JP2017218550A - 樹脂補強用混合物、繊維強化樹脂混合物、並びに、繊維強化樹脂及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献1、2に記載された繊維強化樹脂では、硬化体の強度が十分に高められているとはいい難い。
ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、
セルロース繊維(C)と、
アニオン性界面活性剤(D)、または、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性の界面活性剤(E)とを含有する。
また、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、「樹脂補強用混合物」とは、ポリウレタン化合物同士が融着されていない状態で、ポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とが混合されているものを意味する。
さらに、「ポリウレタン化合物(B)」には、水酸基及び/またはアミノ基など、イソシアネート基以外の置換基を末端に有するものが含まれる一方、ポリウレタン化合物の該イソシアネート基がブロック化されたものは含まれない。かかるブロック化されたものは、「ブロックイソシアネート化合物(A)」に含まれる。
例えば、樹脂補強用混合物(X1)がブロックイソシアネート化合物(A)を含有する場合には、繊維強化樹脂(Y)を作製する際に、ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、ブロックイソシアネート化合物(A)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とが、セルロース繊維(C)内の水素結合による相互作用を緩和し得る。
また、例えば、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、繊維強化樹脂(Y)を作製する際に、ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、ポリウレタン化合物(B)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とが、セルロース繊維(C)内の水素結合による相互作用を緩和し得る。
このようにして、セルロース繊維(C)を、十分にほぐし、且つ、十分に分散させることができる。
また、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、ポリウレタン化合物(B)同士が、セルロース繊維(C)を取り込むようにして融着するため、繊維強化樹脂(Y)中で、樹脂成分とセルロース繊維(C)との密着性を向上させ得る。
またセルロース繊維(C)の間に上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)が存在することによって、セルロース繊維(C)に滑り性が付与される。
その結果、セルロース繊維(C)が、上記したブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)によるセルロース繊維(C)の分散作用と相俟って、繊維強化樹脂(Y)中で、樹脂成分とセルロース繊維(C)との密着性を、一層向上させ得ると推察される。
また、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)の添加によってセルロース繊維(C)に滑り性が付与されることに起因して、混練されることによって、セルロース繊維(C)が損傷することなく、熱可塑性樹脂(X2)に均一に分散することができ、これによって、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を十分に発現させることができる。
このように、セルロース繊維(C)が、イソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とを介して熱可塑性樹脂(X2)に分散されるため、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、十分に高めることができる。
これにより、セルロース繊維(C)を、十分にほぐし、且つ、十分に分散させることができる。よって、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、十分に高めることができる。
また、セルロース繊維(C)に表面処理工程を施さなくても、複数種類の溶媒を用いなくても、上記のように硬化体の強度が十分に高められた繊維強化樹脂(Y)を、簡易に形成することが可能となる。
前記ブロックイソシアネート化合物(A)または前記ポリウレタン化合物(B)が、親水性基を有していてもよい。
アニオン性基としては、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸エステル基等が挙げられ、さらに、それらの一部又は全部が塩基性化合物等によって中和されたカルボキシレート基、スルホネート基、硫酸エステル塩基、リン酸エステル塩基等も挙げられる。
カチオン性基としては、例えば3級アミノ基が挙げられ、3級アミノ基の酸中和塩、または4級化剤で4級化した4級アミノ基等も挙げられる。
ノニオン性基としては、例えば、ポリエチレングリコール鎖等が挙げられる。
これにより、熱可塑性樹脂(X2)中に、セルロース繊維(C)を、より十分に分散できる。
従って、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、より十分に高めることができる。
さらに水(F)を含有していてもよい。
これにより、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、より十分に高めることができる。
前記樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを含有する。
