JP2018177965A - Manufacturing method of composite material containing cellulose - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂とセルロース繊維を解繊した後のセルロースナノファイバーとを複合した樹脂成形体を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a resin molded product in which a resin and a cellulose nanofiber after disintegration of a cellulose fiber are combined.
従来、樹脂の物性強度を向上させるため、充填剤を用いることが知られている。例えば、セルロース繊維をミクロフィブリル化して、繊維径がナノオーダーにまで微細化されたミクロフィブリル化植物繊維(ナノファイバー)等を充填剤とし、ナノファイバーを樹脂中に配合させることによって得られる成形材料は、重量が金属などに比べ軽く、かつ高強度であるという点から、有用な材料として注目されている。 Conventionally, it is known to use a filler to improve the physical strength of the resin. For example, a molding material obtained by microfibrillating cellulose fibers and using microfibrillated plant fibers (nanofibers) or the like whose fiber diameter has been reduced to nano order as a filler and incorporating nanofibers in a resin Has attracted attention as a useful material because it is lighter in weight and higher in strength than metals and the like.
植物等の繊維からセルロースナノファイバーを製造する方法は、種々の方法が知られている。一般的には、パルプ等のセルロースファイバー含有材料をリファイナー、グラインダー(石臼式磨砕機)、二軸混練機(二軸押出機)、高圧ホモジナイザー等によって磨砕、叩解することによって解繊、微細化して製造される。 Various methods are known for producing cellulose nanofibers from fibers such as plants. Generally, cellulose fiber-containing materials such as pulp are disintegrated and refined by grinding and refining by refiner, grinder (stone mill type grinder), twin-screw kneader (double-screw extruder), high-pressure homogenizer, etc. Manufactured.
これらの方法によって得られたセルロースナノファイバーの集合体をシート状に成形した場合や、セルロースナノファイバーと樹脂とを混合して樹脂複合体とした場合、一般に、セルロースナノファイバーの繊維長と繊維径(幅)の比(アスペクト比)が大きい方が、該シートや樹脂複合体の強度が高いことが知られており、樹脂との親和性を向上させるための改質方法などが広く検討されている。 When an aggregate of cellulose nanofibers obtained by these methods is formed into a sheet, or when cellulose nanofibers and a resin are mixed to form a resin composite, generally, the fiber length and diameter of the cellulose nanofibers It is known that when the ratio (aspect ratio) is larger, the strength of the sheet or the resin composite is higher, and a modification method for improving the affinity to a resin is widely studied. There is.
パルプを解繊する最も一般的な手法として、水の存在下で解繊する方法がある。解繊後、水と得られたセルロースナノファイバーとを分離する際のろ水時間は、セルロースナノファイバーのアスペクト比が大きくなるほど長くなる。すなわち、強度の高いセルロースナノファイバーのシートや樹脂複合体を得ようとする場合、高アスペクト比のセルロースナノファイバーに解繊することが望ましいが、繊維径が小さく、アスペクト比が大きくなると、ろ水時間が長くなり、工業的にはコストアップの要因になってしまう。 The most common method of disintegrating pulp is to disintegrate in the presence of water. After fibrillation, the drainage time when separating water and the obtained cellulose nanofibers becomes longer as the aspect ratio of the cellulose nanofibers becomes larger. That is, when it is intended to obtain a sheet or resin complex of high strength cellulose nanofibers, it is desirable to break up into cellulose nanofibers with a high aspect ratio, but when the fiber diameter is small and the aspect ratio is large, drainage The time will be long, and it will be an industrial cost increase factor.
