樹脂を少なくとも１種類以上含むものとすることにより、密着および塗工性良く膜を形成し、また、基材と微細セルロース繊維層との経時劣化を抑えるという効果を奏する。

Description

積層体およびその製造方法
　本発明は、コーティング剤、機能性積層材料などとして使用可能なセルロースの微細繊維により形成された積層体およびその製造方法に関する。
　近年、環境問題への関心が高まる中、従来の石油系樹脂に対し、天然由来の澱粉やセルロース、キチンキトサンなどの各種天然多糖類とその誘導体が、バイオマス材料として注目されている。また、環境中で水と二酸化炭素にまで分解される生分解性樹脂からなる基材も注目され、市販されている。具体的には、微生物によって産生される脂肪族ポリエステルや、天然由来の澱粉やセルロース、キチンキトサンなどの各種多糖類とその誘導体、完全に化学合成により得られる生分解性樹脂や澱粉などを原料として得られた乳酸を重合したポリ乳酸などが挙げられる。
　これらの中でも、地球上で最も多量に生産されているセルロースは、繊維状で高い結晶性を有し、高強度、低線膨張率であり、化学的安定性や生体への安全性に優れることから注目されている。特に、微細セルロース繊維は、近年、包装材料をはじめ各種機能性材料に利用が期待され、盛んに開発が進められている。
　微細セルロース繊維の製造方法として、例えば、特許文献１には、ＴＥＭＰＯ（２，２，６，６－テトラメチルピペリジノオキシラジカル）触媒を用いて、水酸基の一部をカルボキシル基に酸化させたセルロースを媒体中に分散させて、微細セルロース繊維を得る方法が記載されている。この方法によれば、負の電荷を有するカルボキシル基の電気的反発作用を利用し、セルロースＩ型の結晶構造を有する微細セルロース繊維を比較的容易に得ることが可能である。
　また、特許文献２には、ＴＥＭＰＯ酸化処理により得た酸化セルロースを水中に分散させて、平均繊維径２００ｎｍ以下の微細セルロース繊維を含むガスバリア用材料を調製し、これを、ＰＥＴフィルムやポリ乳酸等の基材上に塗工し、乾燥させてガスバリア性複合成形体を得る方法が記載されている。
特開２００８－１７２８号公報 特開２００９－５７５５２号公報
　しかしながら、上記のような微細セルロース繊維の水系分散液を用いて形成された膜は、微細セルロース繊維の剛直な性質と高い弾性率、繊維形状からなる基材への接点の面積が小さいこと、および、反応性が低いことにより、基材への密着性が低いという問題がある。また、これらの微細セルロース繊維には、カルボキシル基などの極性基が導入されているものが多く、溶媒も水系が用いられるため、はじきや塗れ性、むら、塗工性に課題がある。例えば、密着性が低いと、該膜を基材への積層材料として用いる場合に、層間の剥離が生じてしまう。また、はじきや塗れ性、むら、塗工性が低いことで、連続した均一な膜面が得られず、印刷適性や加工適性が低下したり、光学特性が低下したり、塗工膜をバリア材として用いたい場合に、良好な性能が得られないといった問題がある。さらに、紙やポリ乳酸などの材料を基材に用いた場合には、天然物であるため、ＰＥＴなどの石油由来の合成樹脂に比べ、化学的不安定性や低分子量分子のブリード、結晶化、表面劣化のために、より塗工の際の濡れ性や密着性が低いことが知られており、成膜後に経時で基材及び塗膜が劣化し、密着性の低下が見られることがある。したがって、微細セルロース繊維の水系分散液からなる塗液を均一に塗工し、かつ基材との密着性を確保するのは困難である上、経時での密着性・基材及び微細セルロース繊維の劣化を抑えることは困難であった。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フィルム基材、特に、ポリ乳酸など天然由来材料を基材とし、天然材料である微細セルロース繊維の塗液をコーティング材料として用い、ガスバリア層、水蒸気バリア層など各種機能性材料被膜として利用する際の密着および塗工性良く膜を形成し、また、基材と微細セルロース繊維層との経時劣化を抑えることを可能にする積層材料を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、少なくとも、基材と、前記基材の一方の面に、アンカー層と、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む微細セルロース繊維層とをこの順に設けた積層体であって、前記アンカー層が、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基を有する樹脂を少なくとも１種類以上含むことを特徴とする積層体である。
　また、請求項２に記載の発明は、前記微細セルロース繊維が、酸化反応によりカルボキシル基が導入された酸化セルロースであり、前記カルボキシル基の含有量が、０．１ｍｍｏｌ／ｇ以上５．５ｍｍｏｌ／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層体である。
　また、請求項３に記載の発明は、前記微細セルロース繊維の数平均繊維径が、０．００１μｍ以上０．２００μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の積層体である。
　また、請求項４に記載の発明は、前記微細セルロース繊維のカルボキシル基が、アンモニウム塩またはアミン塩を形成していることを特徴とする請求項３に記載の積層体である。
　また、請求項５に記載の発明は、前記アンカー層に含まれる樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアクリル酸樹脂もしくはポリオレフィン樹脂またはこれらの共重合体であることを特徴とする請求項３に記載の積層体である。
　また、請求項６に記載の発明は、前記アンカー層が、カルボキシル基を有する樹脂を少なくとも含み、前記樹脂のカルボキシル基が、アンモニウム塩またはアミン塩を形成していることを特徴とする請求項３に記載の積層体である。
　また、請求項７に記載の発明は、前記アンカー層が、更に、カルボジイミド基、オキサゾリン基、イソシアネート基またはエポキシ基を有する反応性化合物を含むことを特徴とする請求項５に記載の積層体である。
　また、請求項８に記載の発明は、前記基材が、ポリエステル樹脂からなり、前記アンカー層が、カルボキシル基を有するポリエステル樹脂と、カルボジイミド基またはオキサゾリン基を有する反応性化合物とを含むことを特徴とする請求項７に記載の積層体である。
　また、請求項９に記載の発明は、前記基材を構成するポリエステル樹脂が、ポリ乳酸であることを特徴とする請求項８に記載の積層体である。
　また、請求項１０に記載の発明は、前記反応性化合物の分子量が、１０００以上であることを特徴とする請求項７に記載の積層体である。
　また、請求項１１に記載の発明は、前記アンカー層に含まれる樹脂の酸価が、１２以上であることを特徴とする請求項７に記載の積層体である。
