JP2010235904A - 溶融成形用セルロース樹脂組成物、成形体および電気電子機器用筺体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エステル基(−OCOR1:R1は脂肪族基又は芳香族基を表す。)及び脂肪族カーボネート基(−OCOOR2:R2は脂肪族基を表す。)を有するセルロース誘導体を含有する溶融成形用セルロース樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
本発明者らは、カーボンニュートラルな樹脂として、セルロースを使用することに初めて着目した。しかし、セルロースは一般的に熱可塑性を持たないため、加熱等により溶融成形することが困難であり、溶融成形加工に適さない。また、たとえ熱可塑性を付与できたとしても、耐熱性、機械強度に劣るといった問題がある。
そこで、本発明の目的は、良好な熱可塑性、耐熱性、機械強度を有し、溶融成形加工に適した溶融成形用セルロース樹脂組成物、これを用いた成形体および電気電子機器筐体を提供することである。
すなわち、上記課題は以下の手段により達成することができる。
2. 前記エステル基のR1の炭素数が1〜12である、上記1に記載のセルロース樹脂組成物。
3. 前記エステル基のR1が脂肪族基である、上記1又は2に記載のセルロース樹脂組成物。
4. 前記エステル基のR1の炭素数が1〜4である、上記3に記載のセルロース樹脂組成物。
5. 前記エステル基のR1がメチル基又はエチル基である、上記1〜4のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物。
6. 前記エステル基のR1がメチル基である、上記1〜5のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物。
7. 前記脂肪族カーボネート基のR2の炭素数が1〜20である、上記1〜6のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物。
8. 上記1〜7のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物を溶融成形して得られる成形体。
9. 上記8に記載の成形体から構成される電気電子機器用筺体。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のセルロース誘導体は、エステル基(−OCOR1:R1は脂肪族基又は芳香族基を表す。)及び脂肪族カーボネート基(−OCOOR2:R2は脂肪族基を表す。)を有する。すなわち、セルロース{(C6H10O5)n}に含まれる水酸基の少なくとも一部が、エステル基(−OCOR1:R1は脂肪族基又は芳香族基を表す。)に置換され、かつ他の水酸基の少なくとも一部が脂肪族カーボネート基(−OCOOR2:R2は脂肪族基を表す。)に置換されている。
本発明のセルロース誘導体は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する。
一般式(1)
セルロース誘導体の複数の繰り返し単位において、複数あるX2、X3、及びX6は各々同一でも異なっていてもよい。
エステル基とカーボネート基による置換は、X2、X3及びX6の一部でよいため、エステル基やカーボネート基でないX2、X3及びX6は水酸基またはその他の置換基であってよい。
また、「セルロースに含まれる水酸基」とは、セルロースのグルコース環における2位、3位、6位の炭素原子に結合している水酸基を指す。
例えば、(1)X2、X3及びX6の一部が脂肪族エステル基または芳香族エステル基で置換されている単量体と、X2、X3及びX6の一部が脂肪族カーボネート基で置換されている単量体とから構成される重合体であってよいし、(2)ひとつの繰り返し単位のX2、X3及びX6に脂肪族エステル基または芳香族エステル基、及び脂肪族カーボネート基の両方が置換されている単一の単量体から構成される重合体であってもよい。さらには、(3)一般式(1)で表される繰り返し単位であって異なる種類の繰り返し単位が、ランダムに重合されている重合体であってもよい。
なお、重合体の一部には、無置換の繰り返し単位(すなわち、前記一般式(1)において、X2、X3及びX6すべてが水酸基である繰り返し単位)を含んでいてもよい。
R2は、置換基を有さない場合又はハロゲンを置換基として有する場合が好ましい。
例えば、脂肪族エステル基または芳香族エステル基の置換度DSB(繰り返し単位中、β−グルコース環の2位、3位及び6位の水酸基に対する脂肪族エステル基または芳香族エステル基の数)は、通常1.0程度以上、好ましくは1.5〜2.5程度とすればよい。
脂肪族カーボネート基の置換度DSC(繰り返し単位中、β−グルコース環のセルロース構造の2位、3位及び6位の水酸基に対する脂肪族カーボネート基の数)は通常0.1程度以上、好ましくは0.3〜1.5程度とすればよい。このような範囲の置換基とすることにより、破断伸度、脆性等を向上させることができる。
