JP2019059956A - Thermoplastic resin composition - Google Patents

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Abstract

To provide a thermoplastic resin composition that is relatively inexpensive, does not cause problems associated with thermal recycling, solvent treatment, and the like, and has high strength.SOLUTION: A thermoplastic resin composition (S) contains a thermoplastic resin and a plant fiber as a reinforcement material for the thermoplastic resin. The plant fiber is a cellulose nanofiber that is obtained by atomizing (20) a pulp fiber (P) containing lignin, and has an average fiber diameter of 20-500 nm, a water retention capacity of 350% or less, a sedimentation rate of 0.030 mm/min or less, and a pulp viscosity of 3.5 or more and 4.0 cps or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱可塑性樹脂組成物に関するものである。   The present invention relates to a thermoplastic resin composition.

従来、熱可塑性樹脂の補強材としては、炭素繊維やガラス繊維等が使用されていた。しかしながら、炭素繊維は、燃え難いためサーマルリサイクルに不向きである、価格が高いとの問題を有している。また、ガラス繊維は、サーマルリサイクルにおける廃棄の問題を有している。   Conventionally, carbon fibers, glass fibers, and the like have been used as reinforcing materials for thermoplastic resins. However, carbon fibers are not suitable for thermal recycling because they are hard to burn, and have the problem of high price. Glass fibers also have the problem of disposal in thermal recycling.

そこで、近年、比較的安価で、かつサーマルリサイクルの問題を有しない植物繊維を熱可塑性樹脂の補強材として使用する技術の研究が進められている。この点を詳細に説明すると、植物繊維は、炭素繊維やガラス繊維のように人工的に繊維状に合成して使用するのではなく、植物の持つ微小繊維をほぐして使用するものであるため安価となる。また、サーマルリサイクルの問題に関しては、炭素繊維やガラス繊維は焼却時に灰として残存するため、灰による炉内配管閉塞や、埋立て処理等の問題が生じるのに対し、植物繊維は灰としてほとんど残らないため、炉内配管閉塞や、埋立て処理等の問題が生じない。   Therefore, in recent years, researches on technology for using plant fibers which are relatively inexpensive and have no problem of thermal recycling as a reinforcing material for thermoplastic resin have been advanced. Describing this point in detail, plant fibers are not used as artificially synthesized in fiber form like carbon fibers and glass fibers, but are used because they are used by loosening the fibrils possessed by plants. It becomes. With regard to the problem of thermal recycling, carbon fibers and glass fibers remain as ash at the time of incineration, which causes problems such as blockage of pipes in the furnace due to ash and landfill treatment, while plant fibers almost remain as ash. There is no problem such as blockage in the furnace piping and landfill treatment.

そして、現在では、植物繊維を加工して得られるセルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂の補強材として使用する提案がされている。このセルロースナノファイバーを補強材として使用した熱可塑性樹脂組成物は、鋼鉄の5分の1の軽さで同等の強度を有するともいわれている。   And, at present, it has been proposed to use cellulose nanofibers obtained by processing plant fibers as a reinforcing material for thermoplastic resin. The thermoplastic resin composition using this cellulose nanofiber as a reinforcing material is also said to have equivalent strength at one-fifth the weight of steel.

この点、例えば、特許文献1〜3は、セルロースミクロフィブリルを表面修飾し、熱可塑性樹脂を補強する技術を開示している。しかしながら、表面修飾剤は、水中で失活するとの問題を有している。また、反応が非常に遅いため、有機溶媒下で処理しなければならず、溶媒処理の問題が生じる。すなわち、有機溶媒を使用すると、各工程で大気中に有機溶媒を飛散させないための対策や、溶媒処理設備の新設等が必要になり、コストが上昇する。   In this respect, for example, Patent Documents 1 to 3 disclose techniques for surface modification of cellulose microfibrils to reinforce a thermoplastic resin. However, surface modifiers have the problem of inactivation in water. Also, because the reaction is very slow, it has to be processed under organic solvent, causing problems of solvent processing. That is, when an organic solvent is used, measures for preventing the organic solvent from being scattered in the atmosphere at each process, new installation of a solvent processing facility, etc. become necessary, and the cost rises.

一方、特許文献4は、セルロースファイバーを乾燥、分級し、熱可塑性樹脂と混練することで熱可塑性樹脂を補強する技術を開示している。しかしながら、セルロースファイバーは親水性のため、疎水性である熱可塑性樹脂との界面での接合性が悪く、補強効果が十分に得られないとの問題を有している。   On the other hand, Patent Document 4 discloses a technique of reinforcing a thermoplastic resin by drying and classifying cellulose fibers, and kneading with a thermoplastic resin. However, since the cellulose fiber is hydrophilic, it has poor bonding at the interface with the hydrophobic thermoplastic resin, and there is a problem that a sufficient reinforcing effect can not be obtained.

特開2012−229350号公報JP 2012-229350 A 特開2012−214563号公報JP, 2012-214563, A 特表平11−513425号公報Japanese Patent Publication No. 11-513425 特開2010−089483号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-089483

発明が解決しようとする主たる課題は、比較的安価で、かつサーマルリサイクルの問題や溶媒処理の問題等が生じず、しかも強度が強い熱可塑性樹脂組成物を提供することにある。   The main problem to be solved by the invention is to provide a thermoplastic resin composition which is relatively inexpensive, does not have the problem of thermal recycling, the problem of solvent treatment and the like, and is strong.

上記課題を解決するための本発明は、次の通りである。
(請求項1記載の発明)
熱可塑性樹脂及びこの熱可塑性樹脂の補強材たる植物繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物であって、
前記植物繊維が、リグニンを含むパルプ繊維を微細化処理して得た平均繊維径が20〜500nm、保水度が350%以下、沈降速度が0.030mm/分以下、かつパルプ粘度が3.5以上4.0cps以下のセルロースナノファイバーである、
ことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
The present invention for solving the above problems is as follows.
(Invention according to claim 1)
A thermoplastic resin composition comprising a thermoplastic resin and a plant fiber as a reinforcing material of the thermoplastic resin,
The vegetable fiber has an average fiber diameter of 20 to 500 nm, a water retention of 350% or less, a sedimentation rate of 0.030 mm / min or less, and a pulp viscosity of 3.5, which are obtained by refining pulp fibers containing lignin. More than 4.0 cps cellulose nanofibers,
Thermoplastic resin composition characterized in that.

(作用効果)
原料となる植物繊維がパルプ繊維であると、得られる熱可塑性樹脂組成物を安価とすることができ、また、サーマルリサイクルの問題を避けることができる。しかも、表面修飾剤を使用する必要がなく、溶媒処理の問題を避けることができる。
(Action effect)
When the vegetable fiber used as a raw material is pulp fiber, the thermoplastic resin composition obtained can be made cheap, and the problem of thermal recycling can be avoided. Moreover, there is no need to use surface modifiers, and solvent processing problems can be avoided.

セルロースナノファイバーは親水性であるため、本来、疎水性である熱可塑性樹脂との接合性が悪く、補強効果、特に曲げ強度等の機械的強度が劣る傾向にある。しかしながら、セルロースナノファイバーの原料となるパルプ繊維がリグニンを含むパルプ繊維であると、セルロースナノファイバーもリグニンを含むことになる。結果、このリグニンがセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の接合剤として機能し、両者の接合性、更には熱可塑性樹脂組成物の強度が向上する。   Since cellulose nanofibers are hydrophilic, they have poor adhesion to thermoplastic resins that are inherently hydrophobic, and tend to have a reinforcing effect, in particular, mechanical strength such as bending strength and the like. However, when the pulp fiber used as the raw material of cellulose nanofiber is pulp fiber containing lignin, cellulose nanofiber will also contain lignin. As a result, the lignin functions as a binder for the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin, and the bonding property between them and the strength of the thermoplastic resin composition are further improved.

セルロースナノファイバーは、熱可塑性樹脂中における分散性が悪い。しかしながら、リグニンを含むセルロースナノファイバーはリグニンを含まないセルロースナノファイバーと比べて保水度が低く、特に平均繊維径が500nm以下であると、濾水性や、脱水性、乾燥性、熱可塑性樹脂中における分散性等が向上する。結果、熱可塑性樹脂組成物の強度も向上する。この点、セルロースナノファイバーの脱水性が向上すると、例えば、セルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂と混練して脱水する際のエネルギー等を低減することができ、製造コストの点でも有利である。ただし、平均繊維径が20nm未満になるまで微細化処理すると、微細化処理のためのコストが増加してしまうため、平均繊維径は20nm以上であるのが好ましい。   Cellulose nanofibers have poor dispersibility in thermoplastic resins. However, cellulose nanofibers containing lignin have lower water retention than cellulose nanofibers not containing lignin, and in particular, when the average fiber diameter is 500 nm or less, freeness, dehydrating property, drying property, in a thermoplastic resin Dispersibility etc. improve. As a result, the strength of the thermoplastic resin composition is also improved. In this respect, when the dewaterability of the cellulose nanofibers is improved, for example, energy and the like can be reduced when the cellulose nanofibers are kneaded with a thermoplastic resin and dehydrated, which is also advantageous in terms of manufacturing cost. However, if the refining treatment is performed until the average fiber diameter is less than 20 nm, the cost for the refining treatment will increase, so the average fiber diameter is preferably 20 nm or more.

なお、本発明者等は、リグニンを含まないLBKP及びNBKP、並びにリグニンを含むBTMPを微細化処理し、得られたセルロースナノファイバーを水中に分散させて濃度2%のスラリーとし、このスラリーを10000rpmで10分間、遠心分離する試験を行った。結果、LBKP及びNBKPを微細化処理して得たセルロースナノファイバーは濃度7%となったのに対し、BTMPを微細化処理して得たセルロースナノファイバーは濃度15%となった。   The present inventors finely pulverize LBKP and NBKP containing no lignin and BTMP containing lignin, disperse the obtained cellulose nanofibers in water to make a slurry with a concentration of 2%, and this slurry is subjected to 10000 rpm The test was performed by centrifuging for 10 minutes. As a result, the concentration of cellulose nanofibers obtained by subjecting LBKP and NBKP to a concentration of 7% was obtained, while the concentration of cellulose nanofibers obtained by subjecting a BTMP to a concentration of 15%.

また、以上のように平均繊維径が500nm以下であると脱水性等が向上するが、更に得られる熱可塑性樹脂組成物の曲げ強度や弾性率等の機械的強度も向上する。本発明者等は、BTMP(平均繊維径10〜50μm)及びBTMPを微細化処理して得たセルロースナノファイバー(平均繊維径500nm以下)を、熱可塑性樹脂(PP及びMAPP)の粉末と、後述するマスターバッチ法や固相せん断法ではなく直接二軸混練する試験を行った。結果、得られた熱可塑性樹脂組成物の曲げ強度及び弾性率は、BTMP<セルロースナノファイバーとなった。   Further, as described above, when the average fiber diameter is 500 nm or less, dewaterability and the like are improved, but mechanical strength such as bending strength and elastic modulus of the thermoplastic resin composition to be obtained is further improved. The inventors of the present invention have prepared cellulose nanofibers (average fiber diameter 500 nm or less) obtained by finely processing BTMP (average fiber diameter 10 to 50 μm) and BTMP, powder of thermoplastic resin (PP and MAPP), and Instead of the masterbatch method and the solid phase shear method, tests were conducted in which direct twin-screw kneading was performed. As a result, the flexural strength and elastic modulus of the obtained thermoplastic resin composition were BTMP <cellulose nanofibers.

(請求項2記載の発明)
前記熱可塑性樹脂及び前記セルロースナノファイバーが、
セルロースナノファイバーを分散させる基質となる相対的に低融点の熱可塑性樹脂及びセルロースナノファイバーの混練物、並びにこの混練物に添加された前記相対的に低融点の熱可塑性樹脂よりも融点の高い熱可塑性樹脂であり、
前記相対的に低融点の熱可塑性樹脂よりも融点の高い熱可塑性樹脂の配合割合は、前記相対的に低融点の熱可塑性樹脂100質量部に対して100〜10000質量部である、
請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(請求項3記載の発明)
前記熱可塑性樹脂及び前記セルロースナノファイバーが、
セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の乾燥混合粉末の混練物である、
請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(請求項4記載の発明)
リグニンを含むパルプ繊維が機械パルプで、
かつ平均繊維径が20〜500nmである前記機械パルプの全パルプ繊維に対する配合割合が50質量%以上である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(Invention according to claim 2)
The thermoplastic resin and the cellulose nanofibers are
Blends of relatively low melting point thermoplastic resin and cellulose nanofibers as a substrate for dispersing cellulose nanofibers, and heat having a melting point higher than the relatively low melting point thermoplastic resin added to the blend Plastic resin,
The blending ratio of the thermoplastic resin having a melting point higher than that of the relatively low melting point thermoplastic resin is 100 to 10000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the relatively low melting point thermoplastic resin.
The thermoplastic resin composition according to claim 1.
(Invention according to claim 3)
The thermoplastic resin and the cellulose nanofibers are
It is a kneaded product of dry mixed powder of cellulose nanofiber and thermoplastic resin,
The thermoplastic resin composition according to claim 1.
(Invention according to claim 4)
Pulp fiber containing lignin is mechanical pulp,
And the blending ratio of the mechanical pulp to the total pulp fibers having an average fiber diameter of 20 to 500 nm is 50% by mass or more.
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 3.

(作用効果)
リグニンを含むパルプ繊維が機械パルプで、かつ平均繊維径が20〜500nmである機械パルプの全パルプ繊維に対する配合割合が50質量%以上であると、上記作用効果が確実に得られる。
(Action effect)
The said effect is reliably acquired as the blend ratio with respect to all the pulp fibers of the pulp fiber which contains lignin is mechanical pulp and whose average fiber diameter is 20-500 nm is 50 mass% or more.

(請求項5記載の発明)
前記セルロースナノファイバーの結晶化度が50〜70%である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(Invention according to claim 5)
The crystallinity of the cellulose nanofibers is 50 to 70%,
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 4.

(作用効果)
セルロースナノファイバーの結晶化度が50%未満であると、熱可塑性樹脂との相溶性に問題はないものの、繊維自体の強度が低下するため、熱可塑性樹脂組成物の強度が劣る傾向にある。
(Action effect)
If the degree of crystallinity of the cellulose nanofibers is less than 50%, there is no problem in the compatibility with the thermoplastic resin, but the strength of the fiber itself is reduced, so the strength of the thermoplastic resin composition tends to be inferior.

他方、セルロースナノファイバーの結晶化度が70%を超えると、分子内の強固な水素結合割合が多くなり繊維自体は剛直となるが、熱可塑性樹脂との相溶性が低下し、熱可塑性樹脂組成物の強度が劣る傾向にある。   On the other hand, if the crystallinity of the cellulose nanofibers exceeds 70%, the proportion of strong hydrogen bonds in the molecule increases and the fibers themselves become rigid, but the compatibility with the thermoplastic resin decreases and the thermoplastic resin composition The strength of the objects tends to be poor.

(請求項6記載の発明)
前記セルロースナノファイバーの擬似粒度分布曲線におけるピーク値が、1つのピークである、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(Invention according to claim 6)
The peak value in the pseudo particle size distribution curve of the cellulose nanofibers is one peak,
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 5.

(作用効果)
セルロースナノファイバーの擬似粒度分布曲線におけるピーク値が1つのピークであることは、繊維長及び繊維径の均一性が高いことを意味し、乾燥や分散が均一に進むことになる。また、繊維径や繊維長の均一性が高いと、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が強く、補強効果の均一性も向上する。
(Action effect)
That the peak value in the pseudo | simulation particle size distribution curve of a cellulose nanofiber is one peak means that the uniformity of fiber length and a fiber diameter is high, and drying and dispersion | distribution will advance uniformly. In addition, when the uniformity of the fiber diameter and the fiber length is high, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is strong, and the uniformity of the reinforcing effect is also improved.

(請求項7記載の発明)
前記ピーク値が、5〜25μmである、
請求項6記載の熱可塑性樹脂組成物。
(Invention according to claim 7)
The peak value is 5 to 25 μm,
The thermoplastic resin composition according to claim 6.

(作用効果)
セルロースナノファイバーのピーク値を5μm未満とするには微細化処理を長時間行う必要があり、製造コストの増加につながる。
(Action effect)
In order to set the peak value of cellulose nanofibers to less than 5 μm, it is necessary to carry out a refining treatment for a long time, which leads to an increase in production cost.

他方、ピーク値が25μmを超えていると、微細化処理が不十分であり、繊維径や繊維長の均一性が劣る傾向にある。   On the other hand, when the peak value exceeds 25 μm, the refining process is insufficient, and the uniformity of the fiber diameter and the fiber length tends to be poor.

本発明によると、比較的安価で、かつサーマルリサイクルの問題や溶媒処理の問題等が生じず、しかも強度が強い熱可塑性樹脂組成物となる。   According to the present invention, the thermoplastic resin composition is relatively inexpensive, does not have the problem of thermal recycling, the problem of solvent treatment and the like, and has a high strength.

熱可塑性樹脂組成物の製造工程のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing process of a thermoplastic resin composition.

以下、発明を実施するための形態を説明する。
本形態の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂及び植物繊維であるセルロースナノファイバーを含有し、更に相溶化剤が添加されている。
Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described.
The thermoplastic resin composition of the present embodiment contains a thermoplastic resin and cellulose nanofibers which are vegetable fibers, and a compatibilizer is further added.

(パルプ繊維)
セルロースナノファイバーは、パルプ繊維を微細化(解繊)処理して得ることができる。原料となる繊維としては、植物由来の繊維、動物由来の繊維、微生物由来の繊維等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、少なくとも植物繊維であるパルプ繊維を使用するのが好ましく、雑誌古紙パルプ(MDIP)や新聞古紙パルプ(NDIP)等の古紙パルプ(DIP)、機械パルプ等のリグニンを含むパルプ繊維を主成分(50質量%以上)として含有する繊維を使用するのがより好ましく、機械パルプを使用するのが特に好ましい。
(Pulp fiber)
Cellulose nanofibers can be obtained by subjecting pulp fibers to micronization (fibrillation). As a fiber used as a raw material, 1 type, or 2 or more types can be selected and used out of plant origin fiber, animal origin fiber, microorganisms origin fiber, etc. However, it is preferable to use at least pulp fiber which is vegetable fiber, and mainly composed of pulp fiber containing lignin such as waste paper pulp (DIP) such as magazine waste paper pulp (MDIP) or newspaper waste paper pulp (NDIP), mechanical pulp It is more preferable to use fibers containing as 50% by mass or more), and it is particularly preferable to use mechanical pulp.

