JP2009144262A - Surface modified cellulose short fiber and method for producing the same - Google Patents

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蓮貞 林
Hideki Yamaguchi
日出樹 山口
Ayako Maruta
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-modified cellulose short fiber redispersible to an organic polymer and an organic solvent and a method for producing the same. <P>SOLUTION: The surface-modified cellulose short fiber is obtained by subjecting a water dispersion of cellulose short fiber, a water-soluble polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 500-2,000 and a saponification value of 85-95 mol% and at least one of an aldehyde selected from the group consisting of acetaldehyde, propionaldehyde and n-butylaldehyde to an acetal reaction using an acid catalyst. The method for producing the same is provided. The reinforcing material for a polymer composite material contains the surface-modified cellulose short fiber. The filler includes the surface-modified cellulose short fiber. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

表面修飾セルロース短繊維およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、セルロース短繊維の水分散液と、重合度500〜2000、ケン化度85〜95モル%の水溶性ポリビニルアルコールと、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドまたはノルマルブチルアルデヒドよりなる群から選ばれる少なくとも1種のアルデヒドとを、酸触媒を用いてアセタール反応させることを特徴とする表面修飾セルロース短繊維およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a surface-modified cellulose short fiber and a method for producing the same. More specifically, at least one selected from the group consisting of an aqueous dispersion of short cellulose fibers, a water-soluble polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 500 to 2000 and a saponification degree of 85 to 95 mol%, and acetaldehyde, propionaldehyde, or normal butyraldehyde. The present invention relates to a surface-modified cellulose short fiber characterized by causing an acetal reaction of a seed aldehyde with an acid catalyst and a method for producing the same.

高い物性(硬度、強度、弾性など)が求められる高分子複合材料としては、ガラス繊維強化樹脂(以下、GFRPという)が一般的であり、広く用いられている。   As a polymer composite material that requires high physical properties (hardness, strength, elasticity, etc.), a glass fiber reinforced resin (hereinafter referred to as GFRP) is generally used and widely used.

しかし、ガラス繊維を補強材として用いた場合、GFRPにかけられる負荷によって、ガラス繊維が高分子材料本体を傷つけ、高分子複合材料の劣化を招いたり、衝撃によりガラス繊維が微細化し、その結果、補強効果が低下するといった問題がある。また、GFRPは使用後の廃棄処理やリサイクルが簡便でないという問題がある。   However, when glass fiber is used as a reinforcing material, the glass fiber damages the polymer material body due to the load applied to the GFRP, which causes deterioration of the polymer composite material, or the glass fiber becomes finer by impact, resulting in reinforcement. There is a problem that the effect is reduced. Further, GFRP has a problem that disposal and recycling after use are not easy.

一方、近年、セルロース短繊維、特に繊維直径をサブミクロンさらにはナノレベルまでに微細化されたセルロースナノファイバーの高分子複合材料への利用の可能性について、検討がおこなわれている。   On the other hand, in recent years, studies have been made on the possibility of using cellulose short fibers, particularly cellulose nanofibers whose fiber diameter is refined to sub-micron or even nano level, for polymer composite materials.

セルロース短繊維とは、セルロース分子鎖が結晶集合した繊維状物質である。セルロースの大部分は樹木などの高等植物によって生産されるが、植物以外に微生物でもセルロース短繊維を生産するものがいる。植物セルロースは、セルロース分子鎖が多数集束し、まずミクロフィブリルと呼ばれる非常に細い繊維を形成する。このミクロフィブリルがさらに束になり、フィブリル、ラメラ、繊維細胞と段階的に高次構造を形成している。バクテリアセルロースは、菌細胞から分泌されたセルロースのミクロフィブリルが、そのままの太さで微細な網目構造を形成している。ミクロフィブリルは、その生成方法にもよるが、直径は通常数〜数十nmであり、長さは数百nm〜数十μmである。このミクロフィブリルを構成するセルロース分子鎖は、伸びきり鎖結晶となっていることにより、軽量であるにもかかわらず、鋼鉄の5倍以上の強度、高い弾性率および低熱膨張性を有するといった特徴を有する。また、セルロース短繊維は天然由来の原料であるため、再生利用が可能であり、微生物によって生分解できるため、環境負荷が少ない。   A cellulose short fiber is a fibrous substance in which cellulose molecular chains are assembled. Most of the cellulose is produced by higher plants such as trees, but there are also microorganisms that produce cellulose short fibers in addition to plants. In plant cellulose, a large number of cellulose molecular chains are concentrated, and first, very thin fibers called microfibrils are formed. These microfibrils are further bundled to form a higher-order structure in stages with fibrils, lamellae, and fiber cells. In bacterial cellulose, cellulose microfibrils secreted from fungal cells form a fine network structure with the same thickness. Although microfibrils depend on the production method, the diameter is usually several to several tens of nm, and the length is several hundreds to several tens of μm. The cellulose molecular chain constituting this microfibril has a feature that it has a strength more than five times that of steel, a high elastic modulus, and a low thermal expansion property even though it is lightweight because it is an extended chain crystal. Have. In addition, since cellulose short fibers are naturally derived raw materials, they can be recycled and biodegraded by microorganisms, so that the environmental load is small.

セルロース短繊維は、従来から高分子複合材料の充填材として使用されているが、これらは通常繊維径数十μm以上のパルプや棉繊維である。GFRPに匹敵する性能を実現するためには、セルロース短繊維を微細化する必要がある。   Cellulose short fibers are conventionally used as fillers for polymer composite materials, and these are usually pulp and straw fibers having a fiber diameter of several tens of μm or more. In order to realize performance comparable to GFRP, it is necessary to refine the cellulose short fiber.

特許文献1には、パルプをナノファイバー化し接着剤で固めたセルロース短繊維複合材料は、GFRPよりはるかに強く、マグネシウム合金と比較して遜色のない強度が得られることが開示されている。   Patent Document 1 discloses that a cellulose short fiber composite material in which pulp is made into nanofibers and hardened with an adhesive is much stronger than GFRP, and has a strength comparable to that of a magnesium alloy.

しかし、通常乾燥状態で使用できるセルロース短繊維の直径は数十μm以上である。これらのセルロース短繊維を水中に分散し機械または化学的に数μm以下に解繊して作られるセルロース短繊維は、一旦乾燥すると繊維間の膨大な水素結合により、セラミックのように角質になり、再び分散できないので、高分子材料と複合化することは困難である。   However, the diameter of the cellulose short fiber which can be normally used in a dry state is several tens of μm or more. Cellulose short fibers made by dispersing these cellulose short fibers in water and mechanically or chemically defibrating them to several μm or less, once dried, become keratinous like ceramics due to enormous hydrogen bonding between the fibers, Since it cannot be dispersed again, it is difficult to form a composite with a polymer material.

前記微細化されたセルロース短繊維を複合材料に使用するためには、分散剤である水を除去しても繊維間の強い水素結合による密着を防ぎ、さらに高分子材料に容易に分散し良好な界面結合を形成させる必要がある。   In order to use the micronized short cellulose fibers in a composite material, even if water as a dispersant is removed, adhesion due to strong hydrogen bonding between fibers is prevented, and further, it is easily dispersed in a polymer material. It is necessary to form an interface bond.