例えば、特許文献1では、脱脂綿を高圧ホモジナイザーで解繊して微小繊維状セルロースを得ている。しかしながら、高圧ホモジナイザーによってパルプ等の原料繊維を解繊すると、一般に繊維径が小さくなりアスペクト比が大きくなるため、高いシート強度を発現させることができるものの、セルロースナノファイバーシートを形成する際のろ水時間がきわめて長くなることから工業的には好ましくない。
For example, in
また、特許文献2では、リファイナーで予備解繊したパルプをスクリュー回転数300rpm(スクリュー径が15mmであるため、周速は14.1m/分)の条件で二軸押出
機を用いて解繊し、微細繊維化している。しかしながら、上述の通り、このような条件では、パルプに高いせん断速度がかからないこと、繊維の解繊よりも切断が優先的に進行することから、ミクロフィブリル化(繊維のナノ化)が不十分となり、シート強度の高いナノファイバーを得ることは困難である。
Further, in
ミクロフィブリル化植物繊維は非常に凝集力が強く、一般的に樹脂との相容性が悪いため、ミクロフィブリル化繊維が均一に分散した均一な樹脂成形材料を得ることが困難である。そのため、得られる成形材料は、機械的強度が十分に発揮できないという問題があった。このような課題に対して、ミクロフィブリル化植物繊維の表面を、化学修飾剤等によって変性処理し、樹脂中での分散性を向上させようとする試みがなされている。 Since microfibrillated plant fibers are very cohesive and generally incompatible with resins, it is difficult to obtain a uniform resin molding material in which the microfibrillated fibers are uniformly dispersed. Therefore, the resulting molding material has a problem that mechanical strength can not be sufficiently exhibited. In order to solve such problems, attempts have been made to modify the surface of microfibrillated plant fibers with a chemical modifier or the like to improve the dispersibility in the resin.
例えば、特許文献1では、化学的に修飾されたセルロース繊維の集合体に、マトリクス材料を含浸させてなる複合材料について開示されている。このような化学修飾剤によって修飾されたセルロース繊維とマトリクス材料とを複合化させる方法(シート含浸法)によって、高品質の透明基板を得ることを目的としている。しかしながら、特許文献3ではシート含浸法である為に、樹脂が液状である必要があり、通常固体であるオレフィン系樹脂との複合化に用いることは難しい。また、セルロース繊維の解繊度を上げるほどち密なシートが出来やすく、内部まで樹脂を均一に含浸することが困難な為、シート内部、表面で樹脂濃度にバラツキが生じやすい。この為、機械的強度が十分に得られないという問題があった。
For example,
特許文献4では、無水酢酸、無水酪酸、塩化アセチル、塩化ブチリル、酢酸等の有機化合物によって表面の水酸基がエステル化されたセルロースミクロフィブリルについて開示されている。また特許文献4では、該セルロースミクロフィブリルを有機溶媒に溶解した後、有機溶媒に溶解した樹脂と混合後、溶媒を除去することによって、複合材料を形成させることが記載されている。このような方法によって複合材料を得る場合、セルロースミクロフィブリルを、有機溶媒に十分に溶解させる必要がある。セルロース繊維を有機溶媒に溶解させるためには、セルロースミクロフィブリルの疎水変性を十分に行う必要がある。このような疎水変性は、セルロース繊維結晶の破壊を招き、高強度の複合材料を製造することが困難であった。
また特許文献5では、セルロースの水酸基の一部に無水マレイン酸や、無水コハク酸等の多塩基酸無水物によりエステル化し、カルボキシル基を導入した後、高圧ホモジナイザー処理、ニーダー、多軸押出し機等による微細繊維化処理によりナノ繊維を得る方法、及びそのナノ繊維と樹脂からなる複合材料について開示されている。該ナノ繊維は、ミクロフィブリル表面に導入された負の電荷を有するカルボキシル基の存在によりミクロフィブリル間の反発力を誘引し、分散体中での安定な分散が可能となっている。しかしながら、本文献では最終段階に至るまでに蒸煮・濃縮処理工程や、溶剤抽出工程、膨潤工程など複数の異なる装置での処理が必要であり、大量生産への適用には難しいと考えられる。
Further, in
本発明者は、このような状況を鑑みて提案されるものであって、ナノセルロースファイバーのアスペクト比を適度に保持しつつ、前処理工程や後処理工程に多大な時間を必要としない、工業的にも有用となる新たな製造方法を提供することを目的とするものである。 The inventors of the present invention have been proposed in view of such a situation, and while maintaining the aspect ratio of the nanocellulose fiber appropriately, the industrial process does not require a large amount of time for the pretreatment process and the post-treatment process. It is an object of the present invention to provide a new manufacturing method that is also useful.
