纤维素纤维集合体及其制造方法、原纤化纤维素纤维及其制造方法、以及纤维素纤维复合体的制作方法
【专利说明】纤维素纤维集合体及其制造方法、原纤化纤维素纤维及其制 造方法、以及纤维素纤维复合体
[00011 本申请是2013年05月16日进入中国国家阶段、国家申请号为201180055255.2、发 明名称为"纤维素纤维集合体及其制造方法、原纤化纤维素纤维及其制造方法、以及纤维素 纤维复合体"的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及纤维素纤维集合体及其制造方法、原纤化纤维素纤维及其制造方法、 以及纤维素纤维复合体。具体而言，涉及能够提供着色少的纤维素纤维复合体的纤维素纤 维复合体及其制造方法、原纤化纤维素纤维及其制造方法、以及使用了通过本发明方法制 造的纤维素纤维集合体的纤维素纤维复合体。
【背景技术】
[0003] 近年，对使用了纤维素的微细纤维的复合材料的研究十分盛行。已知，纤维素因其 伸展链晶的缘故，表现出低线膨胀系数、高弹性模量和高强度。此外，其作为通过微细化而 制成复合材料时显示出高透明性的材料而受到关注。
[0004] 例如，专利文献1中公开了使用超高压均化器对由精制处理后的木粉构成的纤维 素纤维原料进行原纤化处理，来制造微细化纤维素纤维的方法。此外，专利文献2中公开了 使用超声波照射仪进行原纤化处理，来制造微细化纤维素纤维的方法。
[0005] 在先技术文献
[0006] 技术文献
[0007] 专利文献1:日本国特开2009-155772号公报 [0008] 专利文献2:日本国特开2009-299043号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010] 但是，使用专利文献1、2记载的制造方法得到的原纤化纤维素纤维制造的纤维素 纤维的复合材料，如果加热，就会产生着色加重的问题。
[0011] 作为具有高透明性、非着色性、低线膨胀系数的原纤化纤维素复合材料的代表用 途，可以举出面向以平板显示器、有机LED照明或太阳能发电面板等为代表的电气·电子设 备的透明基板材料，但在这些设备的制造工艺中，存在需要对透明基板材料进行加热处理 的情况。因此，特别是在这些用途中，优选不采用因加热处理会产生着色的材料。
[0012] 本发明的课题在于提供一种加热处理所导致的着色少的纤维素纤维集合体和能 制得该纤维素纤维复合体的技术。
[0013] 本发明人经过深入研究后，结果发现，通过在从纤维素纤维原料至得到纤维素纤 维集合体的任一制造工序中进行纤维素的还原处理而得到的纤维素纤维集合体和由此制 造的纤维素纤维复合体的着色能够减少，至此完成了本发明。
[0014] 即，本发明如下所述。
[0015] 1.-种纤维素纤维集合体的制造方法，其特征在于，包括将纤维素纤维原料进行 原纤化处理得到原纤化纤维素纤维的原纤化工序;和使用该原纤化纤维素纤维得到纤维素 纤维集合体的集合体制造工序，其中，包括进行还原处理的工序。
[0016] 2.上述1所述的纤维素纤维集合体的制造方法，其特征在于，对上述集合体制造工 序中所得的纤维素纤维集合体进行还原处理。
[0017] 3.上述1或2所述的纤维素纤维集合体的制造方法，其特征在于，还包括进行化学 改性处理的工序。
[0018] 4.上述1~3中任一项所述的制造方法制造的纤维素纤维集合体。
[0019] 5. -种纤维素纤维复合体，其特征在于，含有上述4所述的纤维素纤维集合体和基 体材料。
[0020] 6.-种原纤化纤维素纤维的制造方法，其特征在于，对纤维素纤维原料进行原纤 化处理、还原处理和化学改性处理。
[0021 ] 7. -种原纤化纤维素纤维，其特征在于，通过上述6所述的制造方法制造。
[0022] 8. -种纤维素纤维复合体，其特征在于，含有上述7所述的原纤化纤维素纤维和基 体材料。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明的制造方法，能够得到本身着色少、且即使在经过了加热处理的情况 下也能够抑制着色增加的纤维素纤维集合体和纤维素纤维复合体。
【具体实施方式】
[0025]以下，详细说明本发明的实施方式，但下述组成要素的说明仅为本发明实施方式 的一例(代表例），本发明并非限定于这些内容。
[0026]本发明涉及对纤维素纤维原料进行原纤化处理、还原处理及化学改性处理的原纤 化纤维素纤维的制造方法、含有由该制造方法制造的原纤化纤维素纤维和基体材料的纤维 素纤维复合体。
[0027]另外，本发明涉及纤维素纤维集合体的制造方法和含有由该制造方法制造的纤维 素纤维集合体及基体材料的纤维素纤维复合体，在上述纤维素纤维集合体的制造方法中， 包括对纤维素纤维原料进行原纤化，得到原纤化纤维素纤维的原纤化工序;和使用该原纤 化纤维素纤维得到纤维素纤维集合体的集合体制造工序，其中，还包括进行还原处理的工 序。