また、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、「繊維強化樹脂混合物」とは、ポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とが、ポリウレタン化合物(B)同士が融着し、且つ、熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱混合される前において混合しているものを意味する。
このとき、上記の通り、樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを、熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、繊維強化樹脂(Y)は、硬化体の強度が十分に高められ、且つ、簡易に形成されたものとなる。
例えば、樹脂補強用混合物(X1)がブロックイソシアネート化合物(A)を含有する場合には、樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを、ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、繊維強化樹脂(Y)は、硬化体の強度が十分に高められ、且つ、簡易に形成されたものとなる。
また、例えば、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを、ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、繊維強化樹脂(Y)は、硬化体の強度が十分に高められ、且つ、簡易に形成されたものとなる。
前記水(F)を含有する樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とが混合されて、乾燥されてなる。
前記繊維強化樹脂混合物(X)が、前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱され、且つ、混合されてなる。
また、例えば、繊維強化樹脂混合物(X)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、繊維強化樹脂(Y)は、繊維強化樹脂混合物(X)が、ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合されてなる態様を採用し得る。
ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、アニオン性界面活性剤(D)、または、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)と、熱可塑性樹脂(X2)とを含有する繊維強化樹脂混合物(X)を、前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱し、且つ、混合する工程を備える。
また、例えば、繊維強化樹脂混合物(X)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、上記加熱し、且つ、混合する工程においては、繊維強化樹脂混合物(X)を、ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合する態様を採用し得る。
前記繊維強化樹脂混合物(X)が、前記ブロックイソシアネート化合物(A)を含有し、
前記繊維強化樹脂混合物(X)を、前記ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離しつつ前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱し、且つ、混合する工程を備えてもよい。
前記繊維強化樹脂混合物(X)が、前記ポリウレタン化合物(B)を含有し、
前記繊維強化樹脂混合物(X)を、前記ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱し、且つ、混合する工程を備えてもよい。
前記繊維強化樹脂混合物(X)が、さらに水(F)を含有していてもよい。
ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、
セルロース繊維(C)と、
アニオン性界面活性剤(D)、または、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)とを含有する。
例えば、樹脂補強用混合物(X1)がブロックイソシアネート化合物(A)を含有する場合には、繊維強化樹脂(Y)を作製する際に、ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、ブロックイソシアネート化合物(A)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とが、セルロース繊維(C)内の水素結合による相互作用を緩和し得る。
また、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、繊維強化樹脂(Y)を作製する際に、ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、ポリウレタン化合物(B)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とが、セルロース繊維(C)内の水素結合による相互作用を緩和し得る。
このようにして、セルロース繊維(C)を、十分にほぐし、且つ、十分に分散させることができる。
また、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、ポリウレタン化合物(B)同士が、セルロース繊維(C)を取り込むようにして融着するため、繊維強化樹脂(Y)中で、樹脂成分とセルロース繊維(C)との密着性を向上させ得る。