本開示のセルロースを含む複合材料の製造方法は、セルロースを含む材料に添加材を加え、化学修飾及び/または解繊する工程と、前記セルロースの少なくとも一部が前記添加材により化学修飾及び/または解繊されたセルロースから、余剰となった前記添加材の少なくとも一部を分離除去する工程と、前記添加材により化学修飾及び/または解繊されたセルロースと樹脂を混練する工程と、を有する。 In the method of producing a composite material containing cellulose of the present disclosure, an additive is added to a material containing cellulose, and chemical modification and / or disintegration is performed, and at least a part of the cellulose is chemically modified by the additive. The method further comprises the steps of separating and removing at least a part of the additive material which has become surplus from the disintegrated cellulose, and kneading the cellulose chemically modified and / or disintegrated by the additive material and a resin.
本発明のセルロース複合材料の製造方法においては、従来の手法では必須であった、化学変性に用いた添加材や各種溶剤の除去処理、並びに樹脂との複合混練化を一つの工程の中で可能となるため、連続処理ができ、使用する添加材もリサイクル、リユース使用が可能となるため安価でかつ、短時間工程での処理方法を提供することができる。 In the method for producing a cellulose composite material according to the present invention, removal of additives and various solvents used in chemical modification and composite kneading with a resin, which were essential in the conventional method, can be performed in one step. As a result, continuous processing can be performed, and additives used can be recycled and reused, so that it is possible to provide a processing method in a short time process at low cost.
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, the detailed description may be omitted if necessary. For example, detailed description of already well-known matters and redundant description of substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy in the following description and to facilitate understanding by those skilled in the art.
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。 It should be noted that the attached drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and they are not intended to limit the claimed subject matter.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1におけるセルロースを含む複合材料を製造する装置の一例を示す図であり、動作についても合わせて説明する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an apparatus for producing a composite material containing cellulose according to
図1において、二軸混練装置1は、本実施の形態における最小限の基本構成を有するものである。二軸混練装置1は、単独の駆動機構として1つのモータ2と、モータ2が駆動する二軸のスクリュー3と、スクリュー3に貫通されるシリンダ4と、シリンダ4の周りを覆うヒータを有している。二軸のスクリュー3は、添加材により化学修飾及び/または解繊されたセルロースと熱可塑性樹脂を混練する。シリンダ4の周りを覆うヒータは、化学修飾及び/または解繊、樹脂の混練など加熱環境を保持する。
In FIG. 1, the twin-
二軸混練装置1は、原料となるセルロースと添加材を投入する投入口5と、余剰となった添加材の少なくとも一部を分離除去するための排出口6と、添加材の少なくとも一部を除去した後の化学修飾及び/または解繊されたセルロースに樹脂を投入する投入口7と、モータ2と一番遠い側にセルロースと樹脂の複合材料を排出する排出口8を有する。
The twin-
図2は、投入口5のセルロース等の投入方向から見たスクリュー3及びシリンダ4の断面図を示す。図3は、スクリュー3の軸方向から見たスクリュー3及びシリンダ4の断面図を示す。固体状態又は液体状態のセルロース、添加材及び樹脂は、スクリュー3とシリンダ4との隙間、及びスクリュー3の隙間に入り込み、2軸のスクリュー3が回転することにより、移動する。図3に示すように、スクリュー3は、断面が楕円形状であり、楕円の長軸方向に互いに直交するように配置される。なお、本実施の形態では、スクリュー3の断面が楕円形状の場合について説明するが、スクリュー3の形状はこれに限定されず、他の形状であってもよい。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
なお、本実施の形態において、化学修飾及び/または解繊する工程がゾーン9に、余剰となった添加材の少なくとも一部を分離除去する工程がゾーン10に、添加材により化学修飾及び/または解繊されたセルロースと熱可塑性樹脂を混練する工程がゾーン11に対応する。 In the present embodiment, the step of chemically modifying and / or disaggregating is performed in zone 9, the step of separating and removing at least a part of the surplus additive is performed in zone 10, and the chemical modification and / or The step of kneading the defibrated cellulose and the thermoplastic resin corresponds to the zone 11.
本実施の形態に用いられるセルロースは、樹木や木材、パルプなどから容易にかつ安価に得られるものであればよく、それら以外にも農業廃棄物や食品加工副産物などを利用することもできる。 Cellulose used in the present embodiment may be any as long as it can be easily and inexpensively obtained from trees, wood, pulp and the like, and agricultural waste and food processing by-products and the like can be used besides them.
