JP2006063271A - Fiber-reinforced epoxy resin composite material and its molded product - Google Patents

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肇 岸
Akira Fujita
晶 藤田
Satoshi Matsuda
聡 松田
Atsushi Murakami
村上  惇
Nobuo Shiraishi
信夫 白石
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber-reinforced epoxy resin composite material having a high performance and additional value by using as a matrix resin an epoxy resin synthesized by using a product obtained by liquefying and dissolving a lignocellulose material such as wood in phenols as a raw material, and reinforcing the matrix resin with a fiber. <P>SOLUTION: The fiber-reinforced epoxy resin composite material using a natural product as a main raw material is obtained by converting the liquefied and dissolved product obtained by heating and reacting the lignocellulose material with the phenols into an epoxy resin, mixing the resin with the fiber, and molding the resultant mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、木材などリグノセルロース物質を主成分とする複合材料に関するものである。さらに詳しくは、木材などリグノセルロース物質をフェノール類に液化溶解したものを原料として合成したエポキシ樹脂をマトリックス樹脂とし、繊維にて強化した複合材料に関するものである。得られた複合材料は家具部材、建材、自動車や家電用品の内装材や外装材、ハウジング部材等の成形加工品に有効に利用することができる。   The present invention relates to a composite material mainly composed of lignocellulosic material such as wood. More specifically, the present invention relates to a composite material reinforced with fibers using an epoxy resin synthesized by liquefying and dissolving a lignocellulosic substance such as wood as a raw material in a matrix resin. The obtained composite material can be effectively used for molded products such as furniture members, building materials, interior materials and exterior materials of automobiles and home appliances, and housing members.

木材等のリグノセルロース物質は、そのままでは熱可塑性が低く、一旦粉末化されると、それのみではボード、シートなどへの成形はほとんど不可能である。したがって、工場での製造工程や製品使用後に多量に排出・廃棄されるリグノセルロース物質の用途としては、家畜飼育用の敷わら代用材、床敷きなど酪農用資材や充填剤等の付加価値の低い分野のものに限られ、甚だしくは、全く利用されることなく焼却廃棄されている。   Lignocellulosic materials such as wood have low thermoplasticity as they are, and once powdered, it is almost impossible to form them into boards, sheets and the like. Therefore, lignocellulosic substances that are discharged and discarded in large quantities after factory production processes and product use are low in added value for dairy materials and fillers such as straw substitutes for livestock rearing, flooring, etc. It is limited to those in the field and is incinerated and discarded without being used at all.

一方で、二酸化炭素排出削減要求を背景に、光合成による二酸化炭素循環によって生育する木材等のリグノセルロース物質を有効利用すべきとの考え方の下、様々な用途開発の試みが種々の産業にて行われている。
例えば、リグノセルロース物質が有する水酸基の一部に少なくとも1種の置換基を導入することによって、化学修飾した木材(化学修飾木材)等の化学修飾リグノセルロース物質を、有機溶剤に液化溶解し、得られた木材液化溶液を種々の樹脂原料として利用することが提案されている(例えば、特許文献1)。
しかし、この場合には、溶媒に用いた化合物は高分子反応性を有するものとは言えず、成形物を調製したり、あるいは樹脂化のためには、液化溶解に用いた溶媒を揮散させたり、第3物質をさらに溶解させて用いる必要があった。
On the other hand, against the background of the demand for carbon dioxide emission reduction, various application development attempts have been made in various industries under the idea that the lignocellulosic material such as wood that grows by the carbon dioxide circulation by photosynthesis should be used effectively. It has been broken.
For example, by introducing at least one substituent into part of the hydroxyl group of the lignocellulosic material, a chemically modified lignocellulosic material such as chemically modified wood (chemically modified wood) is liquefied and dissolved in an organic solvent. It has been proposed to use the obtained wood liquefaction solution as various resin raw materials (for example, Patent Document 1).
However, in this case, the compound used for the solvent cannot be said to have high polymer reactivity, and for the preparation of a molded product, or for the resinization, the solvent used for liquefaction dissolution is volatilized. The third substance had to be further dissolved and used.

そこで、化学修飾木材を、液化乃至溶解する溶剤として、フェノール類が見出され、フェノール類−ホルムアルデヒド系樹脂を得る技術が開発され、さらにその液化溶解の際にフェノリシスを併起させ、液化溶解条件を緩やかなものとすると共に、溶液特性の優れたフェノール−ホルムアルデヒド樹脂系の接着剤とする技術、繊維化する技術、発泡体とする技術が開発され特許出願がなされている(例えば、特許文献2から特許文献5)。   Therefore, phenols were found as a solvent for liquefying or dissolving chemically modified wood, and a technology for obtaining phenols-formaldehyde resins was developed. In addition, a technology for making a phenol-formaldehyde resin adhesive having excellent solution properties, a fiberizing technology, and a foaming technology have been developed and patent applications have been filed (for example, Patent Document 2). To Patent Document 5).

さらには、化学修飾を全く行わない無処理木材などリグノセルロース物質を、フェノール類またはビスフェノール類の存在下で、200〜260℃の高温、加圧下で加熱することにより、容易に液化溶解させ得ることが見出された(例えば、特許文献6)。
また、木材などのリグノセルロース物質に、塩素化などハロゲンによる前処理を施し、次にフェノール化合物などの液化溶解剤を含む処理液中で、200〜260℃の高温で液化溶解処理することにより、リグノセルロース物質液化溶液を効率よく、安価に製造しうることも提案されている(例えば、特許文献7)。
また、これら木材を化学修飾することなしに、フェノール類や多価アルコール類、ポリエチレングリコールなどに高温で加熱し、液化溶解して得た溶液から接着剤や発泡体を調製する技術も見出されてきている(例えば、特許文献8から特許文献10)。
特公昭63−1992号公報 特公昭63−67564号公報 特開昭60−206883号公報 特公平2−6851号公報 特開昭61−171744号公報 特開昭61−261358号公報 特開昭63−17961号公報 特開平1−45440号公報 特開平1−158021号公報 特開平1−158022号公報
Furthermore, lignocellulosic materials such as untreated wood, which is not chemically modified at all, can be easily liquefied and dissolved by heating under high temperature and pressure of 200 to 260 ° C. in the presence of phenols or bisphenols. Was found (for example, Patent Document 6).
Further, by subjecting lignocellulosic materials such as wood to pretreatment with halogen such as chlorination, and then liquefying and dissolving at a high temperature of 200 to 260 ° C. in a processing solution containing a liquefied solubilizer such as a phenol compound, It has also been proposed that a lignocellulose material liquefied solution can be produced efficiently and inexpensively (for example, Patent Document 7).
In addition, a technique for preparing adhesives and foams from solutions obtained by liquefying and dissolving phenols, polyhydric alcohols, polyethylene glycol, etc. at high temperatures without chemically modifying these woods has also been found. (For example, Patent Document 8 to Patent Document 10).
Japanese Patent Publication No. 63-1992 Japanese Examined Patent Publication No. 63-67564 JP 60-206883 A Japanese Examined Patent Publication No. 2-6851 JP-A 61-171744 JP-A-61-261358 JP-A-63-17961 JP-A-1-45440 Japanese Patent Laid-Open No. 1-158021 Japanese Patent Laid-Open No. 1-158022

これらの従来技術においては、木材を液化溶解した後に、その反応性を活かし、フェノール樹脂を合成し接着剤として利用することや、ウレタン樹脂発泡体のような比較的低剛性・低強度な材料を心材や詰め物として利用することが提案されている。
しかしながら、これらの材料の付加価値が十分高いとはいまだ言えず、廃棄リグノセルロース物質を回収し、樹脂や発泡体を調製するコストに見合うだけの経済的価値を十分得られているとは言えない現状にある。
In these conventional technologies, after liquefying and dissolving wood, the reactivity is utilized to synthesize phenolic resins and use them as adhesives, or to use materials with relatively low rigidity and low strength such as urethane resin foams. It has been proposed to use it as a heartwood or stuffing.
However, it cannot be said that the added value of these materials is sufficiently high, and it cannot be said that sufficient economic value has been obtained for the cost of recovering waste lignocellulosic materials and preparing resins and foams. It is in the present situation.