このような目的を達成する方法として、以下のセルロース短繊維の表面処理方法が提案されている。特許文献2にラテックス重合による表面修飾、特許文献3に乳液重合による表面修飾方法が開示されている。また、特許文献4には、セルロース短繊維の表面の水酸基をエーテル化することにより表面修飾し、繊維表面の水酸基を減じる方法が、特許文献5には、エステル化により表面修飾し、特許文献4と同様の効果を得る方法が開示されている。また、特許文献6には、界面活性剤を用いた表面処理によって有機溶媒に分散する方法が開示されている。   As a method for achieving such an object, the following surface treatment method for cellulose short fibers has been proposed. Patent Document 2 discloses surface modification by latex polymerization, and Patent Document 3 discloses a surface modification method by emulsion polymerization. Patent Document 4 discloses a method of surface modification by etherifying hydroxyl groups on the surface of cellulose short fibers to reduce the hydroxyl groups on the fiber surface. Patent Document 5 discloses surface modification by esterification. A method of obtaining the same effect as is disclosed. Patent Document 6 discloses a method of dispersing in an organic solvent by surface treatment using a surfactant.

しかし、前記の方法では、セルロース短繊維を処理する前に、有機溶媒を用いてセルロース短繊維水分散液の水分を置換する必要があるなどプロセスが煩雑であり、コスト面、環境面から好ましくないといった問題がある。   However, in the above-mentioned method, it is necessary to replace the water content of the cellulose short fiber aqueous dispersion with an organic solvent before treating the cellulose short fibers, which is complicated from the viewpoint of cost and environment. There is a problem.

また、繊維表面の水酸基の修飾度を向上するために、セルロース短繊維は、強酸や、高い温度条件にさらされるため、セルロースの結晶構造や分子構造が破壊され、本来の機能が低下してしまうおそれがある。   In addition, in order to improve the modification degree of the hydroxyl group on the fiber surface, the cellulose short fiber is exposed to a strong acid and high temperature conditions, so that the crystal structure and molecular structure of cellulose are destroyed and the original function is deteriorated. There is a fear.

セルロース短繊維と疎水性有機ポリマーとの複合化については、特許文献7にセルロース短繊維をシートに加工し、樹脂を含ませてから積層、加熱プレスすることによって、高分子複合材料を製造する方法が開示されている。   Regarding compounding of cellulose short fiber and hydrophobic organic polymer, Patent Document 7 discloses a method for producing a polymer composite material by processing cellulose short fiber into a sheet, adding a resin, laminating, and heating pressing. Is disclosed.

また、特許文献8には、セルロース短繊維を水溶性ポリビニルアルコール(以下、PVAという。)、ポリエチレングリコールといった水溶性ポリマーとの水溶液で混合してキャストすることによって、フィルムを調製する方法が開示されている。   Patent Document 8 discloses a method for preparing a film by mixing and casting cellulose short fibers in an aqueous solution with a water-soluble polymer such as water-soluble polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA) or polyethylene glycol. ing.

しかし、セルロース短繊維は、前記のように、一旦乾燥すると繊維間の膨大な水素結合によりセラミックのように角質になるので、有機溶媒中に再分散することができない。そのため、ガラス繊維のように、熱可塑性樹脂と溶融混練することができなかった。   However, as described above, the short cellulose fibers cannot be redispersed in an organic solvent because once dried, they become keratinous like ceramics due to enormous hydrogen bonds between the fibers. Therefore, it could not be melt kneaded with a thermoplastic resin like glass fiber.

特開2003−201695号公報JP 2003-201695 A 特表平9−509694号公報JP 9-509694 A 米国特許第6,103,790号明細書US Pat. No. 6,103,790 米国特許第6,703,497号明細書US Pat. No. 6,703,497 特表平11−513425号公報Japanese National Patent Publication No. 11-513425 米国特許第6,967,027号明細書US Pat. No. 6,967,027 特開2007−51266号公報JP 2007-51266 A 特開平11−117120号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-117120

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、有機ポリマーや有機溶媒中に再分散可能な表面修飾セルロース短繊維およびその製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a surface-modified cellulose short fiber that can be redispersed in an organic polymer or an organic solvent, and a method for producing the same.

本発明の表面修飾セルロース短繊維の製造方法は、セルロース短繊維の水分散液と、重合度500〜2000、ケン化度85〜95モル%の水溶性ポリビニルアルコールと、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドまたはノルマルブチルアルデヒドよりなる群から選ばれる少なくとも1種のアルデヒドとを、酸触媒を用いてアセタール反応させることを特徴とする。   The method for producing surface-modified cellulose short fibers of the present invention comprises an aqueous dispersion of cellulose short fibers, a water-soluble polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 500 to 2000 and a saponification degree of 85 to 95 mol%, and acetaldehyde, propionaldehyde or normal butyl. An acetal reaction is performed with at least one aldehyde selected from the group consisting of aldehydes using an acid catalyst.

また、前記アセタール反応が、前記水溶性ポリビニルアルコールがアセタール化度の増大により反応液から完全に析出する前に前記反応液を凍結させ、その後再び前記反応液を50〜90℃に加熱してアセタール化を完了させることが好ましい。   The acetal reaction may be performed by freezing the reaction solution before the water-soluble polyvinyl alcohol is completely precipitated from the reaction solution due to an increase in the degree of acetalization, and then heating the reaction solution to 50 to 90 ° C. It is preferable to complete the conversion.

また、前記セルロース短繊維の水分散液と、前記アルデヒドとを、酸触媒を用いてアセタール反応させる第1工程と、さらに前記水溶性ポリビニルアルコールを加えてアセタール反応させることからなる第2工程を有することが好ましい。   Moreover, it has the 1st process which carries out the acetal reaction of the aqueous dispersion of the said cellulose short fiber, and the said aldehyde using an acid catalyst, and also adds the said water-soluble polyvinyl alcohol, and has a 2nd process which consists of an acetal reaction. It is preferable.

また、前記アルデヒドが2種以上のアルデヒドであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said aldehyde is 2 or more types of aldehydes.

また、前記アルデヒドがプロピオンアルデヒドまたはノルマルブチルアルデヒドであることが好ましい。   The aldehyde is preferably propionaldehyde or normal butyraldehyde.

また、前記セルロース短繊維の平均繊維径が3〜5000nmであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the average fiber diameter of the said cellulose short fiber is 3-5000 nm.

本発明は、請求項1、2、3、4、5または6記載の方法により製造される表面修飾セルロース短繊維であることを特徴とする。   The present invention is a surface-modified cellulose short fiber produced by the method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6.

また、前記表面修飾セルロール短繊維が含まれてなる高分子複合材料の補強材であることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that it is a reinforcing material of a polymer composite material containing the surface-modified cellulose short fibers.

また、前記表面修飾セルロール短繊維が含まれてなる高分子複合材料の充填材であることを特徴とする。   Moreover, it is a filler of a polymer composite material containing the surface-modified cellulose short fibers.

