JP2015143337A - 微細セルロース繊維複合体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微細セルロース繊維にエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部又はプロピレンオキサイド(PO)重合部を有する重合体がアミド結合を介して連結してなる、微細セルロース繊維複合体。
【選択図】なし
Description
〔1〕 微細セルロース繊維にエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部又はプロピレンオキサイド(PO)重合部を有する重合体がアミド結合を介して連結してなる、微細セルロース繊維複合体。
〔2〕 前記〔1〕記載の微細セルロース繊維複合体と可塑剤とを含有する、微細セルロース繊維複合体分散液。
〔3〕 熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂と前記〔1〕記載の微細セルロース繊維複合体とを含有する、樹脂組成物。
本発明の微細セルロース繊維複合体は、微細セルロース繊維にエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部又はプロピレンオキサイド(PO)重合部を有する重合体がアミド結合を介して連結していることを特徴とする。なお、本明細書において、「EO/PO共重合部又はPO重合部を有する重合体がアミド結合を介して」とは、アミド基の炭素原子がセルロース骨格に共有結合し、窒素原子に直接にあるいは連結基を介してEO/PO共重合部又はPO重合部を有する重合体が共有結合で結合した状態を意味する。以降、該微細セルロース繊維複合体のことを、微細セルロース繊維複合体Aと記載することもある。
(平均繊維径)
本発明で用いられる微細セルロース繊維複合体Aを構成する微細セルロース繊維は、平均繊維径が、均一な繊維径を持つ微細セルロース繊維複合体を製造する観点から、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.2nm以上、さらに好ましくは0.5nm以上、さらに好ましくは0.8nm以上、よりさらに好ましくは1nm以上である。また、熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂に含有させて樹脂組成物(複合材料ともいう)とした時の機械的強度を十分に向上させると共に透明性を維持し、樹脂によっては、更に耐熱性や寸法安定性にも優れる(これらをまとめて、単に、機械的強度等ともいう)観点から、好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下、さらに好ましくは50nm以下、さらに好ましくは20nm以下、さらに好ましくは10nm以下、よりさらに好ましくは5nm以下である。なお、本明細書において、セルロース繊維の平均繊維径は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法により測定される。一般に、高等植物から調製されるセルロースナノファイバーの最小単位は6×6の分子鎖がほぼ正方形の形でパッキングされていることから、AFMによる画像で分析される高さを繊維の幅と見なすことができる。
微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量は、安定な微細化及びアミド化の観点から、好ましくは0.1mmol/g以上、より好ましくは0.4mmol/g以上、さらに好ましくは0.6mmol/g以上、さらに好ましくは0.8mmol/g以上である。また、取り扱い性を向上させる観点から、好ましくは3mmol/g以下、より好ましくは2mmol/g以下、さらに好ましくは1.8mmol/g以下、さらに好ましくは1.5mmol/g以下である。本発明で用いられる微細セルロース繊維に、カルボキシ基含有量がかかる範囲外である微細セルロース繊維が、意図せずに不純物として含まれることもあり得る。なお、「カルボキシ基含有量」とは、微細セルロース繊維を構成するセルロース中のカルボキシ基の総量を意味し、具体的には後述の実施例に記載の方法により測定される。
微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)は、樹脂に含有させて複合材料とした時の機械的強度を十分に向上させる観点から、好ましくは10以上、より好ましくは20以上、さらに好ましくは50以上、よりさらに好ましくは100以上である。また、樹脂中の分散性低下に伴う機械的強度の低下を抑制する観点から、好ましくは1000以下、より好ましくは500以下、さらに好ましくは400以下、よりさらに好ましくは350以下である。平均アスペクト比が上記範囲にある微細セルロース繊維は、樹脂に配合した際に該樹脂中での分散性に優れ、機械的強度が高く、脆性破壊し難い樹脂組成物が得られる。なお、本明細書において、平均アスペクト比は、分散液中のセルロース繊維濃度と分散液の水に対する比粘度との関係から、下記式(1)によりセルロース繊維のアスペクト比を逆算して求める。なお、下記式(1)は、The Theory of Polymer Dynamics,M.DOI and D.F.EDWARDS,CLARENDON PRESS・OXFORD,1986,P312に記載の剛直棒状分子の粘度式(8.138)と、Lb2×ρ=M/NAの関係〔式中、Lは繊維長、bは繊維幅(セルロース繊維断面は正方形とする)、ρはセルロース繊維の濃度(kg/m3)、Mは分子量、NAはアボガドロ数を表す〕から導き出されるものである。また、上記の粘度式(8.138)において、剛直棒状分子をセルロース繊維とする。下記式(1)中、ηSPは比粘度、πは円周率、lnは自然対数、Pはアスペクト比(L/b)、γ=0.8、ρSは分散媒の密度(kg/m3)、ρ0はセルロース結晶の密度(kg/m3)、Cはセルロースの質量濃度(C=ρ/ρS)を表す。
微細セルロース繊維の結晶化度は、樹脂に含有させて複合材料とした時の機械的強度を向上させる観点から、好ましくは30%以上、より好ましくは35%以上、さらに好ましくは40%以上、よりさらに好ましくは45%以上である。また、アミド化反応の反応効率を向上させる観点から、好ましくは95%以下、より好ましくは90%以下、さらに好ましくは85%以下、よりさらに好ましくは80%以下である。なお、本明細書において、セルロースの結晶化度は、X線回折法による回折強度値からSegal法により算出したセルロースI型結晶化度であり、下記計算式(A)により定義される。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6−I18.5)/I22.6]×100 (A)
〔式中、I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、I18.5は,アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す〕
なお、セルロースI型とは天然セルロースの結晶形のことであり、セルロースI型結晶化度とは、セルロース全体のうち結晶領域量の占める割合のことを意味する。
本発明の微細セルロース繊維複合体Aは、上記の微細セルロース繊維に、EO/PO共重合部又はPO重合部を有する重合体が、アミド結合を介して連結されている。よって、本発明では、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンが上記の微細セルロース繊維のカルボキシ基とアミド結合により結合すればよく、該アミンとしては、第1級アミン、第2級アミンのいずれでもよいが、アミド結合の反応性の観点から、第1級アミンが好ましい。
EO/PO共重合部とは、エチレンオキサイド(EO)とプロピレンオキサイド(PO)がランダム又はブロック状に重合した構造を意味し、PO重合部とは、プロピレンオキサイド(PO)が重合した連鎖構造を意味する。例えば、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンが後述する式(i)で表される場合は、エチレンオキサイド(EO)とプロピレンオキサイド(PO)はランダム又はブロック状の連鎖構造となるが、該アミンが後述する式(ii)で表される構造を有するアミンである場合は、(EO)a(PO)b、(EO)c(PO)d、(EO)e(PO)fは、連鎖している必要はない。
で表される化合物が挙げられる。
微細セルロース繊維複合体Aは、微細セルロース繊維にアミド基を介してEO/PO共重合部又はPO重合部を導入できるのであれば、特に限定なく公知の方法に従って製造することができる。例えば、予め調製された微細セルロース繊維に、アミド基を介してEO/PO共重合部又はPO重合部を導入する反応を行ってもよいし、微細セルロース繊維を調製する際に続けて、アミド基を介してEO/PO共重合部又はPO重合部を導入する反応を行ってもよい。なお、微細セルロース繊維は、公知の方法、例えば、特開2011−140632号公報に記載の方法により製造することができる。
工程(A):天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(B):工程(A)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンとをアミド化反応させる工程
なお、前記好適な製造方法としては、工程(A)の後に後述する微細化工程を行い、カルボキシ基含有微細セルロース繊維とした後に工程(B)を行う方法(第1Aの製造形態)、及び、工程(A)の後に工程(B)を行い、その後に微細化工程を行う方法(第2Aの製造形態)が挙げられる。
工程(A)は、天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程である。
次に、上記天然セルロース繊維を、N−オキシル化合物の存在下で酸化処理して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る(以下、単に「酸化処理」と称する場合がある)。
前記酸化反応で得られるカルボキシ基含有セルロース繊維は、触媒として用いるTEMPO等のN−オキシル化合物や副生塩を含む。そのまま次工程を行ってもよいが、精製を行って純度の高いカルボキシ基含有セルロース繊維を得ることもできる。精製方法としては、酸化反応における溶媒の種類、生成物の酸化の程度、精製の程度により最適な方法を採用することができる。例えば、良溶媒として水、貧溶媒としてメタノール、エタノール、アセトン等を用いた再沈殿、ヘキサン等の水と相分離する溶媒へのTEMPO等の抽出、及び塩のイオン交換、透析等による精製等が挙げられる。
第1Aの製造形態では、前記精製工程後、工程(A)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維を微細化する工程を行う。微細化工程では、前記精製工程を経たカルボキシ基含有セルロース繊維を溶媒中に分散させ、微細化処理を行うことが好ましい。この微細化工程を行うことにより、平均繊維径及び平均アスペクト比がそれぞれ前記範囲にある微細セルロース繊維が得られる。
第1Aの製造形態において、工程(B)は、前記微細化工程を経て得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維に、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンをアミド化反応させて、微細セルロース繊維複合体を得る工程である。具体的には、カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基と、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンのアミノ基とを縮合反応させてアミド結合を形成し、EO/PO共重合部又はPO重合部がアミド結合を介して連結された微細セルロース繊維複合体を得る。
(1)総炭素数4〜40の第4級アルキルアンモニウムカチオンのイオン結合を介する結合
(2)総炭素数6〜20の芳香族炭化水素基のアミド結合を介する結合
以降、該微細セルロース繊維複合体のことを微細セルロース繊維複合体aと記載することもある。
