JP2017082071A - シート及び成形体 - 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] 含酸素有機化合物は、親水性の有機化合物である[1]に記載のシート。
[3] 含酸素有機化合物は、オキシアルキレン構造を含有する有機化合物である[1]又は[2]に記載のシート。
[4] 含酸素有機化合物は、分子量が5万以上800万以下の有機化合物である[1]〜[3]のいずれかに記載のシート。
[5] 含酸素有機化合物は、ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドから選択される少なくとも1種である[1]〜[4]のいずれかに記載のシート。
[6] 熱可塑性樹脂繊維がポリ乳酸、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリエチレンテレフタレート及びポリプロピレンから選ばれる少なくとも1種を含む繊維である[1]〜[5]のいずれかに記載のシート。
[7] 微細繊維状セルロースはリン酸基又はリン酸基に由来する置換基を有するものである[1]〜[6]のいずれかに記載のシート。
[8] 熱可塑性樹脂繊維の含有量は、シートの全質量に対して、15質量%以上45質量%以下である[1]〜[7]のいずれかに記載のシート。
[9] 熱可塑性樹脂繊維の融点+50℃、かつ10MPaの条件で加熱加圧成形した成形体の全光線透過率が70%以上である[1]〜[8]のいずれかに記載のシート。
[10] 熱可塑性樹脂繊維の融点+50℃、かつ10MPaの条件で加熱加圧成形した成形体のヘーズが20%以下ある[1]〜[9]のいずれかに記載のシート。
[11] 熱可塑性樹脂繊維の融点+50℃、かつ10MPaの条件で加熱加圧成形した成形体の23℃、相対湿度50%における曲げ弾性率が7GPa以上である[1]〜[10]のいずれかに記載のシート。
[12] 繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースと、熱可塑性樹脂と、非繊維状の含酸素有機化合物とを含む成形体であって、含酸素有機化合物の含有量は、成形体の全質量に対して20質量%以下である成形体。
[13] 熱可塑性樹脂は疎水性であり、含酸素有機化合物は親水性である[12]に記載の成形体。
[14] 成形体のいずれか一方の表面であって、熱可塑性樹脂が多く含まれる方の表面から厚み1μmまでの領域における熱可塑性樹脂の含有率をC1質量%とし、成形体の中心面から厚み±0.5μmの範囲内の領域における熱可塑性樹脂の含有率をC2質量%とした場合、C1/C2の値が0.25以上3以下である[12]又は[13]に記載の成形体。
[15] 全光線透過率が70%以上である[12]〜[14]のいずれかに記載の成形体。
[16] ヘーズが20%以下である[12]〜[15]のいずれかに記載の成形体。
[17] 23℃、相対湿度50%における曲げ弾性率が7GPa以上である請[12]〜[16]のいずれかに記載の成形体。
[18] [1]〜[11]のいずれかに記載のシートを加熱加圧成形する工程を含み、加熱加圧成形する工程における成形温度が、熱可塑性樹脂の融点±20℃である成形体の製造方法。
[19] [12]〜[17]のいずれかに記載の成形体と、樹脂層とを有する積層体。
[20] 樹脂層はポリカーボネートを含む[19]に記載の積層体。
[21] 23℃、相対湿度50%における曲げ弾性率が2.5GPa以上であり、かつ線熱膨張係数が200ppm/K以下である[19]又は[20]に記載の積層体。
本発明は、繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースと、熱可塑性樹脂繊維と、非繊維状の含酸素有機化合物とを含むシートに関する。ここで、含酸素有機化合物の含有量は、シートの全質量に対して20質量%以下である。
本発明のシートは、成形体を成形するために用いられる成形体用シートであることが好ましい。本発明のシートを用いることにより、透明性及び強度に優れた成形体を成形することができる。
また、シートが非多孔性であることは、空隙率が15体積%以下であることからも特徴付けられる。ここでいうシートの空隙率は簡易的に下記式(a)により求めるものである。
式(a):空隙率(体積%)=[1−B/(M×A×t)]×100
ここで、Aはシートの面積(cm2)、tはシートの厚み(cm)、Bはシートの質量(g)、Mはセルロースの密度である。