本発明の表面修飾セルロース短繊維は、表面がポリビニルアセタールのグラフトが形成および/または物理的に被覆されるため、高分子材料と容易に複合することができる。また、セルロース短繊維の表面にあるポリビニルアセタールは熱溶融性であり、さらにアセタール化度の制御により樹脂との親和性を向上することができるため、樹脂と複合する際、優れた分散性を示し、樹脂マトリックスとの高い界面接着性を示す。また、乾燥後にも再分散が可能であるため、通常の繊維状充填材と同様に熱可塑性樹脂と溶融混練により複合化できる。   The surface-modified cellulose short fibers of the present invention can be easily combined with a polymer material because the surface is formed and / or physically coated with a polyvinyl acetal graft. In addition, polyvinyl acetal on the surface of short cellulose fibers is heat-meltable and can improve affinity with the resin by controlling the degree of acetalization, so it exhibits excellent dispersibility when combined with resin. High interfacial adhesion with resin matrix. Moreover, since it can be redispersed after drying, it can be combined with a thermoplastic resin by melt kneading in the same manner as a normal fibrous filler.

したがって、得られた表面修飾セルロース短繊維はそのまま利用することもできるが、ペレットまたは粉末としても利用できる。また、溶液キャスト成形をすることも可能である。また、セルロース短繊維表面が強靭なポリビニルアセタールで修飾されることによって、溶融加工過程において繊維表面の損傷を防ぎ、高い補強効果が得られる。   Therefore, the obtained surface-modified cellulose short fibers can be used as they are, but can also be used as pellets or powders. It is also possible to perform solution casting. Moreover, the cellulose short fiber surface is modified with tough polyvinyl acetal, so that the fiber surface is prevented from being damaged in the melt processing process, and a high reinforcing effect is obtained.

本発明の表面修飾セルロース短繊維は、ガラス繊維と比較して、軽量、高強度、高弾性率および低熱膨張性を有する。また、天然由来の原料で再生利用が可能であるので、微生物によって生分解することができ、環境負荷が少ない。また、製造工程が簡単で、かつ水溶液中で行なわれるため環境にも優しい。   The surface-modified cellulose short fibers of the present invention have light weight, high strength, high elastic modulus, and low thermal expansion compared to glass fibers. In addition, since it can be recycled with naturally-derived raw materials, it can be biodegraded by microorganisms and has little environmental impact. In addition, the manufacturing process is simple, and since it is performed in an aqueous solution, it is environmentally friendly.

本発明の表面修飾セルロース短繊維の用途は、特に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、繊維、塗料の補強剤、充填材、構造材として利用することができる。   The use of the surface-modified cellulose short fibers of the present invention is not particularly limited, but can be used as, for example, thermoplastic polymers, thermosetting polymers, fibers, paint reinforcing agents, fillers, and structural materials. .

以下、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に用いたセリッシュの電子顕微鏡(以下、SEMという。)写真であり、図2は、本発明の実施例1の表面修飾したセルロース短繊維およびそのテトラヒドロフラン(以下、THFという。)分散液とシートの外観であり、図3は、本発明の実施例4の表面修飾したセルロース短繊維およびそのTHF分散液の外観であり、図4は、本発明の実施例4、5と比較例2から得られた生成物のホットプレスシートである。   FIG. 1 is a photograph of an electron microscope (hereinafter referred to as SEM) of a serisch used in the present invention, and FIG. 2 is a surface-modified cellulose short fiber of Example 1 of the present invention and its tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF). 3) The appearance of the dispersion and the sheet, FIG. 3 is the appearance of the surface-modified cellulose short fiber of Example 4 of the present invention and its THF dispersion, and FIG. 3 is a hot press sheet of a product obtained from Comparative Example 2.

(セルロース短繊維)
本発明に使用するセルロース短繊維は、特に限定されるものではないが、平均繊維径3〜5000nm、好ましくは3〜500nmのものを用いる。その繊維構造の一例を図1に示すが、特にこの構造に限定されるものではない。平均繊維径が5000nmを超えると、繊維の表面積およびアスペクト比が低下することにより補強効果が低下する傾向がある。平均繊維径が3nm未満のセルロース繊維の製造コストが高く実用に適さない。なお、セルロース短繊維には、5000nm以上の繊維径のものが含まれていても良いが、補強効果の観点から、その割合は15重量%以下であることが好ましい。
(Cellulose short fiber)
The cellulose short fibers used in the present invention are not particularly limited, but those having an average fiber diameter of 3 to 5000 nm, preferably 3 to 500 nm are used. An example of the fiber structure is shown in FIG. 1, but is not particularly limited to this structure. When the average fiber diameter exceeds 5000 nm, the reinforcing effect tends to decrease due to a decrease in the surface area and aspect ratio of the fiber. The production cost of cellulose fibers having an average fiber diameter of less than 3 nm is high and not suitable for practical use. The cellulose short fibers may contain fibers having a fiber diameter of 5000 nm or more, but from the viewpoint of the reinforcing effect, the proportion is preferably 15% by weight or less.

セルロース短繊維の繊維長については、特に限定されないが、平均繊維長100nm〜100μmが好ましい。平均繊維長が100nmより短いと、アスペクト比が低いため補強効果が低く、繊維強化複合材料の強度が不十分となるからである。平均繊維長が100μmを超えると、マトリックス樹脂と複合化する際、繊維は均一分散しにくくなる。なお、セルロース短繊維には、繊維長100nm未満のものが含まれていても良いが、補強効果の観点から、その割合は30重量%以下であることが好ましい。   Although it does not specifically limit about the fiber length of a cellulose short fiber, 100 nm-100 micrometers of average fiber length are preferable. This is because if the average fiber length is shorter than 100 nm, the aspect ratio is low, the reinforcing effect is low, and the strength of the fiber-reinforced composite material becomes insufficient. When the average fiber length exceeds 100 μm, the fibers are difficult to uniformly disperse when complexed with the matrix resin. The cellulose short fibers may contain fibers having a fiber length of less than 100 nm, but the proportion is preferably 30% by weight or less from the viewpoint of the reinforcing effect.

セルロース短繊維は、植物から分離したものおよびバクテリアセルロースによって生産されるものを使用することができ、特にこれらに限定されることはない。   As the cellulose short fibers, those separated from plants and those produced by bacterial cellulose can be used, and the cellulose short fibers are not particularly limited thereto.

(PVA)
PVAは、修飾したセルロース短繊維の分散性が高いという理由から、重合度が500〜3000、好ましくは重合度500〜2000、ケン化度は80〜95%であるが、水に溶解できる限り、特にこれらに限定されるものではない。
(PVA)
PVA has a degree of polymerization of 500 to 3000, preferably a degree of polymerization of 500 to 2000, and a degree of saponification of 80 to 95% because of the high dispersibility of the modified cellulose short fibers, but as long as it can be dissolved in water, In particular, it is not limited to these.

