JP2018150414A - Hot-pressed molding of chemically modified lignocellulose and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hot pressed molding of chemically modified lignocellulose.SOLUTION: In the hot pressed molding of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose has the characteristics of (a) and (b). The characteristic (a)(a-1) some hydroxyl groups existing in lignocellulose is half-esterified by a carboxyl group containing acyl group, or (a-2) some hydroxyl groups existing in lignocellulose is etherified by a carboxyl alkyl group, and the characteristic (b)(b-1) the degree of substitution of hydrogen atoms of hydroxyl groups in the half-esterified lignocellulose is 0.01-0.4, or (b-2) the degree of substitution of hydrogen atoms of hydroxyl groups in the esterified lignocellulose is 0.01-0.4.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose and a method for producing the same.

本発明の化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体は、化学修飾リグノセルロース繊維を熱圧加工(熱圧成形)することで製造することができる。   The hot-press molded product of the chemically modified lignocellulose of the present invention can be produced by subjecting the chemically-modified lignocellulose fiber to hot-pressure processing (hot-press molding).

リグノセルロースは、樹木細胞壁を構成する複合炭化水素高分子(天然高分子混合物)である。リグノセルロースは、主に多糖類のセルロース、ヘミセルロース及び芳香族高分子であるリグニンから構成されていることが知られている。   Lignocellulose is a complex hydrocarbon polymer (natural polymer mixture) that constitutes the tree cell wall. It is known that lignocellulose is mainly composed of polysaccharides cellulose, hemicellulose and lignin which is an aromatic polymer.

参照例1
Review Article Conversion of Lignocellulosic Biomass to Nanocellulose:
Structure and Chemical Process H. V. Lee, S. B. A. Hamid, and S. K. Zain,
Scientific World Journal Volume 2014,、Article ID 631013, 20 pages,
http://dx.doi.org/10.1155/2014/631013
参照例2
New lignocellulose pretreatments using cellulose solvents:
A review, Noppadon Sathitsuksanoh, Anthe George and Y-H Percival Zhang,
J Chem Technol Biotechnol 2013; 88: 169-180
天然のリグノセルロースは、基本骨格であるセルロースミクロフィブリル束(セルロースナノファイバー:CNF)の間隙にリグニン、ヘミセルロースが充填された構造である。この構造は、CNFをフィラーとし、リグニン・ヘミセルロースをマトリックスとするナノコンポジットであると言える。
Reference example 1 :
Review Article Conversion of Lignocellulosic Biomass to Nanocellulose:
Structure and Chemical Process HV Lee, SBA Hamid, and SK Zain,
Scientific World Journal Volume 2014, Article ID 631013, 20 pages,
http://dx.doi.org/10.1155/2014/631013
Reference example 2 :
New lignocellulose pretreatments using cellulose solvents:
A review, Noppadon Sathitsuksanoh, Anthe George and YH Percival Zhang,
J Chem Technol Biotechnol 2013; 88: 169-180
Natural lignocellulose has a structure in which lignin and hemicellulose are filled in the gap between cellulose microfibril bundles (cellulose nanofibers: CNF), which is a basic skeleton. This structure can be said to be a nanocomposite using CNF as a filler and lignin / hemicellulose as a matrix.

これまでこのような木材のナノ構造を利用し、セルロースの結晶性を維持しながら、マトリックスの熱可塑性を利用したナノコンポジットの創製研究が行われてきた。   Until now, research on the creation of nanocomposites utilizing the thermoplasticity of the matrix while maintaining the crystallinity of cellulose using the nanostructure of wood has been carried out.

本発明者等の非特許文献1には、リグニン含量が28質量%のケミサーモメカニカルパルプ(Chemi- Thermo- Mechanical Pulp:CTMP)のスラリーを、グラインダーで処理して、繊維径が20nm〜1μmのミクロフィブリル化リグノセルロース繊維を調製し、次いで、これをろ過、乾燥、熱圧加工して、熱圧成形体を得たことが、記載されている。   In Non-Patent Document 1 of the present inventors, a slurry of Chemi-Thermo-Mechanical Pulp (CTMP) having a lignin content of 28 mass% is treated with a grinder, and the fiber diameter is 20 nm to 1 μm. It is described that microfibrillated lignocellulosic fibers were prepared and then filtered, dried and hot-pressed to obtain a hot-pressed product.

本発明者等の非特許文献2には、樹木細胞壁の構造を利用した熱可塑性ナノコンポジットの創製を目指して、漂白ケミサーモメカニカルパルプ(Bleached Chemi- Thermo- Mechanical Pulp:BCTMP)を、グラインダーにより、リグノセルロースナノファイバー(リグノCNF)を得て、次いで、このリグノCNFの表面への選択的化学修飾(n-オクタノイル化)したところ、熱可塑性が大きく向上したことが、記載されている。   In the non-patent document 2 of the present inventors, bleached chemi-thermo-mechanical pulp (BCTMP) is produced by a grinder with the aim of creating a thermoplastic nanocomposite using the structure of the tree cell wall. It is described that when lignocellulose nanofibers (ligno CNF) were obtained and then subjected to selective chemical modification (n-octanoylation) on the surface of this ligno CNF, the thermoplasticity was greatly improved.

本発明者等の特許文献1には、リグノセルロース中のリグニンを構成するフェニルプロパン単位のα位が部分的に化学修飾された化学修飾リグノセルロース(α位化学修飾リグノセルロース)、α位化学修飾リグノセルロースを構成するセルロース、ヘミセルロースの水酸基が更に部分的に化学修飾したリグノセルロース(リグノセルロース二重修飾体)が開示され、これら化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体も開示されている。   Patent Document 1 of the present inventors includes chemically modified lignocellulose (α-position chemically modified lignocellulose) in which the α-position of the phenylpropane unit constituting lignin in lignocellulose is partially chemically modified, and α-position chemical modification. Lignocellulose (lignocellulose double-modified) in which the hydroxyl groups of cellulose and hemicellulose constituting lignocellulose are further partially chemically modified is disclosed, and hot-pressed bodies of these chemically modified lignocellulose are also disclosed.

非特許文献1に開示された熱圧成形体では、パルプのフィブリル化工程、乾燥ミクロフィブリル化リグノセルロース繊維の製造工程、及び熱圧成形条件等、その製造方法に改良の余地がある。   In the hot-press molded body disclosed in Non-Patent Document 1, there is room for improvement in its manufacturing method such as pulp fibrillation step, dry microfibrillated lignocellulose fiber manufacturing step, and hot-pressure molding conditions.

また、非特許文献2に開示された熱圧成形体は、本発明者らの試験結果により強度の点において改良の余地があることが判った。   Moreover, it was found that the hot-press molded body disclosed in Non-Patent Document 2 has room for improvement in terms of strength from the test results of the present inventors.

また、特許文献1に開示の熱圧成形体では、リグノパルプ又はフィブリル化リグノパルプの化学修飾基、化学修飾方法及び熱圧成形体の強度特性に改良の余地がある。   Further, in the hot-press molded body disclosed in Patent Document 1, there is room for improvement in the chemical modification group, chemical modification method, and strength characteristics of the hot-press molded body of lignopulp or fibrillated lignopulp.

一方、セルロースやパルプの化学修飾については、ミクロフィブリル化セルロースと樹脂を含有する繊維強化樹脂複合体の製造において、セルロースの解繊性やセルロースと樹脂との親和性・混和性を向上させるために、種々の化学修飾されたセルロース、リグノセルロース繊維とそれらを製造する技術が研究されて公開されている。   On the other hand, regarding the chemical modification of cellulose and pulp, in order to improve the defibrating properties of cellulose and the affinity and miscibility between cellulose and resin in the production of fiber reinforced resin composites containing microfibrillated cellulose and resin. Various chemically modified cellulose and lignocellulose fibers and techniques for producing them have been studied and published.

本発明者等の特許文献2には、植物繊維をオクタノイルクロライド等のアルカノイルクロライドでエステル化、又は、アルキル、若しくはアルケニルコハク酸無水物でハーフエステル化した後にミクロフィブリル化して、化学修飾ミクロフィブリル化植物繊維を製造する方法、並びにこの方法で製造された化学修飾ミクロフィブリル化植物繊維が開示されている。   In Patent Document 2 of the present inventors, a plant fiber is esterified with alkanoyl chloride such as octanoyl chloride, or half-esterified with alkyl or alkenyl succinic anhydride and then microfibrillated to chemically modified microfibril. Disclosed is a method for producing modified plant fibers, as well as chemically modified microfibrillated plant fibers produced by this method.

本発明者等の特許文献3には、アルキル、若しくはアルケニルコハク酸無水物によって化学修飾されたミクロフィブリル化植物繊維を含む樹脂組成物が開示されている。   Patent Document 3 of the present inventors discloses a resin composition containing microfibrillated plant fibers chemically modified with alkyl or alkenyl succinic anhydride.

本発明者等の特許文献4には、植物繊維を膨潤可能な液体中でアルキル若しくはアルケニルコハク酸無水物で修飾し、当該化学修飾繊維からミクロフィブリル化植物繊維を含有する樹脂組成物を製造する方法が開示されている。   In Patent Document 4 of the present inventors, plant fibers are modified with an alkyl or alkenyl succinic anhydride in a swellable liquid, and a resin composition containing microfibrillated plant fibers is produced from the chemically modified fibers. A method is disclosed.

特許文献5には、セルロースの水酸基の一部を多塩基酸無水物でハーフエステル化し、カルボキシ基を導入し、このハーフエステル化セルロースを微細繊維化することにより、カルボキシ基が導入されたCNFを製造する方法が開示されている。   In Patent Document 5, a part of the hydroxyl group of cellulose is half-esterified with a polybasic acid anhydride, a carboxy group is introduced, and the half-esterified cellulose is made into fine fibers, whereby the CNF into which the carboxy group is introduced is obtained. A method of manufacturing is disclosed.

本発明者等の特許文献6には、CNFの水酸基の一部がカルボキシ基を有する置換基で修飾されたCNFと樹脂とを含む樹脂組成物、及び、その製造方法が開示されている。   Patent Document 6 of the present inventors discloses a resin composition containing CNF in which a part of hydroxyl groups of CNF is modified with a substituent having a carboxy group and a resin, and a method for producing the same.

特許文献7には、アシル基置換度が0.01〜0.5の、表面アシル化セルロース繊維或いは表面アシル化リグノセルロース、及びこれを含有するプラスチック用配合材料が開示されている。   Patent Document 7 discloses a surface acylated cellulose fiber or surface acylated lignocellulose having an acyl group substitution degree of 0.01 to 0.5, and a compounding material for plastics containing the same.

特許文献8には、カルボキシメチル基で修飾された微細なセルロース繊維が開示されている。   Patent Document 8 discloses fine cellulose fibers modified with a carboxymethyl group.

しかしながら、これら特許文献2〜8に記載の化学修飾植物繊維、化学修飾セルロース、化学修飾リグノセルロース及びこれらのフィブリル化繊維(ナノ化繊維)が、加熱下に圧縮すると可塑性を示すことや、これらの熱圧加工によって熱圧成形体が得られることは、特許文献2〜8には開示されていない。   However, these chemically modified plant fibers, chemically modified celluloses, chemically modified lignocelluloses and these fibrillated fibers (nanoized fibers) described in Patent Documents 2 to 8 exhibit plasticity when compressed under heating, Patent Documents 2 to 8 do not disclose that a hot-pressed product can be obtained by hot-pressing.

High-strength nanocomposite based on fibrillated chemi -thermomechanical pulp, Kentaro Abe, Fumiaki Nakatsubo, Hiroyuki Yano, Composites Science and Technology 69 (2009) 2434-2437High-strength nanocomposite based on fibrillated chemi -thermomechanical pulp, Kentaro Abe, Fumiaki Nakatsubo, Hiroyuki Yano, Composites Science and Technology 69 (2009) 2434-2437 樹木細胞壁ナノ構造を利用した熱可塑性ナノコンポジット の創製、渡邉勇太, 安藤大将, 阿部賢太郎, 中坪文明, 矢野浩之、 日本木材学会大会研究発表要旨集 Vol.64th Page.NO.Z14-01-1100,(2014.03.03)Creation of thermoplastic nanocomposites using cell wall nanostructures, Yuta Watanabe, Masato Ando, Kentaro Abe, Fumiaki Nakatsubo, Hiroyuki Yano, Abstracts of Annual Meeting of the Wood Society of Japan Vol.6414 Page.NO.Z14-01-1100 , (2014.03.03)

特開2016-169382号公報JP 2016-169382 A 特開2011-213754号公報(特許第5540176号)JP 2011-213754 A (Patent No. 5540176) 特開2012-214563号公報(特許第5757765号)JP 2012-214563 A (Patent No. 5757765) 再公表特許WO2013/133093(特許第5496435号)Re-published patent WO2013 / 133093 (Patent No. 5496435) 特開2009-293167号公報JP 2009-293167 A 特開2012-229350号公報(特許第5757779号)JP 2012-229350 A (Patent No. 5777779) 特開平9-221501号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-221501 特開平10-251301号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-251301

本発明者等は、製造が容易で、且つ、強度特性等の物性に優れる、化学修飾されたリグノセルロース(化学修飾リグノセルロースとも記す)の熱圧成形体を製造すべく、種々検討を行った。   The present inventors have made various studies in order to produce a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose (also referred to as chemically modified lignocellulose) that is easy to produce and excellent in physical properties such as strength properties. .

本発明の目的は、容易な方法で得られ、且つ、物性の優れる化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体とその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose which is obtained by an easy method and has excellent physical properties, and a method for producing the same.

上記の課題を解決するために、本発明者等は化学修飾すべきリグノセルロース繊維の繊維径、化学修飾基の種類、及び化学修飾リグノセルロース繊維の熱圧加工方法について種々研究を重ねた。   In order to solve the above problems, the present inventors have made various studies on the fiber diameter of lignocellulose fiber to be chemically modified, the type of chemical modification group, and the method of hot-pressing the chemically modified lignocellulose fiber.

その結果、特定の化学修飾基で修飾されたリグノセルロース繊維が、少ない修飾程度であっても熱可塑性を示すことを見出した。そして、このリグノセルロース繊維を熱圧加工することにより、軽量で高い強度特性と低い線熱膨張係数を有する熱圧成形体が容易に得られることを見出し、本発明を完成させた。   As a result, it was found that the lignocellulose fiber modified with a specific chemical modification group exhibits thermoplasticity even with a small modification degree. The present inventors have found that a hot-press molded body having a light weight and high strength characteristics and a low linear thermal expansion coefficient can be easily obtained by subjecting this lignocellulose fiber to hot-pressure processing, and completed the present invention.

熱圧成形とは、加熱と加圧工程を経ることで望む形状に成形することを言う。   Hot press molding means molding into a desired shape through heating and pressurizing steps.

本発明に係る熱圧成形体は、化学修飾リグノセルロースを加熱下、加圧条件下に保持することで得ることができる。熱圧加工条件は、通常100℃以上、1kPa以上である。温度が低過ぎる場合、又は圧力が低過ぎる場合、マトリックス成分が充分に可塑化せず望む形状が得られないとの不都合が生じることがある。   The hot-press molded body according to the present invention can be obtained by holding the chemically modified lignocellulose under pressure under heating. The hot pressing conditions are usually 100 ° C. or higher and 1 kPa or higher. If the temperature is too low, or if the pressure is too low, the matrix components may not be sufficiently plasticized and the desired shape may not be obtained.

本発明に係る熱圧成形体の密度は、通常、1.1〜1.5 g/cm3程度である。従来、公知の製紙工程における加熱工程は、高々120℃程度であり、加圧工程での圧力は不明ながら、得られる紙の密度が高々1.0 g/cm3程度である。そのため、公知の製紙工程では構成成分(植物繊維)の可塑化による密着は起きていないことが窺える。 The density of the hot-press molded body according to the present invention is usually about 1.1 to 1.5 g / cm 3 . Conventionally, the heating process in the known papermaking process is at most about 120 ° C., and the density of the obtained paper is at most about 1.0 g / cm 3 , although the pressure in the pressing process is unknown. Therefore, it can be seen that in the known papermaking process, adhesion due to plasticization of the constituent components (plant fibers) does not occur.

本発明は、熱圧成形体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hot-press molded body and a method for producing the same.

詳細には、後述する(a)及び(b)の特性を有する化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体、及びその製造方法に関する。   In detail, it is related with the hot-press-molding body of the chemically modified lignocellulose which has the characteristic of (a) and (b) mentioned later, and its manufacturing method.

用語の定義
本明細書において、以下の用語は、夫々次の意味を有する。
Definition of Terms In this specification, the following terms have the following meanings.

・リグノセルロース(又はLC):リグニン含有量の多少にかかわらず植物中に存在するリグニンとセルロースが結合した物質、又は/及び、リグニンとセルロースとの混合物を意味する。   Lignocellulose (or LC): means a substance in which lignin and cellulose are present in plants regardless of the lignin content, or / and a mixture of lignin and cellulose.