水酸基の置換度DSA(繰り返し単位中、2位、3位及び6位の水酸基が無置換である割合)は通常0.01〜1.5程度、好ましくは0.2〜1.2程度とすればよい。DSAを0.01以上とすることにより、樹脂組成物の流動性を向上させることができる。また、DSAを1.5以下とすることにより、樹脂組成物の流動性を向上させたり、熱分解の加速・成形時の樹脂組成物の吸水による発泡等を抑制させたりできる。
なお、各置換度の総和(DSA+DSB+DSC)は3である。
本発明における、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(MWD)の測定は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を用いて行うことができる。具体的には、テトラヒドロフランを溶媒とし、ポリスチレンゲルを使用し、標準単分散ポリスチレンの構成曲線から予め求められた換算分子量較正曲線を用いて求めることができる。
本発明のセルロース誘導体の製造方法は特に限定されず、セルロースを原料とし、セルロースに含まれる水酸基の少なくとも一部を脂肪族エステル基または芳香族エステル基、及び脂肪族カーボネート基によって置換することにより製造することができる。セルロースの原料としては特に制限はなく、例えば、綿、リンター、パルプ等を用いることができる。
好ましい製造方法の態様は、セルロースエステル(β−グルコース環の2位、3位及び6位の水酸基の少なくとも一部が、脂肪族エステル基または芳香族エステル基に置換されたセルロース誘導体)に、塩基存在下、クロロギ酸エステル等を反応させる工程を含むものである。
本発明の樹脂組成物は、本発明のセルロース誘導体を含有しており、必要に応じてその他の添加剤を含有することができる。
樹脂組成物に含まれる成分の含有割合は、特に限定されない。好ましくはセルロース誘導体を75質量%程度以上、より好ましくは80質量%程度以上、さらに好ましくは80〜100質量%程度含有する。
本発明の樹脂組成物は、本発明のセルロース誘導体のほか、必要に応じて、フィラー、難燃剤等の種々の添加剤を含有していてもよい。
具体的には、無機フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、グラファイト繊維、金属繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、マグネシウム系ウイスカー、珪素系ウイスカー、ワラステナイト、セピオライト、スラグ繊維、ゾノライト、エレスタダイト、石膏繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化硅素繊維および硼素繊維等の繊維状の無機フィラーや;ガラスフレーク、非膨潤性雲母、カーボンブラック、グラファイト、金属箔、セラミックビーズ、タルク、クレー、マイカ、セリサイト、ゼオライト、ベントナイト、ドロマイト、カオリン、微粉ケイ酸、長石粉、チタン酸カリウム、シラスバルーン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、石膏、ノバキュライト、ドーソナイト、白土等の板状や粒状の無機フィラーが挙げられる。
難燃剤は、特に限定されず、常用のものを用いることができる。例えば、臭素系難燃剤、塩素系難燃剤、リン含有難燃剤、ケイ素含有難燃剤、窒素化合物系難燃剤、無機系難燃剤等が挙げられる。これらの中でも、樹脂との複合時や成形加工時に熱分解してハロゲン化水素が発生して加工機械や金型を腐食させたり、作業環境を悪化させたりすることがなく、また、焼却廃棄時にハロゲンが気散したり、分解してダイオキシン類等の有害物質の発生等によって環境に悪影響を与える可能性が少ないことから、リン含有難燃剤およびケイ素含有難燃剤が好ましい。
これらのリン含有難燃剤は、1種単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのケイ素含有難燃剤は1種単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
他の成分としては、例えば、前記セルロース誘導体以外のポリマー、可塑剤、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤など)、離型剤(脂肪酸、脂肪酸金属塩、オキシ脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪族部分鹸化エステル、パラフィン、低分子量ポリオレフィン、脂肪酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミド、脂肪族ケトン、脂肪酸低級アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールエステル、脂肪酸ポリグリコールエステル、変成シリコーン)、帯電防止剤、難燃助剤、加工助剤、ドリップ防止剤、抗菌剤、防カビ剤等が挙げられる。さらに、染料や顔料を含む着色剤などを添加することもできる。