(アルデヒド)
アルデヒドは、PVAおよびセルロース短繊維の表面の水酸基をアセタール反応することができるものであればよく、特に限定されるものではない。反応性およびコストから、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ノルマルブチルアルデヒドが好ましい。アルデヒド中の炭素数は低いほど親水性は高いため、セルロース短繊維表面の水酸基と反応しやすく、グラフト率は高くなる傾向がある。一方、炭素数の多いアルデヒドは疎水性が高くなり、有機溶媒によく分散するというため、溶融加工性に寄与する。したがって、炭素数の異なる2種以上のアルデヒドを併用することが好ましい。アルデヒドは、ノルマル、イソのどちらでもよい。また、耐熱性および難燃性に優れた芳香族アルデヒドを用いることもできる。
(aldehyde)
The aldehyde is not particularly limited as long as it can acetal-react the hydroxyl groups on the surfaces of PVA and cellulose short fibers. In view of reactivity and cost, formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, and normal butyraldehyde are preferred. The lower the number of carbons in the aldehyde, the higher the hydrophilicity. Therefore, the aldehyde tends to react with the hydroxyl group on the surface of the short cellulose fiber and the graft rate tends to increase. On the other hand, aldehydes with a large number of carbons have high hydrophobicity and are well dispersed in organic solvents, thus contributing to melt processability. Therefore, it is preferable to use two or more aldehydes having different carbon numbers in combination. The aldehyde may be normal or iso. An aromatic aldehyde having excellent heat resistance and flame retardancy can also be used.

また、2種以上のアルデヒドの混合割合は特に限定されないが、例えば、ノルマルブチルアルデヒドとアセトアルデヒドとの混合割合は、1.5:1が好ましく、ノルマルブチルアルデヒドとプロピオンアルデヒドとの混合割合は、1.5:1が好ましい。   The mixing ratio of two or more aldehydes is not particularly limited. For example, the mixing ratio of normal butyraldehyde and acetaldehyde is preferably 1.5: 1, and the mixing ratio of normal butyraldehyde and propionaldehyde is 1 .5: 1 is preferred.

(酸触媒)
酸触媒は、例えば、塩酸、硫酸、燐酸といった無機酸、または酢酸、蟻酸、パラトルエンスルホン酸といった有機酸を用いることができ、特にこれらに限定されるものではないが、比較的安価な塩酸、硫酸が好ましい。また、酸触媒は、1種類のみを単独で使用してもよく、または2種以上を併用してもよい。これらの酸触媒は、一般に反応液のpHが0.2〜3になるように、適量が一度にあるいは反応の進行に応じて数回に分割して添加される。
(Acid catalyst)
As the acid catalyst, for example, an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, or an organic acid such as acetic acid, formic acid, and paratoluenesulfonic acid can be used. Sulfuric acid is preferred. Moreover, an acid catalyst may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. These acid catalysts are generally added in an appropriate amount at once or divided into several times according to the progress of the reaction so that the pH of the reaction solution is 0.2-3.

(その他)
表面修飾セルロース短繊維の製造に際して、他の添加剤、例えば界面活性剤を添加してもよい。
(Other)
In the production of the surface-modified cellulose short fibers, other additives such as a surfactant may be added.

(表面修飾セルロース短繊維の製造方法)
本発明の表面修飾セルロース短繊維は、セルロース短繊維の水分散液とPVA水溶液とアルデヒドとを、酸を触媒としてアセタール反応させることにより製造される。このとき、セルロース短繊維とPVAとの乾燥重量比率は、95:5〜1:99であり、好ましくは90:10〜3:97である。95:5を超えると、得られた表面修飾セルロース短繊維は、有機樹脂に対する分散性が悪化する傾向がある。一方、1:99より少ないと十分な補強効果が得られない。
(Method for producing surface-modified cellulose short fibers)
The surface-modified cellulose short fibers of the present invention are produced by subjecting an aqueous dispersion of cellulose short fibers, an aqueous PVA solution, and an aldehyde to an acetal reaction using an acid as a catalyst. At this time, the dry weight ratio of the short cellulose fiber and PVA is 95: 5 to 1:99, and preferably 90:10 to 3:97. When it exceeds 95: 5, the obtained surface-modified cellulose short fibers tend to deteriorate the dispersibility with respect to the organic resin. On the other hand, if it is less than 1:99, a sufficient reinforcing effect cannot be obtained.

アセタール化度は、35〜95モル%、好ましくは40〜75モル%である。アセタール化度が35モル%より低くなると、セルロース短繊維表面の親水性が高くなり、有機溶媒および有機ポリマーへの分散性が悪化する傾向がある。アセタール化度が95モル%より高くなると、表面修飾セルロース短繊維の生産性が低下する傾向がある。   The degree of acetalization is 35 to 95 mol%, preferably 40 to 75 mol%. When the degree of acetalization is lower than 35 mol%, the hydrophilicity of the cellulose short fiber surface tends to be high, and the dispersibility in organic solvents and organic polymers tends to deteriorate. When the degree of acetalization is higher than 95 mol%, the productivity of the surface-modified cellulose short fibers tends to decrease.

アセタール反応は、セルロース表面の水酸基および/またはPVAの水酸基とアルデヒドとの間に起こる。アルデヒドはまず一つの水酸基と反応しセミアセタールを形成した後、さらにもう一つの水酸基と反応してアセタールを形成するが、2つの水酸基はそれぞれセルロース表面の水酸基とPVAの水酸基とからなるとき、セルロース表面にポリビニルアセタールのグラフトが形成される。また、ポリビニルアセタールは、グラフトを形成せずに単にセルロース表面に被覆するものであってもよい。   The acetal reaction occurs between the hydroxyl group on the cellulose surface and / or the hydroxyl group of PVA and the aldehyde. The aldehyde first reacts with one hydroxyl group to form a semiacetal, and then reacts with another hydroxyl group to form an acetal. When the two hydroxyl groups are composed of a hydroxyl group on the cellulose surface and a hydroxyl group of PVA, cellulose A graft of polyvinyl acetal is formed on the surface. In addition, the polyvinyl acetal may be simply coated on the cellulose surface without forming a graft.

セルロース短繊維の表面にグラフトを形成させた方が、被覆するよりも良好な界面密着性が得られるので、グラフト率を上げるため前記アセタール反応を2段階に分けることができる。すなわち、まずセルロース短繊維とアルデヒドのみをアセタール反応させ(第1工程)、次いで、水溶性PVAを添加してさらに反応させる(第2工程)というものである。   When the graft is formed on the surface of the short cellulose fiber, better interfacial adhesion can be obtained than when it is coated, and thus the acetal reaction can be divided into two stages in order to increase the graft ratio. That is, first, the cellulose short fibers and aldehyde are allowed to undergo an acetal reaction (first step), and then water-soluble PVA is added to cause further reaction (second step).

前記アセタール反応は、セルロース短繊維を30〜90℃の温度範囲内でアルデヒドと酸を触媒として30分〜数時間で反応させてから、反応系内の温度を0〜15℃まで下げた後、PVAを添加し、さらに反応を進行させる。その後、アセタール化度を高めるため、反応温度を55℃以上に昇温し、数分から数時間で反応を完成させる。   The acetal reaction is carried out by reacting cellulose short fibers within a temperature range of 30 to 90 ° C. using an aldehyde and an acid as a catalyst for 30 minutes to several hours, and then lowering the temperature in the reaction system to 0 to 15 ° C. PVA is added and the reaction is allowed to proceed. Thereafter, in order to increase the degree of acetalization, the reaction temperature is raised to 55 ° C. or higher, and the reaction is completed in several minutes to several hours.