　また、請求項１２に記載の発明は、前記アンカー層の厚みが、３ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の積層体である。
　また、請求項１３に記載の発明は、少なくとも、基材と、前記基材の一方の面に、アンカー層と、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む微細セルロース繊維層とをこの順に設けた積層体の製造方法であって、前記基材の一方の面に、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基を有する樹脂を少なくとも１種類以上と、カルボジイミド基、オキサゾリン基、イソシアネート基またはエポキシ基を有する反応性化合物とを含む塗液を用いて塗膜を形成する工程と、前記塗膜を８０℃以下で乾燥させて前記アンカー層を形成する工程と、前記アンカー層の上に前記微細セルロース繊維層を形成する工程とを備えることを特徴とする積層体の製造方法である。
　本発明によれば、環境負荷が小さい天然資源であるセルロースを有効に利用し、ガスバリア層、水蒸気バリア層など各種機能性材料被膜を形成する際に、塗工性、密着性良く基材上に形成でき、該機能性材料被膜を備える積層材料を提供できる。
　特に、フィルム基材、ポリ乳酸基材などを用いても、塗工性、密着性良く基材上に形成でき、かつ、基材と微細セルロース繊維層との密着の経時劣化を抑えた積層材料を提供できる。それにより、耐候、耐熱、耐水性も向上した積層体を得ることができる。
本発明の積層体の一実施形態を示す断面図である。 本発明の積層体の他の一実施形態を示す断面図である。
　以下、本発明に係る実施形態について説明する。
　図１のように、本発明の積層体（１０）は、少なくとも、基材（１）と、基材（１）の一方の面に、アンカー層（２）と、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む微細セルロース繊維層（３）とをこの順に積層して構成されている。アンカー層（２）および微細セルロース繊維層（３）は、基材（１）の両面にそれぞれ積層されていてもよい。
　まず、微細セルロース繊維層（３）について説明する。微細セルロース繊維層は、少なくとも、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む。カルボキシル基を有する微細セルロース繊維は、例えば、下記の方法で製造することができる。
（原料）
　原料としては、セルロース素材を用いる。セルロース素材は、粉砕、爆砕、膨潤、精製、漂白、溶解再生、アルカリ処理などの前処理を施していてもよい。特に、セルロース素材としては、ガスバリア性の高い塗膜や強度のある塗膜を得る場合は、セルロースＩの結晶構造を有する天然由来のセルロースを用いることが好ましい。原料となる天然由来のセルロースとしては、木材パルプ、非木材パルプ、綿パルプ、バクテリアセルロース、ホヤセルロースなどがある。
（カルボキシル基の導入方法）
　セルロースへのカルボキシル基の導入方法としては、一般的に知られる化学的な改質方法を用いることができる。カルボキシメチル化で知られるように、セルロースの水酸基をエステル化・エーテル化してカルボキシル基を導入する手法、水酸基から酸化反応によりカルボキシル基を導入する方法などを選択することができる。
　特に、ガスバリア性の高い塗膜を得るためや、結晶構造を崩さずにカルボキシル基を導入するためには、中でも、ニトロキシラジカル誘導体を触媒とし、次亜ハロゲン酸塩や亜ハロゲン酸塩などを共酸化剤として用いる手法が好ましい。特に、ＴＥＭＰＯ（２，２，６，６－テトラメチルピペリジノオキシラジカル）を触媒とし、アルカリ条件下、好ましくはｐＨ９以上ｐＨ１１以下の範囲で、次亜塩素酸ナトリウムと臭化ナトリウムを含む水系媒体中で行われるＴＥＭＰＯ酸化法が、試薬の入手しやすさ、コスト、反応の安定性の点から好適である。上記のＴＥＭＰＯ酸化法においては、反応の進行に伴いアルカリが消費されるため、随時アルカリ水溶液を添加して、系内のｐＨを一定に保つとよい。
　ＴＥＭＰＯ酸化においては、セルロース分子のピラノース環（グルコース）の第６位水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基を経てカルボキシル基を導入することができる。また、天然セルロースを用いたＴＥＭＰＯ酸化においては、セルロースの構成単位である結晶性のミクロフィブリル表面にのみ酸化が起こり、結晶内部には酸化が起こらない。このため、セルロースＩの結晶構造を維持したまま、微細セルロース繊維を得ることができ、生成する微細セルロース繊維は、高耐熱性、低線膨張率、高弾性率、高強度などの特性を有する。
　ＴＥＭＰＯ酸化に用いる試薬類は、市販のものを容易に入手可能である。反応温度は０℃以上６０℃以下が好適であり、１時間以上１２時間以下程度で微細繊維となり、分散性を示すのに十分な量のカルボキシル基を導入できる。
　ＴＥＭＰＯ類および臭化ナトリウムは、反応の際に触媒量だけ用いればよく、反応後に回収することも可能である。また、上記の反応系では理論上の副生成物は塩化ナトリウムのみであり、廃液の処理も容易で環境への負荷が小さい。
　カルボキシル基の量は、ＴＥＭＰＯ酸化条件を適宜設定することにより調整可能である。セルロース繊維は、後述する分散処理工程を経て、カルボキシル基の電気的反発力により水系媒体中に分散することから、カルボキシル基の含有量が少なすぎると安定的に水系媒体中に分散させることができない。また、多すぎると水への親和性が増し耐水性が低下する。この観点から、カルボキシル基の含有量は、好ましくは０．１ｍｍｏｌ／ｇ以上５．５ｍｍｏｌ／ｇ以下、より好ましくは０．１ｍｍｏｌ／ｇ以上３．５ｍｍｏｌ／ｇ以下であり、さらに好ましくは０．６ｍｍｏｌ／ｇ以上２．５ｍｍｏｌ／ｇ以下である。カルボキシル基を導入する過程では、酸化反応の中間体であるアルデヒド基が生成し、最終生成物中にもアルデヒド基は残存する。アルデヒド基の含有量が多すぎると水系媒体中への分散性が低下したり、膜形成後に変色したりする原因となるため、アルデヒド基の含有量は、好ましくは０．３ｍｍｏｌ／ｇ以下である。
　酸化反応は、他のアルコールを過剰量添加し、系内の共酸化剤を完全に消費させることにより停止する。添加するアルコールとしては、反応をすばやく終了させるため、メタノール、エタノール、プロパノールなどの低分子量アルコールを用いるのが望ましい。この中でも、安全性や酸化により生成する副生成物を考慮し、エタノールが好ましい。
（酸化セルロースの回収）