[0028] 1.原纤化纤维素纤维的制造方法
[0029] 首先，对本发明的原纤化纤维素纤维的制造方法进行说明。
[0030] 本发明的原纤化纤维素纤维的制造方法，其特征在于，对纤维素纤维原料进行原 纤化处理、还原处理和化学改性处理。
[0031] 此外，原纤化纤维素纤维通常是以分散有被原纤化的纤维素纤维的分散液的状态 得到。即，这种情况下，由本发明的制造方法得到的原纤化纤维素纤维是指包括分散有被原 纤化的纤维素纤维的分散液的原纤化纤维素纤维。
[0032] 使用本发明的制造方法制造的原纤化纤维素纤维制造纤维素纤维集合体，再使用 该集合体，得到后述的纤维素纤维复合体。
[0033]采用本发明的制造方法制造的原纤化纤维素纤维制成的纤维素纤维复合体的着 色少，适宜在平板显示器、有机LED照明或太阳能发电等电气?电子设备基板等中使用。 [0034]〈纤维素纤维原料〉
[0035]在本发明中，所谓纤维素纤维原料是指从下述所示的含纤维素的物质中经过常规 的精制工艺除去了杂质的产物。
[0036](含纤维素的物质）
[0037] 作为含纤维素的物质，例如可以举出：针叶树和阔叶树等的木质纤维，棉毛纤维及 皮棉等的棉纤维，甘蔗和甜菜等的榨渣;亚麻、皮麻、黄麻以及洋麻等的韧皮纤维;剑麻和凤 梨等的叶脉纤维；马尼拉麻和香蕉等的叶柄纤维;椰子树等的果实纤维;竹等的茎干纤维； 产生细菌的细菌纤维素;法囊藻及绿藻等海草以及海鞘的被囊等。
[0038] 由于这些天然纤维的结晶性高，容易实现低线膨胀系数和高弹性模量，因此优选。 细菌纤维素引起容易实现微细的纤维径而优选。棉纤维也因容易实现微细的纤维径而优 选，且因原料容易得到而为优选。
[0039] 针叶树或阔叶树等木质纤维也能够实现微细的纤维径，而且是地球上最大量的生 物资源，据统计是每年产出量约700亿吨以上的可持续型资源，有望大幅削减影响温室效应 的二氧化碳，从经济效益方面考虑很有优势。这样的含纤维素的物质经过常规的精制工艺 形成本发明的纤维素纤维原料。
[0040] (含纤维素的物质的精制方法）
[0041] 本发明所用的纤维素纤维原料是通过采用常规方法对上述来源的含纤维素的物 质进行精制而得到。
[0042]作为该精制方法，例如可举出在苯-乙醇混合溶剂或碳酸钠水溶液中对含纤维素 的物质进行脱脂处理之后，用亚氯酸盐进行脱木质素处理(wise法），用碱进行脱半纤维素 处理的方法。
[0043 ]另外，除了 w i s e法之外，例如使用过乙酸的方法(pa法）、使用过乙酸过硫酸混合物 的方法(pxa法)等也可用作精制方法。此外，还可以适当进行进一步的漂白处理等。
[0044]或者，也可以按照常规的化学纸浆的制造方法，例如按照牛皮纸浆、亚硫酸盐纸 浆、碱纸浆或硝酸法纸浆的制造方法进行精制处理，在蒸煮器中对含纤维素的物质进行加 热处理、脱木质素处理等处理，再进行漂白处理等的方法。
[0045](纤维素纤维原料的纤维径）
[0046]本发明对所用的纤维素纤维原料的纤维径没有特别限制，优选其数均纤维径为几 ym到几_。优选为经过常规精制的纤维原料为几 mm。例如，在对芯片(chip)等几 cm大小的制 品进行了精制的情况下，优选为用匀浆机或打浆机等疏解机进行机械处理，达到几_左右。 [0047]〈原纤化工序〉
[0048]本发明的原纤化纤维素纤维的制造方法，包括对纤维素纤维原料进行原纤化处理 的原纤化工序。
[0049]作为原纤化工序的具体方法，没有特别限定，例如，可举出将直径约Imm的陶瓷珠 (beads)加入纤维素纤维原料浓度为0.1~10重量％、例如约1重量％的纤维素纤维原料的 分散液(下文也称为"纤维素纤维分散液"）中，使用油漆搅拌器或珠磨机施加振动，将纤维 素原纤化的方法等。
[0050] 作为纤维素纤维分散液的分散介质，例如可以举出有机溶剂、水以及有机溶剂和 水的混合液。作为有机溶剂，例如可以举出甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇、乙 二醇单叔丁醚等醇类，丙酮和丁酮等酮类，以及其它水溶性有机溶剂，可使用其中的1种或 两种以上。分散介质优选为有机溶剂和水的混合液或者水，特别优选为水。
[0051] 除此之外，作为原纤化方法，例如可以举出使纤维素纤维分散液通过混砂机型分 散机或高速旋转的槽之间，利用剪切力的作用进行原纤化的方法(使用高速旋转式均化器 的方法）；通过从高压急速减压，在纤维素纤维之间产生剪切力，进行原纤化的方法(使用高 压均化器的方法）；和使用"Massco Mizer(日本增幸产业株式会社)"之类的对向撞击型分 散机等的方法等。特别是通过采用高速旋转式均化器或者高压均化器的处理，能够提高原 纤化效率。