PVAはアセタール化の進行に伴い疎水性が増し、反応液から析出するが、析出したポリビニルアセタール樹脂の比重がセルロース短繊維と異なるので、セルロース短繊維の表面に付着せずに樹脂とセルロース短繊維とは分離し、均一な表面修飾セルロース短繊維が得られない場合がある。この問題を克服する方法として、PVAがアセタール化の進行により反応液から析出する前に、反応混合液を凍結して水溶性のPVAをセルロース短繊維の周りに沈積させ、その後再び加熱反応することにより、ポリビニルアセタールとセルロース短繊維とが分離することなく均一な表面修飾セルロース短繊維を得ることができる。   PVA increases in hydrophobicity as the acetalization progresses and precipitates from the reaction solution, but since the specific gravity of the precipitated polyvinyl acetal resin is different from that of cellulose short fibers, the resin and cellulose short fibers do not adhere to the surface of cellulose short fibers. And uniform surface-modified cellulose short fibers may not be obtained. As a method of overcoming this problem, before the PVA is precipitated from the reaction solution due to the progress of acetalization, the reaction mixture is frozen and water-soluble PVA is deposited around the short cellulose fibers, and then heated again. Thus, uniform surface-modified cellulose short fibers can be obtained without separating the polyvinyl acetal and the cellulose short fibers.

反応設備は、例えば、攪拌機を備えた槽型反応器、管状のループ型反応器と攪拌機を備えた槽型反応器とを備えた反応器や、ホモジナイザー反応器がある。利便性の観点から、ホモジナイザー反応器が好ましいが、特にこれらに限定されるものではない。   Examples of the reaction equipment include a tank reactor equipped with a stirrer, a reactor equipped with a tubular loop reactor and a tank reactor equipped with a stirrer, and a homogenizer reactor. From the viewpoint of convenience, a homogenizer reactor is preferable, but is not particularly limited thereto.

また、低沸点のアルデヒドを用いる場合、完全に密閉された反応器内で加圧しながら反応する。   Moreover, when using a low boiling point aldehyde, it reacts, pressurizing within the completely sealed reactor.

製造プロセスは、一般ポリビニルアセタールの製造プロセスであれば、前記反応器を用いて行なわれるほか、特に限定されない。   If a manufacturing process is a manufacturing process of general polyvinyl acetal, it will be performed using the said reactor, and it will not specifically limit.

反応、熟成の終了後、反応液に含まれる酸触媒の中和が行われる。反応生成液のpHは、7〜10、pH値が高いほどアセタール構造の安定性は高くなり、樹脂と複合するとき分解しにくいという理由から、好ましくは9付近のアルカリ性に調整される。中和は、苛性ソーダや重曹の水溶液を攪拌しながら添加することにより行われる。   After completion of the reaction and aging, the acid catalyst contained in the reaction solution is neutralized. The pH of the reaction product solution is preferably adjusted to an alkalinity of about 9 for the reason that the higher the pH value is, the higher the pH value, the higher the stability of the acetal structure, and the less the decomposition when compounded with the resin. Neutralization is performed by adding an aqueous solution of caustic soda or sodium bicarbonate while stirring.

中和の後、水溶解成分である中和塩、酸、アルカリ、アルデヒドを除去するため、固体分と水溶液を分離する。脱水は通常の固液分離法、例えば、加圧ろ過、遠心ろ過、凍結脱水によりなされる。反応液の固体物濃度は、得られた表面修飾セルロース短繊維の性能およびコスト面から、0.1〜50%、好ましくは1〜10である。   After neutralization, the solid component and the aqueous solution are separated in order to remove the neutralized salt, acid, alkali, and aldehyde that are water-soluble components. Dehydration is performed by a conventional solid-liquid separation method such as pressure filtration, centrifugal filtration, and freeze dehydration. The solid concentration of the reaction solution is 0.1 to 50%, preferably 1 to 10 in terms of the performance and cost of the obtained surface-modified cellulose short fibers.

表面修飾したセルロースの表面・空隙に残留している水溶解成分をさらに十分除去するため、脱水後に室温〜50℃において、洗浄・乾燥がおこなわれる。この温度範囲が脱水に効率的だからである。   In order to further remove the water-soluble component remaining on the surface and voids of the surface-modified cellulose, washing and drying are performed at room temperature to 50 ° C. after dehydration. This is because this temperature range is efficient for dehydration.

本発明の表面修飾セルロース短繊維は、乾燥後にも再分散が可能であるため、通常の繊維状充填材と同様に熱可塑性樹脂と溶融混練により複合化できる。したがって、得られた表面修飾セルロース短繊維はそのまま利用することもできるが、ペレットまたは粉末としても利用できる。また、溶液キャスト成形をすることも可能である。   Since the surface-modified cellulose short fibers of the present invention can be redispersed after drying, they can be combined with a thermoplastic resin by melt-kneading in the same manner as ordinary fibrous fillers. Therefore, the obtained surface-modified cellulose short fibers can be used as they are, but can also be used as pellets or powders. It is also possible to perform solution casting.

セルロース短繊維は高強度、高弾性であるため折れにくく、高分子材料との界面接着性が高いため、高分子材料に対して高い補強効果を有し、GFRPが利用されている用途、例えば、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、繊維および塗料の補強剤、充填材または構造材として利用することができる。   Cellulose short fibers have high strength and high elasticity, are not easily broken, and have high interfacial adhesiveness with a polymer material. Therefore, the cellulose short fiber has a high reinforcing effect on the polymer material and uses GFRP, for example, It can be used as a thermoplastic polymer, thermosetting polymer, fiber and paint reinforcement, filler or structural material.

実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。   The present invention will be described in detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

以下に実施例および比較例において使用した各種薬品を記載する。
ミクロフィブリルセルロース(以下、MFCという。):ダイセル(株)製のセリッシュFG−100。
バクテリアセルロース:フジッコ(株)製。除菌したバクテリアセルロースに蒸留水を加え、ホモジナイザーで固体分0.5重量%のバクテリアセルロース水分散液を調製した。
ポリビニルアルコールA:平均重合度500、ケン化度85モル%。
ポリビニルアルコールB:平均重合度2000、ケン化度95モル%。
Various chemicals used in Examples and Comparative Examples are described below.
Microfibril cellulose (hereinafter referred to as MFC): Celish FG-100 manufactured by Daicel Corporation.
Bacterial cellulose: manufactured by Fujicco Corporation. Distilled water was added to the sterilized bacterial cellulose, and a bacterial cellulose aqueous dispersion having a solid content of 0.5% by weight was prepared with a homogenizer.
Polyvinyl alcohol A: average polymerization degree 500, saponification degree 85 mol%.
Polyvinyl alcohol B: average polymerization degree 2000, saponification degree 95 mol%.