本発明のシートは、強度及び透明性に優れた成形体を成形し得るシートである。このような特性を活かす観点から、各種樹脂製の基板等の補強材として好ましく用いられる。すなわち、本発明のシートは、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光透過性基板の補強材や、電子機器の基板、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材の補強材として好適である。
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。
リン酸基導入工程は、セルロースを含む繊維原料に対し、リン酸基を有する化合物及びその塩から選択される少なくとも1種(以下、「リン酸化試薬」又は「化合物A」という)を反応させることにより行うことができる。このようなリン酸化試薬は、乾燥状態または湿潤状態の繊維原料に粉末や水溶液の状態で混合してもよい。また別の例としては、繊維原料のスラリーにリン酸化試薬の粉末や水溶液を添加してもよい。
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。
微細繊維状セルロースを製造する場合、リン酸基導入工程と、後述する解繊処理工程の間にアルカリ処理を行ってもよい。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分以上30分以下が好ましく、10分以上20分以下がより好ましい。
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質量%以上100000質量%以下であることが好ましく、1000質量%以上10000質量%以下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。
本発明のシートは、熱可塑性樹脂繊維を含む。熱可塑性樹脂繊維は、加熱加圧処理時にマトリクス、あるいは、繊維成分の交点に結着点を形成するため、マトリクス樹脂とも呼ばれる。
本発明のシートは、非繊維状の含酸素有機化合物を含む。含酸素有機化合物は非繊維状であるから、含酸素有機化合物には、上述した微細繊維状セルロースや熱可塑性樹脂繊維は含まれない。
シートの製造工程は、繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースと、熱可塑性樹脂繊維と、非繊維状の含酸素有機化合物とを含むスラリーを得る工程と、このスラリーを基材上に塗工する工程、又は、スラリーを抄紙する工程を含む。中でも、シートの製造工程は、微細繊維状セルロースと、熱可塑性樹脂繊維と、非繊維状の含酸素有機化合物とを含むスラリー(以下、単にスラリーということもある)を基材上に塗工する工程を含むことが好ましい。
塗工工程は、スラリーを基材上に塗工し、これを乾燥して形成されたシートを基材から剥離することにより、シートを得る工程である。塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。塗工するスラリーの濃度は特に限定されないが、0.05質量%以上5質量%以下が好ましい。
シートの製造工程は、スラリーを抄紙する工程を含んでもよい。抄紙工程で抄紙機としては、長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機、これらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機等が挙げられる。抄紙工程では、手抄き等公知の抄紙を行ってもよい。
本発明は、繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースと、熱可塑性樹脂と、非繊維状の含酸素有機化合物とを含む成形体に関するものでもある。ここで、成形体に含まれる含酸素有機化合物の含有量は、成形体の全質量に対して20質量%以下である。すなわち、本発明の成形体は、上述したシートを加熱加圧成形することで得られる成形体である。
まず、成形体の一方の面の表層及び他方の面の表層をウルトラミクロトーム(JEOL社製、UC−7)でそれぞれ厚み1μmに切り出して薄膜を得る。さらに、成形体の厚み方向の中心面から厚み±0.5μmの範囲内の領域(厚み1μm)をウルトラミクロトーム(JEOL社製、UC−7)で切り出して薄膜を得る。各薄膜の重量を測定し、W1とする。次いで、薄膜を100℃に沸騰させたイオン交換水で30分間煮沸してポリエチレンオキサイドを溶出させる。さらに、薄膜を100℃の乾燥機で30分間乾燥させ、重量W2(微細繊維状セルロース分と熱可塑性樹脂分の重量の和)を測定する。