　酸化反応停止後、生成した酸化セルロースは、ろ過により反応液中から回収することができる。反応停止後の酸化セルロースにおいて、カルボキシル基は、共酸化剤やｐＨ調整用の無機アルカリに由来する金属イオンを対イオンとした塩を形成している。回収の方法としては、カルボキシル基が塩を形成したまま濾別する方法、反応液に酸を添加しｐＨ３以下に調整しカルボン酸としてから濾別する方法、有機溶剤を添加し凝集させた後に濾別する方法がある。その中でも、ハンドリング性や収率、廃液処理の点からカルボン酸に変換し回収する方法が好適である。また、後述する微細セルロース繊維組成物調製の際にも、対イオンとして金属イオンを含有しないほうが溶剤との混和性に優れるため、カルボン酸に変換し回収する方法が好適である。
　なお、酸化セルロース中に含まれる金属イオン含有量は、様々な分析方法で調べることができるが、例えば、電子線マイクロアナライザーを用いたＥＰＭＡ法、蛍光Ｘ線分析法の元素分析によって簡易的に調べることができる。塩を形成したまま濾別する方法により回収した場合、金属イオンの含有率は、５ｗｔ％以上であるのに対し、カルボン酸としてから濾別する方法により回収した場合、金属イオン含有量は、１ｗｔ％以下となる。特に、下記のような方法により酸化セルロースを洗浄した場合には、金属イオン含有量は、検出限界以下となる。
（洗浄）
　回収した酸化セルロースは、洗浄を繰り返すことにより精製でき、触媒や副生成物である塩化ナトリウム、イオンなどの残渣を取り除くことができる。このとき、洗浄液としては水が好ましく、さらに塩酸などを用いｐＨ３以下、より好ましくはｐＨ１．８以下の酸性条件に調整し洗浄を行った後、水による洗浄を行うと、金属イオンを上記分析方法における検出限界量以下とすることができる。または、残存する金属イオン量をより低減させるため、酸性条件での洗浄を複数回行ってもよい。また、セルロース中に塩等が残留していると、後述の分散工程にて分散しにくくなるため、水洗浄は複数回洗浄を行うことが好ましい。
　次に、酸化セルロースを分散処理し、微細セルロース繊維分散液を調製する工程を説明する。
（分散工程）
　洗浄した酸化セルロースを微細化する工程としては、まず、酸化セルロースを分散媒である水系媒体に浸漬する。この時、浸漬した液のｐＨは、例えば、４以下となる。酸化セルロースは水系媒体に不溶であり、浸漬した時点では不均一な懸濁液となっている。
　酸化セルロース懸濁液において、酸化セルロースの固形分濃度は、１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。固形分濃度が５質量％以下、特に、３質量％以下であると、分散性、透明性が良好である。固形分濃度が１０質量％を超えると、分散液の粘度が著しく上昇し、分散処理が困難になる。固形分濃度の下限は、特に限定されず、０質量％超であればよい。
　次に、アルカリを用いて、酸化セルロース懸濁液のｐＨをｐＨ４以上ｐＨ１２以下の範囲に調整する。特に、ｐＨをｐＨ７以上ｐＨ１２以下のアルカリ性とし、カルボン酸塩を形成する。これにより、カルボキシル基同士の電気的反発が起こりやすくなるため、分散性が向上し、微細セルロース繊維を得やすくなる。ここで、ｐＨ４未満でも機械的分散処理により酸化セルロースを微細繊維化することは可能であるが、分散処理により長時間・高エネルギーを要し、得られる繊維の繊維径も本発明のものより大きくなり、分散液の透明性が劣る。一方、ｐＨ１２を超えると分散処理中に酸化セルロースのβ脱離反応による低分子量化や分散液の黄変が促進されるため、製膜後の膜強度や透明性が劣る。
　アルカリとしては、種類に限定されず、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウムなどの無機アルカリを用いることができる。または、アンモニア水または有機アルカリを用いてｐＨを調整することも可能である。有機アルカリとしては、各種脂肪族アミン、芳香族アミン、ジアミンなどのアミン類や水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラｎ－ブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム、水酸化２－ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム、などＮＲ４ＯＨ（Ｒはアルキル基、ベンジル基、フェニル基またはヒドロキシアルキル基で、４つのＲが同一でも異なっていてもよい。）で表される水酸化物イオンを対イオンとする第４級アンモニウム化合物、水酸化テトラエチルホスホニウムなどの水酸化ホスホニウム化合物、水酸化オキソニウム化合物、水酸化スルホニウム化合物、などの水酸化物イオンを対イオンとする有機オニウム化合物が挙げられる。有機アルカリを用いた場合も、アルカリの種類によらず、無機アルカリを用いた場合と同様の分散処理により繊維を微細化することが可能である。
　特に、アルカリとして有機アルカリを用いると、金属イオンを対イオンとする無機アルカリを用いた場合よりも、低エネルギー、短時間で分散処理を行うことができ、かつ最終的到達する分散液の透明性も高い。これは、有機アルカリを用いた方が対イオンのイオン径が大きいため、分散媒中で微細セルロース繊維同士をより引き離す効果が大きいためと考えられる。
　さらに、有機アルカリを用いると、有機溶剤に対する親和性が高いため、分散媒としてアルコールなどの有機溶剤を用いた際にも、微細セルロース繊維分散液を調製することができる。さらに、水系媒体中で分散処理した微細セルロース繊維分散液に、分散処理後に有機溶剤を添加することも可能である。水系媒体としては、水、または水と有機溶剤との混合溶剤が挙げられる。有機溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、２－プロパノール（ＩＰＡ）などのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）などのケトン類、１，４－ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などのエーテル類、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトニトリル、酢酸エチル、グリセリンなどが挙げられる。これらのいずれか１種単独でも、２種以上の混合溶媒でもよい。
　さらに、有機アルカリを用いると、無機アルカリに比べ、微細セルロース繊維分散液の粘度とチキソ性を低下させることができ、分散処理のし易さと、後述する塗工工程での塗り易さの点で有利である。通常、微細セルロース繊維分散液はゲル状となり、高濃度化するに従い粘度が上昇するため、分散処理において大きなエネルギーが必要となり、分散処理が困難になってくるが、有機アルカリを用いると、微細セルロース繊維分散液の粘度が低下するため分散処理が容易になる。有機アルカリと溶剤の組み合わせにより、分散液の粘度特性を調整することが可能であり、塗工性も高めることができる。