リグニンを含まないパルプ繊維から得たセルロースナノファイバーは、微小かつ比表面積が大きく、表面に多くの水酸基を有している。したがって、濾水性や脱水性が悪く、後述する分散液としての利用が困難である。また、パルプ繊維から得たセルロースナノファイバーはセルロースに由来する親水性を備えているため、疎水性である熱可塑性樹脂との相溶性が悪く、分散性が悪い。これに対し、機械パルプ等のリグニンを含むパルプから得たセルロースナノファイバーは、セルロースより疎水性の高いリグニンを含むため、このリグニンがセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の接合剤として機能し、両者の接合性、相溶性、更には熱可塑性樹脂組成物の強度が向上する。   Cellulose nanofibers obtained from pulp fibers containing no lignin are fine and have a large specific surface area, and have many hydroxyl groups on the surface. Therefore, it has poor drainage and dewatering properties, making it difficult to use as a dispersion described later. In addition, since cellulose nanofibers obtained from pulp fibers have hydrophilicity derived from cellulose, they have poor compatibility with hydrophobic thermoplastic resins and poor dispersibility. On the other hand, since cellulose nanofibers obtained from pulp containing lignin such as mechanical pulp contain lignin having higher hydrophobicity than cellulose, this lignin functions as a binder for cellulose nanofibers and thermoplastic resin, Bondability, compatibility, and further, the strength of the thermoplastic resin composition is improved.

この点に関し、本発明者等は、広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)及び晒サーモメカニカルパルプ(BTMP)について、微細化処理後における繊維の保水度を調べた。その結果、微細化に伴ってLBKP及びNBKPは保水度が大幅に上昇するのに対し、BTMPは保水度が大幅に上昇することがないことを知見した。したがって、化学パルプを使用するとセルロースナノファイバーの保水度を所望値以下にするのが困難であるのに対し、機械パルプを使用するとセルロースナノファイバーの保水度を所望値以下にするのが容易であることが明らかになった。   In this regard, the present inventors examined the water retention of fibers after the refining treatment for hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP) and bleached thermomechanical pulp (BTMP). As a result, it was found that the retention level of LBKP and NBKP significantly increases with miniaturization, while BTMP does not significantly increase the retention level. Therefore, it is difficult to reduce the water retention of cellulose nanofibers to a desired value or less when chemical pulp is used, while it is easy to reduce the water retention of cellulose nanofibers to a desired value or less when mechanical pulp is used. It became clear.

機械パルプとしては、例えば、ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、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)、リファイナーメカニカルパルプ(RMP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As mechanical pulp, for example, stone ground pulp (SGP), pressurized stone ground pulp (PGW), refiner ground pulp (RGP), chemi ground pulp (CGP), thermo ground pulp (TGP), ground pulp (GP), One or more selected from thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), refiner mechanical pulp (RMP), etc. can be selected and used.

(前処理工程)
パルプ繊維は、微細化処理するに適する形状、例えば、粉末状とするのが好ましい。
(Pretreatment process)
Pulp fibers are preferably in a form suitable for micronization, for example, in the form of a powder.

また、パルプ繊維は、必要により、例えば、リン酸エステル化処理、アセチル化処理、シアノエチル化処理等の薬品処理をすることができる。   In addition, the pulp fiber can be subjected to a chemical treatment such as, for example, a phosphate esterification treatment, an acetylation treatment, a cyanoethylation treatment and the like, if necessary.

さらに、パルプ繊維は、微細化処理するに先立って叩解するのが好ましい。パルプ繊維を叩解しておくと、微細化して得られるセルロースナノファイバーが絡み易いものとなる。パルプ繊維の叩解は、例えば、ビーター等を使用して行うことができる。   Furthermore, it is preferable to beat pulp fibers prior to the refining treatment. If the pulp fibers are beaten, the cellulose nanofibers obtained by micronization become entangled easily. The beating of pulp fibers can be performed using, for example, a beater or the like.

(微細化処理工程)
パルプ繊維は、必要により前処理を行った後、微細化(解繊)処理する。この微細化処理により、パルプ繊維は、ミクロフィブリル化し、セルロースナノファイバーとなる。
(Micronization process)
Pulp fibers are subjected to a pre-treatment, if necessary, and then subjected to a refining (fibrillation) treatment. By this refining process, pulp fibers are microfibrillated to become cellulose nanofibers.

微細化処理は、例えば、高圧ホモジナイザー、高圧均質化装置等のホモジナイザー、グラインダー、摩砕機等の石臼式摩擦機、コニカルリファイナー、ディスクリファイナー等のリファイナー、各種バクテリア等の中から1種又は2種以上の手段を選択使用して行うことができる。   The refining process may be, for example, one or more of high-pressure homogenizers, homogenizers such as high-pressure homogenizers, grinders, stone-mill-type friction machines such as grinders, conical refiners, refiners such as disc refiners, various bacteria, etc. It can be done using the means of choice.

ただし、微細化処理は、回転する砥石間で磨砕するグラインダー及び高圧水流で微細化する湿式微粒化装置の少なくともいずれか一方を使用して行うのが好ましい。グラインダーとしては、例えば、増幸産業株式会社のマスコロイダー等を使用することができる。また、湿式微粒化装置としては、例えば、株式会社スギノマシンのスターバーストや株式会社常光のジェットミル等を使用することができる。   However, it is preferable to carry out the refining treatment using at least one of a grinder that grinds between rotating grinding wheels and a wet atomizing device that refines with a high pressure water flow. As the grinder, for example, a mass colloider manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. can be used. In addition, as a wet atomization device, for example, Starburst of Sugino Machine Co., Ltd., a jet mill of Jako Corporation, etc. can be used.

以上の微細化処理は、得られるセルロースナノファイバーの、例えば、平均繊維径、保水度、結晶化度、擬似粒度分布のピーク値、触手試験結果、沈降速度、パルプ粘度等が、所望の値又は評価となるように行うのが好ましい。   In the above-described micronization treatment, for example, the average fiber diameter, water retention, crystallinity, peak value of pseudo particle size distribution, tentacle test results, sedimentation velocity, pulp viscosity, etc. of the obtained cellulose nanofibers are desired values or It is preferable to carry out evaluation.

なお、セルロースナノファイバーは、セルロースやセルロースの誘導体からなる繊維である。通常のセルロースナノファイバーは、強い水和性を有し、水系媒体中において水和することで安定的に分散状態(分散液の状態)を維持する。セルロースナノファイバーを構成する単繊維は、水系媒体中において複数条が集合して繊維状をなす場合もある。通常のセルロースナノファイバーの平均繊維径は、4〜2000nmである。また、平均繊維長は、1〜5000μmである。   Cellulose nanofibers are fibers made of cellulose and derivatives of cellulose. Normal cellulose nanofibers have strong hydration and can be stably dispersed in water (dispersion state) by hydration in an aqueous medium. In the aqueous medium, a plurality of single fibers constituting cellulose nanofibers may be aggregated to form a fibrous form. The average fiber diameter of ordinary cellulose nanofibers is 4 to 2000 nm. Moreover, average fiber length is 1 to 5000 μm.

(平均繊維径)
セルロースナノファイバーの平均繊維径は、20〜500nmであるのが好ましく、150〜450nmであるのがより好ましく、200〜400nmであるのが特に好ましい。平均繊維径が20〜500nmであれば、熱可塑性樹脂との相溶性及び熱可塑性樹脂組成物の補強効果が優れる。具体的には、平均繊維径を20nm未満にすると、パルプ繊維に過度の機械的エネルギーがかり、繊維自体の強度が低下する。したがって、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。また、微細化処理の時間が長くなり、製造コストの増加につながる。他方、平均繊維径が500nmを超えると、微細化が不十分で繊維の分散性に劣る傾向がある。繊維の分散性が不十分であると、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。
(Average fiber diameter)
The average fiber diameter of the cellulose nanofibers is preferably 20 to 500 nm, more preferably 150 to 450 nm, and particularly preferably 200 to 400 nm. When the average fiber diameter is 20 to 500 nm, the compatibility with the thermoplastic resin and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition are excellent. Specifically, if the average fiber diameter is less than 20 nm, excessive mechanical energy is applied to the pulp fiber, and the strength of the fiber itself is reduced. Therefore, it tends to be inferior to the reinforcing effect of a thermoplastic resin composition. In addition, the time for the microfabrication process becomes longer, which leads to an increase in manufacturing cost. On the other hand, when the average fiber diameter exceeds 500 nm, the refining tends to be insufficient and the dispersibility of the fibers tends to be poor. If the dispersibility of the fibers is insufficient, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior.

全繊維に対する直径が500nmを超える単繊維の割合は、70質量%以下であるのが好ましく、60質量%以下であるのがより好ましく、50質量%以下であるのが特に好ましい。直径が500nmを超える単繊維の割合が70質量%以下であれば、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に優れる。   The proportion of single fibers having a diameter of more than 500 nm with respect to all fibers is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and particularly preferably 50% by mass or less. If the ratio of single fibers having a diameter of more than 500 nm is 70% by mass or less, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is excellent.

機械パルプの全パルプ繊維に対する配合割合は、50質量%以上であるのが好ましく、70質量%以上であるのがより好ましく、90質量%以上であるのが特に好ましい。配合割合が50質量%未満であると、微細化して得られるセルロースナノファイバーの保水度が十分に小さくならず、濾水性や乾燥性、熱可塑性樹脂との相溶性等が劣る傾向にある。なお、機械パルプの配合割合の上限値は、100質量%である。   The blending ratio of mechanical pulp to total pulp fibers is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. If the compounding ratio is less than 50% by mass, the water retention of the cellulose nanofibers obtained by micronization does not become sufficiently small, and the filterability, the drying property, the compatibility with the thermoplastic resin, and the like tend to be inferior. In addition, the upper limit of the compounding ratio of mechanical pulp is 100 mass%.

前記、平均繊維径は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The above-mentioned average fiber diameter can be arbitrarily adjusted by pulp fiber, a pretreatment process, and a refinement process.

(平均繊維長)
セルロースナノファイバーの平均繊維長は、1〜5000μmであるのが好ましく、2〜4000μmであるのがより好ましく、3〜3000μmであるのが特に好ましい。
(Average fiber length)
The average fiber length of the cellulose nanofibers is preferably 1 to 5000 μm, more preferably 2 to 4000 μm, and particularly preferably 3 to 3000 μm.

前記、平均繊維長は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The above-mentioned average fiber length can be arbitrarily adjusted by pulp fiber, a pretreatment process, and a refinement process.

(保水度)
セルロースナノファイバーの保水度は、350%以下であるのが好ましく、300%以下であるのがより好ましく、280%以下であるのが特に好ましい。保水度が350%を超えると、濾水性や乾燥性、熱可塑性樹脂との相溶性が劣る傾向にある。また、熱可塑性樹脂組成物の補強効果を優れたものとするためには、セルロースナノファイバーを十分に乾燥し、熱可塑性樹脂への均一な分散を行う必要がある。しかるに、セルロースナノファイバーは凝集性が高いため、乾燥処理や熱可塑性樹脂との混練処理等に際して凝集し易い。そこで、セルロースナノファイバーの保水度を350%以下とし、濾水性や乾燥性、熱可塑性樹脂との相溶性を優れたものとすることで、乾燥処理や熱可塑性樹脂との混練処理等に際する凝集を抑制することができ、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が十分なものとすることができる。
(Water retention)
The water retention of the cellulose nanofibers is preferably 350% or less, more preferably 300% or less, and particularly preferably 280% or less. If the water retention exceeds 350%, the free flowability, the drying property, and the compatibility with the thermoplastic resin tend to be poor. Moreover, in order to make the reinforcement effect of a thermoplastic resin composition excellent, it is necessary to fully dry cellulose nanofibers and to perform uniform dispersion | distribution to a thermoplastic resin. However, since the cellulose nanofibers have high cohesiveness, they tend to aggregate during drying, kneading with a thermoplastic resin, and the like. Therefore, by making the water retention of the cellulose nanofibers 350% or less, and excellent in the freeness, the drying property, and the compatibility with the thermoplastic resin, the drying treatment, the kneading treatment with the thermoplastic resin, etc. are performed. Cohesion can be suppressed, and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition can be made sufficient.

前記、保水度は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The water retention degree can be arbitrarily adjusted by the pulp fiber, the pretreatment process, and the micronization process.

(結晶化度)
セルロースナノファイバーの結晶化度は、50%以上であるのが好ましく、55%以上であるのがより好ましく、60%以上であるのが特に好ましい。結晶化度が50%未満であると、熱可塑性樹脂との相溶性は向上するものの、繊維自体の強度が低下するため、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。
(Degree of crystallinity)
The crystallinity of the cellulose nanofibers is preferably 50% or more, more preferably 55% or more, and particularly preferably 60% or more. If the degree of crystallinity is less than 50%, although the compatibility with the thermoplastic resin is improved, the strength of the fiber itself is reduced, so the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior.

他方、セルロースナノファイバーの結晶化度は、70%以下であるのが好ましく、69%以下であるのがより好ましく、68%以下であるのが特に好ましい。結晶化度が70%を超えると、分子内の強固な水素結合割合が多くなり繊維自体は剛直となるが、熱可塑性樹脂との相溶性が低下し、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。また、セルロースナノファイバーの化学修飾がし難くなる傾向もある。   On the other hand, the crystallinity of the cellulose nanofibers is preferably 70% or less, more preferably 69% or less, and particularly preferably 68% or less. When the degree of crystallinity exceeds 70%, the proportion of strong hydrogen bonds in the molecule increases and the fiber itself becomes rigid, but the compatibility with the thermoplastic resin decreases and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is inferior Tend. In addition, chemical modification of the cellulose nanofibers tends to be difficult.

前記、結晶化度は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The degree of crystallinity can be arbitrarily adjusted by the pulp fiber, the pretreatment process, and the refining process.

(ピーク値)
セルロースナノファイバーの擬似粒度分布曲線におけるピーク値は、1つのピークであるのが好ましい。1つのピークである場合、セルロースナノファイバーは、繊維長及び繊維径の均一性が高く、乾燥性に優れる。また、繊維径や繊維長の均一性が高いと、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が高く、補強効果の均一性にも優れる。
(Peak value)
The peak value in the pseudo particle size distribution curve of cellulose nanofibers is preferably one peak. In the case of one peak, cellulose nanofibers have high uniformity of fiber length and fiber diameter, and excellent drying property. In addition, when the uniformity of the fiber diameter and the fiber length is high, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is high, and the uniformity of the reinforcing effect is also excellent.

ナノファイバーのピーク値は、5μm以上であるのが好ましく、7μm以上であるのがより好ましく、9μm以上であるのが特に好ましい。ピーク値を5μm未満とするにはセルロースナノファイバーの微細化処理を長時間行う必要があり、製造コストの増加につながる。   The peak value of the nanofibers is preferably 5 μm or more, more preferably 7 μm or more, and particularly preferably 9 μm or more. In order to make the peak value less than 5 μm, it is necessary to carry out the refining treatment of cellulose nanofibers for a long time, which leads to an increase in production cost.

他方、セルロースナノファイバーのピーク値は、25μm以下であるのが好ましく、23μm以下であるのがより好ましく、21μm以下であるのが特に好ましい。ピーク値が25μmを超えていると、微細化が不十分であり、繊維径や繊維長の均一性に劣る傾向がある。   On the other hand, the peak value of cellulose nanofibers is preferably 25 μm or less, more preferably 23 μm or less, and particularly preferably 21 μm or less. When the peak value exceeds 25 μm, the refining is insufficient, and the uniformity of the fiber diameter and the fiber length tends to be inferior.

(沈降速度)
セルロースナノファイバーの沈降速度は、0.030mm/分以下であるのが好ましく、0.025mm/分以下であるのがより好ましく、0.020mm/分以下であるのが特に好ましい。沈降速度が0.030mm/分を超えると、繊維が長過ぎ、繊維内での水素結合によって熱可塑性樹脂中で繊維が凝集し、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。なお、繊維が長いほど見かけの粒子径が大きくなり、沈降速度は増加すると考えられる。
(Settling speed)
The sedimentation speed of the cellulose nanofibers is preferably 0.030 mm / min or less, more preferably 0.025 mm / min or less, and particularly preferably 0.020 mm / min or less. When the sedimentation rate exceeds 0.030 mm / min, the fibers are too long, and the fibers are aggregated in the thermoplastic resin by hydrogen bonding in the fibers, and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior. The longer the fiber, the larger the apparent particle size and the higher the sedimentation rate.

(パルプ粘度)
セルロースナノファイバーのパルプ粘度は、3.5cps以上であるのが好ましく、3.6cps以上であるのがより好ましい。パルプ粘度が3.5cps未満であると、セルロースナノファイバーの分散液を熱可塑性樹脂と混練した際に、セルロースナノファイバーの重合度が低下し、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が劣る傾向にある。
(Pulp viscosity)
The pulp viscosity of the cellulose nanofibers is preferably 3.5 cps or more, more preferably 3.6 cps or more. When the dispersion of cellulose nanofibers is kneaded with the thermoplastic resin with a pulp viscosity of less than 3.5 cps, the degree of polymerization of the cellulose nanofibers tends to decrease and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior .

また、セルロースナノファイバーのパルプ粘度は、4.0cps以下であるのが好ましく、3.9cps以下であるのがより好ましい。パルプ粘度が4.0cpsを超えると、セルロースナノファイバーの分散液を熱可塑性樹脂と混練した際に、セルロースナノファイバーの凝集を十分に抑制できず、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が劣る傾向にある。   The pulp viscosity of the cellulose nanofibers is preferably 4.0 cps or less, more preferably 3.9 cps or less. When the pulp viscosity exceeds 4.0 cps, when the dispersion of cellulose nanofibers is kneaded with the thermoplastic resin, the aggregation of the cellulose nanofibers can not be sufficiently suppressed, and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior. is there.

(触手試験)
微細化処理進行のファクターとなる前述触手試験とは、2%セルロースナノファイバー水分散液1mLを人差し指に乗せ、当該分散液を親指と人差し指とで挟み、20回親指を周回させた場合において、親指と人差し指との間に繊維状物が残存するか否かについて目視にて確認する試験である。微細化処理は、この触手試験において、繊維状物が残存しないように行うのが好ましい。なお、発明者等は、種々の試験・検討を行い、結果、この触手試験によると、微細化処理の進行を迅速に確認にすることができ、製造効率を向上することができるとの認識に至った。なお、繊維状物が残存すると、繊維径や繊維長の均一性が劣る傾向にある。
(Tentacle test)
In the above-mentioned tentacle test, which is a factor in the progress of micronization treatment, 1 mL of a 2% aqueous solution of cellulose nanofibers is placed on the forefinger, the dispersion is sandwiched between the thumb and forefinger, and the thumb is rotated 20 times. It is a test to visually confirm whether a fibrous material remains between the index finger and the forefinger. In the tentacle test, it is preferable to carry out the refining treatment so that the fibrous material does not remain. In addition, the inventors conducted various tests and examinations, and as a result, according to this tentacle test, it was possible to quickly confirm the progress of the miniaturization process, and to recognize that the manufacturing efficiency could be improved. It reached. In addition, when a fibrous material remains, the uniformity of the fiber diameter or the fiber length tends to be poor.