本発明が解決しようとする課題は、木材などリグノセルロース物質を主成分とする高性能で付加価値の高い複合材料を得ようとするものである。さらに詳しくは、木材などリグノセルロース物質を原料としたエポキシ樹脂を合成し、該エポキシ樹脂をマトリックス樹脂として繊維強化した高性能複合材料を得ることにある。   The problem to be solved by the present invention is to obtain a composite material having high performance and high added value mainly composed of lignocellulosic material such as wood. More specifically, an epoxy resin using a lignocellulosic material such as wood as a raw material is synthesized, and a high-performance composite material obtained by reinforcing the fiber using the epoxy resin as a matrix resin is obtained.

本発明者は、リグノセルロース物質を中心とする天然物を主原料としながらも高性能な複合材料を得るため、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、リグノセルロース物質とフェノール類との反応による液化溶解物を原料として合成したエポキシ樹脂を、繊維にて強化した複合材料に関する。そして、リグノセルロース物質を原料としたエポキシ樹脂はとりわけ天然繊維との親和性、接着性に優れ、複合材料中における樹脂と繊維との親和性が良好であり、高性能な複合材料が得られる。   As a result of intensive studies in order to obtain a high-performance composite material while using natural products mainly of lignocellulosic materials as a main raw material, the present inventor has completed the present invention. That is, the present invention relates to a composite material in which an epoxy resin synthesized from a liquefied lysate produced by a reaction between a lignocellulosic substance and phenols is reinforced with fibers. An epoxy resin using a lignocellulosic material as a raw material is particularly excellent in affinity and adhesiveness with natural fibers, has good affinity between the resin and fibers in the composite material, and provides a high-performance composite material.

本発明によれば、木材などリグノセルロース物質を原料として合成したエポキシ樹脂をマトリックス樹脂とし、繊維にて強化した複合材料を得ることができる。該複合材料は、軽量、高強度、高剛性といった高性能を有するのみでなく、バイオマス含有率が高く環境適合性にも優れた、高付加価値を有する材料である。   According to the present invention, it is possible to obtain a composite material reinforced with fibers using an epoxy resin synthesized from a lignocellulosic material such as wood as a matrix resin. The composite material not only has high performance such as light weight, high strength, and high rigidity, but also has a high added value with a high biomass content and excellent environmental compatibility.

本発明において出発原料として用いるリグノセルロース物質は、木粉、木材繊維、木材チップや単板くずなどの木材を粉砕したもの、およびワラ、モミガラ、ヤシガラ等の植物繊維素、GP(グラウンドパルプ)、TMP(サーモメカニカルパルプ)、古紙等の紙、パルプ類など各種のものが含まれ、従来この分野において使用されてきたものがいずれも使用される。この際の木材の種類としては各種のものが広く包含され、代表例としては例えば、マカンバ、シトカスプルース、スギ、アカマツ、ポプラ、ラワン等が例示できる。また粉砕物の粒度は充分に液化、溶解しうる程度で良い。尚、本発明でいう液化溶解とは、木材などのリグノセルロース物質がフェノール類と反応して、固相から液相へ少なくともその80wt%が液化することを言う。   The lignocellulosic material used as a starting material in the present invention includes wood flour, wood fiber, wood chips such as wood chips and veneer scraps, plant fiber such as straw, rice straw, coconut shell, GP (ground pulp), Various materials such as TMP (thermomechanical pulp), paper such as waste paper, and pulps are included, and any of those conventionally used in this field is used. Various kinds of wood at this time are widely included, and representative examples include makamba, sitka spruce, cedar, red pine, poplar, lawan and the like. The particle size of the pulverized product may be such that it can be sufficiently liquefied and dissolved. The liquefaction dissolution referred to in the present invention means that a lignocellulosic material such as wood reacts with phenols, and at least 80 wt% thereof is liquefied from the solid phase to the liquid phase.

本発明で用いるフェノール類には、一価のフェノールとしてのフェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、3,5-キシレノール、2,3-キシレノール、α-ナフトールなど、2価のフェノールとしてのカテコール、レゾルシノールなど、3価のフェノールとしてのフロログルシンなどが挙げられる。また、ビスフェノール類として、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ビスフェノールAF、ハロゲン化ビスフェノールAなどを挙げることができる。ビスフェノール類も含めて考え、フェノール性水酸基を1分子あたりに2個以上有するフェノール類をリグノセルロース物質と加熱反応させ液化溶解したものを原料とするエポキシ樹脂を用いることが、複合材料の耐熱性や力学強度を高めるため好ましい。しかしながら、1分子中に過度にフェノール性水酸基を有するフェノール類を用いると、複合材料が脆くなるため、フェノール類として1分子中に多くとも4個のフェノール性水酸基を有するフェノール類を用いることが好ましい。液化溶解に際して、上記のフェノール類を各々単独で用いる他、互いに様々に混合して用いることができる。   The phenols used in the present invention include divalent phenols such as phenol as monovalent phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 3,5-xylenol, 2,3-xylenol, α-naphthol and the like. Catechol, resorcinol, and the like, and phloroglucin as a trivalent phenol. Examples of bisphenols include bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, bisphenol AF, and halogenated bisphenol A. Considering including bisphenols, it is possible to use an epoxy resin made from a material that is obtained by liquefying and dissolving a phenolic compound having two or more phenolic hydroxyl groups per molecule with a lignocellulosic material. It is preferable for increasing the mechanical strength. However, if phenols having an excessively phenolic hydroxyl group in one molecule is used, the composite material becomes brittle. Therefore, it is preferable to use phenols having at most four phenolic hydroxyl groups in one molecule as phenols. . In liquefying and dissolving, the above phenols can be used alone or in various mixtures with each other.

通常の場合、フェノール類100重量部に対して木材などのリグノセルロース物質を10〜1000重量部の割合で加える。とりわけ、リグノセルロース物質を50〜300重量部の範囲で加えることが、均一な液化・樹脂化の達成とバイオマス含量の高いエポキシ樹脂を得るという両方の目的から好ましい。   Usually, lignocellulosic material such as wood is added at a ratio of 10 to 1000 parts by weight per 100 parts by weight of phenols. In particular, it is preferable to add the lignocellulosic substance in the range of 50 to 300 parts by weight for the purposes of achieving uniform liquefaction / resinization and obtaining an epoxy resin having a high biomass content.

