JP2014105407A - オリゴエステル化セルロース繊維の製造方法、オリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物およびその成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水分含有率2〜10質量%であるセルロース繊維と多塩基酸無水物と不飽和結合を有するモノエポキシ化合物とを、密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入して、混練しながらオリゴエステル化反応するオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法において、混練時の混合槽内の温度が70〜200℃で、加圧蓋の圧力が0.15〜0.70MPaの範囲内にある圧力でセルロース繊維に圧力を加えながら2〜120分間混練して、混練中にオリゴエステル化反応することを特徴とするオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
【選択図】なし
Description
(1)水分含有率2〜10質量%であるセルロース繊維と多塩基酸無水物と不飽和結合を有するモノエポキシ化合物とを、密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入して、混練しながらオリゴエステル化反応するオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法において、混練時の混合槽内の温度が70〜200℃で、加圧蓋の圧力が0.15〜0.70MPaの範囲内にある圧力でセルロース繊維に圧力を加えながら2〜120分間混練して、混練中にオリゴエステル化反応することを特徴とするオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
(2)前記加圧蓋の圧力が0.26〜0.50MPaである前記(1)に記載のオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
(3)前記多塩基酸無水物が無水フタル酸である前記(1)または(2)に記載のオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
(4)前記不飽和結合を有するモノエポキシ化合物がメタクリル酸グリシジルである前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載のオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
(5)オリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物であって、
(A)前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のオリゴエステル化セルロース繊維と、
(B)熱硬化性樹脂と
を含有してなり、前記(A)と(B)との質量比〔(A)/(B)〕が10/90〜90/10であるオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物。
(6)前記(5)に記載のオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物において、繊維として織布を用いるオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物。
(7)前記(5)または(6)に記載のオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物を硬化させるとともに成形させてなるオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂成形体。
本発明のオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法は、水分含有率2〜10質量%であるセルロース繊維と多塩基酸無水物と不飽和結合を有するモノエポキシ化合物とを、密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入して、混練しながらオリゴエステル化反応するオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法において、混練時の混合槽内の温度が70〜200℃で、加圧蓋の圧力が0.15〜0.70MPaの範囲内にある圧力でセルロース繊維に圧力を加えながら2〜120分間混練して、混練中にオリゴエステル化反応することを特徴とするオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法である。
(A)本発明で得られるオリゴエステル化セルロース繊維と、
(B)熱硬化性樹脂と
を含有してなり、前記(A)と(B)との質量比〔(A)/(B)〕が10/90〜90/10であるあることを特徴とする。すなわち、オリゴエステル化セルロース繊維と熱硬化性樹脂との質量比が10/90〜90/10であることが好ましく、優れた機械的性質を有する成形体が得られる。また、この範囲であると、熱硬化性樹脂中のオリゴエステル化セルロースの分散状態がより均一となり、成形体中に分散しているオリゴエステル化セルロース繊維の方向がランダムになり、成形体強度に異方性が生じにくくなる。さらに、オリゴエステル化セルロース繊維と熱硬化性樹脂がこの範囲にあると、本発明のオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂でできた成形品を焼却した際に発生する燃焼熱量が少なくてすむ。質量比が60/40〜80/20がより好ましい。
セルロース繊維〔数平均繊維長300μm、数平均繊維径20μm、嵩密度0.08g/cm3、レッテンマイヤー(株)製、商品名:ARBOCEL(登録商標)BC200〕を熱風乾燥機で乾燥させ、水分含有率4.5質量%のセルロース繊維を得た。
木材繊維〔数平均繊維長110μm、嵩密度0.12g/cm3、レッテンマイヤー(株)製、商品名:LIGNOCEL(登録商標)150TR〕を熱風乾燥機で乾燥させ、水分含有率5.7質量%の木材繊維を得た。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維の所定量の半分(140g)を投入する。その後、密閉式加圧型ニーダーを稼動して、混合槽内のセルロース繊維を圧縮して、セルロース繊維の嵩密度を高める。次に、残りの半分(140g)のセルロース繊維と無水マレイン酸12.97gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度120℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でセルロース繊維に0.26MPaの圧力を加えながら混練を行い、同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、アリルグリシジルエーテル18.14gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度120℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でエステル化セルロース繊維に0.26MPaの圧力を加えながら混練を行い、同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
実施例1において、オリゴエステル化セルロース繊維を用いる代わりに製造例1で得られたセルロース繊維を用いたことを除き、実施例1と同様の操作を行い、混練物を得た。しかしながら、得られた混練物は、パサパサの状態でゲル化していた。そのため、成形体を得ることはできなかった。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維90.00gと無水マレイン酸4.17gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度120℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、大気圧(0.10MPa)下で混練を行い、同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、アリルグリシジルエーテル5.83gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度120℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、大気圧(0.10MPa)下で混練を行い、同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例2で得られた木材繊維90.00gと無水マレイン酸4.17gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度120℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、大気圧(0.10MPa)下で混練を行い、同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、アリルグリシジルエーテル5.83gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度120℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、大気圧(0.10MPa)下で混練を行い、同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化木材繊維を得た。
実施例1において、オリゴエステル化セルロース繊維を用いる代わりにガラス繊維[数平均繊維長90μm、日東紡(株)製、商品名:カットファイバー(登録商標)PF80E−401]を用いたことを除き、実施例1と同様の操作を行い、混練物を得た。得られた混練物は、粘ちゅう状態の液体であった。さらに、実施例1と同様の操作を行い、ガラス繊維強化熱硬化性樹脂組成物を得た。