微細セルロース繊維複合体aは、微細セルロース繊維に、第4級アルキルアンモニウムカチオン及び/又は芳香族炭化水素基とEO/PO共重合部又はPO重合部とを導入できるのであれば、特に限定なく公知の方法に従って製造することができる。例えば、予め調製された微細セルロース繊維に、イオン結合を介して第4級アルキルアンモニウムカチオンを導入、及び/又は、アミド結合を介して芳香族炭化水素基を導入後、アミド結合を介してEO/PO共重合部又はPO重合部を導入する反応を行ってもよいし、微細セルロース繊維を調製する際に続けて、前記導入の反応を行ってもよい。微細セルロース繊維は前述と同様にして製造することができる。
工程(a):天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(b−1):工程(a)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、第4級アルキルアンモニウム化合物との混合、及び、芳香族炭化水素基を有するアミンとのアミド化反応を行って、あるいは、いずれかのみを行って、第4級アルキルアンモニウムカチオン及び/又は芳香族炭化水素基が結合したセルロース繊維を得る工程
工程(b−2):工程(b−1)で得られたセルロース繊維と、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンとのアミド化反応させる工程
なお、前記好適な製造方法としては、工程(a)の後に前述した微細化工程を行い、カルボキシ基含有微細セルロース繊維とした後に工程(b−1)及び工程(b−2)を行う方法(第1aの製造形態)、及び、工程(a)の後に工程(b−1)及び工程(b−2)を行い、その後に微細化工程を行う方法(第2aの製造形態)が挙げられる。
工程(a)は、天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程であり、前記「第1Aの製造形態」における工程(A)を参照して行うことができる。また、精製工程及び微細化工程も同様に前記「第1Aの製造形態」を参照して行うことができる。
第1aの製造形態において、工程(b−1)は、前記微細化工程を経て得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維と、第4級アルキルアンモニウム化合物との混合、及び、芳香族炭化水素基を有するアミンとのアミド化反応を行って、あるいは、いずれかのみを行って、第4級アルキルアンモニウムカチオン及び/又は芳香族炭化水素基が結合したセルロース繊維を得る工程である。なお、第4級アルキルアンモニウムカチオンと芳香族炭化水素基のいずれもを導入する場合は、いずれが先に導入されてもよく順序は特に限定されない。
第1aの製造形態において、工程(b−2)は、前記工程を経て得られた第4級アルキルアンモニウムカチオン及び/又は芳香族炭化水素基含有微細セルロース繊維と、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンとをアミド化反応させて、微細セルロース繊維複合体を得る工程である。具体的には、前記「第1Aの製造形態」における工程(B)を参照して行うことができる。
本発明の微細セルロース繊維複合体分散液は、前記の微細セルロース繊維にEO/PO共重合部又はPO重合部がアミド結合を介して連結してなる、微細セルロース繊維複合体と可塑剤とを含有する。ここでの微細セルロース繊維複合体としては、微細セルロース繊維複合体Aと微細セルロース繊維複合体aの双方を用いることができ、併用してもよい。
本発明の分散液における可塑剤としては、特に限定はなく、従来からの可塑剤であるフタル酸エステルやコハク酸エステル、アジピン酸エステルといった多価カルボン酸エステル、グリセリン等脂肪族ポリオールの脂肪酸エステル等が挙げられる。なかでも、分子内に2個以上のエステル基を有するエステル化合物であって、該エステル化合物を構成するアルコール成分の少なくとも1種が水酸基1個当たり炭素数2〜3のアルキレンオキサイドを平均0.5〜5モル付加したアルコールであるエステル化合物が好ましく、具体的には、特開2008−174718号公報及び特開2008−115372号公報に記載の可塑剤が例示される。
本発明の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂と前記微細セルロース繊維複合体とを含有する。前記微細セルロース繊維複合体により、前記樹脂の透明性を維持したまま、あるいは、大きく損なわず、機械的強度等を向上することができる。ここでの微細セルロース繊維複合体としては、微細セルロース繊維複合体Aと微細セルロース繊維複合体aの双方を用いることができ、併用してもよい。
本発明の樹脂組成物中の樹脂の含有量は、特に限定されないが、成形体を製造する観点から、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましい。微細セルロース繊維複合体や可塑剤等を含有させる観点から、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、95質量%以下がさらに好ましく、93質量%以下がさらに好ましく、90質量%以下がさらに好ましく、87質量%以下がさらに好ましい。
本発明の樹脂組成物中の微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、得られる樹脂組成物の機械的強度、寸法安定性、耐熱性の観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは6質量部以上、さらに好ましくは10質量部以上であり、得られる樹脂組成物の透明性の観点から、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、さらに好ましくは0.5質量部以下、よりさらに好ましくは0.3質量部以下である。
本発明の樹脂組成物中、微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、得られる樹脂組成物の機械的強度、寸法安定性、耐熱性の観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.08質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.3質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは2質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上であり、得られる樹脂組成物の透明性の観点から、好ましくは60質量部以下、より好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは35質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、さらに好ましくは0.5質量部以下、よりさらに好ましくは0.3質量部以下である。
本発明の樹脂組成物中の樹脂の含有量は、特に限定されないが、成形体を製造する観点から、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましい。微細セルロース繊維複合体等を含有させる観点から、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、96質量%以下がさらに好ましく、93質量%以下がさらに好ましい。
本発明の樹脂組成物中、微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、得られる樹脂組成物の機械的強度、寸法安定性、耐熱性の観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは6質量部以上、よりさらに好ましくは10質量部以上である。また、得られる樹脂組成物の透明性の観点から、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である。
本発明の樹脂組成物中、微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、得られる樹脂組成物の機械的強度、寸法安定性、耐熱性の観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは0.8質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、よりさらに好ましくは5質量部以上である。また、得られる樹脂組成物の透明性の観点から、好ましくは50質量部以下、より好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは35質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である。
本発明の樹脂組成物中の樹脂の含有量は、特に限定されないが、成形体を製造する観点から、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましい。微細セルロース繊維複合体等を含有させる観点から、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、96質量%以下がさらに好ましく、90質量%以下がさらに好ましく、85質量%以下がさらに好ましく、80質量%以下がさらに好ましい。
本発明の樹脂組成物中の微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、得られる樹脂組成物の機械的強度、寸法安定性、耐熱性の観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは7質量部以上、さらに好ましくは10質量部以上、さらに好ましくは15質量部以上である。また、得られる樹脂組成物の透明性の観点から、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である。
本発明の樹脂組成物中の微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、得られる樹脂組成物の機械的強度、寸法安定性、耐熱性の観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.08質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは0.8質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上、さらに好ましくは8質量部以上である。また、得られる樹脂組成物の透明性の観点から、好ましくは50質量部以下、より好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは35質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは3質量部以下である。
樹脂成形体は、前記樹脂組成物を押出成形、射出成形、又はプレス成形等の成形することによって調製することができる。以下に、熱可塑性樹脂の場合について好ましい態様を記載する。
<1> 微細セルロース繊維にエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部又はプロピレンオキサイド(PO)重合部を有する重合体がアミド結合を介して連結してなる、微細セルロース繊維複合体(微細セルロース繊維複合体Aともいう)。
<3> 微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量は、好ましくは0.1mmol/g以上、より好ましくは0.4mmol/g以上、さらに好ましくは0.6mmol/g以上、さらに好ましくは0.8mmol/g以上であり、好ましくは3mmol/g以下、より好ましくは2mmol/g以下、さらに好ましくは1.8mmol/g以下、さらに好ましくは1.5mmol/g以下である、前記<1>又は<2>記載の微細セルロース繊維複合体。