本発明においてリグノセルロース物質の液化は、フェノール類と共存する状態で加熱することによって行う。その際、加圧可能な耐圧容器を用いることは均一な液化を促進し、エポキシ樹脂化の均一性や複合材料の耐熱性を高めるため好ましい。また無触媒にて均一な液化を促進するためには、特にその加熱温度は170℃以上が好ましい。
しかしながら、加熱しすぎるとリグノセルロースが元来有する官能基が減少することがあるため、より好ましくは180〜270℃の範囲に加熱することであり、さらに好ましくは230〜270℃の範囲に加熱することである。
In the present invention, lignocellulosic material is liquefied by heating in a state of coexisting with phenols. In that case, it is preferable to use a pressure-resistant pressure vessel because it promotes uniform liquefaction and improves the uniformity of epoxy resinization and the heat resistance of the composite material. Moreover, in order to promote uniform liquefaction without a catalyst, the heating temperature is particularly preferably 170 ° C. or higher.
However, since the functional group inherent to lignocellulose may decrease if it is heated too much, it is more preferably heated to a range of 180 to 270 ° C, more preferably a range of 230 to 270 ° C. That is.

さらに酸触媒の共存下であれば、リグノセルロース物質を130〜170℃程度の比較的低温領域においても液化溶解できる。酸触媒としては、無機酸、有機酸、さらにはルイス酸でも良く、例えば硫酸、塩酸、トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、塩化アルミニウム、塩化亜鉛や三フッ化ホウ素などが好ましいものとして例示される。酸触媒の使用量はフェノール類100重量部に対し、通常1〜20重量部好ましくは2〜4重量部である。   Furthermore, in the presence of an acid catalyst, the lignocellulosic material can be liquefied and dissolved even in a relatively low temperature range of about 130 to 170 ° C. The acid catalyst may be an inorganic acid, an organic acid, or a Lewis acid, and examples thereof include sulfuric acid, hydrochloric acid, toluenesulfonic acid, phenolsulfonic acid, aluminum chloride, zinc chloride, and boron trifluoride. The usage-amount of an acid catalyst is 1-20 weight part normally with respect to 100 weight part of phenols, Preferably it is 2-4 weight part.

また、溶液粘度を低下させたり、溶解を助長させたりするなどの目的がある際には、溶解時に、最初からあるいはその途中で、水あるいはアルコール類、アセトン、酢酸エチル等の有機溶媒を場合によって添加、共存させ用いても良い。特に無触媒下170℃以上の温度にてリグノセルロース物質を液化溶解させるためには、少量の水を添加することは均一な液化を促進する目的で好ましく用いうる。好ましい水の添加量はリグノセルロース物質100重量部に対し20重量部以下であり、特に好ましくは15重量部以下である。   In addition, when there is a purpose such as lowering the solution viscosity or promoting dissolution, water or alcohol, organic solvents such as acetone, ethyl acetate, etc. may be used from the beginning or during the dissolution. Addition and coexistence may be used. In particular, in order to liquefy and dissolve the lignocellulose substance at a temperature of 170 ° C. or higher without a catalyst, it is preferable to add a small amount of water for the purpose of promoting uniform liquefaction. A preferable amount of water added is 20 parts by weight or less, particularly preferably 15 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the lignocellulosic material.

液化の際は、十分な攪拌を行いながら溶解させることが好ましい。この撹拌により、懸濁液にトルクを付加して、液化溶解の能率を高めることが出来る。液化は通常15分〜数時間以内で達成できる。特に、無触媒下170℃以上の温度にてリグノセルロース物質を液化溶解させる場合は、3時間以内で液化を終了することが、エポキシ樹脂化のために必要な水酸基を多く残した状態を保ちつつ液化を終了でき、その後のエポキシ樹脂化によって多官能なエポキシ樹脂を合成しやすく、耐熱性、耐溶剤性や強度特性に優れた複合材料を得やすいため好ましい。このようにして得られたリグノセルロース物質の液化溶解物中のリグノセルロース物質の濃度は、その溶液の利用目的によって異なるが、重量比で最大約90%までの範囲である。原料として、例えば針葉樹と広葉樹のいずれの樹種を使用しても、処理条件を選択することによりほぼ同一性状の液状物が得られる。得られた液状物は多くの官能基を有するために反応性が高く、エポキシ樹脂合成の原料となる。   In liquefaction, it is preferable to dissolve the material while sufficiently stirring. By this stirring, torque can be added to the suspension to increase the efficiency of liquefaction and dissolution. Liquefaction can usually be achieved within 15 minutes to several hours. In particular, when lignocellulosic material is liquefied and dissolved at a temperature of 170 ° C. or higher in the absence of a catalyst, liquefaction is completed within 3 hours while maintaining a state in which many hydroxyl groups necessary for epoxy resin formation remain. It is preferable because liquefaction can be completed and polyfunctional epoxy resin can be easily synthesized by subsequent epoxy resin conversion, and a composite material excellent in heat resistance, solvent resistance and strength characteristics can be easily obtained. The concentration of the lignocellulose material in the liquified lysate of the lignocellulosic material thus obtained varies depending on the purpose of use of the solution, but ranges up to about 90% by weight. Even if any kind of coniferous tree or broad-leaved tree is used as a raw material, a liquid material having substantially the same properties can be obtained by selecting treatment conditions. Since the obtained liquid has many functional groups, it has high reactivity and becomes a raw material for epoxy resin synthesis.

エポキシ樹脂化に際しては、上記の液化物にエピクロロヒドリンを加え、アルカリ存在下において、液化物中の水酸基とエピクロロヒドリンを反応させることによって得る手法が好ましく用いうる。その際、エピクロロヒドリンの添加量はフェノール類のモル数に対し大過剰に加えておき樹脂合成後に過剰分を回収することが好ましく、また、アルカリ条件でエピクロロヒドリンを反応させるために、水酸化ナトリウム水溶液をフェノール類の水酸基量に対し2倍モル以上添加することが好ましい。また、エポキシ化反応温度は100℃以下に保つことが好ましい。   For the epoxy resinization, a method obtained by adding epichlorohydrin to the liquefied product and reacting the hydroxyl group in the liquefied product with epichlorohydrin in the presence of an alkali can be preferably used. At that time, it is preferable to add the epichlorohydrin in a large excess with respect to the number of moles of phenols, and to recover the excess after the resin synthesis, and to react the epichlorohydrin under alkaline conditions. It is preferable to add an aqueous sodium hydroxide solution at least twice as much as the amount of hydroxyl groups in the phenol. The epoxidation reaction temperature is preferably kept at 100 ° C. or lower.

