JP2014181270A - セルロース微細繊維含有樹脂複合体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平均繊維径が1μm以下のセルロース微細繊維を含有し、窒素ガス吸着法による比表面積が30〜200m2/gであるセルロース微細繊維含有シート、及び樹脂を含有するセルロース微細繊維含有樹脂複合体。前記セルロース微細繊維含有シートの密度が0.50〜0.95g/cm2である。前記セルロース微細繊維複合体のYI値が10以下である。
【選択図】なし
Description
[1]平均繊維径が1μm以下のセルロース微細繊維を含有し、窒素ガス吸着法による比表面積が30〜200m2/gであるセルロース微細繊維含有シート、及び樹脂を含有することを特徴とするセルロース微細繊維含有樹脂複合体。
[2]前記セルロース微細繊維含有シートの密度が0.50〜0.95g/cm2であることを特徴とする[1]に記載のセルロース微細繊維含有樹脂複合体。
[3]前記セルロース微細繊維複合体のYI値が10以下であることを特徴とする[1]又は[2]に記載のセルロース微細繊維含有樹脂複合体。
パルプとしては、製紙用パルプ、コットンリンターやコットンリントなどの綿系パルプ、麻、麦わら、バガスなどの非木材系パルプなどが挙げられる。これらの中でも、入手のしやすさという点で、製紙用パルプが好ましい。製紙用パルプとしては、広葉樹クラフトパルプ(晒クラフトパルプ(LBKP)、未晒クラフトパルプ(LUKP)、酸素漂白クラフトパルプ(LOKP)など)、針葉樹クラフトパルプ(晒クラフトパルプ(NBKP)、未晒クラフトパルプ(NUKP)、酸素漂白クラフトパルプ(NOKP)など)、サルファイトパルプ(SP)、ソーダパルプ(AP)等の化学パルプ、セミケミカルパルプ(SCP)、ケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプ、楮、三椏、麻、ケナフ等を原料とする非木材パルプ、古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。
また、パルプ以外のリグノセルロース原料はバイオマスであってもよい。バイオマスとしては、木材由来の紙、古紙、パルプスラッジ、スラッジ、下水汚泥等、食品廃棄物、等が挙げられる。これらのバイオマスは、単独、あるいは複数を組み合わせて使用することができる。また、バイオマスは、乾燥固形物であっても、水分を含んだ固形物であっても、スラリーであってもよい。
前記木質系のリグノセルロース系原料としては、ユーカリ(Eucalyptus)属植物、ヤナギ(Salix)属植物、ポプラ属植物、アカシア(Acacia)属植物、スギ(Cryptomeria)属植物等が利用できる。これらのうちでも、ユーカリ属植物、アカシア属、ヤナギ属植物が原料として大量に採取し易いため好ましい。
[前処理]
前記リグノセルロース原料は、機械的処理、化学的処理、酵素処理等の前処理を施しても良い。前処理を施すことにより、後の工程でセルロースが凝集し易くなるため前処理を施すことが望ましい。
各セルロース分解酵素は、夫々の活性を有する酵素を適宜の量で添加しても良いが、市販のセルラーゼ製剤を用いても良い。リグノセルロース原料に対する酵素の添加量、反応条件は、後工程でのセルロース繊維の凝集に適した条件であれば特に制限なく用いることができる。
セルロース微細繊維の平均繊維長は、100nm〜200μmであることが好ましく、300nm〜80μmであることがより好ましく、500nm〜70μmであることがさらに好ましい。
セルロース微細繊維は、電子顕微鏡で観察して求めた平均繊維幅が0.001〜1μmであることが好ましく、0.002〜0.5μmであることがより好ましく、0.004〜0.1μmであることがさらに好ましい。
抄紙の際には、通常の抄紙で用いられる長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機のほか、これらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機を用いてもよいし、手抄きでもよい。
また、抄紙の際には、シートの密度を制御するため脱水の後の湿紙状態のシートに有機溶媒を添加してもよい。得られたシートには水分が含まれていても良いが、乾燥している方が望ましい。
前記方法により得られたセルロース微細繊維含有シートの比表面積は、30〜200m2/gの範囲が好ましく、50〜200m2/gの範囲がさらに好ましく、70〜200m2/gの範囲が特に好ましい。セルロース微細繊維含有樹脂複合体の比表面積を前記範囲にすることにより、セルロース微細繊維含有シートへの樹脂の吸着効果を高めることができる。比表面積は、下記の方法で測定した。