　また、後述のように、アンカー層（２）の中に、カルボジイミド基、オキサゾリン基、エポキシ基、アミノ基などのカルボキシル基などと反応しうる化合物が含まれている場合、特に、沸点の低いアンモニア、トリエチルアミンなどの有機アルカリを微細セルロース繊維分散液のアルカリとして用いると、コーティング後の乾燥、またはその後のエージング・キュアリング処理中にアルカリが揮発し、カルボキシル基が反応性を増し、アンカー層（２）に含まれる反応性化合物との反応が進行することで、更に密着性の向上や経時劣化の防止の効果が高い。上記の理由からも、微細セルロース繊維層に含まれる微細セルロース繊維のカルボキシル基は、無機アルカリにより形成された無機塩を形成しているより、反応が進行しやすいアンモニウム塩またはアミン塩を形成していることが好ましい。ここで、アミン塩としては、トリエチルアミン塩、テトラメチルアミン塩などが挙げられる。
　また、微細セルロース繊維のカルボキシル基は、塩を形成せず、カルボキシル基の状態、すなわち、「－ＣＯＯＨ」の状態で存在していても、反応が進行しやすいため好ましい。
　酸化セルロース懸濁液の分散処理の方法としては、既に知られている各種分散処理が可能である。例えば、ホモミキサー処理、回転刃つきミキサー処理、高圧ホモジナイザー処理、超高圧ホモジナイザー処理、超音波ホモジナイザー処理、ナノジナイザー処理、ディスク型レファイナー処理、コニカル型レファイナー処理、ダブルディスク型レファイナー処理、グラインダー処理、ボールミル処理、ニ軸混練機による混練処理、水中対向処理などがある。この中でも、微細化効率の面から回転刃つきミキサー処理、高圧ホモジナイザー処理、超高圧ホモジナイザー処理、超音波ホモジナイザー処理が好適である。なお、これらの処理のうち二つ以上の処理方法を組み合わせて分散を行うことも可能である。
　分散処理を行うと、酸化セルロース懸濁液は目視上均一な透明分散液となる。分散処理により酸化セルロースは微細化し、微細セルロース繊維となる。
　分散処理後の微細セルロース繊維は、数平均繊維径（繊維の短軸方向の幅）が、好ましくは０．００１μｍ以上０．２００μｍ以下であり、より好ましくは０．００１μｍ以上０．０５０μｍ以下である。微細セルロース繊維の数平均繊維径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により確認できる。分散が不十分・不均一で、一部に繊維径の大きいものが含まれていると、微細セルロース繊維を含む塗液を製膜した際、膜の透明性や平滑性が著しく低下してしまう問題がある。
　上記の方法などで製造したカルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む塗液としては、上記微細セルロース繊維分散液をそのまま塗液として用いることもでき、また、公知の樹脂や溶剤を添加してもよい。また、上記の方法などで製造したカルボキシル基を有する微細セルロース繊維を単離し、公知の樹脂や溶剤を混合して、別途塗液を調製してもよい。
　微細セルロース繊維層は、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む塗液を塗布することにより形成される。微細セルロース繊維を含む塗液を塗布する方法としては、特に限定されず、コーティング法、キャスト法等の公知の方法が利用できる。コーティング法としては、グラビアコート法、グラビアリバースコート法、ロールコート法、リバースロールコート法、マイクログラビアコート法、コンマコート法、エアナイフコート法、バーコート法、メイヤーバーコート法、ディップコート法、ダイコート法、スプレーコート法等が挙げられ、いずれの方法を用いてもよい。
　微細セルロース繊維層の厚みは、０．０５μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上２μｍ以下がより好ましい。微細セルロース繊維層の厚みが２０μｍより大きいと、加工性に劣る場合があり、微細セルロース繊維層の厚みが０．０５μｍより小さいと、ガスバリア性が低下するおそれがある。
　微細セルロース繊維層は、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維のほか、無機層状化合物や有機金属化合物などの各種添加剤を含んでいてもよい。
　無機層状化合物としては、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、アンチゴライト、クリソタイル、パイロフィライト、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、スチーブンサイト、テトラシリリックマイカ、ナトリウムテニオライト、白雲母、マーガライト、タルク、バーミキュライト、金雲母、ザンソフィライト、緑泥石などを用いることができる。これらの無機層状鉱物は天然のものでも、合成のものでも構わない。特に、無機層状化合物としては、ガスバリア性、分散性、微細セルロース繊維との混ざりやすさ、膜の凝集力の点で、モンモリロナイトであることが好ましい。これらの無機層状鉱物の配合量としては、特に限定されるものではなく、０．０１％以上９９％以下の範囲のうち、要求される仕様を満たす範囲内で添加することができる。特に、積層体の密着の面からは、０．０１％以上６７％以下の範囲であるとより好ましい。
　また、有機金属化合物としては、下記一般式、
　ＡｍＭ（ＯＲ）ｎ－ｍ
（式中、Ａは炭素数１個以上１０個以下の炭素主鎖１種類以上で構成され、Ｍは金属元素、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属元素の酸化数、ｍは置換数（０≦ｍ＜ｎ）を表す）で示される有機金属化合物または該有機金属化合物の加水分解物あるいは重合体である。具体的には、ＴｉやＺｒ、Ｓｉの金属アルコキシドが挙げられ、特に珪素アルコキシドが良好な性能を示す。テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン等のテトラアルコキシ体又はその重合物、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン等のトリアルコキシ体又はその重合物、ジメトキシシラン、ジエトキシシラン等のジアルコキシ体又はその重合物、その他、Ｃ－Ｓｉ結合をもつメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジメトキシシラン等、又は、官能基を有するものとして、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