本発明に用いるエポキシ樹脂の硬化剤としては、通常のエポキシ樹脂硬化剤として市販されている種々のものを用いることができる。たとえば酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、チオール系硬化剤などを使用して硬化させることが、硬化性および硬化物特性を調整することができる点から好ましい。特に、酸無水物系硬化剤を使用する場合、一般に耐熱性、耐薬品性の向上の点から好ましく、アミン系硬化剤を使用する場合、一般に低温硬化性、高接着性の点から好ましい。   As an epoxy resin curing agent used in the present invention, various commercially available epoxy resin curing agents can be used. For example, curing using an acid anhydride curing agent, an amine curing agent, a phenol curing agent, a thiol curing agent, or the like is preferable from the viewpoint of adjusting curability and cured product characteristics. In particular, when an acid anhydride curing agent is used, it is generally preferable from the viewpoint of improving heat resistance and chemical resistance, and when an amine curing agent is used, it is generally preferable from the viewpoint of low temperature curing and high adhesiveness.

前記酸無水物系硬化剤の具体例としては、たとえばメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート、ドデセニル無水コハク酸、ポリアゼライン酸無水物、ポリ(エチルオクタデカン二酸)無水物などが挙げられる。これらのうちではドデセニル無水コハク酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、エチレングリコールビストリメリテートが、さらに耐薬品性の点から好ましい。   Specific examples of the acid anhydride curing agent include, for example, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylhymic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, Methylcyclohexene dicarboxylic acid anhydride, phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride, ethylene glycol bistrimellitate, glycerol tris trimellitate, dodecenyl succinic anhydride, polyazeline acid anhydride And poly (ethyl octadecanedioic acid) anhydride. Of these, dodecenyl succinic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, and ethylene glycol bistrimellitate are more preferable from the viewpoint of chemical resistance.

前記アミン系硬化剤の具体例としては、たとえば2,5(2,6)-ビス(アミノメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、イソフォロンジアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ビス(4-アミノ-3-メチルジシクロヘキシル)メタン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジエチルトルエンジアミン、ジシアンジアミドなどがあげられる。これらのうちではトリエチレングリコールジアミンオリゴマー、トリエチレンテトラミン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタン、ジシアンジアミドが、高接着性の点から好ましい。フィルム接着剤用途では、潜在性が高いジシアンジアミドやジアミノジフェニルスルホンが特に好ましい。   Specific examples of the amine curing agent include, for example, 2,5 (2,6) -bis (aminomethyl) bicyclo [2,2,1] heptane, isophoronediamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylene. Pentamine, diethylaminopropylamine, bis (4-amino-3-methyldicyclohexyl) methane, diaminodicyclohexylmethane, bis (aminomethyl) cyclohexane, metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, diaminodiethyldiphenylmethane, diethyltoluenediamine, And dicyandiamide. Among these, triethylene glycol diamine oligomer, triethylenetetramine, diaminodiphenyl sulfone, diaminodiphenylmethane, and dicyandiamide are preferable from the viewpoint of high adhesiveness. For film adhesive applications, dicyandiamide and diaminodiphenyl sulfone having high potential are particularly preferable.

前記フェノール系硬化剤の具体例としては、たとえば各種分子量のフェノールノボラック樹脂、各種分子量のクレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、これらフェノール類の核アリル化物などの誘導体があげられる。これらのうちではフェノールノボラック樹脂が、硬化性の点からさらに好ましい。   Specific examples of the phenol-based curing agent include derivatives such as phenol novolac resins having various molecular weights, cresol novolac resins having various molecular weights, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, and nuclear allylic compounds of these phenols. Of these, phenol novolac resins are more preferable from the viewpoint of curability.

前記チオール系硬化剤としては、たとえば低分子ジメルカプタンとポリエポキサイドの付加物、硫化水素とポリエポキサイドとの反応物、メルカプトプロピオン酸またはメルカプトグリコール酸と多価アルコールのエステル化物などがあり、その具体例としては、ジャパンエポキシレジン(株)製のCapcure3−800(商標)、CapcureWR−6(商標)、EpomateQX11(商標)、EpomateQX40(商標)、旭電化工業(株)製のアデカハードナーEH316(商標)、アデカハードナーEH317(商標)、東レチオコール(株)製のLP−2、LP−3、LP−12、LP−23、LP−31、LP−32、LP−55、LP−56、淀化学(株)製のTHEIC−BMPA(商標)などがあげられる。これらのうちではTHEIC−BMPA(2,4,6-トリオキソ-1,3,5-トリアジン-1,3,5-トリイルトリエチル-トリス(3-メルカプトプロピオナート))が、メルカプタン臭が比較的弱く、硬化性も良好である点から好ましい。   Examples of the thiol-based curing agent include adducts of low-molecular dimercaptan and polyepoxide, reaction products of hydrogen sulfide and polyepoxide, and esterified products of mercaptopropionic acid or mercaptoglycolic acid and polyhydric alcohol. Examples include Capcure 3-800 (trademark), Capture WR-6 (trademark), EpomateQX11 (trademark), EpomateQX40 (trademark) manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., and Adeka Hardener EH316 (trademark) manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd. , ADEKA HARDNER EH317 (trademark), LP-2, LP-3, LP-12, LP-23, LP-31, LP-32, LP-55, LP-56, Toyo Chemical Co., Ltd. THEIC-BMPA (trademark) manufactured by Co., Ltd.Among these, THEIC-BMPA (2,4,6-trioxo-1,3,5-triazine-1,3,5-triyltriethyl-tris (3-mercaptopropionate)) is compared with mercaptan odor. It is preferable because it is weak and has good curability.

前記エポキシ樹脂の硬化剤の使用量は、エポキシ樹脂100重量部に対して4〜100重量部、さらには20〜100重量部であるのが、耐熱性、硬化性の点から好ましい。エポキシ樹脂中のエポキシ基当量との関係において、硬化剤の官能基が化学量論当量であることは耐熱性向上の点から好ましく、また当量比1に対し、0.7〜0.9と少なめであることは、弾性率、エネルギー吸収機能を高める点からは好ましい。当量比としては、エポキシ基1当量あたり、酸無水物系硬化剤の場合には、酸無水物基が0.5〜1.2当量、さらには0.8〜1.0当量程度、アミン系硬化剤の場合には、活性水素が0.3〜1.4当量、さらには0.4〜1.1当量程度、フェノール系硬化剤の場合には、活性水素が0.5〜1.2当量、さらには0.7〜1.0当量程度、チオール系硬化剤の場合には、活性水素が0.3〜1.3当量、さらには0.5〜1.1当量程度であることが、力学特性と耐熱性・硬化性とのバランスが良く好ましい。   The amount of the epoxy resin curing agent used is preferably 4 to 100 parts by weight, more preferably 20 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the epoxy resin, from the viewpoint of heat resistance and curability. In relation to the epoxy group equivalent in the epoxy resin, it is preferable that the functional group of the curing agent is a stoichiometric equivalent from the viewpoint of improving the heat resistance. It is preferable from the viewpoint of enhancing the elastic modulus and energy absorption function. As the equivalent ratio, per 1 equivalent of epoxy group, in the case of an acid anhydride type curing agent, the acid anhydride group is 0.5 to 1.2 equivalents, more preferably about 0.8 to 1.0 equivalents, amine type In the case of a curing agent, the active hydrogen is 0.3 to 1.4 equivalent, more preferably about 0.4 to 1.1 equivalent. In the case of a phenolic curing agent, the active hydrogen is 0.5 to 1.2. Equivalent, more preferably about 0.7 to 1.0 equivalent, and in the case of a thiol-based curing agent, the active hydrogen should be about 0.3 to 1.3 equivalent, more preferably about 0.5 to 1.1 equivalent. A good balance between mechanical properties and heat resistance / curability is preferable.