またセルロース繊維(C)の間に上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)が存在することによって、セルロース繊維(C)に滑り性が付与される。
その結果、セルロース繊維(C)が、上記したブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)によるセルロース繊維(C)の分散作用と相俟って、繊維強化樹脂(Y)中で、樹脂成分とセルロース繊維(C)との密着性を、一層向上させ得ると推察される。
また、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)の添加によってセルロース繊維(C)に滑り性が付与されることに起因して、混練されることによって、セルロース繊維(C)が損傷することなく、熱可塑性樹脂(X2)に均一に分散することができ、これによって、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を十分に発現させることができる。
このように、セルロース繊維(C)が、イソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とを介して熱可塑性樹脂(X2)に分散されるため、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、十分に高めることができる。
これにより、セルロース繊維(C)を、十分にほぐし、且つ、十分に分散させることができる。よって、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、十分に高めることができる。
また、セルロース繊維(C)に表面処理工程を施さなくても、複数種類の溶媒を用いなくても、上記のように硬化体の強度が十分に高められた繊維強化樹脂(Y)を、簡易に形成することが可能となる。
このとき、繊維強化樹脂(Y)を作製する際に、樹脂補強用混合物(X1)と熱可塑性樹脂(X2)とを、ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離し、且つ、熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、ブロックイソシアネート化合物(A)がセルロース繊維(C)内の水素結合による相互作用を緩和するため、セルロース繊維(C)を微細化して、その分散を促進できる。
このようにして、セルロース繊維(C)を、十分にほぐし、且つ、十分に分散させることができる。
また、ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離し、イソシアネート基が再生し、セルロース繊維(C)を取り込むようにして重合するため、繊維強化樹脂(Y)中で、樹脂成分とセルロース繊維(C)との密着性を向上させ得る。
このように、セルロース繊維(C)が、ブロックイソシアネート化合物(A)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)とを介して熱可塑性樹脂(X2)に分散されるため、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、十分に高めることができる。
また、セルロース繊維(C)に表面処理工程を施さなくても、複数種類の溶媒を用いなくても、上記のように硬化体の強度が十分に高められた繊維強化樹脂(Y)を、簡易に形成できる。
かかるポリオール化合物としては、例えば、例えば、前述したブロックイソシアネート化合物(A)におけるイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーの生成に用いられるポリオール化合物が挙げられる。
かかるポリイソシアネート化合物としては、例えば、前述したブロックイソシアネート化合物(A)の生成に用いられるポリイソシアネート化合物が挙げられる。
また、かかるポリイソシアネート化合物としては、前述したイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーと、前述したポリオール化合物とをさらに反応させて生成した反応生成物も挙げられる。
また、必要により、上記プレポリマーのイソシアネート基と反応し得る活性水素化合物を、鎖伸長剤として使用することも可能であり、鎖伸長剤としては、アミン化合物が挙げられる。アミン化合物としては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ピペラジン、イソホロンジアミンなどのジアミン、ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどのポリアミン等が挙げられる。これらは、1種または2種以上の混合物として用いられ得る。
なお、前記(メトキシ)ポリアルキレンオキサイドは、アルキレンオキサイドとして、少なくともエチレンオキサイドを含有していればよく、他にプロピレンオキサイド及びブチレンオキサイド等のエチレンオキサイド以外のアルキレンオキサイドを含有していてもよい。複数種類のアルキレンオキサイドを含有する(メトキシ)ポリアルキレンオキサイドを用いる場合の付加形態(親水性基の導入形態)としては、ブロック付加であってもランダム付加であっても、いずれであってもよい。
例えば、アニオンタイプとして、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、乳酸、グリシン等のカルボン酸化合物、アミノエチルスルホン酸、スルホイソフタル酸とジオールからなるポリエステルジオール等のスルホン酸化合物を、トリエチルアミン、NaOH、ジメチルアミノエタノール等の3級アルカノールアミンにより中和することによって得られる塩を挙げることができる。複合材の曲げ強度、曲げ弾性率の観点から、これらのうち、ジメチロールプロピオン酸、グリシン、アミノエチルスルホン酸のナトリウム塩が好ましい。
上記親水性基の含有量が0.07〜2.10mmol/gであることによって、繊維強化樹脂(Y)を作製するとき、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)を介して、セルロース繊維(C)を、一層十分にほぐし、且つ、一層分散することができる。