また本実施の形態に用いられる、セルロースを化学修飾及び/または解繊するために加えられる添加材としては、化学修飾するためのエステル化剤や、解繊を促進させるための可塑剤を挙げることができる。 Moreover, as an additive to be used to chemically modify and / or disintegrate cellulose used in the present embodiment, mention may be made of an esterification agent for chemically modifying and a plasticizer for promoting fibrillation. Can.
化学修飾するためのエステル化剤としては、二塩基酸無水物などがあり、具体的には、無水マレイン酸や、無水コハク酸、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ジクロロマレイン酸、無水イタコン酸、無水テトラブロモフタル酸、無水ピロメリット酸などが挙げられる。 Examples of the esterification agent for chemical modification include dibasic acid anhydride and the like. Specifically, maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, anhydride Dichloromaleic acid, itaconic anhydride, tetrabromophthalic anhydride, pyromellitic anhydride and the like can be mentioned.
これらの二塩基酸無水物の融点は通常常温よりも高いため、常温ではこれらの二塩基酸無水物は粉末状態であり、セルロースと共にフィーダなどを用いて投入口5から投入される。ゾーン9は、ヒータ付きのシリンダ4を加熱し、二塩基酸無水物の融点以上となる温度に保持される。これにより、これらの二塩基酸無水物は、投入したセルロースと加熱混練され、セルロース表面からエステル化反応が生じ、セルロースの水酸基が反応条件に応じたエステル化が進行することとなり、水素結合による凝集状態を緩和することができる。この結果、再凝集化の抑制つまり、解繊促進することができ、その後の樹脂との混練時にセルロースがより混ざりやすくなる。その後ゾーン10において、余剰となった二塩基酸無水物は、シリンダ4内の圧力差を利用してセルロースと分離され、排出口6から液体状態で排出、回収される。
Since the melting point of these dibasic acid anhydrides is usually higher than normal temperature, these dibasic acid anhydrides are in a powder state at normal temperature, and are introduced from the
また解繊を促進させるための可塑剤としては、鎖状または環式の脂肪族炭化水素がある。具体的には、流動パラフィンや、ノナン、デカン、デカリン、パラキシレン、ウンデカン、ドデカンや、沸点がこれらに対応する鉱油留分などが挙げられる。 Moreover, as a plasticizer for promoting disintegration, there is a linear or cyclic aliphatic hydrocarbon. Specifically, liquid paraffin, nonane, decane, decalin, paraxylene, undecane, dodecane, mineral oil fractions whose boiling points correspond to these, and the like can be mentioned.
通常、可塑剤は室温では液体状態にあるため、可塑剤をセルロースと共に投入する際にはギヤポンプなどの液体を注入するための装置を別途用いてもよい。投入口5からセルロースと共に可塑剤が投入され、ゾーン9において加熱混練されることにより、セルロース表面から可塑剤が徐々に浸透し、セルロースの可塑化、つまり解繊化を促進することができる。この結果、その後の樹脂との混練時にセルロースがより混ざりやすくなる。その後ゾーン10において、余剰となった可塑剤は、シリンダ4内の圧力差を利用してセルロースと分離され、排出口6から液体状態で排出、回収される。
Since the plasticizer is usually in a liquid state at room temperature, an apparatus for injecting a liquid such as a gear pump may be separately used when charging the plasticizer with the cellulose. The plasticizer is introduced together with the cellulose from the
上記の化学修飾するためのエステル化剤や、解繊を促進させるための可塑剤は、両方を混在させてセルロースと混練しても構わない。双方の添加材を利用することにより、エステル化による凝集状態の緩和と可塑剤添加による解繊化が同時に進行するため、より樹脂との混練が良好な状態となる。 The above-mentioned esterifying agent for chemical modification and the plasticizer for promoting disintegration may be mixed together and kneaded with cellulose. By utilizing both additives, since relaxation of the aggregation state by esterification and defibrillation by the addition of the plasticizer simultaneously proceed, the kneading with the resin becomes better.