これらのポリマーは、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
成形方法としては、例えば、射出成形、押し出し成形、ブロー成形等が挙げられる。
加熱温度は、通常160〜300℃程度であり、好ましくは180〜260℃程度である。
メカニカルスターラー、温度計、冷却管、滴下ロートをつけた5Lの三ツ口フラスコにジアセチルセルロース(ダイセル化学工業(株):アセチル置換度2.2)50g、ピリジン1Lを量り取り、室温で攪拌した。溶解を確認後、氷冷下、クロロギ酸プロピル295gをゆっくりと滴下し、5℃から15℃の間で3時間攪拌した。反応後、メタノール200mLを加えてクエンチした。反応溶液をメタノール(10L)へ激しく攪拌しながら投入すると、黄白色固体が析出した。黄白色固体を吸引ろ過によりろ別し、大量のメタノールで3回洗浄を行った。得られた白色固体を100℃で6時間真空乾燥することにより目的のセルロース誘導体(P−1)を白色粉体として得た(67.0g)。
合成例1においてクロロギ酸プロピルをクロロギ酸ブチルに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−2)を白色粉体として得た(63.0g)。
合成例1においてクロロギ酸プロピルをクロロギ酸オクチルに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−3)を白色粉体として得た(70.5g)。
合成例1においてクロロギ酸プロピルをクロロギ酸−2−エチルヘキシルに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−4)を白色粉体として得た(70.0g)。
合成例4においてクロロギ酸−2−エチルヘキシルの量を変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−5)を白色粉体として得た(58.0g)。
合成例1においてジアセチルセルロース(ダイセル化学工業(株):アセチル置換度2.2)をモノアセチルセルロース(ダイセル化学工業(株):アセチル置換度1.8)に変更し、クロロギ酸プロピルをクロロギ酸−2−エチルヘキシルに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−6)を白色粉体として得た(57.0g)。
メカニカルスターラー、温度計、冷却管、滴下ロートをつけた5Lの三ツ口フラスコに粉末セルロース(日本製紙ケミカル社製:KCフロックW−50)30g、ジメチルアセトアミド(DMAc)1Lを量り取り、110℃で2時間攪拌した。無水LiCl90gを添加し攪拌しながら放冷すると均一なセルロース溶液が得られた。さらに室温にて2エチルヘキサノイルクロリド64mL、クロロギ酸ブチル71mLを加え、50℃にて6時間攪拌した。反応後、メタノール200mLを加えてクエンチした。反応溶液をメタノール(10L)へ激しく攪拌しながら投入すると、白色固体が析出した。白色固体を吸引ろ過によりろ別し、大量のメタノールで3回煮沸洗浄を行った。得られた白色固体を80℃で6時間真空乾燥することにより目的のセルロース誘導体(P−7)を白色固体として得た(41g)。
合成例7において2−エチルヘキサノイルクロリドをベンゾイルクロリドに変更し、クロロギ酸ブチルをクロロギ酸−2−エチルヘキシルに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−8)を白色粉体として得た(51g)。
合成例7において2エチルヘキサノイルクロリドをベンゾイルクロリドに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−9)を白色粉体として得た(59g)。
合成例7において2−エチルヘキサノイルクロリドをプロピオニルクロリドに変更し、クロロギ酸ブチルをクロロギ酸オクチルに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(P−10)を白色固体として得た(41g)。
メカニカルスターラー、温度計、冷却管、滴下ロートをつけた3Lの三ツ口フラスコにセルロース(日本製紙製:KCフロックW400)50g、ジメチルアセトアミド1.8L量り取り120℃で2時間攪拌した。次いでリチウムクロライド150gを添加しさらに1時間撹拌した。反応液を室温まで戻した後、ピリジン370mLを添加し、さらに氷冷下でクロロギ酸エチル502gを滴下し、さらに室温で5時間撹拌した。反応溶液をメタノール10Lへ激しく攪拌しながら投入すると、黄白色固体が析出した。黄白色固体を吸引ろ過によりろ別し、大量のメタノールで3回洗浄を行った。得られた黄白色個体を100℃で6時間真空乾燥することにより目的のセルロース誘導体(H−1)を黄白色粉体として得た(81.6g)。
