JP2017064938A

JP2017064938A - セルロース質部材およびその製法ならびに積層体

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Publication number: JP2017064938A
Application number: JP2015189903A
Authority: JP
Inventors: 林　桂; Katsura Hayashi; 桂林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: JP6622535B2

Abstract

【課題】変形を抑制できるとともに、生産性を向上できるセルロース質部材およびその製法ならびに積層体を提供する。【解決手段】セルロース本体１の表面に多孔質層部材３を有するセルロース質部材であり、このようなセルロース質部材の製法は、水とセルロースとを含有するセルロース分散液１１の表面に多孔質層部材３を配置した状態で、所定の水分量以下に乾燥させ、固形体１４を得る乾燥工程と、固形体１４を加圧して所定形状に成形する成形工程とを具備する。上記のセルロース質部材の多孔質層部材３側の面に、接着層５を介して表面部材７を配置して積層体が構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、セルロース質部材およびその製法ならびに積層体に関する。

従来、例えば、車体の外表面などに使用される外板部材として、セルロースミクロフィブリルと添加剤とからなる複合材料からなるものが知られている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された複合材料は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と、該繊維材を保持する樹脂とからなるもので、軽量、高強度であって、優れた外観を呈し、環境問題の観点からも有用であることが記載されている。

特開２００６−３１２２８１

しかしながら、従来のセルロース質部材では、樹脂の含有量が多くセルロースの含有量が少ない場合は必要な強度を確保できず、また、樹脂の含有量を少なくしてセルロースの含有量を多くすると樹脂によって確保されていた流動性が少なくなり、変形が生じたり、生産性が低くなるという問題があった。

本発明は、変形を抑制できるとともに、生産性を向上できるセルロース質部材およびその製法ならびに積層体を提供するものである。

本発明のセルロース質部材は、セルロース本体の表面に多孔質層部材を有することを特徴とする。

本発明のセルロース質部材の製法は、水とセルロースとを含有するセルロース分散液の表面に多孔質層部材を配置した状態で、所定の水分量以下に乾燥させ、固形体を得る乾燥工程と、前記固形体を加圧して所定形状に成形する成形工程とを具備することを特徴とする。

本発明の積層体は、上記のセルロース質部材の前記多孔質層部材側の面に、接着層を介して表面部材を配置してなることを特徴とする。

本発明のセルロース質部材によれば、変形を抑制できるとともに、生産性を向上できる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るセルロース質部材を示した断面図、（ｂ）はセルロース質部材の内側表面に表面部材を配置した積層体の断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）はセルロース質部材の製法を説明するための説明図である。（ａ）〜（ｅ）はセルロース質部材の他の製法を説明するための説明図である。（ａ）は、外表面に多孔質層部材を有する本発明の他の実施形態に係るセルロース質部材を示した断面図、（ｂ）はセルロース質部材の外側表面に表面部材を配置した積層体の断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るセルロース質部材について、図１を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

図１（ａ）は、セルロース質部材の断面図であり、このセルロース質部材は、断面が半円形のセルロース本体１の内側表面に、多孔質層部材３を有している。セルロース本体１は円筒を半割にした形状を有するとともに、セルロースを主成分とするもので、セルロースミクロフィブリルおよびセルロースナノファイバーの少なくとも１種を含む。セルロース本体１は、セルロース以外に、木材、竹などの植物からセルロースミクロフィブリルを製造する場合に原料の木材に含まれるヘミセルロース、リグニンを含むことができるが、ヘミセルロースは５％以下、望ましくは２％以下、リグニンは５％以下、望ましくは３％以下であることが望ましい。セルロース本体１中のセルロースは、全量中９０質量％以上、更に望ましくは９５質量％以上含むことが望ましい。セルロース本体１に５％〜１０％程度の熱硬化性樹脂を含浸させても良い。

