(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃度３〜６重量％のセルロースパルプの水懸濁液を、重量平均繊維長０．４〜１．２ｍｍ、０．１重量％でのカナダ標準濾水度４００ｃｃ以下に予備叩解し、この予備叩解スラリーをホモジナイザー処理する微小繊維状セルロースの製造方法であって、前記微小繊維状セルロースの２重量％水懸濁液の粘度が５,０００〜１５,０００ｍＰａ・ｓである製造方法。
【請求項２】
予備叩解処理のパス回数が３〜２０回である請求項１記載の微小繊維状セルロースの製造方法。
【請求項３】
セルロースパルプの水懸濁液を、重量平均繊維長０．４〜１．２ｍｍ、０．１重量％でのカナダ標準濾水度５０〜４００ｃｃに予備叩解したのち、ホモジナイザー処理する請求項１記載の微小繊維状セルロースの製造方法。
【請求項４】
セルロースパルプの水懸濁液を、重量平均繊維長０．７〜１．２ｍｍ、０．１重量％でのカナダ標準濾水度７０〜２００ｃｃに予備叩解したのち、ホモジナイザー処理する請求項１記載の微小繊維状セルロースの製造方法。
【請求項５】
微小繊維状セルロースの保水値が３３０〜５００重量％、２重量％水懸濁液の粘度が６，０００〜１５，０００ｍＰａ・ｓ、重量平均繊維長が０．２〜０．６ｍｍである請求項１記載の微小繊維状セルロースの製造方法。
【請求項６】
微小繊維状セルロースの保水値が４００〜５００重量％、２重量％水懸濁液の粘度が８，０００〜１２，０００ｍＰａ・ｓ、重量平均繊維長が０．２〜０．５ｍｍである請求項１記載の微小繊維状セルロースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルロース繊維をフィブリル（微細）化して得られる微小繊維状セルロースおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セルロース繊維を微細化しフィブリル化セルロースを得るため、繊維に機械的せん断力を与える方法が知られており、高圧ホモジナイザーを用いて高フィブリル化セルロース繊維を得る製造方法がいくつか提案されている。
【０００３】
例えば、特公昭６０−１９９２１号公報では繊維状セルロースの懸濁液を小径のオリフィスを通過させて、その懸濁液に少なくとも３,０００ｐｓｉの圧力差で高速度を与え、次にこれを衝突させて急速に減速させることによりフィブリル化する方法が提案されている。
【０００４】
また、特開平８−２８４０９０号公報には、あらかじめ予備叩解したパルプスラリーを１６〜１２０番の砥粒からなる砥粒板を複数枚すり合わせ配置した装置を通過させた後、高圧ホモジナイザー処理する方法が提案されている。
【０００５】
しかし、特公昭６０−１９９２１号公報の方法では、重量平均繊維長が２ｍｍ以上の繊維長の大きいパルプスラリーを処理する場合、オリフィスに詰まりが発生し圧力変動が大きくなるといった傾向を示すため、パルプスラリーの固形分濃度は１重量％以下の低濃度としなければならず、処理効率および生産性を低下させる。また、特開平８−２８４０９０号公報に記載される方法では固形分濃度が４重量％前後の高濃度のスラリーを処理できるものの、予備叩解、砥粒板処理、ホモジナイザー処理と３段階の工程を必要とし、工程が複雑になる。
【０００６】
通常、予備叩解を行わないもしくは予備叩解の不十分な、繊維長の大きいセルロース繊維をホモジナイザー処理する場合、ホモジナイザーの構成部品であるホモバルブとバルブシートの間に繊維が詰まり、圧力がかかりにくく、作業効率が低下する。さらに、叩解が不十分でありかつ繊維径が原料パルプ程度のパルプの割合が多いスラリーを処理すると、ホモバルブ等の部材の磨耗が著しく、交換頻度が多くなり高コストとなるなど、生産効率が悪い。
【０００７】
一般的には予備叩解段階でより叩解が進んだほうが良いことは想像できるが、予備叩解での作業に時間を要する。予備叩解に使用するリファイナー等の叩解機には、叩解タイプや切断タイプなどの形状の異なる刃が用途に応じて使用されている。これらを適宜使い分けることにより作業時間の短縮は可能であるが、多数の叩解機を備える場合には相応の設備投資が必要であり、一機で特性の異なるものを得る場合には刃の交換の手間が生じる。
【０００８】