合成例1においてクロロギ酸プロピルをクロロギ酸フェニルに変更した以外は同様にして目的のセルロース誘導体(H−4)を白色粉体として得た(70.0g)。
各化合物が有する置換基(エステル基の置換度をDSB、カーボネート基の置換度をDSCとする)と置換度を以下の表1にまとめる。
得られたセルロース誘導体について、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(MWD)、ガラス転移温度(Tg)を表1に示す。なお、これらの測定方法は以下の通りである。
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(MWD)の測定は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を用いた。具体的には、テトラヒドロフランを溶媒とし、ポリスチレンゲルを使用し、標準単分散ポリスチレンの構成曲線から予め求められた換算分子量較正曲線を用いて求めた。GPC装置は、HLC−8220GPC(東ソー社製)を使用した。
示差走査熱量計(品番:DSC6200、セイコー電子社製)を用いて10℃/分で昇温して測定した。なお、表中、“不明瞭”と表示されているものは、後述の溶融成形が可能であったことからTgを有するが、該示差走査熱量計での測定において明瞭なピークが観測されなかったことを意味する。
[試験片作製]
上記で得られたセルロース誘導体(P−1)を射出成形機((株)井元製作所製、半自動射出成形機)に供給してシリンダー温度255℃、金型温度50℃、射出圧力1.8kgf/cm2にて4×10×80mmの多目的試験片(熱変形試験片)を成形した。
ポリマー成形におけるシリンダー温度はメルトフローレートが5〜15g/10minの範囲となる温度に設定した。
上記で得られたセルロース誘導体(P−1)をミニプレス機(東洋精機(株)製)を用いて、プレス温度240℃にて厚さ100μmの溶融成形フィルムを作製した。
実施例1と同様にして、セルロース誘導体(P−2)〜(P−10)、比較化合物としてセルロース誘導体(H−1)、(H−4)、モノアセチルセルロース(H−2)、トリアセチルセルロース(H−3)を用いて、表1の成形条件に従って成形し試験片を作製した。
また、(P−2)〜(P−10)および(H−1)〜(H−4)に関してもプレス温度を180〜240℃の範囲で適宜変更した以外は実施例1と同様にして溶融成形フィルムを作製した。
得られた試験片について、下記の方法にしたがって熱変形温度(HDT)を測定した。また、試験片の外観に関して、下記官能評価を行った。結果を表1に示す。
ISO75に準拠して、試験片の中央に一定の曲げ荷重(1.8MPa)を加え(フラットワイズ方向)、等速度で昇温させ、中央部のひずみが0.34mmに達したときの温度を測定した。
[試験片外観]
得られた試験片の外観を下記基準にて官能評価した。
◎:着色少なく、透明
○:着色少なく、半透明
×:着色ひどく、不透明
××:成形NG(熱可塑性不足により規定の試験片形状に成形できない)
得られたフィルムについて、JIS K7127の方法にしたがって破断伸度及び曲げ強度を測定した。結果を表1に示す。
即ち、本発明におけるセルロース誘導体によれば、熱可塑性の発現と優れた耐熱性および破断伸度が得られるという予期せぬ効果が発現することがわかる。
Claims (9)
- エステル基(−OCOR1:R1は脂肪族基又は芳香族基を表す。)及び脂肪族カーボネート基(−OCOOR2:R2は脂肪族基を表す。)を有するセルロース誘導体を含有する溶融成形用セルロース樹脂組成物。
- 前記エステル基のR1の炭素数が1〜12である、請求項1に記載のセルロース樹脂組成物。
- 前記エステル基のR1が脂肪族基である、請求項1又は2に記載のセルロース樹脂組成物。
- 前記エステル基のR1の炭素数が1〜4である、請求項3に記載のセルロース樹脂組成物。
- 前記エステル基のR1がメチル基又はエチル基である、請求項1〜4のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物。
- 前記エステル基のR1がメチル基である、請求項1〜5のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物。
- 前記脂肪族カーボネート基のR2の炭素数が1〜20である、請求項1〜6のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のセルロース樹脂組成物を溶融成形して得られる成形体。
- 請求項8に記載の成形体から構成される電気電子機器用筺体。
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