JP2017066274A - 微細繊維状セルロース含有物 - Google Patents
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Abstract
Description
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[2] (a)リン酸基と、炭素数が1以上の有機基とが共有結合してなる基は、リン酸基と炭素数が1以上の有機基とが、エステル結合、シリルエステル結合、エーテル結合、ウレタン結合及びアミド結合から選択される少なくともいずれかにより結合してなる基である[1]に記載の微細繊維状セルロース含有物。
[3] 有機基の炭素数は10以下である[1]又は[2]に記載の微細繊維状セルロース含有物。
[4] 有機基はシラン化合物、ハロゲン化アルキル化物、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アセチル化物、アミン化合物、トシラート・メシラート・その類似体、カルボン酸、及びビニル樹脂から選択される少なくとも1種に由来する基である[1]〜[3]のいずれかに記載の微細繊維状セルロース含有物。
[5] [1]〜[4]のいずれかに記載の微細繊維状セルロース含有物と、樹脂とを含む微細繊維状セルロース含有樹脂組成物。
また、セルロース等の繊維の質量に関する値は、特に記載した場合を除き、絶乾質量(固形分)に基づく。「A及び/又はB」は、特に記載した場合を除き、AとBの少なくとも一方であることを指し、Aのみであってもよく、Bのみであってもよく、AとBとの双方であってもよいことを意味する。
本発明は、微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース含有物に関する。本発明の微細繊維状セルロース含有物に含まれる微細繊維状セルロースは、(a)リン酸基と、炭素数が1以上の有機基とが共有結合してなる基と、(b)炭素数が1以上の有機基を有さないリン酸基と、を有する。このように微細繊維状セルロースは、炭素数が1以上の有機基を有するものであるため、本発明で用いる微細繊維状セルロースは、表面改質微細繊維状セルロースと呼ぶこともできる。
(a)の基と(b)の基の合計含有量を上記範囲とすることにより、微細繊維状セルロース含有物中における微細繊維状セルロースの分散性を良好なものとすることができる。これにより、微細繊維状セルロース含有物の透明性を高めることができる。
イオン交換樹脂を用いた処理では、微細繊維状セルロース含有スラリーに体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(例えば、アンバージェット1024;オルガノ株式会社、コンディショング済)を加え、1時間振とう処理を行った後、目開き90μm程度のメッシュ上に注ぎ、樹脂とスラリーを分離する。
伝導度滴定では、アルカリを加えていくと、図1に示した曲線を与える。最初は、急激に電気伝導度が低下する(以下、「第1領域」という)。その後、わずかに伝導度が上昇を始める(以下、「第2領域」という)。さらにその後、伝導度の増分が増加する(以下、「第3領域」という)。すなわち、3つの領域が現れる。このうち、第1領域で必要としたアルカリ量が、滴定に使用したスラリー中の強酸性基量と等しく、第2領域で必要としたアルカリ量が滴定に使用したスラリー中の弱酸性基量と等しくなる。リン酸基が縮合を起こす場合、見かけ上弱酸性基が失われ、第1領域に必要としたアルカリ量と比較して第2領域に必要としたアルカリ量が少なくなる。一方、強酸性基量は、縮合の有無に関わらずリン原子の量と一致することから、単にリン酸基導入量(またはリン酸基量)、または置換基導入量(または置換基量)と言った場合は、強酸性基量のことを表す。
状態(A)の有機基導入量(a)=第1領域に要した滴定量−第2領域に要した滴定量
状態(B)の有機基が導入されていない基の導入量(b)=第2領域に要した滴定量
状態(A’)の有機基導入量(a’)=(P0)−(a)
有機基導入量=(a)+(a’)
有機基導入量は、(a)の基の含有量となる。状態(B)の有機基が導入されていない基の導入量は、(b)の基の含有量となる。
(b)の含有量は、0.005mmol/g以上が好ましく、0.007mmol/g以上がさらに好ましく、0.009mmol/g以上がよりさらに好ましい。(b)の基の含有量の上限値は、5mmol/gであることが好ましい。
微細繊維状セルロースは、(a)リン酸基と、炭素数が1以上の有機基とが共有結合してなる基と、(b)炭素数が1以上の有機基を有さないリン酸基と、を有する。
本願明細書において、リン酸基はリン酸からヒドロキシル基を取り除いたものにあたる、2価の官能基である。具体的には−PO3H2で表される基である。また、リン酸基は、−PO3M2で表される基であってもよい。なお、Mは、1価以上の陽イオンであり、水素イオン、金属イオン、有機イオンから選択される。
また、リン酸基は2価の酸を示すことから炭素数が1以上の有機基との結合部位を2箇所有することとなる。このため、セルロースにカルボキシル基やカチオン基などの1価の官能基を導入した場合と比べて、炭素数が1以上の有機基を多く有することができるものと考えられる。これにより、セルロースの表面改質をより効果的に行うことができ、例えば、樹脂との相溶性を効果的に高めることができる。
表面改質剤としてアセチル化物を用いた場合は、アセチル化物とリン酸基が反応して、リン酸カルボン酸無水物を有する炭素数1以上の有機基がリン酸基に共有結合した(a)の基が形成されることとなる。