本発明の複合材料には繊維を強化材として用いる。その繊維として、ガラス繊維、炭素繊維のような無機繊維や、アラミド繊維、ナイロン繊維のような有機繊維といった従来から繊維強化複合材料に用いられてきた種々の強化繊維を用いることができるが、本発明に特に適した強化繊維は天然物からなる繊維である。   Fibers are used as reinforcing materials in the composite material of the present invention. As the fibers, various reinforcing fibers that have been used in fiber-reinforced composite materials such as inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, and organic fibers such as aramid fibers and nylon fibers can be used. Reinforcing fibers that are particularly suitable for the invention are fibers made of natural products.

天然物からなる繊維は、大きく植物繊維、動物繊維と鉱物繊維に分けることができる。
本発明に適した植物繊維としては、GP(グラウンドパルプ)、TMP(サーモメカニカルパルプ)といったパルプや木質繊維、竹繊維、麻繊維、亜麻(フラックス)繊維、ジュート繊維、サイザル麻繊維、マニラ麻繊維、ラミー麻繊維、ヤシ繊維、コイア繊維、バガス、ワラ、ケナフ繊維、へちま繊維、綿繊維(セルロースミクロフィブリル化パルプ等のセルロース繊維を含む)、古紙等の紙等が挙げられる。中でも、竹繊維、亜麻(フラックス)繊維、ジュート繊維、サイザル麻繊維、マニラ麻繊維、ラミー麻繊維、セルロース繊維は強度・弾性率に優れるため特に好ましい。
Fibers made of natural products can be broadly divided into plant fibers, animal fibers and mineral fibers.
Plant fibers suitable for the present invention include pulps such as GP (ground pulp) and TMP (thermomechanical pulp), wood fibers, bamboo fibers, hemp fibers, flax (flux) fibers, jute fibers, sisal fibers, manila fibers, Examples thereof include ramie hemp fiber, palm fiber, coir fiber, bagasse, straw, kenaf fiber, hemp fiber, cotton fiber (including cellulose fiber such as cellulose microfibrillated pulp), paper such as used paper. Among these, bamboo fiber, flax (flux) fiber, jute fiber, sisal hemp fiber, manila hemp fiber, ramie hemp fiber and cellulose fiber are particularly preferred because of their excellent strength and elastic modulus.

本発明に適した動物繊維としては、絹繊維、羊毛、皮繊維等が挙げられる。
本発明に適した鉱物繊維としては、ロックファイバー、バサルト(玄武岩)繊維等が挙げられる。
これらの繊維は種類を混合して用いても良い。中でも、植物繊維を強化繊維として用いることが、複合材料の軽量性、高強度、高剛性と材料の環境適合性の観点の両立という意味で最も好ましい。
Animal fibers suitable for the present invention include silk fibers, wool, leather fibers and the like.
Examples of mineral fibers suitable for the present invention include rock fibers and basalt (basalt) fibers.
These fibers may be used by mixing types. Among these, the use of plant fibers as reinforcing fibers is most preferable in terms of achieving both the light weight, high strength, and high rigidity of the composite material and the environmental compatibility of the material.

複合材料中の強化繊維の含有率は、5〜80wt%の範囲が好ましい。少なすぎると複合材料としての力学特性発現が乏しくなり、また強化繊維が多すぎても繊維間に十分な樹脂が存在しなくなり、強化繊維の特性を複合材料に反映できないことがある。そういう意味で、より好ましくは複合材料中の強化繊維の含有率を20〜70wt%にすることであり、さらに好ましくは40〜70wt%の範囲にすることである。   The content of reinforcing fibers in the composite material is preferably in the range of 5 to 80 wt%. If the amount is too small, the mechanical properties of the composite material will be poor, and if there are too many reinforcing fibers, sufficient resin will not be present between the fibers, and the properties of the reinforcing fibers may not be reflected in the composite material. In that sense, the content of reinforcing fibers in the composite material is more preferably 20 to 70 wt%, and still more preferably 40 to 70 wt%.

強化繊維の配向は、従来の繊維強化複合材料と同様に一方向、多方向、二次元、三次元、ランダムといったいずれでも良く、また強化繊維形態も、一方向に引きそろえたもの、織物、不織布、マットあるいは短繊維分散であっても良い。
本発明の複合材料に用いるエポキシ樹脂と硬化剤を含む樹脂組成物には、必要により、たとえば硬化促進剤、充填剤、カップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの添加剤が配合される。充填剤は、複合材料成形のための樹脂レオロジー特性を制御するためや、力学的強度・弾性率、衝撃吸収性能、耐熱性、難燃性等を高めるために使用されるものである。
The orientation of the reinforcing fiber may be any one of unidirectional, multidirectional, two-dimensional, three-dimensional, and random, as in the conventional fiber-reinforced composite material, and the reinforcing fiber form is aligned in one direction, woven fabric, non-woven fabric Alternatively, mat or short fiber dispersion may be used.
The resin composition containing the epoxy resin and the curing agent used for the composite material of the present invention is blended with additives such as a curing accelerator, a filler, a coupling agent, an antioxidant, and an ultraviolet absorber as necessary. . The filler is used for controlling the resin rheological characteristics for molding the composite material, and for improving the mechanical strength / elastic modulus, impact absorption performance, heat resistance, flame retardancy, and the like.

前記充填剤にはとくに制限はなく、従来から使用されているものであれば使用することができる。具体例としては、たとえば粘土鉱物、マイカ鱗片、ガラス片、炭酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウム、水酸化アルミニウムなどがあげられる。
前記充填剤を使用する場合の使用量は、上記樹脂組成物に対して5〜50wt%、さらには5〜30wt%であるのが好ましい。充填剤の使用量が5wt%未満の場合、充填剤を使用しても充分なエネルギー吸収性能の向上が得られない傾向が生じ、50wt%をこえる場合、強化繊維への含浸が困難であったり、機械的強度がかえって低下したりする傾向が生ずる。
以上説明した繊維強化エポキシ樹脂複合材料の成形加工品を得る工程においては、従来から知られている種々の成形法を用いることができる。例えば、ハンドレイアップ成形、プリプレグ成形、真空圧成形、プレス成形、オートクレーブ成形、樹脂注入成形(RTM, RIM)、フィルム含浸成形(RFI)、プルトルージョン成形、フィラメントワインディング成形、射出成形などを用いることができる。複合材料成形の際には、樹脂の硬化促進とボイド除去の面から、加圧しつつ加熱することが好ましい。
There is no restriction | limiting in particular in the said filler, If it is conventionally used, it can be used. Specific examples include clay minerals, mica scale pieces, glass pieces, calcium carbonate, barite, precipitated barium sulfate, aluminum hydroxide and the like.
When the filler is used, the amount used is preferably 5 to 50 wt%, more preferably 5 to 30 wt% with respect to the resin composition. When the amount of the filler used is less than 5 wt%, there is a tendency that sufficient energy absorption performance cannot be improved even if the filler is used. When the amount exceeds 50 wt%, it is difficult to impregnate the reinforcing fiber. The mechanical strength tends to decrease.
In the process of obtaining the molded product of the fiber-reinforced epoxy resin composite material described above, various conventionally known molding methods can be used. For example, hand layup molding, prepreg molding, vacuum pressure molding, press molding, autoclave molding, resin injection molding (RTM, RIM), film impregnation molding (RFI), pultrusion molding, filament winding molding, injection molding, etc. Can do. In molding the composite material, it is preferable to heat while applying pressure from the viewpoint of promoting the curing of the resin and removing voids.