(微細繊維)
セルロースナノファイバーには、ミクロフィブリルセルロース、ミクロフィブリル状微細繊維、微少繊維セルロース、ミクロフィブリル化セルロース、スーパーミクロフィブリルセルロース等と称される各種微細繊維の中から1種又は2種以上を含ませることができ、また、これらの微細繊維が含まれていてもよい。また、これらの微細繊維を更に微細化した繊維をも含ませることもでき、また、含まれていてもよい。
(Fine fiber)
Cellulose nanofibers include one or more of various types of microfibers such as microfibrillar cellulose, microfibrillar fine fibers, microfibrillated cellulose, microfibrillated cellulose, super microfibrillated cellulose and the like These fibers may also be included. In addition, these fine fibers may be further included, and may be further included.

(分散液)
微細化して得られたセルロースナノファイバーは、水系媒体中に分散して分散液とする。水系媒体は、全量が水であるのが特に好ましいが、一部が水と相溶性を有する他の液体である水系媒体も好ましく使用することができる。他の液体としては、炭素数3以下の低級アルコール類等を使用することができる。
(Dispersion liquid)
The finely divided cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous medium to form a dispersion. It is particularly preferable that the total amount of the aqueous medium is water, but an aqueous medium in which another part is a liquid compatible with water can also be preferably used. As another liquid, lower alcohols having 3 or less carbon atoms can be used.

(固形分濃度)
分散液の固形分濃度は、1質量%以上であるのが好ましく、1.5質量%以上であるのがより好ましく、2.0質量%以上であるのが特に好ましい。また、分散液の固形分濃度は、50質量%以下であるのが好ましく、40質量%以下であるのがより好ましく、30質量%以下であるのが特に好ましい。
(Solid content concentration)
The solid content concentration of the dispersion is preferably 1% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and particularly preferably 2.0% by mass or more. The solid content concentration of the dispersion is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and particularly preferably 30% by mass or less.

(B型粘度)
セルロースナノファイバーの濃度を2%(w/w)とした場合における分散液のB型粘度は、1000cps以下であるのが好ましく、900cps以下であるのがより好ましく、800cps以下であるのが特に好ましい。分散液のB型粘度が1000cpsを超えると、セルロースナノファイバーの分散液と熱可塑性樹脂とを混練するために、つまりセルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂中に分散させるために、大きなエネルギーが必要となり、製造コストの増加につながる。
(Type B viscosity)
When the concentration of cellulose nanofibers is 2% (w / w), the B-type viscosity of the dispersion is preferably 1000 cps or less, more preferably 900 cps or less, and particularly preferably 800 cps or less . When the B-type viscosity of the dispersion exceeds 1000 cps, in order to knead the dispersion of cellulose nanofibers and the thermoplastic resin, that is, to disperse the cellulose nanofibers in the thermoplastic resin, a large amount of energy is required. It leads to the increase in manufacturing cost.

他方、分散液のB型粘度は10cps以上であるのが好ましく、50cps以上であるのがより好ましく、100cps以上であるのが特に好ましい。   On the other hand, the B-type viscosity of the dispersion is preferably 10 cps or more, more preferably 50 cps or more, and particularly preferably 100 cps or more.

(熱可塑性樹脂)
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン、脂肪族ポリエステル樹脂や芳香族ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂、ポリスチレン、メタアクリレート、アクリレート等のポリアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。
(Thermoplastic resin)
Examples of the thermoplastic resin include polyolefins such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE), polyester resins such as aliphatic polyester resin and aromatic polyester resin, polyacrylic resins such as polystyrene, methacrylate and acrylate, polyamide resin, One or more of polycarbonate resins and polyacetal resins can be selected and used.

ただし、ポリオレフィン及びポリエステル樹脂の少なくともいずれか一方を使用するのが好ましい。また、ポリオレフィンとしては、ポリプロピレンを使用するのが好ましい。さらに、ポリエステル樹脂としては、脂肪族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等を例示することができ、芳香族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート等を例示することができるが、生分解性を有するポリエステル樹脂(単に「生分解性樹脂」ともいう。)を使用するのが好ましい。   However, it is preferable to use at least one of polyolefin and polyester resin. Moreover, as polyolefin, it is preferable to use a polypropylene. Further, as the polyester resin, examples of aliphatic polyester resins include polylactic acid and polycaprolactone, and examples of aromatic polyester resins include polyethylene terephthalate and the like. It is preferable to use a polyester resin having the following (also referred to simply as "biodegradable resin").

生分解性樹脂としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、カプロラクトン系脂肪族ポリエステル、二塩基酸ポリエステル等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As biodegradable resin, 1 type (s) or 2 or more types can be selected and used from hydroxycarboxylic acid type aliphatic polyester, caprolactone type aliphatic polyester, dibasic acid polyester etc., for example.

ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、乳酸、リンゴ酸、グルコース酸、3−ヒドロキシ酪酸等のヒドロキシカルボン酸の重合体や共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、乳酸を使用するのが好ましい。この乳酸としては、例えば、L−乳酸やD−乳酸等を使用することができ、これらの乳酸を単独で使用しても、2種以上を選択して使用してもよい。   As the hydroxycarboxylic acid-based aliphatic polyester, for example, one or more selected from polymers, copolymers and the like of hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, malic acid, glucose acid and 3-hydroxybutyric acid It can be used. However, it is preferable to use lactic acid. As this lactic acid, for example, L-lactic acid, D-lactic acid and the like can be used, and these lactic acids may be used alone or in combination of two or more.

カプロラクトン系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、ポリカプロラクトンやポリカプロラクトン等と上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As a caprolactone type aliphatic polyester, 1 type (s) or 2 or more types can be selected and used, for example from the copolymer of polycaprolactone, polycaprolactone, etc., and the said hydroxycarboxylic acid.

二塩基酸ポリエステルとしては、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As a dibasic acid polyester, 1 type (s) or 2 or more types can be selected and used among polybutylene succinate, a polyethylene succinate, a polybutylene adipate etc., for example.

生分解性樹脂は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。   The biodegradable resin may be used alone or in combination of two or more.

熱可塑性樹脂には、無機充填剤が含有されていてもよい。当該無機充填剤としては、例えば、Fe、Na、K、Cu、Mg、Ca、Zn、Ba、Al、Ti、ケイ素元素等の周期律表第I族〜第VIII族中の金属元素の単体、酸化物、水酸化物、炭素塩、硫酸塩、ケイ酸塩、亜硫酸塩、これらの化合物よりなる各種粘土鉱物等を例示することができる。   The thermoplastic resin may contain an inorganic filler. Examples of the inorganic filler include simple substances of metallic elements in Groups I to VIII of the periodic table, such as Fe, Na, K, Cu, Mg, Ca, Zn, Ba, Al, Ti, silicon elements, etc. Examples include oxides, hydroxides, carbonates, sulfates, silicates, sulfites, and various clay minerals comprising these compounds.

具体的には、例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、亜硫酸カルシウム、酸化亜鉛、シリカ、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、ほう酸アルミニウム、アルミナ、酸化鉄、チタン酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、クレーワラストナイト、ガラスビーズ、ガラスパウダー、珪砂、硅石、石英粉、珪藻土、ホワイトカーボン等を例示することができる。   Specifically, for example, barium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate, calcium sulfite, zinc oxide, silica, ground calcium carbonate, light calcium carbonate, aluminum borate, alumina, iron oxide, calcium titanate, hydroxide Aluminium, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, sodium hydroxide, magnesium carbonate, calcium silicate, clay wollastonite, glass beads, glass powder, silica sand, vermiculite, quartz powder, diatomaceous earth, white carbon, etc. can be exemplified. .

以上の無機充填剤は、複数が含有されていてもよい。また、古紙パルプに含まれるものであってもよい。   Plural inorganic fillers may be contained. In addition, it may be contained in waste paper pulp.

(その他の原料)
熱可塑性樹脂組成物の原料には、後述する相溶化剤の他、例えば、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、着色剤、ラジカル捕捉剤、発泡剤等の中から1種又は2種以上を選択して、本発明の効果を阻害しない範囲で添加することができる。
(Other ingredients)
The raw material of the thermoplastic resin composition may be, for example, one or more of an antistatic agent, a flame retardant, an antibacterial agent, a coloring agent, a radical scavenger, a foaming agent, and the like in addition to the compatibilizer described later. It can select and can be added in the range which does not inhibit the effect of this invention.

(配合割合)
セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の配合割合は、セルロースナノファイバーが1質量部以上、熱可塑性樹脂が99質量部以下であるのが好ましく、セルロースナノファイバーが2質量部以上、熱可塑性樹脂が98質量部以下であるのがより好ましく、セルロースナノファイバーが3質量部以上、熱可塑性樹脂が97質量部以下であるのが特に好ましい。また、セルロースナノファイバーが50質量部以下、熱可塑性樹脂が50質量部以上であるのが好ましく、セルロースナノファイバーが40質量部以下、熱可塑性樹脂が60質量部以上であるのがより好ましく、セルロースナノファイバーが70質量部以下、熱可塑性樹脂が30質量部以上であるのが特に好ましい。ただし、セルロースナノファイバーの配合割合が3〜10質量部であると、熱可塑性樹脂組成物の強度、特に曲げ強度及び曲げ弾性率の強度を著しく向上させることができる。
(Blending ratio)
The blending ratio of the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin is preferably 1 part by mass or more and 99 parts by mass or less of the thermoplastic resin, 2 parts by mass or more of the cellulose nanofibers, and 98 parts by mass of the thermoplastic resin The content is more preferably at most parts, particularly preferably at least 3 parts by mass of cellulose nanofibers and at most 97 parts by mass of thermoplastic resin. Moreover, it is preferable that 50 mass parts or less of a cellulose nanofiber and 50 mass parts or more of a thermoplastic resin are preferable, and it is more preferable that a cellulose nanofiber is 40 mass parts or less and a thermoplastic resin is 60 mass parts or more. It is particularly preferable that the nanofibers be 70 parts by mass or less and the thermoplastic resin be 30 parts by mass or more. However, when the blending ratio of the cellulose nanofibers is 3 to 10 parts by mass, the strength of the thermoplastic resin composition, in particular, the strength of flexural strength and flexural modulus can be remarkably improved.

なお、最終的に得られる熱可塑性樹脂組成物に含まれるセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の含有割合は、通常、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の上記配合割合と同じとなる。   In addition, the content ratio of the cellulose nanofiber and the thermoplastic resin contained in the thermoplastic resin composition finally obtained becomes the same as the said compounding ratio of a cellulose nanofiber and a thermoplastic resin normally.

(脱水・乾燥処理工程)
セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂は、脱水処理及び乾燥処理する。ただし、両者を一緒に脱水処理及び乾燥処理するのが好ましい。両者を一緒に処理することで、大量かつ効率的な処理が可能となる。なお、脱水処理及び乾燥処理は、それぞれ別の工程・装置で行うこともできるが、同一の工程・装置で行うこともでき、同一の工程・装置で行う方が効率的である。
(Dehydration and drying process)
Cellulose nanofibers and thermoplastic resin are dewatered and dried. However, it is preferable to carry out dehydration treatment and drying treatment together. By treating both together, a large amount of efficient processing is possible. The dewatering treatment and the drying treatment can be performed in different processes and apparatuses, but can be performed in the same process and apparatus, and it is more efficient to perform them in the same process and apparatus.

脱水・乾燥処理には、例えば、凍結乾燥機、減圧乾燥機、加熱乾燥機、静置乾燥機、スプレードライ、ニーダー、二軸混練機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   For dehydration and drying, for example, one or more selected from lyophilizer, vacuum dryer, heating dryer, stationary dryer, spray drying, kneader, twin-screw kneader, etc. can do.

ただし、脱水・乾燥処理には、凍結乾燥機、ニーダー、二軸混練機の中から1種又は2種以上を選択して使用するのが好ましく、凍結乾燥機又は加熱乾燥機を使用するのが特に好ましい。   However, for dehydration and drying treatment, it is preferable to select and use one or two or more of a lyophilizer, a kneader, and a twin-screw kneader, and it is preferable to use a lyophilizer or a heat dryer. Particularly preferred.

凍結乾燥機を使用する場合は、セルロースナノファイバーの凝集を防ぐという観点から、水やt−ブタノールを使用することができる。水を使用すると、溶媒処理の問題が生じないとの利点がある。また、t−ブタノールを使用すると、短時間での処理が可能となる、エネルギー効率に優れる、セルロースナノファイバーの凝集をより確実に防止することができるとの利点がある。   In the case of using a lyophilizer, water or t-butanol can be used from the viewpoint of preventing aggregation of cellulose nanofibers. The use of water has the advantage that no solvent treatment problems occur. In addition, using t-butanol has the advantages of enabling processing in a short time, being excellent in energy efficiency, and capable of more reliably preventing aggregation of cellulose nanofibers.

加熱乾燥機としては、例えば、バンバリーミキサー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ニーダー、固相せん断押出機、ラボプラストミル、遊星攪拌装置等の回転摩擦等により加熱及び攪拌ができる装置(加熱攪拌機)の中から1種又は2種以上を選択して使用するのが好ましい。   As a heating dryer, for example, a device that can perform heating and stirring by rotational friction, such as a Banbury mixer, a single-screw or multi-screw kneader, a kneader, a solid-phase shear extruder, a laboplast mill, a planetary stirrer, etc. It is preferable to select and use 1 type, or 2 or more types out of (heating stirrers).

なお、脱水・乾燥処理は、後述する「マスターバッチ法」においては、熱可塑性樹脂を溶融させて行い、「固相せん断法」においては、熱可塑性樹脂を溶融させないで行い、熱可塑性樹脂及びセルロースナノファイバーを単に混練する場合は、溶融させて行っても、溶融させないで行ってもよい。   Dehydration and drying are performed by melting the thermoplastic resin in the “masterbatch method” described later, and are performed without melting the thermoplastic resin in the “solid phase shearing method”, and the thermoplastic resin and cellulose are processed. When the nanofibers are simply kneaded, they may be melted or may not be melted.

ただし、マスターバッチ法及び固相せん断法においては、セルロースナノファイバーの分散液を、熱可塑性樹脂と共に脱水・乾燥処理するに先立って、遠心分離機や濾布が備わる連続濾過装置等で7〜15%の固形分濃度に濃縮しておくのが好ましい。予め濃縮しておくことで、乾燥、又は脱水及び乾燥の時間を短縮することができる。   However, in the master batch method and the solid phase shear method, 7 to 15 with a continuous filtration device equipped with a centrifuge and a filter cloth prior to dewatering and drying treatment of the dispersion of cellulose nanofibers with the thermoplastic resin. It is preferable to concentrate to a solid concentration of%. By pre-concentrating, drying, or dehydration and drying time can be shortened.

(混練処理工程)
脱水・乾燥処理を経たセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂は、混練処理する。
(Kneading process step)
The cellulose nanofibers and the thermoplastic resin which have been subjected to the dehydration and drying treatment are kneaded.

この混練処理には、例えば、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   For this kneading treatment, for example, one or more selected from single-screw or twin-screw or more multi-screw kneader, mixing roll, kneader, roll mill, Banbury mixer, screw press, disperser etc. can do.

混練処理の温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移点以上溶融点以下であり、熱可塑性樹脂の種類によって異なるが、80〜220℃とするのが好ましく、90〜210℃とするのがより好ましく、100〜200℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the kneading treatment is not less than the glass transition point of the thermoplastic resin and not more than the melting point, and varies depending on the type of the thermoplastic resin, preferably 80 to 220 ° C., and more preferably 90 to 210 ° C. It is especially preferable to set it as 100-200 degreeC.

また、混練処理の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜100分とするのがより好ましく、3〜20分とするのが特に好ましい。   The time for the kneading treatment is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 100 minutes, and particularly preferably 3 to 20 minutes.

(相溶化剤)
混練したセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂には、相溶化剤を添加するのが好ましい。
(Compatibilizer)
It is preferable to add a compatibilizer to the kneaded cellulose nanofibers and the thermoplastic resin.

相溶化剤としては、ポリマー主鎖に酸無水物基を側鎖にもつ構造のものを使用するのが好ましい。   As the compatibilizer, it is preferable to use one having a structure having an acid anhydride group in the side chain of the polymer main chain.

酸無水物としては、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水クエン酸等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができ、無水マレイン酸を使用するのが好ましい。   As the acid anhydride, for example, one or two or more selected from among maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, citric anhydride and the like can be selected and used, and maleic anhydride is used. Is preferred.

相溶化剤は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上となるように添加するのが好ましく、0.5質量部以上となるように添加するのがより好ましく、1.0質量部以上となるように添加するのが特に好ましい。また、10質量部以下となるように添加するのが好ましく、8質量部以下となるように添加するのがより好ましく、5質量部以下となるように添加するのが特に好ましい。特に添加量が1〜10質量部であれば、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の相互作用を助長することができ、得られる熱可塑性樹脂組成物の強度、特に曲げ強度を向上することができる。   The compatibilizer is preferably added in an amount of 0.1 parts by mass or more to 100 parts by mass of the thermoplastic resin, more preferably 0.5 parts by mass or more. It is particularly preferable to add so as to be 0 parts by mass or more. Further, it is preferably added so as to be 10 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, and particularly preferably 5 parts by mass or less. In particular, when the addition amount is 1 to 10 parts by mass, the interaction between the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin can be promoted, and the strength, particularly the bending strength, of the obtained thermoplastic resin composition can be improved.

(マスターバッチ法)
次に、図1を参照しつつ、熱可塑性樹脂及びセルロースナノファイバーを原料とし、相溶化剤を添加して熱可塑性樹脂組成物を製造する方法であるが、得られる熱可塑性樹脂組成物の強度が著しく向上する方法(単に「マスターバッチ法」ともいう。)について説明する。
(Master batch method)
Next, referring to FIG. 1, it is a method of using a thermoplastic resin and cellulose nanofibers as raw materials and adding a compatibilizer to produce a thermoplastic resin composition, but the strength of the obtained thermoplastic resin composition Will be described (hereinafter also referred to simply as "master batch method").

このマスターバッチ法においては、まず、パルプ繊維(P)を、必要により前処理(10)した後、微細化処理(20)してセルロースナノファイバーを得、このセルロースナノファイバーを水(W)と混ぜて分散液(C)とする。次に、この分散液(C)と熱可塑性樹脂、好ましくは低融点熱可塑性樹脂(Rx)とを脱水・乾燥処理(30x)し、一次混練処理(40x)する。そして、この一次混練物に熱可塑性樹脂(Ry)、更に相溶化剤(Rz)を添加し、二次混練処理(50x)及び成形処理(60)して熱可塑性樹脂組成物(S)を得る。   In this masterbatch method, first, pulp fibers (P) are pretreated (10) as necessary, and then micronized (20) to obtain cellulose nanofibers, and the cellulose nanofibers are mixed with water (W) Mix to make a dispersion (C). Next, the dispersion (C) and a thermoplastic resin, preferably a low melting point thermoplastic resin (Rx), are subjected to dehydration and drying treatment (30x) and primary kneading treatment (40x). Then, a thermoplastic resin (Ry) and a compatibilizer (Rz) are further added to the primary kneaded product, and a secondary kneading process (50x) and a forming process (60) are performed to obtain a thermoplastic resin composition (S). .