・パルプ:木材、竹、稲わら等の植物中に含まれる植物繊維を分離したものであって、セルロース又は/及びリグノセルロースを含むものを意味する。   Pulp: A product obtained by separating plant fibers contained in plants such as wood, bamboo, and rice straw, and containing cellulose or / and lignocellulose.

・リグノパルプ(又はLP):リグノセルロースを含むパルプを意味する。   Ligno pulp (or LP): means pulp containing lignocellulose.

項1.
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースが、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
Item 1.
A hot-pressed product of chemically modified lignocellulose,
The above-mentioned chemically modified lignocellulose has the properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
又は、
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること、
又は、
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Or
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) the degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.01 to 0.4,
Or
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.4.

項2.
前記項1に記載の熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースが、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体:
特性(a)
(a-1)前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
Item 2.
The hot-press molded body according to item 1, wherein
The above-mentioned chemically modified lignocellulose has the properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in the lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.1〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) The degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.1 to 0.4.

項3.
前記項1に記載の熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースが、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体:
特性(a)
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.3であること。
Item 3.
The hot-press molded body according to item 1, wherein
The above-mentioned chemically modified lignocellulose has the properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.3.

項4.
前記項1〜3のいずれかに記載の熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースのリグニン成分含有量が、2〜40質量%である、
熱圧成形体。
Item 4.
The hot-press molded body according to any one of Items 1 to 3,
The lignin component content of the chemically modified lignocellulose is 2 to 40% by mass,
Hot-pressed body.

項5.
前記項1〜4のいずれかに記載の熱圧成形体であって、更に熱可塑性樹脂を含有する、熱圧成形体。
Item 5.
5. The hot-pressure molded body according to any one of items 1 to 4, further comprising a thermoplastic resin.

項6.
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法であって、
化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を加熱下に圧縮する工程を含み、
前記化学修飾リグノセルロース繊維が、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体の製造方法:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
Item 6.
A method for producing a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose,
Comprising a step of compressing a fiber assembly composed of chemically modified lignocellulose fibers under heating,
The method for producing a hot-pressed product, wherein the chemically modified lignocellulosic fiber has the characteristics (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
又は、
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること、
又は、
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Or
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) the degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.01 to 0.4,
Or
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.4.

項7.
前記項6に記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維が、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体の製造方法:
特性(a)
(a-1)前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
Item 7.
The method for producing a hot-pressed article according to Item 6,
The method for producing a hot-pressed product, wherein the chemically modified lignocellulosic fiber has the characteristics (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in the lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.1〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) The degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.1 to 0.4.

項8.
前記項6に記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維が、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体の製造方法:
特性(a)
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.3であること。
Item 8.
The method for producing a hot-pressed article according to Item 6,
The method for producing a hot-pressed product, wherein the chemically modified lignocellulosic fiber has the characteristics (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.3.

項9.
前記項6〜8のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維の平均繊維径が、20nm〜50μmである、
熱圧成形体の製造方法。
Item 9.
The method for producing a hot-pressed body according to any one of Items 6 to 8,
The average fiber diameter of the chemically modified lignocellulose fiber is 20 nm to 50 μm,
A method for producing a hot-pressed product.

項10.
前記項6〜9のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維のリグニン成分含有量が、2〜40質量%である、
熱圧成形体の製造方法。
Item 10.
The method for producing a hot-press molded body according to any one of Items 6 to 9,
The lignin component content of the chemically modified lignocellulose fiber is 2 to 40% by mass,
A method for producing a hot-pressed product.

項11.
前記項6〜10のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱する温度が160〜240℃であり、圧縮する圧力が30〜100 MPaである、熱圧成形体の製造方法。
Item 11.
The method for producing a hot-pressed body according to any one of Items 6 to 10,
A method for producing a hot-pressed product, wherein a temperature at which the fiber assembly composed of the chemically modified lignocellulose fiber is heated is 160 to 240 ° C, and a pressure at which the fiber assembly is compressed is 30 to 100 MPa.

項12.
前記請求項6〜11のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体として、更に熱可塑性樹脂を含む繊維集合体を使用する、熱圧成形体の製造方法。
Item 12.
A method for producing a hot-press molded body according to any one of claims 6 to 11,
A method for producing a hot-pressed product, wherein a fiber assembly further comprising a thermoplastic resin is used as a fiber assembly composed of chemically modified lignocellulose fibers.

項13.
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法であって、
下記第1工程及び第2工程を含む、熱圧成形体の製造方法:
(1)第1工程
(a-1)リグノセルロース繊維に、下式(3):

Figure 2018150414
Item 13.
A method for producing a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose,
A method for producing a hot-pressed product, comprising the following first step and second step:
(1) First step :
(A-1) In lignocellulose fiber, the following formula (3):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表されるコハク酸無水物又はその誘導体を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、下式(1):

Figure 2018150414
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
A part of the hydroxyl group present in the lignocellulose is reacted with a succinic anhydride or a derivative thereof represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化することにより、
前記ハーフエステル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、化学修飾リグノセルロース繊維を製造する工程、
又は、
(a-2)リグノセルロース繊維に、下式(4):
X-(CH2n-COOH ・・・・(4)
(式中nは、1〜3の整数を示す。Xは、Cl、Br及びIからなる群から選ばれるハロゲン原子を示す。)
で表されるハロゲノアルキルカルボン酸を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化することにより、
前記エーテル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、化学修飾リグノセルロース繊維を製造する工程、
(2)第2工程
前記第1工程で得られた化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱下に圧縮する工程。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
By half-esterification with a carboxy group-containing acyl group represented by
The step of producing a chemically modified lignocellulose fiber by setting the substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the lignocellulose to be half-esterified to 0.01 to 0.4,
Or
(A-2) In lignocellulose fiber, the following formula (4):
X- (CH 2 ) n -COOH (4)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3. X represents a halogen atom selected from the group consisting of Cl, Br and I.)
Is reacted with a halogenoalkyl carboxylic acid represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
By etherification with a carboxyalkyl group represented by
The step of producing chemically modified lignocellulose fibers by setting the degree of substitution of hydrogen atoms of hydroxyl groups in the lignocellulose to be etherified to 0.01 to 0.4,
(2) Second step :
A step of compressing the fiber assembly made of the chemically modified lignocellulose fiber obtained in the first step under heating.

項14.
前記項13に記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱する温度が160〜240℃であり、圧縮する圧力が30〜100 MPaである、熱圧成形体の製造方法。
Item 14.
The method for producing a hot-pressed article according to Item 13,
A method for producing a hot-pressed product, wherein a temperature at which the fiber assembly composed of the chemically modified lignocellulose fiber is heated is 160 to 240 ° C, and a pressure at which the fiber assembly is compressed is 30 to 100 MPa.

本発明の熱圧成形体は、その構造が、(i)原料の化学修飾リグノセルロース繊維に含まれているリグニン、化学修飾されたリグニン、ヘミセルロース、及び化学修飾されたヘミセルロースをマトリックスとし、(ii)セルロースナノファイバー(CNF)及び化学修飾されたセルロースをフィラーとする、ナノコンポジットともいえる。   The hot-press molded body of the present invention has a structure in which (i) lignin, chemically modified lignin, hemicellulose, and chemically modified hemicellulose contained in the chemically modified lignocellulosic fiber as a matrix are (ii) It can also be said to be a nanocomposite using cellulose nanofiber (CNF) and chemically modified cellulose as a filler.

従って、本発明の熱圧成形体は、植物繊維と同様に、軽量であり、高い強度を有し、低い線熱膨張係数を有する。   Therefore, the hot-press molded body of the present invention is lightweight, has high strength, and has a low coefficient of linear thermal expansion, like plant fibers.

本発明の熱圧成形体は、繊維強化プラスチックの利用分野に加えて、軽量で機械強度(例えば、高い引張り強度と弾性率)が必要な、輸送機(例えば、自動車、船舶、航空機)の内装及び外装材、並びに電化製品等の筺体として、好ましく使用することができる。   The hot-press molded body of the present invention is an interior of a transport aircraft (for example, an automobile, a ship, an aircraft) that is lightweight and requires mechanical strength (for example, high tensile strength and elastic modulus) in addition to the field of application of fiber-reinforced plastic. In addition, it can be preferably used as a casing for an exterior material and an electrical appliance.

本発明の熱圧成形体は、金属類に比べて軽量であるので、例えば、輸送機に使用した場合、その燃費の節減に有効である。本発明の熱圧成形体は、その結果、排ガスは低減されて、環境の保全にも有用である。   Since the hot-press molded body of the present invention is lighter than metals, for example, when used in a transport aircraft, it is effective in reducing fuel consumption. As a result, the hot-press molded body of the present invention has a reduced exhaust gas and is useful for environmental preservation.

本発明の熱圧成形体は、化学修飾リグノセルロース繊維集合体を、加熱下に圧縮するという簡単な操作で容易に製造することができる。本発明の熱圧成形体は、それ故に、従来の材料(炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂、又は金属成形体)に比べて、省エネルギーで製造することができるという利点も有する。   The hot-press molded body of the present invention can be easily produced by a simple operation of compressing a chemically modified lignocellulose fiber aggregate under heating. Therefore, the hot-press molded body of the present invention has an advantage that it can be manufactured with energy saving as compared with conventional materials (carbon fiber reinforced resin, glass fiber reinforced resin, or metal molded body).

(1)化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体
熱圧成形体(発明1)
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体では、前記化学修飾リグノセルロースが下記(a)及び(b)の特性を有する:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
(1) Hot-pressed product of chemically modified lignocellulose
Hot-pressed body (Invention 1)
In the hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose has the following properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
又は、
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること、
又は、
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Or
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) the degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.01 to 0.4,
Or
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.4.

本発明の熱圧成形体は、言い換えると、下記態様(1)又は(2)を含む。   In other words, the hot-press molded body of the present invention includes the following embodiment (1) or (2).

態様(1)
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体では、前記化学修飾リグノセルロースが下記(a)及び(b)の特性を有する:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
Aspect (1)
In the hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose has the following properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) The hydrogen atom substitution degree of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.01 to 0.4.

前記置換度は、0.1〜0.4であることが好ましい。   The degree of substitution is preferably 0.1 to 0.4.

態様(2)
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体では、前記化学修飾リグノセルロースが下記(a)及び(b)の特性を有する:
特性(a)
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
Aspect (2)
In the hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose has the following properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.4.

前記置換度は、0.01〜0.3であることが好ましい。   The degree of substitution is preferably 0.01 to 0.3.

化学修飾リグノセルロース繊維の原料(発明9)
熱圧成形体の製造に使用される、化学修飾リグノセルロース繊維の製造方法について説明する。
Raw material for chemically modified lignocellulose fibers (Invention 9)
The manufacturing method of the chemically modified lignocellulose fiber used for manufacture of a hot-pressing molded object is demonstrated.

化学修飾リグノセルロース繊維の原料として、リグノパルプを使用することができる。   Ligno pulp can be used as a raw material for chemically modified lignocellulose fibers.

リグノパルプとしては、シトカスプルース、松、スギ、ヒノキ、ユーカリ、アカシア等の針葉樹又は広葉由来の木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、バガス、藁、ビート絞りかす等に含まれる植物性原料由来の原料を機械パルプ化法、化学パルプ化法又は機械パルプ化法と化学パルプ化法との組み合わせにより処理して得られるリグノパルプを使用することができる。このようなパルプとしては、リグニンを含有する、各種クラフトパルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹酸素晒し未漂白クラフトパルプ(NOKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)が好ましい。また、砕木パルプ(GP)、リファイナーGP(RGP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)等の機械パルプ(MP)はリグニンを含有するので好ましい。   For lignopulp, raw materials derived from plant materials contained in softwood or broadleaf derived wood such as Sitka spruce, pine, cedar, cypress, eucalyptus, acacia, bamboo, hemp, jute, kenaf, bagasse, firewood, beet pomace Lignopulp obtained by treating with a mechanical pulping method, chemical pulping method or a combination of mechanical pulping method and chemical pulping method can be used. As such pulp, various kraft pulps (softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood oxygen bleached unbleached kraft pulp (NOKP), and softwood bleached kraft pulp (NBKP) containing lignin are preferable. Mechanical pulp (MP) such as (GP), refiner GP (RGP), thermomechanical pulp (TMP), and chemithermomechanical pulp (CTMP) contains lignin and is preferable.

植物性原料由来のリグノパルプはリグノセルロースを含んでおり、主にセルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成される。   Lignopulp derived from plant raw materials contains lignocellulose and is mainly composed of cellulose, hemicellulose, and lignin.

本発明では、リグニンが完全には除去されずにリグニンを少量でも含有するパルプを、リグノパルプとして使用できる。従って、上記の各種パルプ化法で処理して得られるパルプも検出し得るリグニンを含むパルプは、本明細書ではリグノパルプと称する。脱墨古紙、段ボール古紙、雑誌、コピー用紙等の古紙由来のパルプもリグノパルプを含んだものはリグノパルプとして本発明に用いることもできる。   In the present invention, a pulp containing a small amount of lignin without completely removing lignin can be used as the lignopulp. Therefore, a pulp containing lignin that can also detect pulp obtained by the above-described various pulping methods is referred to as lignopulp in this specification. Pulp derived from waste paper such as deinked waste paper, corrugated waste paper, magazines, copy paper, etc. can also be used in the present invention as ligno pulp.

含有されるリグニン量は、クラーソン法で定量することができる。本発明では、リグニンを2〜40質量%程度含むリグノパルプを使用することが好ましい。含有されるリグニン量が、更に好ましくは2〜35質量%程度、特に好ましく2〜30質量%程度のリグノパルプを使用することが好ましい。   The amount of lignin contained can be quantified by the Klarson method. In the present invention, it is preferable to use lignopulp containing about 2 to 40% by mass of lignin. It is preferable to use lignopulp with the amount of lignin contained more preferably about 2 to 35% by mass, particularly preferably about 2 to 30% by mass.

リグノパルプは、それに含まれるリグニン、ヘミセルロースが本発明の熱圧成形体のマトリックスとして機能することに加え、その原料からの収率が大きいこと、工程数が少ないこと及びその製造に要する化学薬剤が少ないことから、本発明に有利に使用することができる。   In lignopulp, lignin and hemicellulose contained therein function as a matrix of the hot-press molded product of the present invention, and the yield from the raw material is large, the number of steps is small, and the chemical agent required for the production is small. Therefore, it can be advantageously used in the present invention.

本発明の熱圧成形体は、化学修飾リグノセルロース繊維を熱圧加工処理して製造されるが、この化学修飾リグノセルロース繊維は、リグノパルプを解繊して得たリグノセルロース繊維を化学修飾することによって製造することができる。   The hot-press molded body of the present invention is manufactured by subjecting chemically modified lignocellulose fiber to hot-pressure processing. This chemically modified lignocellulose fiber is obtained by chemically modifying lignocellulose fiber obtained by defibrating lignopulp. Can be manufactured by.

化学修飾リグノセルロース繊維の平均繊維径は、20nm〜50μm程度であることが好ましい。   The average fiber diameter of the chemically modified lignocellulose fiber is preferably about 20 nm to 50 μm.

繊維径が小さ過ぎる場合、繊維の溶媒の保持性が高くなり過ぎ、溶媒の除去が困難になるといった不都合が生じる可能性がある。また繊維径が大き過ぎる場合、熱圧成形時に繊維同士の密着が不十分となり、優れた強度が発現しない可能性がある。これの理由から、化学修飾リグノセルロース繊維の平均繊維径は、更に好ましくは、500nm〜30μm程度である。   If the fiber diameter is too small, there is a possibility that the retention of the fiber solvent becomes too high and it is difficult to remove the solvent. Moreover, when a fiber diameter is too large, the close_contact | adherence of fibers becomes inadequate at the time of hot-pressure molding, and there exists a possibility that the outstanding intensity | strength may not be expressed. For this reason, the average fiber diameter of the chemically modified lignocellulose fiber is more preferably about 500 nm to 30 μm.

リグノセルロース繊維のハーフエステル(態様(1))
前記態様(1)で記した通り、化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体では、その原料の前記化学修飾リグノセルロース繊維は、リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、前記式(1)で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されている。
Lignocellulose fiber half ester (Aspect (1))
As described in the aspect (1), in the hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose fiber of the raw material has a part of the hydroxyl group present in the lignocellulose represented by the formula (1). It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group.

これを「本件ハーフエステル化リグノセルロース繊維」とも記す。   This is also referred to as “this half-esterified lignocellulose fiber”.

本件ハーフエステル化リグノセルロース繊維は、リグノセルロース繊維に、下式(3):

Figure 2018150414
This half-esterified lignocellulose fiber is converted to lignocellulose fiber by the following formula (3):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表されるコハク酸無水物又はその誘導体〔以下、これら酸無水物を「式(3)の酸無水物」ということもある。〕を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、前記式(1)で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化することにより、前記ハーフエステル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、製造することができる。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
Or a derivative thereof [hereinafter, these acid anhydrides are sometimes referred to as “acid anhydride of formula (3)”. In the lignocellulose to be half-esterified, a part of the hydroxyl groups present in the lignocellulose is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by the formula (1). It can manufacture by making the substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group of 0.01-0.4.