[比表面積の測定方法]
セルロース微細繊維含有シートを105℃で乾燥して測定用試料を得た。この試料を、105℃の温度で2時間の真空脱気を行って前処理した後、窒素ガス吸着法比表面積・細孔分布測定装置(Coulter社製SA3100plus型)を用いて、比表面積及び細孔容積を測定した。比表面積は、BET多点法(5点法)を用いて測定し、細孔容積は、細孔径200nm以下の全細孔容積の値(窒素相対圧0.991)を用いた。
セルロース微細繊維含有シートの密度は、0.50〜0.95g/cm3が好ましく、0.50〜0.9g/cm3がさらに好ましい。密度はJIS P8118:1998に準じて測定した値である。本発明のセルロース微細繊維含有シートは密度が高いほど強度が高くなる。
本発明のセルロース微細繊維含有シートの坪量は、5〜100g/m2であり、10〜80g/m2であることが好ましい。ここで、坪量はJIS P8124:1998に準じて測定した値である。
セルロース微細繊維含有シートの坪量が前記下限値未満では、シート剛度が小さいためハンドリング性が悪く、また厚さが薄いためシートとしての引張破断強度が小さく、加工の際に紙切れを起こしやすい。一方、微細セルロース微細繊維含有シートの坪量が前記上限値を超えると抄紙の際の脱水性が低いため、生産性が不充分になる。
樹脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂、芳香族ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリエステル
系樹脂、脂肪族ポリオレフィン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ
フェニレンエーテル系樹脂、熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリス
ルホン系樹脂、非晶性フッ素系樹脂等が挙げられるがこれらに制限されない。
本発明のセルロース微細繊維含有樹脂複合体のYI値は、10以下が好ましく、9以下がさらに好ましく、8以下が特に好ましい。YI値は、スガ試験機製カラーコンピュータを用いて測定した。YI値(着色性の指標)を前記範囲になるようにすることにより透明度の高い(着色性の低い)セルロース微細繊維含有樹脂複合体を得ることができる。
(セルロース微細繊維含有シート1:製造例1)
針葉樹晒クラフトパルプ(王子ホールディングス株式会社製、水分50%、JIS P8121に準じて測定されるカナダ標準ろ水度(CSF)は550ml)を濃度5.0%になるように水を加え、ディスインテグレーターで離解して、パルプ分散液を得た。このパルプ分散液を長径250mmのグラインダー部を有する増幸産業社製のマスコロイダーを用いて、処理回数3回で解繊処理を行って微細化した。次いで、濃度が約3質量%になるように水を加えて希釈し、ホモミキサーで攪拌して微細繊維分散液Aを得た。
上記微細繊維分散液Aを供給タンクに収容し、攪拌機により攪拌しながらダイヘッドへ供給した。ダイヘッド開口部から出た分散液は、速度0.35m/minで走行するファブリックシートからなるワイヤーへ供給され、吸引手段を用いて搾水することにより含水ウェブを得た。搾水された含水ウェブの上部からエチレングリコールモノ−tert−ブチルエーテル(EGtBE)をパルプ固形分100部に対し1000部滴下し、吸引手段を用いて含水ウェブの上面から下面へEGtBEを浸透させた。このEGtBEを含む含水ウェブを乾燥セクションへ送り表面温度130℃に設定したドライヤにて拘束乾燥させセルロース微細繊維含有シートを得た。
このセルロース微細繊維含有シートを100mlの無水酢酸に含浸して90℃にて7時間加熱した。その後、イオン交換水でよく洗浄し、イソプロピルアルコールに10分浸漬した後、120℃、0.14MPaにて5分間プレス乾燥して化学処理されたセルロース微細繊維含有シート1を得た。
製造例1にてEGtBEをパルプ固形分100部に対し700部滴下した以外は実施例1と同様の方法でセルロース微細繊維含有シート2を得た。
製造例1にてEGtBEをパルプ固形分100部に対し400部滴下した以外は実施例1と同様の方法でセルロース微細繊維含有シート3を得た。
製造例1にてEGtBEをパルプ固形分100部に対し100部滴下した以外は実施例1と同様の方法でセルロース微細繊維含有シート4を得た。
製造例1にてEGtBEを滴下しなかった以外は実施例1と同様の方法でセルロース微細繊維含有シート5を得た。
実施例1にてマスコロイダーによる微細化処理を行わずに繊維分散液Bを得て、繊維分散液Bを供給タンクに収容した以外は実施例2と同様の方法でセルロース繊維含有シート1を得た。
