JP2011038193A - Cellulose fiber and fiber composite material - Google Patents

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Yasumitsu Fujino
泰光 藤野
Kazuhito Ihara
一仁 伊原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cellulose fiber that improves the thermal decomposition temperature and is uniformly dispersed in a matrix resin and a fiber composite material that uses the cellulose fiber and has improved dynamic characteristics and heat characteristics. <P>SOLUTION: The cellulose fiber is coated with a lignophenol derivative and has an average fiber diameter of not less than 2 nm and not more than 200 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、リグノフェノール誘導体で表面を被覆したミクロフィブリル化セルロース繊維、及び当該セルロース繊維とマトリックス樹脂からなる繊維複合材料に関する。   The present invention relates to a microfibrillated cellulose fiber whose surface is coated with a lignophenol derivative, and a fiber composite material composed of the cellulose fiber and a matrix resin.

樹脂に各種繊維状強化材を配合することで、その強度、剛性を大幅に向上させた繊維強化複合材料は、電気・電子、機械、自動車、建材等の産業分野で広く用いられている。この繊維強化複合材料に配合される繊維状強化材としては、優れた強度と軽量性を有するガラス繊維が主に用いられている。しかし、ガラス繊維強化材料では、高剛性化は達成されるが、比重が大きくなるため、軽量化に限界があった。また、このガラス繊維強化材料を廃棄する場合、ガラス繊維自体が不燃性であるために、焼却処理する際に燃焼炉を傷める、また、燃焼効率が低くなるといった問題があり、サーマルリサイクル性に適さないという欠点もあった。   BACKGROUND ART Fiber reinforced composite materials whose strength and rigidity are greatly improved by blending various fibrous reinforcing materials with resins are widely used in industrial fields such as electric / electronics, machinery, automobiles, and building materials. As the fibrous reinforcing material blended in the fiber-reinforced composite material, glass fibers having excellent strength and lightness are mainly used. However, the glass fiber reinforced material achieves high rigidity, but has a limitation in weight reduction because of its high specific gravity. In addition, when disposing of this glass fiber reinforced material, the glass fiber itself is non-flammable, which causes problems such as damage to the combustion furnace during incineration and low combustion efficiency, making it suitable for thermal recyclability. There was also the disadvantage of not.

他の繊維状強化材としてポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維といった有機材料からなる繊維強化材が検討されてきたが、これら強化材を配合した繊維強化材料は軽量性やサーマルリサイクル性については確保できるものの、機械的補強効果が十分でないという問題があった。   As other fibrous reinforcements, fiber reinforcements made of organic materials such as polyester fibers, polyamide fibers, and aramid fibers have been studied, but fiber reinforcement materials containing these reinforcements can ensure light weight and thermal recyclability. However, there was a problem that the mechanical reinforcement effect was not sufficient.

近年、カーボンニュートラルの観点から植物由来材料を利用した高機能材料が注目されるなか、竹、ケナフ、サトウキビ、木材等の植物繊維を添加した強化樹脂が検討されているが(特許文献1、2)、提案されている複合材料は、いずれも引っ張り弾性率、曲げ弾性率等の力学特性が不十分であるため用途が限定されていた。   In recent years, reinforced resins to which plant fibers such as bamboo, kenaf, sugar cane, and wood are added have been studied, while high-functional materials using plant-derived materials are attracting attention from the viewpoint of carbon neutral (Patent Documents 1 and 2). ), All of the proposed composite materials have limited applications due to insufficient mechanical properties such as tensile modulus and flexural modulus.

これらの解決方法として、前述したような植物繊維を解繊してミクロフィブリル化したセルロース繊維を樹脂に混合した繊維複合材料が提案されている。このようなミクロフィブリル化したセルロース繊維を樹脂の強化材として用いた場合、機械的強度を向上させるほか、線膨張係数を低減できることが報告されている(例えば特許文献3、4)。   As a solution to these problems, a fiber composite material is proposed in which cellulose fibers that have been fibrillated and microfibrillated as described above are mixed with a resin. It has been reported that when such microfibrillated cellulose fibers are used as a reinforcing material for a resin, the mechanical strength is improved and the linear expansion coefficient can be reduced (for example, Patent Documents 3 and 4).

例えば、特許文献3には、繊維複合材料の作製方法として、ミクロフィブリル状のセルロース繊維分散液から乾燥工程を経て、シート或いはブロック状等に賦形し、繊維集合体とした後、これに硬化性モノマーを含浸・硬化させる方法が開示されているが、一旦フィブリル化した繊維が再度凝集した状態で成形されるため、マトリックス樹脂中への分散状態が不均一であり(凝集部位の形成)、得られる複合材料に強度のムラが発生するという問題があった。   For example, in Patent Document 3, as a method for preparing a fiber composite material, a microfibril cellulose fiber dispersion is subjected to a drying process, shaped into a sheet or block, etc., and then a fiber aggregate is cured. Although a method of impregnating and curing a functional monomer has been disclosed, the fiber once fibrillated is molded in a state of being agglomerated again, so that the dispersion state in the matrix resin is non-uniform (formation of agglomerated sites), There was a problem that unevenness in strength occurred in the resulting composite material.

これに対し、特許文献4では、繊維をミクロフィブリル化してマトリックス樹脂中に均一に分散させる方法として二軸混練機を用いてパルプを溶融樹脂に添加し、溶融混練して解繊する方法が開示されているが、樹脂中への分散が未だ不十分であり、また樹脂を溶融させるために高温プロセスをとることから、セルロース繊維が熱分解しない温度(240℃未満、好ましくは220℃未満)以上の高温で溶融する樹脂は用いることができず、使用できるマトリックス樹脂が限られていた。従って、従来のセルロース繊維では、強化材として繊維複合材料を作製する際、熱分解温度が低いために、使用できるマトリックス樹脂が限られ、その適用範囲は限定されたものであった。また、マトリックス樹脂中へ均一に分散することが未だ困難であるため、結果的に得られた繊維複合材料は力学的強度が不十分で、線膨張係数の低減効果も小さかった。   On the other hand, Patent Literature 4 discloses a method of adding pulp to a molten resin using a twin-screw kneader, and melt-kneading and defibrating as a method of microfibrillating fibers and uniformly dispersing them in a matrix resin. However, since the dispersion in the resin is still insufficient and a high temperature process is used to melt the resin, the temperature at which the cellulose fibers are not thermally decomposed (less than 240 ° C., preferably less than 220 ° C.) or more Resins that melt at high temperatures cannot be used, and the matrix resins that can be used are limited. Therefore, in the conventional cellulose fiber, when producing a fiber composite material as a reinforcing material, since the thermal decomposition temperature is low, the matrix resin that can be used is limited, and its application range is limited. Moreover, since it is still difficult to disperse uniformly in the matrix resin, the resulting fiber composite material has insufficient mechanical strength and the effect of reducing the linear expansion coefficient is small.

特開平5−92527号公報JP-A-5-92527 特開2002−69208号公報JP 2002-69208 A 特開2007−51266号公報JP 2007-51266 A 特開2005−42283号公報JP 2005-42283 A

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、熱分解温度の向上及びマトリックス樹脂に均一に分散することが可能なセルロース繊維を提供すること、また、当該セルロース繊維を用いた力学特性や熱特性の向上した繊維複合材料を提供することである。   This invention is made | formed in view of the said subject, The objective provides the improvement of a thermal decomposition temperature, and the cellulose fiber which can be uniformly disperse | distributed to a matrix resin, Moreover, the said cellulose fiber was used. It is to provide a fiber composite material with improved mechanical properties and thermal properties.

本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。   The above-mentioned problem according to the present invention is solved by the following means.

1.リグノフェノール誘導体を被覆した、平均繊維径が2nm以上、200nm以下であることを特徴とするセルロース繊維。   1. A cellulose fiber having an average fiber diameter of 2 nm to 200 nm coated with a lignophenol derivative.

2.前記セルロース繊維が表面修飾されていることを特徴とする前記1に記載のセルロース繊維。   2. 2. The cellulose fiber according to 1 above, wherein the cellulose fiber is surface-modified.

3.前記セルロース繊維が無機イオンを吸着していることを特徴とする前記1または2に記載のセルロース繊維。   3. 3. The cellulose fiber according to 1 or 2 above, wherein the cellulose fiber adsorbs inorganic ions.

4.前記1〜3のいずれか1項に記載のセルロース繊維とマトリックス樹脂を含むことを特徴とする繊維複合材料。   4). The fiber composite material characterized by including the cellulose fiber and matrix resin of any one of said 1-3.

5.前記マトリックス樹脂が芳香族ポリエステル樹脂であることを特徴とする前記4に記載の繊維複合材料。   5. 5. The fiber composite material as described in 4 above, wherein the matrix resin is an aromatic polyester resin.

本発明によれば、耐熱性(熱分解温度)が向上し、マトリックス樹脂への分散性が良好なセルロース繊維を提供することができる。また、当該セルロース繊維をマトリックス樹脂中に分散させることで引張り強度、曲げ強度などの力学特性や、線膨張係数等の熱特性に優れた繊維複合材料を得ることができる。当該繊維複合材料は、家電品の筺体や電子デバイスの基板材料、自動車用部品、住宅内装材料、包装・容器材料等の広範囲な用途に用いることができる。   According to the present invention, it is possible to provide a cellulose fiber having improved heat resistance (thermal decomposition temperature) and good dispersibility in a matrix resin. Further, by dispersing the cellulose fiber in the matrix resin, a fiber composite material excellent in mechanical properties such as tensile strength and bending strength and thermal properties such as linear expansion coefficient can be obtained. The fiber composite material can be used for a wide range of applications such as housings for home appliances, substrate materials for electronic devices, automotive parts, housing interior materials, packaging and container materials.

伸長流動混練室の断面図を示す。Sectional drawing of an extensional flow kneading chamber is shown.

以下、本発明を実施形態に基づいて説明するが、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, although this invention is demonstrated based on embodiment, it is not limited to these.

本発明は、リグノフェノール誘導体を被覆した、平均繊維径が2nm以上、200nm以下であるセルロース繊維と、マトリックス樹脂中に該セルロース繊維が分散して含有しているセルロース繊維複合材料に係る。   The present invention relates to a cellulose fiber having an average fiber diameter of 2 nm to 200 nm coated with a lignophenol derivative, and a cellulose fiber composite material containing the cellulose fiber dispersed in a matrix resin.