式(3)の酸無水物によるリグノセルロース繊維の化学修飾は、有機溶媒に分散させたリグノセルロース繊維に式(3)の酸無水物を塩基の存在下に加熱して反応させ、リグノセルロース中に存在する水酸基の一部をハーフエステル化する。   Chemical modification of lignocellulosic fiber with acid anhydride of formula (3) involves reacting lignocellulose fiber dispersed in an organic solvent by heating the acid anhydride of formula (3) in the presence of a base, A part of the hydroxyl group present in is half-esterified.

ここで、ハーフエステルとは、式(3)の酸無水物に存在する2つのカルボニル基のうちの1つがリグノセルロース中の水酸基とエステル結合を形成し、もう1つのカルボニル基はヒドロキシカルボニル基となった状態のエステルをいう。   Here, half ester means that one of two carbonyl groups present in the acid anhydride of formula (3) forms an ester bond with a hydroxyl group in lignocellulose, and the other carbonyl group is a hydroxycarbonyl group. It means the ester in the state.

式(3)の酸無水物に属するアルケニルコハク酸無水物には、炭素数4〜20のオレフィン由来の骨格と無水マレイン酸骨格を持つ化合物が例示される。   Examples of the alkenyl succinic anhydride belonging to the acid anhydride of the formula (3) include compounds having a skeleton derived from an olefin having 4 to 20 carbon atoms and a maleic anhydride skeleton.

これら化合物として、ペンテニルコハク酸無水物、ヘキセニルコハク酸無水物、オクテニルコハク酸無水物、デセニルコハク酸無水物、ウンデセニルコハク酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、トリデセニルコハク酸無水物、ヘキサデセニルコハク酸無水物、オクタデセニルコハク酸無水物等のアルケニルコハク酸無水物等を好ましく使用することができる。   These compounds include pentenyl succinic anhydride, hexenyl succinic anhydride, octenyl succinic anhydride, decenyl succinic anhydride, undecenyl succinic anhydride, dodecenyl succinic anhydride, tridecenyl succinic anhydride, hexadecenyl Alkenyl succinic anhydrides such as nil succinic anhydride and octadecenyl succinic anhydride can be preferably used.

アルケニルコハク酸無水物は、各化合物を単独で使用しても良く、2種類以上を併用して用いることもできる。   As the alkenyl succinic anhydride, each compound may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

本願明細書では特定の炭素数のオレフィン鎖を有するアルケニルコハク酸無水物を、アルケニルコハク酸無水物の略称(ASA)とそのオレフィン鎖の炭素数とを組み合わせて表記することがある。   In the present specification, an alkenyl succinic anhydride having an olefin chain having a specific carbon number may be represented by combining the abbreviation (ASA) of alkenyl succinic anhydride and the carbon number of the olefin chain.

例えば、炭素数16のオレフィン鎖を有するアルケニルコハク酸無水物(ヘキサデセニルコハク酸無水物)を「ASA-C16」と表記することがある。また、本発明に使用するASAとして商品名又は商品コード番号で記載することもある。例えば、AS1533(星光PMC株式会社製)、TNS135(星光PMC株式会社製)、リカシッドDDSA(テトラプロペニル無水コハク酸、新日本理化学株式会社製)等を好ましく用いることができる。   For example, an alkenyl succinic anhydride having an olefin chain having 16 carbon atoms (hexadecenyl succinic anhydride) may be referred to as “ASA-C16”. The ASA used in the present invention may be described by a product name or a product code number. For example, AS1533 (manufactured by Seiko PMC Co., Ltd.), TNS135 (manufactured by Seiko PMC Co., Ltd.), Ricacid DDSA (tetrapropenyl succinic anhydride, manufactured by Shin Nihon Riken Co., Ltd.) and the like can be preferably used.

アルキルコハク酸無水物としては、前記式(2)で表されるアルケニルコハク酸無水物のアルケニル基の不飽和結合が水素添加により還元されたもの(即ち、アルケニル基がアルキル基に変換されたコハク酸無水物)を使用することができる。   The alkyl succinic anhydride is obtained by reducing the unsaturated bond of the alkenyl group of the alkenyl succinic anhydride represented by the formula (2) by hydrogenation (that is, a succinic acid having an alkenyl group converted to an alkyl group). Acid anhydrides) can be used.

これら化合物として、オクチルコハク酸無水物、ドデシルコハク酸無水物、ヘキサデシルコハク酸無水物、オクタデシルコハク酸無水物等のアルキルコハク酸無水物を好ましく使用することができる。   As these compounds, alkyl succinic anhydrides such as octyl succinic anhydride, dodecyl succinic anhydride, hexadecyl succinic anhydride, octadecyl succinic anhydride and the like can be preferably used.

アルキルコハク酸無水物は、各化合物を単独で使用しても良く、2種類以上を併用することもできる。また、アルキルコハク酸無水物とアルケニルコハク酸無水物とを併用することもできる。   As the alkyl succinic anhydride, each compound may be used alone, or two or more kinds thereof may be used in combination. Moreover, an alkyl succinic anhydride and an alkenyl succinic anhydride can also be used together.

リグノセルロース繊維の化学修飾に要する本件無水物の量は、リグノセルロース繊維(絶乾量)中に含まれる水酸基のモル数に対して0.004〜0.18倍モル程度が好ましく、より好ましくは0.04〜0.18倍モル程度が好ましい。   The amount of the present anhydride required for chemical modification of lignocellulose fiber is preferably about 0.004 to 0.18 times mole, more preferably 0.04 to 0.18 times the number of moles of hydroxyl group contained in lignocellulose fiber (absolutely dry amount). About mole is preferable.

リグノセルロース繊維と式(3)の酸無水物の反応は、有機溶媒中で行うことが好ましい。リグノパルプ繊維を乾燥し、有機溶媒に懸濁して式(3)の酸無水物と反応させることができる。   The reaction between the lignocellulose fiber and the acid anhydride of formula (3) is preferably carried out in an organic solvent. Lignopulp fiber can be dried, suspended in an organic solvent and reacted with an acid anhydride of formula (3).

リグノパルプ繊維は、通常、含水状態(水分散物)である。含水状態のリグノパルプに有機溶媒を加え、ろ過し、再度有機溶媒に分散しろ過する操作(溶媒置換操作)を行うことによって、リグノパルプを有機溶媒に分散させて反応を行うことができる。   Lignopulp fiber is usually in a hydrous state (aqueous dispersion). By performing an operation (solvent replacement operation) of adding an organic solvent to the lignopulp in the water-containing state, filtering, and dispersing and filtering again in the organic solvent, the reaction can be performed by dispersing the lignopulp in the organic solvent.

使用される有機溶媒には、式(3)の酸無水物とは反応せずに、リグノパルプを膨潤させることのでき、且つ水溶性の非プロトン性の溶媒が好ましい。この条件を満たすものとして、N-メチルピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMA)、テトラヒドロフラン(THF)を例示することができる。   The organic solvent used is preferably a water-soluble aprotic solvent that can swell lignopulp without reacting with the acid anhydride of formula (3). Examples of satisfying this condition include N-methylpyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), and tetrahydrofuran (THF).

リグノセルロース繊維と式(3)の酸無水物の反応では、反応を加速するために、塩基の存在下で反応を行うことが好ましい。塩基として、ピリジン、ジメチルアニリン等のアミン類、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等の酢酸のアルカリ金属塩、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩を好適に使用することができる。   In the reaction between the lignocellulose fiber and the acid anhydride of formula (3), the reaction is preferably performed in the presence of a base in order to accelerate the reaction. As the base, amines such as pyridine and dimethylaniline, alkali metal salts of acetic acid such as potassium acetate and sodium acetate, and alkali metal carbonates such as lithium carbonate, potassium carbonate and sodium carbonate can be preferably used.

反応温度は、使用する溶媒の沸点にもよるが、20〜150℃程度が好ましく、30〜120℃程度がより好ましく、40〜100℃程度が更に好ましい。   The reaction temperature depends on the boiling point of the solvent used, but is preferably about 20 to 150 ° C, more preferably about 30 to 120 ° C, and further preferably about 40 to 100 ° C.

反応時間は、式(3)の酸無水物の種類にもよる。反応途中のリグノセルロース繊維の一部を採取し、この赤外線(IR)吸収スペクトルを測定して、反応により生じるハーフエステルのカルボニル伸縮振動に基づくIR吸収ピークを追跡することによって、ハーフエステル化の程度(置換度)を確認しながら、調整することができる。   The reaction time also depends on the type of acid anhydride of formula (3). The degree of half-esterification is obtained by collecting a part of lignocellulose fiber during the reaction, measuring the infrared (IR) absorption spectrum, and tracking the IR absorption peak based on the carbonyl stretching vibration of the half-ester generated by the reaction. It can be adjusted while checking the (substitution degree).

ハーフエステル化の置換度
リグノパルプ繊維中に存在する水酸基がハースエステル化された程度(ハースエステル化の置換度について説明する。
Degree of substitution in half esterification The degree to which the hydroxyl group present in lignopulp fiber was hearth-esterified (the degree of substitution in hearth esterification will be described.

ハーフエステルとはジカルボン酸のうちの1つのカルボキシ基がアルコール性水酸基とエステル結合を形成し一方のカルボキシ基はエステル結合していない状態(即ち、遊離カルボン酸状態)のエステルをいう。従って、リグノセルロースのハーフエステル化とは、リグノセルロース中の水酸基とジカルボン酸のうち、1つのカルボキシ基でエステル結合を形成させ、もう1つのカルボキシ基は遊離状態にすることを意味する。   The half ester refers to an ester in a state where one carboxy group of dicarboxylic acid forms an ester bond with an alcoholic hydroxyl group, and one carboxy group is not ester-bonded (that is, a free carboxylic acid state). Therefore, the half esterification of lignocellulose means that an ester bond is formed with one carboxy group among the hydroxyl group and dicarboxylic acid in lignocellulose, and the other carboxy group is in a free state.

式(3)の酸無水物によるハーフエステル化反応では、リグノセルロース繊維中の水酸基の水素原子が、式(3)の酸無水物に存在する2つのカルボニル基のうちの1つと置換してエステル結合を形成し、ハーフエステルが生成する。   In the half esterification reaction with the acid anhydride of formula (3), the hydrogen atom of the hydroxyl group in the lignocellulose fiber is substituted with one of the two carbonyl groups present in the acid anhydride of formula (3). A bond is formed and a half ester is formed.

リグノセルロースのハーフエステルは、リグノセルロース中に存在する水酸基の水素原子がカルボキシ基中のカルボニル基により置換された化学結合状態になっているので、本明細書ではこれを「ハーフエステル化によるリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換」という。   The half ester of lignocellulose is in a chemically bonded state in which the hydrogen atom of the hydroxyl group present in the lignocellulose is substituted by the carbonyl group in the carboxy group. In this specification, this is referred to as “lignocellulose by half esterification”. This is referred to as “substitution of a hydrogen atom for a hydroxyl group therein”.

この置換の程度(DS)を、「ハーフエステル化によるリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度(DS)」、「ハーフエステル置換度(DS)」または「ハーフエステル化DS」と称し、リグノセルロースの繰り返し単位中の水酸基がエステル化された平均的な個数として定義される。   The degree of substitution (DS) is referred to as “degree of substitution of hydrogen atom of hydroxyl group in lignocellulose by half esterification (DS)”, “degree of half ester substitution (DS)” or “half esterification DS”. Defined as the average number of esterified hydroxyl groups in the repeating unit of cellulose.

純粋なセルロースの繰り返し単位はグルコピラノース残基(グルコース残基)であり、これは水酸基3個を有している。従って、純粋なセルロースのハーフエステル化DSの上限値は3である。   The repeating unit of pure cellulose is a glucopyranose residue (glucose residue), which has three hydroxyl groups. Accordingly, the upper limit of half-esterified DS of pure cellulose is 3.

一方、リグノセルロースは、セルロースと共にヘミセルロースとリグニンとを含む。へミセルロースに含まれるキシランにおけるキシロース残基やアラビノガラクタンにおけるガラクトース残基の水酸基数は2であり、また、リグニン残基の水酸基数も2であり、これらの水酸基数は3より小さい。従って、リグノセルロースの平均的な繰り返し単位中の水酸基数は3よりも小さく、その上限値は3より小さい。   On the other hand, lignocellulose contains hemicellulose and lignin together with cellulose. The number of hydroxyl groups of the xylose residue in xylan and the galactose residue in arabinogalactan contained in hemicellulose is 2, and the number of hydroxyl groups of the lignin residue is 2, and these hydroxyl groups are less than 3. Therefore, the number of hydroxyl groups in the average repeating unit of lignocellulose is smaller than 3, and the upper limit is smaller than 3.

このことから、リグノセルロース繊維のハーフエステル化DSの上限値は3より小さい。そのハーフエステル化DSの上限値は、リグノセルロース繊維が含有するヘミセルロース及びリグニンの含量に依存して、2.7〜2.8程度である。   From this, the upper limit of the half-esterified DS of lignocellulose fiber is smaller than 3. The upper limit of the half-esterified DS is about 2.7 to 2.8 depending on the contents of hemicellulose and lignin contained in the lignocellulose fiber.

本件化学修飾リグノセルロース繊維のハーフエステル化DSは、0.01〜0.4に制御することが好ましく、より好ましくは0.1〜0.4である。つまり、熱圧成形体の原料の前記化学修飾リグノセルロース繊維は、リグノセルロース中に存在する水酸基の一部は、上記式(1)で表されるカルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されており、前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度は0.1〜0.4であることが好ましい。   The half esterified DS of the present chemically modified lignocellulose fiber is preferably controlled to 0.01 to 0.4, more preferably 0.1 to 0.4. That is, the chemically modified lignocellulosic fiber as a raw material of the hot-press molded body is partially esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by the above formula (1) in a part of the hydroxyl groups present in the lignocellulose. The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is preferably 0.1 to 0.4.

このハーフエステル化DSが0.01未満では、熱圧加工時に可塑性が不十分で成型が困難となる傾向が有る。このハーフエステル化DSが0.4を超える場合には、反応混合物の粘度が上昇しゲル状態となって、反応混合物中の化学修リグノセルロース繊維を分離し洗浄することが困難となる傾向が有る。   If the half-esterified DS is less than 0.01, the plasticity tends to be insufficient at the time of hot-pressing processing, and molding tends to be difficult. When the half esterified DS exceeds 0.4, the viscosity of the reaction mixture increases and becomes a gel state, and it tends to be difficult to separate and wash the chemically modified lignocellulose fibers in the reaction mixture.

リグノセルロース繊維のカルボキシアルキル基による化学修飾(態様(2))
前記態様(2)で記した通り、化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体では、その原料の前記化学修飾リグノセルロース繊維は、リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、前記式(2)で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されている。
Chemical modification of lignocellulose fiber with carboxyalkyl group (Aspect (2))
As described in the aspect (2), in the hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose fiber of the raw material has a part of hydroxyl groups present in the lignocellulose represented by the formula (2). Etherified with the represented carboxyalkyl group.

上記式(2)で表されるカルボキシアルキル基を、「本件カルボキシアルキル基」とも記す。   The carboxyalkyl group represented by the above formula (2) is also referred to as “the present carboxyalkyl group”.

本件カルボキシアルキル基でエーテル化されたリグノセルロース繊維(化学修飾リグノセルロース繊維)は、リグノセルロース繊維に、下式(4):
X-(CH2n-COOH ・・・・(4)
(式中nは、1〜3の整数を示す。Xは、Cl、Br及びIからなる群から選ばれるハロゲン原子を示す。)
で表されるハロゲノアルキルカルボン酸(これを、「本件ハロゲノアルキルカルボン酸」とも記す)を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、前記(2)で表される、カルボキシアルキル基でエーテル化することにより、前記エーテル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、本発明熱圧成形体の原料(化学修飾リグノセルロース繊維)を製造することができる。
The lignocellulose fiber (chemically modified lignocellulose fiber) etherified with this carboxyalkyl group is converted to lignocellulose fiber using the following formula (4):
X- (CH 2 ) n -COOH (4)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3. X represents a halogen atom selected from the group consisting of Cl, Br and I.)
Is reacted with a halogenoalkyl carboxylic acid represented by the formula (hereinafter also referred to as “the present halogenoalkyl carboxylic acid”), and a part of the hydroxyl group present in the lignocellulose is carboxy represented by the above (2). By etherification with an alkyl group, the substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the lignocellulose to be etherified is set to 0.01 to 0.4, whereby the raw material (chemically modified lignocellulose fiber) of the present invention is produced. can do.

化学修飾リグノセルロース繊維は、ハロゲノアルキルカルボン酸又はその塩を、塩基の存在下に加熱して反応させ、リグノセルロース中に存在する水酸基の酸素原子と本件カルボキシアルキル基でエーテル結合を形成させる。このエーテル結合を形成させることを本明細書では「本件エーテル化」と称し、この反応を「本件エーテル化反応」と称する。   The chemically modified lignocellulose fiber is reacted with a halogenoalkylcarboxylic acid or a salt thereof by heating in the presence of a base to form an ether bond between the oxygen atom of the hydroxyl group present in the lignocellulose and the present carboxyalkyl group. The formation of this ether bond is referred to herein as “the present etherification”, and this reaction is referred to as the “the present etherification reaction”.