<4> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)は、好ましくは10以上、より好ましくは20以上、さらに好ましくは50以上、よりさらに好ましくは100以上であり、好ましくは1000以下、より好ましくは500以下、さらに好ましくは400以下、よりさらに好ましくは350以下である、前記<1>〜<3>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<5> 微細セルロース繊維の結晶化度は、好ましくは30%以上、より好ましくは35%以上、さらに好ましくは40%以上、よりさらに好ましくは45%以上であり、好ましくは95%以下、より好ましくは90%以下、さらに好ましくは85%以下、よりさらに好ましくは80%以下である、前記<1>〜<4>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<6> EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンは、好ましくは第1級アミン、第2級アミンのいずれでもよく、より好ましくは、第1級アミン又は第である、前記<1>〜<5>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<7> EO/PO共重合部又はPO重合部の分子量は、好ましくは500以上、より好ましくは700以上、さらに好ましくは1,000以上、さらに好ましくは1,500以上であり、好ましくは10,000以下、より好ましくは7,000以下、さらに好ましくは5,000以下、さらに好ましくは4,000以下、さらに好ましくは3,500以下、よりさらに好ましくは2,500以下である、前記<1>〜<6>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<8> EO/PO共重合部中のPOの含有率(モル%)は、好ましくは1モル%以上、より好ましくは6モル%以上、さらに好ましくは8モル%以上であり、好ましくは100モル%未満、より好ましくは99モル%以下、さらに好ましくは90モル%以下、さらに好ましくは80モル%以下、さらに好ましくは74モル%以下、さらに好ましくは60モル%以下、さらに好ましくは51モル%以下、さらに好ましくは40モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下である、前記<1>〜<7>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<9> EO/PO共重合部又はPO重合部とアミンとは、直接に又は連結基を介して結合しているものが好ましく、連結基としては炭化水素基が好ましく、炭素数が好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3のアルキレン基がより好ましい、前記<1>〜<8>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<10> EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンとしては、下記式(i):
で表される化合物が好ましい、前記<1>〜<9>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
式(ii):
<11> 微細セルロース繊維複合体AにおけるEO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミド基の結合量は、好ましくは0.01mmol/g以上、より好ましくは0.05mmol/g以上、さらに好ましくは0.1mmol/g以上、さらに好ましくは0.2mmol/g以上であり、好ましくは3mmol/g以下、より好ましくは2mmol/g以下、さらに好ましくは1mmol/g以下、さらに好ましくは0.5mmol/g以下である、前記<1>〜<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<12> 微細セルロース繊維複合体AにおけるEO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミド基の修飾率は、好ましくは1%以上、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上、さらに好ましくは15%以上、さらに好ましくは20%以上であり、好ましくは90%以下、より好ましくは70%以下、さらに好ましくは50%以下、さらに好ましくは40%以下である、前記<1>〜<11>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<13> 微細セルロース繊維複合体が、下記工程(A)及び工程(B)を含む製造方法により得られるものである、前記<1>〜<12>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
工程(A):天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(B):工程(A)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンとをアミド化反応させる工程
<14> 工程(A)において、酸化反応で得られるカルボキシ基含有セルロース繊維に精製を行って純度の高いカルボキシ基含有セルロース繊維を得る、前記<13>記載の微細セルロース繊維複合体。
<15> 精製工程後、工程(A)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維を微細化する工程を行う、前記<14>記載の微細セルロース繊維複合体。
<16> EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンの使用量は、カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して、アミン基が、好ましくは0.1mol以上、より好ましくは0.5mol以上、さらに好ましくは0.7mol以上、よりさらに好ましくは1mol以上であり、好ましくは50mol以下、より好ましくは20mol以下、さらに好ましくは10mol以下となる量用いる、前記<13>〜<15>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<17> 反応温度は、好ましくは0℃以上、より好ましくは5℃以上、さらに好ましくは10℃以上であり、好ましくは200℃以下、より好ましくは80℃以下、さらに好ましくは30℃以下であり、反応時間は、好ましくは1〜24時間、より好ましくは10〜20時間である、前記<13>〜<16>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<18> 微細セルロース繊維複合体Aは、平均繊維径が、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.2nm以上、さらに好ましくは0.5nm以上、さらに好ましくは0.8nm以上、よりさらに好ましくは1nm以上であり、好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下、さらに好ましくは50nm以下、さらに好ましくは20nm以下、よりさらに好ましくは10nm以下である、前記<1>〜<17>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<19> 微細セルロース繊維複合体Aとしては、微細セルロース繊維にEO/PO共重合部又はPO重合部がアミド結合を介して連結したものであり、好ましくは平均繊維径が0.1〜200nmである、前記<1>〜<18>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<20> 微細セルロース繊維複合体Aの一態様として、微細セルロース繊維にエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部又はプロピレンオキサイド(PO)重合部を有する重合体がアミド結合を介して連結し、更に、下記(1)及び(2)からなる群より選ばれる1種又は2種の結合が導入されてなる微細セルロース繊維複合体(微細セルロース繊維複合体aともいう)。
(1)総炭素数4〜40の第4級アルキルアンモニウムカチオンのイオン結合を介する結合
(2)総炭素数6〜20の芳香族炭化水素基のアミド結合を介する結合
<21> EO/PO共重合部又はPO重合部の結合にEO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンを用い、総炭素数が4〜40の第4級アルキルアンモニウムカチオンの結合に総炭素数が4〜40の第4級アルキルアンモニウム化合物を用い、及び/又は、総炭素数が6〜20の芳香族炭化水素基の結合に総炭素数が6〜20の芳香族炭化水素基を有するアミンを用いる、前記<20>記載の微細セルロース繊維複合体(EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンのことを第一アミン、総炭素数が4〜40の第4級アルキルアンモニウム化合物及び総炭素数が6〜20の芳香族炭化水素基を有するアミンのことを第二アミンともいう)。
<22> 微細セルロース繊維が前記<2>〜<5>いずれか記載のものである、前記<20>又は<21>記載の微細セルロース繊維複合体。
<23> EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンが前記<6>〜<10>いずれか記載のものである、前記<20>〜<22>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<24> 総炭素数が4〜40の第4級アルキルアンモニウム化合物が、好ましくは炭素数1〜20のアルキル基を含み、該アルキル基は置換又は非置換のものであってもよく、より好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ラウリル基、セチル基、ステアリル基、ベンジル基、及びフェネチル基からなる群より選ばれる1種又は2種以上を含む、前記<20>〜<23>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<25> 総炭素数が4〜40の第4級アルキルアンモニウム化合物において、総炭素数は8以上が好ましく、12以上がより好ましく、また、36以下が好ましく、32以下がより好ましく、24以下がさらに好ましく、20以下がさらに好ましく、18以下がさらに好ましい、前記<20>〜<24>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<26> 芳香族炭化水素基を有するアミンは、第1級アミン、第2級アミンのいずれでもよく、第1級アミンが好ましく、アミンにおける芳香族炭化水素基の数は、1個、2個のいずれでもよく、1個が好ましい、前記<20>〜<25>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<27> 芳香族炭化水素基を有するアミンの炭素数としては、18以下が好ましく、12以下がより好ましい、前記<20>〜<26>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<28> 芳香族炭化水素基を有するアミンとしては、アリール基を有するアミン、アラルキル基を有するアミンが好ましく、アリール基を有するアミンがより好ましい、前記<20>〜<27>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<29> 芳香族炭化水素基を有するアミンにおける芳香族炭化水素基としては、アリール基の場合、総炭素数は6以上であり、また、20以下、好ましくは14以下、より好ましくは10以下であり、アラルキル基の場合、総炭素数は7以上であり、また、20以下、好ましくは13以下、より好ましくは11以下、さらに好ましくは9以下である、前記<20>〜<28>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<30> 微細セルロース繊維複合体aにおいては、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンに加えて、総炭素数が4〜40の第4級アルキルアンモニウム化合物と総炭素数が6〜20の芳香族炭化水素基を有するアミンのいずれが結合してもよく、それぞれが単独で結合しても、併用して結合していてもよい、前記<20>〜<29>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<31> 