実施例1
温度調節および攪拌装置を備えた反応容器中で平均重合度500、ケン化度85モル%のPVA10重量部を、攪拌下に790重量部の水に溶解し、これに2重量%にしたセリッシュ水分散液500重量部と35重量%塩酸水溶液10重量部を加え、均一になるまで攪拌をした後、温度を10℃に調節した。そのときの混合液のpHは0.5であった。次いで、10℃に保持された混合液を攪拌しながらノルマルブチルアルデヒド4.2重量部とアセトアルデヒド2.8重量部を温度10〜15℃に調節しながら連続的に添加混合した。添加開始約15分後に攪拌を停止した。その後反応系を60℃に昇温し、1時間保持した。反応終了後、40℃まで冷却し、1モル%の水酸化ナトリウム水溶液を添加して前記混合液をpH9に調整した。ろ過により洗浄・脱水を実施した。次に水分を完全除去するために、脱水した生成物を40℃送風乾燥機でさらに乾燥させた。
Example 1
10 parts by weight of PVA having an average polymerization degree of 500 and a saponification degree of 85 mol% in a reaction vessel equipped with a temperature controller and a stirrer was dissolved in 790 parts by weight of water under stirring, and serisch water was made 2% by weight. 500 parts by weight of the dispersion and 10 parts by weight of 35% by weight aqueous hydrochloric acid were added and stirred until uniform, and then the temperature was adjusted to 10 ° C. The pH of the mixed solution at that time was 0.5. Next, while stirring the mixed liquid maintained at 10 ° C., 4.2 parts by weight of normal butyraldehyde and 2.8 parts by weight of acetaldehyde were continuously added and mixed while adjusting the temperature to 10 to 15 ° C. Stirring was stopped about 15 minutes after the start of the addition. Thereafter, the reaction system was heated to 60 ° C. and held for 1 hour. After completion of the reaction, the mixture was cooled to 40 ° C., and 1 mol% aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the mixture to pH 9. Washing and dehydration were carried out by filtration. Next, in order to completely remove moisture, the dehydrated product was further dried with a 40 ° C. blower dryer.

図2に示されるように、得られた表面修飾セルロース短繊維を、THF、エタノールとトルエンの混合溶媒(エタノール:トルエン=2:1(重量比))および蒸留水とに分散させ、それらの分散性を確認した。得られた表面修飾セルロース短繊維は、水には分散しなかったが、THF、エタノールとトルエンの混合溶媒には攪拌しながら分散した。得られた分散液は、室温下において48時間経過後に観察すると、相分離しなかった。この粉を190℃、200kg/cm2でホットプレスすると、図2に示されるような半透明なシートが得られた。また、ホットプレスでシートにすることによって熱形成性も確認した。 As shown in FIG. 2, the obtained surface-modified cellulose short fibers were dispersed in THF, a mixed solvent of ethanol and toluene (ethanol: toluene = 2: 1 (weight ratio)) and distilled water, and their dispersion. The sex was confirmed. The obtained surface-modified cellulose short fibers were not dispersed in water, but were dispersed in a mixed solvent of THF, ethanol and toluene with stirring. The obtained dispersion did not phase separate when observed after 48 hours at room temperature. When this powder was hot-pressed at 190 ° C. and 200 kg / cm 2 , a translucent sheet as shown in FIG. 2 was obtained. Moreover, the heat formability was also confirmed by forming the sheet with a hot press.

実施例2
500mLのビーカに平均重合度500、ケン化度85モル%のPVA2.5重量部を、攪拌下に197.5重量部の水に溶解し、これに2重量%セリッシュ水分散液125重量部と35重量%塩酸水溶液2.5重量部を加え、ホモジナイザーを用いて均一になるまで攪拌をしてから温度を10℃に調節した。次いで、10℃に保持された混合液にホモジナイザーで攪拌しながらノルマルブチルアルデヒド1.05重量部とプロピオンアルデヒド0.7重量部を添加した。添加した後、15分攪拌し、得られた中間反応物を急速に凍結させた。その後、60℃の水浴に移し、60分間加熱処理すると白い沈殿物が析出した。反応終了後、40℃まで冷却し、1モル%の水酸化ナトリウム水溶液を添加して前記反応液をpH9に調整した。ろ過により洗浄・脱水を実施し、水分を完全除去するために、脱水した生成物を40℃送風乾燥機でさらに乾燥させた。
Example 2
In a 500 mL beaker, 2.5 parts by weight of PVA having an average degree of polymerization of 500 and a saponification degree of 85 mol% was dissolved in 197.5 parts by weight of water with stirring, and 125 parts by weight of a 2% by weight serisch aqueous dispersion was dissolved in 2.5 parts by weight of 35% by weight hydrochloric acid aqueous solution was added, and the mixture was stirred using a homogenizer until uniform, and then the temperature was adjusted to 10 ° C. Next, 1.05 parts by weight of normal butyraldehyde and 0.7 parts by weight of propionaldehyde were added to the mixed liquid maintained at 10 ° C. while stirring with a homogenizer. After the addition, the mixture was stirred for 15 minutes and the resulting intermediate reaction was rapidly frozen. Then, it moved to the 60 degreeC water bath, and when it heat-processed for 60 minutes, the white deposit precipitated. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to 40 ° C. and 1 mol% aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the reaction solution to pH 9. Washing and dehydration were carried out by filtration, and the dehydrated product was further dried with a 40 ° C. blower dryer in order to completely remove moisture.

得られた表面修飾セルロース短繊維をTHF、エタノールとトルエンとの混合溶媒(エタノール:トルエン=2:1(重量比))および蒸留水に分散させ、それらの分散性を確認した。得られた表面修飾セルロース短繊維は水に分散しないが、THF、エタノールとトルエンとの混合溶媒には攪拌しながら分散した。得られた分散液を室温下において48時間経過後に観察すると、相分離しなかった。この粉を190℃、200kg/cm2でホットプレスすると、図2に示されるような半透明なシートを得られた。ホットプレスでシートにすることによって熱形成性も確認した。 The obtained surface-modified cellulose short fibers were dispersed in THF, a mixed solvent of ethanol and toluene (ethanol: toluene = 2: 1 (weight ratio)) and distilled water, and their dispersibility was confirmed. The obtained surface-modified cellulose short fibers were not dispersed in water, but were dispersed in a mixed solvent of THF, ethanol and toluene with stirring. When the obtained dispersion was observed after 48 hours at room temperature, no phase separation occurred. When this powder was hot pressed at 190 ° C. and 200 kg / cm 2 , a translucent sheet as shown in FIG. 2 was obtained. Thermoformability was also confirmed by forming the sheet with a hot press.

実施例3
混合液の加熱温度60℃を90℃に変えた以外は実施例2と同様に実施した。
Example 3
The same procedure as in Example 2 was performed except that the heating temperature of the mixed solution was changed to 90 ° C.

得られた表面修飾セルロース短繊維をTHF、エタノールとトルエンとの混合溶媒(エタノール:トルエン=2:1(重量比))および蒸留水に分散させ、それらの分散性を確認した。得られた表面修飾セルロース短繊維は水に分散しないが、THF、エタノールとトルエンとの混合溶媒に攪拌しながら分散した。得られた分散液を室温下において48時間経過後に観察すると、相分離しなかった。この粉を190℃、200kg/cm2でホットプレスすると、半透明なシートを得られた。ホットプレスでシートにすることによって熱形成性も確認した。 The obtained surface-modified cellulose short fibers were dispersed in THF, a mixed solvent of ethanol and toluene (ethanol: toluene = 2: 1 (weight ratio)) and distilled water, and their dispersibility was confirmed. The obtained surface-modified cellulose short fibers were not dispersed in water, but were dispersed in a mixed solvent of THF, ethanol and toluene with stirring. When the obtained dispersion was observed after 48 hours at room temperature, no phase separation occurred. When this powder was hot pressed at 190 ° C. and 200 kg / cm 2 , a translucent sheet was obtained. Thermoformability was also confirmed by forming the sheet with a hot press.