本件ハロゲノアルキルカルボン酸としては、X(ハロゲン原子)が塩素原子又は臭素原子のものが好ましい。   As this halogenoalkylcarboxylic acid, X (halogen atom) is preferably a chlorine atom or a bromine atom.

本件ハロゲノアルキルカルボン酸の塩としては、アルカリ金属塩が好ましい。   The salt of the present halogenoalkylcarboxylic acid is preferably an alkali metal salt.

本件ハロゲノアルキルカルボン酸及びその塩の好ましいものとして、クロロ酢酸、ブロモ酢酸、3-クロロプロピオン酸、3-ブロモプロピオン酸、4-クロロ酪酸及び4-ブロモ酪酸、並びにこれらのナトリウム塩、カリウム塩及びリチウム塩を例示することができる。   Preferred halogenoalkyl carboxylic acids and salts thereof include chloroacetic acid, bromoacetic acid, 3-chloropropionic acid, 3-bromopropionic acid, 4-chlorobutyric acid and 4-bromobutyric acid, and their sodium, potassium and A lithium salt can be exemplified.

本件ハロゲノアルキルカルボン酸及びその塩は、各化合物を単独で使用しても良く、2種類以上を併用することもできる。   Each of the present halogenoalkylcarboxylic acids and salts thereof may be used alone or in combination of two or more.

本件エーテル化反応における本件ハロゲノアルキルカルボン酸又はその塩の使用量は、リグノセルロース繊維(絶乾量)中に含まれる水酸基のモル数に対してして、通常、0.01〜0.45倍モルが好ましく、より好ましくは0.01〜0.35倍モルが好ましい。   The amount of the present halogenoalkylcarboxylic acid or salt thereof used in the present etherification reaction is usually preferably 0.01 to 0.45 times moles relative to the number of moles of hydroxyl groups contained in the lignocellulose fiber (absolutely dry amount), More preferably, the molar amount is 0.01 to 0.35 times.

本件エーテル化反応は、水中又は水と水溶性有機溶媒(例えばアルコール)との混合溶媒中で行うことができる。この反応に供するリグノセルロース繊維は、通常、水懸濁液として製造される。リグノセルロース繊維に、塩基と本件ハロゲノアルキルカルボン酸及び/又はその塩を混合し加熱して行うことができる。   This etherification reaction can be performed in water or a mixed solvent of water and a water-soluble organic solvent (for example, alcohol). Lignocellulose fibers subjected to this reaction are usually produced as an aqueous suspension. It can be carried out by mixing the lignocellulose fiber with the base and the present halogenoalkylcarboxylic acid and / or salt thereof and heating them.

この反応に使用される塩基として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等を好適に使用することができる。   As a base used in this reaction, hydroxide of alkali metal such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, lithium bicarbonate, Carbonates, hydrogen carbonates and the like can be suitably used.

塩基の使用量は、本件ハロゲノアルキルカルボン酸に対して、通常、1〜5当量程度を使用することが好ましく、1〜4当量程度使用することがより好ましい。   As for the usage-amount of a base, it is preferable to use normally about 1-5 equivalent with respect to this halogenoalkyl carboxylic acid, and it is more preferable to use about 1-4 equivalent.

エーテル化反応は、攪拌しながら、30〜90℃で行うことが好ましい。   The etherification reaction is preferably performed at 30 to 90 ° C. with stirring.

この反応時間は、本件ハロゲノアルキルカルボン酸又はその塩の種類とその使用量により、通常0.5〜5時間程度である。   This reaction time is usually about 0.5 to 5 hours depending on the type and amount of the halogenoalkylcarboxylic acid or salt thereof used.

反応途中のリグノセルロース繊維の一部を採取し、この赤外線(IR)吸収スペクトルを測定して、反応により生じるカルボキシアルキルエーテルのカルボキシ基のカルボニル伸縮振動に基づくIR吸収ピークを追跡することによって本件エーテル化の程度(置換度)確認しながら、調整することができる。   A portion of lignocellulosic fiber during the reaction was sampled, the infrared (IR) absorption spectrum was measured, and the IR absorption peak based on the carbonyl stretching vibration of the carboxy group of the carboxyalkyl ether produced by the reaction was traced. It can be adjusted while confirming the degree of conversion (degree of substitution).

エーテル化の置換度
リグノパルプ繊維中に存在する水酸基が本件ハロゲノアルキルカルボン酸によりエーテル化された程度を説明する。
Degree of etherification The degree to which the hydroxyl group present in the lignopulp fiber was etherified with the present halogenoalkylcarboxylic acid will be described.

本件のエーテル化反応では、リグノセルロース繊維中の水酸基の水素原子が本件カルボキシアルキル基と置換してエーテル結合を形成する。本明細書ではこれを「エーテル化によるリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度(DS)」、又は「エーテル化置換度:エーテル化DS」という。これは、リグノパルプ繊維中に存在する水酸基が本件ハロゲノアルキルカルボン酸によりエーテル化された程度を表す。   In the etherification reaction of the present case, the hydrogen atom of the hydroxyl group in the lignocellulose fiber is substituted with the present carboxyalkyl group to form an ether bond. In the present specification, this is referred to as “degree of substitution of hydrogen atom of hydroxyl group in lignocellulose by etherification (DS)” or “degree of etherification substitution: etherification DS”. This represents the degree to which the hydroxyl group present in the lignopulp fiber was etherified with the present halogenoalkylcarboxylic acid.

このエーテル化置換度(エーテル化DS)は、リグノセルロースの繰り返し単位中の水酸基がエーテル化された平均個数として定義される。   This degree of etherification substitution (etherified DS) is defined as the average number of etherified hydroxyl groups in the repeating unit of lignocellulose.

純粋なセルロースの繰り返し単位はグルコピラノース残基(グルコース残基)であり、これは水酸基3個を有している。従って、純粋なセルロースのエーテル化のDSの上限値は3である。   The repeating unit of pure cellulose is a glucopyranose residue (glucose residue), which has three hydroxyl groups. Therefore, the upper limit of DS for etherification of pure cellulose is 3.

一方、リグノセルロースは、セルロースと共にヘミセルロースとリグニンとを含む。へミセルロースに含まれるキシランにおけるキシロース残基やアラビノガラクタンにおけるガラクトース残基の水酸基数は2であり、また、リグニン残基の水酸基数も2であり、これらの水酸基数は3より小さい。従って、リグノセルロースの平均的な繰り返し単位中の水酸基数は3よりも小さく、その上限値は3より小さい。   On the other hand, lignocellulose contains hemicellulose and lignin together with cellulose. The number of hydroxyl groups of the xylose residue in xylan and the galactose residue in arabinogalactan contained in hemicellulose is 2, and the number of hydroxyl groups of the lignin residue is 2, and these hydroxyl groups are less than 3. Therefore, the number of hydroxyl groups in the average repeating unit of lignocellulose is smaller than 3, and the upper limit is smaller than 3.

このことから、リグノセルロース繊維のエーテル化DSの上限値は、前記のハーフエステル化DSと同様に、3より小さく、その上限値は、リグノセルロース繊維が含有するヘミセルロース及びリグニンの含量に依存して、2.7〜2.8程度である。   From this, the upper limit value of etherified DS of lignocellulose fiber is smaller than 3, similar to the half esterified DS, and the upper limit value depends on the content of hemicellulose and lignin contained in the lignocellulose fiber. 2.7 to 2.8.

本件化学修飾リグノセルロース繊維のエーテル化DSは、0.01〜0.4に制御することが好ましく、より好ましくは0.01〜0.3であり、更に好ましくは、0.01〜0.2である。つまり、熱圧成形体の前記化学修飾リグノセルロース繊維は、リグノセルロース中に存在する水酸基の一部は、上記式(2)で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されており、前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度は0.01〜0.4であることが好ましい。   The etherification DS of the present chemically modified lignocellulose fiber is preferably controlled to 0.01 to 0.4, more preferably 0.01 to 0.3, and still more preferably 0.01 to 0.2. That is, in the chemically modified lignocellulose fiber of the hot-press molded body, a part of the hydroxyl groups present in the lignocellulose are etherified with the carboxyalkyl group represented by the above formula (2), and the etherified The degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in lignocellulose is preferably 0.01 to 0.4.

このエーテル化DSが0.01未満では、熱圧加工時に可塑性が不十分で成型が困難となる傾向が有る。このエーテル化DSが0.4を超える場合には、反応混合物の粘度が上昇しゲル状態となって、反応混合物中の化学修リグノセルロース繊維を分離し洗浄することが困難となる傾向が有る。   If the etherified DS is less than 0.01, the plasticity tends to be insufficient during hot pressing, making molding difficult. When the etherification DS exceeds 0.4, the viscosity of the reaction mixture increases and becomes a gel state, and it tends to be difficult to separate and wash the chemically modified lignocellulose fibers in the reaction mixture.

リグノセルロース繊維に対して、前記式(3)の酸無水物によりハーフエステル化反応させた後や、前記式(4)のハロゲノアルキルカルボン酸によりエーテル化反応させた後は、反応混合物を中和し、ろ過、遠心分離等の脱液装置によって化学修リグノセルロース繊維を分離し、洗浄する。   The lignocellulosic fiber is neutralized after the half esterification with the acid anhydride of the formula (3) or after the etherification reaction with the halogenoalkylcarboxylic acid of the formula (4). Then, the chemically modified lignocellulosic fibers are separated and washed by a liquid removal device such as filtration or centrifugation.

洗浄には水、必要に応じてアルコール等の溶剤を用いることができる。   For the cleaning, water or a solvent such as alcohol can be used if necessary.

洗浄後、化学修リグノセルロース繊維は次の熱圧工程に供される。   After washing, the chemically modified lignocellulose fiber is subjected to the next hot pressing process.

熱圧成形体(発明2及び3)
本発明の熱圧成形体は、下記態様(1)又は(2)が好ましい態様である。
Hot-pressed body (Inventions 2 and 3)
The following aspect (1) or (2) is a preferable aspect of the hot-press molded body of the present invention.

態様(1)
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体では、前記化学修飾リグノセルロース繊維が下記(a)及び(b)の特性を有する:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
Aspect (1)
In the hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose fiber has the following properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.1〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) The degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.1 to 0.4.

態様(2)
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体では、前記化学修飾リグノセルロース繊維が下記(a)及び(b)の特性を有する:
特性(a)
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.3であること。
Aspect (2)
In the hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the chemically modified lignocellulose fiber has the following properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.3.

前記式(2)で表されるカルボキシアルキル基は、カルボキシメチル基(-CH2-COOH)であることが好ましい。 The carboxyalkyl group represented by the formula (2) is preferably a carboxymethyl group (—CH 2 —COOH).

リグニン成分含有量(発明4及び10)
本発明の熱圧成形体では、前記化学修飾リグノセルロース繊維のリグニン成分含有量は、2〜40質量%程度であることが好ましい。化学修飾リグノセルロース繊維のリグニン成分含有量は、2〜35質量%程度であることがより好ましく、2〜30質量%程度であることが更に好ましい。
Lignin component content (Inventions 4 and 10)
In the hot-press molded body of the present invention, the lignin component content of the chemically modified lignocellulose fiber is preferably about 2 to 40% by mass. The lignin component content of the chemically modified lignocellulose fiber is more preferably about 2 to 35% by mass, and further preferably about 2 to 30% by mass.

リグニン成分含有量は、化学修飾リグノセルロースから化学修飾基質量を除いた質量(リグノセルロース換算質量)に占めるリグニン成分質量%を意味する。化学修飾により原料リグノセルロースからリグニンは通常脱落しないか、脱落しても微量である。リグニン成分含有量(質量%)は、この化学修飾に使用したリグノセルロースに含まれていたリグニン含有質量%に相当する。   The lignin component content means the mass% of the lignin component in the mass (the mass in terms of lignocellulose) obtained by removing the mass of the chemically modified group from the chemically modified lignocellulose. Lignin is not usually removed from the raw lignocellulose by chemical modification, or a small amount even if it is removed. The lignin component content (% by mass) corresponds to the lignin-containing mass% contained in the lignocellulose used for this chemical modification.

本発明の熱圧成形体は、上記態様(1)と(2)との組み合わせも含む。つまり、前記式(1)のアシル基でリグノセルロース中に存在する水酸基の一部がハーフエステル化されたリグノセルロースと、前記式(2)のカルボキシアルキル基でエーテル化されたリグノセルロースとの混合物からなる熱圧成形体は、本発明の化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体に含まれる。   The hot-press molded body of the present invention also includes a combination of the above aspects (1) and (2). That is, a mixture of lignocellulose in which part of the hydroxyl groups present in lignocellulose with the acyl group of formula (1) is half-esterified and lignocellulose etherified with the carboxyalkyl group of formula (2) The hot-press molded body comprising the above-mentioned is included in the hot-press molded body of the chemically modified lignocellulose of the present invention.

(2)化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法
熱圧成形体の製造方法(発明6〜8)
本発明の化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法は、化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を加熱下に圧縮する工程を含み、前記化学修飾リグノセルロースが下記(a)及び(b)の特性を有する:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):

Figure 2018150414
(2) Manufacturing method of hot-pressed product of chemically modified lignocellulose
Manufacturing method of hot-pressed body (Invention 6-8)
The method for producing a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose of the present invention includes a step of compressing a fiber assembly composed of chemically modified lignocellulose fibers under heating, wherein the chemically modified lignocellulose comprises the following (a) and (b ) Characteristics:
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
又は、
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること、
又は、
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Or
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) the degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.01 to 0.4,
Or
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.4.

前記式(2)で表されるカルボキシアルキル基は、カルボキシメチル基(-CH2-COOH)であることが好ましい。 The carboxyalkyl group represented by the formula (2) is preferably a carboxymethyl group (—CH 2 —COOH).

熱圧成形体の製造方法では、前記化学修飾リグノセルロース繊維は、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、前記式(1)で表されるカルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されており、前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.1〜0.4であることが好ましい。   In the method for producing a hot-pressed product, the chemically modified lignocellulose fiber is partially esterified with a carboxyl group-containing acyl group represented by the formula (1), wherein a part of the hydroxyl groups present in the lignocellulose are formed. The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is preferably 0.1 to 0.4.

熱圧成形体の製造方法では、前記化学修飾リグノセルロース繊維は、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が前記式(2)で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されており、前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.3であることが好ましい。   In the method for producing a hot-press molded body, the chemically modified lignocellulose fiber is obtained by etherifying a part of the hydroxyl groups present in the lignocellulose with a carboxyalkyl group represented by the formula (2). It is preferable that the substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the converted lignocellulose is 0.01 to 0.3.

化学修飾リグノセルロース繊維又は繊維集合体を、必要に応じて、洗浄又は/及び分散してから加熱下に圧縮成形することが好ましい。成形の前に、均一な成形面を得ることができる。   The chemically modified lignocellulosic fiber or fiber aggregate is preferably subjected to compression molding under heating after being washed or / and dispersed as required. A uniform molding surface can be obtained before molding.

粉砕の一つの方法として、例えば、化学修飾リグノセルロースを含む繊維又は繊維集合体に、エタノール等、好ましくは沸点が100℃以下の溶媒を添加して、ミキサー等で攪拌し、固形分(化学修飾繊維リグノセルロース繊維)濃度を調整した懸濁液を得ることが好ましい。次いで、この懸濁液を、濾過等の手段により、溶媒を除去し、乾燥して成形用の材料(化学修飾リグノセルロース繊維の繊維集合体)を得ることが好ましい。   As one method of pulverization, for example, ethanol or the like, preferably a solvent having a boiling point of 100 ° C. or less, is added to a fiber or a fiber assembly containing chemically modified lignocellulose, and the mixture is stirred with a mixer or the like to obtain a solid content (chemical modification). It is preferable to obtain a suspension in which the concentration of (fiber lignocellulose fiber) is adjusted. Next, it is preferable to obtain a molding material (fiber aggregate of chemically modified lignocellulose fibers) by removing the solvent from the suspension by means such as filtration and drying.

化学修飾リグノセルロース繊維の繊維集合体は、乾燥により収縮し易く、加圧面が湾曲する傾向にある。上記のように、成形用の材料(化学修飾リグノセルロース繊維の繊維集合体)をろ過により調製する場合には、目的とする成形体の金型(成形金型)の底面と同一形状のろ過面を有するろ過器でろ過して成形用の材料を作成した後、これを金型に入れて熱圧成形することが好ましい。これにより、均一な表面を有し、強度特性の優れる成形体を製造することができる。   The fiber assembly of chemically modified lignocellulosic fibers tends to shrink due to drying, and the pressure surface tends to be curved. As described above, when the molding material (fiber assembly of chemically modified lignocellulosic fibers) is prepared by filtration, a filtration surface having the same shape as the bottom surface of the mold (molding die) of the target molded body It is preferable that a material for molding is prepared by filtering with a filter having the following, and then this is placed in a mold and hot-pressure molded. Thereby, the molded object which has a uniform surface and is excellent in an intensity | strength characteristic can be manufactured.