なお、一次混練物に、低融点熱可塑性樹脂(Rx)とは別に熱可塑性樹脂(Ry)を添加(配合)するのは次の理由からである。
すなわち、低融点熱可塑性樹脂(Rx)は、ナノファイバーを分散させる基質としての役割を担う。また、低融点熱可塑性樹脂(Rx)とナノファイバーとを複合した一次混練物は、着色や補強等を目的とする、いわゆるマスターバッチとしての役割を担う。そして、このマスターバッチと熱可塑性樹脂(Ry)とを所望の配合率となるように混練することで、目的とする熱可塑性樹脂組成物を得ることができるのである。
The reason why the thermoplastic resin (Ry) is added (blended) to the primary kneaded material separately from the low melting point thermoplastic resin (Rx) is as follows.
That is, the low melting point thermoplastic resin (Rx) plays a role as a substrate for dispersing nanofibers. In addition, the primary kneaded product in which the low melting point thermoplastic resin (Rx) and the nanofibers are combined plays a role as a so-called master batch for the purpose of coloring, reinforcement and the like. Then, by kneading the masterbatch and the thermoplastic resin (Ry) so as to obtain a desired compounding ratio, it is possible to obtain a targeted thermoplastic resin composition.

この熱可塑性樹脂(Ry)の配合割合は、質量基準で低融点熱可塑性樹脂(Rx)100質量部に対し、100〜10000質量部とするのが好ましく、200〜10000質量部とするのがより好ましく、300〜10000質量部とするのが特に好ましい。   The blending ratio of the thermoplastic resin (Ry) is preferably 100 to 10000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the low melting point thermoplastic resin (Rx) on a mass basis, and more preferably 200 to 10000 parts by mass. Preferably, it is particularly preferably 300 to 10,000 parts by mass.

このマスターバッチ法は、脱水・乾燥処理(30x)及び一次混練処理(40x)に際して低融点熱可塑性樹脂(Rx)等の熱可塑性樹脂を溶融させる点に1つの特徴がある。   This masterbatch method has one feature in that it melts a thermoplastic resin such as a low melting point thermoplastic resin (Rx) during dehydration / drying treatment (30x) and primary kneading treatment (40x).

マスターバッチ方法において、脱水・乾燥処理(30x)の温度は、熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂として低融点熱可塑性樹脂(Rx)である低融点ポリプロピレン(融点90℃)を使用する場合は、90〜130℃とするのが好ましく、90〜120℃とするのがより好ましく、90〜110℃とするのが特に好ましい。   In the master batch method, the temperature of the dehydration / drying treatment (30x) is appropriately set according to the type of thermoplastic resin. For example, when using a low melting point polypropylene (melting point 90 ° C.) which is a low melting point thermoplastic resin (Rx) as a thermoplastic resin, it is preferably 90 to 130 ° C., more preferably 90 to 120 ° C. And 90 to 110 ° C. are particularly preferable.

また、脱水・乾燥処理(30x)の時間は、80〜1200分とするのが好ましく、90〜1100分とするのがより好ましく、100〜1000分とするのが特に好ましい。   Further, the time of dehydration / drying treatment (30x) is preferably 80 to 1200 minutes, more preferably 90 to 1100 minutes, and particularly preferably 100 to 1000 minutes.

さらに、脱水・乾燥処理(30x)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   Furthermore, as an apparatus for dehydration / drying treatment (30x), for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among the devices that can shorten the drying time, such as a pressure reduction kneader.

一次混練処理(40x)の温度も、熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂として低融点熱可塑性樹脂(Rx)である低融点ポリプロピレン(融点90℃)を使用する場合は、90〜130℃とするのが好ましく、90〜120℃とするのがより好ましく、90〜110℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the primary kneading treatment (40x) is also appropriately set according to the type of thermoplastic resin. For example, when using a low melting point polypropylene (melting point 90 ° C.) which is a low melting point thermoplastic resin (Rx) as a thermoplastic resin, it is preferably 90 to 130 ° C., more preferably 90 to 120 ° C. And 90 to 110 ° C. are particularly preferable.

一次混練処理(40x)の時間は、1〜100分とするのが好ましく、2〜80分とするのがより好ましく、3〜60分とするのが特に好ましい。   The time of the primary kneading treatment (40x) is preferably 1 to 100 minutes, more preferably 2 to 80 minutes, and particularly preferably 3 to 60 minutes.

一次混練処理(40x)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the primary kneading treatment (40x), for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among the devices including the machine which can shorten the drying time.

相溶化剤(Rz)を添加した後の二次混練処理(50x)は、一次混練処理(40x)の後に添加した熱可塑性樹脂(Ry)の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂(Ry)として低融点ではない熱可塑性樹脂、例えば、ポリプロピレン(融点130℃)を使用する場合は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜215℃とするのがより好ましく、130〜210℃とするのが特に好ましい。   The secondary kneading treatment (50x) after the addition of the compatibilizer (Rz) is appropriately set in accordance with the type of the thermoplastic resin (Ry) added after the primary kneading treatment (40x). For example, when using a thermoplastic resin which does not have a low melting point as the thermoplastic resin (Ry), for example, polypropylene (melting point 130 ° C.), the temperature is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 215 ° C. Preferably, the temperature is 130 to 210 ° C.

二次混練処理(50x)の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜80分とするのがより好ましく、3〜20分とするのが特に好ましい。   The time of the secondary kneading treatment (50x) is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 80 minutes, and particularly preferably 3 to 20 minutes.

二次混練処理(50x)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   The apparatus for the secondary kneading treatment (50x) includes, for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among kneaders and apparatuses that can shorten the drying time.

成形処理(60)の温度は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜210℃とするのがより好ましく、130〜200℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the molding treatment (60) is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 210 ° C., and particularly preferably 130 to 200 ° C.

成形処理(60)の時間は、1〜200分とするのが好ましく、1〜190分とするのがより好ましく、1〜180分とするのが特に好ましい。   The time of the molding treatment (60) is preferably 1 to 200 minutes, more preferably 1 to 190 minutes, and particularly preferably 1 to 180 minutes.

成形処理の装置としては、例えば、射出成形機、吹込成形機、中空成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、押出成形機、真空成形機、圧空成形機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the molding process, for example, one or more of an injection molding machine, a blow molding machine, a hollow molding machine, a blow molding machine, a compression molding machine, an extrusion molding machine, a vacuum molding machine, a pressure forming machine, etc. Can be selected and used.

(固相せん断法)
次に、図1を参照しつつ、以上のマスターバッチ法とは異なるが、得られる熱可塑性樹脂組成物の強度が著しく向上する方法(単に「固相せん断法」ともいう。)について説明する。
(Solid phase shear method)
Next, with reference to FIG. 1, a method (also referred to simply as “solid phase shearing method”) will be described, which is different from the above-mentioned masterbatch method, but the strength of the obtained thermoplastic resin composition is significantly improved.

この固相せん断法においては、まず、パルプ繊維(P)を、必要により前処理(10)した後、微細化処理(20)してセルロースナノファイバーを得、このセルロースナノファイバーを水(W)と混ぜて分散液(C)とする。次に、この分散液(C)と熱可塑性樹脂(Ry)とを脱水・乾燥処理(30y)し、固相せん断処理(40y)する。そして、この固相せん断物に相溶化剤(Rz)を添加し、混練処理(50y)及び成形処理(60)して熱可塑性樹脂組成物(S)を得る。   In this solid-phase shearing method, first, pulp fibers (P) are pretreated (10) as necessary, and then micronized (20) to obtain cellulose nanofibers, and the cellulose nanofibers are treated with water (W) Mix to give a dispersion (C). Next, the dispersion (C) and the thermoplastic resin (Ry) are dewatered and dried (30y) and subjected to solid-phase shearing (40y). Then, a compatibilizer (Rz) is added to this solid-phase sheared substance, and a kneading process (50y) and a forming process (60) are performed to obtain a thermoplastic resin composition (S).

この固相せん断法は、脱水・乾燥処理(30y)に際して熱可塑性樹脂を溶融させない点に1つの特徴がある。また、この固相せん断法においては、脱水・乾燥処理(30y)及び固相せん断処理(40y)を経る過程で、セルロースナノファイバーが水分を蒸発されつつ熱可塑性樹脂にめり込まされ、分散される。これにより、セルロースナノファイバーが熱可塑性樹脂(Ry)中に点在し、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の乾燥混合粉末が得られる点にも特徴がある。   This solid-phase shearing method is characterized in that the thermoplastic resin is not melted during the dehydration / drying treatment (30y). Moreover, in this solid-phase shearing method, in the process of dehydration / drying treatment (30y) and solid-phase shearing treatment (40y), cellulose nanofibers are embedded in the thermoplastic resin while being evaporated and dispersed. Ru. This is also characterized in that cellulose nanofibers are scattered in the thermoplastic resin (Ry), and a dry mixed powder of the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin can be obtained.

脱水・乾燥処理(30y)の際の温度は、熱可塑性樹脂(Ry)の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂(Ry)としてポリプロピレン(融点130℃)を使用する場合は、50〜130℃とするのが好ましく、55〜125℃とするのがより好ましく、60〜120℃とするのが特に好ましい。   The temperature at the time of dehydration / drying treatment (30y) is appropriately set according to the type of thermoplastic resin (Ry). For example, when using polypropylene (melting point 130 ° C.) as the thermoplastic resin (Ry), the temperature is preferably 50 to 130 ° C., more preferably 55 to 125 ° C., and 60 to 120 ° C. Particularly preferred.

脱水・乾燥処理(30y)の時間は、1〜300分とするのが好ましく、2〜270分とするのがより好ましく、3〜240分とするのが特に好ましい。   The time of the dehydration / drying treatment (30y) is preferably 1 to 300 minutes, more preferably 2 to 270 minutes, and particularly preferably 3 to 240 minutes.

脱水・乾燥処理(30y)の装置としては、例えば、簡易攪拌装置、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for dehydration / drying treatment (30y), for example, a simple stirring device, a kneader, a multi-screw kneader with single or two or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser 1 type, or 2 or more types can be selected and used from etc. (Including the apparatus which can shorten drying time like a pressure reduction-type kneader).

セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂(Ry)とが接触する面積が広いほど固相せん断処理(40y)の効率が良いことから、熱可塑性樹脂(Ry)の形状は、平均粒子径1〜1000μmの粉末状としておくのが好ましい。   The efficiency of the solid phase shear treatment (40y) is better as the area of contact between the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin (Ry) is larger, so the shape of the thermoplastic resin (Ry) is a powder having an average particle diameter of 1 to 1000 μm It is preferable to keep the shape.

固相せん断処理(40y)の温度も、熱可塑性樹脂(Ry)の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂(Ry)としてポリプロピレン(融点130℃)を使用する場合は、脱水・乾燥処理(30y)の場合と同様に、50〜130℃とするのが好ましく、55〜125℃とするのがより好ましく、60〜120℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the solid phase shearing treatment (40y) is also set appropriately according to the type of thermoplastic resin (Ry). For example, when using polypropylene (melting point 130 ° C.) as the thermoplastic resin (Ry), it is preferable to set 50 to 130 ° C. and 55 to 125 ° C. as in the case of dehydration / drying treatment (30 y). Is more preferable, and 60 to 120 ° C. is particularly preferable.

固相せん断処理(40y)の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜170分とするのがより好ましく、3〜160分とするのが特に好ましい。   The duration of the solid phase shearing treatment (40y) is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 170 minutes, and particularly preferably 3 to 160 minutes.

固相せん断処理(40y)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   Examples of the apparatus for solid-phase shear treatment (40y) include a kneader, a multi-axial kneader with one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among kneaders and apparatuses that can shorten the drying time.

相溶化剤(Rz)を添加した後の混練処理(50y)は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜215℃とするのがより好ましく、130〜210℃とするのが特に好ましい。   The kneading treatment (50y) after adding the compatibilizer (Rz) is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 215 ° C., and particularly preferably 130 to 210 ° C.

混練処理(50y)の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜80分とするのがより好ましく、3〜20分とするのが特に好ましい。   The time of the kneading treatment (50y) is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 80 minutes, and particularly preferably 3 to 20 minutes.

混練処理(50y)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the kneading treatment (50y), for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. (pressure reduction type kneader 1) or 2 or more types can be selected and used from among the apparatuses which also can shorten a drying time like these.

成形処理(60)の際の温度は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜210℃とするのがより好ましく、130〜200℃とするのが特に好ましい。   The temperature in the molding treatment (60) is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 210 ° C., and particularly preferably 130 to 200 ° C.

成形処理(60)の時間は、1〜200分とするのが好ましく、1〜190分とするのがより好ましく、1〜180分とするのが特に好ましい。   The time of the molding treatment (60) is preferably 1 to 200 minutes, more preferably 1 to 190 minutes, and particularly preferably 1 to 180 minutes.

成形処理(60)の装置としては、例えば、射出成形機、吹込成形機、中空成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、押出成形機、真空成形機、圧空成形機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the molding process (60), for example, one or more of an injection molding machine, a blow molding machine, a hollow molding machine, a blow molding machine, a compression molding machine, an extrusion molding machine, a vacuum molding machine, a pressure forming machine, etc. Two or more types can be selected and used.

(成形処理)
相溶化剤を添加したセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂(混練物)は、必要により再度混練処理を行った後、所望の形状に成形する。
(Forming process)
The cellulose nanofibers and the thermoplastic resin (kneaded product) to which the compatibilizer is added are formed into a desired shape after being subjected to the kneading treatment again if necessary.

この点、混練物にはセルロースナノファイバーが分散しているが、成形加工性に優れている。   In this respect, although the cellulose nanofibers are dispersed in the kneaded product, the molding processability is excellent.

成形の大きさや厚さ、形状等は、特に限定されず、例えば、シート状、ペレット状、粉末状、繊維状等とすることができる。   The size, thickness, shape, and the like of the molding are not particularly limited, and may be, for example, a sheet, a pellet, a powder, a fiber, or the like.

この成形処理は、公知の成形方法によることができ、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等によることができる。また、混練物を紡糸して繊維状にし、前述した植物材料等と混繊してマット形状、ボード形状とすることもできる。混繊は、例えば、エアーレイにより同時堆積させる方法等によることができる。   This molding process can be carried out by a known molding method, for example, by mold molding, injection molding, extrusion molding, hollow molding, foam molding and the like. Alternatively, the kneaded product may be spun into a fiber, and mixed with the above-described plant material or the like to form a mat or board. Blending can be carried out by, for example, a method of co-deposition by air lay.

なお、この成形処理は、混練処理に続いて行うことも、混練物をいったん冷却し、破砕機等を使用してチップ化した後、このチップを押出成形機や射出成形機等の成形機に投入して行うこともできる。   This molding process may be carried out following the kneading process as well, once the kneaded material is cooled, and after being chipped using a crusher etc, this chip is used as a molding machine such as an extrusion molding machine or an injection molding machine. It can be done by putting it on.

(用語の定義、測定方法等)
明細書中の用語は、特に断りのない限り、以下の通りである。
(Definition of terms, measurement methods, etc.)
The terms in the specification are as follows unless otherwise noted.

(平均繊維径)
固形分濃度0.01質量%のセルロースナノファイバーの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t−ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて5000倍、10000倍又は30000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。
(Average fiber diameter)
100 ml of an aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a solid concentration of 0.01% by mass is filtered through a Teflon (registered trademark) membrane filter, and solvent substitution is performed once with 100 ml of ethanol and three times with 20 ml of t-butanol. Next, it is lyophilized and osmium coated to make a sample. This sample is observed with an electron microscope SEM image at a magnification of 5000 times, 10000 times or 30000 times depending on the width of the fiber to be constructed. Specifically, two diagonals are drawn on the observation image, and three straight lines passing the intersections of the diagonals are arbitrarily drawn. Furthermore, the width of a total of 100 fibers intersecting with the three straight lines is measured visually. And let the median diameter of a measured value be an average fiber diameter.

(平均繊維長)
上記平均繊維径の場合と同様にして、各繊維の長さを目視で計測する。計測値の中位長を平均繊維長とする。
(Average fiber length)
The length of each fiber is measured visually as in the case of the above average fiber diameter. The median length of the measurement value is taken as the average fiber length.

(保水度)
JAPAN TAPPI No.26:2000に準拠して測定する。
(Water retention)
JAPAN TAPPI No. Measure according to 26: 2000.

(結晶化度)
JIS−K0131(1996)の「X線回折分析通則」に準拠して、X線回折法により測定した値である。
なお、セルロースナノファイバーは、非晶質部分と結晶質部分とを有し、結晶化度は、セルロースナノファイバー全体における結晶質部分の割合を意味することになる。
(Degree of crystallinity)
It is the value measured by the X-ray-diffraction method based on the "X-ray-diffraction analysis general rule" of JIS-K0131 (1996).
In addition, a cellulose nanofiber has an amorphous part and a crystalline part, and crystallinity means the ratio of the crystalline part in the whole cellulose nanofiber.

(ピーク値)
ISO−13320(2009)に準拠して測定する。より詳細には、粒度分布測定装置(株式会社セイシン企業のレーザー回折・散乱式粒度分布測定器)を使用してセルロースナノファイバーの水分散液における体積基準粒度分布を調べる。そして、この分布からセルロースナノファイバーの最頻径を測定する。この最頻径をピーク値とする。
(Peak value)
Measure in accordance with ISO-13320 (2009). More specifically, a particle size distribution analyzer (a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer manufactured by Seishin Co., Ltd.) is used to examine the volume-based particle size distribution in the aqueous dispersion of cellulose nanofibers. And the mode diameter of a cellulose nanofiber is measured from this distribution. This mode diameter is taken as a peak value.

(沈降速度)
固形分濃度0.1%のセルロースナノファイバーの水分散液について、JIS Z 8822に準拠して測定する。
(Settling speed)
The aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a solid content concentration of 0.1% is measured in accordance with JIS Z 8822.

(パルプ粘度)
JIS−P8215(1998)に準拠して測定する。なお、パルプ粘度が高いほどセルロースの重合度が高いことを意味する。
(Pulp viscosity)
It measures based on JIS-P8215 (1998). The higher the pulp viscosity, the higher the degree of polymerization of cellulose.