　次に、基材（１）について説明する。基材としては、特に限定されず、一般的に使用されている種々のシート状の基材（フィルム状のものを含む）のなかから、用途に応じて適宜選択して使用することができる。このような基材の材料として、たとえば、紙、板紙、ポリ乳酸、ポリブチルサクシネート等の生分解性プラスチック、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸等）、ポリアミド樹脂（ナイロン－６、ナイロン－６６等）、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、これらの高分子を構成するモノマーのいずれか２種以上の共重合体等が挙げられる。基材は、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤等の公知の添加剤を含有してもよい。
　特に、紙やポリ乳酸、ポリブチルサクシネートなどの生分解性プラスチック、バイオポリエチレンなど、バイオマス由来材料からできた基材を用いると、環境負荷の少ない天然物由来材料である微細セルロース繊維の利点を最大限に生かすことができるため、好ましい。
　基材は、表面にコロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、フレーム処理等の表面処理が施されていてもよい。表面処理を施すことで、表面に積層される層（例えば、微細セルロース繊維層）との濡れ性や密着性がさらに向上する。これらの表面処理は公知の方法により実施できる。
　基材の厚みは、当該積層材料の用途に応じて適宜設定できる。例えば、包装材料として用いられる場合、通常、５μｍ以上２００μｍ以下の範囲内であり、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。コストや省資源の観点からは、１０μｍ以上３０μｍ以下が最も好ましい。
　特に、本発明の積層体は、基材、アンカー層、微細セルロース繊維層に、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基を有しており、それらの極性同士が引き合うこと、または、アンカー層に含まれる後述の反応性化合物との反応により、密着、塗れ性、経時安定性が向上するため、基材の材料もカルボキシル基またはスルホン酸基、アミノ基または水酸基を有するものが好ましい。特に、ポリエステル樹脂が好ましい。
　また、通常のポリエステル樹脂は、末端のカルボキシル基が若干残っているのみに過ぎないが、これらのポリエステル樹脂を変性、改質し、より多くのカルボキシル基やスルホン酸基などを表面あるいは内部まで導入したポリエステル樹脂は、密着、塗れ性、経時安定性向上の効果が高く、より好ましい。また、ポリエステル樹脂の中でも、前述の環境負荷の少ない天然物由来材料である微細セルロース繊維の利点を最大限に生かすというメリットから、ポリ乳酸からなる基材を用いると、より好ましい。
　次に、アンカー層（２）について説明する。本発明の積層体は、アンカー層を備えていることを特徴としている。これにより、微細セルロース繊維層に含まれる微細セルロース繊維が、剛直な性質であり高い弾性率を有すること、繊維形状であるため基材への接点の面積が小さいこと、および反応性が低いことにより、基材への密着性が低いという課題、また、微細セルロース繊維に用いられる分散媒が水系であることによる基材に対するはじきや塗れ性、塗工性に関する課題、さらに、基材の化学的不安定性や低分子量分子のブリード、結晶化、表面劣化のために、成膜後に経時で基材及び被膜が劣化し、密着性の低下が見られるといった課題を解決し、微細セルロース繊維の水系分散液からなる塗液を均一に塗工し、かつ基材との密着性を確保し、さらに、経時での密着性、基材及び微細セルロース繊維の劣化を抑えることが可能になる。
　また、アンカー層には、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基を有する樹脂を少なくとも１種類以上含むことが好ましい。当該樹脂を含む場合、基材または微細セルロース繊維に存在するカルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基の極性同士が引き合うこと、また、アンカー層に含まれる反応性化合物と反応することにより、密着、塗れ性、経時安定性が向上する。特に、カルボキシル基を有する樹脂を含むことにより、極性同士の相互作用と、アンカー層に含まれる反応性化合物との反応による共有結合、また、それらの相乗効果により、これらの性能の向上効果が著しい。アンカー層に含まれる樹脂は、上記官能基を１種類だけ有しても、複数有してもよい。また、前述の効果を阻害しなければ、上記官能基以外の官能基を有していてもよい。
　これらの官能基を有する樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアクリル酸樹脂もしくはポリオレフィン樹脂またはこれらの共重合体などを用いることができる。これらの樹脂は、酸変性した樹脂、酸化処理により変性した樹脂、あるいは化学改質により、上記官能基または他の官能基を導入した樹脂でもよい。これらの樹脂の中でも、特に、ポリウレタン樹脂、ポリアクリル酸樹脂、ポリエステル樹脂が、微細セルロース繊維との密着、塗れ性の向上に効果が高い。また、基材がポリエステル樹脂のとき、アンカー層にもポリエステル樹脂を用いると、極性同士の相互作用と、分子間力、アンカー層に含まれる反応性化合物との反応による共有結合、また、それらの相乗効果により、特に、各層間での密着の向上効果、経時安定性の効果が著しい。例えば、ポリ乳酸の基材を用いて、ポリ乳酸系の樹脂をアンカー層として用いる場合、特に、大抵の被膜とも密着が悪いポリ乳酸の基材にも、微細セルロース繊維層との密着を向上させることができる。上記樹脂は、アンカー層に少なくとも１種類含まれていればよく、上記樹脂を複数組み合わせて含まれていてもよい。また、前述の効果を阻害しなければ、上記樹脂以外の樹脂と組み合わせて含まれていてもよい。
　また、アンカー層に含まれる樹脂の酸価は、１２以上が好ましく、２０以上がより好ましい。酸価は、上記官能基の量や前述の効果に影響し、１２より小さいと、密着性と塗れ性および経時安定性向上の効果が少ない。２０以上であると、これらの効果が高い上、アンカー層に含まれる化合物との反応性も良好になり、５０以上であると、反応性化合物がないあるいは少なくても極性同士の相互作用が大きく表れる。しかし、２００より大きいと、耐水性およびブロッキング性にも影響を及ぼすことがあるため、１２以上２００以下がより好ましい。
　また、アンカー層に含まれる樹脂がカルボキシル基を持つ場合、そのカルボキシル基は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの金属水酸化物、アンモニウム、ジエチルアンモニウムなどの有機アンモニウムなどを用いて各種塩を形成することができる。これらのカルボキシル基の状態は、樹脂の溶解性、溶媒の種類に大きく影響する。特に、後述の反応性化合物を含む場合、アンカー層に含まれる樹脂のカルボキシル基が、アンモニウム塩またはアミン塩を形成していると、低温で反応が進行するため好ましい。ここで、アミン塩としては、トリエチルアミン塩、テトラメチルアミン塩などが挙げられる。