またこの場合において、ゾーン9におけるシリンダ4内の温度は30〜150℃、ゾーン10におけるシリンダ4内の温度は120〜170℃程度であることが好ましい。
In this case, the temperature in the
投入口7で投入される樹脂は、セルロースとの混練が可能となる樹脂であれば特に限定
はなく、ポリプロピレンやポリスチレン、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエンースチレン共重合体)のようなものや、ポリアミドのようなもので構わない。
The resin to be introduced at the
排出口6からの添加材の排出機構について、詳しく記述する。投入口7からセルロース複合材料が排出される排出口8までのゾーン11において、化学修飾及び/または解繊されたセルロースと樹脂とを混練させるために、シリンダ4内とスクリュー3との隙間部には樹脂が充填された状態になっており、排出口8にかけて樹脂圧が高くなっている。そのためゾーン9から10に移動してきた液体状態の添加材は、シリンダ4内の樹脂圧よりは低いため、排出口6で排出されることとなる。この時、余剰となった添加材の分離効率を向上させるために、例えば、シールリングの様な堰を設けるなどすることも有効である。図4は、投入口5のセルロース等の投入方向から見たスクリュー3、シリンダ4及びシールリング12の断面図を示す。図5は、スクリュー3の軸方向から見たスクリュー3、シリンダ4及びシールリング12の断面図を示す。このように、投入口7及び、シールリングによる昇圧機構により、液体状態となった余剰の添加材は排出口6から容易に回収、排出させることができる。またある程度の濃度の添加材がゾーン11でも存在する場合もあるため、図1中には図示しないが、排出口8の近傍にてベント口などを設け、樹脂との分離を促進することも可能である。
The discharge mechanism of the additive from the discharge port 6 will be described in detail. In the zone 11 from the
余剰の添加材が除去され、添加剤により化学修飾及び/または解繊させたセルロースは、投入口7から投入された熱可塑性樹脂とゾーン11において混練され、最終、セルロース複合材料の排出口8より、排出される。
Excess additive material is removed, and the chemically modified and / or defibrated cellulose by the additive is kneaded in zone 11 with the thermoplastic resin introduced from the
この時のゾーン11におけるシリンダ4内の温度は、160〜200℃であることが好ましい。
The temperature in the
上記のように本実施の形態における製造方法を用いることにより、一度投入したセルロースを途中段階で他の装置内で別の反応処理や分離、濃縮工程などを通さずに、単独の駆動機構を有する装置内で、一気通貫で処理することが可能となるため、極めて効率的かつ、量産に適した方法でセルロースを含む複合材料を製造することができる。 As described above, by using the manufacturing method according to the present embodiment, it has an independent drive mechanism without passing through another reaction process, separation, concentration step, etc. in another device in the middle of the process of the cellulose once charged. Since it becomes possible to treat all through the apparatus, it is possible to produce a composite material containing cellulose in a very efficient and mass-producible manner.
以下、各実施例について説明する。しかし本発明はこれらの実施例などにより何ら限定されるものではない。なお本実施例で得られたセルロースを含む複合材料の物性測定は次の試験法により評価した。 Each embodiment will be described below. However, the present invention is not limited at all by these examples and the like. The physical properties of the composite material containing cellulose obtained in the present example were evaluated by the following test methods.
引張強度試験と曲げ弾性試験は、ISO試験法に準じ、ISO規格の試験片を作成すると共に、引張試験(JIS−K−7161)及び曲げ試験(JIS−K−7117)、シャルピー衝撃試験(JIS−K−7111)を実施した。 The tensile strength test and the bending elasticity test are made in accordance with the ISO test method, and the test pieces of the ISO standard are made, and the tensile test (JIS-K-7161) and the bending test (JIS-K-7117), the Charpy impact test (JIS) -K-7111) was performed.