実施例1において、オリゴエステル化セルロース繊維を用いる代わりに炭素繊維[数平均繊維長90μm、(株)クレハ製、商品名:クレカチョップ(登録商標)M−1009S]を用いたことを除き、実施例1と同様の操作を行い、混練物を得た。得られた混練物は、粘ちゅう状態の液体であった。さらに、実施例1と同様の操作を行い、炭素繊維強化熱硬化性樹脂組成物を得た。
実施例1において、オリゴエステル化セルロース繊維と不飽和ポリエステル樹脂との混練物を用いる代わりに不飽和ポリエステル樹脂を用いた。さらに、実施例1と同様の操作を行い、不飽和ポリエステル樹脂組成物を得た。
実施例1および比較例3〜6それぞれ得られた試験片を用い、JIS K 6911にしたがって引張試験を行うことにより、引張強度および引張弾性率を測定した。また、実施例1および比較例3〜6それぞれ得られた試験片を用い、JIS K 6911にしたがって曲げ試験を行うことにより、曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。その結果を表1に示す。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維の所定量の半分(110g)を投入する。その後、密閉式加圧型ニーダーを稼動して、混合槽内のセルロース繊維を圧縮して、セルロース繊維の嵩密度を高める。次に、残りの半分(110g)のセルロース繊維と無水フタル酸10.83gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度150℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でセルロース繊維に0.15MPaの圧力を加えながら混練を行い、同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、メタクリル酸グリシジル13.59gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度90℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でエステル化セルロース繊維に0.15MPaの圧力を加えながら混練を行い、同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維の所定量の半分(140g)を投入する。一度、密閉式加圧型ニーダーを稼動して、混合槽内のセルロース繊維を圧縮して、セルロース繊維の嵩密度を高める。次に、残りの半分(140g)のセルロース繊維と無水フタル酸13.81gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度150℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でセルロース繊維に0.26MPaの圧力を加えながら混練と同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、メタクリル酸グリシジル17.30gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度90℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でエステル化セルロース繊維に0.26MPaの圧力を加えながら混練と同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維の所定量の半分(150g)を投入する。一度、密閉式加圧型ニーダーを稼動して、混合槽内のセルロース繊維を圧縮して、セルロース繊維の嵩密度を高める。次に、残りの半分(150g)のセルロース繊維と無水フタル酸14.79gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度150℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でセルロース繊維に0.30MPaの圧力を加えながら混練と同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、メタクリル酸グリシジル18.51gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度90℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でエステル化セルロース繊維に0.30MPaの圧力を加えながら混練と同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維の所定量の半分(165g)を投入する。一度、密閉式加圧型ニーダーを稼動して、混合槽内のセルロース繊維を圧縮して、セルロース繊維の嵩密度を高める。次に、残りの半分(165g)のセルロース繊維と無水フタル酸16.28gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度150℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、加圧蓋でセルロース繊維に0.41MPaの圧力を加えながら混練と同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、メタクリル酸グリシジル20.38gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度90℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、加圧蓋でエステル化セルロース繊維に0.41MPaの圧力を加えながら混練と同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維の所定量の半分(195g)を投入する。一度、密閉式加圧型ニーダーを稼動して、混合槽内のセルロース繊維を圧縮して、セルロース繊維の嵩密度を高める。次に、残りの半分(195g)のセルロース繊維と無水フタル酸19.24gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度150℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でセルロース繊維に0.50MPaの圧力を加えながら混練と同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、メタクリル酸グリシジル24.09gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度90℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、加圧蓋でエステル化セルロース繊維に0.50MPaの圧力を加えながら混練と同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に、製造例1で得られたセルロース繊維90.00gと無水フタル酸4.44gを投入する。その後、反応温度150℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、大気圧(0.10MPa)下で混練を行い、同時にエステル化反応を行なった。次に、エステル化反応後、加圧蓋を徐々に開き、メタクリル酸グリシジル5.56gを密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入する。その後、反応温度90℃、反応時間20分間、混練回転数50rpm−1の条件で、その上、大気圧(0.10MPa)下で混練を行い、同時にオリゴエステル化反応を行ってオリゴエステル化セルロース繊維を得た。
実施例2〜6それぞれで得られた試験片を用い、JIS K 6911にしたがって引張試験を行うことにより、引張強度および引張弾性率を測定した。また、実施例2〜6それぞれで得られた試験片を用い、JIS K 6911にしたがって曲げ試験を行うことにより、曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
Claims (7)
- 水分含有率2〜10質量%であるセルロース繊維と多塩基酸無水物と不飽和結合を有するモノエポキシ化合物とを、密閉式加圧型ニーダーの混合槽内に投入して、混練しながらオリゴエステル化反応するオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法において、混練時の混合槽内の温度が70〜200℃で、加圧蓋の圧力が0.15〜0.70MPaの範囲内にある圧力でセルロース繊維に圧力を加えながら2〜120分間混練して、混練中にオリゴエステル化反応することを特徴とするオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
- 前記加圧蓋の圧力が0.26〜0.50MPaである請求項1記載のオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
- 前記多塩基酸無水物が無水フタル酸である請求項1または2記載のオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
- 前記不飽和結合を有するモノエポキシ化合物がメタクリル酸グリシジルである請求項1〜3のいずれか1項に記載のオリゴエステル化セルロース繊維の製造方法。
- オリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物であって、
(A)請求項1〜4のいずれか1項に記載のオリゴエステル化セルロース繊維と、
(B)熱硬化性樹脂と
を含有してなり、前記(A)と(B)との質量比〔(A)/(B)〕が10/90〜90/10であるオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物。 - 請求項5記載のオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物において、繊維として織布を用いるオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項5または6記載のオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂組成物を硬化させるとともに成形させてなるオリゴエステル化セルロース繊維強化熱硬化性樹脂成形体。
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