微細セルロース繊維複合体aにおけるEO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミン(第一アミン)の結合量は、好ましくは0.01mmol/g以上、より好ましくは0.03mmol/g以上、さらに好ましくは0.05mmol/g以上であり、好ましくは1mmol/g以下、より好ましくは0.5mmol/g以下、さらに好ましくは0.25mmol/g以下、さらに好ましくは0.1mmol/g以下、さらに好ましくは0.08mmol/g以下、さらに好ましくは0.06mmol/g以下である、前記<20>〜<30>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<32> 微細セルロース繊維複合体aにおける第二アミンの結合量は、好ましくは0.2mmol/g以上、より好ましくは0.3mmol/g以上、さらに好ましくは0.5mmol/g以上、さらに好ましくは0.8mmol/g以上、さらに好ましくは1.0mmol/g以上であり、好ましくは1.5mmol/g以下、より好ましくは1.3mmol/g以下、さらに好ましくは1.2mmol/g以下である、前記<20>〜<31>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<33> 微細セルロース繊維複合体aにおける第一アミンの結合量と第二アミンの結合量の合計は、好ましくは0.2mmol/g以上、より好ましくは0.3mmol/g以上、さらに好ましくは0.5mmol/g以上、さらに好ましくは0.8mmol/g以上、さらに好ましくは1.0mmol/g以上であり、好ましくは1.5mmol/g以下、より好ましくは1.3mmol/g以下、さらに好ましくは1.2mmol/g以下である、前記<20>〜<32>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<34> 微細セルロース繊維複合体aにおけるEO/PO共重合部又はPO重合部の修飾率は、好ましくは0.5%以上、より好ましくは1%以上、さらに好ましくは2%以上、さらに好ましくは5%以上であり、好ましくは90%以下、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは20%以下、さらに好ましくは10%以下である、前記<20>〜<33>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<35> 微細セルロース繊維複合体aにおける第4級アルキルアンモニウムカチオン及び/又は芳香族炭化水素基の修飾率は、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは40%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上であり、好ましくは90%以下、より好ましくは85%以下、さらに好ましくは80%以下である、前記<20>〜<34>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<36> 微細セルロース繊維複合体aにおける第一アミンの修飾率と第二アミンの修飾率の合計は、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは40%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらに好ましくは75%以上、さらに好ましくは80%以上であり、好ましくは100%以下、より好ましくは98%以下、さらに好ましくは95%以下、さらに好ましくは90%以下、さらに好ましくは85%以下である、前記<20>〜<35>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<37> 微細セルロース繊維複合体aにおいては、第一アミンの結合量と第二アミンの結合量とのモル比(第一アミン/第二アミン)は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.03以上であり、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.2以下、さらに好ましくは0.1以下、さらに好ましくは0.05以下である、前記<20>〜<36>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<38> 第二アミンとして、第4級アルキルアンモニウム化合物と芳香族炭化水素基を有するアミンを併用する際には、その結合量のモル比(第4級アルキルアンモニウム化合物/芳香族炭化水素基を有するアミン)は、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.4以上であり、好ましくは0.9以下、より好ましくは0.8以下、さらに好ましくは0.6以下である、前記<20>〜<37>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<39> 微細セルロース繊維への第4級アルキルアンモニウム化合物及び芳香族炭化水素基を有するアミンの導入は、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンの導入と、順序はいずれが先であってもよいが、第4級アルキルアンモニウム化合物及び芳香族炭化水素基を有するアミンの導入を先に行う方が好ましい、前記<20>〜<38>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<40> 微細セルロース繊維複合体aは、下記工程(a)、工程(b−1)及び工程(b−2)を含む製造方法により得られるものである、前記<20>〜<39>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
工程(a):天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(b−1):工程(a)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、第4級アルキルアンモニウム化合物との混合、及び、芳香族炭化水素基を有するアミンとのアミド化反応を行って、あるいは、いずれかのみを行って、第4級アルキルアンモニウムカチオン及び/又は芳香族炭化水素基が結合したセルロース繊維を得る工程
工程(b−2):工程(b−1)で得られたセルロース繊維と、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンとのアミド化反応させる工程
<41> 工程(a)において、酸化反応で得られるカルボキシ基含有セルロース繊維に精製を行って純度の高いカルボキシ基含有セルロース繊維を得る、前記<40>記載の微細セルロース繊維複合体。
<42> 精製工程後、工程(a)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維を微細化する工程を行う、前記<41>記載の微細セルロース繊維複合体。
<43> 工程(b−1)における第4級アルキルアンモニウム化合物の使用量は、カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して、第4級アルキルアンモニウムカチオンが、好ましくは0.1mol以上、より好ましくは0.5mol以上、さらに好ましくは0.7mol以上、よりさらに好ましくは1mol以上であり、好ましくは50mol以下、より好ましくは20mol以下、さらに好ましくは10mol以下となる量用いる、前記<40>〜<42>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<44> 工程(b−1)におけるカルボキシ基含有微細セルロース繊維と第4級アルキルアンモニウム化合物との混合時に用いる溶媒としては、水、コハク酸とトリエチレングリコールモノメチルエーテルとのジエステル、エタノール、DMFが好ましい、前記<40>〜<43>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<45> 工程(b−1)におけるカルボキシ基含有微細セルロース繊維と第4級アルキルアンモニウム化合物との混合時の温度は、好ましくは0℃以上、より好ましくは5℃以上、さらに好ましくは10℃以上であり、好ましくは50℃以下、より好ましくは40℃以下、さらに好ましくは30℃以下である、前記<40>〜<44>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<46> 工程(b−1)におけるカルボキシ基含有微細セルロース繊維と第4級アルキルアンモニウム化合物との混合時間は、好ましくは0.01時間以上、より好ましくは0.1時間以上、更に好ましくは1時間以上であり、好ましくは48時間以下、より好ましくは24時間以下、さらに好ましくは12時間以下である、前記<40>〜<45>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<47> 工程(b−1)における芳香族炭化水素基を有するアミンの使用量は、カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して、アミン基が、好ましくは0.1mol以上、より好ましくは0.5mol以上、さらに好ましくは0.7mol以上、よりさらに好ましくは1mol以上であり、好ましくは50mol以下、より好ましくは20mol以下、さらに好ましくは10mol以下となる量用いる、前記<40>〜<46>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<48> 工程(b−1)におけるカルボキシ基含有微細セルロース繊維と、芳香族炭化水素基を有するアミンとの反応においては、公知の縮合剤を用いることもできる、前記<40>〜<47>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<49> 工程(b−1)におけるカルボキシ基含有微細セルロース繊維と、芳香族炭化水素基を有するアミンとの反応においては、溶媒を用いることができ、用いるアミンが溶解する溶媒を選択することが好ましい、前記<40>〜<48>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<50> 工程(b−1)における、カルボキシ基含有微細セルロース繊維と芳香族炭化水素基を有するアミンとの反応時の温度や時間は、前記<17>記載のものから選択できる、前記<40>〜<49>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<51> 工程(b−2)で用いられる、EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミンの使用量は、カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して、アミン基が、好ましくは0.01mol以上、より好ましくは0.05mol以上、さらに好ましくは0.1mol以上、さらに好ましくは0.5mol以上、さらに好ましくは0.7mol以上、よりさらに好ましくは1mol以上であり、好ましくは50mol以下、より好ましくは20mol以下、さらに好ましくは10mol以下となる量用いる、前記<40>〜<50>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<52> 工程(b−2)における反応時の温度や時間は、前記<17>記載のものから選択できる、前記<40>〜<51>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<53> 微細セルロース繊維複合体aは、平均繊維径が、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.2nm以上、さらに好ましくは0.5nm以上、さらに好ましくは0.8nm以上、よりさらに好ましくは1nm以上であり好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下、さらに好ましくは50nm以下、さらに好ましくは20nm以下、よりさらに好ましくは10nm以下である、前記<20>〜<52>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<54> 微細セルロース繊維複合体aとしては、微細セルロース繊維に、EO/PO共重合部又はPO重合部がアミド結合を介して連結し、かつ、第4級アルキルアンモニウムカチオンがイオン結合、及び/又は、芳香族炭化水素基がアミド結合したものであり、平均繊維径が0.1〜200nmのものが好ましい、前記<20>〜<53>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<55> 前記<1>〜<54>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体と可塑剤とを含有する、微細セルロース繊維複合体分散液。