よって、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の曲げ強度、曲げ弾性率といった強度を一層高めることができる。
かかる親水性基の含有量は、後述する実施例に記載された測定方法によって測定された値である。
なお、後述する実施例に示すように、前記芳香族環式構造の含有量は、前記ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)の全質量に対する、前記ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)中に含まれる芳香族環式構造の割合を示し、前記ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)の製造に使用するポリオール化合物やポリイソシアネート化合物等の全原料の合計質量と、前記ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)の製造に使用した、例えば芳香族環式構造含有ポリオールや芳香族環式構造含有ポリイソシアネート等の芳香族環式構造含有が有する芳香族環式構造の含有量に基づいて算出した値である。前記芳香族環式構造としては、例えばフェニル基、ナフタレン基等が挙げられる。
アニオン性界面活性剤(D)は、特に限定されない。
アニオン性界面活性剤(D)としては、例えば、硫酸エステル基を有する硫酸エステル系、リン酸エステル基を有するリン酸エステル系、カルボン酸基を有するカルボン酸系、スルホン酸(硫酸)基を有するスルホン酸系のアニオン性界面活性剤等が挙げられる。
硫酸エステル系のアニオン性界面活性剤(D)としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、第一工業製薬社製の商品名:モノゲン、ハイテノール、アクアロン(例えば、アクアロンBC、アクアロンHS、アクアロンKH)で表されるもの等が挙げられる。
リン酸エステル系のアニオン性界面活性剤(D)としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、第一工業製薬社製の商品名:フライサーフで表されるもの等が挙げられる。
カルボン酸系のアニオン性界面活性剤(D)としては、市販品を用いることができ、該市販品として、例えば、第一工業製薬社製の商品名:ネオハイテノール、DKカリソープで表されるもの等が挙げられる。
スルホン酸系のアニオン性界面活性剤(D)としては、市販品を用いることができ、該市販品として、例えば、第一工業製薬社製の商品名:ネオゲン、ネオコールで表されるもの等が挙げられる。
これらのうち、シリコーン系のノニオン性界面活性剤(E1)は、シロキン結合のケイ素に有機基が結合して形成されたオルガノシロキサン基を有するノニオン性界面活性剤であれば、特に限定されない。
シリコーン系のノニオン性界面活性剤(E1)としては、例えば、ポリエーテル変性シロキサンが好ましい。
ポリエーテル変性シロキサンとしては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、ビックケミー社製の商品名:BYK−349、信越シリコーン社製の商品名:変性シリコーンオイル(例えば、KF−351A、KF−615)で表されるもの等が挙げられる。
アセチレン系のノニオン性界面活性剤(E2)は、アセチレン基を有するノニオン性界面活性剤であれば、特に限定されない。
アセチレン系のノニオン性界面活性剤(E2)としては、例えば、ポリエーテルアセチレンが好ましく、エチンオキシド変性アセチレンがより好ましい。
エチレンオキシド変性アセチレンとしては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、日信化学工業社製の商品名:サーフィノール(例えば、サーフィノール440)で表されるもの等が挙げられる。
またセルロース繊維(C)の間に上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)が存在することによって、セルロース繊維(C)に滑り性が付与される。
その結果、繊維強化樹脂(Y)の作製の際、セルロース繊維(C)が、上記したブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)によるセルロース繊維(C)の分散作用と相俟って、繊維強化樹脂(Y)中で、樹脂成分とセルロース繊維(C)との密着性を、一層向上させ得ると推察される。
また、上記界面活性剤(D)または(E)の添加によってセルロース繊維(C)に滑り性が付与されることに起因して、混練されることによって、セルロース繊維(C)が損傷することなく、熱可塑性樹脂(X2)に均一に分散することができ、これによって、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を十分に発現させることができる。
例えば、上記のように、セルロース繊維(C)に十分な滑り性を付与し得る点を考慮すれば、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)の添加量は、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)の固形分100質量部に対して0.1質量部以上が好ましく、0.3質量部以上がより好ましい。
一方、得られる繊維強化樹脂(Y)の曲げ強度および曲げ弾性率といった強度に悪影響が及ぼされることを抑制し得る点を考慮すれば、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)の添加量は、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)の固形分100質量部に対して30質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましい。