[0052]当以上述处理方式进行原纤化时，是对作为经过上述常规精制工序的纤维素纤维 原料的固态成分浓度优选为〇. 1重量％以上、更优选为0.2重量％以上、特别优选为0.3重 量％以上，并优选为10重量％以下、更优选为6重量％以下的纤维素纤维分散液进行原纤化 处理。
[0053]通过使用于上述原纤化工序的纤维素纤维分散液中的固态成分浓度在上述下限 之上，分散液量相对于待处理纤维素量不会过多，效率较高。此外，当固态成分浓度过高时， 流动性变差，因此，会在用于原纤化处理的纤维素纤维分散液中适当添加水等进行浓度调 -K- To
[0054] (高速旋转式均化器）
[0055] 使用高速旋转式均化器进行纤维素纤维原料的原纤化的情况下，转数越高、所受 剪切力越大、原纤化效率越高。就转数而言，例如，优选为1000 Orpm以上、更优选为15000rpm 以上、特别优选为20000rpm以上。
[0056] 此外，处理时间优选为1分钟以上、更优选为5分钟以上、特别优选为10分钟以上。 [0057] 上述处理优选在5~50°C的温度下进行，更优选为在10~40 °C的温度下进行，特别 优选为在15~30°C的温度下进行。通过在该范围内进行原纤化处理，能够防止原纤化性降 低。在因剪切而发热的情况下，优选为冷却到液体温度不超过50°C。此外，优选为搅拌分散 液或使之循环，以使得纤维素纤维分散液受到均匀剪切。
[0058]在使用该高速旋转式均化器进行原纤化处理的情况下，也可以与后述的利用超声 波处理的原纤化处理组合。例如，优选为通过高速旋转均化器进行原纤化处理之后，进行后 述的超声波处理，进行纤维素纤维的进一步的微细化处理。
[0059](高压均化器）
[0060] 使用高压均化器进行纤维素纤维原料的原纤化处理的情况下，在增压器中将纤维 素纤维分散液加压至优选为30MPa以上、更优选为IOOMPa以上、进一步优选为150MPa以上、 特别优选为220MPa以上的高压条件，从小孔直径优选为50μπι以上的喷嘴喷出以进行减压， 使压力差优选为30MPa以上、更优选为80MPa以上、进一步优选为90MPa以上。利用该压力差 下所产生的解理现象，将纤维素纤维原料原纤化。
[0061] 在此，通过使高压条件的压力以及从高压至减压条件的压力差在上述范围内，能 够提高原纤化效率，为了达到规定的纤维径而反复喷出的次数不需要很多，因此为优选。
[0062] 喷出时的高压条件越高，因压力差导致的解理现象越显著，能够进一步实现微细 化，但作为装置规格的上限，通常优选为在245MPa以下。
[0063] 同样，从高压条件至减压下的压力差也优选为较大，但通常是从增压器的加压条 件喷出直至大气压，因此压力差的上限通常优选在245MPa以下。
[0064] 使纤维素纤维分散液喷出的小孔的孔径优选为50μηι以上、800μηι以下，更优选为 100μπι以上、500μηι以下，进一步优选为150μηι以上、350μηι以下。
[0065] 另外，喷出纤维素纤维分散液的小孔的孔径过大时，无法实现充分的原纤化效果， 此时，即使反复进行喷出处理，也有可能无法得到期望的纤维径的纤维素纤维。尽管喷出纤 维素纤维分散液的小孔的孔径小就容易实现高压状态，但孔径过小时，喷出效率变差。
[0066] 根据需要反复进行纤维素纤维分散液的喷出，能够提高微细化度，得到期望的纤 维径的原纤化纤维素纤维。该反复次数(循环数)通常优选为1次以上，更优选为3次以上，通 常优选为20次以下，更优选为15次以下。尽管循环数越多越能够提高微细化程度，但循环数 过多将导致成本增加。
[0067] 喷出时的温度(分散液体温度)没有特别限定，通常优选为5°C以上、KKTC以下。温 度过高时，装置有可能提前老化，具体而言，是送液栗或高压密封部等提前老化。
[0068] 另外，喷嘴可以为1个也可以为2个，喷出的纤维素纤维可以与设于喷出目的地的 器壁、球体或环等碰撞。且在喷嘴为2个的情况下，也可以使纤维素纤维在喷出目的地互相 碰撞。
[0069]就高压均化器而言没有特别限定，作为具体装置，可采用GAULIN公司制造的或者 SUGINO MACHINE 公司制造的 "Star Burst System"。
[0070] 另外，也可以仅进行使用该高压均化器的处理，但在此情况下，为了实现充分的微 细化度需要反复的次数过多，处理效率较低，因此，优选为进行1~5次的高压均化器处理之 后，进行后述的超声波处理来进行微细化。
[0071] (超声波处理）
[0072] 当在上述原纤化处理后利用超声波处理进行原纤化处理时，超声波处理的纤维素 纤维分