<56> 分散液中の微細セルロース繊維複合体の含有量は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上、さらに好ましくは0.05質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは70質量%以下、より好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である、前記<55>記載の微細セルロース繊維複合体分散液。
<57> 分散液中の前記微細セルロース繊維量(換算量)は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上、さらに好ましくは0.05質量%以上、さらに好ましくは0.08質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下、よりさらに好ましくは0.3質量%以下である、前記<55>又は<56>記載の微細セルロース繊維複合体分散液。
<58> 分散液中の可塑剤の含有量は、好ましくは95質量%以上、より好ましくは97質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上、よりさらに好ましくは99.5質量%以上であり、好ましくは99.95質量%以下、より好ましくは99.9質量%以下、さらに好ましくは99.8質量%以下である、前記<55>〜<57>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体分散液。
<59> 熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂と前記<1>〜<54>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体とを含有する、樹脂組成物。
<60> 熱可塑性樹脂としては、ポリ乳酸樹脂等の飽和ポリエステル系樹脂;ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂等のオレフィン系樹脂;トリアセチル化セルロース、ジアセチル化セルロース等のセルロース系樹脂;ナイロン樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ビニルエーテル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスルホン系樹脂等がからなる群より選ばれる1種又は2種以上が好ましく、ポリエステル系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂がより好ましい、前記<59>記載の樹脂組成物。
<61> ポリエステル系樹脂としては、ポリヒドロキシブチレート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート/アジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリ乳酸樹脂、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリジオキサノン、ポリ(2−オキセタノン)等の脂肪族ポリエステル樹脂;ポリブチレンサクシネート/テレフタレート、ポリブチレンアジペート/テレフタレート、ポリテトラメチレンアジペート/テレフタレート等の脂肪族芳香族コポリエステル樹脂;デンプン、セルロース、キチン、キトサン、グルテン、ゼラチン、ゼイン、大豆タンパク、コラーゲン、ケラチン等の天然高分子と上記の脂肪族ポリエステル樹脂あるいは脂肪族芳香族コポリエステル樹脂との混合物等からなる群より選ばれる1種又は2種以上が好ましく、ポリブチレンサクシネート及びポリ乳酸樹脂がより好ましく、ポリ乳酸樹脂がさらに好ましい、前記<60>記載の樹脂組成物。
<62> (メタ)アクリル系樹脂としては、該樹脂を構成する全重合体の単量体単位の合計を基準として、50重量%以上の(メタ)アクリル酸メチルを単量体単位として含むものが好ましく、メタクリル系樹脂がより好ましい、前記<60>記載の樹脂組成物。
<63> 硬化性樹脂が、好ましくは光硬化性樹脂及び/又は熱硬化性樹脂である、前記<59>記載の樹脂組成物。
<64> 光硬化性樹脂は、好ましくはビスフェノールA−アルキレンオキサイド付加体の(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート(ビスフェノールA型エポキシ(メタ)アクリレート、ノボラック型エポキシ(メタ)アクリレートなど)、ポリエステル(メタ)アクリレート(例えば、脂肪族ポリエステル型(メタ)アクリレート、芳香族ポリエステル型(メタ)アクリレートなど)、ウレタン(メタ)アクリレート(ポリエステル型ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル型ウレタン(メタ)アクリレートなど)、及びシリコーン(メタ)アクリレートから選ばれる、一種以上の反応性不飽和基を有するオリゴマー又は樹脂を光重合開始剤で重合する、前記<63>記載の樹脂組成物。
<65> 光硬化性樹脂に用いる光重合開始剤としては、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、ベンジルメチルケトン、1−(4−ドデシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、及びベンゾフェノンからなる群より選ばれる1種又は2種以上が好ましく、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトンがより好ましい、前記<63>又は<64>記載の樹脂組成物。
<66> 熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂;フェノール樹脂;ユリア樹脂;メラミン樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ジアリルフタレート樹脂;ポリウレタン樹脂;ケイ素樹脂;ポリイミド樹脂;ゴム系樹脂からなる群より選ばれる1種又は2種以上が好ましく、エポキシ樹脂がより好ましい、前記<63>記載の樹脂組成物。
<67> ゴム系樹脂としては、ジエン系ゴムが好ましく、天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、ブチルゴム(IIR)、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体ゴム(NBR)、及び変性天然ゴム等がより好ましく、変性天然ゴムとしては、エポキシ化天然ゴム、水素化天然ゴム等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができ、さらに好ましくは、天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)、及びスチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)から選ばれる1種又は2種以上でり、より好ましくは、天然ゴム(NR)、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)及び変性天然ゴムから選ばれる1種又は2種以上である、前記<66>記載の樹脂組成物。
<68> 樹脂組成物において、
樹脂の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましく、また、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、95質量%以下がさらに好ましく、93質量%以下がさらに好ましく、
微細セルロース繊維複合体量の含有量は、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上がさらに好ましく、0.3質量%以上がさらに好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましく、1質量%以上がさらに好ましく、2質量%以上がさらに好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましく、20質量%以下がさらに好ましく、15質量%以下がより更に好ましく、
微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.3質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、より更に好ましくは3質量部以上であり、好ましくは60質量部以下、より好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下であり、
微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.08質量部以上であり、好ましくは60質量部以下、より好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である、前記<59>〜<67>いずれか記載の樹脂組成物。
<69> 樹脂が熱可塑性樹脂の場合、樹脂組成物において、
樹脂の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましく、また、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、95質量%以下がさらに好ましく、93質量%以下がさらに好ましく、90質量%以下がさらに好ましく、87質量%以下がさらに好ましく、
微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは6質量部以上、さらに好ましくは10質量部以上であり、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、さらに好ましくは0.5質量部以下、さらに好ましくは0.3質量部以下であり、
微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.08質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.3質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは2質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上であり、好ましくは60質量部以下、より好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは35質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、さらに好ましくは0.5質量部以下、さらに好ましくは0.3質量部以下である、前記<59>〜<62>、<68>いずれか記載の樹脂組成物。
<70> 樹脂が光硬化性樹脂の場合、樹脂組成物において、
樹脂の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましく、また、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、96質量%以下がさらに好ましく、93質量%以下がさらに好ましく、
微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは6質量部以上、よりさらに好ましくは10質量部以上であり、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下であり、