本発明者らは、上記課題に対し、マトリックス樹脂に配合する強化材としてセルロース繊維に着目し、セルロース繊維の処理方法について鋭意検討した結果、パルプ等の植物セルロース繊維の平均繊維径を2nm以上、200nm以下の範囲まで解繊処理後、得られたミクロフィブリル化セルロース繊維の表面をリグノフェノール誘導体で表面被覆することで、熱分解温度が大幅に向上するとともに、マトリックス樹脂への分散性が向上した、セルロース繊維が得られることを見出した。また、ミクロフィブリル化セルロース繊維を、予め表面修飾したり、無機イオンを吸着させる処理を併用することで当該繊維の熱分解温度が更に向上し、マトリックス樹脂への分散性も向上することが判明した。そして、当該表面修飾等されたリグノフェノール誘導体を被覆したセルロース繊維をマトリックス樹脂中へ混合、分散させることで、力学特性、熱特性が大幅に向上した繊維複合材料を得ることができた。また、セルロース繊維自体の熱分解温度が向上しているため、芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の比較的溶融温度の高い熱可塑性樹脂への溶融混練が可能となり、広範なマトリックス樹脂を用いることができることから適用用途範囲の広い繊維複合材料を得ることができる。   The present inventors have focused on cellulose fibers as a reinforcing material to be blended in the matrix resin, and as a result of earnestly examining the method for treating cellulose fibers, the average fiber diameter of plant cellulose fibers such as pulp is 2 nm or more, The surface of the obtained microfibrillated cellulose fiber was coated with a lignophenol derivative after defibration treatment to a range of 200 nm or less, thereby greatly improving the thermal decomposition temperature and improving the dispersibility in the matrix resin. It was found that cellulose fibers can be obtained. It was also found that the thermal decomposition temperature of the microfibrillated cellulose fiber was improved in advance and the dispersibility in the matrix resin was improved by using a surface modification in advance or a treatment for adsorbing inorganic ions. . Then, by mixing and dispersing the cellulose fiber coated with the surface-modified lignophenol derivative in the matrix resin, a fiber composite material having greatly improved mechanical properties and thermal properties could be obtained. In addition, since the thermal decomposition temperature of the cellulose fiber itself is improved, it becomes possible to melt and knead a thermoplastic resin having a relatively high melting temperature such as an aromatic polyester resin, a polyether sulfone resin, or a polyphenylene sulfide resin. Since a simple matrix resin can be used, a fiber composite material having a wide application range can be obtained.

以下、本発明のセルロース繊維とそれを用いた繊維複合材料についてさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施態様に限定されるものではない。   Hereinafter, although the cellulose fiber of this invention and the fiber composite material using the same are demonstrated in more detail, this invention is not limited to the following embodiments.

(セルロース繊維)
本発明に係るセルロース繊維は、平均繊維径が2nm以上、200nm以下の範囲であり、リグノフェノール誘導体を被覆させたセルロース繊維である。
(Cellulose fiber)
The cellulose fiber according to the present invention is a cellulose fiber having an average fiber diameter of 2 nm or more and 200 nm or less and coated with a lignophenol derivative.

原料となるセルロース繊維としては、植物由来のパルプ、木材、コットン、麻、竹、綿、ケナフ、ヘンプ、ジュート、バナナ、ココナツ、海草等の植物繊維から分離した繊維、海産動物であるホヤが産生する動物繊維から分離した繊維、あるいは酢酸菌より産生させたバクテリアセルロース等が挙げられる。これらの中で、植物繊維から分離した繊維が好ましく用いることができるが、より好ましくはパルプ、コットン等の植物繊維から得られる繊維である。   Cellulose fibers used as raw materials include plant-derived pulp, wood, cotton, hemp, bamboo, cotton, kenaf, hemp, jute, banana, coconut, seagrass and other plant fibers, and sea animals squirts Examples thereof include fibers separated from animal fibers to be produced, bacterial cellulose produced from acetic acid bacteria, and the like. Among these, fibers separated from plant fibers can be preferably used, but fibers obtained from plant fibers such as pulp and cotton are more preferable.

本発明においては、これらの繊維をホモジナイザーやグラインダー等を用いて解繊処理し、微細化したミクロフィブリル状のセルロース繊維とするが、含有されるセルロースが繊維状態を保持している限りにおいては、その解繊維処理方法について何ら制限はない。   In the present invention, these fibers are defibrated using a homogenizer, a grinder or the like to obtain a microfibrillated cellulose fiber, but as long as the contained cellulose maintains the fiber state, There is no restriction | limiting about the defibrillation processing method.

これらのセルロースにおいては、重合度が一般に1000〜3000(分子量で、数万〜数百万)の範囲であるといわれ、不溶性の天然繊維である。本発明では、これを解繊した結晶性フィブリルの繊維径が重要である為、重合度(分子量)がこの範囲にある不溶性の天然繊維であればよい。   In these celluloses, the degree of polymerization is generally said to be in the range of 1000 to 3000 (molecular weight, tens of thousands to several millions), and is an insoluble natural fiber. In the present invention, since the fiber diameter of the crystalline fibrils obtained by defibration is important, any insoluble natural fiber having a polymerization degree (molecular weight) in this range may be used.

解繊維処理方法の具体例として、パルプ等のセルロース繊維を、水を入れた分散容器に0.1〜3質量%となるように投入し、これを高圧ホモジナイザーで解繊処理して、平均繊維径0.1〜10μm程度のミクロフィブリル状に解繊されたセルロース繊維の水分散液を得る。更にグラインダー等で繰り返し磨砕処理することで、平均繊維径2〜500nm程度のナノオーダーのセルロース繊維を得ることができる。上記磨砕処理に用いられるグラインダーとしては、例えば、ピュアファインミル(栗田機械製作所社製)等が挙げられる。   As a specific example of the fibrillation treatment method, cellulose fibers such as pulp are introduced into a dispersion vessel containing water so as to be 0.1 to 3% by mass, and this is fibrillated with a high-pressure homogenizer to obtain average fibers. An aqueous dispersion of cellulose fibers defibrated in a microfibril shape having a diameter of about 0.1 to 10 μm is obtained. Further, by repeatedly grinding with a grinder or the like, nano-order cellulose fibers having an average fiber diameter of about 2 to 500 nm can be obtained. Examples of the grinder used for the grinding treatment include a pure fine mill (manufactured by Kurita Machinery Co., Ltd.).

また、別の具体例として、セルロース繊維の分散液を一対のノズルから250MPa程度の高圧でそれぞれ噴射させ、その噴射流を互いに高速で衝突させることによってセルロース繊維を粉砕する高圧式ホモジナイザーを用いる方法が知られている。用いられる装置としては、例えば、三和機械社製の「ホモジナイザー」、スギノマシン(株)製の「アルテマイザーシステム」、等が挙げられる。更に、上記の機械的な解繊方法の他、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルラジカル(TEMPO)を触媒としてセルロース非晶領域の一級水酸基を酸化してカルボキシルを導入し、フィブリル相互の静電反発を利用して化学的に解繊する方法を用いてもよい。このようにして解繊処理し得られるセルロース繊維の平均繊維径としては、好ましくは2nm以上、200nm以下であり、より好ましくは2nm以上、100nm以下、さらに好ましくは4nm以上、40nm以下である。   As another specific example, there is a method using a high-pressure homogenizer that pulverizes cellulose fibers by jetting a dispersion of cellulose fibers at a high pressure of about 250 MPa from a pair of nozzles and colliding the jet flow with each other at high speed. Are known. Examples of the apparatus used include “Homogenizer” manufactured by Sanwa Machinery Co., Ltd., “Artemizer System” manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., and the like. Furthermore, in addition to the above-mentioned mechanical defibration method, 2,1,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (TEMPO) is used as a catalyst to oxidize the primary hydroxyl group of the cellulose amorphous region to introduce carboxyl. Alternatively, a method of chemically defibrating by using electrostatic repulsion between fibrils may be used. The average fiber diameter of the cellulose fibers obtained by fibrillation in this manner is preferably 2 nm or more and 200 nm or less, more preferably 2 nm or more and 100 nm or less, and further preferably 4 nm or more and 40 nm or less.

本発明で用いるセルロース繊維とは、ミクロフィブリル化したセルロース繊維であり、セルロースのミクロフィブリルで、セルロース分子鎖が数十本水素結合で結合した結晶性の繊維(繊維径2〜4nmのものが最小単位)の単位がさらに束ねられた形態で繊維の階層構造を形成しており、解繊度合いによってミクロンレベルの繊維径のファイバーを形成しているものである。   The cellulose fibers used in the present invention are microfibrillated cellulose fibers, which are cellulose microfibrils and crystalline fibers in which cellulose molecular chains are bonded by several tens of hydrogen bonds (one having a fiber diameter of 2 to 4 nm is the minimum). The unit structure is further bundled to form a hierarchical structure of fibers, and fibers having a fiber diameter of a micron level are formed according to the degree of defibration.

本発明において、セルロース繊維の平均繊維径が200nmを超えると、繊維複合材料とした場合の強度が不十分となる恐れがある。また、セルロース繊維の平均繊維径が2nm未満のものは、前記高圧ホモジナイザーによる解繊処理、グラインダーによる磨砕処理等、その他の如何なる処理によっても得ることが困難である。   In this invention, when the average fiber diameter of a cellulose fiber exceeds 200 nm, there exists a possibility that the intensity | strength at the time of setting it as a fiber composite material may become inadequate. In addition, cellulose fibers having an average fiber diameter of less than 2 nm are difficult to obtain by any other treatment such as defibration treatment using the high-pressure homogenizer or grinding treatment using a grinder.

また、本発明において、セルロース繊維の長さについては特に限定されるものではないが、平均繊維長で50nm以上が好ましく、さらに好ましくは100nm以上である。この平均繊維長が50nmより短いと、繊維複合材料の強度が不十分となるおそれがある。   In the present invention, the length of the cellulose fiber is not particularly limited, but the average fiber length is preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more. If the average fiber length is shorter than 50 nm, the strength of the fiber composite material may be insufficient.