加熱温度及び圧縮する圧力(発明11)
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造する際に、熱圧加工の温度は、化学修飾リグノセルロース繊維の熱分解を避けるために、160〜240℃程度が好ましい。
Heating temperature and compression pressure (Invention 11)
In producing a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose, the temperature of the hot pressing is preferably about 160 to 240 ° C. in order to avoid thermal decomposition of the chemically modified lignocellulose fiber.

熱圧加工時の圧縮する圧力は、30MPa〜100MPaに設定することが好ましい。   The compressing pressure at the time of hot pressing is preferably set to 30 MPa to 100 MPa.

本発明の化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法では、前記化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、160〜240℃の温度で加熱しながら、30MPa〜100MPaの圧力で圧縮することが好ましい。化学修飾リグノセルロースが可塑性を示し、また熱分解を避けることができる。化学修飾リグノセルロース繊維の繊維集合体を、これら温度及び圧力で加工することにより、強度特性に優れる熱圧成形体を製造することができる。   In the method for producing a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose according to the present invention, the fiber assembly comprising the chemically modified lignocellulose fiber is compressed at a pressure of 30 MPa to 100 MPa while being heated at a temperature of 160 to 240 ° C. Is preferred. Chemically modified lignocellulose exhibits plasticity and avoids thermal degradation. By processing a fiber assembly of chemically modified lignocellulosic fibers at these temperatures and pressures, a hot-press molded product having excellent strength characteristics can be produced.

第1工程及び第2工程を含む熱圧成形体の製造方法(発明13及び14)
本発明の熱圧成形体の製造方法を、リグノセルロース繊維の化学修飾工程から工程順に記載すると、本発明の化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法は、下記第1工程及び第2工程を含むことが好ましい。
Method for producing a hot-pressed body including the first step and the second step (Inventions 13 and 14)
When the production method of the hot-pressed product of the present invention is described in the order of steps from the chemical modification step of lignocellulose fiber, the production method of the hot-pressed product of the chemically modified lignocellulose of the present invention includes the following first step and second step. It is preferable to contain.

(1)第1工程
(a-1)リグノセルロース繊維に、下式(3):

Figure 2018150414
(1) First step :
(A-1) In lignocellulose fiber, the following formula (3):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表されるコハク酸無水物又はその誘導体を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、下式(1):

Figure 2018150414
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
A part of the hydroxyl group present in the lignocellulose is reacted with a succinic anhydride or a derivative thereof represented by the following formula (1):
Figure 2018150414

(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化することにより、
前記ハーフエステル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、化学修飾リグノセルロース繊維を製造する工程、
又は、
(a-2)リグノセルロース繊維に、下式(4):
X-(CH2n-COOH ・・・・(4)
(式中nは、1〜3の整数を示す。Xは、Cl、Br及びIからなる群から選ばれるハロゲン原子を示す。)
で表されるハロゲノアルキルカルボン酸を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化することにより、
前記エーテル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、化学修飾リグノセルロース繊維を製造する工程、
(2)第2工程
前記第1工程で得られた化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱下に圧縮する工程。
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
By half-esterification with a carboxy group-containing acyl group represented by
The step of producing a chemically modified lignocellulose fiber by setting the substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the lignocellulose to be half-esterified to 0.01 to 0.4,
Or
(A-2) In lignocellulose fiber, the following formula (4):
X- (CH 2 ) n -COOH (4)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3. X represents a halogen atom selected from the group consisting of Cl, Br and I.)
Is reacted with a halogenoalkyl carboxylic acid represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
By etherification with a carboxyalkyl group represented by
The step of producing chemically modified lignocellulose fibers by setting the degree of substitution of hydrogen atoms of hydroxyl groups in the lignocellulose to be etherified to 0.01 to 0.4,
(2) Second step :
A step of compressing the fiber assembly made of the chemically modified lignocellulose fiber obtained in the first step under heating.

前記式(2)で表されるカルボキシアルキル基は、カルボキシメチル基(-CH2-COOH)であることが好ましい。 The carboxyalkyl group represented by the formula (2) is preferably a carboxymethyl group (—CH 2 —COOH).

前記熱圧成形体の製造方法では、前記化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱する温度が160〜240℃であり、圧縮する圧力が30MPa〜100MPaであることが好ましい。   In the method for producing a hot-press molded body, it is preferable that the temperature of heating the fiber assembly composed of the chemically modified lignocellulose fiber is 160 to 240 ° C. and the pressure to be compressed is 30 to 100 MPa.

本発明の化学修飾リグノセルロース熱圧成形体のうち、一実施態様として、前記式(1)のアシル基でリグノセルロース中に存在する水酸基の一部がハーフエステル化されたリグノセルロースと前記式(2)のカルボキシアルキル基でエーテル化されたリグノセルロースとの混合物からなる熱圧成形体が有る。この実施態様は、前記第1工程で得られる式(1)のアシル基でリグノセルロース中に存在する水酸基の一部がハーフエステル化されたリグノセルロース繊維と前記式(2)のカルボキシアルキル基でエーテル化されたリグノセルロース繊維とを混合し、この混合繊維集合体を加熱下に圧縮することにより、製造することができる。   Among the chemically modified lignocellulose hot-press molded articles of the present invention, as one embodiment, lignocellulose in which a part of the hydroxyl groups present in the lignocellulose with the acyl group of the formula (1) is half-esterified and the above formula ( There is a hot-pressed product made of a mixture of lignocellulose etherified with a carboxyalkyl group of 2). In this embodiment, the lignocellulose fiber in which a part of the hydroxyl group present in the lignocellulose is half-esterified with the acyl group of the formula (1) obtained in the first step and the carboxyalkyl group of the formula (2) It can be produced by mixing with etherified lignocellulose fibers and compressing this mixed fiber aggregate under heating.

(3)化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体
熱可塑性樹脂を更に含有する熱圧成形体(発明5及び12)
本発明の熱圧成形体では、前記化学修飾リグノセルロース繊維が、更に熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。
(3) Hot-pressed compact of chemically modified lignocellulose
Hot-pressed product further containing a thermoplastic resin (Inventions 5 and 12)
In the hot-press molded body of the present invention, it is preferable that the chemically modified lignocellulose fiber further contains a thermoplastic resin.

本発明の熱圧成形体の製造方法では、前記化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体として、更に熱可塑性樹脂を含む繊維集合体を使用することが好ましい。   In the method for producing a hot-pressed product of the present invention, it is preferable to use a fiber assembly further containing a thermoplastic resin as the fiber assembly composed of the chemically modified lignocellulose fibers.

本発明の熱圧成形体には、本発明の効果が損なわれない範囲で樹脂を適宜含有させてもよく、樹脂の中でも熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。   The hot-press molded body of the present invention may appropriately contain a resin as long as the effects of the present invention are not impaired, and it is preferable to use a thermoplastic resin among the resins.

熱可塑性樹脂として、力学的特性、耐熱性、表面平滑性及び外観に優れるという点から、ポリアミド(ナイロン樹脂、PA)、ポリアセタール(POM)、ポリオレフィン樹脂〔ポリプロピレン(PP)、無水マレイン酸変性PP(MAPP)、ポリエチレン(PE)など〕、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ乳酸、ポリエステル、ポリ乳酸とポリエステル共重合樹脂、PBS樹脂(ポリブチレンサクシネート)、ポリスチレン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)等を使用することが好ましい。   As a thermoplastic resin, polyamide (nylon resin, PA), polyacetal (POM), polyolefin resin [polypropylene (PP), maleic anhydride-modified PP (in terms of mechanical properties, heat resistance, surface smoothness and appearance) MAPP), polyethylene (PE), etc.], polyester, polycarbonate, polylactic acid, polyester, polylactic acid and polyester copolymer resin, PBS resin (polybutylene succinate), polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin) Etc. are preferably used.

また、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ポリフェニレンオキシド、(熱可塑性)ポリウレタン、ビニルエーテル樹脂、ポリスルホン系樹脂、セルロース系樹脂(例えばトリアセチル化セルロース、ジアセチル化セルロース)等も好ましく使用することができる。   Polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, fluororesin, (meth) acrylic resin, polyphenylene oxide, (thermoplastic) polyurethane, vinyl ether resin, polysulfone resin, cellulose resin (for example, triacetylated cellulose, diacetylated cellulose) Etc. can also be preferably used.

ポリアミド(アミド系樹脂)として、ナイロン66(ポリヘキサメチレンアジポアミド、ポリアミド66、PA66)、ナイロン6(ε-カプロラクタムの開環重合体、ポリアミド6、PA6)、ナイロン11(ウンデカンラクタムを開環重縮合したポリアミド、ポリアミド11、PA11)、ナイロン12(ラウリルラクタムを開環重縮合したポリアミド、ポリアミド12、PA12)、ナイロン46(ポリアミド46、PA46)、ナイロン610(ポリアミド610、PA610)、ナイロン612(ポリアミド612、PA612)等の脂肪族アミド系樹脂を使用することが好ましい。ポリアミド樹脂として、フェニレンジアミン等の芳香族ジアミンと塩化テレフタロイルや塩化イソフタロイル等の芳香族ジカルボン酸又はその誘導体からなる芳香族ポリアミド等を使用することも好ましい。   Nylon 66 (polyhexamethylene adipamide, polyamide 66, PA66), nylon 6 (ε-caprolactam ring-opening polymer, polyamide 6, PA6), nylon 11 (undecanlactam) as polyamide (amide resin) Polycondensed polyamide, polyamide 11, PA11), nylon 12 (polyamide with ring-opening polycondensation of lauryl lactam, polyamide 12, PA12), nylon 46 (polyamide 46, PA46), nylon 610 (polyamide 610, PA610), nylon 612 It is preferable to use an aliphatic amide resin such as (polyamide 612, PA612). As the polyamide resin, it is also preferable to use an aromatic polyamide such as an aromatic diamine such as phenylenediamine and an aromatic dicarboxylic acid such as terephthaloyl chloride or isophthaloyl chloride or a derivative thereof.

これらの樹脂は、単独で使用しても良く、2種以上の混合樹脂として用いても良い。   These resins may be used alone or as a mixed resin of two or more.

ポリアミド樹脂(PA)は、分子構造内に極性の高いアミド結合を有するので、セルロース系材料との親和性が高いという利点が有る。ポリアミド樹脂(PA)として、PA6、PA66、PA11、PA12等、ポリアミド共重合樹脂等を用いることが好ましい。   Since the polyamide resin (PA) has a highly polar amide bond in the molecular structure, it has an advantage of high affinity with the cellulosic material. As the polyamide resin (PA), it is preferable to use PA6, PA66, PA11, PA12 or the like, a polyamide copolymer resin, or the like.

ポリアセタール(POM)として、トリオキサン、ホルムアルデヒド、エチレンオキシド等の重合体及び共重合体を好ましく使用することができる。   As polyacetal (POM), polymers and copolymers such as trioxane, formaldehyde, ethylene oxide can be preferably used.

ポリオレフィン樹脂として、構造部材として汎用性を有するポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE、特に高密度ポリエチレン:HDPE)等を用いることが好ましい。また、これら汎用性ポリオレフィンと相溶性の高い無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)を用いることが好ましい。   As the polyolefin resin, it is preferable to use general-purpose polypropylene (PP), polyethylene (PE, particularly high-density polyethylene: HDPE) or the like as a structural member. In addition, it is preferable to use maleic anhydride-modified polypropylene (MAPP) that is highly compatible with these versatile polyolefins.

ポリエステルとして、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリエステル、不飽和ポリエステル等を好ましく使用することができる。   As polyester, aromatic polyester, aliphatic polyester, unsaturated polyester, etc. can be used preferably.

芳香族ポリエステルとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等のジオール類とテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸との共重合体を好ましく使用することができる。   As the aromatic polyester, a copolymer of a diol such as ethylene glycol, propylene glycol, or 1,4-butanediol and an aromatic dicarboxylic acid such as terephthalic acid can be preferably used.

脂肪族ポリエステルとしては、ジオール類とコハク酸、吉草酸等の脂肪族ジカルボン酸との重合体や共重合体、グリコール酸や乳酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体又は共重合体、ジオール類、脂肪族ジカルボン酸及び前記ヒドロキシカルボン酸の共重合体等を好ましく使用することができる。   Aliphatic polyesters include polymers and copolymers of diols and aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid and valeric acid, homopolymers or copolymers of hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid and lactic acid, diols, An aliphatic dicarboxylic acid and a copolymer of the hydroxycarboxylic acid can be preferably used.

不飽和ポリエステルとしては、ジオール類、無水マレイン酸等の不飽和ジカルボン酸、及び必要に応じてスチレン等のビニル単量体との共重合体を好ましく使用することができる。   As the unsaturated polyester, a diol, an unsaturated dicarboxylic acid such as maleic anhydride, and a copolymer with a vinyl monomer such as styrene as required can be preferably used.

本発明の熱圧成形体が前記熱可塑性樹脂を含む場合、原料である前記化学修飾リグノセルロース繊維と前記熱可塑性樹脂とを混合し、この繊維と熱可塑性樹脂との混合物を前記の条件で熱圧成形して製造することができる。   When the hot-press molded product of the present invention contains the thermoplastic resin, the chemically modified lignocellulose fiber that is a raw material and the thermoplastic resin are mixed, and the mixture of the fiber and the thermoplastic resin is heated under the above conditions. It can be manufactured by pressure forming.

化学修飾リグノセルロース繊維と熱可塑性樹脂との混合物は、この樹脂が不溶性の溶媒中に分散した化学修飾リグノセルロース繊維に樹脂を混合して、ろ取、遠心分離等の分離手段で調製することができる。   The mixture of chemically modified lignocellulosic fibers and thermoplastic resin can be prepared by separating the resin into chemically modified lignocellulose fibers in which the resin is dispersed in an insoluble solvent, and using a separation means such as filtration or centrifugation. it can.

化学修飾リグノセルロース繊維と熱可塑性樹脂との混合は、化学修飾終了後の化学修飾リグノセルロース繊維の分散液(水分散液)に樹脂を混合してろ取すると、ろ水性が良好で速やかに化学修飾リグノセルロース繊維と樹脂混合物を調製することができる。   Mixing of chemically modified lignocellulose fiber and thermoplastic resin can be performed quickly by mixing the resin into the dispersion liquid (aqueous dispersion) of chemically modified lignocellulose fiber after chemical modification and filtering it. A lignocellulose fiber and resin mixture can be prepared.

樹脂は、微細繊維径の繊維状、微細な粉状又は粒子状で混合することが化学修飾リグノセルロースと樹脂とが均一に混合した熱圧成形を得る上で好ましい。   It is preferable to mix the resin in the form of fine fibers, fine powder, or particles in order to obtain hot press molding in which chemically modified lignocellulose and the resin are uniformly mixed.

熱圧成形体へのその他の添加物
本発明の熱圧成形体は、本発明の効果が損なわれない範囲で、ゼオライト、セラミックス、金属粉末等の無機化合物、着色剤、導電剤、帯電防止剤、酸化防止剤等を、適宜含有することができる。これらの添加物を、熱圧成形体の製造原料(化学修飾リグノセルロース繊維集合体)に混合することで、本発明の熱圧成形体を製造することでができる。
Other Additives to the Hot-Pressed Molded Body The hot-pressed molded body of the present invention is an inorganic compound such as zeolite, ceramics, and metal powder, a colorant, a conductive agent, and an antistatic agent as long as the effects of the present invention are not impaired. Further, an antioxidant and the like can be appropriately contained. These additives can be mixed with a raw material for producing a hot-press molded body (chemically modified lignocellulose fiber aggregate) to produce the hot-press molded body of the present invention.

熱圧成形体の塩
本発明の熱圧成形体は、本発明の効果が損なわれない範囲で、前記式(1)で示されるカルボキシ含有アシル基に於けるカルボキシ基、及び、前記式(2)で示されるカルボキシアルキル基含有アシル基に於けるカルボキシ基の一部または全部が、塩を形成していてもよく、このような熱圧成形体も本発明に包含される。
Salt of Hot-Pressed Molded Body The hot-pressed molded body of the present invention is a carboxy group in the carboxy-containing acyl group represented by the above formula (1) and the above formula (2), as long as the effects of the present invention are not impaired. A part or all of the carboxy group in the carboxyalkyl group-containing acyl group represented by) may form a salt, and such a hot-pressed product is also included in the present invention.

このような塩としてアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩又はアミンとの有機塩を例示することができる。   Examples of such salts include alkali metal salts, alkaline earth metal salts, and organic salts with amines.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   The present invention is not limited to these examples.

実施例及び比較において、パルプ、リグノセルロース、修飾リグノセルロース中のリグニン、セルロース、ヘミセルロース等の成分含量の%は、特記しない限り質量%を示す。   In Examples and Comparisons,% of component content of lignin, cellulose, hemicellulose and the like in pulp, lignocellulose, and modified lignocellulose indicates mass% unless otherwise specified.

分散液又は溶液中の各成分の濃度の%は、特記しない限り質量%を示す。   Unless otherwise specified,% of the concentration of each component in the dispersion or solution indicates mass%.