(B型粘度)
固形分濃度2%のセルロースナノファイバーの水分散液について、JIS−Z8803(2011)の「液体の粘度測定方法」に準拠して測定する。B型粘度はスラリーを攪拌させたときの抵抗トルクであり、高いほど攪拌に必要なエネルギーが多いことを意味する。
(Type B viscosity)
It measures based on "the viscosity measurement method of a liquid" of JIS-Z8803 (2011) about the water dispersion liquid of cellulose nanofiber with 2% of solid content concentration. The B-type viscosity is a resistance torque when the slurry is stirred, and the higher the value, the more energy required for the stirring.

(リグニンを含む、含まない)
リグニンを含むとは、リグニンが相溶性向上や補強効果増大等の作用効果に影響を与える場合を意味する。具体的には、カッパー価が2.0以上であることを意味する。したがって、リグニンを含まないとは、カッパー価が2.0未満であることを意味する。なお、カッパー価が20以上であると、相溶性向上や補強効果増大が大きなものとなる。
(Including lignin, not including)
The term “including lignin” means that lignin affects the effects such as the improvement in compatibility and the increase in reinforcing effect. Specifically, it means that the Kappa number is 2.0 or more. Therefore, the absence of lignin means that the Kappa number is less than 2.0. When the Kappa number is 20 or more, the compatibility improvement and the reinforcing effect increase become large.

好ましくは、30以上100未満、より好ましくは50以上80未満の範囲で、より補強効果が大きくなる。ただし、カッパー価が200以上であると混練時の流動性が劣る傾向にある点に留意を要する。   Preferably, in the range of 30 or more and less than 100, more preferably 50 or more and less than 80, the reinforcing effect becomes larger. However, it should be noted that when the Kappa number is 200 or more, the fluidity at the time of kneading tends to be poor.

(カッパー価)
JIS P8211:2011(パルプ−カッパー価試験方法)に準拠して測定した値である。なお、数値が大きいほどリグニン含有量が多いことを意味する。
(Kappa number)
It is the value measured based on JISP8211: 2011 (pulp-kappa number test method). In addition, it means that lignin content is so large that a numerical value is large.

次に、本発明の実施例を示し、本発明の作用効果を明らかにする。
(実施例1)
(分散液)
まず、製紙用晒機械パルプ(BTMP)の2質量%水分散液23Lを、ナイアガラビーターを使用してフリーネス100ml以下となるまで叩解した。次に、グラインダー(増幸産業株式会社のマスコロイダー)を使用してBTMPの微細化処理を3パス行い、粒度分布ピーク値が5〜25μm、保水度が200〜280%の2〜3質量%セルロースナノファイバースラリーを得た。このスラリーを遠心分離機で9000rpm、10分間処理し、7〜15質量%セルロースナノファイバーの分散液を得た。
Next, examples of the present invention will be shown to clarify the effects of the present invention.
Example 1
(Dispersion liquid)
First, 23 L of a 2% by mass aqueous dispersion of bleached mechanical pulp for paper production (BTMP) was beaten using a Niagara beater to a freeness of 100 ml or less. Next, use a grinder (Mascolloider from Masuko Sangyo Co., Ltd.) to perform 3 passes of the refinement process of BTMP, 2 to 3 mass% cellulose with a particle size distribution peak value of 5 to 25 μm and water retention of 200 to 280% A nanofiber slurry was obtained. The slurry was treated with a centrifugal separator at 9000 rpm for 10 minutes to obtain a dispersion of 7 to 15% by mass of cellulose nanofibers.

(マスターバッチ)
105℃に調節したニーダー(東洋精機製のラボプラストミル)に低融点ポリプロピレン(出光興産製のエルモーデュS901、融点約80℃)を投入して溶融させた。次いで、低融点ポリプロピレン及びセルロースナノファイバーの乾燥質量比が50:50となるように上記7〜15質量%セルロースナノファイバーの分散液を徐々に投入して水分を飛ばした。分散液の投入が完了した後、80rpmで20分間乾燥・分散し、50%セルロースナノファイバー配合マスターバッチを得た。このマスターバッチは、ペレッターを使用して2mm径、2mm長の円柱状にカットし、二軸混練機に投入しやすいペレットを得た。
(Master Badge)
A low melting point polypropylene (Elmodu S901 manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd., melting point about 80 ° C.) was put into a kneader (Labor Plastomill manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) adjusted to 105 ° C. and melted. Subsequently, the dispersion liquid of the said 7-15 mass% cellulose nanofiber was gradually thrown in so that the dry mass ratio of low melting point polypropylene and a cellulose nanofiber might be set to 50:50, and water | moisture content was blown off. After the addition of the dispersion was completed, the dispersion was dried and dispersed at 80 rpm for 20 minutes to obtain a 50% cellulose nanofiber blended master batch. This masterbatch was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length using a pelleter to obtain pellets easy to be fed into a twin-screw kneader.

(混練処理)
ポリプロピレンのペレット(日本ポリプロ製のノバテックPP射出成型グレードMA3、融点158℃)、上記マスターバッチのペレット、相溶化剤としてのマレイン酸変性ポリプロピレンのペレット(三洋化成工業製のユーメックス1010)を乾燥質量比が80:20:1となるように500mlビーカーに投入して混合した。このペレット混合物を180℃に調製した二軸混練機にて45rpmで混練し、セルロースナノファイバー10質量%配合ポリプロピレンを得た。このポリプロピレンをペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットし、セルロースナノファイバー10質量%配合ポリプロピレンのペレットを得た。
(Kneading process)
Pellets of polypropylene (Novatec PP injection molding grade MA3 manufactured by Japan Polypropylene, melting point: 158 ° C), pellets of the above masterbatch, pellets of maleic acid-modified polypropylene as compatibilizer (Yumex 1010, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.) The mixture was poured into a 500 ml beaker such that the ratio of 80: 20: 1 was achieved. The pellet mixture was kneaded at 45 rpm with a twin-screw kneader prepared at 180 ° C. to obtain 10 mass% cellulose nanofiber blended polypropylene. The polypropylene was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length by a pelleter to obtain a pellet of cellulose nanofiber mixed with 10% by mass of polypropylene.

(成形処理)
上記セルロースナノファイバー10質量%配合ポリプロピレンのペレットを180℃でダンベル型試験片(掴み具間距離20mm、幅3.9mm、厚さ1.97mm)と直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)とに射出成形した。
(Forming process)
Dumbbell-shaped test pieces (grip distance 20 mm, width 3.9 mm, thickness 1.97 mm) and rectangular solid test pieces (length 59 mm, width 9.6 mm) , 3.8 mm thick) and injection molded.

(実施例2)
(分散液)
実施例1と同様の方法でセルロースナノファイバーの分散液を得た。
(Example 2)
(Dispersion liquid)
In the same manner as in Example 1, a dispersion of cellulose nanofibers was obtained.

(固相せん断物)
ポリプロピレン粉末(日本ポリプロ製のノバテックPP射出成型グレードMA3、粒径500μm程度、融点158℃)、上記7〜15質量%セルロースナノファイバースラリーの分散液を乾燥質量比が90:5となるように500mlビーカーに投入し、プロペラ式加熱攪拌機を使用して70℃、300rpmで2時間攪拌した。この攪拌により水分率5〜10%まで乾燥させた後、70℃に調節したニーダー(東洋精機製のラボプラストミル)で60rpm、1時間固相せん断処理し、セルロースナノファイバー及びポリプロピレンの乾燥混合粉末(固相せん断物)を得た。
(Solid phase shear object)
Polypropylene powder (Novatec PP injection molding grade MA3 manufactured by Japan Polypropylene, particle size about 500 μm, melting point 158 ° C.), 500 ml of the dispersion liquid of the above 7 to 15 mass% cellulose nanofiber slurry so that the dry mass ratio becomes 90: 5 The mixture was charged into a beaker and stirred at 300 ° C. and 300 rpm for 2 hours using a propeller-type heating stirrer. The mixture is dried to a moisture content of 5 to 10% by this stirring and then subjected to solid-phase shear treatment at 60 rpm for 1 hour with a kneader (Laboplast Mill manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) adjusted to 70 ° C. to obtain a dry mixed powder of cellulose nanofibers and polypropylene A solid-phase shear product was obtained.

(混練処理)
上記固相せん断物と、相溶化剤としてのマレイン酸変性ポリプロピレン粉末(化薬アクゾ製のカヤブリッド)とを、乾燥質量比が95:5となるように500mlビーカーに投入して混合した。混合した粉末を180℃に調製した二軸混練機にて45rpmで混練し、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンを得た。このポリプロピレンをペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットし、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを得た。
(Kneading process)
The above solid-phase shear product and maleic acid-modified polypropylene powder (Kayaburi manufactured by Kayaku Akzo) as a compatibilizer were charged into a 500 ml beaker so that the dry mass ratio would be 95: 5 and mixed. The mixed powder was kneaded at 45 rpm with a twin-screw kneader prepared at 180 ° C. to obtain a 5% by mass cellulose nanofiber blended polypropylene. The polypropylene was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length by a pelleter to obtain pellets of polypropylene containing 5% by mass of cellulose nanofibers.

(成形処理)
上記セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを180℃でダンベル型試験片(掴み具間距離20mm、幅3.9mm、厚さ1.97mm)と直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)とに射出成形した。
(Forming process)
Dumbbell-shaped test piece (20 mm distance between grips, width 3.9 mm, thickness 1.97 mm) and rectangular solid test piece (length 59 mm, width 9.6 mm) , 3.8 mm thick) and injection molded.

(実施例3)
(分散液)
実施例1と同様の方法でセルロースナノファイバーの分散液を得た。
(Example 3)
(Dispersion liquid)
In the same manner as in Example 1, a dispersion of cellulose nanofibers was obtained.

(混合粉末)
ポリプロピレン粉末(日本ポリプロ製のノバテックPP射出成型グレードMA3、粒径500μm程度、融点158℃)、上記7〜15質量%セルロースナノファイバースラリーの分散液を乾燥質量比が90:5となるように500mlビーカーに投入し、プロペラ式加熱攪拌機を使用して70℃、300rpmで2時間攪拌した。この攪拌により水分率5〜10%まで乾燥させた後、105℃に調節した恒温乾燥機内で24時間乾燥させ、セルロースナノファイバー及びポリプロピレンの乾燥混合粉末(この粉末は、固相せん断物ではない。)を得た。
(Mixed powder)
Polypropylene powder (Novatec PP injection molding grade MA3 manufactured by Japan Polypropylene, particle size about 500 μm, melting point 158 ° C.), 500 ml of the dispersion liquid of the above 7 to 15 mass% cellulose nanofiber slurry so that the dry mass ratio becomes 90: 5 The mixture was charged into a beaker and stirred at 300 ° C. and 300 rpm for 2 hours using a propeller-type heating stirrer. After being dried to a moisture content of 5 to 10% by this stirring, it is dried in a thermostatic dryer adjusted to 105 ° C. for 24 hours, and a dry mixed powder of cellulose nanofibers and polypropylene (this powder is not a solid-phase shear product). Got).

(混練処理)
上記混合粉末と、相溶化剤としてのマレイン酸変性ポリプロピレン粉末(化薬アクゾ製のカヤブリッド)とを、乾燥質量比が95:5となるように500mlビーカーに投入して混合した。混合した粉末を180℃に調製した二軸混練機にて45rpmで混練し、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンを得た。このポリプロピレンをペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットし、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを得た。
(Kneading process)
The above mixed powder and a maleic acid-modified polypropylene powder (Kayaburi manufactured by Kayaku Akzo) as a compatibilizer were charged into a 500 ml beaker so that the dry mass ratio was 95: 5 and mixed. The mixed powder was kneaded at 45 rpm with a twin-screw kneader prepared at 180 ° C. to obtain a 5% by mass cellulose nanofiber blended polypropylene. The polypropylene was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length by a pelleter to obtain pellets of polypropylene containing 5% by mass of cellulose nanofibers.

(成形処理)
上記セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを180℃でダンベル型試験片(掴み具間距離20mm、幅3.9mm、厚さ1.97mm)と直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)とに射出成形した。
(Forming process)
Dumbbell-shaped test piece (20 mm distance between grips, width 3.9 mm, thickness 1.97 mm) and rectangular solid test piece (length 59 mm, width 9.6 mm) , 3.8 mm thick) and injection molded.

(実施例4)
実施例1において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用雑誌古紙パルプ(MDIP)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Example 4)
Example 1 was the same as Example 1 except that in place of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), used paper wastepaper pulp (MDIP) was used.

(実施例5)
実施例2において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用雑誌古紙パルプ(MDIP)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Example 5)
Example 2 was the same as Example 2 except that the recycled paper pulp (MDIP) was used instead of bleached mechanical pulp for paper production (BTMP).

(比較例1)
実施例1において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 1)
Example 1 was the same as Example 1 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), hardwood bleached kraft pulp for papermaking (LBKP) was used.

(比較例2)
実施例1において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 2)
Example 1 was the same as Example 1 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), softwood bleached kraft pulp for papermaking (NBKP) was used.

(比較例3)
実施例1の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えて市販のセルロースナノファイバースラリー(市販品)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 3)
The drying process of Example 1 was the same as Example 1 except that a commercially available cellulose nanofiber slurry (commercially available product) was used instead of the dispersion liquid of cellulose nanofibers.

(比較例4)
実施例1の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えてメイン大学製のCNF(セルロースナノファイバースラリー)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 4)
The drying process of Example 1 was the same as Example 1 except that CNF (cellulose nanofiber slurry) manufactured by Main University was used instead of the dispersion liquid of cellulose nanofibers.

(比較例5)
実施例1の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えてメイン大学製のCNC(セルロースナノクリスタルスラリー)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 5)
The drying process of Example 1 was the same as Example 1 except that the dispersion of cellulose nanofibers was replaced with CNC (cellulose nanocrystal slurry) manufactured by Main University.

(比較例6)
実施例2において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Comparative example 6)
Example 2 was the same as Example 2 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), hardwood bleached kraft pulp for papermaking (LBKP) was used.

(比較例7)
実施例2において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Comparative example 7)
Example 2 was the same as Example 2 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), softwood bleached kraft pulp for papermaking (NBKP) was used.

(比較例8)
実施例2の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えて市販のセルロースナノファイバースラリー(市販品)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Comparative example 8)
The drying process of Example 2 was the same as Example 2 except that a commercially available cellulose nanofiber slurry (commercially available product) was used instead of the dispersion liquid of cellulose nanofibers.

(参考例)
PPのみからなる熱可塑性樹脂(組成物)を示す。
(Reference example)
The thermoplastic resin (composition) which consists only of PP is shown.

条件及び結果を表1及び表2に示した。   The conditions and results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2019059956
Figure 2019059956

Figure 2019059956
Figure 2019059956

(評価方法)
上記各試験片について、曲げ強度、曲げ弾性率、引張強度、引張弾性率、Izod衝撃強度(ノッチあり)、線熱膨張率、分散性を評価した。評価方法は、以下の通りとした。
(Evaluation method)
The flexural strength, flexural modulus, tensile strength, tensile modulus, Izod impact strength (with a notch), linear thermal expansion coefficient, and dispersibility were evaluated for each of the test pieces. The evaluation method was as follows.

(曲げ強度、曲げ弾性率)
各直方体試験片について、JIS K7171:2008(プラスチック−曲げ特性の求め方)に準拠して測定した。なお、数値が大きいほど曲げ強度、曲げ弾性率が強い(高い)ことを意味する。
(Bending strength, flexural modulus)
It measured based on JISK7171: 2008 (plastic-how to obtain | require the bending characteristic) about each rectangular parallelepiped test piece. In addition, it means that a bending strength and a bending elastic modulus are strong (high), so that a numerical value is large.

(引張強度、引張弾性率)
各ダンベル型試験片について、JIS K7161:2014(プラスチック−引張特性の試験方法)に準拠して測定した。なお、数値が大きいほど引張強度、引張弾性率が強い(高い)ことを意味する。
(Tensile strength, tensile modulus)
Each dumbbell-shaped test piece was measured in accordance with JIS K7161: 2014 (plastic-test method for tensile properties). As the numerical value is larger, it means that the tensile strength and the tensile modulus are higher (higher).

(Izod衝撃強度(ノッチあり))
各直方体試験片について、JIS K7110:1999(プラスチック−アイゾット衝撃強さの試験方法)に準拠して測定した。ノッチ深さを2mmとした。なお、数値が大きいほど衝撃強度が強いことを意味する。
(Izod impact strength (notched))
Each rectangular specimen was measured in accordance with JIS K 7110: 1999 (Plastic-Izod Impact Strength Test Method). The notch depth was 2 mm. In addition, it means that impact strength is strong, so that a numerical value is large.

(線熱膨張率)
各直方体試験片について、JIS K7197:2012(プラスチックの熱機械分析による線膨脹率試験方法)に準拠して測定した。測定条件は、圧縮荷重法、昇温速度:5℃/分、温度範囲:30〜160℃、測定機:株式会社リガク製の熱機械分析装置(Thermo plus EVO II)とした。なお、数値が小さいほど寸法安定性が良いことを意味する。
(Linear thermal expansion coefficient)
Each rectangular specimen was measured according to JIS K7197: 2012 (linear expansion coefficient test method by thermomechanical analysis of plastic). Measurement conditions were a compression load method, a temperature rising rate: 5 ° C./min, a temperature range: 30 to 160 ° C., and a measuring machine: a thermomechanical analyzer (Thermo plus EVO II) manufactured by Rigaku Corporation. The smaller the numerical value, the better the dimensional stability.

本発明の熱可塑性樹脂組成物は、以上の通り、従来の熱可塑性樹脂よりも強度が強くなる(増強効果)。したがって、従来から熱可塑性樹脂が使用されていた用途に使用することができるだけでなく、従来、強度不足により使用が見合わされていた用途にも使用することができる。   As described above, the thermoplastic resin composition of the present invention is stronger than conventional thermoplastic resins (reinforcing effect). Therefore, it can not only be used for the use to which the thermoplastic resin was conventionally used, but can be used also to the use to which the use was compared conventionally by lack of strength.

具体的には、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器の内装材、外装材、構造材等、
パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等の筺体、構造材、内部部品等、
携帯電話等の移動通信機器等の筺体、構造材、内部部品等、
携帯音楽再生機器、映像再生機器、印刷機器、複写機器、スポーツ用品、オフィス機器、玩具、スポーツ用品等の筺体、構造材、内部部品等、
建築物、家具等の内装材、外装材、構造材等、
文具等の事務機器等、
その他、包装体、トレイ等の収容体、保護用部材、パーティション部材等、
として使用することができる。
Specifically, for example, interior materials, exterior materials, structural materials of transportation equipment such as cars, trains, ships, airplanes, etc.
Housings such as PCs, TVs, phones, electrical appliances such as watches, structural materials, internal parts, etc.
Housings such as mobile communication devices such as mobile phones, structural materials, internal parts, etc.
Portable music playback equipment, video playback equipment, printing equipment, copying equipment, sports equipment, office equipment, toys, housings such as sports equipment, structural materials, internal parts, etc.
Interior materials such as buildings, furniture, exterior materials, structural materials, etc.
Office equipment such as stationery, etc.
In addition, packaging bodies, containers such as trays, protective members, partition members, etc.
It can be used as

以上のうち、自動車用途としては、内装材、インストルメントパネル、外装材等を例示することができる。具体的には、例えば、ドア基材、パッケージトレー、ピラーガーニッシュ、スイッチベース、クオーターパネル、アームレストの芯材、ドアトリム、シート構造材、コンソールボックス、ダッシュボード、各種インストルメントパネル、デッキトリム、バンパー、スポイラー、カウリング等を例示することができる。   Among the above, as an automotive application, an interior material, an instrument panel, an exterior material, etc. can be illustrated. Specifically, for example, door base material, package tray, pillar garnish, switch base, quarter panel, core of armrest, door trim, seat structure, console box, dashboard, various instrument panels, deck trim, bumper, A spoiler, cowling, etc. can be illustrated.