(平均繊維径及び平均繊維長の測定方法)
本発明において、平均繊維径、平均繊維長の測定は、得られた繊維について透過型電子顕微鏡、H−1700FA型(日立製作所社製)を用いて10000倍の倍率で観察した後、得られた画像について無作為に繊維を100本選び、画像処理ソフト(WINROOF)を用いて一本毎の繊維径、及び繊維長を解析し、それらの単純な数平均値から求めることができる。
(Measurement method of average fiber diameter and average fiber length)
In the present invention, the average fiber diameter and the average fiber length were measured after observing the obtained fibers at a magnification of 10,000 times using a transmission electron microscope, H-1700FA type (manufactured by Hitachi, Ltd.). It is possible to select 100 fibers at random from an image, analyze the fiber diameter and the fiber length for each fiber using image processing software (WINROOF), and obtain a simple number average value thereof.

(リグノフェノール誘導体)
本発明で用いられるリグノフェノール誘導体は、基本的にリグニンを含有するリグノセルロース系材料からこれをフェノール誘導体で処理して得られる。該リグノセルロース系材料としては、主として木材である各種材料、例えば、木粉、チップ、廃材、端材等を挙げることができる。
(Lignophenol derivative)
The lignophenol derivative used in the present invention is basically obtained from a lignocellulosic material containing lignin and treated with a phenol derivative. Examples of the lignocellulosic material include various materials mainly made of wood, such as wood flour, chips, waste materials, mill ends, and the like.

リグノフェノール誘導体は、リグノセルロース系材料中のリグニンを、フェノール誘導体で処理してリグノフェノール誘導体としてリグノセルロース系材料中から抽出して得られるもので、その方法としては、例えば木粉等のリグノセルロース系材料に液体状のフェノール誘導体(クレゾール等)を浸透させ、リグニンをフェノール誘導体により溶媒和させた後、濃酸を添加して、セルロース成分を溶解する方法で、例えば特開平2−233701号公報に記載の方法等が挙げられる。   A lignophenol derivative is obtained by treating lignin in a lignocellulosic material with a phenol derivative and extracting it from the lignocellulosic material as a lignophenol derivative. Examples of the method include lignocellulose such as wood flour. A method in which a liquid phenol derivative (cresol or the like) is infiltrated into a system material, lignin is solvated with a phenol derivative, and then a concentrated acid is added to dissolve the cellulose component. For example, JP-A-2-233701 And the like.

(リグノフェノール誘導体による表面被覆)
本発明のセルロース繊維は、平均繊維径が2nm以上、200nm以下に解繊処理されたセルロース繊維であって、表面がリグノフェノール誘導体により表面被覆されたものである。植物を構成するセルロースはリグニン、ヘミセルロースを含むリグノセルロース系材料として存在しており、セルロース繊維間の接着剤として機能するリグニンをセルロースに対して2〜70質量%含有するセルロース繊維は熱分解温度が高いことが知られている(例えば特開2009−19200号公報)。しかし、リグニン含有量が多くなるとミクロフィブリル化することが困難であり、このようなセルロース繊維を樹脂の強化剤として用いても機械強度等の物性向上効果は小さい。一方、木材パルプ等、リグニンの除去処理を施してリグニン含有量を低減させたセルロース原料を解繊処理して得られるセルロース繊維は解繊処理によるミクロフィブリル化が容易となるが熱分解温度が低下する。
(Surface coating with lignophenol derivatives)
The cellulose fiber of the present invention is a cellulose fiber defibrated to an average fiber diameter of 2 nm or more and 200 nm or less, and the surface is coated with a lignophenol derivative. The cellulose constituting the plant exists as a lignocellulosic material containing lignin and hemicellulose, and the cellulose fiber containing 2 to 70% by mass of lignin that functions as an adhesive between cellulose fibers has a thermal decomposition temperature. It is known to be expensive (for example, JP 2009-19200 A). However, when the lignin content increases, it becomes difficult to form microfibrils, and even if such cellulose fibers are used as a resin reinforcing agent, the effect of improving physical properties such as mechanical strength is small. On the other hand, cellulose fibers obtained by fibrillation treatment of cellulose raw materials such as wood pulp that have been subjected to lignin removal treatment to reduce lignin content are easy to microfibrillate by defibration treatment, but the thermal decomposition temperature decreases. To do.

これらに対し、本発明においては、リグニン含有量をセルロースに対して50質量%未満、好ましくは30質量%未満、より好ましくは10質量%未満としたセルロースを解繊してミクロフィブリル化した後、このセルロース繊維表面を、前記リグニン除去処理によって抽出されたリグニンをリグノフェノール誘導体として、これで表面被覆する。これによって、セルロース繊維の熱分解温度は、大きく向上するとともに、マトリックス樹脂へのセルロース繊維の分散性も向上する。そして、これをマトリックス樹脂に分散させることで得られる繊維複合材料についてその機械的強度や線膨張係数等の熱特性は大きく改善される。また、リグノフェノールで表面被覆したセルロース繊維は高い熱分解温度を有することから、高い溶融温度を有する熱可塑性樹脂への溶融混練が可能となり、例えば成形温度が280℃以上の芳香族ポリエステル類に当該セルロース繊維を分散させた繊維複合材料を得ることができる。   On the other hand, in the present invention, after the cellulose having a lignin content of less than 50% by weight, preferably less than 30% by weight, more preferably less than 10% by weight, is fibrillated and microfibrillated, The surface of the cellulose fiber is coated with the lignin extracted by the lignin removal treatment as a lignophenol derivative. Thereby, the thermal decomposition temperature of the cellulose fibers is greatly improved, and the dispersibility of the cellulose fibers in the matrix resin is also improved. And about the fiber composite material obtained by disperse | distributing this to matrix resin, the thermal characteristics, such as the mechanical strength and a linear expansion coefficient, are improved greatly. In addition, since the cellulose fiber surface-coated with lignophenol has a high thermal decomposition temperature, it can be melt kneaded into a thermoplastic resin having a high melting temperature. For example, it can be applied to aromatic polyesters having a molding temperature of 280 ° C. or higher. A fiber composite material in which cellulose fibers are dispersed can be obtained.

セルロース繊維へのリグノフェノール誘導体の被覆方法としては、セルロース繊維表面の水酸基やカルボキシル基を介してこれを化学結合させたり、アセトン等の溶媒にリグノフェノール誘導体を溶解させた溶液中にセルロース繊維を分散させ吸着させる方法等が挙げられる。   Cellulose fibers can be coated with lignophenol derivatives by chemically bonding them via hydroxyl groups or carboxyl groups on the surface of cellulose fibers, or by dispersing cellulose fibers in a solution in which lignophenol derivatives are dissolved in a solvent such as acetone. And adsorbing method.

リグノフェノール誘導体のセルロース繊維への被覆量は、セルロース繊維の100質量部あたり1〜100質量部であり、好ましくは1〜70質量部、より好ましくは1〜50質量部である。   The coating amount of the lignophenol derivative on the cellulose fiber is 1 to 100 parts by mass, preferably 1 to 70 parts by mass, more preferably 1 to 50 parts by mass per 100 parts by mass of the cellulose fiber.

(セルロース繊維の表面修飾)
本発明のセルロース繊維としては、リグノフェノールによる被覆に加えて、さらに表面修飾を行ったミクロフィブリル化セルロース繊維が好ましく用いられる。これは、セルロース繊維の水酸基を、酸、アルコール類、ハロゲン化試薬、酸無水物、イソシアナート類、シランカップリング剤等の修飾剤を用いて化学修飾させることで行われる。また、化学的に解繊したセルロース繊維に関しては、導入されたカルボキシル基を利用して化学修飾を行ってもよい。化学修飾の方法は公知の方法に従って行うことができ、例えば、解繊処理したセルロース繊維を水、あるいは適当な溶媒に添加して分散させた後、これに化学修飾剤を添加して適当な反応条件下で反応させれば良い。この場合、化学修飾剤のほかに、必要に応じて反応触媒を添加することができ、例えば、ピリジンやN,N−ジメチルアミノピリジン、トリエチルアミン、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、水酸化ナトリウム等の塩基性触媒や酢酸、硫酸、過塩素酸等の酸性触媒を用いることができるが、反応速度や重合度の低下を防止するため、ピリジン等の塩基性触媒を用いることが好ましい。反応温度としては、セルロース繊維の黄変や重合度の低下等の変質を抑制し、反応速度を確保する観点で、40〜100℃程度が好ましい。反応時間については用いる修飾剤や処理条件により適宜選定すればよい。
(Surface modification of cellulose fiber)
As the cellulose fiber of the present invention, a microfibrillated cellulose fiber that is further surface-modified in addition to coating with lignophenol is preferably used. This is performed by chemically modifying the hydroxyl group of the cellulose fiber using a modifying agent such as an acid, an alcohol, a halogenating reagent, an acid anhydride, an isocyanate, or a silane coupling agent. In addition, the chemically defibrated cellulose fiber may be chemically modified using the introduced carboxyl group. The chemical modification method can be carried out in accordance with a known method. For example, after the fibrillated cellulose fiber is added and dispersed in water or an appropriate solvent, a chemical modifier is added thereto and an appropriate reaction is performed. What is necessary is just to make it react on conditions. In this case, in addition to the chemical modifier, a reaction catalyst can be added as necessary. For example, pyridine, N, N-dimethylaminopyridine, triethylamine, sodium methoxide, sodium ethoxide, sodium hydroxide, etc. A basic catalyst or an acidic catalyst such as acetic acid, sulfuric acid, or perchloric acid can be used, but a basic catalyst such as pyridine is preferably used in order to prevent a decrease in reaction rate and degree of polymerization. The reaction temperature is preferably about 40 to 100 ° C. from the viewpoint of suppressing the deterioration of cellulose fibers such as yellowing and lowering of the degree of polymerization and ensuring the reaction rate. The reaction time may be appropriately selected depending on the modifier used and the processing conditions.

化学修飾によりリグノフェノールを被覆したセルロース繊維に導入する官能基としては、例えば、アセチル基、メタクリロイル基、プロパノイル基、ブタノイル基、iso−ブタノイル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、メチル基、エチル基、プロピル基、iso−プロピル基、ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。   Examples of functional groups introduced into cellulose fibers coated with lignophenol by chemical modification include acetyl, methacryloyl, propanoyl, butanoyl, iso-butanoyl, pentanoyl, hexanoyl, heptanoyl, octanoyl, methyl Group, ethyl group, propyl group, iso-propyl group, butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group and the like.