このように、前記樹脂補強用混合物(X1)は、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)と、水(F)とを含有していてもよい。
このように、水(F)を含有していることによって、繊維強化樹脂(Y)を作製する際、より十分にセルロース繊維を分散させ易くなる。
これにより、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、より十分に高めることができる。
すなわち、前記樹脂補強用混合物(X1)は、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)と、水(F)とが混合された後、乾燥されたものであってもよい。
このように、混合した後、乾燥されたものであることによって、繊維強化樹脂(Y)を作製する際、水(F)を除去する必要がないため、繊維強化樹脂(Y)が、より簡便に形成されたものとなる。
かかる平均粒子径は、後述する実施例に記載された方法で測定された値である。
かかる平均粒子径は、後述する実施例に記載された方法で測定された値である。
このとき、上記の通り、樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを、熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、繊維強化樹脂(Y)は、硬化体の強度が十分に高められ、且つ、簡易に形成されたものとなる。
例えば、樹脂補強用混合物(X1)がブロックイソシアネート化合物(A)を含有する場合には、樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを、ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、繊維強化樹脂(Y)は、硬化体の強度が十分に高められ、且つ、簡易に形成されたものとなる。
また、例えば、樹脂補強用混合物(X1)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを、ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合することによって、繊維強化樹脂(Y)は、硬化体の強度が十分に高められ、且つ、簡易に形成されたものとなる。
上記の通り、水(F)を含有していることによって、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)に、セルロース繊維(C)を、より十分に分散できる。
これにより、繊維強化樹脂(Y)の硬化体の強度を、より十分に高めることができる。
これによれば、繊維強化樹脂(Y)を作製するとき、水を除去する必要がないため、繊維強化樹脂(Y)が、より簡易に形成されたものとなる。
また、例えば、繊維強化樹脂混合物(X)がポリウレタン化合物(B)を含有する場合には、繊維強化樹脂(Y)は、繊維強化樹脂混合物(X)が、ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上で加熱し、且つ、混合されてなる態様を採用し得る。
ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、アニオン性界面活性剤(D)、または、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)と、熱可塑性樹脂(X2)とを含有する繊維強化樹脂混合物(X)を、前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱し、且つ、混合する工程(加熱混合工程)を備える。
この態様によれば、硬化体の強度が十分に高められた繊維強化樹脂(Y)を、より簡易に形成できる。
この態様によれば、硬化体の強度が十分に高められた繊維強化樹脂(Y)を、より簡易に形成できる。
このように、水(F)を含有していることによって、上記の通り、硬化体の強度がより十分に高められた繊維強化樹脂(Y)を、より簡易に形成できる。
ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基とポリオール化合物の水酸基の当量比は特に限定されないが、1:0.3〜1.2であることが好ましい。このとき、イソシアネート基に対して不活性な、有機溶剤にて任意の固形分に希釈されているほうが、撹拌効率などの観点から好ましい。
有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶剤、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素系溶剤、シクロヘキサン、イソホロンなどの脂環族炭化水素系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶剤、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコールエーテルエステル系溶剤、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテルなどのグリコールエーテル系溶剤等が使用される。
これらの反応は、20〜100℃、好ましくは30〜90℃の通常のブロック化反応条件に従って行うことができる。このとき、公知のウレタン化触媒を用いてもよい。
ブロックされたイソシアネート基量は、上記強度の観点から、0.1mmol/g〜5mmol/gが好ましく、特に0.3mmol/g〜4.7mmol/gが好ましい。
また、ブロックイソシアネート化合物(A)の水分散体を得るためには、ブロックイソシアネート化合物(A)を製造した後、例えば、さらに必要に応じて界面活性剤とともに水を加え、その後、脱溶剤を行なえばよい。
これらポリオール化合物及びポリイソシアネート化合物は、イソシアネート基、水酸基、アミノ基に対して不活性な、有機溶剤にて任意の固形分に希釈されているほうが、撹拌効率などの観点から好ましい。