カルボン酸はヒドロキシカルボン酸であってもよく、ヒドロキシカルボン酸としては、乳酸、グリコール酸、2−ヒドロキシ−n−酪酸、2−ヒドロキシカプロン酸、2−ヒドロキシ3,3−ジメチル酪酸、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸、2−ヒドロキシイソカプロン酸、p―ヒドロキシ安息香酸等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステル誘導体の例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸t−オクチル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル、(メタ)アクリル酸アセトキシエチル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸―2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−(2−メトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−2−クロロエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸ビニル、(メタ)アクリル酸―2−フェニルビニル、(メタ)アクリル酸―1−プロペニル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸―2−アリロキシエチル、(メタ)アクリル酸プロパルギル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、(メタ)アクリル酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、(メタ)アクリル酸トリエチレングリコールモノメチルエーテル、(メタ)アクリル酸トリエチレングリコールモノエチルエーテル、(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールモノエチルエーテル、(メタ)アクリル酸β−フェノキシエトキシエチル、(メタ)アクリル酸ノニルフェノキシポリエチレングリコール、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸トリフロロエチル、(メタ)アクリル酸オクタフロロペンチル、(メタ)アクリル酸パーフロロオクチルエチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸トリブロモフェニル、(メタ)アクリル酸トリブロモフェニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸−γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
ビニルエステル誘導体の例としては、ビニルアセテート、ビニルクロロアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルブチレート、ビニルメトキシアセテート、および安息香酸ビニル等が挙げられる。
マレイン酸ジエステル誘導体の例としては、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、およびマレイン酸ジブチル等が挙げられる。
フマル酸ジエステル誘導体の例としては、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、およびフマル酸ジブチルなどが挙げられる。イタコン酸ジエステル誘導体の例としては、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、およびイタコン酸ジブチル等があげられる。
(メタ)アクリルアミド誘導体の例としては、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−n−ブチルアクリル(メタ)アミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N−シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド、N−(2−メトキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−フェニル(メタ)アクリルアミド、N−ニトロフェニルアクリルアミド、N−エチル−N−フェニルアクリルアミド、N−ベンジル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、ジアセトンアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−ヒドロキシエチルアクリルアミド、ビニル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジアリル(メタ)アクリルアミド、N−アリル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
スチレン誘導体の例としては、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、ヒドロキシスチレン、メトキシスチレン、ブトキシスチレン、アセトキシスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、ブロモスチレン、クロロメチルスチレン、およびα−メチルスチレン等が挙げられる。