また、建築物、家具用途としては、ドア表装材、ドア構造材、机、椅子、棚、箪笥等の各種家具の表装材等を例示することができる。   Moreover, as a building and furniture use, the covering material etc. of various furniture, such as a door covering material, a door structure material, a desk, a chair, a shelf, and a rattan, can be illustrated.

10…前処理、20…微細化(解繊)処理、30x,30y…乾燥処理、40x…(一次)混練処理、40y…固相せん断処理、50…相溶化剤添加処理、60…(二次)混練処理、70…成形処理、C…分散体、P…パルプ繊維、Rx…低融点ポリプロピレン、Ry…低融点ポリプロピレン以外のポリプロピレン、Rz…相溶化剤、W…水。   10: pretreatment, 20: micronization (fibrillation) treatment, 30x, 30y: drying treatment, 40x: (primary) kneading treatment, 40y: solid phase shearing treatment, 50: compatibilizer addition treatment, 60: (secondary ) Kneading, 70: molding, C: dispersion, P: pulp fiber, Rx: low melting point polypropylene, Ry: polypropylene other than low melting point polypropylene, Rz: compatibilizer, W: water.

本発明は、熱可塑性樹脂組成物に関するものである。   The present invention relates to a thermoplastic resin composition.

従来、熱可塑性樹脂の補強材としては、炭素繊維やガラス繊維等が使用されていた。しかしながら、炭素繊維は、燃え難いためサーマルリサイクルに不向きである、価格が高いとの問題を有している。また、ガラス繊維は、サーマルリサイクルにおける廃棄の問題を有している。   Conventionally, carbon fibers, glass fibers, and the like have been used as reinforcing materials for thermoplastic resins. However, carbon fibers are not suitable for thermal recycling because they are hard to burn, and have the problem of high price. Glass fibers also have the problem of disposal in thermal recycling.

そこで、近年、比較的安価で、かつサーマルリサイクルの問題を有しない植物繊維を熱可塑性樹脂の補強材として使用する技術の研究が進められている。この点を詳細に説明すると、植物繊維は、炭素繊維やガラス繊維のように人工的に繊維状に合成して使用するのではなく、植物の持つ微小繊維をほぐして使用するものであるため安価となる。また、サーマルリサイクルの問題に関しては、炭素繊維やガラス繊維は焼却時に灰として残存するため、灰による炉内配管閉塞や、埋立て処理等の問題が生じるのに対し、植物繊維は灰としてほとんど残らないため、炉内配管閉塞や、埋立て処理等の問題が生じない。   Therefore, in recent years, researches on technology for using plant fibers which are relatively inexpensive and have no problem of thermal recycling as a reinforcing material for thermoplastic resin have been advanced. Describing this point in detail, plant fibers are not used as artificially synthesized in fiber form like carbon fibers and glass fibers, but are used because they are used by loosening the fibrils possessed by plants. It becomes. With regard to the problem of thermal recycling, carbon fibers and glass fibers remain as ash at the time of incineration, which causes problems such as blockage of pipes in the furnace due to ash and landfill treatment, while plant fibers almost remain as ash. There is no problem such as blockage in the furnace piping and landfill treatment.

そして、現在では、植物繊維を加工して得られるセルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂の補強材として使用する提案がされている。このセルロースナノファイバーを補強材として使用した熱可塑性樹脂組成物は、鋼鉄の5分の1の軽さで同等の強度を有するともいわれている。   And, at present, it has been proposed to use cellulose nanofibers obtained by processing plant fibers as a reinforcing material for thermoplastic resin. The thermoplastic resin composition using this cellulose nanofiber as a reinforcing material is also said to have equivalent strength at one-fifth the weight of steel.

この点、例えば、特許文献1〜3は、セルロースミクロフィブリルを表面修飾し、熱可塑性樹脂を補強する技術を開示している。しかしながら、表面修飾剤は、水中で失活するとの問題を有している。また、反応が非常に遅いため、有機溶媒下で処理しなければならず、溶媒処理の問題が生じる。すなわち、有機溶媒を使用すると、各工程で大気中に有機溶媒を飛散させないための対策や、溶媒処理設備の新設等が必要になり、コストが上昇する。   In this respect, for example, Patent Documents 1 to 3 disclose techniques for surface modification of cellulose microfibrils to reinforce a thermoplastic resin. However, surface modifiers have the problem of inactivation in water. Also, because the reaction is very slow, it has to be processed under organic solvent, causing problems of solvent processing. That is, when an organic solvent is used, measures for preventing the organic solvent from being scattered in the atmosphere at each process, new installation of a solvent processing facility, etc. become necessary, and the cost rises.

一方、特許文献4は、セルロースファイバーを乾燥、分級し、熱可塑性樹脂と混練することで熱可塑性樹脂を補強する技術を開示している。しかしながら、セルロースファイバーは親水性のため、疎水性である熱可塑性樹脂との界面での接合性が悪く、補強効果が十分に得られないとの問題を有している。   On the other hand, Patent Document 4 discloses a technique of reinforcing a thermoplastic resin by drying and classifying cellulose fibers, and kneading with a thermoplastic resin. However, since the cellulose fiber is hydrophilic, it has poor bonding at the interface with the hydrophobic thermoplastic resin, and there is a problem that a sufficient reinforcing effect can not be obtained.

特開2012−229350号公報JP 2012-229350 A 特開2012−214563号公報JP, 2012-214563, A 特表平11−513425号公報Japanese Patent Publication No. 11-513425 特開2010−089483号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-089483

発明が解決しようとする主たる課題は、比較的安価で、かつサーマルリサイクルの問題や溶媒処理の問題等が生じず、しかも強度が強い熱可塑性樹脂組成物を提供することにある。   The main problem to be solved by the invention is to provide a thermoplastic resin composition which is relatively inexpensive, does not have the problem of thermal recycling, the problem of solvent treatment and the like, and is strong.

上記課題を解決するための本発明は、次の通りである。
(請求項1記載の発明)
熱可塑性樹脂及びこの熱可塑性樹脂の補強材たる植物繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物であって、
前記植物繊維が、パルプ繊維を微細化処理して得た平均繊維径が20〜500nm、沈降速度が0.030mm/分以下のセルロースナノファイバーである、
ことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
(請求項2記載の発明)
前記パルプ繊維は、JIS P8211に準拠して測定したカッパー価が2.0以上、200未満である、
請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(請求項3記載の発明)
前記セルロースナノファイバーの保水度が350%以下である、
請求項1又は請求項2に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(請求項4記載の発明)
前記セルロースナノファイバーの平均繊維長が1〜5000μmである、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
(請求項5記載の発明)
前記パルプ繊維に対する、直径が500nmを超える単繊維の割合が70質量%以下である、
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
The present invention for solving the above problems is as follows.
(Invention according to claim 1)
A thermoplastic resin composition comprising a thermoplastic resin and a plant fiber as a reinforcing material of the thermoplastic resin,
Wherein the plant fibers, an average fiber diameter of 20~500nm the pulp fibers obtained by the process miniaturization, sedimentation rate is a cellulose nanofiber under 0.030 mm / min or more,
Thermoplastic resin composition characterized in that.
(Invention according to claim 2)
The pulp fiber has a kappa number of 2.0 or more and less than 200, which is measured in accordance with JIS P8211.
The thermoplastic resin composition according to claim 1.
(Invention according to claim 3)
The water retention of the cellulose nanofibers is 350% or less
The thermoplastic resin composition according to claim 1 or 2.
(Invention according to claim 4)
The average fiber length of the cellulose nanofibers is 1 to 5000 μm,
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 3.
(Invention according to claim 5)
The ratio of single fibers having a diameter of greater than 500 nm to the pulp fibers is 70% by mass or less,
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 4.

主な作用効果)
原料となる植物繊維がパルプ繊維であると、得られる熱可塑性樹脂組成物を安価とすることができ、また、サーマルリサイクルの問題を避けることができる。しかも、表面修飾剤を使用する必要がなく、溶媒処理の問題を避けることができる。
( Main effects)
When the vegetable fiber used as a raw material is pulp fiber, the thermoplastic resin composition obtained can be made cheap, and the problem of thermal recycling can be avoided. Moreover, there is no need to use surface modifiers, and solvent processing problems can be avoided.

セルロースナノファイバーは親水性であるため、本来、疎水性である熱可塑性樹脂との接合性が悪く、補強効果、特に曲げ強度等の機械的強度が劣る傾向にある。しかしながら、セルロースナノファイバーの原料となるパルプ繊維がリグニンを含むパルプ繊維であると、セルロースナノファイバーもリグニンを含むことになる。結果、このリグニンがセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の接合剤として機能し、両者の接合性、更には熱可塑性樹脂組成物の強度が向上する。   Since cellulose nanofibers are hydrophilic, they have poor adhesion to thermoplastic resins that are inherently hydrophobic, and tend to have a reinforcing effect, in particular, mechanical strength such as bending strength and the like. However, when the pulp fiber used as the raw material of cellulose nanofiber is pulp fiber containing lignin, cellulose nanofiber will also contain lignin. As a result, the lignin functions as a binder for the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin, and the bonding property between them and the strength of the thermoplastic resin composition are further improved.

セルロースナノファイバーは、熱可塑性樹脂中における分散性が悪い。しかしながら、リグニンを含むセルロースナノファイバーはリグニンを含まないセルロースナノファイバーと比べて保水度が低く、特に平均繊維径が500nm以下であると、濾水性や、脱水性、乾燥性、熱可塑性樹脂中における分散性等が向上する。結果、熱可塑性樹脂組成物の強度も向上する。この点、セルロースナノファイバーの脱水性が向上すると、例えば、セルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂と混練して脱水する際のエネルギー等を低減することができ、製造コストの点でも有利である。ただし、平均繊維径が20nm未満になるまで微細化処理すると、微細化処理のためのコストが増加してしまうため、平均繊維径は20nm以上であるのが好ましい。   Cellulose nanofibers have poor dispersibility in thermoplastic resins. However, cellulose nanofibers containing lignin have lower water retention than cellulose nanofibers not containing lignin, and in particular, when the average fiber diameter is 500 nm or less, freeness, dehydrating property, drying property, in a thermoplastic resin Dispersibility etc. improve. As a result, the strength of the thermoplastic resin composition is also improved. In this respect, when the dewaterability of the cellulose nanofibers is improved, for example, energy and the like can be reduced when the cellulose nanofibers are kneaded with a thermoplastic resin and dehydrated, which is also advantageous in terms of manufacturing cost. However, if the refining treatment is performed until the average fiber diameter is less than 20 nm, the cost for the refining treatment will increase, so the average fiber diameter is preferably 20 nm or more.

なお、本発明者等は、リグニンを含まないLBKP及びNBKP、並びにリグニンを含むBTMPを微細化処理し、得られたセルロースナノファイバーを水中に分散させて濃度2%のスラリーとし、このスラリーを10000rpmで10分間、遠心分離する試験を行った。結果、LBKP及びNBKPを微細化処理して得たセルロースナノファイバーは濃度7%となったのに対し、BTMPを微細化処理して得たセルロースナノファイバーは濃度15%となった。   The present inventors finely pulverize LBKP and NBKP containing no lignin and BTMP containing lignin, disperse the obtained cellulose nanofibers in water to make a slurry with a concentration of 2%, and this slurry is subjected to 10000 rpm The test was performed by centrifuging for 10 minutes. As a result, the concentration of cellulose nanofibers obtained by subjecting LBKP and NBKP to a concentration of 7% was obtained, while the concentration of cellulose nanofibers obtained by subjecting a BTMP to a concentration of 15%.

また、以上のように平均繊維径が500nm以下であると脱水性等が向上するが、更に得られる熱可塑性樹脂組成物の曲げ強度や弾性率等の機械的強度も向上する。本発明者等は、BTMP(平均繊維径10〜50μm)及びBTMPを微細化処理して得たセルロースナノファイバー(平均繊維径500nm以下)を、熱可塑性樹脂(PP及びMAPP)の粉末と、後述するマスターバッチ法や固相せん断法ではなく直接二軸混練する試験を行った。結果、得られた熱可塑性樹脂組成物の曲げ強度及び弾性率は、BTMP<セルロースナノファイバーとなった。   Further, as described above, when the average fiber diameter is 500 nm or less, dewaterability and the like are improved, but mechanical strength such as bending strength and elastic modulus of the thermoplastic resin composition to be obtained is further improved. The inventors of the present invention have prepared cellulose nanofibers (average fiber diameter 500 nm or less) obtained by finely processing BTMP (average fiber diameter 10 to 50 μm) and BTMP, powder of thermoplastic resin (PP and MAPP), and Instead of the masterbatch method and the solid phase shear method, tests were conducted in which direct twin-screw kneading was performed. As a result, the flexural strength and elastic modulus of the obtained thermoplastic resin composition were BTMP <cellulose nanofibers.

リグニンを含むパルプ繊維が機械パルプで、かつ平均繊維径が20〜500nmである機械パルプの全パルプ繊維に対する配合割合が50質量%以上であると、上記作用効果が確実に得られる。   The said effect is reliably acquired as the blend ratio with respect to all the pulp fibers of the pulp fiber which contains lignin is mechanical pulp and whose average fiber diameter is 20-500 nm is 50 mass% or more.

セルロースナノファイバーの結晶化度が50%未満であると、熱可塑性樹脂との相溶性に問題はないものの、繊維自体の強度が低下するため、熱可塑性樹脂組成物の強度が劣る傾向にある。   If the degree of crystallinity of the cellulose nanofibers is less than 50%, there is no problem in the compatibility with the thermoplastic resin, but the strength of the fiber itself is reduced, so the strength of the thermoplastic resin composition tends to be inferior.

他方、セルロースナノファイバーの結晶化度が70%を超えると、分子内の強固な水素結合割合が多くなり繊維自体は剛直となるが、熱可塑性樹脂との相溶性が低下し、熱可塑性樹脂組成物の強度が劣る傾向にある。   On the other hand, if the crystallinity of the cellulose nanofibers exceeds 70%, the proportion of strong hydrogen bonds in the molecule increases and the fibers themselves become rigid, but the compatibility with the thermoplastic resin decreases and the thermoplastic resin composition The strength of the objects tends to be poor.

セルロースナノファイバーの擬似粒度分布曲線におけるピーク値が1つのピークであることは、繊維長及び繊維径の均一性が高いことを意味し、乾燥や分散が均一に進むことになる。また、繊維径や繊維長の均一性が高いと、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が強く、補強効果の均一性も向上する。   That the peak value in the pseudo | simulation particle size distribution curve of a cellulose nanofiber is one peak means that the uniformity of fiber length and a fiber diameter is high, and drying and dispersion | distribution will advance uniformly. In addition, when the uniformity of the fiber diameter and the fiber length is high, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is strong, and the uniformity of the reinforcing effect is also improved.

セルロースナノファイバーのピーク値を5μm未満とするには微細化処理を長時間行う必要があり、製造コストの増加につながる。   In order to set the peak value of cellulose nanofibers to less than 5 μm, it is necessary to carry out a refining treatment for a long time, which leads to an increase in production cost.

他方、ピーク値が25μmを超えていると、微細化処理が不十分であり、繊維径や繊維長の均一性が劣る傾向にある。   On the other hand, when the peak value exceeds 25 μm, the refining process is insufficient, and the uniformity of the fiber diameter and the fiber length tends to be poor.

本発明によると、比較的安価で、かつサーマルリサイクルの問題や溶媒処理の問題等が生じず、しかも強度が強い熱可塑性樹脂組成物となる。   According to the present invention, the thermoplastic resin composition is relatively inexpensive, does not have the problem of thermal recycling, the problem of solvent treatment and the like, and has a high strength.

熱可塑性樹脂組成物の製造工程のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing process of a thermoplastic resin composition.

以下、発明を実施するための形態を説明する。
本形態の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂及び植物繊維であるセルロースナノファイバーを含有し、更に相溶化剤が添加されている。
Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described.
The thermoplastic resin composition of the present embodiment contains a thermoplastic resin and cellulose nanofibers which are vegetable fibers, and a compatibilizer is further added.

(パルプ繊維)
セルロースナノファイバーは、パルプ繊維を微細化(解繊)処理して得ることができる。原料となる繊維としては、植物由来の繊維、動物由来の繊維、微生物由来の繊維等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、少なくとも植物繊維であるパルプ繊維を使用するのが好ましく、雑誌古紙パルプ(MDIP)や新聞古紙パルプ(NDIP)等の古紙パルプ(DIP)、機械パルプ等のリグニンを含むパルプ繊維を主成分(50質量%以上)として含有する繊維を使用するのがより好ましく、機械パルプを使用するのが特に好ましい。
(Pulp fiber)
Cellulose nanofibers can be obtained by subjecting pulp fibers to micronization (fibrillation). As a fiber used as a raw material, 1 type, or 2 or more types can be selected and used out of plant origin fiber, animal origin fiber, microorganisms origin fiber, etc. However, it is preferable to use at least pulp fiber which is vegetable fiber, and mainly composed of pulp fiber containing lignin such as waste paper pulp (DIP) such as magazine waste paper pulp (MDIP) or newspaper waste paper pulp (NDIP), mechanical pulp It is more preferable to use fibers containing as 50% by mass or more), and it is particularly preferable to use mechanical pulp.

リグニンを含まないパルプ繊維から得たセルロースナノファイバーは、微小かつ比表面積が大きく、表面に多くの水酸基を有している。したがって、濾水性や脱水性が悪く、後述する分散液としての利用が困難である。また、パルプ繊維から得たセルロースナノファイバーはセルロースに由来する親水性を備えているため、疎水性である熱可塑性樹脂との相溶性が悪く、分散性が悪い。これに対し、機械パルプ等のリグニンを含むパルプから得たセルロースナノファイバーは、セルロースより疎水性の高いリグニンを含むため、このリグニンがセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の接合剤として機能し、両者の接合性、相溶性、更には熱可塑性樹脂組成物の強度が向上する。   Cellulose nanofibers obtained from pulp fibers containing no lignin are fine and have a large specific surface area, and have many hydroxyl groups on the surface. Therefore, it has poor drainage and dewatering properties, making it difficult to use as a dispersion described later. In addition, since cellulose nanofibers obtained from pulp fibers have hydrophilicity derived from cellulose, they have poor compatibility with hydrophobic thermoplastic resins and poor dispersibility. On the other hand, since cellulose nanofibers obtained from pulp containing lignin such as mechanical pulp contain lignin having higher hydrophobicity than cellulose, this lignin functions as a binder for cellulose nanofibers and thermoplastic resin, Bondability, compatibility, and further, the strength of the thermoplastic resin composition is improved.