実施例、製造例(原料製造)において「化学修飾」又は「修飾」の代わりの用語として「化学変性」又は「変性」を使用することがある。   In the examples and production examples (raw material production), “chemical modification” or “modification” may be used as a term in place of “chemical modification” or “modification”.

「化学修飾されない」、「未化学修飾」又は「未修飾」の代わりの用語として「未変性」を使用することがある。   “Native” may be used as a term in place of “not chemically modified”, “unchemically modified” or “unmodified”.

1.用語/略号
実施例、比較例中で使用する下記の略称は次の意味を有する。
1. Terms / abbreviations The following abbreviations used in Examples and Comparative Examples have the following meanings.

NCTMP:針葉樹由来のケミカルサーモメカニカルパルプ
NUKP:針葉樹由来の未晒クラフトパルプ
CSF:カナダ標準濾水度
MCA:モノクロロ酢酸
NCTMP: Chemical thermomechanical pulp derived from conifers
NUKP: Unbleached kraft pulp derived from conifers
CSF: Canadian standard freeness
MCA: Monochloroacetic acid

2.使用原料
2-1.針葉樹由来のケミカルサーモメカニカルパルプ(NCTMP)
組成(質量%):
リグニン(Lig)27
2. Raw materials used
2-1. Chemical thermomechanical pulp (NCTMP) derived from conifers
Composition (% by mass):
Lignin 27

2-2.針葉樹由来の未晒クラフトパルプ(NUKP)
組成(質量%):
セルロース(Cel)74.5、
リグニン(Lig)9.9、
ヘミセルロース(Hemcel)15.6〔グルコマンナン(GlcMan)7.3、キシラン(Xy)7.4、アラビノガラクタン(AraGal)0.9(アラビナン(Ara)0.45、ガラクタン(Gal)0.45)〕
2-2. Unbleached kraft pulp derived from conifers (NUKP)
Composition (% by mass):
Cellulose (Cel) 74.5,
Lignin (Lig) 9.9,
Hemicellulose (Hemcel) 15.6 [Glucomannan (GlcMan) 7.3, Xylan (Xy) 7.4, Arabinogalactan (AraGal) 0.9 (Arabinan (Ara) 0.45, Galactan (Gal) 0.45)]

3.試験方法/測定方法及び使用機器等
(i)リグニンの定量方法(クラーソン法)
ガラスファイバーろ紙(GA55)を105℃オーブンで恒量になるまで乾燥させ、デシケータ内で放冷後、計量した。105℃で絶乾させたリグノセルロース(試料約0.2g)を精秤し、50mL容ビーカーに入れた。72%濃硫酸3mL加え、内容物が均一になるようにガラス棒で適宜押しつぶしながら、30℃の温水に1時間放置した。
3. Test method / measurement method and equipment used
(I) Lignin determination method (Klarson method)
Glass fiber filter paper (GA55) was dried in an oven at 105 ° C. until it reached a constant weight, allowed to cool in a desiccator, and then weighed. Lignocellulose (sample of about 0.2 g) that had been completely dried at 105 ° C. was precisely weighed and placed in a 50 mL beaker. 3 mL of 72% concentrated sulfuric acid was added, and the mixture was left in warm water at 30 ° C. for 1 hour while being appropriately crushed with a glass rod so that the contents were uniform.

次いで、内容物に蒸留水84gを加え定量的に三角フラスコに移した後、オートクレーブ中で120℃、1時間反応させた。放冷後、内容物をガラスファイバーろ紙で濾過し、200mLの蒸留水で洗浄した。105℃オーブンで恒量になるまで乾燥させ計量した。   Next, 84 g of distilled water was added to the contents, and quantitatively transferred to an Erlenmeyer flask, followed by reaction at 120 ° C. for 1 hour in an autoclave. After standing to cool, the contents were filtered through a glass fiber filter paper and washed with 200 mL of distilled water. Dry and weigh until constant weight in 105 ° C oven.

(ii)セルロース及びへミセルロースの定量方法(糖分析)
リグノセルロースをオーブンデシケータ中に入れ、真空ポンプで減圧しながら50℃で3時間乾燥させた。乾燥試料約30mgを精秤し、耐圧試験管に入れた後に内部標準としてフコース(0.1g/mL)を200μL加えた。メスピペットを用いて72%濃硫酸0.3mLを加え、ガラス棒で押して均一にし、30℃のウォーターバスで1時間反応させた。
(Ii) Determination method of cellulose and hemicellulose (sugar analysis)
Lignocellulose was placed in an oven desiccator and dried at 50 ° C. for 3 hours while reducing the pressure with a vacuum pump. About 30 mg of the dried sample was precisely weighed and placed in a pressure test tube, and then 200 μL of fucose (0.1 g / mL) was added as an internal standard. Using a pipette, 0.3 mL of 72% concentrated sulfuric acid was added, and the mixture was pushed evenly with a glass rod and reacted in a water bath at 30 ° C. for 1 hour.

1時間後、蒸留水8.4mLを加え、オートクレーブ中で120℃、1時間反応させた。放冷後、超純水を添加し適宜希釈した。希釈後の溶液をサーモフィッシャーサイエンティフィック社製イオンクロマトグラフ分析に供し、試料に含まれていた糖成分を分析した。   After 1 hour, 8.4 mL of distilled water was added, and the mixture was reacted in an autoclave at 120 ° C. for 1 hour. After allowing to cool, ultrapure water was added and diluted appropriately. The diluted solution was subjected to ion chromatographic analysis manufactured by Thermo Fisher Scientific, and the sugar component contained in the sample was analyzed.

(iii)リグノセルロース繊維の平均繊維径の測定
リグノセルロースの水懸濁液をエタノールに分散させ、ろ過によりエタノールと共に水を除去した。得られたろ過残渣のエタノール湿潤物を、室温で減圧乾燥させた。このリグノセルロース乾燥物について、500〜10,000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を撮影し、撮影した写真上において、少なくとも50本以上の繊維径を測定し、平均値を算出した。
(Iii) Measurement of average fiber diameter of lignocellulose fiber A water suspension of lignocellulose was dispersed in ethanol, and water was removed together with ethanol by filtration. The ethanol residue of the obtained filtration residue was dried under reduced pressure at room temperature. About this dried lignocellulose, the scanning electron microscope (SEM) photograph of 500-10,000 times was image | photographed, the fiber diameter of at least 50 or more was measured on the photographed photo, and the average value was computed.

(iv)熱圧成形体の強度試験
厚さ1mmの熱圧成形体を、カッターを用いて長さ30mm、幅5mmにカットし、サンプルを得た。このサンプルを、万能試験機(インストロン社製型式3365型 ツインコラム卓上型試験システム)を用いて、支点間距離20mm、曲げ速度5mm/minにて3点曲げ試験を行った。
(Iv) Strength test of hot-pressed molded body A hot-pressed molded body having a thickness of 1 mm was cut into a length of 30 mm and a width of 5 mm using a cutter to obtain a sample. This sample was subjected to a three-point bending test at a distance between supporting points of 20 mm and a bending speed of 5 mm / min using a universal testing machine (model 3365 twin column tabletop testing system manufactured by Instron).

4.製造例
リグノセルロース繊維(実施例及び比較例の熱圧成形体の原料)の製造
製造例1
Ref-NCTMP(NCTMPのリファイナーによる解繊)
前記NCTMP(リグニン含量:27質量%)に水を加えて、固形分濃度が3.0質量%のパルプスラリーを調製した。このパルプスラリーを、リファイナー(相川鉄工株式会社製ラボリファイナー 型式SDR14)を用いて、以下の条件にて解繊処理を行った。
Four. Production Example Production of lignocellulosic fiber (raw material for hot-pressed products of Examples and Comparative Examples)
Production Example 1
Ref-NCTMP (defibration by NCFMP refiner)
Water was added to the NCTMP (lignin content: 27% by mass) to prepare a pulp slurry having a solid content concentration of 3.0% by mass. The pulp slurry was defibrated using a refiner (Lab Refiner Model SDR14, manufactured by Aikawa Tekko Co., Ltd.) under the following conditions.

解繊条件
処理量:30L
流量:600mL/min
温度:40〜60℃
時間:約10min
得られたリグノセルロース繊維をRef-NCTMPと言う。
Defibration condition processing amount: 30L
Flow rate: 600mL / min
Temperature: 40-60 ° C
Time: about 10min
The obtained lignocellulose fiber is called Ref-NCTMP.

CSFは60mLであった。   CSF was 60 mL.

Ref-NCTMPの平均繊維径を表1に示す。   Table 1 shows the average fiber diameter of Ref-NCTMP.

製造例2
BM-NCTMP(NCTMPのビーズミルでの解繊)
前記NCTMP(リグニン含量:27質量%)に水を加えて、固形分濃度が0.75質量%のパルプスラリーを調製した。このパルプスラリーを、ビーズミル(アイメックス株式会社製型式NVM-2)を用いて、以下の条件にて3回解繊処理を行った。
Production Example 2
BM-NCTMP (defibration with NCTMP bead mill)
Water was added to the NCTMP (lignin content: 27% by mass) to prepare a pulp slurry having a solid content concentration of 0.75% by mass. This pulp slurry was defibrated three times under the following conditions using a bead mill (model NVM-2 manufactured by Imex Corporation).

解繊条件
ビーズ:ジルコニアビーズ(直径:1mm)
ビーズ充填率:70%
回転数:2,000rpm
吐出量:600mL/min
得られたリグノセルロース繊維をBM-NCTMPと言う。
Defibration condition beads: Zirconia beads (diameter: 1mm)
Bead filling rate: 70%
Rotation speed: 2,000rpm
Discharge rate: 600mL / min
The obtained lignocellulose fiber is called BM-NCTMP.

製造例3
Ref-NUKP(NUKPのリファイナーでの解繊)
原料を、前記NUKP(リグニン含量:9.9質量%)に変更した以外は、製造例1と同様にしてリグノセルロース繊維を得た。
Production Example 3
Ref-NUKP (defibration with NUKP refiner)
Lignocellulose fibers were obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the raw material was changed to the NUKP (lignin content: 9.9% by mass).

得られたリグノセルロース繊維をRef-NUKPと言う。   The obtained lignocellulose fiber is called Ref-NUKP.

Ref-NUKPの平均繊維径を第1表に示す。
CSFは50mLであった。
The average fiber diameter of Ref-NUKP is shown in Table 1.
CSF was 50 mL.

製造例4
ビーズミルで解繊された針葉樹由来の未晒クラフトパルプ(BM-NUKP)
原料を、針葉樹由来の未晒クラフトパルプ(NUKP、リグニン含量:9.9質量%)に変更した以外は、製造例2と同様にしてリグノセルロース繊維を得た。
Production Example 4
Unbleached kraft pulp (BM-NUKP) derived from conifers defibrated by a bead mill
Lignocellulose fibers were obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the raw material was changed to unbleached kraft pulp derived from conifers (NUKP, lignin content: 9.9% by mass).

得られたリグノセルロース繊維をBM-NUKPと言う。   The obtained lignocellulose fiber is called BM-NUKP.

BM-NUKPの平均繊維径を表1に示す。   Table 1 shows the average fiber diameter of BM-NUKP.

製造例で得られたリグノセルロース繊維の、リグニン量、平均繊維径を表1にまとめた。   Table 1 summarizes the amount of lignin and the average fiber diameter of the lignocellulose fibers obtained in the production examples.

Figure 2018150414
Figure 2018150414

5.実施例
実施例1:CM(BM-NUKP)の調製とその熱圧成形体
化学修飾リグノセルロースの調製
1Lの3つ口フラスコに、上記製造例4で得られたリグノセルロース繊維(BM-NUKP)を固形分で20g、水160g、イソプロパノール(IPA)480g、水酸化ナトリウム2.6gを仕込み、室温で30分間、混合攪拌した。続いて、モノクロロ酢酸2.4gを加え、更に30分間、混合攪拌した。
Five. Example
Example 1: Preparation of CM (BM-NUKP) and its hot-pressed body
Preparation of chemically modified lignocellulose 20g of lignocellulose fiber (BM-NUKP) obtained in Production Example 4 above in solid content, 20g of water, 160g of water, 480g of isopropanol (IPA), 2.6g of sodium hydroxide in a 1L three-necked flask Were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes. Subsequently, 2.4 g of monochloroacetic acid was added, and the mixture was further stirred for 30 minutes.

その後、フラスコの内温を70℃まで昇温、3時間保持し、化学修飾リグノセルロース繊維としてカルボキシメチル化(CM化)リグノセルロース繊維〔この化学修飾リグノセルロース繊維を、CM(BM-NUKP)と呼称する。〕のナトリウム塩を得た。   Then, raise the internal temperature of the flask to 70 ° C., hold for 3 hours, and carboxymethylated (CM) lignocellulose fiber [this chemically modified lignocellulose fiber, CM (BM-NUKP) as chemically modified lignocellulose fiber Call it. The sodium salt was obtained.

冷却後、2N塩酸水溶液で中和して反応混合物を取り出し、溶媒および水溶性残存成分をろ過により除去、再び水で希釈、ろ過を繰り返すことで、CM(BM-NUKP)の繊維集合体を洗浄した。   After cooling, neutralize with 2N hydrochloric acid aqueous solution, take out the reaction mixture, remove the solvent and water-soluble residual components by filtration, dilute again with water, and repeat filtration to wash the fiber aggregate of CM (BM-NUKP) did.

得られたCM(BM-NUKP)のCM化の置換度(DS)は0.04であった。   The CM substitution degree (DS) of the obtained CM (BM-NUKP) was 0.04.

DSは、前記「発明を実施するための形態」の項で説明した通りの意味を有する。   DS has the meaning as described in the above-mentioned section “DETAILED DESCRIPTION”.

CM化の置換度(DS)の求め方を以下に示す。   The method of obtaining the substitution degree (DS) for commercialization is shown below.

DSは、繰り返し単位1つあたりに付加したカルボキシメチル基の個数である。   DS is the number of carboxymethyl groups added per repeating unit.

変性によって増加したアニオン性イオン当量(重量あたりのアニオン性基量)は、このDS(α)及び未変性リグノセルロースの繰り返し単位1つあたりの見かけの式量(B)を用いて下記のように表せる。   The anionic ion equivalent (anionic group amount per weight) increased by modification is expressed as follows using this DS (α) and the apparent formula amount (B) per repeating unit of unmodified lignocellulose. I can express.

A−A0=α×103/(B+58×α)
α:モノクロロ酢酸の付加率(DS)
A:CM化リグノセルロースのアニオン性イオン当量 [meq/g]
A0:未変性リグノセルロースのアニオン性イオン当量 [meq/g]
B:未変性リグノセルロースの見かけの式量
この式をαについて整理すると、DS(α)は次式によって求めることができる。
A−A 0 = α × 10 3 / (B + 58 × α)
α: Monochloroacetic acid addition rate (DS)
A: Anionic ion equivalent of CM lignocellulose [meq / g]
A 0 : Anionic ion equivalent of unmodified lignocellulose [meq / g]
B: Apparent formula amount of unmodified lignocellulose By arranging this formula with respect to α, DS (α) can be obtained by the following formula.

α=B×(A−A0)/{1,000−58×(A‐A0)}
アニオン性イオン当量(A又はA0)は、硝酸メタノール法により算出した。
α = B × (A−A 0 ) / {1,000−58 × (A−A 0 )}
The anionic ion equivalent (A or A 0 ) was calculated by the nitric acid methanol method.

CM化又は未変性リグノセルロース含有スラリーを、乾燥物の重量が約2gとなるように秤量し、300mL共栓三角フラスコに入れた。この300mL共栓三角フラスコ内に硝酸メタノール(無水メタノール1lに特級濃硝酸100mLを加えた液)を100mL加え、300mL共栓三角フラスコの内容物を3時間振盪してパルプスラリーを得た。   The CMized or unmodified lignocellulose-containing slurry was weighed so that the weight of the dried product was about 2 g, and placed in a 300 mL stoppered Erlenmeyer flask. In this 300 mL stoppered Erlenmeyer flask, 100 mL of methanol nitrate (a solution obtained by adding 100 mL of special grade concentrated nitric acid to 1 liter of anhydrous methanol) was added, and the contents of the 300 mL stoppered Erlenmeyer flask were shaken for 3 hours to obtain a pulp slurry.

このパルプスラリーをろ取した後、残存する水溶性薬品を除去するために、ろ過残渣を300mLガラス容器に入れ、80%メタノール(無水メタノール80gと水20gとの混合液)100mLを加えて攪拌し、再びろ過する操作を3回繰り返した。得られたろ過残渣に80%メタノールを加えて湿潤させ、0.1N水酸化ナトリウム水溶液を100mL加えて室温で3時間攪拌しパルプスラリーを得た。   After removing the pulp slurry, in order to remove the remaining water-soluble chemicals, the filtration residue is put into a 300 mL glass container, and 100 mL of 80% methanol (a mixture of 80 g of anhydrous methanol and 20 g of water) is added and stirred. The operation of filtering again was repeated 3 times. 80% methanol was added to the obtained filtration residue to wet it, 100 mL of 0.1N sodium hydroxide aqueous solution was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours to obtain a pulp slurry.

