JP2015183019A - 粉末状セルロース - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高い強度、熱による退色抑制に優れた粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体を得ることができる粉末状セルロースを提供することを目的とする。【解決手段】平均粒子径が２０〜５０μｍ、重合度が７５０〜１５００であることを特徴とするポリプロピレン混練用の粉末状セルロース。特定の平均粒子径、重合度を有する粉末状セルロースを用いることにより、高い強度を有し、且つ熱による退色抑制に優れた粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体を得ることができる。【選択図】 なし

Description

本発明は、ポリプロピレンとの混練用の粉末状セルロースに関する。

粉末状セルロースの用途の１つに、充填剤としてポリプロピレンに配合することが挙げられる（特許文献１）。粉末状セルロースをポリプロピレンに配合することにより、引張応力あるいは剛性が向上するとともに、植物原料から製造ざれる粉末状セルロースを配合することにより、石油系材料の削減や、焼却処理の際に、燃焼残渣が発生しないため、廃棄物削減が可能となる。この粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体は、各種プラスチック部品や、自動車部品等に使用されている。

特開2013-060544

しかしながら、粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体が様々な用途に展開されるに伴って、粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体の更なる強度の向上、熱による退色抑制が求められるようになっている。
そこで、本発明は、高い強度、熱による退色抑制に優れた粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体を得ることができる粉末状セルロースを提供することを目的とする。

本発明は、以下の[１]を提供する。
[１] 平均粒子径が２０〜５０μｍ、重合度が７５０〜１５００であることを特徴とするポリプロピレン混練用の粉末状セルロース。

本発明によれば、高い強度、熱による退色抑制に優れた粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体を得ることができる粉末状セルロースを提供することができる。

本発明の粉末状セルロースは、平均粒子径が２５〜５０μｍ、重合度が７５０〜１３００であることが重要である。上記範囲の平均粒子径及び重合度である粉末状セルロースをポリプロピレンに添加することによって、十分な強度を有する粉末状セルロースとポリプロピレンの複合体を得ることができる。

以下に、本発明の粉末状セルロースの製造方法を例示する。

粉末状セルロースは、原料パルプスラリー調製工程、酸加水分解反応工程、中和・洗浄・脱液工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程を経て製造することができる。

（原料）
粉末状セルロースの原料として使用するパルプは、広葉樹由来のパルプ、針葉樹由来のパルプ、リンター由来のパルプ、非木材（ケナフ、稲わら、麦わら、竹、バガス（サトウキビバガス）、亜麻、楮、三椏、葦、大麻、マニラ麻）由来のパルプなどを例示することができる。これらのパルプのパルプ化法（蒸解法）は特に限定されるものではなく、サルファイト蒸解法、クラフト蒸解法、ソーダ・キノン蒸解法、オルガノソルブ蒸解法などを例示することができる。

（製造）
使用できるパルプ原料は、流動状態でもシート状でも可能である。パルプ漂白工程からの流動パルプを原料とする場合は、加水分解反応槽へ投入する前に、濃度を高める必要があり、スクリュープレスやベルトフィルターなどの脱水機で濃縮され、反応槽へ所定量が投入される。パルプのドライシートを原料とする場合は、ロールクラッシャーなどの解砕機などでパルプをほぐした後、反応槽へ投入する。
次に、酸濃度０．０５〜２．０Ｎ、好ましくは０．１Ｎ〜１．５Ｎに調整した、パルプ濃度３〜１０重量％（固形分換算）の分散液を、温度８０〜１００℃、時間３０分間〜３時間の条件で処理する。パルプの加水分解処理後、脱水工程で加水分解処理されたパルプと廃酸とに固液分離される。加水分解処理されたパルプはアルカリ剤を添加して中和し、洗浄される。その後、乾燥機で乾燥され、粉砕機で規定の大きさに機械的に粉砕・分級される。