有機溶媒としては、前述した、ブロックイソシアネート化合物(A)の製造方法で用いられる有機溶媒が使用される。
これらの反応は、20〜100℃、好ましくは30〜90℃の通常のウレタン生成反応条件に従って行うことができる。このとき、公知のウレタン化触媒を用いてもよい。
また、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)と、水(F)とを公知の方法で混合する方法を採用し得る。
なお、水(F)は、前述したようにブロックイソシアネート化合物(A)水分散体またはポリウレタン化合物(B)水分散体として添加しても良いし、これとは別途、添加しても良い。
これらの配合量は、前述したように、調整すればよい。
また、樹脂補強用混合物(X1)と熱可塑性樹脂(X2)の他、前述したように、任意の添加剤を配合してもよい。
また、溶融混練する際には、この分野で通常使用される装置を使用することができる。
また、溶融混練する際には、この分野で通常使用される装置を使用することができる。
このように、ブロックイソシアネート化合物(A)の水分散体またはポリウレタン化合物(B)の水分散体を用いることによって、前述したように、セルロース繊維(C)を十分に分散させる分散媒として水(F)が作用し、これにより、熱可塑性樹脂(X2)中にセルロース繊維(C)をより均一に分散することができる。
また、溶融混練する際に、さらに水(F)と相溶性のある有機溶媒を加えても良い。かかる溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)等のケトン系溶媒;テトラヒドロフラン(THF)、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等のエーテル類のジメチル、ジエチル化物等のエーテル系溶媒等が挙げられる。
なお、繊維強化樹脂混合物(X)が水(F)を含有している場合には、成型に先立って、予め、繊維強化樹脂混合物(X)を乾燥することが好ましい。
このように乾燥することによって、得られる繊維強化樹脂(Y)中のセルロース繊維(C)の均一分散性が向上し、繊維強化樹脂(Y)が、強度等の物性に一層優れたものとなる。
また、例えば、ブロックイソシアネート化合物(A)及びポリウレタン化合物(B)を含有していない繊維強化樹脂と比較して、曲げ強度が3%以上向上していることが好ましく、5%以上向上していることがより好ましい。
なお、かかる曲げ強度は、後述する実施例に記載の方法で測定された値である。
また、例えば、ブロックイソシアネート化合物(A)を含有していない繊維強化樹脂と比較して、曲げ弾性率が3%以上向上していることが好ましく、5%以上向上していることがより好ましい。
なお、かかる曲げ弾性率は、後述する実施例に記載の方法で測定された値である。
(合成例1:ブロックイソシアネート化合物A−1)
撹拌機、還流冷却管、温度計および窒素吹き込み管を備えた4つ口フラスコに、表1に示すように、下記の原料を加え、75℃で1時間反応させ、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーのメチルエチルケトン溶液を得た。メチルエチルケトン溶液を40℃まで冷却し、メチルエチルケトンオキシム200質量部をブロック剤として反応させた後、アミノエチルスルホン酸ナトリウムの40%水溶液を325質量部加えて、不揮発分に対する遊離のイソシアネート基に親水性基を導入した。その後ホモジナイザーで撹拌しながら水2700質量部を徐々に加えて乳化分散させた。これを減圧下、50℃で脱溶剤を行い、ブロックイソシアネート化合物(A−1)を30質量%含有する水分散体を得た。
<使用原料>
・ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物(ポリエーテルポリオール)
商品名「ニューポールBP−3P」(三洋化成社製、Mw=約400) 130質量部
・ポリメリックMDI
商品名「PAPI−27」(ダウ・ケミカル日本社製、イソシアネート基含有量32質量%) 540質量部
・メチルエチルケトン 300質量部
原料として、表1に示すように、下記を使用した。ブロック剤としてo−sec−ブチルフェノールを300質量部使用したこと、アミノエチルスルホン酸ナトリウムの40%水溶液の添加量を275質量部としたこと以外は全て、上記ブロックイソシアネート化合物(A−1)と同様の方法で行い、ブロックイソシアネート化合物(A−2)を30質量%含有する水分散体を得た。
<使用原料>
・ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物(ポリエーテルポリオール)
商品名「ニューポールBPE−40」(三洋化成社製、Mw=約400) 110質量部
・ポリメリックMDI
商品名「PAPI−27」(ダウ・ケミカル日本社製、イソシアネート基含有量32質量%) 480質量部
・メチルエチルケトン 300質量部
原料として、表1に示すように、下記を使用した。ブロック剤として重亜硫酸ナトリウムの10%水溶液を1200質量部使用したこと、溶媒として酢酸エチルを300質量部使用したこと以外は全て、上記ブロックイソシアネート化合物(A−1)と同様の方法で行い、ブロックイソシアネート化合物(A−3)を30質量%含有する水性分散体を得た。
<使用原料>
・ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物(ポリエーテルポリオール)
商品名「ニューポールBP−3P」(三洋化成社製、Mw=約400) 545質量部
・ヘキサメチレンジイソシアネート
商品名「デュラネート50M」(旭化成ケミカルズ製、イソシアネート基含有量50質量%) 335質量部
・酢酸エチル 300質量部
(合成例4:ポリウレタン化合物B−1)