(実施例1)
図1の二軸混練装置1を用いた実施例1について説明する。PP樹脂としてBC03B(日本ポリプロ社製)が、投入口7より投入される。ゾーン11の温度は投入口7から排出口8にかけて150〜200℃に設定され、樹脂が混練される。樹脂が排出口8から排出され、ゾーン11におけるシリンダ4の樹脂圧が充分に昇圧されたことを確認した後に、セルロースと添加材が投入口5に投入される。セルロース粉末として、セオラスFD−101(旭化成ケミカルズ社製)が用いられる。添加材として無水マレイン酸が用いられる。重量比はセルロース:無水マレイン酸=2:1である。ゾーン9の温度設定は投入側から排出側にかけて30〜150℃の範囲に、ゾーン10は150℃に設定され、混練される。無水マレイン酸の融点は53℃、沸点は202℃である。無水マレイン酸は投入口5においては固体状態で、ゾーン9内で液体状態へと変化する。セルロースはゾーン9において液体状態の無水マレイン酸によりエステル化反応が進行する。余剰分の無水マレイン酸は、ゾーン11の樹脂圧で樹脂と液体状態とに分離される。その結果、排出口6から液体状態の無水マレイン酸が分離、排出される。その後、エステル化反応が進行したセルロースがPP樹脂と混練され、排出口8からセルロース複合材料として排出される。この時、最終の複合材料中のPP樹脂とセルロースの含有比率が85:15となるように、投入比率を調整する。
Example 1
Example 1 using the twin-
(実施例2)
実施例1と同様の方法で、樹脂種は同じで、添加材として無水コハク酸を用い、セルロース:無水コハク酸=3:1の重量比となるように配合する。無水コハク酸の融点は119℃、沸点は261℃である。無水コハク酸は投入口5においては固体状態で、ゾーン9内で液体状態へと変化する。それ以外は実施例1と同様である。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, the resin type is the same, and succinic anhydride is used as an additive, and it is blended so that the weight ratio of cellulose: succinic anhydride is 3: 1. The melting point of succinic anhydride is 119 ° C. and the boiling point is 261 ° C. The succinic anhydride is in solid form at the
(実施例3)
実施例1,2と同様に、図1の二軸混練装置1を用いた実施例3について説明する。PP樹脂としてBC03B(日本ポリプロ社製)が投入口7より投入される。ゾーン11の温度は投入口7から排出口8にかけて150〜200℃に設定され、樹脂が混練される。樹脂が排出口8から排出され、ゾーン11におけるシリンダ4の樹脂圧が充分に昇圧されたことを確認した後に、セルロースと添加材が投入口5に投入される。セルロース粉末としてセオラスFD−101(旭化成ケミカルズ社製)が用いられる。添加材として流動パラフィン(モレスコ社製、P−350P)が用いられる。重量比はセルロース:流動パラフィン=4:1である。ゾーン9の温度設定は、投入側から排出側にかけて120〜150℃の範囲に、ゾーン10は150℃に設定され、混練が行われる。セルロースは、ゾーン9において液体状態の流動パラフィンにより可塑化が進行する。余剰分の流動パラフィンは、ゾーン11の樹脂圧で樹脂と液体状態とに分離されることとなり、排出口6から流動パラフィンが液体状態として分離、排出される。その後、可塑化されたセルロースがPP樹脂と混練され、排出口8からセルロース複合材料として排出される。この時、最終の複合材料中のPP樹脂とセルロースの含有比率が90:10となるように、投入比率を調整する。
(Example 3)
As in the first and second embodiments, a third embodiment using the twin-
(実施例4)
実施例3と同様の方法で、樹脂種は同じで、添加材としてデカンを用い、セルロース:デカン=3:1の重量比となるように配合する。それ以外は実施例1と同様である。
(Example 4)
In the same manner as in Example 3, the resin type is the same, and decane is used as an additive, and it is blended so that the weight ratio of cellulose: decane is 3: 1. Other than that is the same as that of the first embodiment.