次いで、薄膜を高圧容器に注いだ溶剤に浸漬して密閉し、100℃で30分加熱する。この際に用いる溶剤としては、熱可塑性樹脂が溶解する溶剤を選択する。例えば、熱可塑性樹脂としてエチレン−ビニルアルコール共重合体を用いた場合は溶剤にはジメチルスルホキシドを、ポリ乳酸を用いた場合は溶剤にはクロロホルムを、ポリエチレンテレフタレートを用いた場合は溶剤にはヘキサフルオロ−2−プロパノールを、酸変性ポリプロピレンを用いた場合は溶剤にはキシレンを用いる。
その後、薄膜を100℃の乾燥機で30分間乾燥させ、重量W3(微細繊維状セルロース分の重量)を測定する。次いで、下記式(1)にしたがって熱可塑性樹脂の含有率C(%)を算出する。また、一方の面の表層及び他方の面の表層の熱可塑性樹脂の含有率のうち、値の大きいものをC1、厚み方向の中心面を含む領域の熱可塑性樹脂の含有率をC2とし、C1をC2で除して熱可塑性樹脂の含有率勾配とする。このように算出された熱可塑性樹脂の含有率勾配を熱可塑性樹脂の均一性の指標とする。
式(1):C=100×(W2−W3)/W1
本発明の成形体は、強度及び透明性に優れている。このような特性を活かす観点から、各種樹脂製の基板等の補強材として好ましく用いられる。すなわち、本発明の成形体は、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光透過性基板の補強材や、電子機器の基板、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材の補強材として好適である。
成形体の製造工程は、上述したシートを加熱加圧成形する工程を含む。ここで、加熱加圧成形する工程における成形温度は、熱可塑性樹脂の融点±20℃である。
本発明は、上述した成形体と、樹脂層とを有する積層体に関するものであってもよい。積層体には、成形体と樹脂層が各々1層ずつ含まれてもよいし、成形体と樹脂層が各々複数層含まれていてもよい。
樹脂層は、合成樹脂を主材とする層である。樹脂層の全質量に対する合成樹脂の含有量は、例えば80質量%以上100質量%以下とすることができる。合成樹脂の種類は、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、およびポリ(メタ)アクリレートのうち、少なくともいずれか1種であることが好ましい。中でも、成形性に優れ、透明性が高いポリカーボネートがより好ましい。
ここで、積層体を構成する樹脂層の厚みは、積層体の断面をウルトラミクロトームUC−7(JEOL社製)によって切り出し、当該断面を電子顕微鏡、拡大鏡又は目視で観察して、測定される値である。
接着剤層は、成形体と樹脂層を貼合(接合)する層である。本発明の積層体においては成形体と樹脂層を接合する接着剤層を備えていてもよい。
ここで、積層体を構成する接着剤層の厚みは、積層体の断面をウルトラミクロトームUC−7(JEOL社製)によって切り出し、当該断面を電子顕微鏡で観察して、測定される値である。
本発明の積層体を構成する成形体及び樹脂層のうち、互いに隣接する層の相対的な厚みの関係は、樹脂層>成形体であることが好ましい。この関係であると、成形体が樹脂層を補強する関係となり、樹脂層が有する機械的な特性を成形体がより一層向上させることができる。
なお、積層体に備えられた成形体が1層である場合、積層体に備えられた成形体の厚みの合計は当該1層の成形体の厚みである。
本発明の積層体は、透明で機械的強度が高く、ヘーズの小さい積層体である。優れた光学特性を活かす観点から、各種のディスプレイ装置、各種の太陽電池等の光透過性基板の用途に適している。また、電子機器の基板、家電の部材、各種の乗り物や建物の窓材、内装材、外装材、包装用資材等の用途にも適している。
本発明の積層体の製造工程は、上述した成形体と樹脂層を積層した後に、加熱加圧成形する工程を含むことが好ましい。積層体を加熱加圧成形する場合は、成形体と樹脂層を各々1層ずつ、もしくは所望の構成となるように複数層積層して熱プレスで加熱加圧成形したり、あらかじめ赤外線ヒーター等で予熱した金型によって加熱加圧成形したりすることで成形される。成形には一般的な加熱加圧成形方法を採用することができる。
成形方法及び金型については、成形体の製造方法の項目で述べた方法及び金型を用いることができる。
なお、接着剤を塗布する量を適宜調整することにより、前述した接着剤層の乾燥塗布量を調整することができる。
成形体と樹脂層との密着性を向上させる観点から、射出成形法によって積層体を製造することが好ましい。
まず、成形体10と共に射出成形の金型内に設置する樹脂シート36を準備する。この樹脂シート36は、金型内において、射出される樹脂の射出圧力によって成形体10に対して熱圧着されることによって樹脂層6となる。なお、成形体と樹脂層を接着剤によって接合する場合は、成形体10を、成形体10と接着剤層を積層した積層材としてもよい。