また、セルロース本体１の含水量は６％以下であることが望ましい。

セルロースミクロフィブリルとは、ミクロフィブリル化したセルロース繊維である。ミクロフィブリル化とは、繊維の中のミクロフィブリル（微小繊維）が摩擦によって表面に現れて毛羽立ち、ささくれる現象である。具体的には、セルロース繊維に強力な機械的剪断力を加えてミクロフィブリル化すると、セルロース繊維は数万本に引き裂かれ、繊維径が０．０１μｍ〜０．１μｍの太さにまで細分化される現象である。

本発明において用いられるセルロースミクロフィブリルの種類は限定されず、酢酸菌等の微生物、ホヤ等の動物、木材、竹、等の植物由来のものが挙げられる。必要な量の確保が容易な事と地球環境保護の点から、植物由来のミクロフィブリルを用いるのが好ましい。本発明におけるミクロフィブリルは、公知の方法で得ることができ、ミクロフィブリルの製造方法には限定されるものではない。例えば、セルロースミクロフィブリルはパルプを微細繊維化することにより得ることができる。ここでいうパルプは、クラフトパルプ、サルファイトパルプなど木材から化学処理して得られる化学パルプ、など種類は限定されない。また、セルロースナノフアイバーはTEMPO酸化法などパルプを触媒処理して製造さ
れたものなどが使用できる。

多孔質層部材３とは、耐熱性があり水分を透過できるものであれば良く、例えば、紙、織布、または不織布からなるものである。耐熱性は例えばガラス転移点が１３０℃以上あれば良い。紙パルプの他、アラミド等の樹脂繊維、ガラス繊維、炭素繊維等が用いられる。コストと環境保護の点からパルプ主体の材料を用いることが望ましい。多孔質層部材３は、セルロース本体１の少なくとも一方の主面の全面に配置されており、水分透過性を有する部分は、多孔質層部材３の全面に形成されていることが望ましい。また、水分透過性を有する部分は、多孔質層部材３に、放射状または格子状に形成されていてもよい。

この多孔質層部材３は、セルロース本体１内に少なくとも一部が埋設され、その表面の一部が、セルロース本体１の内側表面から突出し露出している。これにより、セルロース質部材の多孔質層部材３側の面は凹凸となっている。

多孔質層部材３は、厚みが５０μｍ〜１ｍｍで、開口部の径は５μｍ〜５００μｍ、気孔率は２０％〜５０％であることが、水分の透過を制御できるという点から望ましい。

多孔質層部材３の厚みが５０μｍ〜１ｍｍであると、多孔質層部材３が適度な厚さであることに起因して水分の透過が容易となり、乾燥時間を短縮でき、生産性を向上できる。また、製品の厚み（丈）も増加せず、重量当たりの強度低下も低減できる。セルロース本体１の厚さに対する多孔質層部材３の厚さの比率は０．０５〜０．５が望ましい。

多孔質層部材３の開口部の径が５μｍ〜５００μｍであると、開口部の径が小さすぎることによりセルロースミクロフィブリルが開口部を閉塞することを低減し、開口部の径が大きすぎることによるセルロースミクロフィブリルの開口部への浸入による閉塞を低減し、水分の透過を十分に行うことができる。

多孔質層部材３の気孔率は２０％〜５０％であると、プレスにより気孔がつぶれたとしても、水分の透過を十分に行うことができる。

多孔質層部材３を構成する材料も、吸水性があれば、水分の透過性は更によくなる。吸水性がある材料としてはアラミド、ポリイミド、セルロース(紙)、セロハンなどが好適に用いられる。環境保護の観点から紙類を用いることが望ましく、通気性と取扱いのしやすさ(破れにくさやしなやかさ)の観点から和紙が好適に用いられる。

ここでいうセルロース本体１とは、例えば、セルロースミクロフィブリルおよびセルロースナノフアイバーの少なくとも１種と、ヘミセルロース、リグニンおよび水分を含む。主成分はセルロースミクロフィブリルであり、セルロースナノフアイバーはセルロース全体の３０〜１％含まれればよい。セルロースナノフアイバーは微細なため相互の結合力が強く、セルロースミクロフィブリルを相互に結合する糊の効果があり、セルロース本体１の強度の向上に効果がある。