(実施例5)
実施例1〜4と同様に、図1の二軸混練装置1を用いた実施例5について説明する。PP樹脂としてBC03B(日本ポリプロ社製)が投入口7より投入される。ゾーン11の温度は投入口7から排出口8にかけて150〜200℃に設定され、樹脂が混練される。樹脂が排出口8から排出され、ゾーン11におけるシリンダ4の樹脂圧が充分に昇圧されたことを確認した後に、セルロースと添加材が投入口5に投入される。セルロース粉末としてセオラスFD−101(旭化成ケミカルズ社製)が用いられる。添加材として無水コハク酸と流動パラフィン(モレスコ社製、P−350P)が用いられる。重量比はセルロース:無水コハク酸:流動パラフィン=4:1:1である。ゾーン9の温度設定は、投入側から排出側にかけて120〜150℃の範囲に、ゾーン10は150℃に設定され、混練が行われる。セルロースはゾーン9において液体状態の無水コハク酸によりエステル化が促進されると共に、流動パラフィンにより可塑化が進行する。その後、余剰分となった液体状態の無水コハク酸と流動パラフィンは、ゾーン11の樹脂圧で樹脂と液体状態とに分離されることとなり、排出口6から無水コハク酸と流動パラフィンが液体状態として分離、排出される。その後、エステル化及び可塑化されたセルロースがPP樹脂と混練され、排出口8からセルロース複合材料として排出される。この時、最終の複合材料中のPP樹脂とセルロースの含有比率が85:15となるように、投入比率を調整する。
(比較例1)
実施例1と同様に、投入口7からはPP樹脂としてBC03B(日本ポリプロ社製)が、投入口5からは何も投入されずに、PP樹脂のみが混練される。温度条件などは実施例1と同様である。
(比較例2)
比較例1と同様に、投入口7からはPP樹脂としてBC03B(日本ポリプロ社製)が、投入口5からはセルロース粉末のみが投入され、PP樹脂と混練される。二塩基酸無水物及び可塑剤は投入されない。温度条件などは実施例1と同様である。
(Example 5)
As in the first to fourth embodiments, a fifth embodiment using the twin-
(Comparative example 1)
As in Example 1, BC03B (made by Nippon Polypropylene Corp.) is introduced as a PP resin from the
(Comparative example 2)
As in Comparative Example 1, BC03B (manufactured by Nippon Polypropylene Corporation) is introduced as a PP resin from the
表1に、実施例1〜5、及び比較例1,2で得た材料を用いて得られたISO試験の物性結果を示す。 Table 1 shows the physical property results of the ISO test obtained using the materials obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2.
一方、実施例1から5においては、引張強度のみならず、曲げ弾性率や衝撃値においても物性の改善が見られる。エステル化反応や可塑化反応により、セルロースの微サイズ化が進行し、PP樹脂との複合材料として物性向上を示したものと思われる。特に、エステル化と過疎化による解繊が最も良好と思われる実施例5においては、比較例1に対し約30%程度の物性向上が得られることがわかった。 On the other hand, in Examples 1 to 5, the physical properties are improved not only in the tensile strength but also in the flexural modulus and the impact value. It is considered that the micronization of cellulose proceeds by the esterification reaction and the plasticization reaction, and the physical properties are improved as a composite material with the PP resin. In particular, in Example 5 in which fibrillation by esterification and de-sparseness seems to be the best, it was found that about 30% improvement in physical properties can be obtained relative to Comparative Example 1.
以上のように、本実施の形態にかかるセルロースを含む複合材料の製造方法を用いることによって、セルロースを多段階で異なる装置を用いて微サイズ化などを処理することなしに、一気通貫で単一の装置を用いて樹脂と添加材のみを投入するだけで、セルロースが高アスペクト比で微サイズ化された複合材材料を効率よく生産することができる。したがって、安価に樹脂機能を向上させることができ、家電製品の樹脂筐体や、自動車などの内装部品に対して適用できる。 As described above, by using the method for producing a composite material containing cellulose according to the present embodiment, cellulose is processed in a single step and without processing using an apparatus different from one another in multiple steps. It is possible to efficiently produce a composite material in which cellulose is finely sized at a high aspect ratio, simply by using only one device and charging only the resin and the additive. Therefore, the resin function can be improved at low cost, and it can be applied to resin casings of home appliances and interior parts such as automobiles.
1 二軸混練装置
2 モータ
3 スクリュー
4 シリンダ
5 投入口
6 排出口
7 投入口
8 排出口
12 シールリング
Claims (4)
前記セルロースの少なくとも一部が前記添加材により化学修飾及び/または解繊されたセルロースから、余剰となった前記添加材の少なくとも一部を分離除去する工程と、
前記添加材により化学修飾及び/または解繊されたセルロースと樹脂を混練する工程と、を有するセルロースを含む複合材料の製造方法。 Adding an additive to a material containing cellulose, chemically modifying and / or disentangling,
Separating and removing at least a portion of the surplus additive material from cellulose in which at least a portion of the cellulose is chemically modified and / or disintegrated by the additive material;
A process for producing a composite material containing cellulose, comprising the step of kneading the resin and the cellulose chemically modified and / or disintegrated by the additive.
The method for producing a composite material containing cellulose according to any one of claims 1 to 3, wherein the additive used in the step of chemically modifying esterifies a hydroxyl group of cellulose.
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