続いて、図4に示す様に、射出成形用平板金型35の内壁面の2箇所に、各々樹脂シート37と、成形体10とを順次載置し、耐熱テープ34で固定する。次に、樹脂シート37と成形体10を載置した平板金型35の内壁面を、形成される積層体20の上面と下面の位置に対応するように配置して平板金型35を組み立てる。そして、注入口35aから加熱して溶融させた樹脂を適当な圧力で射出し、適当な温度、適当な型締力、適当な保持時間で成形することにより、積層体20が得られる。必要に応じて耐熱テープ34が含まれる両端部分を切断し、完成品の積層体20とすることができる。
成形時の樹脂溶融温度としては、例えば100℃以上400℃以下が好ましく、150℃以上400℃以下がより好ましく、200℃以上400℃以下がさらに好ましい。
成形時の型締力としては、例えば200kN以上100000kN以下が好ましく、500kN以上50000kN以下がより好ましく、1000kN以上10000kN以下がさらに好ましい。
成形時の保持時間としては、例えば0.1秒以上600秒以下が好ましく、1秒以上300秒以下がより好ましく、10秒以上60秒以下がさらに好ましい。
成形時の金型温度としては、例えば100℃以上400℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がより好ましく、150℃以上250℃以下がさらに好ましい。
本発明の積層体は、成形体とガラスや金属などの無機層とを貼り合わせた構成であっても良い。また、成形体の上には、蒸着法、スパッタリング法、気相化学成長法、原子層堆積法等の薄膜成膜方法によって成膜される薄膜が積層されてもよい。
[リン酸化試薬の調製]
リン酸二水素ナトリウム二水和物265g、及びリン酸水素二ナトリウム197gを538gの水に溶解させ、リン酸系化合物の水溶液(以下、「リン酸化試薬」という。)を得た。
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質量%、JIS P 8121に準じて測定されるカナダ標準濾水度(CSF)700ml)を含水率80質量%になるようイオン交換水で希釈し、パルプ懸濁液を得た。このパルプ懸濁液500gに上記リン酸化試薬210gを加え、105℃の送風乾燥機(ヤマト科学株式会社、DKM400)で時折混練しながら質量が恒量となるまで乾燥させた。ついで150℃の送風乾燥機で時折混練しながら1時間加熱処理して、セルロースにリン酸基を導入した。このときのリン酸基の導入量は、0.98mmol/gであった。
次いで、リン酸基を導入したセルロースに5000mlのイオン交換水を加え、撹拌洗浄後、脱水した。脱水後のパルプを5000mlのイオン交換水で希釈し、撹拌しながら、1Nの水酸化ナトリウム水溶液をpHが12以上13以下になるまで少しずつ添加して、パルプ分散液を得た。その後、このパルプ分散液を脱水し、5000mlのイオン交換水を加えて洗浄を行った。この脱水洗浄をさらに1回繰り返した。
洗浄脱水後に得られたパルプにイオン交換水を添加して、固形分濃度が1.0質量%のパルプ分散液とした。このパルプ分散液を、高圧ホモジナイザー(NiroSoavi社製、Panda Plus 2000)を用いて処理し、セルロース分散液を得た。高圧ホモジナイザーを用いた処理においては、操作圧力1200barにてホモジナイジングチャンバーを5回通過させた。さらに、このセルロース分散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)を用いて処理し、微細繊維状セルロース分散液を得た。湿式微粒化装置を用いた処理においては、245MPaの圧力にて処理チャンバーを5回通過させた。微細繊維状セルロース分散液に含まれる微細繊維状セルロースの平均繊維幅は4nmであった。
微細繊維状セルロース分散液(A)の固形分濃度が0.5質量%となるよう濃度調整を行った。その後、微細繊維状セルロース分散液(A)100質量部に対して、非繊維状の含酸素有機化合物としてポリエチレンオキサイド(住友精化製、PEO−18:分子量430万〜480万)の0.5質量%水溶液を20質量部添加し、微細繊維状セルロース分散液(B)を得た。その後、熱可塑性樹脂繊維としてエチレン−ビニルアルコール共重合体繊維(クラレ社製、S030:融点170℃、繊維径9μm、繊維長5mm)を、微細繊維状セルロース分散液(B)の固形分90質量部に対して、10質量部となるよう添加して攪拌した。次いで、シートの仕上がり坪量が75.0g/m2になるように分散液を計量して、市販のアクリル板に展開し、35℃、相対湿度15%の恒温恒湿器にて乾燥した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の金枠(内寸が180mm×180mmの金枠)を配置した。このようにして、シートを作製した。