撹拌機、還流冷却管、温度計および窒素吹き込み管を備えた4つ口フラスコに、表1に示すように、下記の原料を加え、75℃で1時間反応させ、ポリウレタンのメチルエチルケトン溶液を得た。メチルエチルケトン溶液を40℃まで冷却し、水酸化ナトリウムの10%水溶液を100質量部加えて、ポリウレタン中のジメチロールプロピオン酸を中和した。その後ホモジナイザーで撹拌しながら水2700質量部を徐々に加えて乳化分散させた。これを減圧下、50℃で脱溶剤を行い、ポリウレタン化合物(B−1)を30質量%含有する水分散体を得た。
<使用原料>
・3−メチル−1,5−ペンタンジオール、アジピン酸、及びイソフタル酸からなるポリエステルポリオール
商品名「クラポールP−2012」(クラレ社製、Mw=約2000) 820質量部
・モノメリックMDI
商品名「ミリオネートMT、イソシアネート基含有量32質量%」(東ソー社製) 140質量部
・ジメチロールプロピオン酸 40質量部
・メチルエチルケトン 1000質量部
表2に示す組成(使用原料と配合部)に従って、セルロース繊維(C)(針葉樹クラフトパルプ)に、ブロックイソシアネート化合物(A)と、水(F)とを添加し、さらに熱可塑性樹脂(X2−1)(PPパウダー)と熱可塑性樹脂(X2−2)(マレイン酸変性PP(MAPP))とを添加して、自動公転ミキサー(シンキー社製、商品名:泡取り練太郎)を用いて混合した。得られた混合物を、80℃で6時間乾燥させて、製造例1の繊維強化樹脂混合物(X)を得た。
得られた繊維強化樹脂混合物(X)に、さらに熱可塑性樹脂(X2−3)(PPペレット、融点 167℃)を混合し、二軸押出機(テクノベル社製、商品名:KZW15−60MG)によって溶融混練して、ペレット状の成型体を得た。二軸押出機のシリンダー温度を、上流側から140℃、150℃、160℃、170℃、170℃、170℃、170℃、170℃に設定した。
得られた成型体を、射出成型機(日精樹脂工業、NPX7)に投入し、厚さ4mm、幅10mm、長さ80mmの平板型の金型に注入し、製造例1の樹脂成型体(試験片)を得た(成型温度180℃〜185℃、金型温度30℃)。
また、表2に示す組成に従って、ブロックイソシアネート化合物(A)の種類を変更し、また、ブロックイソシアネート化合物(A)に代えてポリウレタン化合物(B)を用いること以外は製造例1と同様にして、製造例2〜4の繊維強化樹脂混合物(X)及び繊維強化樹脂(Y)の成型体(試験片)を得た。
結果を表2に示す。
表2、3に示す組成(使用原料と配合部)に従って、セルロース繊維(C)(針葉樹クラフトパルプ)に、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、水(F)と、さらに、アニオン性界面活性剤(D)またはシリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)とを添加したこと以外は製造例1〜4と同様にして、製造例5〜14の繊維強化樹脂混合物(X)及び繊維強化樹脂(Y)の成形体(試験片)を作製した。
結果を表2、表3に示す。
表3に示す組成(使用原料と配合部)に従って、アニオン性界面活性剤(D)も、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)も用いず、代わりに、高級アルコール系のノニオン性界面活性剤(G)を用いたこと以外は製造例5〜14と同様にして、製造例15、16の繊維強化樹脂混合物及び繊維強化樹脂の成型体(試験片)を得た。
結果を表3に示す。
表3に示す組成(使用原料と配合部)に従って、ブロックイソシアネート化合物(A)もポリウレタン化合物(B)も用いず、且つ、上記界面活性剤(D)、(E)、(G)も用いないこと以外は製造例1〜4と同様にして、製造例17の繊維強化樹脂混合物及び繊維強化樹脂の成型体(試験片)を得た。
また、表3に示す組成(使用原料と配合部)に従って、ブロックイソシアネート化合物(A)もポリウレタン化合物(B)も用いず、一方、上記界面活性剤(E)を用いること以外は製造例5〜14と同様にして、製造例18の繊維強化樹脂の成型体(試験片)を得た。
結果を表3に示す。
親水性基の含有量(mmol/g)を、ブロックイソシアネート化合物またはポリウレタン化合物の全質量に対する親水性基化合物のモル(仕込み量)の比として、下記計算式を用いて計算した。
親水性基含有量(mmol/g)={(親水性基化合物の仕込み量(g)/親水性基化合物の分子量)/ブロックイソシアネート化合物またはポリウレタン化合物の全質量(g)}×1000
なお、本実施例では、アミノエチルスルホン酸ナトリウム、ジメチロールプロピオン酸、重亜硫酸ナトリウムが、親水性基化合物に相当する。
ブロック基の含有量(mmol/g)を、ブロックイソシアネート化合物の全質量に対するブロック剤のモル(仕込み量)の比として、下記計算式を用いて計算した。
ブロック基含有量(mmol/g)={(ブロック剤の仕込み量(g)/ブロック剤の分子量)/ブロックイソシアネート化合物(A)の全質量(g)}×1000
なお、本実施例では、メチルエチルケトンオキシム、o−sec−ブチルフェノール、重亜硫酸ナトリウムが、ブロック化剤に相当する。
また、化合物A−3を用いる製造例3、9では、重亜硫酸ナトリウムが、親水性基化合物とブロック化剤との双方に相当する。
芳香族環式構造の含有量(質量%)を、ブロックイソシアネート化合物またはポリウレタン化合物の全質量(g)に対する、これら化合物の製造に用いた原料中の芳香族環式構造(ベンゼン環:分子量78)の全質量(g)の比として、計算した。
本実施例では、具体的には、芳香族環式構造の含有量(質量%)を、ブロックイソシアネート化合物またはポリウレタン化合物の全質量に対する、ポリイソシアネート化合物中の芳香族環式構造(フェニル基)の質量と、ポリオール化合物中の芳香族環式構造の質量と、ブロック剤中の芳香族環式構造の質量との合計の比として、下記計算式を用いて計算した。なお、ポリウレタン化合物中のブロック剤の質量は0gとして計算した。
芳香族含有量(質量%)={(ポリイソシアネート化合物中の芳香族環式構造の質量(g)+ポリオール中の芳香族環式構造の質量(g)+ブロック剤中の芳香族環式構造の質量(g))/ブロックイソシアネート化合物の全質量(g)}×100