ビニルエーテル誘導体の例としては、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテルおよびフェニルビニルエーテル等が挙げられる。
ビニルケトン誘導体の例としては、メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、プロピルビニルケトン、フェニルビニルケトン等が挙げられる。
オレフィン誘導体の例としては、エチレン、プロピレン、イソブチレン、ブタジエン、イソプレン等が挙げられる。
マレイミド誘導体の例としては、マレイミド、ブチルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、フェニルマレイミド等が挙げられる。
その他にも、(メタ)アクリロニトリル、ビニル基が置換した複素環式基(例えば、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、ビニルカルバゾールなど)、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルイミダゾール、ビニルカプロラクトン等も使用できる。
微細繊維状セルロース含有物は、微細繊維状セルロースの他に他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、水溶性高分子や界面活性剤を挙げることができる。水溶性高分子としては、合成水溶性高分子(例えば、カルボキシビニルポリマー、ポリビニルアルコール、メタクリル酸アルキル・アクリル酸コポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、イソプレングリコール、ヘキシレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ポリアクリルアミドなど)、増粘多糖類(例えば、キサンタンガム、グアーガム、タマリンドガム、カラギーナン、ローカストビーンガム、クインスシード、アルギン酸、プルラン、カラギーナン、ペクチンなど)、セルロース誘導体(例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒロドキシエチルセルロースなど)、カチオン化デンプン、生デンプン、酸化デンプン、エーテル化デンプン、エステル化デンプン、アミロース等のデンプン類、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン等のグリセリン類等、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸の金属塩等を挙げることができる。また、界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤を使用することができる。
微細繊維状セルロースを得るための繊維状セルロース原料としては特に限定されないが、入手しやすく安価である点から、パルプを用いることが好ましい。パルプとしては、木材パルプ、非木材パルプ、脱墨パルプを挙げることができる。木材パルプとしては例えば、広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)、酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ等が挙げられる。また、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)等の機械パルプ等が挙げられるが、特に限定されない。非木材パルプとしてはコットンリンターやコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら、バガス等の非木材系パルプ、ホヤや海草等から単離されるセルロース、キチン、キトサン等が挙げられるが、特に限定されない。脱墨パルプとしては古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられるが、特に限定されない。本実施態様のパルプは上記の1種を単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。上記パルプの中で、入手のしやすさという点で、セルロースを含む木材パルプ、脱墨パルプが好ましい。木材パルプの中でも化学パルプはセルロース比率が大きいため、繊維微細化(解繊)時の微細繊維状セルロースの収率が高く、またパルプ中のセルロースの分解が小さく、軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースが得られる点で好ましい。中でもクラフトパルプ、サルファイトパルプが最も好ましく選択される。軸比の大きい長繊維の微細繊維状セルロースを含有するシートは高強度が得られる傾向がある。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
微細繊維状セルロースに占めるI型結晶構造の割合は30%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上である。
本発明においては、微細繊維状セルロースは(a)リン酸基と、炭素数が1以上の有機基とが共有結合してなる基と、(b)炭素数が1以上の有機基を有さないリン酸基を有する。(a)の基は、微細繊維状セルロースに導入されたリン酸基に上述した表面改質剤を反応させることにより導入される。(b)の基は、リン酸基に炭素数が1以上の有機基が結合していない基であり、微細繊維状セルロースに導入されたリン酸基それ自体を指す。(a)の基及び(b)の基はいずれも繊維原料をリン酸化する工程と、表面改質剤を反応させる工程を経て得られるものである。
リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸のリチウム塩、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩などが挙げられるが、特に限定されない。リン酸のリチウム塩としては、リン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸三リチウム、ピロリン酸リチウム、またはポリリン酸リチウムなどが挙げられる。リン酸のナトリウム塩としてはリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、またはポリリン酸ナトリウムなどが挙げられる。リン酸のカリウム塩としてはリン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、またはポリリン酸カリウムなどが挙げられる。リン酸のアンモニウム塩としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウムなどが挙げられる。
加熱処理の時間は、加熱温度にも影響されるが繊維原料スラリーから実質的に水分が除かれてから1〜300分間であることが好ましく、1〜200分間であることがより好ましいが、特に限定されない。
リン酸基の導入量は、微細繊維状セルロース1g(質量)あたり0.1〜3.5mmol/gであることが好ましく、0.14〜2.5mmol/gがより好ましく、0.2〜2.0mmol/gがさらに好ましく、0.2〜1.8mmol/gよりさらに好ましく、0.4〜1.8mmol/gが特に好ましく、最も好ましくは0.6〜1.8mmol/gである。リン酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、繊維原料の微細化を容易にし、微細繊維状セルロースの安定性を高めることができる。また、リン酸基の導入量を上記範囲内とすることにより、微細繊維状セルロースのスラリーの粘度を適切な範囲に調整することができる。
微細繊維状セルロースを製造する場合、リン酸化処理工程と、後述する解繊処理工程の間にアルカリ処理を行うことができる。アルカリ処理の方法としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ溶液中に、リン酸基導入繊維を浸漬する方法が挙げられる。
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、特に限定されないが、無機アルカリ化合物であってもよいし、有機アルカリ化合物であってもよい。アルカリ溶液における溶媒としては水または有機溶媒のいずれであってもよい。溶媒は、極性溶媒(水、またはアルコール等の極性有機溶媒)が好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒がより好ましい。
また、アルカリ溶液のうちでは、汎用性が高いことから、水酸化ナトリウム水溶液、または水酸化カリウム水溶液が特に好ましい。
アルカリ処理工程におけるアルカリ溶液への浸漬時間は特に限定されないが、5〜30分間が好ましく、10〜20分間がより好ましい。
アルカリ処理におけるアルカリ溶液の使用量は特に限定されないが、リン酸基導入繊維の絶対乾燥質量に対して100〜100000質量%であることが好ましく、1000〜10000質量%であることがより好ましい。
リン酸基導入繊維は、解繊処理工程で解繊処理される。解繊処理工程では、通常、解繊処理装置を用いて、繊維を解繊処理して、微細繊維状セルロース含有スラリーを得るが、処理装置、処理方法は、特に限定されない。
解繊処理装置としては、高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ボールミル、ビーズミルなどを使用できる。あるいは、解繊処理装置としては、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、二軸混練機、振動ミル、高速回転下でのホモミキサー、超音波分散機、またはビーターなど、湿式粉砕する装置等を使用することもできる。解繊処理装置は、上記に限定されるものではない。好ましい解繊処理方法としては、粉砕メディアの影響が少なく、コンタミの心配が少ない高速解繊機、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザーが挙げられる。
リン酸基を有する微細繊維状セルロースの一部には炭素数が1以上の有機基が導入される。このような有機基の導入は、リン酸基を有する微細繊維状セルロースと、セルロースのヒドロキシル基と反応し得る化合物を有する表面改質剤を混合することで行われる。微細繊維状セルロースへの有機基導入工程では、セルロースのヒドロキシル基と反応し得る化合物に応じた溶媒を使用することが好ましく、表面改質剤を混合する工程の前に微細繊維状セルロース分散液の溶媒を置換する工程を設けることが好ましい。また、表面改質剤を混合する工程は、シート化した微細繊維状セルロースに表面改質剤を付与する工程であってもよく、このような場合、表面改質剤を混合する工程の前に微細繊維状セルロースのシートを得る工程を設けてもよい。