多孔質層部材3は、セルロース本体１の少なくとも一方の主面に膜状または層状に形成
されており、セルロースナノフアイバーあるいはヘミセルロースやリグニンなどの効果により、セルロース本体１と接着している。接着力が必要な場合はセルロース本体１と多孔質層部材３の間に接着剤を塗布しても良い。また、多孔質層部材３を除去する場合はセルロースナノフアイバーあるいはヘミセルロースやリグニンの含有量を少なくして、セルロース本体１との接着力を弱くし、多孔質層部材３を除去しやすくすることもできる。

図１（ｂ）は、セルロース質部材の多孔質層部材３側の面に、すなわち、セルロース質部材の内側表面に接着層５を介して表面部材７を接着してなる積層体を示すもので、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の一部を拡大して示す断面図である。

接着層５を構成する接着剤は、多孔質層部材３による凹凸間に入り込み、セルロース質部材に表面部材７を接着している。これにより、セルロース質部材に表面部材７を強固に接着できる。

表面部材７は、樹脂製、金属製、セラミックス製の部材を用いることができる。この場合には、接着剤による接着力を高くする効果がある。多孔質層部材３を除去した場合でも、セルロース本体１に多孔質層部材３の一部が残存し、あるいは凹部として痕跡が残るので、表面部材7のセルロース質部材への接着力を向上できる。

また、表面部材７の形状や機能等も問わないものであり、表面部材７を適用する各種装
置の形態に応じたものであればよいが、露出する表面は、自動車等の車両の車体表面部であるのが特に望ましい。本発明の積層体には、セルロース質部材が用いられているので、強度が高く軽量である。そのため、車体に要求される強度や重量の基準を満たすことができる。さらに、軽量であるため、燃費も向上できる。

本発明の積層体は、上記の車両用として用いるほか、冷蔵庫などの電化製品の外板や、建築用の舗装材や内装材、本棚などの事務用品、机などの家具など、高い意匠性が求められる部材として用いることができる。

積層体は、さらに、表面部材７の表面に塗装された表面塗装層を形成してもよい。
積層体の形状は任意に選択できる。また、多孔質層部材３はセルロース本体１の少なくとも一方の主面に配置されていればよく、セルロース本体１のどちらの面に形成するかは任意に選択できる。また、多孔質層部材３はセルロース本体１の両主面に配置されていても良い。

次に、セルロース質部材の製法について、図２を用いて説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、水とセルロースとを含有する分散液１１を容器に入れ、分散液１１の表面に、紙、不織布、織布などの通気性（水分透過性）の多孔質層部材３を配置する。分散液１１におけるセルロースの濃度は０．５％〜５％、特には１．５％〜２．５％程度が望ましい。

この後、図２（ｂ）に示すように、３０℃〜７０℃に保持された乾燥機で所定の水分量以下、例えば、７％以下に乾燥させ、板状の固形体１４を得る。水分量は、真空中で試料を１２０℃２４時間加熱して処理前後の重量を測定することにより測定することができる。この時、分散液１１の表面に多孔質層部材３を配置すると乾燥時の変形や割れを防止できる。

すなわち、分散液１１中の水分は、先ず表面から蒸発していくため、分散液１１の表面は水分量が少なくなり収縮するのに対して、底部は水分量が多く収縮量が少なくなる。この乾燥状態が異なることに起因して、セルロース本体１には変形やクラックが発生し易い。しかし、多孔質層部材３が表面の収縮を抑制することで、変形やクラックの発生を抑制できる。また、分散液１１からの水分の蒸発量は場所により異なるが、多孔質層部材３で水分の蒸発量を均一化することでも、変形やクラックの発生を抑制できる。さらには、多孔質層部材３が補強層としての機能を有することでも、変形やクラックの発生を抑制できる。