また、ホモジナイザー処理においては、一定条件下では処理回数と共にフィブリル化が進行するが、その進行は回数を重ねるに従ってゆるやかになり、ある程度からはほとんどフィブリル化が進行しなくなるので、フィブリル化度を高めるにはかなりのパス回数が必要であり、目的とするフィブリル化度まで処理できない可能性もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、高濃度のパルプスラリーであっても少ない工程数で高度にフィブリル化できる微小繊維状セルロースの製造方法およびその方法で得られた微小繊維状セルロースを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ホモジナイザーの損傷を軽減できるとともに、少ない処理回数で効率よくフィブリル化できる微小繊維状セルロースの製造方法およびその方法で得られた微小繊維状セルロースを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討の結果、高濃度スラリーであっても特定の予備叩解処理段階とホモジナイザー処理とを組み合わせることにより、安定かつ効率的に高フィブリル化度の繊維状セルロースが得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明の製造方法では、濃度３〜６重量％のセルロースパルプの水懸濁液を重量平均繊維長０．４〜１．２ｍｍ、０．１重量％でのカナダ標準濾水度４００ｃｃ以下に予備叩解し、この予備叩解スラリーをホモジナイザー処理することにより、高フィブリル化度の繊維状セルロースを製造する。この微小繊維状セルロースの２重量％水懸濁液の粘度は５,０００〜１５,０００ｍＰａ・ｓである。
【００１３】
本発明には、保水値３３０〜５００重量％、２重量％水懸濁液の粘度６,０００〜１５,０００ｍＰａ・ｓ、重量平均繊維長０．２〜０．６ｍｍの微小繊維状セルロースも含まれる。
【００１４】
なお、本明細書において、重量平均繊維長はカジャーニ（ＫＡＪＡＡＮＩ）社の繊維長測定機（ＦＳ−２００）を用いて測定した値であり、カナダ標準濾水度はＪＩＳＰ−８１２１に規定する方法により、０．１重量％スラリー濃度での値である。
【００１５】
２重量％粘度は、Ｂ型粘度計を用いて、ロータＮｏ．４,３０ｒｐｍ、２５℃での２重量％スラリー見かけ粘度として測定した値である。
【００１６】
保水度はパルプの膨潤度の指標であり、膨潤繊維中に取り込まれて保持された水分と、繊維内及び繊維間に存在する自由水とを、適当な遠心力により区別しうるという考えに基づき測定される値である。本発明で規定している保水値も同様の概念に基づいてＪＡＰＡＮＴＡＰＰＩ Ｎｏ．２６に規定の方法で測定した値であり、予め規定のフィルターに一定量の試料のマットを形成しておき、遠心分離機を用いて３, ０００Ｇの遠心力で１５分間脱水した後、保持されていた水の量を絶乾パルプ量で割ったときの値を示している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の微小繊維状セルロースに原料として用いられるパルプは、機械的方法で得られたパルプ（砕木パルプ、リファイナ・グランド・パルプ、サーモメカニカルパルプ、セミケミカルパルプ、ケミグランドパルプなど）、または化学的方法で得られたパルプ（クラフトパルプ、亜硫酸パルプなど）などが使用できる。パルプとしては、通常、木材パルプやリンターパルプ、古紙パルプなどが使用される。
【００１８】
セルロースパルプの水懸濁液 (スラリー）の固形分濃度は、例えば８重量％以下（例えば、１〜８重量％）、好ましくは２〜７重量％、より好ましくは３〜６重量％程度であり、本発明ではスラリー濃度が３〜７重量％程度であっても高度にフィブリル化できる。
【００１９】
予備叩解には慣用の叩解機が使用でき、例えば、ビーター、ジョルダン、コニカルリファイナー、シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー等のいずれの叩解機も使用できる。
【００２０】
本発明において、予備叩解による繊維形態は、微小繊維状セルロースのフィブリル化に大きな影響を及ぼし、ホモジナイザーによる処理回数により、フィブリル化度が大きく変化する。
【００２１】
予備叩解処理後の繊維形態は、重量平均繊維長１．２ｍｍ以下（例えば、０．３〜１．２ｍｍ）、好ましくは０．４〜１．２ｍｍ（例えば、０．４〜１．１ｍｍ）、さらに好ましくは０．５〜１．０ｍｍ程度である。０．１重量％スラリー濃度でのカナダ標準濾水度は、４００ｃｃ以下（例えば、５０〜４００ｃｃ）、好ましくは７０〜４００ｃｃ（例えば、１００〜３５０ｃｃ）、特に１００〜３００ｃｃ（例えば、１００〜２００ｃｃ）程度であり、通常２００ｃｃ以下（例えば７０〜２００ｃｃ）である。
【００２２】
予備叩解の処理パス回数は、汎用のダブルディスクリファイナーを用いた場合、通常３〜２０回程度、好ましくは５〜１５回程度、特に７〜１５回程度である。
【００２３】
この予備叩解されたパルプスラリーは、スラリー流量、圧力（入圧、出圧）、負荷（リファイナー刃の回転モーター出力など）または回転刃間のクリアランスなどの条件をコントロールすることにより調製でき、前記のような形態に予備叩解処理した後、ホモジナイザー（特に高圧ホモジナイザー）を用いて処理することにより高度にフィブリル化した微小繊維状セルロースが得られる。
【００２４】