以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳しく説明する。
(木材の液化)
乾燥シトカスプルース木粉(20〜80メッシュ)5gとレゾルシノール5gを、ビーカーなど適当な容器に秤り取り、両者をよく混合した後、50ml容ステンレス製耐圧容器に詰め込み、密栓の後、250℃の油浴中で2.5時間静置した。その終了後、室温まで冷却し、開栓して内容物を取り出したところ、黒褐色の粘性のある溶液となっていた。これをレゾルシノール液化木材と呼ぶ。その一部を1,4-ジオキサン150mlを加えて希釈し、次いでガラス繊維瀘紙(TOYO「GA100」(商標))を用いて、上記の希釈反応液を瀘過し、液化物と不溶解残渣とを分離した。不溶解残渣はさらに1,4-ジオキサンを用いて数回洗浄し、予備乾燥の後105℃で4時間乾燥し、秤量して不溶解残渣率を求めた。得られた不溶解残渣率は4.1%であった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(Liquefaction of wood)
Weigh 5 g of dried sitka spruce wood flour (20-80 mesh) and 5 g of resorcinol in a suitable container such as a beaker, mix them well, pack them into a 50 ml stainless steel pressure vessel, seal the bottle, It was allowed to stand in an oil bath for 2.5 hours. After the completion, the mixture was cooled to room temperature, opened, and the contents were taken out. As a result, a dark brown viscous solution was obtained. This is called resorcinol liquefied wood. Part of the solution was diluted with 150 ml of 1,4-dioxane, and then the diluted reaction solution was filtered using a glass fiber paper (TOYO “GA100” (trademark)) to obtain a liquefied product and an insoluble residue. And separated. The insoluble residue was further washed several times with 1,4-dioxane, pre-dried, dried at 105 ° C. for 4 hours, and weighed to determine the percentage of insoluble residue. The resulting insoluble residue rate was 4.1%.

(レゾルシノール液化木材のエポキシ樹脂化)
次に、上記同様の手順により調製したレゾルシノール液化木材からエポキシ樹脂を合成した。まず、レゾルシノール液化木材25gと大過剰量のエピクロロヒドリン105g(液化木材中に存在するレゾルシノールの10倍モル)を300ml容四つ口フラスコ中に秤り取り、攪拌モーター、温度計、滴下ロート、還流冷却管を取り付けた。約110℃の油浴中にフラスコを入れ、内容物を攪拌しつつフラスコ内温が100℃になるように温度を制御した。ここに、内容物中のレゾルシノールの水酸基量に対し2倍モルにあたる50%水酸化ナトリウム水溶液36.3gを2時間かけて滴下した。滴下終了後さらに0.5時間攪拌を続け、反応を終了した。反応物中からエバポレーターを用いて未反応のエピクロロヒドリンと水を80℃で減圧しながら留去・回収し、樹脂粗生成物を得た。この粗生成物をアセトンに溶解し、ガラス繊維瀘紙(TOYO 「GA100」)を用いて溶液を吸引瀘過し、回収した濾液からエバポレーターを用い80℃でアセトンを減圧留去した。こうして、レゾルシノール液化木材エポキシ樹脂を得た。そのエポキシ当量を測定したところ、256g/eq.であった。
(Resorcinol liquefied wood epoxy resin)
Next, an epoxy resin was synthesized from resorcinol liquefied wood prepared by the same procedure as described above. First, 25 g of resorcinol liquefied wood and 105 g of a large excess of epichlorohydrin (10 times mol of resorcinol present in the liquefied wood) are weighed into a 300 ml four-necked flask, and a stirring motor, thermometer, dropping funnel A reflux condenser was attached. The flask was placed in an oil bath at about 110 ° C., and the temperature was controlled so that the temperature inside the flask became 100 ° C. while stirring the contents. Here, 36.3 g of a 50% aqueous sodium hydroxide solution corresponding to 2 times mol of the hydroxyl group content of resorcinol in the contents was dropped over 2 hours. After completion of the dropwise addition, stirring was continued for another 0.5 hours to complete the reaction. Unreacted epichlorohydrin and water were distilled off and collected from the reaction product under reduced pressure at 80 ° C. using an evaporator to obtain a crude resin product. This crude product was dissolved in acetone, the solution was suction filtered using glass fiber paper (TOYO “GA100”), and acetone was distilled off from the collected filtrate at 80 ° C. under reduced pressure using an evaporator. Thus, resorcinol liquefied wood epoxy resin was obtained. The epoxy equivalent was measured and found to be 256 g / eq.

(レゾルシノール液化木材エポキシ樹脂を亜麻繊維で強化した複合材料の成形)
上記合成したレゾルシノール液化木材エポキシ樹脂10gに、エポキシ当量と化学量論にあたる活性水素を有するジアミノジフェニルメタン(DDM)を2.1g添加して十分混合し樹脂/硬化剤組成物を得た。これを50℃に加熱したホットプレート上の離型紙にコーティングし、樹脂フィルム(目付け200g/m2)を得た。別途用意した亜麻繊維不織布(目付け300g/m2)の上下に上記樹脂フィルムを圧着し、50℃のホットプレス機を用いて樹脂を不織布中に含浸させ、プリプレグを作製した。
(Molding of composite material reinforced with resorcinol liquefied wood epoxy resin with flax fiber)
To 10 g of the synthesized resorcinol liquefied wood epoxy resin, 2.1 g of diaminodiphenylmethane (DDM) having active hydrogen equivalent to the epoxy equivalent and stoichiometry was added and mixed well to obtain a resin / curing agent composition. This was coated on release paper on a hot plate heated to 50 ° C. to obtain a resin film (weight per unit area: 200 g / m 2 ). The resin film was pressure-bonded to the top and bottom of a separately prepared flax fiber nonwoven fabric (weighing 300 g / m 2 ), and the nonwoven fabric was impregnated with a hot press machine at 50 ° C. to prepare a prepreg.

作製したプリプレグを3枚重ね合わせた後、離型処理を施したアルミプレート上に置き、ナイロンバッグフィルムにて包み込んで内部を真空引きした。そのプレート全体をホットプレス機に置き、130℃、6MPaの圧力下で3時間加熱し成形し、その後150℃で2時間加熱することにより亜麻繊維強化木材エポキシ樹脂複合材料を得た。
この複合材中のバイオマス含有率は、約63wt%と計算できる。
After superimposing the three prepared prepregs, they were placed on a release-treated aluminum plate, wrapped in a nylon bag film, and the inside was evacuated. The entire plate was placed in a hot press machine, molded by heating at 130 ° C. under a pressure of 6 MPa for 3 hours, and then heated at 150 ° C. for 2 hours to obtain a flax fiber reinforced wood epoxy resin composite material.
The biomass content in this composite can be calculated to be about 63 wt%.