微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは0.8質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、よりさらに好ましくは5質量部以上であり、好ましくは50質量部以下、より好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは35質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である、前記<59>、<63>〜<65>、<68>いずれか記載の樹脂組成物。
<71> 樹脂が熱硬化性樹脂の場合、樹脂組成物において、
樹脂の含有量は、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましく、また、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、96質量%以下がさらに好ましく、90質量%以下がさらに好ましく、85質量%以下がさらに好ましく、80質量%以下がさらに好ましく
微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは7質量部以上、さらに好ましくは10質量部以上、さらに好ましくは15質量部以上であり、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、さらに好ましくは50質量部以下、さらに好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、さらに好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下であり、
微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、さらに好ましくは0.08質量部以上、さらに好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは0.8質量部以上、さらに好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは3質量部以上、さらに好ましくは5質量部以上、さらに好ましくは8質量部以上であり、好ましくは50質量部以下、より好ましくは40質量部以下、さらに好ましくは35質量部以下、さらに好ましくは30質量部以下、より好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは3質量部以下である、前記<59>、<63>、<66>〜<68>いずれか記載の樹脂組成物。
<72> 熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂と微細セルロース繊維複合体、さらに必要により各種添加剤を含有する原料を溶融混練または溶媒キャスト法により調製することができる、前記<59>〜<71>いずれか記載の樹脂組成物。
<73> 日用雑貨品、家電部品、自動車部品等各種用途に好適に用いられ、なかでも、自動車用途により好適に用いることができる、前記<59>〜<72>いずれか記載の樹脂組成物。
<74> 前記<59>〜<73>いずれか記載の樹脂組成物を押出成形、射出成形、又はプレス成形等の成形することによって調製することができる、樹脂成形体。
<75> シート状であり、厚さは0.05mm以上が好ましく、0.1mm以上がより好ましく、0.15mm以上がさらに好ましく、また、1.5mm以下が好ましく、1.0mm以下がより好ましく、0.5mm以下がさらに好ましい、前記<74>記載の成形体。
微細セルロース繊維に水を加えて、その濃度が0.0001質量%の分散液を調製し、該分散液をマイカ(雲母)上に滴下して乾燥したものを観察試料として、原子間力顕微鏡(AFM、Nanoscope III Tapping mode AFM、Digital instrument社製、プローブはナノセンサーズ社製Point Probe (NCH)を使用)を用いて、該観察試料中のセルロース繊維の繊維高さを測定する。その際、該セルロース繊維が確認できる顕微鏡画像において、微細セルロース繊維を5本以上抽出し、それらの繊維高さから平均繊維径を算出する。
乾燥質量0.5gの微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体を100mLビーカーにとり、イオン交換水もしくはメタノール/水=2/1の混合溶媒を加えて全体で55mLとし、そこに0.01M塩化ナトリウム水溶液5mLを加えて分散液を調製し、微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体が十分に分散するまで該分散液を攪拌する。この分散液に0.1M塩酸を加えてpHを2.5〜3に調整し、自動滴定装置(東亜ディーケーケー社製、商品名「AUT−50」)を用い、0.05M水酸化ナトリウム水溶液を待ち時間60秒の条件で該分散液に滴下し、1分ごとの電導度及びpHの値を測定し、pH11程度になるまで測定を続け、電導度曲線を得る。この電導度曲線から、水酸化ナトリウム滴定量を求め、次式により、微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体のカルボキシ基含有量を算出する。
カルボキシ基含有量(mmol/g)=水酸化ナトリウム滴定量×水酸化ナトリウム水溶液濃度(0.05M)/セルロース繊維の質量(0.5g)
微細セルロース繊維複合体中のEO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミド基の平均結合量を下記式により算出する。
EO/PO共重合部又はPO重合部を有するアミド基の結合量(mmol/g)=アミド基導入前の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)−アミド基導入後の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)
修飾率(%)(アミド化率(%))={アミド基の結合量(mmol/g)/アミド基導入前の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)}×100
針葉樹の漂白クラフトパルプ(フレッチャー チャレンジ カナダ社製、商品名「Machenzie」、CSF650ml)を天然セルロース繊維として用いた。TEMPOとしては、市販品(ALDRICH社製、Free radical、98質量%)を用いた。次亜塩素酸ナトリウムとしては、市販品(和光純薬工業社製)を用いた。臭化ナトリウムとしては、市販品(和光純薬工業社製)を用いた。
ビーカーに調製例1で得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維分散液4088.75g(固形分濃度1.3質量%)にイオン交換水4085gを加え0.5質量%の水溶液とし、メカニカルスターラーにて室温下(25℃)、30分攪拌した。続いて1M塩酸水溶液を245g仕込み室温下、1時間反応させた。反応終了後、アセトンで再沈し、ろ過、その後、アセトン/イオン交換水にて洗浄を行い、塩酸及び塩を除去した。最後にアセトンを加えろ過し、アセトンにカルボキシ基含有微細セルロース繊維が膨潤した状態のアセトン含有酸型セルロース繊維分散液(固形分濃度5.0質量%)を得た。反応終了後、ろ過し、その後、イオン交換水にて洗浄を行い、塩酸及び塩を除去した。アセトンで溶媒置換した後、IPAで溶媒置換し、カルボキシ基含有微細セルロース繊維が膨潤した状態のIPA含有酸型セルロース繊維分散液(固形分濃度5.0質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.3nm、カルボキシ基含有量は1.4mmol/gであった。
攪拌機、温度計、脱水管を備えた3Lフラスコに、無水コハク酸500g、トリエチレングリコールモノメチルエーテル2463g、パラトルエンスルホン酸一水和物9.5gを仕込み、空間部に窒素(500mL/分)を吹き込みながら、減圧下(4〜10.7kPa)、110℃で15時間反応させた。反応液の酸価は1.6(mgKOH/g)であった。反応液に吸着剤キョーワード500SH(協和化学工業社製)27gを添加して80℃、2.7kPaで45分間攪拌してろ過した後、液温115〜200℃、圧力0.03kPaでトリエチレングリコールモノメチルエーテルを留去し、80℃に冷却後、残液を減圧ろ過して、ろ液として、コハク酸とトリエチレングリコールモノメチルエーテルとのジエステルを得た。得られたジエステルは、酸価0.2(mgKOH/g)、鹸化価276(mgKOH/g)、水酸基価1以下(mgKOH/g)、色相APHA200であった。
プロピレングリコール第三級ブチルエーテル132g(1モル)を1Lのオートクレーブに仕込み、75℃に加熱し、フレーク状の水酸化カリウム1.2gを加え、溶解するまで攪拌した。次いで、表1に示す量のエチレンオキシド(EO)とプロピレンオキシド(PO)を110℃で0.34MPaにて反応させた後、Magnesol 30/40(ケイ酸マグネシウム、ダラスグループ社製)7.14gを投入して95℃で中和し、得られた生成物をジ第三級ブチル−p−クレゾール 0.16gを添加、混合した後、濾過して、EO/PO共重合体又はPO重合体であるポリエーテルを得た。
2201〔EO分子量(44.03)×EO付加モル数(50)〕+697〔PO分子量(58.04)×PO付加モル数(12.0)〕+58.04〔出発原料中のPO部分分子量(プロピレングリコール)〕=2956
を四捨五入して3000と算出した。
マグネティックスターラー、攪拌子を備えたビーカーに、微細セルロース繊維の調製例2で得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維分散液35g(固形分濃度5.4質量%)を仕込んだ。続いて、表1〜2に示す種類のアミンを、いずれも、微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対してアミン基5molに相当する量、縮合剤である4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウムクロライド(DMT−MM)を3.78g仕込み、IPA 300g中に溶解させた。反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、イオン交換水にて洗浄、DMT−MM塩を除去し、アセトンで洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維に、EOPO共重合体又はPO重合体、PEG鎖、プロピル基がアミド結合を介して連結した微細セルロース繊維複合体を得た。
マグネティックスターラー、攪拌子を備えたビーカーに、微細セルロース繊維の調製例2で得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維分散液35g(固形分濃度5.4質量%)を仕込んだ。続いてプロピルアミン0.8g(微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対してアミン基5molに相当)を仕込み、エタノール 300gで溶解させた。反応液を室温(25℃)で6時間反応させた。反応終了後ろ過し、アセトンで洗浄および溶媒置換することで、微細セルロース繊維にプロピル基がイオン結合を介して連結した微細セルロース繊維複合体を得た。
表1〜2に示す種類の微細セルロース繊維複合体中の微細セルロース繊維が下記式により0.04gに相当する量と、分散媒としてコハク酸とトリエチレングリコールモノメチルエーテルとのジエステル(可塑剤の調製例1にて合成)40gとを混合して、超音波ホモジナイザー(US−300E、日本精機製作所社製)にて2分間攪拌した。こうして、微細セルロース繊維複合体及び可塑剤を含む、微細セルロース繊維複合体分散液(微細セルロース繊維濃度0.10質量%)を調製した。なお、ここでいうアミンの分子量とは、共重合部を含めたアミン化合物全体の分子量のことである。
微細セルロース繊維量(g)=微細セルロース繊維複合体(g)/[1+アミンの分子量(g/mol)×アミド結合量(mmol/g)×0.001]