実施例4
PVA重合度500に変えて、重合度2000、ケン化度90モル%のものを用いること以外は実施例2と同様に実施した。
Example 4
The same procedure as in Example 2 was performed except that a polymerization degree of 2000 and a saponification degree of 90 mol% were used instead of the PVA polymerization degree of 500.

得られた表面修飾セルロース短繊維をTHF、エタノールとトルエンとの混合溶媒(エタノール:トルエン=2:1(重量比))および蒸留水に分散させ、それらの分散性を確認した。得られた表面修飾セルロース短繊維は水に分散しないが、THF、エタノールとトルエンとの混合溶媒には攪拌しながら分散した。得られた分散液を室温下において48時間経過後に観察すると、相分離しなかった。この粉を190℃、200kg/cm2でホットプレスすると、半透明なシートを得られた。ホットプレスでシートにすることによって熱形成性も確認した。 The obtained surface-modified cellulose short fibers were dispersed in THF, a mixed solvent of ethanol and toluene (ethanol: toluene = 2: 1 (weight ratio)) and distilled water, and their dispersibility was confirmed. The obtained surface-modified cellulose short fibers were not dispersed in water, but were dispersed in a mixed solvent of THF, ethanol and toluene with stirring. When the obtained dispersion was observed after 48 hours at room temperature, no phase separation occurred. When this powder was hot pressed at 190 ° C. and 200 kg / cm 2 , a translucent sheet was obtained. Thermoformability was also confirmed by forming the sheet with a hot press.

実施例5
2重量%にしたセリッシュ水分散液の代わりに0.2重量%セリッシュ水分散液を用いた以外は実施例2と同様に実施した。得られた生成物について、THFへの分散性を確認した。また、本実施例で得られた生成物は、5重量%セルロース短繊維を含有するポリビニルブチラール複合材料であり、直接複合材料として利用できる。得られた生成物をホットプレスによってシートを成形し、引張試験と表面硬度を測定した。ホットプレスによってシート化した結果を表1、図3および図4に示す。
Example 5
The same procedure as in Example 2 was performed except that a 0.2 wt% serisch aqueous dispersion was used instead of the 2 wt% serisch aqueous dispersion. About the obtained product, the dispersibility to THF was confirmed. The product obtained in this example is a polyvinyl butyral composite material containing 5% by weight cellulose short fiber, and can be used directly as a composite material. A sheet was formed from the obtained product by hot pressing, and a tensile test and surface hardness were measured. The results of sheeting by hot pressing are shown in Table 1, FIG. 3 and FIG.

実施例6
2重量%セリッシュ水分散液に変えて、0.1重量%セリッシュ水分散液を用いた以外は実施例2と同様に実施した。得られた生成物について、THFへの分散性を確認した。また、本実施例で得られた生成物は、2.5重量%のセルロース短繊維を含有するポリビニルブチラール複合材料であり、直接複合材料として利用できる。得られた生成物をホットプレスによってシートを成形し、引張試験と表面高度を測定した。ホットプレスによってシート化した結果を表1と図4に示す。
Example 6
The same procedure as in Example 2 was performed except that a 0.1 wt% serisch aqueous dispersion was used instead of the 2 wt% serisch aqueous dispersion. About the obtained product, the dispersibility to THF was confirmed. The product obtained in this example is a polyvinyl butyral composite material containing 2.5% by weight of short cellulose fibers and can be directly used as a composite material. The obtained product was formed into a sheet by hot pressing, and a tensile test and a surface height were measured. The result of forming into a sheet by hot pressing is shown in Table 1 and FIG.

実施例7
2重量%セリッシュ水分散液に変えて、0.5重量%バクテリアセルロース水分散液を用いた以外は実施例2と同様に実施した。得られた表面修飾バクテリアセルロースをTHFに分散させ、均一かつ安定な分散液を得た。また、ホットプレスによってシート化することも確認した。
Example 7
The same procedure as in Example 2 was carried out except that a 0.5 wt% bacterial cellulose aqueous dispersion was used instead of the 2 wt% serisch aqueous dispersion. The obtained surface-modified bacterial cellulose was dispersed in THF to obtain a uniform and stable dispersion. It was also confirmed that the sheet was formed by hot pressing.

実施例8
プロピオンアルデヒド0.7重量部に変えて、アセトアルデヒド0.6部を用いた以外は実施例2と同様に実施した。得られた表面修飾セルロース短繊維をTHFに分散させ、均一かつ安定な分散液を得た。また、190℃のホットプレスによってシート成形できることを確認した。
Example 8
The same procedure as in Example 2 was performed except that 0.6 part of acetaldehyde was used instead of 0.7 part by weight of propionaldehyde. The obtained surface-modified cellulose short fibers were dispersed in THF to obtain a uniform and stable dispersion. It was also confirmed that the sheet could be formed by hot pressing at 190 ° C.

比較例1
2重量%のセリッシュFG‐100水分散液を濾過によって脱水してから、40℃送風乾燥機でさらに乾燥させた。乾燥したセリッシュを粉砕してから蒸留水やTHFに分散させたが、両方とも粒子のまま沈殿した。また実施例1と同様にホットプレスさせたが、シートになれなかった。
Comparative Example 1
A 2% by weight serisch FG-100 aqueous dispersion was dehydrated by filtration and then further dried with a 40 ° C. blower dryer. The dried serisch was pulverized and dispersed in distilled water or THF, but both precipitated as particles. Further, hot pressing was performed in the same manner as in Example 1, but the sheet could not be formed.

比較例2
2重量%セリッシュ水分散液を添加しないこと以外は実施例2と同様に実施した。得られたセルロース短繊維を含有しないポリビニルブチラールをホットプレスによってシートを成形し、引張試験と表面硬度を測定した。結果は表1と図4に示す。
Comparative Example 2
The same procedure as in Example 2 was performed except that the 2 wt% serisch aqueous dispersion was not added. The obtained polyvinyl butyral containing no cellulose short fiber was formed into a sheet by hot pressing, and a tensile test and surface hardness were measured. The results are shown in Table 1 and FIG.

(ダイナミック硬さ)
島津ダイナミック微小光度計DUH−200で稜間角115℃の三角錐圧子を用いてホットプレスシートの表面硬度を測定した。
試験力=0.2mN。
(Dynamic hardness)
The surface hardness of the hot press sheet was measured with a Shimadzu dynamic microphotometer DUH-200 using a triangular pyramid indenter with a ridge angle of 115 ° C.
Test force = 0.2 mN.