高圧ホモジナイザーによる微小繊維状セルロースのフィブリル化と懸濁液の均質化の程度は、高圧ホモジナイザーへ圧送する圧力と高圧ホモジナイザーに通過させる回数（パス回数）に依存し、圧送圧力は、通常、３００〜１,０００ｋｇ/ｍ２程度、好ましくは４００〜１,０００ｋｇ/ｍ２（例えば、４００〜８００ｋｇ/ｍ２）の範囲で行うことがフィブリル化処理に適する。パス回数は、例えば、５〜３０回、好ましくは７〜２０回、特に１０〜１５回程度である。
【００２５】
このようにして生成した微小繊維状セルロースの保水値は、３００〜５００重量％、好ましくは３３０〜５００重量％、さらに好ましくは３５０〜５００重量％、特に４００重量％以上（例えば、４００〜５００重量％）程度である。
【００２６】
また、２重量％水懸濁液の粘度は、通常、５,０００〜１５,０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは６,０００〜１５,０００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは７,０００〜１２,０００ｍＰａ・ｓ、特に８,０００ｍＰａ・ｓ以上（例えば、８,０００〜１２,０００ｍＰａ・ｓ）程度である。
【００２７】
重量平均繊維長は０．６ｍｍ以下（例えば、０．２〜０．６ｍｍ）、好ましくは０．２〜０．５ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．４５ｍｍ、特に０．４ｍｍ以下（例えば、０．２〜０．４ｍｍ）程度である。
【００２８】
本発明では特定の予備叩解スラリーをホモジナイザー処理するので、ホモジナイザーの構成部材の磨耗、損傷を大幅に低減できる。本発明の方法を利用すると、ホモジナイザー構成部品の寿命は、例えば、６０〜９０ｈｒ程度である。一方、予備叩解処理段階で、重量平均繊維長１．２ｍｍ以上またはカナダ標準濾水度４００ｃｃ以上であるようなスラリーをホモジナイザー処理した場合、通常約３０ｈｒであるのに対して、本発明では２倍以上もの寿命を有する。しかも、工程数及びパス回数が少なくても高度にフィブリル化が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明では、特定の繊維形態に予備叩解した後ホモジナイザー処理するので、高濃度のパルプスラリーでも処理でき、少ない工程数で高度にフィブリル化できる。また、ホモジナイザー構成部材の損傷を低減できるとともに、少ない処理回数で効率よくフィブリル化できる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
カナダ標準濾水度７００ｃｃ以上の未叩解パルプ（アルファニア−Ｆ）スラリー（固形分濃度４．０重量％）をダブルディスクリファイナー（相川鉄工（株）製）で叩解処理（４パス循環）し、表１に示す形態のスラリーを得た後、５００ｋｇ/ｍ２の圧力でホモジナイザー処理（１３パス循環）し、微小繊維状セルロースを得た。
【００３２】
実施例２
予備叩解時において、スラリー流量及びリファイナーへの入圧、出圧を調整して表１に示す形態のスラリーを得た後、実施例１と同じ条件で処理し、微小繊維状セルロースを得た。
【００３３】
実施例３
予備叩解を１２パス循環した他は、実施例２と同様に処理し、微小繊維状セルロースを得た。
【００３４】
比較例１
実施例１の未叩解パルプを、予備叩解を行なうことなく、実施例１と同様にしてホモジナイザー処理した。この方法では、繊維長が長く、またセルロースパルプスラリーの濃度が高いためか、ホモジナイザーでの目詰まりが生じ、処理することができなかった。
【００３５】
比較例２
予備叩解処理において、スラリー流量、リファイナーへの入圧、出圧、モーター負荷をコントロールして主に繊維の切断を行ない、表１に示すようなスラリーを得た。次いで、予備叩解スラリーを実施例１と同様に処理し、微小繊維状セルロースを得た。その結果、この方法では、実施例１〜３に比べて、ホモジナイザー構成部品の寿命が１/２〜１/３になることがわかった。
【００３６】
比較例３
予備叩解処理において、とくにモーター負荷を調整し、表１に示すスラリーを得た後、実施例１と同様に処理し、微小繊維状セルロースを得た。この方法では、ホモジナイザー処理の段階で、圧力変動が大きく、また、構成部品分解後、長い繊維が通過せずに残っていた。結果を表及び図に示す。
【００３７】
【表１】
0004302794.tif 000002
【００３８】
表及び図から明らかなように、予備叩解（前処理）とホモジナイザー処理とを組み合わせることにより、工程数が少なく、効率よく大量に微小繊維状セルロースを製造することができる。また、所定の予備叩解処理をした後、ホモジナイザー処理することにより、ホモジナイザー処理回数が少なくてすむので、ホモジナイザー構成部材の磨耗を軽減できる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
【図１】
0004302794.tif 000003