この点に関し、本発明者等は、広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)及び晒サーモメカニカルパルプ(BTMP)について、微細化処理後における繊維の保水度を調べた。その結果、微細化に伴ってLBKP及びNBKPは保水度が大幅に上昇するのに対し、BTMPは保水度が大幅に上昇することがないことを知見した。したがって、化学パルプを使用するとセルロースナノファイバーの保水度を所望値以下にするのが困難であるのに対し、機械パルプを使用するとセルロースナノファイバーの保水度を所望値以下にするのが容易であることが明らかになった。   In this regard, the present inventors examined the water retention of fibers after the refining treatment for hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP) and bleached thermomechanical pulp (BTMP). As a result, it was found that the retention level of LBKP and NBKP significantly increases with miniaturization, while BTMP does not significantly increase the retention level. Therefore, it is difficult to reduce the water retention of cellulose nanofibers to a desired value or less when chemical pulp is used, while it is easy to reduce the water retention of cellulose nanofibers to a desired value or less when mechanical pulp is used. It became clear.

機械パルプとしては、例えば、ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、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)、リファイナーメカニカルパルプ(RMP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As mechanical pulp, for example, stone ground pulp (SGP), pressurized stone ground pulp (PGW), refiner ground pulp (RGP), chemi ground pulp (CGP), thermo ground pulp (TGP), ground pulp (GP), One or more selected from thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), refiner mechanical pulp (RMP), etc. can be selected and used.

(前処理工程)
パルプ繊維は、微細化処理するに適する形状、例えば、粉末状とするのが好ましい。
(Pretreatment process)
Pulp fibers are preferably in a form suitable for micronization, for example, in the form of a powder.

また、パルプ繊維は、必要により、例えば、リン酸エステル化処理、アセチル化処理、シアノエチル化処理等の薬品処理をすることができる。   In addition, the pulp fiber can be subjected to a chemical treatment such as, for example, a phosphate esterification treatment, an acetylation treatment, a cyanoethylation treatment and the like, if necessary.

さらに、パルプ繊維は、微細化処理するに先立って叩解するのが好ましい。パルプ繊維を叩解しておくと、微細化して得られるセルロースナノファイバーが絡み易いものとなる。パルプ繊維の叩解は、例えば、ビーター等を使用して行うことができる。   Furthermore, it is preferable to beat pulp fibers prior to the refining treatment. If the pulp fibers are beaten, the cellulose nanofibers obtained by micronization become entangled easily. The beating of pulp fibers can be performed using, for example, a beater or the like.

(微細化処理工程)
パルプ繊維は、必要により前処理を行った後、微細化(解繊)処理する。この微細化処理により、パルプ繊維は、ミクロフィブリル化し、セルロースナノファイバーとなる。
(Micronization process)
Pulp fibers are subjected to a pre-treatment, if necessary, and then subjected to a refining (fibrillation) treatment. By this refining process, pulp fibers are microfibrillated to become cellulose nanofibers.

微細化処理は、例えば、高圧ホモジナイザー、高圧均質化装置等のホモジナイザー、グラインダー、摩砕機等の石臼式摩擦機、コニカルリファイナー、ディスクリファイナー等のリファイナー、各種バクテリア等の中から1種又は2種以上の手段を選択使用して行うことができる。   The refining process may be, for example, one or more of high-pressure homogenizers, homogenizers such as high-pressure homogenizers, grinders, stone-mill-type friction machines such as grinders, conical refiners, refiners such as disc refiners, various bacteria, etc. It can be done using the means of choice.

ただし、微細化処理は、回転する砥石間で磨砕するグラインダー及び高圧水流で微細化する湿式微粒化装置の少なくともいずれか一方を使用して行うのが好ましい。グラインダーとしては、例えば、増幸産業株式会社のマスコロイダー等を使用することができる。また、湿式微粒化装置としては、例えば、株式会社スギノマシンのスターバーストや株式会社常光のジェットミル等を使用することができる。   However, it is preferable to carry out the refining treatment using at least one of a grinder that grinds between rotating grinding wheels and a wet atomizing device that refines with a high pressure water flow. As the grinder, for example, a mass colloider manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. can be used. In addition, as a wet atomization device, for example, Starburst of Sugino Machine Co., Ltd., a jet mill of Jako Corporation, etc. can be used.

以上の微細化処理は、得られるセルロースナノファイバーの、例えば、平均繊維径、保水度、結晶化度、擬似粒度分布のピーク値、触手試験結果、沈降速度、パルプ粘度等が、所望の値又は評価となるように行うのが好ましい。   In the above-described micronization treatment, for example, the average fiber diameter, water retention, crystallinity, peak value of pseudo particle size distribution, tentacle test results, sedimentation velocity, pulp viscosity, etc. of the obtained cellulose nanofibers are desired values or It is preferable to carry out evaluation.

なお、セルロースナノファイバーは、セルロースやセルロースの誘導体からなる繊維である。通常のセルロースナノファイバーは、強い水和性を有し、水系媒体中において水和することで安定的に分散状態(分散液の状態)を維持する。セルロースナノファイバーを構成する単繊維は、水系媒体中において複数条が集合して繊維状をなす場合もある。通常のセルロースナノファイバーの平均繊維径は、4〜2000nmである。また、平均繊維長は、1〜5000μmである。   Cellulose nanofibers are fibers made of cellulose and derivatives of cellulose. Normal cellulose nanofibers have strong hydration and can be stably dispersed in water (dispersion state) by hydration in an aqueous medium. In the aqueous medium, a plurality of single fibers constituting cellulose nanofibers may be aggregated to form a fibrous form. The average fiber diameter of ordinary cellulose nanofibers is 4 to 2000 nm. Moreover, average fiber length is 1 to 5000 μm.

(平均繊維径)
セルロースナノファイバーの平均繊維径は、20〜500nmであるのが好ましく、150〜450nmであるのがより好ましく、200〜400nmであるのが特に好ましい。平均繊維径が20〜500nmであれば、熱可塑性樹脂との相溶性及び熱可塑性樹脂組成物の補強効果が優れる。具体的には、平均繊維径を20nm未満にすると、パルプ繊維に過度の機械的エネルギーがかり、繊維自体の強度が低下する。したがって、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。また、微細化処理の時間が長くなり、製造コストの増加につながる。他方、平均繊維径が500nmを超えると、微細化が不十分で繊維の分散性に劣る傾向がある。繊維の分散性が不十分であると、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。
(Average fiber diameter)
The average fiber diameter of the cellulose nanofibers is preferably 20 to 500 nm, more preferably 150 to 450 nm, and particularly preferably 200 to 400 nm. When the average fiber diameter is 20 to 500 nm, the compatibility with the thermoplastic resin and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition are excellent. Specifically, if the average fiber diameter is less than 20 nm, excessive mechanical energy is applied to the pulp fiber, and the strength of the fiber itself is reduced. Therefore, it tends to be inferior to the reinforcing effect of a thermoplastic resin composition. In addition, the time for the microfabrication process becomes longer, which leads to an increase in manufacturing cost. On the other hand, when the average fiber diameter exceeds 500 nm, the refining tends to be insufficient and the dispersibility of the fibers tends to be poor. If the dispersibility of the fibers is insufficient, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior.

全繊維に対する直径が500nmを超える単繊維の割合は、70質量%以下であるのが好ましく、60質量%以下であるのがより好ましく、50質量%以下であるのが特に好ましい。直径が500nmを超える単繊維の割合が70質量%以下であれば、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に優れる。   The proportion of single fibers having a diameter of more than 500 nm with respect to all fibers is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and particularly preferably 50% by mass or less. If the ratio of single fibers having a diameter of more than 500 nm is 70% by mass or less, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is excellent.

機械パルプの全パルプ繊維に対する配合割合は、50質量%以上であるのが好ましく、70質量%以上であるのがより好ましく、90質量%以上であるのが特に好ましい。配合割合が50質量%未満であると、微細化して得られるセルロースナノファイバーの保水度が十分に小さくならず、濾水性や乾燥性、熱可塑性樹脂との相溶性等が劣る傾向にある。なお、機械パルプの配合割合の上限値は、100質量%である。   The blending ratio of mechanical pulp to total pulp fibers is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more. If the compounding ratio is less than 50% by mass, the water retention of the cellulose nanofibers obtained by micronization does not become sufficiently small, and the filterability, the drying property, the compatibility with the thermoplastic resin, and the like tend to be inferior. In addition, the upper limit of the compounding ratio of mechanical pulp is 100 mass%.

前記、平均繊維径は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The above-mentioned average fiber diameter can be arbitrarily adjusted by pulp fiber, a pretreatment process, and a refinement process.

(平均繊維長)
セルロースナノファイバーの平均繊維長は、1〜5000μmであるのが好ましく、2〜4000μmであるのがより好ましく、3〜3000μmであるのが特に好ましい。
(Average fiber length)
The average fiber length of the cellulose nanofibers is preferably 1 to 5000 μm, more preferably 2 to 4000 μm, and particularly preferably 3 to 3000 μm.

前記、平均繊維長は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The above-mentioned average fiber length can be arbitrarily adjusted by pulp fiber, a pretreatment process, and a refinement process.

(保水度)
セルロースナノファイバーの保水度は、350%以下であるのが好ましく、300%以下であるのがより好ましく、280%以下であるのが特に好ましい。保水度が350%を超えると、濾水性や乾燥性、熱可塑性樹脂との相溶性が劣る傾向にある。また、熱可塑性樹脂組成物の補強効果を優れたものとするためには、セルロースナノファイバーを十分に乾燥し、熱可塑性樹脂への均一な分散を行う必要がある。しかるに、セルロースナノファイバーは凝集性が高いため、乾燥処理や熱可塑性樹脂との混練処理等に際して凝集し易い。そこで、セルロースナノファイバーの保水度を350%以下とし、濾水性や乾燥性、熱可塑性樹脂との相溶性を優れたものとすることで、乾燥処理や熱可塑性樹脂との混練処理等に際する凝集を抑制することができ、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が十分なものとすることができる。
(Water retention)
The water retention of the cellulose nanofibers is preferably 350% or less, more preferably 300% or less, and particularly preferably 280% or less. If the water retention exceeds 350%, the free flowability, the drying property, and the compatibility with the thermoplastic resin tend to be poor. Moreover, in order to make the reinforcement effect of a thermoplastic resin composition excellent, it is necessary to fully dry cellulose nanofibers and to perform uniform dispersion | distribution to a thermoplastic resin. However, since the cellulose nanofibers have high cohesiveness, they tend to aggregate during drying, kneading with a thermoplastic resin, and the like. Therefore, by making the water retention of the cellulose nanofibers 350% or less, and excellent in the freeness, the drying property, and the compatibility with the thermoplastic resin, the drying treatment, the kneading treatment with the thermoplastic resin, etc. are performed. Cohesion can be suppressed, and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition can be made sufficient.

前記、保水度は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The water retention degree can be arbitrarily adjusted by the pulp fiber, the pretreatment process, and the micronization process.

(結晶化度)
セルロースナノファイバーの結晶化度は、50%以上であるのが好ましく、55%以上であるのがより好ましく、60%以上であるのが特に好ましい。結晶化度が50%未満であると、熱可塑性樹脂との相溶性は向上するものの、繊維自体の強度が低下するため、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。
(Degree of crystallinity)
The crystallinity of the cellulose nanofibers is preferably 50% or more, more preferably 55% or more, and particularly preferably 60% or more. If the degree of crystallinity is less than 50%, although the compatibility with the thermoplastic resin is improved, the strength of the fiber itself is reduced, so the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior.

他方、セルロースナノファイバーの結晶化度は、70%以下であるのが好ましく、69%以下であるのがより好ましく、68%以下であるのが特に好ましい。結晶化度が70%を超えると、分子内の強固な水素結合割合が多くなり繊維自体は剛直となるが、熱可塑性樹脂との相溶性が低下し、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。また、セルロースナノファイバーの化学修飾がし難くなる傾向もある。   On the other hand, the crystallinity of the cellulose nanofibers is preferably 70% or less, more preferably 69% or less, and particularly preferably 68% or less. When the degree of crystallinity exceeds 70%, the proportion of strong hydrogen bonds in the molecule increases and the fiber itself becomes rigid, but the compatibility with the thermoplastic resin decreases and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is inferior Tend. In addition, chemical modification of the cellulose nanofibers tends to be difficult.

前記、結晶化度は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。   The degree of crystallinity can be arbitrarily adjusted by the pulp fiber, the pretreatment process, and the refining process.

(ピーク値)
セルロースナノファイバーの擬似粒度分布曲線におけるピーク値は、1つのピークであるのが好ましい。1つのピークである場合、セルロースナノファイバーは、繊維長及び繊維径の均一性が高く、乾燥性に優れる。また、繊維径や繊維長の均一性が高いと、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が高く、補強効果の均一性にも優れる。
(Peak value)
The peak value in the pseudo particle size distribution curve of cellulose nanofibers is preferably one peak. In the case of one peak, cellulose nanofibers have high uniformity of fiber length and fiber diameter, and excellent drying property. In addition, when the uniformity of the fiber diameter and the fiber length is high, the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition is high, and the uniformity of the reinforcing effect is also excellent.

ナノファイバーのピーク値は、5μm以上であるのが好ましく、7μm以上であるのがより好ましく、9μm以上であるのが特に好ましい。ピーク値を5μm未満とするにはセルロースナノファイバーの微細化処理を長時間行う必要があり、製造コストの増加につながる。   The peak value of the nanofibers is preferably 5 μm or more, more preferably 7 μm or more, and particularly preferably 9 μm or more. In order to make the peak value less than 5 μm, it is necessary to carry out the refining treatment of cellulose nanofibers for a long time, which leads to an increase in production cost.

他方、セルロースナノファイバーのピーク値は、25μm以下であるのが好ましく、23μm以下であるのがより好ましく、21μm以下であるのが特に好ましい。ピーク値が25μmを超えていると、微細化が不十分であり、繊維径や繊維長の均一性に劣る傾向がある。   On the other hand, the peak value of cellulose nanofibers is preferably 25 μm or less, more preferably 23 μm or less, and particularly preferably 21 μm or less. When the peak value exceeds 25 μm, the refining is insufficient, and the uniformity of the fiber diameter and the fiber length tends to be inferior.

(沈降速度)
セルロースナノファイバーの沈降速度は、0.030mm/分以下であるのが好ましく、0.025mm/分以下であるのがより好ましく、0.020mm/分以下であるのが特に好ましい。沈降速度が0.030mm/分を超えると、繊維が長過ぎ、繊維内での水素結合によって熱可塑性樹脂中で繊維が凝集し、熱可塑性樹脂組成物の補強効果に劣る傾向がある。なお、繊維が長いほど見かけの粒子径が大きくなり、沈降速度は増加すると考えられる。
(Settling speed)
The sedimentation speed of the cellulose nanofibers is preferably 0.030 mm / min or less, more preferably 0.025 mm / min or less, and particularly preferably 0.020 mm / min or less. When the sedimentation rate exceeds 0.030 mm / min, the fibers are too long, and the fibers are aggregated in the thermoplastic resin by hydrogen bonding in the fibers, and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior. The longer the fiber, the larger the apparent particle size and the higher the sedimentation rate.

(パルプ粘度)
セルロースナノファイバーのパルプ粘度は、3.5cps以上であるのが好ましく、3.6cps以上であるのがより好ましい。パルプ粘度が3.5cps未満であると、セルロースナノファイバーの分散液を熱可塑性樹脂と混練した際に、セルロースナノファイバーの重合度が低下し、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が劣る傾向にある。
(Pulp viscosity)
The pulp viscosity of the cellulose nanofibers is preferably 3.5 cps or more, more preferably 3.6 cps or more. When the dispersion of cellulose nanofibers is kneaded with the thermoplastic resin with a pulp viscosity of less than 3.5 cps, the degree of polymerization of the cellulose nanofibers tends to decrease and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior .

また、セルロースナノファイバーのパルプ粘度は、4.0cps以下であるのが好ましく、3.9cps以下であるのがより好ましい。パルプ粘度が4.0cpsを超えると、セルロースナノファイバーの分散液を熱可塑性樹脂と混練した際に、セルロースナノファイバーの凝集を十分に抑制できず、熱可塑性樹脂組成物の補強効果が劣る傾向にある。   The pulp viscosity of the cellulose nanofibers is preferably 4.0 cps or less, more preferably 3.9 cps or less. When the pulp viscosity exceeds 4.0 cps, when the dispersion of cellulose nanofibers is kneaded with the thermoplastic resin, the aggregation of the cellulose nanofibers can not be sufficiently suppressed, and the reinforcing effect of the thermoplastic resin composition tends to be inferior. is there.

(触手試験)
微細化処理進行のファクターとなる前述触手試験とは、2%セルロースナノファイバー水分散液1mLを人差し指に乗せ、当該分散液を親指と人差し指とで挟み、20回親指を周回させた場合において、親指と人差し指との間に繊維状物が残存するか否かについて目視にて確認する試験である。微細化処理は、この触手試験において、繊維状物が残存しないように行うのが好ましい。なお、発明者等は、種々の試験・検討を行い、結果、この触手試験によると、微細化処理の進行を迅速に確認にすることができ、製造効率を向上することができるとの認識に至った。なお、繊維状物が残存すると、繊維径や繊維長の均一性が劣る傾向にある。
(Tentacle test)
In the above-mentioned tentacle test, which is a factor in the progress of micronization treatment, 1 mL of a 2% aqueous solution of cellulose nanofibers is placed on the forefinger, the dispersion is sandwiched between the thumb and forefinger, and the thumb is rotated 20 times. It is a test to visually confirm whether a fibrous material remains between the index finger and the forefinger. In the tentacle test, it is preferable to carry out the refining treatment so that the fibrous material does not remain. In addition, the inventors conducted various tests and examinations, and as a result, according to this tentacle test, it was possible to quickly confirm the progress of the miniaturization process, and to recognize that the manufacturing efficiency could be improved. It reached. In addition, when a fibrous material remains, the uniformity of the fiber diameter or the fiber length tends to be poor.