上記シートを、厚さ2mm、寸法200mm×200mmのステンレス板で挟んだ。なお、ステンレス板としては、離型剤(オーデック社製、テフリリーズ)を挟持面に塗布したものを使用した。その後、常温に設定した熱プレス機(東洋精機工業社製、30tプレス機)に挿入して1MPaの加圧下で180℃まで昇温した後、10MPaまで加圧した。この状態で20分間保持した後、5分かけて30℃まで冷却した。上記の手順により成形体を得た。
実施例1のシート化において、エチレン−ビニルアルコール共重合体繊維を、微細繊維状セルロース分散液(B)の固形分70質量部に対して、30質量部となるよう添加して攪拌した。その他の手順は実施例1と同様にして、シート及び成形体を得た。
実施例1のシート化において、エチレン−ビニルアルコール共重合体繊維を、微細繊維状セルロース分散液(B)の固形分50質量部に対して、50質量部となるよう添加して攪拌した。その他の手順は実施例1と同様にして、シート及び成形体を得た。
実施例2のシート化において、エチレン−ビニルアルコール共重合体繊維の代わりに、ポリ乳酸繊維(ユニチカ社製、PL01:融点170℃、繊維径40μm、繊維長3mm)を添加した。その他の手順は実施例2と同様にして、シート及び成形体を得た。
実施例2のシート化において、エチレン−ビニルアルコール共重合体繊維の代わりに、低融点ポリエチレンテレフタレート繊維(クラレ社製、N701Y:融点130℃、繊維径23μm、繊維長5mm)を添加した。また、成形(熱プレス)時の温度を180℃から150℃に変更した。その他の手順は実施例2と同様にして、シート及び成形体を得た。
実施例2のシート化において、エチレン−ビニルアルコール共重合体繊維の代わりに、酸変性ポリプロピレン繊維(ダイワボウポリテック社製、PZ−AD:融点160℃、繊維径15μm、繊維長5mm)を添加した。その他の手順は実施例2と同様にて、シート及び成形体を得た。
実施例1のシート化において、エチレン−ビニルアルコール共重合体繊維の添加を行わなかった以外は実施例1と同様にして、シート及び成形体を得た。
実施例2のシート化において、ポリエチレンオキサイド0.5質量%水溶液の添加量を、微細繊維状セルロース分散液(A)100質量部に対して100質量部とした。その他の手順は実施例2と同様にして、シート及び成形体を得た。
[ウェットシート化]
実施例1で得た微細繊維状セルロース分散液(A)を、内径70mmのフィルターホルダー(アドバンテック社製、KG−90)上で、アドバンテック社製の孔径0.45μmの親水性ポリテトラフルオロエチレン製メンブレンフィルターを用い、減圧濾過してウェットシートを得た。この際、シートの固形分から計算される坪量が75.0g/m2となるよう微細繊維状セルロース分散液(A)を計量した。
上記ウェットシートの上部に、ジエチレングリコールエチルメチルエーテルをウェットシートの固形分100質量部に対し9600質量部添加した。ジエチレングリコールエチルメチルエーテルを吸引ろ過した後、ウェットシートを105℃に加熱したシリンダードライヤーで0.1MPaに加圧しながら乾燥し、多孔質シートを得た。
上記多孔質シートを、熱可塑性樹脂組成物(荒川化学工業社製、ビームセット575CB:主成分はウレタンアクリレート)に浸漬させ、12時間の減圧処理(圧力50kPa)を行った。その後これを2枚のガラス板にはさみ、UVコンベア装置(アイグラフィックス社製、ECS−4011GX)を用いて300mJ/cm2の紫外線を照射し、ウレタンアクリレート樹脂組成物を硬化した。上記の手順により、微細繊維状セルロースシートに含浸された熱可塑性樹脂が複合化されたシートを得た。その後、実施例1と同様の手順で成形(熱プレス)を行い、成形体を得た。
実施例1のシート化において、ポリエチレンオキサイドの添加を行わなかった以外は実施例1と同様にして、シート及び成形体を得た。
実施例1〜6及び比較例1〜4で得た成形体を、以下の方法にて測定した。
成形体の厚みを、触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定した。