反応性基を導入する場合は、例えば反応性基を導入できるシランカップリング剤が好ましく用いられ、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等のビニル基を末端に有するシランカップリング剤、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン等のエポキシ基を末端に有するシランカップリング剤、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプト基を末端に有するシランカップリング剤等が挙げられる。これらの中で、末端にエポキシ基、あるいはビニル基を有するものが好ましく用いられる。   When introducing a reactive group, for example, a silane coupling agent capable of introducing a reactive group is preferably used. For example, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane , Silane coupling agents having vinyl groups such as methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, epoxy groups such as glycidoxypropyltrimethoxysilane, glycidoxypropyltriethoxysilane, glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, etc. And silane coupling agents having a mercapto group at the terminal, such as mercaptopropyltrimethoxysilane and mercaptopropyltriethoxysilane. Among these, those having an epoxy group or a vinyl group at the terminal are preferably used.

これらの官能基は一種、あるいは二種以上が導入されていても良い。特に、マトリックス樹脂が有する官能基と同一、あるいは同種の官能基、またはマトリックス樹脂に対して反応性を有する官能基を導入することで、セルロース繊維とマトリックス樹脂との親和性を向上させたり、セルロース繊維とマトリックス樹脂の間で共有結合を形成させることが可能となるため、セルロース繊維のマトリックス樹脂中への均一な分散性が確保でき、良好な機械的強度や耐熱性、低線膨張係数等の物性向上効果が得られる。   One or two or more of these functional groups may be introduced. In particular, by introducing a functional group that is the same as or similar to the functional group possessed by the matrix resin, or a functional group having reactivity with the matrix resin, the affinity between the cellulose fiber and the matrix resin can be improved, Since it is possible to form a covalent bond between the fiber and the matrix resin, uniform dispersibility of the cellulose fiber in the matrix resin can be secured, and good mechanical strength, heat resistance, low linear expansion coefficient, etc. The effect of improving physical properties can be obtained.

(無機イオンの吸着)
本発明のセルロース繊維としては、表面に無機イオンを吸着させたものが好ましく用いられる。無機イオンを吸着することで、セルロース繊維の熱分解温度を更に向上させることができ、マトリックス樹脂との複合化において高温に晒される熱可塑性樹脂との溶融混練等の手法を用いることが可能となる。吸着に用いる無機イオンとしては、例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アルミニウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、ラジウムイオン、銅イオン、銀イオン、金イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン等が挙げられるが、好ましくは、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオンである。無機イオンの吸着量は、セルロース繊維100質量部に対し通常0.00001〜20質量部であり、好ましくは0.0001〜10質量部であり、より好ましくは0.0001〜5質量部である。セルロース繊維への無機イオンの吸着方法としては、セルロース繊維を適当な溶媒に分散させ、無機塩を添加することにより無機イオンを吸着させる方法等が挙げられる。
(Adsorption of inorganic ions)
As the cellulose fiber of the present invention, those having an inorganic ion adsorbed on the surface are preferably used. By adsorbing inorganic ions, the thermal decomposition temperature of the cellulose fiber can be further improved, and it becomes possible to use a technique such as melt-kneading with a thermoplastic resin that is exposed to a high temperature in the composite with the matrix resin. . Examples of inorganic ions used for adsorption include calcium ions, magnesium ions, sodium ions, potassium ions, lithium ions, aluminum ions, strontium ions, barium ions, radium ions, copper ions, silver ions, gold ions, zinc ions, and nickel. Examples of the ion include cobalt ion and the like, and calcium ion, magnesium ion, sodium ion, potassium ion, and lithium ion are preferable. The amount of inorganic ions adsorbed is usually 0.00001 to 20 parts by mass, preferably 0.0001 to 10 parts by mass, and more preferably 0.0001 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose fiber. Examples of the method for adsorbing inorganic ions to cellulose fibers include a method of adsorbing inorganic ions by dispersing cellulose fibers in an appropriate solvent and adding an inorganic salt.

(マトリックス樹脂)
本発明で用いられるマトリックス樹脂としては、ビニル系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、アミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられるがこれらの樹脂種に限定されるものではない。また、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線等の活性エネルギー線硬化性樹脂の何れかに限定されるものでもなく、これらの一種、あるいは複数種をブレンドして用いても差し支えない。
(Matrix resin)
Examples of matrix resins used in the present invention include vinyl resins, (meth) acrylic resins, amide resins, polycarbonate resins, polyester resins, silicone resins, fluorine resins, and the like. It is not limited. Further, it is not limited to any one of a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and an active energy ray curable resin such as an ultraviolet ray, and one kind or a plurality of kinds may be blended.

前記ビニル系樹脂としては、エチレン、プロピレン、スチレン、ブタジエン、ブテン、イソプレン、クロロプレン、イソブチレン、イソプレン等の単独重合体または共重合体、あるいはノルボルネン骨格を有する環状ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル、塩化ビニリデン等の塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール等の酢酸ビニル系樹脂が挙げられる。   Examples of the vinyl resin include homopolymers or copolymers of ethylene, propylene, styrene, butadiene, butene, isoprene, chloroprene, isobutylene, isoprene, or polyolefin resins such as cyclic polyolefin having a norbornene skeleton, vinyl chloride, Examples thereof include vinyl chloride resins such as vinylidene chloride, and vinyl acetate resins such as polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, and polyvinyl butyral.

前記(メタ)アクリル系樹脂としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ブトキシエチル、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−t−オクチル(メタ)アクリルアミド等のN置換(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。   Examples of the (meth) acrylic resin include acrylic acid, methacrylic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid 2- Ethylhexyl, cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-methoxyethyl (meth) acrylate, 2-ethoxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid 2 -Butoxyethyl, (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) ) Acrylamide, Nt-octyl (meth) a N-substituted (meth) acrylamides such as Riruamido like.

前記アミド系樹脂としては、6,6−ナイロン、6−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、4,6−ナイロン、6,10−ナイロン、6,12−ナイロン等の脂肪族アミド系樹脂や、フェニレンジアミン等の芳香族ジアミンと塩化テレフタロイルや塩化イソフタロイル等の芳香族ジカルボン酸またはその誘導体からなる芳香族ポリアミド等が挙げられる。   Examples of the amide resins include aliphatic amide resins such as 6,6-nylon, 6-nylon, 11-nylon, 12-nylon, 4,6-nylon, 6,10-nylon, and 6,12-nylon. And aromatic polyamides composed of aromatic diamines such as phenylenediamine and aromatic dicarboxylic acids such as terephthaloyl chloride and isophthaloyl chloride or derivatives thereof.

前記ポリカーボネート系樹脂としは、ビスフェノールAやその誘導体であるビスフェノール類と、ホスゲンまたはフェニルジカーボネートとの反応物等が挙げられる。   Examples of the polycarbonate-based resin include a reaction product of bisphenol A or a bisphenol that is a derivative thereof and phosgene or phenyl dicarbonate.

前記ポリエステル系樹脂としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等のジオール類とテレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸との共重合体によって得られる芳香族ポリエステル樹脂、ジオール類とコハク酸、吉草酸等の脂肪族ジカルボン酸との共重合体や、グリコール酸や乳酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体または共重合体、上記ジオール類、上記脂肪族ジカルボン酸及び上記ヒドロキシカルボン酸の共重合体等の脂肪族ポリエステル樹脂が挙げられる。   As the polyester resin, an aromatic polyester obtained by a copolymer of a diol such as ethylene glycol, propylene glycol, or 1,4-butanediol and an aromatic dicarboxylic acid such as terephthalic acid, isophthalic acid, or naphthalenedicarboxylic acid. Resins, copolymers of diols and aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid and valeric acid, homopolymers or copolymers of hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid and lactic acid, the diols and the aliphatic dicarboxylic acids And an aliphatic polyester resin such as a copolymer of the above hydroxycarboxylic acid.

前記シリコーン系樹脂としては、構成単位としてアルキル基、芳香族基等の有機基を有するものが好ましく、特にメチル基、フェニル基等の有機基を有するものが好ましい。かかる有機基を有するシリコーン系樹脂の具体例としては、例えばジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、これらの変性体等を挙げることができる。   The silicone resin preferably has an organic group such as an alkyl group or an aromatic group as a structural unit, and particularly preferably has an organic group such as a methyl group or a phenyl group. Specific examples of the silicone resin having such an organic group include dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, diphenylpolysiloxane, and modified products thereof.

前記フッ素樹脂としては、テトラクロロエチレン、ヘキフロロプロピレン、クロロトリフロロエチレン、フッ化ビリニデン、フッ化ビニル、ペルフルオロアルキルビニルエーテル等が挙げられる。また、これらは必要に応じて一種、あるいは二種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the fluororesin include tetrachloroethylene, hexpropylene, chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride, vinyl fluoride, and perfluoroalkyl vinyl ether. These may be used alone or in combination of two or more as required.

(安定剤)
本発明の繊維複合材料では、フェノール系安定剤、ヒンダードアミン系安定剤、リン系安定剤、イオウ系安定剤の中から選ばれた一種以上の安定剤を追加して添加してもよい。
(Stabilizer)
In the fiber composite material of the present invention, one or more stabilizers selected from a phenol stabilizer, a hindered amine stabilizer, a phosphorus stabilizer, and a sulfur stabilizer may be additionally added.

これら安定剤を適宜選択し、複合材料に添加することで、成形加工時のセルロース繊維やマトリックス樹脂の劣化、あるいは使用環境における繊維複合材料の耐熱性、耐光性等の物性変動を高度に抑制することができる。   By appropriately selecting these stabilizers and adding them to the composite material, degradation of cellulose fibers and matrix resin during molding processing, or changes in physical properties such as heat resistance and light resistance of the fiber composite material in the usage environment are highly suppressed. be able to.