セルロース微細繊維含有シート1を、1,10−デカンジオールジアクリレート100質量部、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド(BASF社製「ルシリンTPO」)0.02質量部、およびベンゾフェノン0.01質量部を混合した溶液に含浸させ、減圧下で一晩放置した。得られた樹脂溶液を含浸させたセルロース繊維集合体を2枚のガラス板に挟み、無電極水銀灯ランプ(フュージョンUVシステムズ社製「Dバルブ」)を用いて、紫外線硬化させた。紫外線硬化の条件は、波長365nmでの照射強度400mW/cm2、ライン速度7m/minに表裏計2回通して半硬化させ、次いで、波長365nmでの照射強度1900mW/cm2、ライン速度2m/minで表裏各2回(計4回)通して完全硬化させる条件で行った。紫外線照射終了後、ガラス板より硬化した樹脂複合体をはずし、190℃の真空オーブン中で1時間加熱して樹脂複合体(以下、「セルロース微細繊維含有複合体」という。)を得た。
なお、紫外線の放射照度は、オーク製作所製紫外線照度計「UV−M02」で、アタッチメント「UV−35」を用いて、320〜390nmの紫外線の照度を23℃で測定した。
前記セルロース微細繊維含有シート1の坪量、密度、比表面積を下記方法で測定した。また、得られたセルロース微細繊維含有複合体のYI値を下記の方法で測定した。結果を表1に示す。
坪量は、JIS P8124:1998に準じて測定した。
[密度の測定方法]
密度は、JIS P8118:1998に準じて測定した。
[比表面積の測定方法]
セルロース微細繊維含有シートを105℃で乾燥して測定用試料を得た。この試料を、105℃の温度で2時間の真空脱気を行って前処理した後、窒素ガス吸着法比表面積・細孔分布測定装置(Coulter社製SA3100plus型)を用いて、比表面積及び細孔容積を測定した。比表面積は、BET多点法(5点法)を用いて測定し、細孔容積は、細孔径200nm以下の全細孔容積の値(窒素相対圧0.991)を用いた。
[YI値の測定方法]
スガ試験機製カラーコンピュータを用いてYI値(黄変度)を測定した。
実施例1にてセルロース微細繊維含有シート1の代わりにセルロース微細繊維含有シート2を用いた以外は全て実施例1と同様の方法で実施した。前記セルロース微細繊維含有シート2の坪量、密度、比表面積を下記方法で測定した。また、得られたセルロース微細繊維含有複合体のYI値を下記の方法で測定した。結果を表1に示す。
実施例1にてセルロース微細繊維含有シート1の代わりにセルロース微細繊維含有シート3を用いた以外は全て実施例1と同様の方法で実施した。前記セルロース微細繊維含有シート3の坪量、密度、比表面積を下記方法で測定した。また、得られたセルロース微細繊維含有複合体のYI値を下記の方法で測定した。結果を表1に示す。
実施例1にてセルロース微細繊維含有シート1の代わりにセルロース微細繊維含有シート4を用いた以外は全て実施例1と同様の方法で実施した。前記セルロース微細繊維含有シート4の坪量、密度、比表面積を下記方法で測定した。また、得られたセルロース微細繊維含有複合体のYI値を下記の方法で測定した。結果を表1に示す。
実施例1にてセルロース微細繊維含有シート1の代わりにセルロース微細繊維含有シート5を用いた以外は全て実施例1と同様の方法で実施した。前記セルロース微細繊維含有シート5の坪量、密度、比表面積を下記方法で測定した。また、得られたセルロース微細繊維含有複合体のYI値を下記の方法で測定した。結果を表1に示す。
実施例1にてセルロース微細繊維含有シート1の代わりにセルロース繊維含有シート1を用いた以外は全て実施例1と同様の方法で実施した。前記セルロース繊維含有シート1の坪量、密度、比表面積を下記方法で測定した。また、得られたセルロース繊維含有複合体のYI値を下記の方法で測定した。結果を表1に示す。
Claims (3)
- 平均繊維径が1μm以下のセルロース微細繊維を含有し、窒素ガス吸着法による比表面積が30〜200m2/gであるセルロース微細繊維含有シート、及び樹脂を含有することを特徴とするセルロース微細繊維含有樹脂複合体。
- 前記セルロース微細繊維含有シートの密度が0.50〜0.95g/cm2であることを特徴とする請求項1に記載のセルロース微細繊維含有樹脂複合体。
- 前記セルロース微細繊維複合体のYI値が10以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のセルロース微細繊維含有樹脂複合体。
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