成形体の一方の面の表層及び他方の面の表層をウルトラミクロトーム(JEOL社製、UC−7)でそれぞれ厚み1μmに切り出して薄膜を得た。さらに、成形体の厚み方向の中心面から厚み±0.5μmの範囲内の領域(厚み1μm)をウルトラミクロトーム(JEOL社製、UC−7)で切り出して薄膜を得た。各薄膜の重量を測定し、W1とした。次いで、薄膜を100℃に沸騰させたイオン交換水で30分間煮沸してポリエチレンオキサイドを溶出させた。さらに、薄膜を100℃の乾燥機で30分間乾燥させ、重量W2(微細繊維状セルロース分と熱可塑性樹脂分の重量の和)を測定した。次いで、薄膜を高圧容器に注いだ表1に記載の溶剤に浸漬して密閉し、100℃で30分加熱した。その後、薄膜を100℃の乾燥機で30分間乾燥させ、重量W3(微細繊維状セルロース分の重量)を測定した。次いで、下記式(1)にしたがって熱可塑性樹脂の含有率C(%)を算出した。また、一方の面の表層及び他方の面の表層の熱可塑性樹脂の含有率のうち、値の大きいものをC1、厚み方向の中心面を含む領域の熱可塑性樹脂の含有率をC2とし、C1をC2で除して熱可塑性樹脂の含有率勾配とした。算出された熱可塑性樹脂の含有率勾配を熱可塑性樹脂の均一性の指標とした。
式(1):C=100×(W2−W3)/W1
実施例1〜6及び比較例1〜4で得た成形体を、以下の方法にて評価した。
JIS K 7361に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて、全光線透過率を測定した。
JIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いてヘーズを測定した。
JIS K 7074に準拠し、万能材料試験機(エー・アンド・デイ社製、テンシロンRTC−1250A)を用いて、23℃、相対湿度50%における成形体の曲げ弾性率を測定した。
一方で、ポリエチレンオキサイドの添加量が大きい比較例2では、ヘーズが悪化したうえ、曲げ弾性率も低下する結果となった。ポリエチレンオキサイドを添加していない比較例4では、ヘーズが悪化したうえ、全光線透過率が悪化する結果となった。また、多孔質シートに熱可塑性樹脂を含浸した比較例3では、熱可塑性樹脂の均一性が低く、ヘーズに加え曲げ弾性率も低下する結果となった。
[シートと樹脂との成形]
実施例1で得られた成形体を、2枚のポリカーボネート樹脂シート(帝人社製、パンライトPC−1151:厚み1.0mm、寸法150mm×150mm)の間に配置し、厚さ2mm、寸法200mm×200mmのステンレス板で挟んだ。なお、ステンレス板としては、離型剤(オーデック社製、テフリリーズ)を挟持面に塗布したものを使用した。その後、常温に設定したミニテストプレス(東洋精機工業社製、MP−WCH)に挿入して1MPaの加圧下で180℃まで昇温した後、10MPaまで加圧した。この状態で5分間保持した後、5分かけて30℃まで冷却した。上記の手順により、成形体とポリカーボネート樹脂層が積層された積層体を得た。
実施例101において、実施例2で得られた成形体を使用した。その他の手順は実施例101と同様にし、積層体を得た。
実施例101において、実施例3で得られた成形体を使用した。その他の手順は実施例101と同様にし、積層体を得た。
実施例101において、実施例4で得られた成形体を使用した。その他の手順は実施例101と同様にし、積層体を得た。
実施例101において、実施例5で得られた成形体を使用した。その他の手順は実施例101と同様にし、積層体を得た。
実施例101において、実施例6で得られた成形体を使用した。その他の手順は実施例101と同様にし、積層体を得た。
実施例101において、比較例1で得られた成形体を使用した。その他の手順は実施例101と同様にし、積層体を得た。
実施例101の樹脂の成形において、成形体を配置しなかった。その他の手順は実施例101と同様にし、2層構成のポリカーボネート樹脂シートを得た。
実施例101〜106及び比較例101で得た積層体、及び比較例102で得たポリカーボネート樹脂シートを、以下の方法にて測定した。
積層体及びポリカーボネート樹脂シートの厚みを触針式厚さ計(マール社製、ミリトロン1202D)で測定した。
実施例101〜106及び比較例101で得た積層体、及び比較例102で得たポリカーボネート樹脂シートを、以下の方法にて評価した。
JIS K 5400に準拠し、100マスの切り込みを入れ、テープ剥離後のはく離マス数を計数して成形体と樹脂層の密着性を評価した。
JIS K 7074に準拠し、万能材料試験機(エー・アンド・デイ社製、テンシロンRTC−1250A)を用いて、23℃、相対湿度50%において積層体及びポリカーボネート樹脂シートの曲げ弾性率を測定した。
積層体及びポリカーボネート樹脂シートをレーザーカッターにより、幅3mm×長さ30mmに切り出した。これを、熱機械分析装置(日立ハイテク社製、TMA7100)にセットして、引張モードでチャック間20mm、荷重10g、窒素雰囲気下の条件で、室温から180℃まで5℃/分で昇温させた。この際の100℃から150℃までの測定値から線熱膨張係数を算出した。