好ましいフェノール系安定剤としては、従来公知のものが使用でき、例えば、2−t−ブチル−6−(3−t−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4−メチルフェニルアクリレート、2,4−ジ−t−アミル−6−(1−(3,5−ジ−t−アミル−2−ヒドロキシフェニル)エチル)フェニルアクリレート等の特開昭63−179953号公報や特開平1−168643号公報に記載されるアクリレート系化合物;オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,2′−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス(メチレン−3−(3′,5′−ジ−t−ブチル−4′−ヒドロキシフェニルプロピオネート))メタン[即ち、ペンタエリスリメチル−テトラキス(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニルプロピオネート))]、トリエチレングリコール−ビス(3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート)等のアルキル置換フェノール系化合物;6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−2,4−ビスオクチルチオ−1,3,5−トリアジン、4−ビスオクチルチオ−1,3,5−トリアジン、2−オクチルチオ−4,6−ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−オキシアニリノ)−1,3,5−トリアジン等のトリアジン基含有フェノール系化合物;等が挙げられる。   As a preferable phenol-based stabilizer, conventionally known ones can be used, for example, 2-t-butyl-6- (3-t-butyl-2-hydroxy-5-methylbenzyl) -4-methylphenyl acrylate, 2 , 4-di-t-amyl-6- (1- (3,5-di-t-amyl-2-hydroxyphenyl) ethyl) phenyl acrylate and the like, and JP-A Nos. 63-179953 and 1-168643. Acrylate compounds described in Japanese Patent Publication No. 1; octadecyl-3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, 2,2′-methylenebis (4-methyl-6-tert-butylphenol), 1,1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl) butane, 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris (3,5 Di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) benzene, tetrakis (methylene-3- (3 ′, 5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenylpropionate)) methane [ie pentaerythrmethyl- Tetrakis (3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenylpropionate))], triethylene glycol-bis (3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl) propionate ) And the like; 6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -2,4-bisoctylthio-1,3,5-triazine, 4-bisoctylthio-1 , 3,5-triazine, 2-octylthio-4,6-bis (3,5-di-t-butyl-4-oxyanilino) -1,3,5-triazine, etc. Triazine group-containing phenol compound; and the like.

また、好ましいヒンダードアミン系安定剤としては、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)スクシネート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−オクトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−ベンジルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−ブチルマロネート、ビス(1−アクロイル−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)2,2−ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−ブチルマロネート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルデカンジオエート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルメタクリレート)、4−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]−1−[2−(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ)エチル]−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、2−メチル−2−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)アミノ−N−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)プロピオンアミド等が挙げられる。   Preferred hindered amine stabilizers include bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) succinate, bis ( 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (N-octoxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (N-benzyloxy-2, 2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (N-cyclohexyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (1,2,2,6,6) -Pentamethyl-4-piperidyl) 2- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -2-butylmalonate, bis (1-acryloyl-2,2,6 6-tetramethyl-4-piperidyl) 2,2-bis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -2-butylmalonate, bis (1,2,2,6,6-pentamethyl) -4-piperidyldecanedioate, 2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidylmethacrylate), 4- [3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionyloxy]- 1- [2- (3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionyloxy) ethyl] -2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 2-methyl-2- (2 , 2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) amino-N- (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) propionamide and the like.

また、好ましいリン系安定剤としては、一般の樹脂工業で通常使用されるものであれば格別な限定はなく、例えば、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(ジノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、10−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイド等のモノホスファイト系化合物;4,4′−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェニル−ジ−トリデシルホスファイト)、4,4′−イソプロピリデンビス(フェニル−ジ−アルキル(C12〜C15)ホスファイト)等のジホスファイト系化合物等が挙げられる。これらの中でも、モノホスファイト系化合物が好ましく、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(ジノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト等が特に好ましい。   Further, the preferable phosphorus stabilizer is not particularly limited as long as it is usually used in the general resin industry. For example, triphenyl phosphite, diphenylisodecyl phosphite, phenyl diisodecyl phosphite, tris (nonyl) Phenyl) phosphite, tris (dinonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, 10- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -9 Monophosphite compounds such as 1,4-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide; 4,4'-butylidenebis (3-methyl-6-tert-butylphenyl-di-tridecyl phosphite ), 4,4'-isopropylidenebis (phenyl-di-alkyl (C12-C15) phosphine) Ito) diphosphite compounds such as and the like. Among these, monophosphite compounds are preferable, and tris (nonylphenyl) phosphite, tris (dinonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite and the like are particularly preferable.

また、好ましいイオウ系安定剤としては、例えば、ジラウリル3,3−チオジプロピオネート、ジミリスチル3,3′−チオジプロピオネート、ジステアリル3,3−チオジプロピオネート、ラウリルステアリル3,3−チオジプロピオネート、ペンタエリスリトール−テトラキス(β−ラウリルチオ−プロピオネート)、3,9−ビス(2−ドデシルチオエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン等が挙げられる。   Further, preferable sulfur stabilizers include, for example, dilauryl 3,3-thiodipropionate, dimyristyl 3,3′-thiodipropionate, distearyl 3,3-thiodipropionate, lauryl stearyl 3,3- Thiodipropionate, pentaerythritol-tetrakis (β-laurylthio-propionate), 3,9-bis (2-dodecylthioethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane, etc. It is done.

これらの安定剤の配合量は本発明の目的を損なわれない範囲で適宜選択されるが、樹脂組成物100質量部に対して通常0.01〜2質量部、好ましくは0.01〜1質量部である。   Although the compounding quantity of these stabilizers is suitably selected in the range which does not impair the objective of this invention, it is 0.01-2 mass parts normally with respect to 100 mass parts of resin compositions, Preferably it is 0.01-1 mass. Part.

(繊維複合材料の製造方法)
次に本発明のセルロース繊維複合材料の製造方法について説明する。始めに、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合について説明する。熱可塑性樹脂にセルロース繊維を分散させる方法としては、先ず、マトリックス樹脂を溶融させた後、当該樹脂に前記セルロース繊維を添加して溶融混練するが、用いられる装置としては市販の二軸混練押出機や、撹拌翼を有するミキサー等が挙げられ、溶融した複合樹脂材料をストランド状に押し出してペレット化したり、得られた塊状の複合材料を粉砕するなどして成形機に投入し、用途に応じた形状に成形する。また、従来行われてきた前記混練方法の他、伸長流動混合が可能な溶融混練装置を用いることで、セルロース繊維がマトリックス樹脂中でより均一に分散させることが可能となり好ましい。伸長流動混合とは、マトリックス樹脂と被混合物を含む溶融組成物を、材料の流れ方向に垂直な面で切断した断面において大きな断面を有する流路からこれよりも小さな流路を有するスリット状通路へ流入させ、所定の長さを通過させることにより、前記被混合物を小さく破砕して分散させる混練方法である。
(Method for producing fiber composite material)
Next, the manufacturing method of the cellulose fiber composite material of this invention is demonstrated. First, the case where a thermoplastic resin is used as the matrix resin will be described. As a method of dispersing the cellulose fibers in the thermoplastic resin, first, the matrix resin is melted, and then the cellulose fibers are added to the resin and melt-kneaded. Or a mixer having a stirring blade, etc., and extruding the molten composite resin material into a strand shape to pelletize, or pulverizing the obtained bulk composite material and putting it into a molding machine, depending on the use Mold into shape. In addition to the kneading method conventionally performed, it is preferable to use a melt kneading apparatus capable of elongational flow mixing because the cellulose fibers can be more uniformly dispersed in the matrix resin. Elongating fluid mixing is a flow path having a large cross section cut from a cross section obtained by cutting a molten composition containing a matrix resin and a mixture in a plane perpendicular to the flow direction of the material, to a slit-shaped path having a smaller flow path. This is a kneading method in which the mixture is crushed and dispersed in a small amount by allowing it to flow in and passing through a predetermined length.

具体的には、米国特許第5、451、106号公報に記載されているUtracki等が開発した伸長流動混練ダイを備えた混練装置等を用いて溶融混練する方法が挙げられ、例えば、図1に示すような大小の環状流路を有する伸長流動混練室1を備えた混練装置を用いて混練する方法が挙げられる。   Specific examples include a melt kneading method using a kneading apparatus equipped with an extension flow kneading die developed by Utracki et al. Described in US Pat. No. 5,451,106, for example, FIG. The method of kneading | mixing using the kneading apparatus provided with the expansion | extension flow kneading | mixing chamber 1 which has a large and small annular flow path as shown in FIG.

図1は樹脂組成物の流路と平行の断面図を示している。樹脂組成物の混練は、先ず第1の環状流路2aから第1のスリット流路2bへと移動して第1のスリット流路2bを通過する際と、第2の環状流路2cから第2のスリット流路2dへと移動して第2のスリット流路2dを通過する際との2段階で伸長流動混合が行われることになる。前記混合の原理は、前記大小の通路2a、2b、2c、2dを樹脂組成物が通過する際の流速の変化に伴い、被混合物が引き延ばされて混合し、微分散されるという原理に基づくものである。   FIG. 1 shows a cross-sectional view parallel to the flow path of the resin composition. The kneading of the resin composition is performed by first moving from the first annular channel 2a to the first slit channel 2b and passing through the first slit channel 2b, and from the second annular channel 2c. The extension fluid mixing is performed in two stages, that is, when moving to the second slit channel 2d and passing through the second slit channel 2d. The mixing principle is based on the principle that the mixture is stretched, mixed, and finely dispersed as the flow rate changes when the resin composition passes through the large and small passages 2a, 2b, 2c, 2d. Is based.