これにより、セルロースの含有量が多く、強度が高い材料の場合でも加工時の変形を抑制できることで材料の加工性を確保し、このため高強度の部材の生産性を向上できる。

なお、容器に入れて乾燥する方法の代りに、フィルタープレスなどで水分量４０％〜７０％程度まで水分を減らしたセルロースの板を形成し、その後で、乾燥しても良い。

この後、図２（ｃ）に示すように、下型１３の上に、上面に多孔質層部材３を有する固形体１４を配置し、上型１５でプレスし、図２（ｄ）に示すように、固形体１４を加圧して所定形状に成形する。固形体１４中の水分は、多孔質層部材３を通過して放出される。プレスは一回でも良いが、複数回に分けて行うとクラックを防止できる。プレス圧力は０．１ＭＰａ〜５０ＭＰａとすることができる。プレスの加圧状態での保持時間は１分〜５分程度である。

プレスは、少なくとも一回の８０℃〜１５０℃のホットプレスを含む。この温度で固形
体１４中の水分が蒸発し、多孔質層部材３を通って外部に排出される。これにより、固形体１４の水分量は６％以下まで低減でき、図２（ｄ）に示すような所定の形状のプレス成形品を得ることができる。

下型１３および上型１５の少なくとも一方には、水蒸気を排出するための溝や孔を形成しても良い。この溝は放射状または格子状に形成できる。また、下型１３および上型１５の形状は任意に選択できる。

図３は、セルロース質部材の他の製法を説明したもので、図２の製法と異なる点は、一旦乾燥した固形体１４に吸水させる点である。吸水させた時の固形体１４中の水分量は、例えば、３０％〜７０％である。該吸水させた固形体１４を下型１３および上型１５を用いて成形する。分散液１１を一度乾燥させても、改めて吸水させることでプレスによる成形が容易な固形体１４が得られる。

この方法は製造工程途中での材料の保管が容易になるという特長がある。吸水したセルロースミクロフィブリルはカビや雑菌の繁殖を防止するため冷蔵保管が必要な場合が多い。分散液１１を一度乾燥させて乾燥した固形体１４にすると、冷蔵保管が必要なくなり、かつ、水分を含まない分軽量なので保管が容易になる。

なお、図２、３では、セルロース質部材に多孔質層部材３を残存させた形態について説明したが、セルロース本体１から多孔質層部材３を除去しても良い。

図４（ａ）は、セルロース質部材の断面図であり、このセルロース質部材は、断面が半円形のセルロース本体１の外側表面に、多孔質層部材３を有している。さらに、図４（ｂ）（ｃ）は、積層体の断面図であり、セルロース質部材の多孔質層部材３側の面に、すなわち、外面に、接着層５を介して表面部材７が配置されている。このような積層体であってもよい。

１セルロース本体
３多孔質層部材
５接着層
７表面部材
１１分散液
１４固形体

Claims

セルロース本体の表面に多孔質層部材を有することを特徴とするセルロース質部材。
前記多孔質層部材の前記セルロース本体側の一部は、前記セルロース本体に埋設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質部材。
水とセルロースとを含有するセルロース分散液の表面に多孔質層部材を配置した状態で、所定の水分量以下に乾燥させ、固形体を得る乾燥工程と、前記固形体を加圧して所定形状に成形する成形工程とを具備することを特徴とするセルロース質部材の製法。
前記乾燥工程後に、前記固形体に吸水させる吸水工程を具備し、該吸水させた固形体を成形することを特徴とする請求項３に記載のセルロース質部材の製法。
前記成形工程後に、前記多孔質層部材を除去する工程を具備することを特徴とする請求項３または４に記載のセルロース質部材の製法。
請求項１または２に記載のセルロース質部材の前記多孔質層部材側の面に、接着層を介して表面部材を配置してなることを特徴とする積層体。