(複合材料の曲げ物性測定)
上記複合材料板の曲げ強度および弾性率を、JIS K-6911に準拠し3点曲げモード、25℃の環境下で測定した。クロスヘッド速度は5mm/分とした。曲げ強度は98MPaであり、曲げ弾性率は8.2GPaと十分高いものであった。強度測定後の破断面を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、強化繊維と樹脂との接着性は良好であった。
(Measurement of bending properties of composite materials)
The bending strength and elastic modulus of the composite material plate were measured in a three-point bending mode at 25 ° C. in accordance with JIS K-6911. The crosshead speed was 5 mm / min. The bending strength was 98 MPa, and the flexural modulus was sufficiently high at 8.2 GPa. When the fracture surface after the strength measurement was observed with a scanning electron microscope, the adhesion between the reinforcing fiber and the resin was good.

(木材の液化)
乾燥マカンバ木粉(20〜80メッシュ)を5gとビスフェノールAを5g、ビーカーなど適当な容器に秤り取り、両者をよく混合した後、50ml容ステンレス製耐圧容器に詰め込み、密栓の後、250℃の油浴中で2.5時間静置した。その終了後、室温まで冷却し、開栓して内容物を取り出したところ、黒色の高粘性体となっていた。これをビスフェノールA液化木材と呼ぶ。その一部を1,4-ジオキサン150mlを加えて希釈し、次いでガラス繊維瀘紙(TOYO 「GA100」)を用いて、上記の希釈反応液を瀘過し、液化物と不溶解残渣とを分離した。不溶解残渣はさらに1,4-ジオキサンを用いて数回洗浄し、予備乾燥の後105℃で4時間乾燥し、秤量して不溶解残渣率を求めた。得られた不溶解残渣率は5.2%であった。
(Liquefaction of wood)
Weigh 5 g of dried makanba wood flour (20-80 mesh) and 5 g of bisphenol A in a suitable container such as a beaker, mix them well, pack them into a 50 ml stainless steel pressure vessel, seal them, In an oil bath for 2.5 hours. After the completion, the mixture was cooled to room temperature, opened, and the contents were taken out. As a result, a black high-viscosity material was obtained. This is called bisphenol A liquefied wood. Part of the solution is diluted by adding 150 ml of 1,4-dioxane, and then the diluted reaction solution is filtered using glass fiber paper (TOYO “GA100”) to separate the liquefied product from the insoluble residue. did. The insoluble residue was further washed several times with 1,4-dioxane, pre-dried, dried at 105 ° C. for 4 hours, and weighed to determine the percentage of insoluble residue. The resulting insoluble residue rate was 5.2%.

(ビスフェノールA液化木材のエポキシ樹脂化)
次に、上記同様の手順により調製したビスフェノールA液化木材からエポキシ樹脂を合成した。まず、ビスフェノールA液化木材25gと大過剰量のエピクロロヒドリン51g(液化木材中に存在するビスフェノールAの10倍モル)を300ml容四つ口フラスコ中に秤り取り、攪拌モーター、温度計、滴下ロート、還流冷却管を取り付けた。約110℃の油浴中にフラスコを入れ、内容物を攪拌しつつフラスコ内温が100℃になるように温度を制御した。ここに、内容物中のビスフェノールAの水酸基量に対し2倍モルにあたる50%水酸化ナトリウム水溶液17.5gを2時間かけて滴下した。滴下終了後さらに0.5時間攪拌を続け、反応を終了した。反応物中からエバポレーターを用いて未反応のエピクロロヒドリンと水を80℃で減圧しながら留去し、樹脂粗生成物を得た。この粗生成物をアセトンに溶解し、ガラス繊維瀘紙(TOYO 「GA100」)を用いて溶液を吸引瀘過し、回収した濾液からエバポレーターを用い80℃でアセトンを減圧留去した。こうして、ビスフェノールA液化木材エポキシ樹脂を得た。そのエポキシ当量を測定したところ、244g/eq.であった。
(Bisphenol A liquefied wood epoxy resin)
Next, an epoxy resin was synthesized from bisphenol A liquefied wood prepared by the same procedure as described above. First, 25 g of bisphenol A liquefied wood and 51 g of a large excess of epichlorohydrin (10 times mol of bisphenol A present in the liquefied wood) are weighed into a 300 ml four-necked flask, and a stirring motor, thermometer, A dropping funnel and a reflux condenser were attached. The flask was placed in an oil bath at about 110 ° C., and the temperature was controlled so that the temperature inside the flask became 100 ° C. while stirring the contents. Here, 17.5 g of a 50% sodium hydroxide aqueous solution corresponding to 2 times mol of the hydroxyl group content of bisphenol A in the contents was dropped over 2 hours. After completion of the dropwise addition, stirring was continued for another 0.5 hours to complete the reaction. From the reaction product, unreacted epichlorohydrin and water were distilled off at 80 ° C. using an evaporator to obtain a crude resin product. This crude product was dissolved in acetone, the solution was suction filtered using glass fiber paper (TOYO “GA100”), and acetone was distilled off from the collected filtrate at 80 ° C. under reduced pressure using an evaporator. Thus, bisphenol A liquefied wood epoxy resin was obtained. The epoxy equivalent was measured and found to be 244 g / eq.

(ビスフェノールA液化木材エポキシ樹脂を亜麻繊維で強化した複合材料の成形)
上記合成したビスフェノールA液化木材エポキシ樹脂10gに、エポキシ当量と化学量論にあたる活性水素を有するジアミノジフェニルメタン2.2gを添加して十分混合し樹脂/硬化剤組成物を得た。これを100℃に加熱したホットプレート上の離型紙にコーティングし、樹脂フィルム(目付け200g/m2)を得た。別途用意した亜麻繊維不織布(目付け300g/m2)の上下に上記樹脂フィルムを圧着し、100℃のホットプレス機を用いて樹脂を不織布中に含浸させ、プリプレグを作製した。
(Molding of composite material reinforced with bisphenol A liquefied wood epoxy resin with flax fiber)
To 10 g of the synthesized bisphenol A liquefied wood epoxy resin, 2.2 g of diaminodiphenylmethane having an active hydrogen equivalent to the epoxy equivalent and stoichiometry was added and mixed well to obtain a resin / curing agent composition. This was coated on release paper on a hot plate heated to 100 ° C. to obtain a resin film (weight per unit area: 200 g / m 2 ). The resin film was pressure-bonded to the top and bottom of a separately prepared flax fiber nonwoven fabric (weighing 300 g / m 2 ), and the nonwoven fabric was impregnated with a hot press machine at 100 ° C. to prepare a prepreg.

作製したプリプレグを3枚重ね合わせた後、離型処理を施したアルミプレート上に置き、ナイロンバッグフィルムにて包み込んで内部を真空引きした。そのプレート全体をホットプレス機に置き、130℃、6MPaの圧力下で3時間加熱し成形し、その後150℃で2時間加熱することにより亜麻繊維強化木材エポキシ樹脂複合材料を得た。
この複合材中のバイオマス含有率は、約62wt%と計算できる。
After superimposing the three prepared prepregs, they were placed on a release-treated aluminum plate, wrapped in a nylon bag film, and the inside was evacuated. The entire plate was placed in a hot press machine, molded by heating at 130 ° C. under a pressure of 6 MPa for 3 hours, and then heated at 150 ° C. for 2 hours to obtain a flax fiber reinforced wood epoxy resin composite material.
The biomass content in the composite can be calculated to be about 62 wt%.