この複合材料におけるセルロース繊維の添加量は、繊維複合材料100質量部に対して10〜90質量部とすることが好ましく、20〜70質量部とすることがさらに好ましい。また、溶融混練する際、必要に応じて前記安定剤や、界面活性剤等の添加剤を添加することができる。次に得られたペレットを用いて成形体を得る場合は、通常の熱可塑性樹脂組成物の成形方法と同様な方法を適用することができる。具体的には、射出成形、押出成形、圧縮成形、中空成形等の方法で実施すればよく、先ず、前記ペレットや粉砕物を乾燥後、所定の形状の金型を装着した成形機に投入して成形すればよい。また、シート状の成形体を得る場合は、溶融成形のほか、樹脂を溶解した溶液に前記セルロース繊維を添加して攪拌することで繊維を分散させた樹脂溶液を調製し、これを流延して溶媒を除去する方法で製造してもよい。   The addition amount of the cellulose fiber in this composite material is preferably 10 to 90 parts by mass, more preferably 20 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the fiber composite material. Moreover, when melt-kneading, additives such as the stabilizer and surfactant can be added as necessary. Next, when obtaining a molded object using the obtained pellet, the method similar to the normal molding method of a thermoplastic resin composition can be applied. Specifically, it may be carried out by methods such as injection molding, extrusion molding, compression molding, and hollow molding. First, the pellets and pulverized material are dried and then put into a molding machine equipped with a mold having a predetermined shape. Can be molded. In addition, in order to obtain a sheet-like molded body, in addition to melt molding, a resin solution in which fibers are dispersed is prepared by adding the cellulose fiber to a solution in which the resin is dissolved and stirring, and then casting this. Alternatively, it may be produced by a method of removing the solvent.

次に、マトリックス樹脂として硬化性樹脂を用いる場合について説明する。マトリックス樹脂は紫外線及び電子線照射、あるいは加熱処理のいずれかの操作によって硬化し得るもので、前記セルロース繊維、およびマトリックス樹脂を形成するモノマーを未硬化の状態で混合させ、さらに必要に応じて前記安定剤や、界面活性剤等の添加剤を加えたセルロース繊維含有モノマー組成物を調製後、硬化させることによって得られる。セルロース繊維の添加量は、繊維複合材料100質量部に対して10〜90質量部とすることが好ましく、20〜70質量部とすることがさらに好ましい。硬化前のセルロース繊維含有モノマー組成物を調製するにあたっては、適宜公知の手法を採用することができるが、例えば、調製される繊維含有組成物の性状が液体状である場合には各成分を所定量配合した後に溶解混合し、またはミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後にニーダーやロール等で混練して、液体状の硬化性樹脂組成物を得ることができ、また調製される繊維含有組成物の性状が固体状である場合は各成分を所定量配合した後に溶解混合し、またはミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後にニーダーやロール等で加熱混練したものを、冷却固化した後粉砕して固体状の繊維含有組成物を得ることができる。   Next, a case where a curable resin is used as the matrix resin will be described. The matrix resin can be cured by any one of irradiation with ultraviolet rays and electron beams, or heat treatment, and the cellulose fiber and the monomer forming the matrix resin are mixed in an uncured state, and further if necessary It is obtained by preparing a cellulose fiber-containing monomer composition to which an additive such as a stabilizer or a surfactant is added and then curing it. The addition amount of the cellulose fiber is preferably 10 to 90 parts by mass, more preferably 20 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the fiber composite material. In preparing the cellulose fiber-containing monomer composition before curing, known methods can be appropriately employed. For example, when the properties of the prepared fiber-containing composition are liquid, each component is assigned. After mixing in a fixed amount, it is dissolved and mixed, or mixed uniformly with a mixer, blender, etc., and then kneaded with a kneader, roll, etc. to obtain a liquid curable resin composition, and a fiber-containing composition to be prepared If the property is solid, mix each component in a predetermined amount and mix by dissolution, or mix uniformly with a mixer, blender, etc., then heat knead with a kneader, roll, etc. A solid fiber-containing composition can be obtained.

前記繊維含有モノマー組成物を硬化させる方法としては、マトリックス樹脂が紫外線及び電子線硬化性の場合は、透光性の所定形状の金型等に必要に応じて光重合開始剤を添加した組成物を充填、あるいは基板上に塗布した後、紫外線及び電子線を照射して硬化させればよい。   As a method for curing the fiber-containing monomer composition, when the matrix resin is ultraviolet and electron beam curable, a composition in which a photopolymerization initiator is added to a light-transmitting mold having a predetermined shape as necessary. Or is applied onto a substrate and then cured by irradiation with ultraviolet rays and electron beams.

ここで用いられる光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4′−ジメトキシベンゾフェノン、4,4′−ジアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等の光ラジカル開始剤等が挙げられる。一方、マトリックス樹脂が熱硬化性の場合は、必要に応じて熱ラジカル発生剤等の熱重合開始剤を添加したモノマー組成物を調製後、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等により熱硬化成形することができる。ここで用いられる熱重合開始剤としては、例えば、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2′−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1′−ビス(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物等が挙げられる。   Examples of the photopolymerization initiator used here include acetophenone, acetophenone benzyl ketal, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, xanthone, fluorenone, benzaldehyde, fluorene, anthraquinone, triphenylamine. Carbazole, 3-methylacetophenone, 4-chlorobenzophenone, 4,4'-dimethoxybenzophenone, 4,4'-diaminobenzophenone, Michler's ketone, benzoin propyl ether, benzoin ethyl ether, benzyldimethyl ketal, 1- (4-isopropylphenyl) ) Photoradical initiation of 2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, etc. Etc. The. On the other hand, when the matrix resin is thermosetting, after preparing a monomer composition to which a thermal polymerization initiator such as a thermal radical generator is added as necessary, it is thermoset by compression molding, transfer molding, injection molding, or the like. be able to. Examples of the thermal polymerization initiator used here include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (4- Azo compounds such as methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), organic peroxides such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, t-butylperoxypivalate, 1,1′-bis (t-butylperoxy) cyclohexane, etc. It is done.

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例中、セルロース繊維及び繊維複合材料の物性評価は下記のようにした。   In the examples, the physical properties of cellulose fibers and fiber composite materials were evaluated as follows.

〈セルロース繊維及び繊維複合材料の物性評価方法〉
(1)セルロース繊維の熱分解温度
TG/DTA装置(SII(セイコーインスツルメンツ)社製)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minにて質量減少を測定し、2%質量減少時の温度を熱分解温度とした。
<Method for evaluating physical properties of cellulose fiber and fiber composite material>
(1) Thermal decomposition temperature of cellulose fiber Using a TG / DTA apparatus (manufactured by SII (Seiko Instruments)), the mass reduction was measured at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere. The temperature was defined as the thermal decomposition temperature.

(2)曲げ弾性率及び曲げ強度
板状に成形した繊維複合材料を140mm×12mm×2mmで切り出し、オートグラフ(「DSS−500」型島津製作所製)により、支点間距離80mm、曲げ速度2mm/分、20℃で曲げ弾性率及び曲げ強度の測定を行った。
(2) Bending elastic modulus and bending strength A fiber composite material molded into a plate shape is cut out by 140 mm × 12 mm × 2 mm, and is measured by an autograph (“DSS-500” type, manufactured by Shimadzu Corporation) with a fulcrum distance of 80 mm and a bending speed of 2 mm / The bending elastic modulus and bending strength were measured at 20 ° C. for 5 minutes.

(3)線膨張係数
前記成形体について、40〜80℃の範囲内で温度を変化させ、線膨張係数を測定した。測定装置としてSII(セイコーインスツルメンツ)社EXSTAR6000 TMA/SS6100を用いた。
(3) Linear expansion coefficient About the said molded object, temperature was changed within the range of 40-80 degreeC, and the linear expansion coefficient was measured. SII (Seiko Instruments) EXSTAR6000 TMA / SS6100 was used as a measuring device.

(4)セルロース繊維の分散性
前記成形体を目視にて観察し、繊維の凝集体の有無により均一性について評価した。
(4) Dispersibility of cellulose fiber The molded body was visually observed, and the uniformity was evaluated based on the presence or absence of fiber aggregates.

実施例1
〈セルロース繊維A〜Vの作製〉
(リグノフェノール誘導体の作製)
特開2008−214231号公報に記載の方法に準じてリグノフェノール誘導体を得た。p−クレゾール50質量部をアセトン1700質量部に溶解させ、抽出物を除去したヒノキ製材木粉100質量部に加え10時間放置した。アセトンを除去し、このp−クレゾールが付着した木粉に硫酸(72%)500質量部を加え室温下1時間激しく攪拌した。水洗にて酸を除去した後、乾燥させ、アセトン700質量部を加えて抽出し、この抽出液を300質量部まで濃縮してリグノフェノール誘導体溶液を得た。
Example 1
<Preparation of cellulose fibers AV>
(Preparation of lignophenol derivatives)
A lignophenol derivative was obtained according to the method described in JP-A-2008-214231. 50 parts by mass of p-cresol was dissolved in 1700 parts by mass of acetone, added to 100 parts by mass of wood powder of hinoki lumber from which the extract was removed, and left for 10 hours. Acetone was removed, 500 parts by mass of sulfuric acid (72%) was added to the wood powder to which p-cresol was adhered, and the mixture was vigorously stirred at room temperature for 1 hour. After removing the acid by washing with water, the mixture was dried and extracted by adding 700 parts by mass of acetone, and the extract was concentrated to 300 parts by mass to obtain a lignophenol derivative solution.

次に、上記リグノフェノール誘導体溶液に対し、貧溶媒としてシクロペンチルメチルエーテル300質量部を攪拌しながら滴下し、析出した沈殿物を濾取、乾燥してリグノフェノール誘導体を得た。   Next, 300 parts by mass of cyclopentyl methyl ether as a poor solvent was added dropwise to the above lignophenol derivative solution while stirring, and the deposited precipitate was collected by filtration and dried to obtain a lignophenol derivative.

(セルロース繊維Aの作製)
針葉樹から得られた亜硫酸漂白パルプを純水に0.1質量%となるように添加し、石臼式粉砕機(ピュアファインミルKMG1−10;栗田機械製作所社製)を用いて回転するディスク間を中央から外に向かって通過させる磨砕処理(回転数:1500回転/分)を50回(50パス)行いセルロース繊維を解繊した。この水分散液を濾過後、純水で洗浄し、70℃で乾燥させてセルロース繊維Aを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径4nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。
(Production of cellulose fiber A)
Sulfuric acid bleached pulp obtained from conifers was added to pure water so as to be 0.1% by mass, and between rotating discs using a stone mill grinder (Pure Fine Mill KMG1-10; manufactured by Kurita Machinery Co., Ltd.) The cellulose fiber was defibrated by performing grinding treatment (rotation speed: 1500 revolutions / minute) passing through from the center to the outside 50 times (50 passes). This aqueous dispersion was filtered, washed with pure water, and dried at 70 ° C. to obtain cellulose fibers A. From the result of observation with a scanning electron microscope, it was confirmed that the obtained cellulose fiber was fibrillated to an average fiber diameter of 4 nm and was microfibrillated.

