[发明专利]微细纤维素纤维分散液及其制造方法、纤维素膜以及层叠体

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够作为功能性膜基材、涂敷剂或者各种添加剂使用的纤维素的微细纤维相关的技术，涉及含有纤维素的微细纤维的分散液及其制造方法、以及使用了含有纤维素微细纤维的分散液的纤维素膜和层叠体。

背景技术

近年来，对环境问题的关注越来越高涨的情况下，相对于以往的石油类树脂，来自天然的淀粉或纤维素、壳多糖和壳聚糖等各种天然多糖类及其衍生物作为生物质（biomass）材料正在备受关注。另外，生物降解性树脂可在环境中降解至水和二氧化碳，由该生物降解性树脂构成的基材也受到关注并已在市售。具体而言，可以举出：由微生物产生的脂肪族聚酯，来自天然的淀粉或纤维素、壳多糖和壳聚糖等各种多糖类及其衍生物，将完全由化学合成得到的生物降解性树脂、淀粉等作为原料而获得乳酸并对该乳酸进行聚合而获得的聚乳酸等。

其中，在地球上生产量最大的纤维素是呈纤维状且具有高结晶性，并且强度高、线膨胀系数低，其化学稳定性和对生物体的安全性优良，因此作为功能性材料而受到关注。特别是，微细纤维素纤维在近年来被应用于纸张增强剂、过滤辅助剂、食品添加物等方面，其开发得到积极推进之中。

作为微细纤维素纤维的制造方法，例如，在专利文献1中，公开了一种将纤维素悬浮液从100MPa以上的高压环境下喷出进行减压来使纤维松解（微细化）的方法。

另外，在专利文献2中公开了一种获得微细纤维素纤维的方法，在该方法中，使用TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基）催化剂，将羟基的一部分氧化成羧基的纤维素分散于介质中，由此获得微细纤维素纤维。基于该方法，可以利用具有负电荷的羧基的电排斥作用，比较容易地获得具有纤维素I型晶体结构的微细纤维素纤维。

另外，在专利文献3中公开了一种获得环氧树脂复合材料的方法，在该方法中，将采用TEMPO催化剂使羟基的一部分氧化成羧基的纤维素分散于介质中而获得微细纤维素纤维，然后用有机鎓化合物进行处理，将所获得的微细改性纤维素纤维加入环氧树脂中，从而获得环氧树脂复合材料。

另外，在专利文献4中公开了一种获得阻气性复合成型体的方法，在该方法中，将通过TEMPO氧化处理所得到的氧化纤维素分散于水中而配制含有平均纤维直径200nm以下的微细纤维素纤维的阻气用材料，将该材料涂布于PET膜或聚乳酸等的基材上，并使其干燥，从而获得阻气性复合成型体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-155772号公报

专利文献2：日本特开2008-1728号公报

专利文献3：日本特开2010-59304号公报

专利文献4：日本特开2009-57552号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中虽然公开了能够获得平均纤维直径为4～200nm的微细纤维素纤维，但在纤维松解时需要在非常高的压力下处理多次并且能使用的装置受到限制。另外，仅靠机械处理，则难以有效获得均匀的微细纤维素纤维。另外，关于所获得的微细纤维素纤维的用途，也只记载了与合成高分子的复合化，并未提及微细纤维素纤维单体。

另外，在专利文献2的方法中，如其中的实施例所述，羧基作为平衡离子（counter ion）具有钠离子等金属离子。当要在半导体和燃料电池等电子构件中利用微细纤维素纤维时，若混入这些金属离子，则会对电特性产生不良影响，因此不优选含有金属离子。另外，虽然公开了对这些微细纤维素纤维进行浇铸并形成自立膜，但对作为平衡离子含有金属离子的微细纤维素纤维膜而言，存在耐水性弱且在水中容易膨胀、导致强度降低的问题。

另外，在专利文献3的方法中，通过对作为羧基的平衡离子存在的金属离子进行有机鎓处理而与有机鎓进行离子交换，可获得容易分散于树脂中的微细纤维素纤维。但是，在离子交换的过程中微细纤维素纤维成为凝集体，失去了在有机鎓处理的前工序中使纤维素分散并微细化的效果。即使将已发生凝集的微细纤维素纤维添加于树脂中，也会导致分散不充分且纤维直径不均匀，无法获得高强度且透明性高的均匀的复合材料。

另外，对使用诸如专利文献4的微细纤维素纤维的水系分散液来形成的膜而言，由于微细纤维素纤维的刚直形状和低反应性，所以存在与PET膜等基材之间的粘合性低的问题。例如，当使用以往的微细纤维素纤维的水系分散液来形成膜基材、特别是由聚乳酸等来自天然的材料所构成的基材的内涂层（under coat）时，存在前述基材与内涂层之间发生层间剥离的情况。