本発明に用いる粉砕機としては、カッティング式ミル：メッシュミル（株式会社ホーライ製）、アトムズ（株式会社山本百馬製作所製）、ナイフミル（パルマン社製）、カッターミル（東京アトマイザー製造株式会社製）、ＣＳカッタ（三井鉱山株式会社製）、ロータリーカッターミル（株式会社奈良機械製作所製）、ターボカッター（フロイント産業株式会社製）、パルプ粗砕機（株式会社瑞光製）シュレッダー（神鋼パンテック株式会社製）等、ハンマー式ミル：ジョークラッシャー（株式会社マキノ製）、ハンマークラッシャー（槇野産業株式会社製）、衝撃式ミル：パルベライザ（ホソカワミクロン株式会社製）、ファインインパクトミル（ホソカワミクロン株式会社製）、スーパーミクロンミル（ホソカワミクロン株式会社製）、イノマイザ（ホソカワミクロン株式会社製）、ファインミル（日本ニューマチック工業株式会社製）、ＣＵＭ型遠心ミル（三井鉱山株式会社製）、イクシードミル（槇野産業株式会社製）、ウルトラプレックス（槇野産業株式会社製）、コントラプレックス（槇野産業株式会社製）、コロプレックス（槇野産業株式会社製）、サンプルミル（株式会社セイシン製）、バンタムミル（株式会社セイシン製）、アトマイザー（株式会社セイシン製）、トルネードミル（日機装株式会社製）、ネアミル（株式会社ダルトン製）、ＨＴ形微粉砕機（株式会社ホーライ製）、自由粉砕機（株式会社奈良機械製作所製）、ニューコスモマイザー（株式会社奈良機械製作所製）、ターボミル（フロイント産業株式会社製）、ギャザーミル（株式会社西村機械製作所製）、スパーパウダーミル（株式会社西村機械製作所製）、ブレードミル（日清エンジニアリング株式会社製）、スーパーローター（日清エンジニアリング株式会社製）、Ｎｐａクラッシャー（三庄インダストリー株式会社製）、ウイレー粉砕機（株式会社三喜製作所製）、パルプ粉砕機（株式会社瑞光製）ヤコブソン微粉砕機（神鋼パンテック株式会社製）、ユニバーサルミル（株式会社徳寿工作所製）、気流式ミル：ＣＧＳ型ジェットミル（三井鉱山株式会社製）、ミクロンジェット（ホソカワミクロン株式会社製）、カウンタジェットミル（ホソカワミクロン株式会社製）、クロスジェットミル（株式会社栗本鐵工所製）、超音速ジェットミル（日本ニューマチック工業株式会社製）、カレントジェット（日清エンジニアリング株式会社製）、ジェットミル（三庄インダストリー株式会社製）、エバラジェットマイクロナイザ（株式会社荏原製作所製）、エバラトリアードジェット（株式会社荏原製作所製）、セレンミラー（増幸産業株式会社製）ニューミクロシクトマット（株式会社増野製作所製）、クリプトロン（川崎重工業株式会社製）、竪型ローラーミル：竪型ローラーミル（シニオン株式会社製）、縦型ローラーミル（シェフラージャパン株式会社製）、ローラーミル（コトブキ技研工業株式会社製）、VXミル（株式会社栗本鐵工所）、KVM型竪形ミル（株式会社アーステクニカ）、ISミル（株式会社IHIプラントエンジニアリング）等が例示される。これらの中では、微粉砕性に優れる、トルネードミル（日機装株式会社製）、ブレードミル（日清エンジニアリング株式会社製）、自由粉砕機（株式会社奈良機械製作所製）を用いることが好ましい。

また、酸処理を行わず、機械粉砕のみで粉体を製造する場合、微粉砕性の高い、竪型ローラーミルを用いることが好ましい。本発明において、竪型ローラーミルとは、ローラーミルに属する遠心式の竪型粉砕機のことであり、円盤状のターンテーブルと、竪型ローラーで磨り潰すようにして粉砕する。竪型ローラーミルの最大の特徴は、微粉砕性に優れることであり、その理由として、ローラーとテーブル間で原料を圧縮する力と、ローラーとテーブル間で発生する剪断力とで、原料を粉砕することが挙げられる。従来から使用されている粉砕機としては、竪型ローラーミル（シニオン株式会社製）、縦型ローラーミル（シェフラージャパン株式会社製）、ローラーミル（コトブキ技研工業株式会社製）、VXミル（株式会社栗本鐵工所）、KVM型竪形ミル（株式会社アーステクニカ）、ISミル（株式会社IHIプラントエンジニアリング）等が例示される。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に示すが、本願は勿論、かかる実施例に限定されるものではない。本願の実施例における試験方法を、次に示す。

＜平均粒子径測定＞
マイクロトラック粒度分析計（日機装株式会社製）を用いて測定した。測定原理としてはレーザー散乱法を用いており、粒度分布の積算値が５０％となる値を平均粒子径とした。

＜重合度＞
第１６改正日本薬局方解説書、結晶セルロース確認試験（２）記載の銅エチレンジアミンを用いた粘度測定法により、セルロース重合度を求めた。

＜△白色度＞
試料１０ｇを１８０℃の送風乾燥機内で１時間加熱した後のサンプルと、加熱前のサンプルを、ＪＩＳ Ｐ８１４８に準拠し、ハンター白色度計を用いて白色度を測定し元サンプルの白色度から、１時間加熱後のサンプルの白色度を引いた値を、△白色度とした。

＜ポリプロピレンと粉末状セルロースの混合＞
ポリプロピレン：マレイン化ポリプロピレン：粉末状セルロース ＝ ６１：９：３０の複合材料を下記の手順で作成した。１７５℃で溶融したマレイン化ポリプロピレン（ユーメックス１０１０）に粉末状セルロースを添加・混練（４０ｒｐｍ）して、マスターバッチを作製した。次に、このマスターバッチ（１７５℃）に、ポリプロピレン（ノバティックＭＡ３）を添加・混練（４０ｒｐｍ）して複合材料を作製した。