　また、アンカー層に含まれる樹脂のカルボキシル基は、塩を形成せず、カルボキシル基の状態、すなわち、「－ＣＯＯＨ」の状態で存在していても、低温で反応が進行するため好ましい。
　また、アンカー層の厚みは、３ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましい。３ｎｍ未満であると、微細セルロース繊維の繊維幅よりも小さくなり、接点が少なくなることからも塗工性、経時安定性、特に密着向上の効果が殆ど現れない。一方、１０μｍを越えると、厚すぎて効率が悪い上、アンカー層と微細セルロース繊維層の歪みによる反りやカールが生じる。反りやカールの面からは、３ｎｍ以上５μｍ以下が好ましい。特に、コスト面や乾燥効率などの面から、３ｎｍ以上２μｍ以下がより好ましい。
　更に、アンカー層は、反応性化合物を含むことが好ましい。これらの反応性化合物は、アンカー層に含まれる樹脂との反応を促進し、また、微細セルロース繊維のカルボキシル基や水酸基などの官能基、更には、基材に含まれる官能基と反応することが好ましい。これらの相乗効果により、各層間での密着、塗工性、経時安定性を発揮することができる。反応性化合物としては、特に限定されないが、カルボジイミド基、オキサゾリン基、イソシアネート基、エポキシ基、アミノ基などを有する化合物が好ましく用いられる。中でも、カルボジイミド基、オキサゾリン基、イソシアネート基を含む化合物は、基材、アンカー層、微細セルロース繊維層に含まれる水酸基やカルボキシル基などとの反応を効率よく、しかも、低温度で反応することが可能なため、ポリエステルや、ポリオレフィン、特に、ポリ乳酸など熱による伸縮が大きい基材を用いる際に高い反応性を発揮する。
　また、カルボジイミド基、オキサゾリン基は、室温など低温で緩やかに反応するため、ポリ乳酸などの基材とアンカー層、微細セルロース繊維との密着を経時で安定させることができる。特に、アンカー層を形成するときの乾燥温度を８０℃以下の低温でとどめ、その上に微細セルロース繊維層を設けることで、アンカー層中の未反応のカルボジイミド基、オキサゾリン基が、基材や微細セルロース繊維層の劣化や密着性の低下を防ぐことができる。アンカー層を形成するときの乾燥温度は、劣化や密着性の低下を防ぐ効果が大きいことと、特に、基材として耐熱性が低いポリ乳酸などを用いる場合は、基材の変形を最小限に抑えるという面でも、６０℃以下にすることがより好ましい。
　また、これらの反応性化合物の分子量は、１０００以上であることが好ましい。反応性化合物の分子量が１０００より小さい場合、アンカー層が脆くなり、剛直な微細セルロス繊維からなる層や硬い基材との密着が安定せず、弱くなり易い。例えば、１０００より大きい分子量の反応性化合物を用いた場合、積層体の厚み方向で見たときの最も弱い層の強度をラミネート強度として測定した時に、１．５Ｎ以上に保つことができる。
　また、反応性化合物の分子量の上限は特に特定されないが、アンカー層の塗液粘度や膜強度、熱特性を考慮し、適宜調整される。
　本発明の積層体（１０）は、アンカー層（２）、微細セルロース繊維層（３）のほかに、必要に応じて、無機蒸着層や熱溶着可能な熱可塑性樹脂層など各種機能層を有してもよい。
　無機蒸着層は、積層体のガスバリア性、水蒸気バリア性をさらに向上させるために設ける層であり、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素などからなる。無機蒸着層の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ気相成長法などが挙げられる。無機蒸着層は、微細セルロース繊維層の表面に設けることが好ましい。
　また、熱溶着可能な熱可塑性樹脂層は、本発明の積層体を用いて袋状包装体などを形成する際に、密封層として設けられるものである。図２に、本発明の熱可塑性樹脂層を設けた積層体（２０）を示す。熱可塑性樹脂層（５）は、基材（１）の一方の面にアンカー層（２）を介して積層された微細セルロース繊維層（３）上に、接着層（４）を介して積層される。
　熱可塑性樹脂層（５）としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－メタクリル酸共重合体、エチレン－メタクリル酸エステル共重合体、エチレン－アクリル酸共重合体、エチレン－アクリル酸エステル共重合体またはそれらの金属架橋物等の樹脂からなる熱溶着可能なフィルムが用いられる。
　微細セルロース繊維層上への熱可塑性樹脂層の形成方法としては、熱可塑性樹脂層であるフィルムを、２液硬化型ウレタン樹脂などの接着剤を用いて、微細セルロース繊維層の表面に貼り合わせるドライラミネート法等を用いることが一般的であるが、コーティング、ノンソルベントラミネート、ウェットラミネート、押し出しラミネートなどいずれも公知の方法により積層することもできる。
　このように、熱可塑性樹脂層は、微細セルロース繊維層の表面に、接着層を介して設けることが好ましい。また、微細セルロース繊維層と熱可塑性樹脂層との間には、接着層のほかに、印刷層など他の層を設けてもよい。
　以下実施例、比較例について説明する。なお、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
（酸化セルロースの調製方法１）
　セルロースとして汎用的に入手可能な針葉樹漂白パルプを用いた。
　セルロース６０ｇ（絶乾質量換算）を蒸留水１０００ｇに加え撹拌し、膨潤させた後ミキサーにより解繊した。ここに、蒸留水２２００ｇと、予め蒸留水４００ｇに溶解させたＴＥＭＰＯを０．６ｇ、臭化ナトリウム６ｇの溶液を加え、２ｍｏｌ／Ｌ濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液１７２ｇを滴下により添加し、酸化反応を開始した。反応温度は常に２０℃以下に維持した。反応中は系内のｐＨが低下するが、０．５ＮのＮａＯＨ水溶液を逐次添加し、ｐＨ１０に調整した。そして、４時間反応させた時点で、エタノール６０ｇを添加し、反応を停止した。続いて、反応液に０．５ＮのＨＣｌを滴下しｐＨを２まで低下させた。ナイロンメッシュを用いてこの反応液をろ過し、固形分をさらに水で数回洗浄し、反応試薬や副生成物を除去し、固形分濃度７％の水を含有した酸化セルロース１を得た。
（酸化セルロースの調製方法２）
　反応温度を３０℃とする以外は、調製方法１と同様の調製方法により、酸化セルロース２を得た。
（官能基の導入量の測定）