具体的には、例えばブロックイソシアネート化合物A−1では、ブロック剤が芳香族環式構造を有しないため、ポリイソシアネート化合物中の芳香族環式構造の質量(g)と、ポリオール化合物中の芳香族環式構造の質量(g)とを、下記のようにして計算した。
ポリイソシアネート化合物中の芳香族環式構造の質量(g)については、PAPI−27は、イソシアネート基を32質量%有し、また、PAPI−27においては、イソシアネート基のモル数と、ベンゼン環のモル数とは約等量であるため、下記式を用いて計算した。なお、フェニル基の分子量としてベンゼンの分子量(78)を用いた。また、ナフチル基の分子量としてナフタレンの分子量(128)を採用し得る。
イソシアネート化合物中の芳香族環式構造の質量(g)=(イソシアネート基のモル数)×(フェニル基としてのベンゼンの分子量78)=〔{イソシアネート化合物の仕込み量540(g)×(32(質量%)/100)}/42〕×78=320.9(g)
また、ポリオール化合物中の芳香族環式構造の質量(g)は、例えば、ニューポールBP−3Pは、芳香族環式構造を38質量%有するため、下記式を用いて計算した。
ポリオール化合物中の芳香族環式構造の質量=(ポリオール化合物の仕込み量(g))×(38(質量%)/100)=130×0.38=49.4(g)
よって、上記より、ブロックイソシアネート化合物A−1中の芳香族環式構造の含有量(質量%)は、{(320.9g+49.4g)/1000}×100=37.0%と計算される。
なお、ブロック剤が、芳香族環式構造を有する場合には、芳香族環式構造の質量(g)を、下記式を用いて計算したうえで、その結果を上記式に代入すればよい。
ブロック剤中の芳香族環式構造の質量(g)=ブロック剤の仕込み量(g)×(ブロック剤中の芳香族環式構造の比(質量%)/100)
得られた試験片を用いて、下記方法により、評価を行った。
オートグラフ万能試験機(島津製作所製、ロードセル100kg)を用いて、試験速度10mm/min、支点間距離64mmで、JIS K 7017(繊維強化プラスチック−曲げ特性の求め方)に準じて、測定した。
得られた水分散体におけるブロックイソシアネート化合物及びポリウレタン化合物の平均粒子径については、ナノトラック粒度分布測定装置UPA−EX150(日機装社製)を用いて測定した。
表1〜3より、ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、アニオン性界面活性剤(D)、または、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)とを含有する製造例5〜14は、界面活性剤(D)、(E)、(G)を含有しない製造例1〜4よりも、曲げ強度及び曲げ弾性率が高いことが分かった。
また、製造例5〜14は、高級アルコール系のノニオン性界面活性剤(G)を含有する製造例15、16よりも、曲げ強度及び曲げ弾性率が高いことが分かった。
さらに、製造例5〜14は、ブロックイソシアネート化合物(A)も、ポリウレタン化合物(B)も、上記界面活性剤(D)、(E)、(G)も含有しない製造例17(すなわち、セルロース繊維(C)のみを含有する試料)よりも、曲げ強度及び曲げ弾性率が高いことが分かった。
加えて、製造例5〜14は、上記界面活性剤(D)または界面活性剤(E)を含有するものの、ブロックイソシアネート化合物(A)もポリウレタン化合物(B)も含有しない製造例18よりも、曲げ強度及び曲げ弾性率が高いことが分かった。
Claims (10)
- ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、
セルロース繊維(C)と、
アニオン性界面活性剤(D)、または、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)とを含有する、樹脂補強用混合物(X1)。 - 前記ブロックイソシアネート化合物(A)または前記ポリウレタン化合物(B)が、親水性基を有する、請求項1に記載の樹脂補強用混合物(X1)。
- さらに水(F)を含有する、請求項1または2に記載の樹脂補強用混合物(X1)。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とを含有する、繊維強化樹脂混合物(X)。
- 請求項3に記載の樹脂補強用混合物(X1)と、熱可塑性樹脂(X2)とが混合されて、乾燥されてなる、繊維強化樹脂混合物(X)。
- 請求項4または5に記載の繊維強化樹脂混合物(X)が、前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱され、且つ、混合されてなる、繊維強化樹脂(Y)。
- ブロックイソシアネート化合物(A)またはポリウレタン化合物(B)と、セルロース繊維(C)と、アニオン性界面活性剤(D)、または、シリコーン系若しくはアセチレン系のノニオン性界面活性剤(E)と、熱可塑性樹脂(X2)とを含有する繊維強化樹脂混合物(X)を、前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱し、且つ、混合する工程を備えた、繊維強化樹脂(Y)の製造方法。
- 前記繊維強化樹脂混合物(X)が、前記ブロックイソシアネート化合物(A)を含有し、
前記繊維強化樹脂混合物(X)を、前記ブロックイソシアネート化合物(A)のブロック基が解離しつつ前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱し、且つ、混合する工程を備えた、請求項7に記載の繊維強化樹脂(Y)の製造方法。 - 前記繊維強化樹脂混合物(X)が、前記ポリウレタン化合物(B)を含有し、
前記繊維強化樹脂混合物(X)を、前記ポリウレタン化合物(B)同士が融着しつつ前記熱可塑性樹脂(X2)が溶融する温度以上に加熱し、且つ、混合する工程を備えた、請求項7に記載の繊維強化樹脂(Y)の製造方法。 - 前記繊維強化樹脂混合物(X)が、さらに水(F)を含有する、請求項7〜9のいずれかに記載の繊維強化樹脂(Y)の製造方法。
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