＜引張強度試験＞
上記複合材料から、卓上射出成形機を用いてＪＩＳ Ｋ７１１３ １号形試験片を作製し、テンシロン引張強度試験機を用いて、引張最大応力を測定した。

＜実施例１＞
晒し木材パルプシート（ＬＢＫＰ、日本製紙（株）製、平均重合度２０００）を原料として、竪型ローラーミル（シニオン（株）社製）にて、原料仕込み量１００ｋｇ、生産量１２０ｋｇ／ｈｒの条件で粉砕し、粉末状セルロースを得た。
得られた粉体は、平均粒子径が４７．３μm、平均重合度が１６００であり、△白色度が１７．３％、引張最大応力が４８．２ＭＰaであった。

＜実施例２＞
晒し木材パルプシート（ＬＢＳＰ、日本製紙（株）製、平均重合度１５００）を原料として、竪型ローラーミル（シニオン（株）社製）にて、原料仕込み量１００ｋｇ、生産量３０ｋｇ／ｈｒの条件で粉砕し、粉末状セルロースを得た。
得られた粉体は、平均粒子径が２５．４μm、平均重合度が１３００であり、△白色度が１５．１％、引張最大応力が４５．４ＭＰaであった。

＜実施例３＞
晒し木材パルプシート（ＬＢＫＰ、日本製紙（株）製、平均重合度１８００）を原料として、パルプ濃度３．５％、塩酸濃度０．１Ｎにおいて、９５℃で２時間反応させた。反応が終了した後、水酸化ナトリウムで中和し、十分に水洗した後、６０℃の温度条件化で約１日、送風乾燥し、乾燥後のサンプルを、トルネードミル（日機装株式会社製）を用いて機械的に粉砕を行い、粉末状セルロースを得た。
得られた粉体は、平均粒子径が４５．８μm、平均重合度が１１００であり、△白色度が２２．１％、引張最大応力が４６．７ＭＰaであった。

＜実施例４＞
晒し木材パルプシート（ＬＢＳＰ、日本製紙（株）製、平均重合度１５００）を原料として、パルプ濃度３．５％、塩酸濃度０．１５Ｎにおいて、９５℃で２時間反応させた。反応が終了した後、水酸化ナトリウムで中和し、十分に水洗した後、６０℃の温度条件化で約１日、送風乾燥し、乾燥後のサンプルを、トルネードミル（日機装株式会社製）を用いて機械的に粉砕を行い、粉末状セルロースを得た。
得られた粉体は、平均粒子径が４１．１μm、平均重合度が８５０であり、△白色度が２０．９％、引張最大応力が４３．９ＭＰaであった。
＜比較例１＞
粉末状セルロースを充填せずに作製した、試験片の引張最大応力は、３３．７ＭＰaであった。

＜比較例２＞
晒し木材パルプシート（ＬＢＳＰ、日本製紙（株）製、平均重合度１５００）を原料として、パルプ濃度３．５％、塩酸濃度０．２５Ｎにおいて、９５℃で２時間反応させた。反応が終了した後、水酸化ナトリウムで中和し、十分に水洗した後、６０℃の温度条件化で約１日、送風乾燥し、乾燥後のサンプルを、ナイフミル（パルマン社製）を用いて機械的に粉砕を行い、粉末状セルロースを得た。
得られた粉体は、平均粒子径が３８．３μm、平均重合度が７００であり、△白色度が２５．５％、引張最大応力が３８．４ＭＰaであった。

＜比較例３＞
晒し木材パルプシート（ＬＢＫＰ、日本製紙（株）製、平均重合度１８００）を原料として、パルプ濃度３．５％、塩酸濃度１．０Ｎにおいて、９５℃で２時間反応させた。反応が終了した後、水酸化ナトリウムで中和し、十分に水洗した後、６０℃の温度条件化で約１日、送風乾燥し、乾燥後のサンプルを、ナイフミル（パルマン社製）を用いて機械的に粉砕を行い、粉末状セルロースを得た。
得られた粉体は、平均粒子径が２８．３μm、平均重合度が５００、△白色度が３２．１％、引張最大応力が３６．７ＭＰaであった。

＜比較例４＞
晒し木材パルプシート（ＬＢＳＰ、日本製紙（株）製、平均重合度１５００）を原料として、パルプ濃度３．５％、塩酸濃度１．２Ｎにおいて、９５℃で２時間反応させた。反応が終了した後、水酸化ナトリウムで中和し、十分に水洗した後、６０℃の温度条件化で約１日、送風乾燥し、乾燥後のサンプルを、ナイフミル（パルマン社製）を用いて機械的に粉砕を行い、粉末状セルロースを得た。
得られた粉体は、平均粒子径が２４．３μm、平均重合度が２５０であり、△白色度が３３．４％、引張最大応力が３５．２ＭＰaであった。

Claims (1)

1. 平均粒子径が２０〜５０μｍ、重合度が７５０〜１５００であることを特徴とするポリプロピレン混練用の粉末状セルロース。