　絶乾質量換算で０．２ｇの凍結乾燥した酸化セルロースをビーカーに量りとり蒸留水を加えて６０ｇとした。０．１ＭのＮａＣｌ水溶液を０．５ｍＬ加え、０．５Ｍの塩酸でｐＨを２とした後０．５ＭのＮａＯＨ水溶液を滴下して伝導度測定を行った。測定はｐＨが１１程度になるまで続けた。弱酸の中和段階に相当する部分がカルボキシル基量となるので、得られた伝導度曲線からＮａＯＨの添加量を読み取ると、酸化セルロース１および２のカルボキシル基の含有量は、それぞれ１．６ｍｍｏｌ／ｇ、２．５ｍｍｏｌ／ｇであった。
　次に、絶乾質量換算で２ｇ湿潤酸化セルロースに０．５Ｍの酢酸２０ｍＬと蒸留水６０ｍＬと亜塩素酸ナトリウム１．８ｇを加えｐＨ４に調整し４８時間反応させた。この後、上記と同様の手法でカルボキシル基の含有量を測定したところ、それぞれ１．８ｍｍｏｌ／ｇ、２．６ｍｍｏｌ／ｇであった。これより、アルデヒド基の含有量は、それぞれ０．２ｍｍｏｌ／ｇ、０．１ｍｍｏｌ／ｇと算出できた。酸化セルロース１および２のカルボキシル基の含有量およびアルデヒド基の含有量を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（微細セルロース繊維分散液１の調製）
　上記により調製した固形分濃度７％の酸化セルロース１を５７．１４ｇ（固形分４ｇ）に蒸留水と、０．１Ｎのアンモニア水溶液を加え、ｐＨ１０の酸化セルロース懸濁液４００ｇとした。調製した懸濁液を回転刃つきミキサーにて６０分間処理し、微細セルロース繊維分散液１を得た。
（微細セルロース繊維分散液２の調製）
　上記により調製した固形分濃度７％の酸化セルロース１を５７．１４ｇ（固形分４ｇ）に蒸留水と０．５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を加え、ｐＨ６．８の酸化セルロース懸濁液４００ｇとした。調製した懸濁液を高圧ホモジナイザーにて処理し、微細セルロース分散液２を得た。
（微細セルロース分散液３の調製）
　上記により調製した固形分濃度７％の酸化セルロース２を５７．１４ｇ（固形分４ｇ）に蒸留水と無機層状鉱物（モンモリロナイト）を固形分で２ｇ、０．５Ｎ水酸化ナトリウム水溶液を加え、ｐＨ８の酸化セルロース懸濁液４００ｇとした。調製した懸濁液を回転刃つきミキサーにて２０分間処理し、微細セルロース繊維分散液３を得た。
　微細セルロース分散液１から３の調製で用いた酸化セルロース、アルカリ、添加剤を表２に示す。また、微細セルロース分散液１から３に含まれる微細セルロース繊維の数平均繊維径を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観測した高さの２０点の平均から求めた。その結果も併せて表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（アンカー層形成用塗液）
　下記樹脂１～７と下記添加剤１～３の組み合わせにより、樹脂１００重量部に対し添加剤１０重量部を混合し、アンカー層を形成するための塗液（アンカー層形成用塗液）１～１０を調製した。アンカー層形成用塗液における樹脂１～７と添加剤１～３の組み合わせ、用いた溶媒および固形分濃度を表３に示す。
［樹脂１～７］
　樹脂１・・・ポリエスター　ＷＲ－９６１
　　　　　　　（カルボキシル基含有ポリエステル、アンモニウム塩型、酸価６０－７０）
　　　　　　　日本合成化学製
　樹脂２・・・ポリエスター　ＷＲ－９０１
　　　　　　　（硫酸ナトリウム基含有ポリエステル、酸価５以下）
　　　　　　　日本合成化学製
　樹脂３・・・アローベース　ＳＢ－１０１０
　　　　　　　（カルボキシル基含有酸変性ポリオレフィン、アンモニウム塩型、
　　　　　　　　酸価１２以上）
　　　　　　　ユニチカ製
　樹脂４・・・ＮＴ－ハイラミック
　　　　　　　（ポリウレタン）
　　　　　　　大日精化製
　樹脂５・・・バイロエコール　ＢＥ－６００
　　　　　　　（ポリ乳酸）
　　　　　　　東洋紡績製
　樹脂６・・・キトサン
　　　　　　　大日精化製
　樹脂７・・・ダイヤナール　ＢＲ－１０７
　　　　　　　（アクリル）
　　　　　　　三菱レイヨン製
［添加剤１～３］
　添加剤１・・・ＳＶ－０２
　　　　　　　　（水溶性ポリカルボジイミド　分子量１０００以上）
　　　　　　　　日清紡製
　添加剤２・・・エポクロスＷＳ－５００
　　　　　　　　（オキサゾリン　分子量７００００）
　　　　　　　　日本触媒製
　添加剤３・・・タケネートＡ６５
　　　　　　　　（イソシアネート）
　　　　　　　　三井化学製
　添加剤４・・・ＥＸ６１４
　　　　　　　　（エポキシ）
　　　　　　　　ナガセケムテックス製
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
＜実施例１～９＞
　基材として、表面をコロナ処理した厚み２５μｍのポリ乳酸フィルムを用意した。基材のコロナ処理面上に、アンカー層形成用塗液１～９をバーコーターを用いて塗布した後、６０℃で２０分間乾燥処理することにより、厚み約０．２μｍのアンカー層を形成した。
　アンカー層上に、微細セルロース繊維分散液１をバーコーターを用いて塗布した後、６０℃で２０分間乾燥処理することにより、厚み約０．２μｍの微細セルロース繊維層を形成した。
　さらに、微細セルロース繊維層上に、ウレタンポリオール系接着剤を用いて、ドライラミネートにより、熱溶着可能な熱可塑性樹脂層である厚み７０μｍのポリプロピレンフィルムを貼り合わせて、基材／アンカー層／微細セルロース繊維層／接着層／熱可塑性樹脂層の積層体を得た。
＜実施例１０～１２＞
　基材として、表面をコロナ処理した厚み２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用意した。基材のコロナ処理面上に、アンカー層形成用塗液２、３、４をバーコーターを用いて塗布した後、８０℃で２０分間乾燥処理することにより、厚み約０．２μｍのアンカー層を形成した。
　アンカー層上に、微細セルロース繊維分散液２をバーコーターを用いて塗布した後、１００℃で２０分間乾燥処理することにより、厚み約０．２μｍの微細セルロース繊維層を形成した。
　さらに、微細セルロース繊維層上に、ウレタンポリオール系接着剤を用いて、ドライラミネートにより、熱可塑性樹脂層である厚み７０μｍのポリプロピレンフィルムを貼り合わせて、基材／アンカー層／微細セルロース繊維層／接着層／熱可塑性樹脂層の積層体を得た。
＜実施例１３＞
　基材として、表面をコロナ処理した厚み２０μｍの延伸ポリプロピレンフィルムを用意した。基材のコロナ処理面上に、アンカー層形成用塗液４をバーコーターを用いて塗布した後、８０℃で２０分間乾燥処理することにより、厚み約１μｍのアンカー層を形成した。
　アンカー層上に、微細セルロース繊維分散液３をバーコーターを用いて塗布した後、８０℃で２０分間乾燥処理することにより、厚み約０．５μｍの微細セルロース繊維層を形成した。