(引張特性の測定)
得られた厚さ0.1mmの帯状体を、JIS K 6251記載のダンベル28号で打ち抜いて試験片を作製した。この試験片を用いて、島津製作所(株)製AGS−20KNG強度試験機で25℃、切断引張応力、切断引張伸び、弾性率を測定した。
使用ロードセル:1KN
つかみ具間距離:30mm
試験速度:5mm/min
(Measurement of tensile properties)
The obtained strip-shaped body having a thickness of 0.1 mm was punched out with a dumbbell 28 described in JIS K 6251 to prepare a test piece. Using this test piece, 25 ° C., cutting tensile stress, cutting tensile elongation, and elastic modulus were measured with an AGS-20KNG strength tester manufactured by Shimadzu Corporation.
Load cell used: 1KN
Distance between grips: 30mm
Test speed: 5mm / min

表1からMFCの添加量が増加するにつれて、硬度、引張強度、弾性率が向上したことがわかる。また、実施例5および6の表面修飾セルロース短繊維のシートは、比較例2のシートと比べて、硬度、引張強度に優れ、高い弾性率を有することがわかる。   It can be seen from Table 1 that the hardness, tensile strength, and elastic modulus improved as the amount of MFC added increased. Moreover, it turns out that the sheet | seat of the surface modification cellulose short fiber of Example 5 and 6 is excellent in hardness and tensile strength compared with the sheet | seat of the comparative example 2, and has a high elasticity modulus.

本発明に用いたセリッシュのSEM写真である。繊維直径は10〜500nmと推定される。It is a SEM photograph of serisch used for the present invention. The fiber diameter is estimated to be 10-500 nm. 本発明の実施例1の表面修飾したセルロース短繊維およびそのTHF分散液とシートの外観である。実施例1により製造された表面修飾セルロース短繊維は、中央の写真に示されるように、角質化せず粉末状態であることがわかる。また、実施例1により製造された表面修飾セルロース短繊維は、左図に示されるように、THFによく分散し、1重量%のTHF分散液になることができ、有機溶媒に対して高い分散性を示した。また、右図に示されるように、実施例1の表面修飾セルロース短繊維は、ホットプレスによってシートになることができたことがわかる。It is the external appearance of the surface-modified cellulose short fiber of Example 1 of this invention, its THF dispersion liquid, and a sheet | seat. It can be seen that the surface-modified cellulose short fibers produced in Example 1 are not keratinized and are in a powder state, as shown in the center photograph. In addition, the surface-modified cellulose short fibers produced according to Example 1 can be well dispersed in THF to form a 1% by weight THF dispersion as shown in the left figure, and highly dispersed in an organic solvent. Showed sex. Moreover, as the right figure shows, it turns out that the surface modification cellulose short fiber of Example 1 was able to become a sheet | seat by the hot press. 本発明の実施例4の表面修飾したセルロース短繊維およびそのTHF分散液の外観である。実施例4の表面修飾セルロース短繊維は、左図に示されるように、乾燥状態においても角質化せず、粉末状態であることがわかる。また、右図に示されるように、THFによく分散し、5重量%のTHF分散液になることができ、有機溶媒に対して高い分散性を示した。It is the external appearance of the surface modified cellulose short fiber of Example 4 of this invention, and its THF dispersion liquid. It can be seen that the surface-modified cellulose short fibers of Example 4 are not keratinized even in a dry state and are in a powder state, as shown in the left figure. Further, as shown in the right figure, it was well dispersed in THF and could be a 5 wt% THF dispersion, which showed high dispersibility in organic solvents. 本発明の実施例5、6と比較例2から得られた生成物のホットプレスシートである。実施例5および6のセルロース短繊維は、THFによく分散し、ホットプレスによってシートになることができたことがわかる。It is a hot press sheet of the product obtained from Examples 5 and 6 and Comparative Example 2 of the present invention. It can be seen that the short cellulose fibers of Examples 5 and 6 were well dispersed in THF and could be formed into sheets by hot pressing.

Claims (9)

セルロース短繊維の水分散液と、
重合度500〜2000、ケン化度85〜95モル%の水溶性ポリビニルアルコールと、
アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドまたはノルマルブチルアルデヒドよりなる群から選ばれる少なくとも1種のアルデヒドとを、
酸触媒を用いてアセタール反応させることを特徴とする表面修飾セルロース短繊維の製造方法。
An aqueous dispersion of short cellulose fibers;
Water-soluble polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 500 to 2000 and a saponification degree of 85 to 95 mol%;
At least one aldehyde selected from the group consisting of acetaldehyde, propionaldehyde, or normal butyraldehyde,
A method for producing a surface-modified cellulose short fiber, wherein an acetal reaction is carried out using an acid catalyst.
前記アセタール反応が、前記水溶性ポリビニルアルコールがアセタール化度の増大により反応液から完全に析出する前に前記反応液を凍結させ、その後再び前記反応液を50〜90℃に加熱してアセタール化を完了させることを特徴とする請求項1記載の表面修飾セルロース短繊維の製造方法。 The acetal reaction is carried out by freezing the reaction solution before the water-soluble polyvinyl alcohol is completely precipitated from the reaction solution due to an increase in the degree of acetalization, and then heating the reaction solution to 50 to 90 ° C. The method for producing surface-modified cellulose short fibers according to claim 1, wherein the method is completed. 前記セルロース短繊維の水分散液と、前記アルデヒドとを、酸触媒を用いてアセタール反応させる第1工程と、
さらに前記水溶性ポリビニルアルコールを加えてアセタール反応させることからなる第2工程を有する請求項1または2記載の表面修飾セルロース短繊維の製造方法。
A first step in which an aqueous dispersion of the cellulose short fibers and the aldehyde are subjected to an acetal reaction using an acid catalyst;
Furthermore, the manufacturing method of the surface modification cellulose short fiber of Claim 1 or 2 which has a 2nd process consisting of adding the said water-soluble polyvinyl alcohol and making it acetal-react.
前記アルデヒドが2種以上のアルデヒドである請求項1、2または3記載の表面修飾セルロース短繊維の製造方法。 The method for producing surface-modified cellulose short fibers according to claim 1, 2 or 3, wherein the aldehyde is two or more aldehydes. 前記アルデヒドがプロピオンアルデヒドまたはノルマルブチルアルデヒドである請求項1、2、3または4記載の表面修飾セルロース短繊維の製造方法。 The method for producing surface-modified cellulose short fibers according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the aldehyde is propionaldehyde or normal butyraldehyde. 前記セルロース短繊維の平均繊維径が3〜5000nmである請求項1、2、3、4または5記載の表面修飾セルロース短繊維の製造方法。 The method for producing surface-modified cellulose short fibers according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein the cellulose short fibers have an average fiber diameter of 3 to 5000 nm. 請求項1、2、3、4、5または6記載の方法により製造される表面修飾セルロース短繊維 Surface-modified cellulose short fibers produced by the method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6. 前記表面修飾セルロール短繊維が含まれてなる高分子複合材料の補強材。 A reinforcing material for a polymer composite material comprising the surface-modified cellulose short fibers. 前記表面修飾セルロール短繊維が含まれてなる高分子複合材料の充填材。 A polymer composite filler comprising the surface-modified cellulose short fibers.
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