得られた微細セルロース繊維複合体分散液を、デジタルマイクロスコープVHX−1000(KEYENCE社製)で透過光を用いクロスニコルで観測した。WINROOF(三谷商事社製)を用いて画像解析を行い凝集物の面積を算出した。具体的には、得られた画像をモノクロ化した後に、二値化し、白い部分の面積を算出した。数値が低いほど、透明性に優れることを示す。
紫外可視分光光度計(UV−VISIBLE SPECTROMETER UV−2550 島津製作所社製)を用いて、得られた微細セルロース繊維複合体分散液の600nmでの透過率を測定し、これを透明度の指標とした。数値が高いほど透明性に優れることを示す。
得られた微細セルロース繊維複合体分散液を一晩60℃で減圧乾燥させた後、熱重量分析装置(TG−DTA6300 セイコーインスツルメンツ社製)を用いて、25℃から500℃まで10℃/分で昇温した。100℃における重量から5%減少したときの温度を熱分解温度とし、熱安定性の指標とした。数値が高いほど熱安定性に優れることを示す。
実施例1−4で用いた微細セルロース繊維複合体を固形分換算で0.16gと、分散媒としてのコハク酸メチルトリグリコールジエステル(可塑剤の調製例1にて合成)10gとを混合して、超音波ホモジナイザー(US−300E)にて3分間攪拌した。こうして、微細セルロース繊維複合体及び可塑剤を含む、微細セルロース繊維複合体分散液(微細セルロース繊維(換算)濃度約1質量%)を調製した。この微細セルロース繊維複合体分散液10.16gとポリ乳酸(Nature works製、商品名:N4000)100g(固形分換算)を順次添加し、混練機(東洋精機社製、商品名:ラボプラストミル)を用いて、回転数50rpm、180℃で10分混練して均一混合物を得た。該均一混合物を、プレス機(東洋精機社製、商品名「ラボプレス」)を用いて、180℃、0.5MPaにて2分、20MPaにて2分、0.5MPaにて1分、次に80℃、0.5MPaにて2分の条件で順次プレスし、厚さ約0.4mmのシート状の複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液を用いず、可塑剤のみを10g用いたことに変更したこと以外は実施例1−10と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を、比較例1−1の微細セルロース繊維複合体に変更したこと以外は実施例1−10と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を、比較例1−2の微細セルロース繊維複合体に変更し、微細セルロース繊維複合体分散液添加量を微細セルロース繊維量が表3に示す量となるように変更したこと以外は実施例1−10と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を、比較例1−3の微細セルロース繊維複合体に変更し、微細セルロース繊維複合体分散液添加量を微細セルロース繊維量が表3に示す量となるように変更したこと以外は実施例1−10と同様の方法で複合材料を製造した。
引張圧縮試験機(SHIMADZU社製、商品名「Autograph AGS−X」)を用いて、JIS K7113に準拠して、成形体の引張弾性率及び引張降伏強度をそれぞれ引張試験によって測定した。2号ダンベルで打ち抜いたサンプルを支点間距離80mmでセットし、クロスヘッド速度50mm/minで測定した。引張弾性率が高い方が機械的強度に優れていることを示す。
ヘイズメーター(HM−150型 村上色彩技術研究所社製)を用いて、Haze値を測定し、これを透明度の指標とした。数値が低いほど透明性に優れることを示す。
実施例1−4で用いた微細セルロース繊維複合体をジメチルホルムアミド(DMF)で溶媒置換し、固形分濃度4.3質量%に調整した。この微細セルロース複合体分散液3.5gと、ウレタンアクリレート樹脂であるUV−3310B(日本合成化学社製)10g、DMF56gを混合し、高圧ホモジナイザーを用いて、60MPaで1パス、100MPaで1パス微細処理させた。得られた溶液に対して、光重合開始剤として、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(和光純薬工業社製)0.4g加え、自転公転式攪拌機 あわとり練太郎(シンキー社製)を用いて7分間攪拌した。得られたワニスをバーコーターを用いて塗布厚1.8mmで塗工した。80℃で30分乾燥し、溶媒を除去した。UV照射装置(フュージョンシステムズジャパン製、Light Hammer10)を用い200mJ/cm2照射して光硬化させて、厚さ約0.27mmのシート状の複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.5gを10.5gに、DMF56gを52gに変更したこと以外は実施例1−11と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.5gを35gに、DMF56gを34gに変更したこと以外は実施例1−と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を添加せず、DMF56gを58gに変更した以外は実施例1−11と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を、比較例1−1で用いた微細セルロース繊維複合体に変更したこと以外は実施例1−11と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を、比較例1−2で用いた微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を微細セルロース繊維量が表4に示す量となる量に変更したこと以外は実施例1−11と同様の方法で複合材料を製造した。
熱応力歪測定装置(セイコー電子社製、商品名「EXSTAR TMA/SS6100」)を用いて、幅3mm、長さ20mmの短冊型サンプルを窒素雰囲気下1分間に5℃の割合で温度を上昇させて引張モードで荷重を7gで計測した。線熱膨張係数は室温(25℃)から、150℃までの温度範囲での平均線熱膨張係数を算出して得た。線熱膨張係数が低い方が寸法安定性に優れていることを示す。
動的粘弾性装置(SII社製、商品名「DMS6100」)を用いて、幅5mm、長さ20mmの短冊型サンプルを、窒素雰囲気下、周波数1Hzで、−20℃から160℃まで、1分間に2℃の割合で温度を上昇させて、引張モードで計測した。貯蔵弾性率数は100℃の値を用いた。貯蔵弾性率が高い方が耐熱性に優れていることを示す。
実施例1−4で用いた微細セルロース繊維複合体をDMFで溶媒置換し、固形分濃度0.4質量%に調整した。この微細セルロース繊維複合体分散液9.4gと、エポキシ樹脂であるjER828(三菱化学社製)2.5gを混合し、高圧ホモジナイザーを用いて、60MPaで1パス、100MPaで1パス微細処理させた。得られた溶液に対して、硬化剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール(和光純薬工業社製)0.4g加え、自転公転式攪拌機 あわとり練太郎(シンキー社製)を用いて7分間攪拌した。得られたワニスをバーコーターを用いて塗布厚0.85mmで塗工した。100℃で1時間乾燥し、溶媒を除去した後、150℃2時間で熱硬化させて、厚さ約0.2mmのシート状の複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液9.4gを28.4gに、塗布厚0.85mmを2.1mmに変更したこと以外は実施例1−14と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を添加せず、塗布厚0.85mmを0.20mmに変更したこと以外は実施例1−14と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を、比較例1−1で用いた微細セルロース繊維複合体に変更したこと以外は実施例1−14と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を、比較例1−2で用いた微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を微細セルロース繊維量が表5に示す量となる量に変更したこと以外は実施例1−14と同様の方法で複合材料を製造した。
実施例1−4で用いた微細セルロース繊維複合体をメタクリル酸メチル(MMA)で溶媒置換し、固形分濃度1.5質量%に調整した。この微細セルロース複合体分散液5.05gを、高圧ホモジナイザーを用いて60MPaで1パス、100MPaで1パス微細処理させた。得られた溶液に対して、重合開始剤2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)V-65B(和光純薬工業社製)を0.005g加え、自転公転式攪拌機 あわとり練太郎(シンキー社製)を用いて7分間攪拌した。得られた重合混合物を、厚さ10mm、300mm四方のガラス同士を対向させ、その両方の間に0.2mm用の軟質塩化ビニル製ガスケット(シール材)を挟み込んで形成されたセルの中空部に注入した。真空脱気と窒素置換を行い、65℃で2時間重合させた。その後、120℃で1時間乾燥させ、厚さ約0.2mmのシート状の複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液の固形分濃度を4.3質量%に変更したこと以外は実施例1−16と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液の固形分濃度を16.5質量%に変更したこと以外は実施例1−16と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液5.05gに代えて、メタクリル酸メチル5.0gを用いたこと以外は実施例1−16と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を比較例1−1で用いた微細セルロース繊維複合体に変更したこと以外は実施例1−16と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を比較例1−2で用いた微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の固形分濃度を1.1質量%に変更したこと以外は実施例1−16と同様の方法で複合材料を製造した。
実施例1−4で用いた微細セルロース繊維複合体をトルエンで溶媒置換し、固形分濃度1.1質量%に調整した。この微細セルロース複合体分散液3.4gと、スチレン−ブタジエン共重合体SBR(Nipol NS210、日本ゼオン社製)2.0g、加硫剤である硫黄0.03g、加硫促進剤であるTBBS 0.01g、加硫助剤である酸化亜鉛0.06g、トルエン43gを入れ、室温(25℃)で2時間攪拌した。溶解したことを確認した後、得られた溶液を高圧ホモジナイザーで150MPaで2パス行った。得られた分散液をガラスシャーレに注ぎ、二日間トルエンを除去した。その後、真空乾燥機で12時間乾燥させ、150℃で1時間加硫を行うことで、厚さ約0.2mmのシート状の複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.4gを17.0gに変更したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.4gを34.0gに変更したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.4gを0gに変更したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を比較例1−1で用いた微細セルロース繊維複合体に変更したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を比較例1−2で用いた微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の使用量を3.4gから2.1gに変更したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.4g添加する代わりに、カーボンブラック0.02gを添加したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.4g添加する代わりに、カーボンブラック0.1gを添加したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.4g添加する代わりに、カーボンブラック0.2gを添加したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体分散液3.4g添加する代わりに、カーボンブラック1.0gを添加したこと以外は実施例1−19と同様の方法で複合材料を製造した。