このパルプスラリーに対して、指示薬としてフェノールフタレインを用いて0.1N硫酸で過剰量の水酸化ナトリウムを滴定した。   To this pulp slurry, an excess amount of sodium hydroxide was titrated with 0.1N sulfuric acid using phenolphthalein as an indicator.

上記アニオン性イオン当量は、次式により算出した。   The anionic ion equivalent was calculated by the following formula.

CM化又は未変性リグノセルロースのアニオン性イオン当量=(F1‐F2)×0.1/W
F1:0.1N水酸化ナトリウムの添加量[mL]
F2:0.1N硫酸の滴定量[mL]
未変性リグノセルロースの見かけの式量(B)は、次式により算出した。
Anionic ion equivalent of CMized or unmodified lignocellulose = (F 1 -F 2 ) × 0.1 / W
F 1 : 0.1N sodium hydroxide addition amount [mL]
F 2 : 0.1N sulfuric acid titration [mL]
The apparent formula amount (B) of unmodified lignocellulose was calculated by the following formula.

B={196×Lm+162×(100−Lm)}/100
Lm:未変性リグノセルロースに含まれるリグニンのモル比 [mol%]
未変性リグノセルロースに含まれるリグニンのモル比(Lm)は、次式により算出した。
B = {196 × L m + 162 × (100−L m )} / 100
L m : molar ratio of lignin contained in unmodified lignocellulose [mol%]
The molar ratio (L m ) of lignin contained in unmodified lignocellulose was calculated by the following formula.

Lm=(Lw/196)/{(Lw/196)+(100-Lw)/162}×100
Lw:未変性リグノセルロースに含まれるリグニンの重量比 [wt%]
未変性リグノセルロースに含まれるリグニンの重量比(Lw)は、クラーソン法により測定した。
L m = (L w / 196) / {(L w / 196) + (100−L w ) / 162} × 100
L w : Weight ratio of lignin contained in unmodified lignocellulose [wt%]
The weight ratio (L w ) of lignin contained in unmodified lignocellulose was measured by the Klarson method.

ガラスファイバーろ紙(GA55)を、105℃オーブンで恒量になるまで乾燥させ、デシケーター内で放冷後、計量した(WF)。105℃オーブンで恒量になるまで乾燥させたリグノセルロース(試料約0.2g)を精秤し(W0)、72%硫酸3mLを加え、内容物が均一になるようにガラス棒で適宜押し潰しながら、30℃の湯浴にて1時間保持した。 The glass fiber filter paper (GA55) was dried to a constant weight in a 105 ° C. oven, allowed to cool in a desiccator, and then weighed (W F ). Lignocellulose (approximately 0.2g of sample) dried to constant weight in an oven at 105 ° C is weighed precisely (W 0 ), added with 3mL of 72% sulfuric acid, and crushed appropriately with a glass rod to make the contents uniform. And kept in a 30 ° C. water bath for 1 hour.

次いで内容物に蒸留水84gを加え、オートクレーブ中にて120℃で1時間保持した。放冷後、内容物をガラスファイバーろ紙でろ過し、200mLの蒸留水で洗浄した。   Next, 84 g of distilled water was added to the contents, and the mixture was kept at 120 ° C. for 1 hour in an autoclave. After standing to cool, the contents were filtered with glass fiber filter paper and washed with 200 mL of distilled water.

得られたろ過残渣とガラスファイバーろ紙を105℃オーブンで恒量になるまで乾燥させて計量(Wtotal)し、ガラスファイバーろ紙の重量(WF)を差し引くことで、リグニン除去後のパルプ重量を算出した(W1=Wtotal-WF)。 The obtained filtration residue and glass fiber filter paper are dried in a 105 ° C oven to a constant weight, weighed (W total ), and the weight of the fiber glass filter paper (W F ) is subtracted to calculate the pulp weight after lignin removal (W 1 = W total -W F ).

未変性リグノセルロースに含まれるリグニンの重量比(Lw)は、次式により算出した。 The weight ratio (L w ) of lignin contained in unmodified lignocellulose was calculated by the following formula.

Lw=(W0−W1)/W0×100
なお、DSの計算には、未変性リグノセルロースの式量(リグノセルロース中のセルロース、リグニン及びヘミセルロースの含有モル分率を勘案して計算)が通常使用される。上記のように、セルロースとリグニンのモル分率だけを使用して計算した見かけの式量(B)をリグノセルロースの式量の代わりに用いてDSを計算しても誤差はほとんどない(誤差約5%)。本発明では、上記の式によりDSを計算した。
L w = (W 0 −W 1 ) / W 0 × 100
In addition, the formula amount of unmodified lignocellulose (calculated in consideration of the mole fractions of cellulose, lignin and hemicellulose in lignocellulose) is usually used for the calculation of DS. As described above, there is almost no error even if DS is calculated using the apparent formula amount (B) calculated using only the molar fraction of cellulose and lignin instead of the formula amount of lignocellulose. Five%). In the present invention, DS was calculated by the above formula.

化学修飾リグノセルロースの熱圧成形
上記、CM(BM-NUKP)繊維集合体を乾燥して金型内に封入し、200℃に加熱、100MPaに加圧した状態で3分間保持することで、厚さ1mmの化学修飾リグノセルロース〔CM(BM-NUKP)〕の熱圧成形体を得た。
Hot-press molding of chemically modified lignocellulose The CM (BM-NUKP) fiber assembly described above is dried and sealed in a mold, heated to 200 ° C and pressurized to 100 MPa for 3 minutes to maintain thickness. A hot-pressed product of 1 mm thick chemically modified lignocellulose [CM (BM-NUKP)] was obtained.

得られた熱圧成形体を、カッターを用いて長さ30mm、幅5mmにカットしサンプルを得た。このサンプルを万能試験機(インストロン社製 型式3365型 ツインコラム卓上型試験システム)を用いて、支点間距離20mm、曲げ速度5mm/minにて3点曲げ試験を行った。   The obtained hot-pressed product was cut into a length of 30 mm and a width of 5 mm using a cutter to obtain a sample. This sample was subjected to a three-point bending test using a universal testing machine (model 3365 type twin column tabletop testing system manufactured by Instron) at a distance between supporting points of 20 mm and a bending speed of 5 mm / min.

その結果、サンプルは、曲げ強さ217MPa、曲げ弾性率10.7GPaであった。   As a result, the sample had a bending strength of 217 MPa and a bending elastic modulus of 10.7 GPa.

上記のCM化リグノセルロース繊維の製造条件と上記CM化リグノセルロース学修飾成形体の製造条件と物性測定結果を、夫々、表2及び表3にまとめた。   Tables 2 and 3 summarize the production conditions of the above-mentioned CM lignocellulosic fibers, the production conditions of the above-mentioned CM lignocellulosic modified molded article, and the physical property measurement results, respectively.

実施例2
熱圧成形における加圧条件を30MPaに変更した以外は、実施例1と同様にしてCM化リグノセルロースの熱圧成形体を得た。熱圧成形体の曲げ試験の結果、曲げ強さ207MPa、曲げ弾性率9.7GPaであった。
Example 2
A CM-shaped lignocellulose hot-press molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pressing condition in the hot-press molding was changed to 30 MPa. As a result of the bending test of the hot-pressed product, the bending strength was 207 MPa and the bending elastic modulus was 9.7 GPa.

上記のCM化リグノセルロース繊維の製造条件と上記CM化リグノセルロース修飾成形体の製造条件と物性測定結果を、夫々、表2及び表3にまとめた。   Tables 2 and 3 summarize the production conditions of the above-mentioned CM lignocellulosic fiber, the production conditions of the above-mentioned CM lignocellulose-modified molded product, and the physical property measurement results, respectively.

実施例3〜6
リグノセルロース及び添加する試薬量を表2に記載の量に変更した以外は、実施例1と同様にしてCM化リグノセルロース繊維を得、次いでこれを表3に示す製造条件でCM化リグノセルロースの熱圧成形体を得た。
Examples 3-6
Except for changing the amount of lignocellulose and the reagent to be added to the amount shown in Table 2, CM-converted lignocellulose fiber was obtained in the same manner as in Example 1, and then this was changed to CM-converted lignocellulose under the production conditions shown in Table 3. A hot-pressed product was obtained.

得られたCM化リグノセルロース繊維の物性を表2に、示す。CM化リグノセルロースの熱圧成形体の物性を表3に示す。熱圧成形体の密度も測定し表3に記載した。   Table 2 shows the physical properties of the obtained CM lignocellulose fibers. Table 3 shows the physical properties of CM-formed lignocellulose hot-pressed products. The density of the hot-pressed product was also measured and listed in Table 3.

表中、以下の略号の意味は下記の通りである。
CM:カルボキシメチル化
AS:アルケニルコハク酸ハーフエステル化
BM:ビーズミルで解繊したこと
Ref:リファイナーで解繊したこと
NUKP:針葉樹由来未晒クラフトパルプ
NCTMP:針葉樹由来ケミカルサーモメカニカルパルプ。
In the table, the meanings of the following abbreviations are as follows.
CM: Carboxymethylation
AS: Alkenyl succinic acid half esterification
BM: Defibered with a bead mill
Ref: Disassembling with refiner
NUKP: Unbleached kraft pulp derived from conifers
NCTMP: Chemical thermomechanical pulp derived from conifers.

従って、CM(BM-NUKP)は、針葉樹由来未晒クラフトパルプをビーズミルで解繊してリグノセルロース繊維を得、これをカルボキシメチル化した化学修飾リグノセルロース繊維を意味する。
Therefore, CM (BM-NUKP) means chemically modified lignocellulose fibers obtained by defibrating unbleached kraft pulp derived from coniferous trees with a bead mill to obtain lignocellulose fibers and carboxymethylating them.

Figure 2018150414
Figure 2018150414

Figure 2018150414
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実施例7:AS(BM-NUKP)の調製とその熱圧成形体
化学修飾(AS修飾)リグノセルロース繊維の調製
1Lの3つ口フラスコに、上記製造例4で得られたリグノセルロース(BM-NUKP)繊維を固形分で20g、N-メチルピロリドン(NMP)650gを仕込み、攪拌しつつ80℃で減圧脱水した。
Example 7: Preparation of AS (BM-NUKP) and its hot-pressed body
Preparation of chemically modified (AS modified) lignocellulose fibers
A 1-L three-necked flask was charged with 20 g of the lignocellulose (BM-NUKP) fiber obtained in Production Example 4 above in solids and 650 g of N-methylpyrrolidone (NMP), and dehydrated under reduced pressure at 80 ° C. with stirring. .

続いて、窒素を導入して常圧に戻し、アルケニル無水コハク酸(星光PMC株式会社製 T-NS135、無水コハク酸以外の炭素数が16)5.6g、炭酸カリウム1.2gを加え、80℃のまま3時間保持し、化学修飾リグノセルロース繊維としてAS修飾リグノセルロース〔これをAS(BM-NUKP)と呼称する〕のカリウム塩を得た。   Subsequently, nitrogen was introduced to return to normal pressure, alkenyl succinic anhydride (T-NS135, produced by Hoshimitsu PMC Co., Ltd., 16 carbon atoms other than succinic anhydride was added) 5.6 g, potassium carbonate 1.2 g was added, This was kept for 3 hours to obtain a potassium salt of AS-modified lignocellulose (referred to as AS (BM-NUKP)) as a chemically-modified lignocellulose fiber.

冷却後、反応混合物を2N塩酸水溶液に入れて中和し、溶媒及び水溶性残存成分をろ過により除去した。更にアセトン、エタノール、水で順次希釈とろ過を繰り返すことで、化学修飾リグノセルロース〔AS(BM-NUKP)〕の繊維集合体を得た。   After cooling, the reaction mixture was neutralized by putting it in a 2N aqueous hydrochloric acid solution, and the solvent and water-soluble residual components were removed by filtration. Further, the fiber assembly of chemically modified lignocellulose [AS (BM-NUKP)] was obtained by sequentially repeating dilution and filtration with acetone, ethanol, and water.

得られた化学修飾リグノセルロース〔AS(BM-NUKP)〕の置換度(DS)は、0.13であった。   The degree of substitution (DS) of the obtained chemically modified lignocellulose [AS (BM-NUKP)] was 0.13.

化学修飾(AS化)リグノセルロースの製造条件と物性について、表4 にまとめた。   The production conditions and physical properties of chemically modified (AS) lignocellulose are summarized in Table 4.

DSは、前記[発明を実施するための形態]の項で説明したとおりの意味を有する。   DS has the same meaning as described in the above-mentioned section [Detailed Description of the Invention].

AS化のDSの求め方を以下に示す。   The following shows how to obtain the AS DS.

DSは、繰り返し単位1つあたりに付加したASAの個数である。   DS is the number of ASAs added per repeating unit.

ASAの付加当量(変性リグノセルロースの重量あたりのASAの付加量)は、このDS(α)、ASAの分子量(M)、未変性リグノセルロースの繰り返し単位1つあたりの見かけの式量(B)を用いて下記のように表せる。   The addition equivalent of ASA (addition amount of ASA per weight of the modified lignocellulose) is this DS (α), the molecular weight of ASA (M), the apparent formula weight per repeating unit of unmodified lignocellulose (B) Can be expressed as follows.

A=α×103/(B+M×α)
α:ASAの付加率(DS)
A:ASAの付加当量 [meq/g]
B:未変性リグノセルロースの見かけの式量
この式をαについて整理すると、DS(α)は次式によって求めることができる。
A = α × 10 3 / (B + M × α)
α: ASA addition rate (DS)
A: Additional equivalent of ASA [meq / g]
B: Apparent formula amount of unmodified lignocellulose By arranging this formula with respect to α, DS (α) can be obtained by the following formula.

α=B×A/{1,000−M×A}
ASAの付加当量は、下記の方法により測定、算出した。
α = B × A / {1,000−M × A}
The additional equivalent of ASA was measured and calculated by the following method.

ASA付加リグノセルロース含有スラリーを、乾燥物の重量が約0.5gとなるように秤量し、100mLビーカーに入れた。ここにエタノール15mL、水5mLを加え、室温で30分攪拌してパルプスラリーを得た。続いて、0.5N水酸化ナトリウム溶液10mLを加え、70℃で15分攪拌した後、室温まで冷却して更に1晩攪拌した。   The ASA-added lignocellulose-containing slurry was weighed so that the weight of the dried product was about 0.5 g and placed in a 100 mL beaker. Ethanol 15mL and water 5mL were added here, and it stirred at room temperature for 30 minutes, and obtained the pulp slurry. Subsequently, 10 mL of 0.5N sodium hydroxide solution was added and stirred at 70 ° C. for 15 minutes, then cooled to room temperature and further stirred overnight.

得られた混合液に対して、指示薬としてフェノールフタレインを用いて0.1N塩酸水溶液で過剰量の水酸化ナトリウムを滴定した。   To the resulting mixture, an excess amount of sodium hydroxide was titrated with 0.1N aqueous hydrochloric acid using phenolphthalein as an indicator.

上記ASAの付加当量は次式により算出した。   The additional equivalent of ASA was calculated by the following formula.

ASA付加当量=(F1×0.5‐F2×0.1‐A0×W)/2/W
F1:0.5N水酸化ナトリウムの添加量[mL]
F2:0.1N塩酸の滴定量[mL]
W:秤量したASA付加又は未変性リグノセルロースの乾燥重量[g]
A0:未変性リグノセルロースのアニオン性イオン当量[meq/g]
未変性リグノセルロースの見かけの式量(B)は前述の方法で算出した。
ASA additional equivalent = (F 1 × 0.5-F 2 × 0.1-A 0 × W) / 2 / W
F 1 : Amount of 0.5N sodium hydroxide added [mL]
F 2 : 0.1N hydrochloric acid titration [mL]
W: Dry weight [g] of weighed ASA-added or unmodified lignocellulose
A 0 : Anionic ion equivalent of unmodified lignocellulose [meq / g]
The apparent formula amount (B) of unmodified lignocellulose was calculated by the method described above.

化学修飾(AS修飾)リグノセルロースの熱圧成形
上記、化学修飾リグノセルロース〔AS(BM-NUKP〕繊維の繊維集合体を乾燥して金型内に封入した。次いで、200℃に加熱、100MPaに加圧した状態で3分間保持することで、化学修飾(AS修飾)リグノセルロース〔AS(BM-NUKP〕の熱圧成形体(実施例7)を得た。
Hot-press molding of chemically modified (AS-modified) lignocellulose The above-mentioned chemically modified lignocellulose [AS (BM-NUKP)] fiber assembly was dried and sealed in a mold, then heated to 200 ° C and 100 MPa By holding for 3 minutes in a pressurized state, a hot-pressed product (Example 7) of chemically modified (AS-modified) lignocellulose [AS (BM-NUKP)] was obtained.

得られた熱圧成形体を、カッターを用いて長さ30mm、幅5mmにカットしサンプルを得た。このサンプルを万能試験機(インストロン社製 型式3365型 ツインコラム卓上型試験システム)を用いて、支点間距離20mm、曲げ速度5mm/minにて3点曲げ試験を行った。   The obtained hot-pressed product was cut into a length of 30 mm and a width of 5 mm using a cutter to obtain a sample. This sample was subjected to a three-point bending test using a universal testing machine (model 3365 type twin column tabletop testing system manufactured by Instron) at a distance between supporting points of 20 mm and a bending speed of 5 mm / min.