(セルロース繊維Bの作製)
上記で作製したリグノフェノール誘導体10質量部をアセトン100質量部に溶解し、これにセルロース繊維A、40質量部を添加して室温で10時間攪拌した。その後、アセトンを減圧留去してセルロース繊維にリグノフェノール誘導体が被覆したセルロース繊維Bを得た。得られたセルロース繊維Bは走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は4nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber B)
10 parts by mass of the lignophenol derivative prepared above was dissolved in 100 parts by mass of acetone, and 40 parts by mass of cellulose fiber A was added thereto, followed by stirring at room temperature for 10 hours. Thereafter, acetone was distilled off under reduced pressure to obtain cellulose fiber B in which the cellulose fiber was coated with a lignophenol derivative. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber B was kept at an average fiber diameter of 4 nm.

(セルロース繊維Cの作製)
無水酪酸/ピリジン(モル比1/1)溶液500質量部に、ミクロフィブリル化したセルロース繊維Aの10質量部を添加して分散させ、室温で3時間攪拌した。次に分散した繊維を濾過し、500質量部の水で3回水洗した後、200質量部のエタノールで2回洗浄した。さらに、500質量部の水で2回水洗を行った後、70℃にて乾燥させ、表面修飾したセルロース繊維Cを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は4nmに保たれていた。
(Production of cellulose fiber C)
To 500 parts by mass of a butyric anhydride / pyridine (molar ratio 1/1) solution, 10 parts by mass of microfibrillated cellulose fiber A was added and dispersed, followed by stirring at room temperature for 3 hours. Next, the dispersed fiber was filtered, washed three times with 500 parts by mass of water, and then washed twice with 200 parts by mass of ethanol. Furthermore, after washing twice with 500 parts by mass of water, it was dried at 70 ° C. to obtain surface-modified cellulose fibers C. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 4 nm.

(セルロース繊維Dの作製)
セルロース繊維Bの作製において、セルロース繊維Aを用いる代わりに表面修飾したセルロース繊維Cを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Dを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は4nmに保たれていた。
(Production of cellulose fiber D)
Cellulose fiber D was obtained in the same manner as in the preparation of cellulose fiber B except that surface-modified cellulose fiber C was used instead of cellulose fiber A. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 4 nm.

(セルロース繊維Eの作製)
セルロース繊維Aの作製において、石臼式粉砕機を用いた磨砕処理を30回に変更すること以外は同様の操作にてセルロース繊維を解繊し、セルロース繊維Eを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径40nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。
(Production of cellulose fiber E)
In producing the cellulose fiber A, the cellulose fiber was defibrated by the same operation except that the grinding treatment using a stone mill was changed to 30 times, and the cellulose fiber E was obtained. The obtained cellulose fibers were confirmed to have been fibrillated to an average fiber diameter of 40 nm and microfibrillated from the results of observation with a scanning electron microscope.

(セルロース繊維Fの作製)
セルロース繊維Bの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Eを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Fを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は40nmに保たれていた。
(Production of cellulose fiber F)
Cellulose fiber F was obtained by the same operation except that cellulose fiber E was used instead of cellulose fiber A in preparation of cellulose fiber B. The obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 40 nm from the result of observation with a scanning electron microscope.

(セルロース繊維Gの作製)
セルロース繊維Cの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Eを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Gを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は40nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber G)
Cellulose fiber G was obtained by the same operation except that cellulose fiber E was used instead of cellulose fiber A in preparation of cellulose fiber C. The obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 40 nm from the result of observation with a scanning electron microscope.

(セルロース繊維Hの作製)
セルロース繊維Bの作製において、セルロース繊維Aを用いる代わりに表面修飾したセルロース繊維Gを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Hを得た。
(Production of cellulose fiber H)
Cellulose fiber H was obtained in the same manner as in the preparation of cellulose fiber B, except that surface-modified cellulose fiber G was used instead of cellulose fiber A.

(セルロース繊維Iの作製)
セルロース繊維Fを0.01質量%水酸化カルシウム水溶液中に分散させて1時間攪拌後、蒸留水中で二日間透析処理を行った。透析後のセルロース分散液を凍結乾燥し、カルシウムイオンが吸着したセルロース繊維Iを得た。
(Preparation of cellulose fiber I)
Cellulose fiber F was dispersed in a 0.01 mass% calcium hydroxide aqueous solution, stirred for 1 hour, and then dialyzed in distilled water for 2 days. The cellulose dispersion after dialysis was freeze-dried to obtain cellulose fiber I adsorbed with calcium ions.

(セルロース繊維Jの作製)
セルロース繊維Iの作製において、セルロース繊維Fを用いる代わりに表面修飾、且つリグノフェノールを被覆させたセルロース繊維Hを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Jを得た。
(Production of cellulose fiber J)
Cellulose fiber J was obtained in the same manner as in the preparation of cellulose fiber I, except that cellulose fiber H coated with lignophenol was used instead of cellulose fiber F.

(セルロース繊維Kの作製)
セルロース繊維Aの作製において、石臼式粉砕機を用いた磨砕処理を20回に変更すること以外は同様の操作にてセルロース繊維を解繊し、セルロース繊維Kを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径90nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。
(Production of cellulose fiber K)
In producing the cellulose fiber A, the cellulose fiber was defibrated by the same operation except that the grinding treatment using a stone mill was changed to 20 times, and the cellulose fiber K was obtained. From the observation result of the scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was confirmed to be fibrillated to an average fiber diameter of 90 nm and microfibrillated.

(セルロース繊維Lの作製)
セルロース繊維Bの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Kを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Lを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は90nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber L)
Cellulose fiber L was obtained by the same operation except that cellulose fiber K was used instead of cellulose fiber A in the production of cellulose fiber B. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 90 nm.

(セルロース繊維Mの作製)
セルロース繊維Cの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Kを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Mを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は90nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber M)
Cellulose fiber M was obtained by the same operation except that cellulose fiber K was used instead of cellulose fiber A in the production of cellulose fiber C. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 90 nm.

(セルロース繊維Nの作製)
セルロース繊維Bの作製において、セルロース繊維Aを用いる代わりに表面修飾したセルロース繊維Mを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Nを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は90nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber N)
In the production of the cellulose fiber B, a cellulose fiber N was obtained by the same operation except that the surface-modified cellulose fiber M was used instead of the cellulose fiber A. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 90 nm.

(セルロース繊維Oの作製)
セルロース繊維Aの作製において、石臼式粉砕機を用いた磨砕処理を10回に変更すること以外は同様の操作にてセルロース繊維を解繊し、セルロース繊維Oを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径200nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。
(Production of cellulose fiber O)
In producing the cellulose fiber A, the cellulose fiber was defibrated by the same operation except that the grinding treatment using a stone mill was changed to 10 times, and the cellulose fiber O was obtained. From the observation result of the scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was confirmed to be fibrillated to an average fiber diameter of 200 nm and to be microfibrillated.

(セルロース繊維Pの作製)
セルロース繊維Bの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Oを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Pを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は200nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber P)
Cellulose fiber P was obtained by the same operation except that cellulose fiber O was used instead of cellulose fiber A in the production of cellulose fiber B. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 200 nm.

(セルロース繊維Qの作製)
セルロース繊維Cの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Oを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Qを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は200nmに保たれていた。
(Production of cellulose fiber Q)
Cellulose fiber Q was obtained by the same operation except that cellulose fiber O was used instead of cellulose fiber A in the production of cellulose fiber C. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 200 nm.

(セルロース繊維Rの作製)
セルロース繊維Bの作製において、セルロース繊維Aを用いる代わりに表面修飾したセルロース繊維Qを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Rを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は200nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber R)
In the production of the cellulose fiber B, a cellulose fiber R was obtained by the same operation except that the surface-modified cellulose fiber Q was used instead of the cellulose fiber A. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 200 nm.

(セルロース繊維Sの作製)
セルロース繊維Aの作製において、石臼式粉砕機を用いた磨砕処理を5回に変更すること以外は同様の操作にてセルロース繊維を解繊し、セルロース繊維Sを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径210nmに解繊されており、ミクロフィブリル化していることを確認した。
(Preparation of cellulose fiber S)
In producing the cellulose fiber A, the cellulose fiber was defibrated by the same operation except that the grinding process using a stone mill was changed to 5 times, and the cellulose fiber S was obtained. From the observation result of the scanning electron microscope, the obtained cellulose fibers were confirmed to be fibrillated to an average fiber diameter of 210 nm and microfibrillated.

(セルロース繊維Tの作製)
セルロース繊維Bの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Sを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Tを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は210nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber T)
Cellulose fiber T was obtained by the same operation except that cellulose fiber S was used instead of cellulose fiber A in the production of cellulose fiber B. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 210 nm.

(セルロース繊維Uの作製)
セルロース繊維Cの作製においてセルロース繊維Aを用いる代わりにセルロース繊維Sを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Uを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は210nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber U)
Cellulose fiber U was obtained by the same operation except that cellulose fiber S was used instead of cellulose fiber A in the production of cellulose fiber C. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 210 nm.

(セルロース繊維Vの作製)
セルロース繊維Bの作製において、セルロース繊維Aを用いる代わりに表面修飾したセルロース繊維Uを用いること以外は同様の操作でセルロース繊維Vを得た。得られたセルロース繊維は走査型電子顕微鏡観察結果より、平均繊維径は210nmに保たれていた。
(Preparation of cellulose fiber V)
In the production of the cellulose fiber B, a cellulose fiber V was obtained by the same operation except that the surface-modified cellulose fiber U was used instead of the cellulose fiber A. From the result of observation with a scanning electron microscope, the obtained cellulose fiber was kept at an average fiber diameter of 210 nm.

(熱分解温度)
セルロース繊維A〜Vの熱分解温度を表1に示す。
(Pyrolysis temperature)
Table 1 shows the thermal decomposition temperatures of the cellulose fibers A to V.