<第二アミンによる修飾>
マグネティックスターラー、攪拌子を備えたビーカーに、微細セルロース繊維の調製例2で得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維分散液157g(固形分濃度1.91質量%)を仕込んだ。続いて、アニリン(フェニルアミン)0.58g(カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して1.5mol)、N−メチルモルフォリン(NMM)0.58g、縮合剤DMT−MM3.39gを仕込み、DMF 566g中に溶解させた。反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、エタノールにて洗浄、DMT−MM塩を除去、洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維にフェニル基がアミド結合した微細セルロース繊維複合体を得た。
第二アミンの結合量(mmol/g)=1.4×[(微細セルロース繊維(調製例2)の1720cm−1のピーク強度 ― 微細セルロース繊維複合体(第二アミンによる修飾後)の1720cm−1のピーク強度)÷微細セルロース繊維(微細セルロース繊維複合体(調製例2)の1720cm−1のピーク強度]
1720cm−1のピーク強度:カルボン酸のカルボニル基に由来するピーク強度
修飾率(%)={第二アミンの結合量(mmol/g)/導入前の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)}×100
得られた微細セルロース繊維複合体分散液50g(固形分濃度5.0質量%)に対し、製造例4で作成したEOPO共重合アミン0.11g(カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して0.07mol)、NMM 0.49g、DMT−MM 2.83gを仕込み、DMF 425gで溶解させた。反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、エタノールにて洗浄、DMT−MM塩を除去、洗浄することで、微細セルロース繊維にフェニル基がアミド結合を介して結合し、かつ、EO/PO共重合部がアミド結合した微細セルロース繊維複合体を得た。
第一アミンの結合量(mmol/g)=1.4×[(微細セルロース繊維複合体(第二アミンによる修飾後)の1720cm−1のピーク強度 ― 微細セルロース繊維複合体(第一アミンによる修飾後)の1720cm−1のピーク強度)÷微細セルロース繊維複合体(第二アミンによる修飾後)の1720cm−1のピーク強度]
1720cm−1のピーク強度:カルボン酸のカルボニル基に由来するピーク強度
修飾率(%)={第一アミンの結合量(mmol/g)/導入前の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)}×100
用いたEOPO共重合アミンの量を0.23g、NMMを0.015g、DMT-MMを0.085gに変更したこと以外は、製造例2−1と同様の方法で微細セルロース繊維複合体を得た。なお、アミンの結合量及び修飾率も前記と同様にして算出した。
用いたEOPO共重合アミンの量を0.45g、NMMを0.029g、DMT-MMを0.170gに変更したこと以外は、製造例2−1と同様の方法で微細セルロース繊維複合体を得た。なお、アミンの結合量及び修飾率も前記と同様にして算出した。
用いたEOPO共重合アミンの量を0.135g、NMMを0.088g、DMT-MMを0.509gに変更したこと以外は、製造例2−1と同様の方法で微細セルロース繊維複合体を得た。なお、アミンの結合量及び修飾率も前記と同様にして算出した。
用いたアニリンの量を0.29gに変更したこと以外は、製造例2−3と同様の方法で微細セルロース繊維複合体を得た。なお、アミンの結合量及び修飾率も前記と同様にして算出した。
用いたアニリンの量を0.20gに変更したこと以外は、製造例2−3と同様の方法で微細セルロース繊維複合体を得た。なお、アミンの結合量及び修飾率も前記と同様にして算出した。
<第二アミンによる修飾>
マグネティックスターラー、攪拌子を備えたビーカーに、微細セルロース繊維の調製例2で得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維分散液157g(固形分濃度1.91質量%)を仕込んだ。続いて、25%テトラブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液3.99gを仕込み、エタノール 300gで溶解させた。反応液を室温(25℃)で6時間反応させた。反応終了後ろ過し、エタノールで洗浄および溶媒置換することで、微細セルロース繊維にイオン結合を介し第二アミン基が連結した微細セルロース繊維複合体を得た。
得られた微細セルロース繊維複合体分散液50g(固形分濃度5.0質量%)に対し、製造例4で作成したEOPO共重合アミン0.011g、NMM 0.49g、DMT-MM 2.83gを仕込み、DMF 425gで溶解させた。反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、エタノールにて洗浄、DMT−MM塩を除去、洗浄することで、微細セルロース繊維に第二アミン基がイオン結合を介して結合し、かつ、EO/PO共重合部がアミド結合した微細セルロース繊維複合体を得た。
用いた25%テトラブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の量を1.35gに変更したこと以外は、製造例2−7と同様の方法で微細セルロース繊維複合体を得た。なお、アミンの結合量及び修飾率も前記と同様にして算出した。
表9に示す種類の微細セルロース繊維複合体中の微細セルロース繊維が下記式により0.04gに相当する量と、分散媒としてコハク酸とトリエチレングリコールモノメチルエーテルとのジエステル(可塑剤の調製例1にて合成)40gとを混合して、超音波ホモジナイザー(US−300E、日本精機製作所社製)にて2分間攪拌した。こうして、微細セルロース繊維複合体の可塑剤分散液を調製した(微細セルロース繊維濃度0.10質量%)。
微細セルロース繊維量(g)=微細セルロース繊維複合体(g)/[1+第1アミンの分子量(g/mol)×第1アミン結合量(mmol/g)×0.001+第2アミンの分子量(g/mol)×第2アミン結合量(mmol/g)×0.001]
実施例1−4で用いた微細セルロース繊維複合体をメチルエチルケトン(MEK)で溶媒置換し、固形分濃度2.7%に調整した。この微細セルロース繊維複合体分散液16.3gと、エポキシ樹脂であるjER828(三菱化学社製)2.5gを混合し、高圧ホモジナイザーを用いて、60MPaで1パス、100MPaで1パス微細処理させた。得られた溶液に対して、硬化剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール 0.4g加え、自転公転式攪拌機 あわとり練太郎(シンキー社製)を用いて7分間攪拌した。得られたワニスをバーコーターを用いて塗布厚1.14mmで塗工した。80℃で90分間乾燥し、溶媒を除去した後、150℃で60分間で熱硬化させて、厚さ約0.2mmのシート状の複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−1の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を10.6gに変更し、塗布厚を0.85mmに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−2の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を11.0gに変更し、塗布厚を0.87mmに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−3の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を11.7gに変更し、塗布厚を0.91mmに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−4の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を14.8gに変更し、塗布厚を1.07mmに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−5の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を11.2gに変更し、塗布厚を0.88mmに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−6の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を11.1gに変更し、塗布厚を0.88mmに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−7の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を13.3gに変更し、塗布厚を0.99mmに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
微細セルロース繊維複合体を実施例2−8の微細セルロース繊維複合体に変更し、分散液の添加量を11.6gに変更し、塗布厚を0.90mに変更した以外は、実施例1−4−2と同様の方法で複合材料を製造した。
Claims (9)
- 微細セルロース繊維にエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部又はプロピレンオキサイド(PO)重合部を有する重合体がアミド結合を介して連結してなる、微細セルロース繊維複合体。
- EO/PO共重合部又はPO重合部の分子量が500〜10,000である、請求項1記載の複合体。
- 微細セルロース繊維の平均繊維径が0.1〜200nmである、請求項1又は2記載の複合体。
- EO/PO共重合部中、POの含有率が1モル%以上、100モル%未満である、請求項1〜3いずれか記載の複合体。
- 微細セルロース繊維複合体のEO/PO共重合部又はPO重合部の結合量が、0.01〜3mmol/gである、請求項1〜4いずれか記載の複合体。
- 微細セルロース繊維複合体が、下記工程(A)及び工程(B)を含む製造方法により得られるものである、請求項1〜5いずれか記載の複合体。
工程(A):天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(B):工程(A)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、EO/PO共重合部及び/又はPO重合部を有するアミンとをアミド化反応させる工程 - 微細セルロース繊維に、更に、下記(1)及び(2)からなる群より選ばれる1種又は2種の結合が導入されてなる、請求項1〜6いずれか記載の複合体。
(1)総炭素数4〜40の第4級アルキルアンモニウムカチオンのイオン結合を介する結合
(2)総炭素数6〜20の芳香族炭化水素基のアミド結合を介する結合 - 請求項1〜7いずれか記載の微細セルロース繊維複合体と可塑剤とを含有する、微細セルロース繊維複合体分散液。
- 熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂と請求項1〜7いずれか記載の微細セルロース繊維複合体とを含有する、樹脂組成物。
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