　さらに、微細セルロース繊維層上に、ウレタンポリオール系接着剤を用いて、ドライラミネートにより、熱可塑性樹脂層である厚み７０μｍのポリプロピレンフィルムを貼り合わせて、基材／アンカー層／微細セルロース繊維層／接着層／熱可塑性樹脂層の積層体を得た。
＜比較例１＞
　基材のコロナ処理面上にアンカー層を形成せず、直接微細セルロース繊維分散液１をバーコーターを用いて塗布した以外は、実施例１～９と同様にして積層体を得た。
＜比較例２＞
　アンカー層形成用塗液として、アンカー層形成用塗液９を用いた以外は、実施例１０～１２と同様にして積層体を得た。なお、アンカー層形成用塗液１０は塗工性が悪く、形成したアンカー層に直接微細セルロース繊維分散液を塗布することが困難であったため、アンカー層表面にコロナ処理を過剰に加え、その後微細セルロース繊維層を設けた。
［塗工性評価］
　実施例１～１３および比較例１、２の積層体を作製する際の、微細セルロース繊維分散液を塗布する工程において、実施例１～１３では、微細セルロース繊維分散液の塗れ性が良好で、特にはじきやムラ等が観察されることはなかった。また、比較例２では、アンカー層表面にコロナ処理を過剰に加えたため、微細セルロース繊維分散液の塗れ性はある程度良好であった。
　一方、比較例１では、塗れ性が悪く、微細セルロース繊維分散液のはじきやムラが目視で観察できた。
［通常条件での酸素透過度測定］
　積層体の酸素透過度（ｃｍ３／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ）を、２５℃、４０％ＲＨ雰囲気下で、酸素透過度測定装置ＭＯＣＯＮ　ＯＸ－ＴＲＡＮ　２／２１（モダンコントロール社製）を用いて測定することで、通常条件下での酸素バリア性を評価した。
［高湿度条件での水蒸気透過率測定］
　積層体の水蒸気透過度（ｇ／ｍ２／ｄａｙ）を、４０℃、９０％ＲＨ雰囲気下で、ＪＩＳ　Ｚ０２０８に準拠し、カップ法により測定することで、高湿度条件での水蒸気バリア性を評価した。
［密着性試験］
　積層体を幅１５ｍｍ長さ１００ｍｍの短冊状に切りとり、剥離速度３００ｍｍ／ｍｉｎ．におけるＴ型剥離強度を測定した。
［経時安定性試験］
　積層体を４０℃９０％の環境下で１週間保管し、前述の密着性試験の方法と同様に密着性を評価した。
　以上の評価結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　以上の結果から、本発明の積層体は、塗れ性や塗工性が良好で、微細セルロース繊維層がムラになることなく、均一な膜を形成することができるため、外観も良好で、酸素透過率および水蒸気透過率が小さく、良好なバリア性を示したといえる。
　また、密着性に関しても、実施例のものは良好な結果を示しており、経時安定性に関しても良好な結果を示した。また、これらの効果は、アンカー層に反応性化合物が含まれるもの、アンカー層形成用塗液の塗布後の乾燥温度を６０℃以下で加工したものほど大きい結果となった。
　本発明の積層体は、食品や医薬品をはじめとする包装材料分野において、内容物を保護するために、包装材料を透過する酸素や水蒸気などの気体を遮断するフィルムやシート、または、ボトルなどの成形物等に用いることができる。
１・・・基材
２・・・アンカー層
３・・・微細セルロース繊維層
４・・・接着層
５・・・熱可塑性樹脂層
１０、２０・・・積層体

Claims (13)

  1. 　少なくとも、基材と、前記基材の一方の面に、アンカー層と、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む微細セルロース繊維層とをこの順に設けた積層体であって、
    　前記アンカー層が、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基を有する樹脂を少なくとも１種類以上含むことを特徴とする積層体。
  2. 　前記微細セルロース繊維が、酸化反応によりカルボキシル基が導入された酸化セルロースであり、前記カルボキシル基の含有量が、０．１ｍｍｏｌ／ｇ以上５．５ｍｍｏｌ／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
  3. 　前記微細セルロース繊維の数平均繊維径が、０．００１μｍ以上０．２００μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の積層体。
  4. 　前記微細セルロース繊維のカルボキシル基が、アンモニウム塩またはアミン塩を形成していることを特徴とする請求項３に記載の積層体。
  5. 　前記アンカー層に含まれる樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアクリル酸樹脂もしくはポリオレフィン樹脂またはこれらの共重合体であることを特徴とする請求項３に記載の積層体。
  6. 　前記アンカー層が、カルボキシル基を有する樹脂を少なくとも含み、前記樹脂のカルボキシル基が、アンモニウム塩またはアミン塩を形成していることを特徴とする請求項３に記載の積層体。
  7. 　前記アンカー層が、更に、カルボジイミド基、オキサゾリン基、イソシアネート基またはエポキシ基を有する反応性化合物を含むことを特徴とする請求項５に記載の積層体。
  8. 　前記基材が、ポリエステル樹脂からなり、前記アンカー層が、カルボキシル基を有するポリエステル樹脂と、カルボジイミド基またはオキサゾリン基を有する反応性化合物とを含むことを特徴とする請求項７に記載の積層体。
  9. 　前記基材を構成するポリエステル樹脂が、ポリ乳酸であることを特徴とする請求項８に記載の積層体。
  10. 　前記反応性化合物の分子量が、１０００以上であることを特徴とする請求項７に記載の積層体。
  11. 　前記アンカー層に含まれる樹脂の酸価が、１２以上であることを特徴とする請求項７に記載の積層体。
  12. 　前記アンカー層の厚みが、３ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の積層体。
  13. 　少なくとも、基材と、前記基材の一方の面に、アンカー層と、カルボキシル基を有する微細セルロース繊維を含む微細セルロース繊維層とをこの順に設けた積層体の製造方法であって、
    　前記基材の一方の面に、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基または水酸基を有する樹脂を少なくとも１種類以上と、カルボジイミド基、オキサゾリン基、イソシアネート基またはエポキシ基を有する反応性化合物とを含む塗液を用いて塗膜を形成する工程と、
    　前記塗膜を８０℃以下で乾燥させて前記アンカー層を形成する工程と、
    　前記アンカー層の上に前記微細セルロース繊維層を形成する工程と
    を備えることを特徴とする積層体の製造方法。
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