(複合材料の曲げ物性測定)
上記複合材料板の曲げ強度および弾性率を、JIS K-6911に準拠し3点曲げモード、25℃の環境下で測定した。クロスヘッド速度は5mm/分とした。曲げ強度は96MPaであり、曲げ弾性率は7.5GPaと十分高いものであった。強度測定後の破断面を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、強化繊維と樹脂との接着性は良好であった。
(Measurement of bending properties of composite materials)
The bending strength and elastic modulus of the composite material plate were measured in a three-point bending mode at 25 ° C. in accordance with JIS K-6911. The crosshead speed was 5 mm / min. The bending strength was 96 MPa, and the flexural modulus was sufficiently high as 7.5 GPa. When the fracture surface after the strength measurement was observed with a scanning electron microscope, the adhesion between the reinforcing fiber and the resin was good.

比較例1として、実施例1において得られたレゾルシノール液化木材エポキシ樹脂に実施例1と同様に硬化剤(DDM)を加え、しかしながら強化繊維を加えず、実施例1と同様の硬化条件で樹脂硬化板を成形した。
比較例1における樹脂板の曲げ強度は64MPa、曲げ弾性率は3.3GPaであり、実施例1より低いものであった。
As Comparative Example 1, a curing agent (DDM) was added to resorcinol liquefied wood epoxy resin obtained in Example 1 in the same manner as in Example 1; however, no reinforcing fiber was added and the resin was cured under the same curing conditions as in Example 1. A plate was formed.
The bending strength of the resin plate in Comparative Example 1 was 64 MPa, and the flexural modulus was 3.3 GPa, which was lower than Example 1.

比較例2として、実施例2において得られたビスフェノールA液化木材エポキシ樹脂に実施例2と同様に硬化剤(DDM)を加え、しかしながら強化繊維を加えず、実施例2と同様の硬化条件で樹脂硬化板を成形した。
比較例2における樹脂板の曲げ強度は70MPa、曲げ弾性率は3.4GPaであり実施例2より低いものであった。
As Comparative Example 2, a curing agent (DDM) was added to the bisphenol A liquefied wood epoxy resin obtained in Example 2 in the same manner as in Example 2, but no reinforcing fiber was added, and the resin was cured under the same curing conditions as in Example 2. A cured plate was formed.
The bending strength of the resin plate in Comparative Example 2 was 70 MPa, and the flexural modulus was 3.4 GPa, which was lower than Example 2.

比較例3として、市販のビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製Ep1001)を用いて実施例2と同様の手法で硬化剤(DDM)を加え、また亜麻繊維強化を行い、複合材料板を成形した。この複合材中のバイオマス含有率は、約50wt%と計算できる。
比較例3における複合材料板の曲げ強度は83MPa、曲げ弾性率は7.2GPaであった。つまり複合材料としてのバイオマス含有量が相対的に多い実施例2より力学特性は劣っていた。強度測定後の破断面を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、強化繊維と樹脂との接着性は実施例2に比較して乏しいことがわかった。
As Comparative Example 3, a commercially available bisphenol A type epoxy resin (Ep1001 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) was used to add a curing agent (DDM) in the same manner as in Example 2, and the flax fiber was reinforced to produce a composite material. A plate was formed. The biomass content in this composite can be calculated to be about 50 wt%.
The composite material plate in Comparative Example 3 had a bending strength of 83 MPa and a flexural modulus of 7.2 GPa. That is, the mechanical properties were inferior to those of Example 2 having a relatively high biomass content as a composite material. When the fracture surface after the strength measurement was observed with a scanning electron microscope, it was found that the adhesion between the reinforcing fiber and the resin was poor as compared with Example 2.

実施例1において得られたレゾルシノール液化木材エポキシ樹脂に実施例1と同様に硬化剤(DDM)を加え、亜麻繊維の代わりに竹繊維の不織布を用い、その他は実施例1と同様の手法にて複合材料板を成形した。但し、竹繊維不織布の目付けは160g/m2であり、この複合材中のバイオマス含有率は、約58wt%と計算できる。その複合材料板の曲げ強度は76MPa、曲げ弾性率は6.7GPaであった。 The resorcinol liquefied wood epoxy resin obtained in Example 1 was added with a curing agent (DDM) in the same manner as in Example 1, and bamboo fiber non-woven fabric was used instead of flax fiber. A composite plate was formed. However, the basis weight of the bamboo fiber nonwoven fabric is 160 g / m 2 , and the biomass content in this composite material can be calculated as about 58 wt%. The composite material plate had a flexural strength of 76 MPa and a flexural modulus of 6.7 GPa.

Claims (8)

リグノセルロース物質とフェノール類との反応による液化溶解物を原料として合成したエポキシ樹脂を、繊維にて強化した繊維強化エポキシ樹脂複合材料。   A fiber-reinforced epoxy resin composite material, which is reinforced with fibers of an epoxy resin synthesized from a liquefied lysate produced by the reaction of lignocellulosic substances and phenols. 前記フェノール類が2個以上のフェノール性水酸基を有する分子であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化エポキシ樹脂複合材料。   The fiber-reinforced epoxy resin composite material according to claim 1, wherein the phenol is a molecule having two or more phenolic hydroxyl groups. 前記リグノセルロース物質と前記フェノール類との反応による液化溶解物を原料とするエポキシ樹脂が、液化溶解物にエピクロロヒドリンを反応させて得たエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化エポキシ樹脂複合材料。   2. The epoxy resin obtained by reacting the liquefied dissolved material with epichlorohydrin as the raw material is an epoxy resin obtained by reacting the lignocellulosic material with the phenols according to claim 1. The fiber-reinforced epoxy resin composite material described. 前記繊維が天然物からなる繊維であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化エポキシ樹脂複合材料。   The fiber-reinforced epoxy resin composite material according to claim 1, wherein the fiber is a fiber made of a natural product. 前記天然物からなる繊維が植物繊維であることを特徴とする請求項4に記載の繊維強化エポキシ樹脂複合材料。   The fiber-reinforced epoxy resin composite material according to claim 4, wherein the fiber made of natural products is a vegetable fiber. 前記天然物からなる繊維が動物繊維であることを特徴とする請求項4に記載の繊維強化エポキシ樹脂複合材料。   The fiber-reinforced epoxy resin composite material according to claim 4, wherein the fiber made of a natural product is an animal fiber. 前記天然物からなる繊維が鉱物繊維であることを特徴とする請求項4に記載の繊維強化エポキシ樹脂複合材料。   The fiber-reinforced epoxy resin composite material according to claim 4, wherein the fiber made of a natural product is a mineral fiber. 請求項1から請求項8に記載の繊維強化エポキシ樹脂複合材料からなる成形加工品。   A molded product comprising the fiber-reinforced epoxy resin composite material according to claim 1.
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