Figure 2011038193
Figure 2011038193

図1より、セルロース繊維にリグノフェノール誘導体を被膜させることで熱分解温度を向上させることができることがわかる。また、用いるセルロース繊維表面を予め表面修飾したり、無機イオンを吸着させることによって更に熱分解温度を向上できることがわかる。そして、本発明のセルロース繊維は、熱分解温度が高いために、熱可塑性マトリックス樹脂への複合化において、芳香族ポリエステル樹脂等の比較的高温を要する溶融混練プロセスへ適用することが可能となる。   FIG. 1 shows that the pyrolysis temperature can be improved by coating the cellulose fiber with a lignophenol derivative. Moreover, it turns out that the thermal decomposition temperature can be further improved by surface-modifying the surface of the cellulose fiber to be used or by adsorbing inorganic ions. And since the cellulose fiber of this invention has high thermal decomposition temperature, it becomes possible to apply to the melt-kneading process which requires comparatively high temperature, such as an aromatic polyester resin, in the composite_body | complex to a thermoplastic matrix resin.

実施例2
〈セルロース繊維複合材料201〜213、217〜222の作製〉
下記表2、3に示す配合組成(質量部)に従って各原料をドライブレンドした後、真空乾燥機を用いて60℃、12時間乾燥させた。次に、二軸押出機(東芝機械社製 TEM35型)を用い、バレル温度180〜280℃、スクリュー回転数200rpm、吐出量10kg/hの条件にて溶融混練し、押出機先端から吐出された樹脂をペレット状にカッティングして樹脂組成物のペレットを得た。得られたペレットについて、70℃、24時間真空乾燥したのち、射出成形機(東芝機械社製 IS−80G型)を用いて、物性測定用試験片;150mm×50mm×2mmを作製し、前記各種測定に供した。曲げ弾性率及び曲げ強度、線膨張係数、セルロース繊維の分散性についてそれぞれの評価結果を表2に示す。
Example 2
<Production of Cellulose Fiber Composite Materials 201-213, 217-222>
Each raw material was dry blended according to the blending composition (parts by mass) shown in Tables 2 and 3 below, and then dried at 60 ° C. for 12 hours using a vacuum dryer. Next, using a twin-screw extruder (TEM35 type manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.), the mixture was melt-kneaded at a barrel temperature of 180 to 280 ° C., a screw rotation speed of 200 rpm, and a discharge rate of 10 kg / h, and discharged from the tip of the extruder. The resin was cut into pellets to obtain pellets of the resin composition. About the obtained pellet, after vacuum-drying at 70 ° C. for 24 hours, a test piece for measuring physical properties: 150 mm × 50 mm × 2 mm was prepared using an injection molding machine (IS-80G type manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.) It used for the measurement. Table 2 shows the evaluation results of the bending elastic modulus and bending strength, the linear expansion coefficient, and the dispersibility of the cellulose fibers.

〈セルロース繊維複合材料214〜216の作製〉
下記表3に示す配合組成(質量部)に従って各原料をドライブレンドした後、真空乾燥機を用いて60℃、12時間乾燥させた。次に、溶融樹脂の吐出部に図1に示した伸長流動混練室を備えた伸長流動混練機を用い、バレル温度180〜280℃、吐出量10kg/hの条件にて溶融混練し、押出機先端から吐出された樹脂をペレット状にカッティングして繊維複合材料のペレットを得た。また、得られたペレットについて、70℃、24時間真空乾燥したのち、射出成形機(東芝機械社製 IS−80G型)を用いて、物性測定用試験片;150mm×50mm×2mmを作製し、各種測定に供した。曲げ弾性率及び曲げ強度、線膨張係数、セルロース繊維の分散性についてそれぞれの評価結果を表2、表3に示す。
<Preparation of Cellulose Fiber Composite Material 214-216>
Each raw material was dry blended according to the composition (parts by mass) shown in Table 3 below, and then dried at 60 ° C. for 12 hours using a vacuum dryer. Next, using an extension flow kneader equipped with the extension flow kneading chamber shown in FIG. 1 in the molten resin discharge section, the mixture is melt kneaded under conditions of a barrel temperature of 180 to 280 ° C. and a discharge rate of 10 kg / h, and an extruder The resin discharged from the tip was cut into pellets to obtain fiber composite material pellets. Moreover, about the obtained pellet, after vacuum-drying at 70 degreeC for 24 hours, using an injection molding machine (IS-80G type made by Toshiba Machine Co., Ltd.), a test piece for measuring physical properties: 150 mm x 50 mm x 2 mm was prepared, It used for various measurements. Tables 2 and 3 show the evaluation results of the bending elastic modulus and bending strength, the linear expansion coefficient, and the dispersibility of cellulose fibers.

Figure 2011038193
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Figure 2011038193
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なお、表2、3中、製造例に記載した成分以外の配合成分の詳細は、以下の通りである。
芳香族ポリエステル系樹脂:ポリエチレンテレフタレート樹脂(帝人化成社製)
脂肪族ポリエステル系樹脂:ポリ乳酸(レイシアH−400、三井化学社製)
ポリカーボネート樹脂:ユーピロンS1000(三菱エンジニアプラスチック社製)
安定剤A:テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジル)ブタンテトラ
カルボキシレート
安定剤B:2,2′−メチレンビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)−2−エチル
ヘキシルホスファイト
表2、3の評価物性結果から明らかなように、本発明に係わるセルロース繊維複合材料201〜216は、機械的強度に優れ、且つ線膨張係数が大幅に低減していることがわかる。また、マトリックス樹脂として芳香族ポリエステル系樹脂を用いて作製したセルロース繊維複合材料210、211及び215は、特に高い効果を示した。
In addition, the detail of compounding components other than the component described in the manufacture example in Table 2, 3 is as follows.
Aromatic polyester resin: Polyethylene terephthalate resin (manufactured by Teijin Chemicals Ltd.)
Aliphatic polyester resin: Polylactic acid (Lacia H-400, manufactured by Mitsui Chemicals)
Polycarbonate resin: Iupilon S1000 (manufactured by Mitsubishi Engineer Plastics)
Stabilizer A: Tetrakis (1,2,2,6,6-pentamethylpiperidyl) butanetetra
Carboxylate stabilizer B: 2,2'-methylenebis (4,6-di-t-butylphenyl) -2-ethyl
Hexyl phosphite As is clear from the results of evaluation physical properties shown in Tables 2 and 3, the cellulose fiber composite materials 201 to 216 according to the present invention are excellent in mechanical strength and have a greatly reduced linear expansion coefficient. . Cellulose fiber composite materials 210, 211 and 215 produced using an aromatic polyester resin as the matrix resin showed particularly high effects.

実施例3
〈セルロース繊維複合材料301〜314の作製〉
下記表4に示す配合組成に従って、各原料をブレンド後、混練機を用いて混練することで熱硬化性の樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物をそれぞれ150mm×50mm×2mmの寸法の金型内に充填した後、120℃、1.33×10−3MPaの条件で加熱プレスすることで、板状の繊維複合材料からなる成形体を得た。評価結果を表4に示す。
Example 3
<Preparation of Cellulose Fiber Composite Materials 301-314>
According to the blending composition shown in Table 4 below, after blending the respective raw materials, a thermosetting resin composition was obtained by kneading using a kneader. After filling the obtained resin composition into a mold having dimensions of 150 mm × 50 mm × 2 mm, the plate-like fiber composite material was heated and pressed under the conditions of 120 ° C. and 1.33 × 10 −3 MPa. A molded body was obtained. The evaluation results are shown in Table 4.

Figure 2011038193
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なお、表4中、モノマー、及び製造例に記載した成分以外の配合成分の詳細は以下の通りである。
重合開始剤:アゾビスイソブチロニトリル
安定剤A:テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジル)ブタンテトラ
カルボキシレート
安定剤B:2,2′−メチレンビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)−2−エチル
ヘキシルホスファイト
表4の物性評価結果から明らかなように、本発明に係わるセルロース繊維複合材料301〜308は、機械的強度に優れ、且つ線膨張係数が大幅に低減していることがわかる。中でも、セルロース繊維表面を予め表面修飾したり、無機イオンを吸着させたセルロース繊維Jを用いて作製したセルロース複合材料307は特に高い効果を示した。
In Table 4, the details of the components other than the monomers and the components described in the production examples are as follows.
Polymerization initiator: Azobisisobutyronitrile stabilizer A: Tetrakis (1,2,2,6,6-pentamethylpiperidyl) butanetetra
Carboxylate stabilizer B: 2,2'-methylenebis (4,6-di-t-butylphenyl) -2-ethyl
Hexyl phosphite As is apparent from the physical property evaluation results in Table 4, it can be seen that the cellulose fiber composite materials 301 to 308 according to the present invention are excellent in mechanical strength and have a significantly reduced linear expansion coefficient. Among them, the cellulose composite material 307 produced using the cellulose fiber J in which the surface of the cellulose fiber was previously modified or the inorganic ions were adsorbed showed a particularly high effect.

1 伸長流動混練室
2 伸長流動混練部
2a 第1の流路
2b 第1のスリット流路
2c 第2の流路
2d 第2のスリット流路
3 樹脂組成物供給口
4 樹脂組成排出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Elongation flow kneading chamber 2 Elongation flow kneading part 2a 1st flow path 2b 1st slit flow path 2c 2nd flow path 2d 2nd slit flow path 3 Resin composition supply port 4 Resin composition discharge port

Claims (5)

リグノフェノール誘導体を被覆した、平均繊維径が2nm以上、200nm以下であることを特徴とするセルロース繊維。   A cellulose fiber having an average fiber diameter of 2 nm to 200 nm coated with a lignophenol derivative. 前記セルロース繊維が表面修飾されていることを特徴とする請求項1に記載のセルロース繊維。   The cellulose fiber according to claim 1, wherein the cellulose fiber is surface-modified. 前記セルロース繊維が無機イオンを吸着していることを特徴とする請求項1または2に記載のセルロース繊維。   The cellulose fiber according to claim 1 or 2, wherein the cellulose fiber adsorbs inorganic ions. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のセルロース繊維とマトリックス樹脂を含むことを特徴とする繊維複合材料。   A fiber composite material comprising the cellulose fiber according to claim 1 and a matrix resin. 前記マトリックス樹脂が芳香族ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の繊維複合材料。   The fiber composite material according to claim 4, wherein the matrix resin is an aromatic polyester resin.
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