本発明は、上述した微細繊維状セルロース含有物を含む微細繊維状セルロース含有樹脂組成物に関するものであってもよい。微細繊維状セルロース含有樹脂組成物は、微細繊維状セルロース含有物と、樹脂とを含む。本発明では、微細繊維状セルロースが、(a)リン酸基と、炭素数が1以上の有機基とが共有結合してなる基と、(b)炭素数が1以上の有機基を有さないリン酸基と、を有するため、微細繊維状セルロース含有物は樹脂への相溶性に優れており、透明性の高い微細繊維状セルロース含有樹脂組成物を得ることができる。
さらに、本発明は、上述した微細繊維状セルロース含有樹脂組成物を成形した微細繊維状セルロース含有樹脂成形体に関するものであってもよい。本発明では、樹脂との相溶性に優れた微細繊維状セルロース含有物を用いているため、微細繊維状セルロース含有樹脂成形体は、優れた曲げ弾性率を有する。また、微細繊維状セルロース含有樹脂成形体は透明性にも優れている。
粉砕工程においては、公知の粉砕機、例えば、サンプルミル、ハンマーミル、ターボミル、アトマイザー、カッターミル、ビーズミル、ボールミル、ロールミル、ジェットミルなどを使用することができる。またシュレッダーを用いて粉砕しても構わない。
粉砕後には、スクリーンを用いて粉砕物の形状、大きさを篩い分けてもよい。篩い分けすると、上述した樹脂に対する分散性をより高くすることができる。篩い分けに使用されるスクリーンの口径は、0.5〜10mmであることが好ましく、1〜8mmであることがより好ましい、スクリーンの口径が上記下限値以上であれば、粉砕物を容易に作製でき、上記上限値以下であれば、上述した樹脂との相溶性が高くなる。
少量であれば、手作業で微細繊維状セルロース含有物シートの粉砕物と樹脂とを攪拌して混合しても構わない。
溶融混練の際には、押出機(単軸押出機、二軸押出機)、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機を用いることができ、中でも、連続的に混練できる点で、押出機が好ましい。
例えば、成形体をペレット状とする場合には、溶融混練後、ストランドを形成し、そのストランドを、ペレタイザを用いて切断してペレット状にする。ペレット状の成形体は、さらなる成形用の材料として使用できる。例えば、ペレット状の成形体を、成形機(例えば、射出成形機、押出成形機等)によって成形することができる。
成形体をシート状とする場合には、溶融混練後、溶融樹脂をスリット状の孔から吐出させることによりシート状にすることができる。シート状の成形体は、さらにプレス成形法又は真空成形法によって成形してもよい。
成形体をチューブ状にする場合には、溶融混練後、溶融樹脂を環状の孔から吐出させることによりチューブ状にすることができる。
成形体を棒状又は柱状にする場合には、溶融混練後、溶融樹脂を孔から吐出させることにより棒状又は柱状にすることができる。
本発明の微細繊維状セルロース含有物は、スラリー等の液状物であってもよく、粉粒状物であってもよい。また、微細繊維状セルロース含有物は、シート状物であってもよい。
本発明による微細繊維状セルロース含有物の用途は特に限定されない。一例としては、微細繊維状セルロース含有スラリーを用いて製膜し、各種フィルムとして使用することができる。別の例としては、微細繊維状セルロース含有スラリーは、増粘剤として各種用途(例えば、食品、化粧品、セメント、塗料、インクなどへの添加物など)に使用することができる。さらに、樹脂やエマルションと混合し補強材としての用途に使用することもできる。
[リン酸化パルプの製造]
針葉樹クラフトパルプとして、王子製紙社製のパルプ(固形分93質量%、米坪208g/m2のシート状、離解してJIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)700ml)を使用した。上記針葉樹クラフトパルプ(絶乾質量)100質量部に、リン酸二水素アンモニウムと尿素の混合水溶液を含浸し、リン酸二水素アンモニウム49質量部、尿素130質量部となるように圧搾し、薬液含浸パルプを得た。得られた薬液含浸パルプを105℃の乾燥機で乾燥し、水分を蒸発させてプレ乾燥させた。その後、140℃に設定した送風乾燥機で、10分間加熱した。このようにして、パルプ中のセルロースにリン酸基を導入し、リン酸化パルプを得た。
得られたリン酸化パルプ(絶乾質量)100質量部に対して10000質量部のイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返し、リン酸化パルプの脱水シートAを得た。
得られたリン酸化パルプの脱水シートAに対して、先と同様にして、リン酸基を導入する工程、濾過脱水する工程をさらに2回繰り返した(リン酸化および濾過脱水の合計回数は3回)。このようにして、リン酸化パルプの脱水シートBを得た。
得られたリン酸化パルプの脱水シートBにイオン交換水を添加して、固形分濃度が1.0質量%のパルプ懸濁液とした。このパルプ懸濁液を、湿式微粒化装置(スギノマシン社製:アルティマイザー)で245MPaの圧力にて5回パスさせ、微細繊維状セルロース分散液を得た。
得られた微細繊維状セルロース分散液を、孔径0.45μmのメンブレンフィルター(アドバンテック社製、親水性PTFE製メンブレンフィルター)上で吸引ろ過し、微細繊維状セルロースウェットシートAを得た。微細繊維状セルロースウェットシートAに、固形分濃度が1.0質量%となるようイソプロピルアルコールを加え、上記メンブレンフィルターで再度吸引ろ過した。その後、イソプロピルアルコール添加、吸引ろ過を2回繰り返し、微細繊維状セルロースウェットシートB(固形分濃度10.0%)を得た。