その結果、熱圧成形体は、曲げ強さ197MPa、曲げ弾性率10.2GPaであった。   As a result, the hot-pressed product had a bending strength of 197 MPa and a bending elastic modulus of 10.2 GPa.

この結果を表5にまとめた。   The results are summarized in Table 5.

実施例8〜13
リグノセルロース繊維(化学修飾繊維の原料)を変えて表4の条件で化学修飾してAS修飾リグノセルロース繊維を得た。次いで、AS修飾リグノセルロース繊維集合体を分散させた溶媒を変えて繊維集合体を得た。これを表5に示す形状と熱圧条件で加工して、実施例8〜13の熱圧成形体を得た。
Examples 8-13
The lignocellulosic fiber (the raw material of chemically modified fiber) was changed and chemically modified under the conditions shown in Table 4 to obtain AS-modified lignocellulose fiber. Next, the solvent in which the AS-modified lignocellulose fiber aggregate was dispersed was changed to obtain a fiber aggregate. This was processed under the shape and hot press conditions shown in Table 5 to obtain hot press molded bodies of Examples 8 to 13.

実施例7と同様にして測定した曲げ試験の結果も表5に示す。   The results of the bending test measured in the same manner as in Example 7 are also shown in Table 5.

熱圧成形体の密度も測定し、表5に記載した。   The density of the hot-pressed product was also measured and listed in Table 5.

Figure 2018150414
Figure 2018150414

Figure 2018150414
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比較例1
上記製造例2で得られたリグノセルロース繊維の水湿潤物を、エタノールでの希釈、ろ過を繰り返し、リグノセルロース繊維の集合体を得た。
Comparative Example 1
The lignocellulosic fiber wet product obtained in Production Example 2 was repeatedly diluted with ethanol and filtered to obtain an aggregate of lignocellulose fibers.

得られた繊維集合体を乾燥して金型内に封入し、200℃に加熱、50MPaに加圧した状態で3分間保持することで、厚さ1mmの未修飾リグノセルロースの繊維集合体を得た。   The obtained fiber assembly is dried and sealed in a mold, heated to 200 ° C. and kept at 50 MPa for 3 minutes to obtain a fiber assembly of unmodified lignocellulose having a thickness of 1 mm. It was.

得られたリグノセルロース繊維集合体を、カッターを用いて長さ30mm、幅5mmにカットしサンプルを得た。このサンプルを万能試験機(インストロン社製 型式3365型 ツインコラム卓上型試験システム)を用いて、支点間距離20mm、曲げ速度5mm/minにて3点曲げ試験を行った。   The obtained lignocellulose fiber aggregate was cut into a length of 30 mm and a width of 5 mm using a cutter to obtain a sample. This sample was subjected to a three-point bending test using a universal testing machine (model 3365 type twin column tabletop testing system manufactured by Instron) at a distance between supporting points of 20 mm and a bending speed of 5 mm / min.

その結果、得られたリグノセルロース繊維集合体は、曲げ強さ166MPa、曲げ弾性率7.3GPaであった。密度は1.30g/cm3であった。 As a result, the obtained lignocellulose fiber assembly had a bending strength of 166 MPa and a bending elastic modulus of 7.3 GPa. The density was 1.30 g / cm 3 .

上記のリグノセルロース繊維の物性を表6に、リグノセルロース繊維集合体の製造条件と物性測定結果を表7にまとめた。   Table 6 summarizes the physical properties of the above lignocellulose fibers, and Table 7 summarizes the production conditions and physical property measurement results of the lignocellulose fiber aggregates.

比較例2及び3
リグノセルロース繊維、及び熱圧成形体の製造条件を、表6及び7に示す通りに変更した以外は、比較例1と同様にしてリグノセルロース繊維集合体を得た。
Comparative Examples 2 and 3
A lignocellulose fiber aggregate was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the production conditions of the lignocellulose fiber and the hot-press molded body were changed as shown in Tables 6 and 7.

得られたリグノセルロース繊維集合体の物性測定結果を表7にまとめた。   The physical property measurement results of the obtained lignocellulose fiber aggregate are summarized in Table 7.

Figure 2018150414
Figure 2018150414

Figure 2018150414
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実施例と比較例の纏め
表8に実施例及び比較例の試験結果をまとめて示す。
It summarizes the test results of Examples and Comparative Examples are summarized in Table 8 of the Examples and Comparative Examples.

考察
化学修飾リグノセルロース繊維を熱圧加工して優れた効果を示す本発明の熱圧成形体が得られた理由を次の通り考える。
Discussion The reason why the hot-press molded product of the present invention showing the excellent effect by hot-pressing chemically modified lignocellulose fiber is considered as follows.

本発明の熱圧成形体は、その構造が、(i)原料の化学修飾リグノセルロース繊維に含まれているリグニン、化学修飾されたリグニン、ヘミセルロース、及び化学修飾されたヘミセルロースをマトリックスとし、(ii)セルロースナノファイバー(CNF)及び化学修飾されたセルロースをフィラーとする、ナノコンポジットともいえる。   The hot-press molded body of the present invention has a structure in which (i) lignin, chemically modified lignin, hemicellulose, and chemically modified hemicellulose contained in the chemically modified lignocellulosic fiber as a matrix are (ii) It can also be said to be a nanocomposite using cellulose nanofiber (CNF) and chemically modified cellulose as a filler.

通常、ナノコンポジットの設計においては、マトリクス成分の熱可塑性、マトリクス成分へのフィラーの均一な分散及びマトリクス成分とフィラーとの親和性が重要である。本発明では、マトリクス成分の熱可塑性を好適にするために、リグニン及びヘミセルロースの水酸基の化学修飾が有効に機能している。未修飾の状態でもリグニンは熱可塑性を示すが、化学修飾することでその官能基がリグニン同士の相互結合作用を阻害し、熱可塑性が向上したと考える。   Usually, in the design of nanocomposites, the thermoplasticity of the matrix component, the uniform dispersion of the filler in the matrix component, and the affinity between the matrix component and the filler are important. In the present invention, chemical modification of hydroxyl groups of lignin and hemicellulose functions effectively in order to make the thermoplasticity of the matrix component suitable. Although lignin shows thermoplasticity even in an unmodified state, it is considered that the chemical modification improved the thermoplasticity by inhibiting the mutual bonding of the lignins with the functional group.

ヘミセルロースは、通常、水酸基による水素結合で自身同士が結びついており、熱可塑性をほぼ示さない。本発明では、この水素結合を化学修飾により阻害することにより、ヘミセルロースの熱可塑性も向上したと考える。   Hemicellulose is usually bonded to each other by hydrogen bonding with a hydroxyl group, and exhibits almost no thermoplasticity. In the present invention, it is considered that the thermoplasticity of hemicellulose is also improved by inhibiting this hydrogen bond by chemical modification.

マトリクス成分へのフィラーの均一な分散にも、ヘミセルロースの水酸基の化学修飾が有効に機能していると考える。未修飾の状態では、ヘミセルロースはCNFを束ねる役割を果たしているが、上記の通りヘミセルロースの熱可塑性が向上したことで、CNFが束の状態から開放されたと考える。   It is considered that chemical modification of the hydroxyl group of hemicellulose also functions effectively for uniform dispersion of the filler in the matrix component. In the unmodified state, hemicellulose plays a role of bundling CNF, but it is considered that CNF was released from the bundled state due to the improved thermoplasticity of hemicellulose as described above.

木質材料は、複数のCNFをヘミセルロースが束ね、その集合体をリグニンが接着剤として固めることで、マトリクス成分とフィラーの親和性が保たれている。本発明では化学修飾の程度を適度に制御しているので、この天然由来の機能を損なわない程度に抑えているものと考えられる。   In woody materials, the affinity of matrix components and fillers is maintained by bundling hemicelluloses of multiple CNFs and solidifying the aggregates with lignin as an adhesive. In the present invention, since the degree of chemical modification is appropriately controlled, it is considered that this naturally occurring function is suppressed to such an extent that it is not impaired.

これらの効果が合わさって、相乗的に作用し、本発明の効果が得られたと考える。
化学修飾にて導入すべき官能基として、式(1)及び式(2)に示す官能基が優れた理由は、水素結合の阻害性、リグニン同士の相互作用の阻害性、リグニン,ヘミセルロース,CNFの親和性を損なわないこと等、バランスが優れたためであると考える。
These effects are combined to act synergistically, and the effect of the present invention is obtained.
The reason why the functional groups shown in Formula (1) and Formula (2) are superior as functional groups to be introduced by chemical modification is that hydrogen bond inhibition, lignin interaction inhibition, lignin, hemicellulose, CNF This is considered to be because the balance was excellent, such as not compromising the affinity.

Figure 2018150414
Figure 2018150414

Claims (14)

化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースが、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):
Figure 2018150414
(式中、R1及びR2は、夫々水素原子、メチル基、エチル基又は分岐鎖を有してもよい炭素数3〜20のアルケニル基若しくはアルキル基を示す。但し、R1及びR2のいずれか一方の炭素数が4〜20のときは、R1及びR2のいずれか一方は水素原子である。)
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
又は、
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること、
又は、
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
A hot-pressed product of chemically modified lignocellulose,
The above-mentioned chemically modified lignocellulose has the properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414
(In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a C 3-20 alkenyl group or alkyl group which may have a branched chain, provided that R 1 and R 2 When one of these has 4 to 20 carbon atoms, either R 1 or R 2 is a hydrogen atom.)
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Or
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) the degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.01 to 0.4,
Or
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.4.
請求項1に記載の熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースが、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体:
特性(a)
(a-1)前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):
Figure 2018150414
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.1〜0.4であること。
The hot-press molded body according to claim 1,
The above-mentioned chemically modified lignocellulose has the properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in the lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) The degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.1 to 0.4.
請求項1に記載の熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースが、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体:
特性(a)
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.3であること。
The hot-press molded body according to claim 1,
The above-mentioned chemically modified lignocellulose has the properties (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.3.
請求項1〜3のいずれかに記載の熱圧成形体であって、
前記化学修飾リグノセルロースのリグニン成分含有量が、2〜40質量%である、
熱圧成形体。
The hot-press molded body according to any one of claims 1 to 3,
The lignin component content of the chemically modified lignocellulose is 2 to 40% by mass,
Hot-pressed body.
請求項1〜4のいずれかに記載の熱圧成形体であって、更に熱可塑性樹脂を含有する、熱圧成形体。   5. A hot-press molded body according to any one of claims 1 to 4, further comprising a thermoplastic resin. 化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法であって、
化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を加熱下に圧縮する工程を含み、
前記化学修飾リグノセルロース繊維が、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体の製造方法:
特性(a)
(a-1)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):
Figure 2018150414
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
又は、
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること、
又は、
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.4であること。
A method for producing a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose,
Comprising a step of compressing a fiber assembly composed of chemically modified lignocellulose fibers under heating,
The method for producing a hot-pressed product, wherein the chemically modified lignocellulosic fiber has the characteristics (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Or
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) the degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.01 to 0.4,
Or
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.4.
請求項6に記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維が、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体の製造方法:
特性(a)
(a-1)前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(1):
Figure 2018150414
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化されていること、
特性(b)
(b-1)前記ハーフエステル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.1〜0.4であること。
A method for producing a hot-press molded body according to claim 6,
The method for producing a hot-pressed product, wherein the chemically modified lignocellulosic fiber has the characteristics (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-1) Some of the hydroxyl groups present in the lignocellulose are represented by the following formula (1):
Figure 2018150414
It is half-esterified with a carboxy group-containing acyl group represented by
Characteristic (b)
(B-1) The degree of substitution of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the half-esterified lignocellulose is 0.1 to 0.4.
請求項6に記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維が、(a)及び(b)の特性を有する、熱圧成形体の製造方法:
特性(a)
(a-2)リグノセルロース中に存在する水酸基の一部が、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化されていること、
特性(b)
(b-2)前記エーテル化されたリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度が0.01〜0.3であること。
A method for producing a hot-press molded body according to claim 6,
The method for producing a hot-pressed product, wherein the chemically modified lignocellulosic fiber has the characteristics (a) and (b):
Characteristic (a)
(A-2) Some of the hydroxyl groups present in lignocellulose are represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1.)
Etherified with a carboxyalkyl group represented by
Characteristic (b)
(B-2) The substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the etherified lignocellulose is 0.01 to 0.3.
請求項6〜8のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維の平均繊維径が、20nm〜50μmである、
熱圧成形体の製造方法。
A method for producing a hot-press molded body according to any one of claims 6 to 8,
The average fiber diameter of the chemically modified lignocellulose fiber is 20 nm to 50 μm,
A method for producing a hot-pressed product.
請求項6〜9のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維のリグニン成分含有量が、2〜40質量%である、
熱圧成形体の製造方法。
A method for producing a hot-press molded body according to any one of claims 6 to 9,
The lignin component content of the chemically modified lignocellulose fiber is 2 to 40% by mass,
A method for producing a hot-pressed product.
請求項6〜10のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱する温度が160〜240℃であり、圧縮する圧力が30 MPa〜100 MPaである、熱圧成形体の製造方法。
A method for producing a hot-press molded body according to any one of claims 6 to 10,
A method for producing a hot-pressed product, wherein a temperature at which the fiber assembly composed of the chemically modified lignocellulose fibers is heated is 160 to 240 ° C, and a pressure at which the fiber assembly is compressed is 30 MPa to 100 MPa.
請求項6〜11のいずれかに記載の熱圧成形体の製造方法であって、
化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体として、更に熱可塑性樹脂を含む繊維集合体を使用する、熱圧成形体の製造方法。
A method for producing a hot-press molded body according to any one of claims 6 to 11,
A method for producing a hot-pressed product, wherein a fiber assembly further comprising a thermoplastic resin is used as a fiber assembly composed of chemically modified lignocellulose fibers.
化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体の製造方法であって、
下記第1工程及び第2工程を含む、熱圧成形体の製造方法:
(1)第1工程
(a-1)リグノセルロース繊維に、下式(3):
Figure 2018150414
で表されるコハク酸無水物又はその誘導体を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、下式(1):
Figure 2018150414
で表される、カルボキシ基含有アシル基でハーフエステル化することにより、
前記ハーフエステル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、化学修飾リグノセルロース繊維を製造する工程、
又は、
(a-2)リグノセルロース繊維に、下式(4):
X-(CH2n-COOH ・・・・(4)
(式中nは、1〜3の整数を示す。Xは、Cl、Br及びIからなる群から選ばれるハロゲン原子を示す。)
で表されるハロゲノアルキルカルボン酸を反応させて、前記リグノセルロース中に存在する水酸基の一部を、下式(2):
-(CH2n-COOH ・・・・(2)
(式中、nは1〜3の整数を示す。)
で表されるカルボキシアルキル基でエーテル化することにより、
前記エーテル化するリグノセルロース中の水酸基の水素原子の置換度を0.01〜0.4とすることで、化学修飾リグノセルロース繊維を製造する工程、
(2)第2工程
前記第1工程で得られた化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱下に圧縮する工程。
A method for producing a hot-pressed product of chemically modified lignocellulose,
A method for producing a hot-pressed product, comprising the following first step and second step:
(1) First step :
(A-1) In lignocellulose fiber, the following formula (3):
Figure 2018150414
A part of the hydroxyl group present in the lignocellulose is reacted with a succinic anhydride or a derivative thereof represented by the following formula (1):
Figure 2018150414
By half-esterification with a carboxy group-containing acyl group represented by
The step of producing a chemically modified lignocellulose fiber by setting the substitution degree of the hydrogen atom of the hydroxyl group in the lignocellulose to be half-esterified to 0.01 to 0.4,
Or
(A-2) In lignocellulose fiber, the following formula (4):
X- (CH 2 ) n -COOH (4)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3. X represents a halogen atom selected from the group consisting of Cl, Br and I.)
Is reacted with a halogenoalkyl carboxylic acid represented by the following formula (2):
-(CH 2 ) n -COOH (2)
(In the formula, n represents an integer of 1 to 3.)
By etherification with a carboxyalkyl group represented by
The step of producing chemically modified lignocellulose fibers by setting the degree of substitution of hydrogen atoms of hydroxyl groups in the lignocellulose to be etherified to 0.01 to 0.4,
(2) Second step :
A step of compressing the fiber assembly made of the chemically modified lignocellulose fiber obtained in the first step under heating.
請求項13に記載の熱圧成形体の製造方法であって、
前記化学修飾リグノセルロース繊維からなる繊維集合体を、加熱する温度が160〜240℃であり、圧縮する圧力が30 MPa〜100 MPaである、熱圧成形体の製造方法。
A method for producing a hot-press molded body according to claim 13,
A method for producing a hot-pressed product, wherein a temperature at which the fiber assembly composed of the chemically modified lignocellulose fibers is heated is 160 to 240 ° C, and a pressure at which the fiber assembly is compressed is 30 MPa to 100 MPa.
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