JIS K 7361に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて、積層体及びポリカーボネート樹脂シートの全光線透過率を測定した。
JIS K 7136に準拠し、ヘーズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM−150)を用いて、積層体及びポリカーボネート樹脂シートのヘーズを測定した。
このように、成形体は樹脂補強用シートとしても使用でき、特に透明性の高い樹脂の補強用シートとして好適であることが確認された。
10 成形体
20 積層体
34 耐熱テープ
35 平板金型
35a 注入口
36 樹脂シート
Claims (21)
- 繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースと、熱可塑性樹脂繊維と、非繊維状の含酸素有機化合物とを含むシートであって、
前記含酸素有機化合物の含有量は、前記シートの全質量に対して20質量%以下であるシート。 - 前記含酸素有機化合物は、親水性の有機化合物である請求項1に記載のシート。
- 前記含酸素有機化合物は、オキシアルキレン構造を含有する有機化合物である請求項1又は2に記載のシート。
- 前記含酸素有機化合物は、分子量が5万以上800万以下の有機化合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載のシート。
- 前記含酸素有機化合物は、ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドから選択される少なくとも1種である請求項1〜4のいずれか1項に記載のシート。
- 前記熱可塑性樹脂繊維がポリ乳酸、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリエチレンテレフタレート及びポリプロピレンから選ばれる少なくとも1種を含む繊維である請求項1〜5のいずれか1項に記載のシート。
- 前記微細繊維状セルロースはリン酸基又はリン酸基に由来する置換基を有するものである請求項1〜6のいずれか1項に記載のシート。
- 前記熱可塑性樹脂繊維の含有量は、前記シートの全質量に対して、15質量%以上45質量%以下である請求項1〜7のいずれか1項に記載のシート。
- 前記熱可塑性樹脂繊維の融点+50℃、かつ10MPaの条件で加熱加圧成形した成形体の全光線透過率が70%以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載のシート。
- 前記熱可塑性樹脂繊維の融点+50℃、かつ10MPaの条件で加熱加圧成形した成形体のヘーズが20%以下である請求項1〜9のいずれか1項に記載のシート。
- 前記熱可塑性樹脂繊維の融点+50℃、かつ10MPaの条件で加熱加圧成形した成形体の23℃、相対湿度50%における曲げ弾性率が7GPa以上である請求項1〜10のいずれか1項に記載のシート。
- 繊維幅が1000nm以下の微細繊維状セルロースと、熱可塑性樹脂と、非繊維状の含酸素有機化合物とを含む成形体であって、
前記含酸素有機化合物の含有量は、前記成形体の全質量に対して20質量%以下である成形体。 - 前記熱可塑性樹脂は疎水性であり、前記含酸素有機化合物は親水性である請求項12に記載の成形体。
- 前記成形体のいずれか一方の表面であって、熱可塑性樹脂が多く含まれる方の表面から厚み1μmまでの領域における熱可塑性樹脂の含有率をC1質量%とし、
前記成形体の中心面から厚み±0.5μmの範囲内の領域における熱可塑性樹脂の含有率をC2質量%とした場合、
C1/C2の値が0.25以上3以下である請求項12又は13に記載の成形体。 - 全光線透過率が70%以上である請求項12〜14のいずれか1項に記載の成形体。
- ヘーズが20%以下である請求項12〜15のいずれか1項に記載の成形体。
- 23℃、相対湿度50%における曲げ弾性率が7GPa以上である請求項12〜16のいずれか1項に記載の成形体。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載のシートを加熱加圧成形する工程を含み、
前記加熱加圧成形する工程における成形温度が、前記熱可塑性樹脂の融点±20℃である成形体の製造方法。 - 請求項12〜17のいずれか1項に記載の成形体と、樹脂層とを有する積層体。
- 前記樹脂層はポリカーボネートを含む請求項19に記載の積層体。
- 23℃、相対湿度50%における曲げ弾性率が2.5GPa以上であり、かつ線熱膨張係数が200ppm/K以下である請求項19又は20に記載の積層体。
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