微細繊維状セルロースウェットシートBを96.0g分取してフラスコに入れ、25質量%水酸化ナトリウム水溶液3.8gを添加して浸透させた後、イソプロピルアルコール150g、メチルグリシジルエーテル(東京化成工業社製)9.8gを入れ、窒素下で撹拌しながら80℃で5時間反応させた。冷却後、酢酸で中和し、イソプロピルアルコールと水で洗浄した。上記の手順により、微細繊維状セルロースのリン酸基に2−ヒドロキシ−3−メトキシプロピル基が導入された微細繊維状セルロース含有物を得た。
得られた微細繊維状セルロース含有物を孔径0.45μmのメンブレンフィルター(アドバンテック社製、親水性PTFE製メンブレンフィルター)上に平坦に展開し、吸引ろ過を行った。次いで、温度100℃に設定した回転乾燥機(ジャポー社製、L−30)に2回パスさせ(一回当たりの処理時間は7分間とした)、微細繊維状セルロース含有シートを得た。得られた微細繊維状セルロース含有シートの固形分率は50質量%であった。
得られた微細繊維状セルロース含有シートを、カッターミル(イワタニ社製、IFM−720G)を用いて粉砕後、5mmのスクリーンを通過させて成形用粉砕物を得た。成形用粉砕物31.0質量部と、マトリックス樹脂としてのホモポリプロピレン(日本ポリプロ社製、ノバテックMA3)のペレット68.5質量部と、酸化防止剤(BASF社製、イルガノックスB225)0.5質量部とをドライブレンドして、微細繊維状セルロースを含有した樹脂混合物を得た。
実験例1で得られたペレット状の微細繊維状セルロース含有樹脂組成物を射出成形することで、微細繊維状セルロース含有樹脂成形体を得た。この成形体について、以下の方法により、曲げ弾性率を測定した。その結果、実験例1で得られた微細繊維状セルロース含有樹脂組成物から成形された微細繊維状セルロース含有樹脂成形体は、曲げ弾性率に優れていた。
また、微細繊維状セルロース含有樹脂成形体における微細繊維状セルロースの分散性を評価した。実験例1で得られた微細繊維状セルロース含有樹脂組成物を成形した微細繊維状セルロース含有樹脂成形体における微細繊維状セルロースの分散性は優れていた。
実験例1で得られた微細繊維状セルロース含有樹脂成形体を射出成形機(日精樹脂株式会社製、PNX−III)により射出成形して試験片を作製した。試験片としては曲げ試験用の多目的試験片(JIS K 7139:A型)を作製した。上記試験片を用い、JIS K 7171に準じて、曲げ弾性率を測定した。曲げ試験機として、引張・圧縮試験機(ヤマト科学社製、テンシロンRTF−2430)を用い、曲げ速度は5mm/分とした。
曲げ試験用に作製した多目的試験片の目視観察し、以下の基準に従って微細繊維状セルロースのマトリックス樹脂中での分散性を評価した。
○:多目的試験片に微細繊維状セルロースの凝集物が確認されない
△:多目的試験片に微細繊維状セルロースの凝集物が若干確認されるが、実用上問題とならないレベルである。
×:多目的試験片に微細繊維状セルロースの凝集物が多数確認され、実用不可のレベルである。
微細繊維状セルロースへの有機基導入工程における表面改質剤及び表面改質反応条件を下記の表1〜4の通りとし、実験例2〜102の微細繊維状セルロース含有物を得ることができる。
実験例1で用いた微細繊維状セルロース分散液を、孔径0.45μmのメンブレンフィルター(アドバンテック社製、親水性PTFE製メンブレンフィルター)上に平坦に展開し、吸引ろ過を行った。次いで、温度100℃に設定した回転乾燥機(ジャポー社製、L−30)に2回パスさせ(一回当たりの処理時間は7分間とした)、微細繊維状セルロース含有シートCを得た。得られた微細繊維状セルロース含有シートCの固形分率は50質量%であった。
微細繊維状セルロース含有シートとして、微細繊維状セルロース含有シートCを用いた以外は、実験例1と同様にして、微細繊維状セルロース含有樹脂組成物を得た。
微細繊維状セルロース含有シートを用いず、ホモポリプロピレン(日本ポリプロ社製、ノバテックMA3)のペレット100質量部と、酸化防止剤(BASF社製、イルガノックスB225)0.5質量部とをドライブレンドして、樹脂混合物を得た以外は、実験例1と同様にして、ペレット状に裁断した有機樹脂組成物を得た。
Claims (5)
- 微細繊維状セルロースを含む微細繊維状セルロース含有物であって、
前記微細繊維状セルロースは、(a)リン酸基と、炭素数が1以上の有機基とが共有結合してなる基と、(b)炭素数が1以上の有機基を有さないリン酸基と、を有する微細繊維状セルロース含有物。 - 前記(a)リン酸基と、炭素数が1以上の有機基とが共有結合してなる基は、リン酸基と炭素数が1以上の有機基とが、エステル結合、シリルエステル結合、エーテル結合、ウレタン結合及びアミド結合から選択される少なくともいずれかにより結合してなる基である請求項1に記載の微細繊維状セルロース含有物。
- 前記有機基の炭素数は10以下である請求項1又は2に記載の微細繊維状セルロース含有物。
- 前記有機基はシラン化合物、ハロゲン化アルキル化物、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アセチル化物、アミン化合物、トシラート・メシラート・その類似体、カルボン酸、及びビニル樹脂から選択される少なくとも1種に由来する基である請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロース含有物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロース含有物と、樹脂とを含む微細繊維状セルロース含有樹脂組成物。
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