(微細繊維)
セルロースナノファイバーには、ミクロフィブリルセルロース、ミクロフィブリル状微細繊維、微少繊維セルロース、ミクロフィブリル化セルロース、スーパーミクロフィブリルセルロース等と称される各種微細繊維の中から1種又は2種以上を含ませることができ、また、これらの微細繊維が含まれていてもよい。また、これらの微細繊維を更に微細化した繊維をも含ませることもでき、また、含まれていてもよい。
(Fine fiber)
Cellulose nanofibers include one or more of various types of microfibers such as microfibrillar cellulose, microfibrillar fine fibers, microfibrillated cellulose, microfibrillated cellulose, super microfibrillated cellulose and the like These fibers may also be included. In addition, these fine fibers may be further included, and may be further included.

(分散液)
微細化して得られたセルロースナノファイバーは、水系媒体中に分散して分散液とする。水系媒体は、全量が水であるのが特に好ましいが、一部が水と相溶性を有する他の液体である水系媒体も好ましく使用することができる。他の液体としては、炭素数3以下の低級アルコール類等を使用することができる。
(Dispersion liquid)
The finely divided cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous medium to form a dispersion. It is particularly preferable that the total amount of the aqueous medium is water, but an aqueous medium in which another part is a liquid compatible with water can also be preferably used. As another liquid, lower alcohols having 3 or less carbon atoms can be used.

(固形分濃度)
分散液の固形分濃度は、1質量%以上であるのが好ましく、1.5質量%以上であるのがより好ましく、2.0質量%以上であるのが特に好ましい。また、分散液の固形分濃度は、50質量%以下であるのが好ましく、40質量%以下であるのがより好ましく、30質量%以下であるのが特に好ましい。
(Solid content concentration)
The solid content concentration of the dispersion is preferably 1% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and particularly preferably 2.0% by mass or more. The solid content concentration of the dispersion is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and particularly preferably 30% by mass or less.

(B型粘度)
セルロースナノファイバーの濃度を2%(w/w)とした場合における分散液のB型粘度は、1000cps以下であるのが好ましく、900cps以下であるのがより好ましく、800cps以下であるのが特に好ましい。分散液のB型粘度が1000cpsを超えると、セルロースナノファイバーの分散液と熱可塑性樹脂とを混練するために、つまりセルロースナノファイバーを熱可塑性樹脂中に分散させるために、大きなエネルギーが必要となり、製造コストの増加につながる。
(Type B viscosity)
When the concentration of cellulose nanofibers is 2% (w / w), the B-type viscosity of the dispersion is preferably 1000 cps or less, more preferably 900 cps or less, and particularly preferably 800 cps or less . When the B-type viscosity of the dispersion exceeds 1000 cps, in order to knead the dispersion of cellulose nanofibers and the thermoplastic resin, that is, to disperse the cellulose nanofibers in the thermoplastic resin, a large amount of energy is required. It leads to the increase in manufacturing cost.

他方、分散液のB型粘度は10cps以上であるのが好ましく、50cps以上であるのがより好ましく、100cps以上であるのが特に好ましい。   On the other hand, the B-type viscosity of the dispersion is preferably 10 cps or more, more preferably 50 cps or more, and particularly preferably 100 cps or more.

(熱可塑性樹脂)
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン、脂肪族ポリエステル樹脂や芳香族ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂、ポリスチレン、メタアクリレート、アクリレート等のポリアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。
(Thermoplastic resin)
Examples of the thermoplastic resin include polyolefins such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE), polyester resins such as aliphatic polyester resin and aromatic polyester resin, polyacrylic resins such as polystyrene, methacrylate and acrylate, polyamide resin, One or more of polycarbonate resins and polyacetal resins can be selected and used.

ただし、ポリオレフィン及びポリエステル樹脂の少なくともいずれか一方を使用するのが好ましい。また、ポリオレフィンとしては、ポリプロピレンを使用するのが好ましい。さらに、ポリエステル樹脂としては、脂肪族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等を例示することができ、芳香族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート等を例示することができるが、生分解性を有するポリエステル樹脂(単に「生分解性樹脂」ともいう。)を使用するのが好ましい。   However, it is preferable to use at least one of polyolefin and polyester resin. Moreover, as polyolefin, it is preferable to use a polypropylene. Further, as the polyester resin, examples of aliphatic polyester resins include polylactic acid and polycaprolactone, and examples of aromatic polyester resins include polyethylene terephthalate and the like. It is preferable to use a polyester resin having the following (also referred to simply as "biodegradable resin").

生分解性樹脂としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、カプロラクトン系脂肪族ポリエステル、二塩基酸ポリエステル等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As biodegradable resin, 1 type (s) or 2 or more types can be selected and used from hydroxycarboxylic acid type aliphatic polyester, caprolactone type aliphatic polyester, dibasic acid polyester etc., for example.

ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、乳酸、リンゴ酸、グルコース酸、3−ヒドロキシ酪酸等のヒドロキシカルボン酸の重合体や共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、乳酸を使用するのが好ましい。この乳酸としては、例えば、L−乳酸やD−乳酸等を使用することができ、これらの乳酸を単独で使用しても、2種以上を選択して使用してもよい。   As the hydroxycarboxylic acid-based aliphatic polyester, for example, one or more selected from polymers, copolymers and the like of hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, malic acid, glucose acid and 3-hydroxybutyric acid It can be used. However, it is preferable to use lactic acid. As this lactic acid, for example, L-lactic acid, D-lactic acid and the like can be used, and these lactic acids may be used alone or in combination of two or more.

カプロラクトン系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、ポリカプロラクトンやポリカプロラクトン等と上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As a caprolactone type aliphatic polyester, 1 type (s) or 2 or more types can be selected and used, for example from the copolymer of polycaprolactone, polycaprolactone, etc., and the said hydroxycarboxylic acid.

二塩基酸ポリエステルとしては、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As a dibasic acid polyester, 1 type (s) or 2 or more types can be selected and used among polybutylene succinate, a polyethylene succinate, a polybutylene adipate etc., for example.

生分解性樹脂は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。   The biodegradable resin may be used alone or in combination of two or more.

熱可塑性樹脂には、無機充填剤が含有されていてもよい。当該無機充填剤としては、例えば、Fe、Na、K、Cu、Mg、Ca、Zn、Ba、Al、Ti、ケイ素元素等の周期律表第I族〜第VIII族中の金属元素の単体、酸化物、水酸化物、炭素塩、硫酸塩、ケイ酸塩、亜硫酸塩、これらの化合物よりなる各種粘土鉱物等を例示することができる。   The thermoplastic resin may contain an inorganic filler. Examples of the inorganic filler include simple substances of metallic elements in Groups I to VIII of the periodic table, such as Fe, Na, K, Cu, Mg, Ca, Zn, Ba, Al, Ti, silicon elements, etc. Examples include oxides, hydroxides, carbonates, sulfates, silicates, sulfites, and various clay minerals comprising these compounds.

具体的には、例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、亜硫酸カルシウム、酸化亜鉛、シリカ、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、ほう酸アルミニウム、アルミナ、酸化鉄、チタン酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、クレーワラストナイト、ガラスビーズ、ガラスパウダー、珪砂、硅石、石英粉、珪藻土、ホワイトカーボン等を例示することができる。   Specifically, for example, barium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate, calcium sulfite, zinc oxide, silica, ground calcium carbonate, light calcium carbonate, aluminum borate, alumina, iron oxide, calcium titanate, hydroxide Aluminium, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, sodium hydroxide, magnesium carbonate, calcium silicate, clay wollastonite, glass beads, glass powder, silica sand, vermiculite, quartz powder, diatomaceous earth, white carbon, etc. can be exemplified. .

以上の無機充填剤は、複数が含有されていてもよい。また、古紙パルプに含まれるものであってもよい。   Plural inorganic fillers may be contained. In addition, it may be contained in waste paper pulp.

(その他の原料)
熱可塑性樹脂組成物の原料には、後述する相溶化剤の他、例えば、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、着色剤、ラジカル捕捉剤、発泡剤等の中から1種又は2種以上を選択して、本発明の効果を阻害しない範囲で添加することができる。
(Other ingredients)
The raw material of the thermoplastic resin composition may be, for example, one or more of an antistatic agent, a flame retardant, an antibacterial agent, a coloring agent, a radical scavenger, a foaming agent, and the like in addition to the compatibilizer described later. It can select and can be added in the range which does not inhibit the effect of this invention.

(配合割合)
セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の配合割合は、セルロースナノファイバーが1質量部以上、熱可塑性樹脂が99質量部以下であるのが好ましく、セルロースナノファイバーが2質量部以上、熱可塑性樹脂が98質量部以下であるのがより好ましく、セルロースナノファイバーが3質量部以上、熱可塑性樹脂が97質量部以下であるのが特に好ましい。また、セルロースナノファイバーが50質量部以下、熱可塑性樹脂が50質量部以上であるのが好ましく、セルロースナノファイバーが40質量部以下、熱可塑性樹脂が60質量部以上であるのがより好ましく、セルロースナノファイバーが70質量部以下、熱可塑性樹脂が30質量部以上であるのが特に好ましい。ただし、セルロースナノファイバーの配合割合が3〜10質量部であると、熱可塑性樹脂組成物の強度、特に曲げ強度及び曲げ弾性率の強度を著しく向上させることができる。
(Blending ratio)
The blending ratio of the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin is preferably 1 part by mass or more and 99 parts by mass or less of the thermoplastic resin, 2 parts by mass or more of the cellulose nanofibers, and 98 parts by mass of the thermoplastic resin The content is more preferably at most parts, particularly preferably at least 3 parts by mass of cellulose nanofibers and at most 97 parts by mass of thermoplastic resin. Moreover, it is preferable that 50 mass parts or less of a cellulose nanofiber and 50 mass parts or more of a thermoplastic resin are preferable, and it is more preferable that a cellulose nanofiber is 40 mass parts or less and a thermoplastic resin is 60 mass parts or more. It is particularly preferable that the nanofibers be 70 parts by mass or less and the thermoplastic resin be 30 parts by mass or more. However, when the blending ratio of the cellulose nanofibers is 3 to 10 parts by mass, the strength of the thermoplastic resin composition, in particular, the strength of flexural strength and flexural modulus can be remarkably improved.

なお、最終的に得られる熱可塑性樹脂組成物に含まれるセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の含有割合は、通常、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の上記配合割合と同じとなる。   In addition, the content ratio of the cellulose nanofiber and the thermoplastic resin contained in the thermoplastic resin composition finally obtained becomes the same as the said compounding ratio of a cellulose nanofiber and a thermoplastic resin normally.

(脱水・乾燥処理工程)
セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂は、脱水処理及び乾燥処理する。ただし、両者を一緒に脱水処理及び乾燥処理するのが好ましい。両者を一緒に処理することで、大量かつ効率的な処理が可能となる。なお、脱水処理及び乾燥処理は、それぞれ別の工程・装置で行うこともできるが、同一の工程・装置で行うこともでき、同一の工程・装置で行う方が効率的である。
(Dehydration and drying process)
Cellulose nanofibers and thermoplastic resin are dewatered and dried. However, it is preferable to carry out dehydration treatment and drying treatment together. By treating both together, a large amount of efficient processing is possible. The dewatering treatment and the drying treatment can be performed in different processes and apparatuses, but can be performed in the same process and apparatus, and it is more efficient to perform them in the same process and apparatus.

脱水・乾燥処理には、例えば、凍結乾燥機、減圧乾燥機、加熱乾燥機、静置乾燥機、スプレードライ、ニーダー、二軸混練機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   For dehydration and drying, for example, one or more selected from lyophilizer, vacuum dryer, heating dryer, stationary dryer, spray drying, kneader, twin-screw kneader, etc. can do.

ただし、脱水・乾燥処理には、凍結乾燥機、ニーダー、二軸混練機の中から1種又は2種以上を選択して使用するのが好ましく、凍結乾燥機又は加熱乾燥機を使用するのが特に好ましい。   However, for dehydration and drying treatment, it is preferable to select and use one or two or more of a lyophilizer, a kneader, and a twin-screw kneader, and it is preferable to use a lyophilizer or a heat dryer. Particularly preferred.

凍結乾燥機を使用する場合は、セルロースナノファイバーの凝集を防ぐという観点から、水やt−ブタノールを使用することができる。水を使用すると、溶媒処理の問題が生じないとの利点がある。また、t−ブタノールを使用すると、短時間での処理が可能となる、エネルギー効率に優れる、セルロースナノファイバーの凝集をより確実に防止することができるとの利点がある。   In the case of using a lyophilizer, water or t-butanol can be used from the viewpoint of preventing aggregation of cellulose nanofibers. The use of water has the advantage that no solvent treatment problems occur. In addition, using t-butanol has the advantages of enabling processing in a short time, being excellent in energy efficiency, and capable of more reliably preventing aggregation of cellulose nanofibers.

加熱乾燥機としては、例えば、バンバリーミキサー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ニーダー、固相せん断押出機、ラボプラストミル、遊星攪拌装置等の回転摩擦等により加熱及び攪拌ができる装置(加熱攪拌機)の中から1種又は2種以上を選択して使用するのが好ましい。   As a heating dryer, for example, a device that can perform heating and stirring by rotational friction, such as a Banbury mixer, a single-screw or multi-screw kneader, a kneader, a solid-phase shear extruder, a laboplast mill, a planetary stirrer, etc. It is preferable to select and use 1 type, or 2 or more types out of (heating stirrers).

なお、脱水・乾燥処理は、後述する「マスターバッチ法」においては、熱可塑性樹脂を溶融させて行い、「固相せん断法」においては、熱可塑性樹脂を溶融させないで行い、熱可塑性樹脂及びセルロースナノファイバーを単に混練する場合は、溶融させて行っても、溶融させないで行ってもよい。   Dehydration and drying are performed by melting the thermoplastic resin in the “masterbatch method” described later, and are performed without melting the thermoplastic resin in the “solid phase shearing method”, and the thermoplastic resin and cellulose are processed. When the nanofibers are simply kneaded, they may be melted or may not be melted.

ただし、マスターバッチ法及び固相せん断法においては、セルロースナノファイバーの分散液を、熱可塑性樹脂と共に脱水・乾燥処理するに先立って、遠心分離機や濾布が備わる連続濾過装置等で7〜15%の固形分濃度に濃縮しておくのが好ましい。予め濃縮しておくことで、乾燥、又は脱水及び乾燥の時間を短縮することができる。   However, in the master batch method and the solid phase shear method, 7 to 15 with a continuous filtration device equipped with a centrifuge and a filter cloth prior to dewatering and drying treatment of the dispersion of cellulose nanofibers with the thermoplastic resin. It is preferable to concentrate to a solid concentration of%. By pre-concentrating, drying, or dehydration and drying time can be shortened.

(混練処理工程)
脱水・乾燥処理を経たセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂は、混練処理する。
(Kneading process step)
The cellulose nanofibers and the thermoplastic resin which have been subjected to the dehydration and drying treatment are kneaded.

この混練処理には、例えば、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   For this kneading treatment, for example, one or more selected from single-screw or twin-screw or more multi-screw kneader, mixing roll, kneader, roll mill, Banbury mixer, screw press, disperser etc. can do.

混練処理の温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移点以上溶融点以下であり、熱可塑性樹脂の種類によって異なるが、80〜220℃とするのが好ましく、90〜210℃とするのがより好ましく、100〜200℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the kneading treatment is not less than the glass transition point of the thermoplastic resin and not more than the melting point, and varies depending on the type of the thermoplastic resin, preferably 80 to 220 ° C., and more preferably 90 to 210 ° C. It is especially preferable to set it as 100-200 degreeC.

また、混練処理の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜100分とするのがより好ましく、3〜20分とするのが特に好ましい。   The time for the kneading treatment is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 100 minutes, and particularly preferably 3 to 20 minutes.

(相溶化剤)
混練したセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂には、相溶化剤を添加するのが好ましい。
(Compatibilizer)
It is preferable to add a compatibilizer to the kneaded cellulose nanofibers and the thermoplastic resin.

相溶化剤としては、ポリマー主鎖に酸無水物基を側鎖にもつ構造のものを使用するのが好ましい。   As the compatibilizer, it is preferable to use one having a structure having an acid anhydride group in the side chain of the polymer main chain.

酸無水物としては、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水クエン酸等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができ、無水マレイン酸を使用するのが好ましい。   As the acid anhydride, for example, one or two or more selected from among maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, citric anhydride and the like can be selected and used, and maleic anhydride is used. Is preferred.

相溶化剤は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上となるように添加するのが好ましく、0.5質量部以上となるように添加するのがより好ましく、1.0質量部以上となるように添加するのが特に好ましい。また、10質量部以下となるように添加するのが好ましく、8質量部以下となるように添加するのがより好ましく、5質量部以下となるように添加するのが特に好ましい。特に添加量が1〜10質量部であれば、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の相互作用を助長することができ、得られる熱可塑性樹脂組成物の強度、特に曲げ強度を向上することができる。   The compatibilizer is preferably added in an amount of 0.1 parts by mass or more to 100 parts by mass of the thermoplastic resin, more preferably 0.5 parts by mass or more. It is particularly preferable to add so as to be 0 parts by mass or more. Further, it is preferably added so as to be 10 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, and particularly preferably 5 parts by mass or less. In particular, when the addition amount is 1 to 10 parts by mass, the interaction between the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin can be promoted, and the strength, particularly the bending strength, of the obtained thermoplastic resin composition can be improved.

(マスターバッチ法)
次に、図1を参照しつつ、熱可塑性樹脂及びセルロースナノファイバーを原料とし、相溶化剤を添加して熱可塑性樹脂組成物を製造する方法であるが、得られる熱可塑性樹脂組成物の強度が著しく向上する方法(単に「マスターバッチ法」ともいう。)について説明する。
(Master batch method)
Next, referring to FIG. 1, it is a method of using a thermoplastic resin and cellulose nanofibers as raw materials and adding a compatibilizer to produce a thermoplastic resin composition, but the strength of the obtained thermoplastic resin composition Will be described (hereinafter also referred to simply as "master batch method").

このマスターバッチ法においては、まず、パルプ繊維(P)を、必要により前処理(10)した後、微細化処理(20)してセルロースナノファイバーを得、このセルロースナノファイバーを水(W)と混ぜて分散液(C)とする。次に、この分散液(C)と熱可塑性樹脂、好ましくは低融点熱可塑性樹脂(Rx)とを脱水・乾燥処理(30x)し、一次混練処理(40x)する。そして、この一次混練物に熱可塑性樹脂(Ry)、更に相溶化剤(Rz)を添加し、二次混練処理(50x)及び成形処理(60)して熱可塑性樹脂組成物(S)を得る。   In this masterbatch method, first, pulp fibers (P) are pretreated (10) as necessary, and then micronized (20) to obtain cellulose nanofibers, and the cellulose nanofibers are mixed with water (W) Mix to make a dispersion (C). Next, the dispersion (C) and a thermoplastic resin, preferably a low melting point thermoplastic resin (Rx), are subjected to dehydration and drying treatment (30x) and primary kneading treatment (40x). Then, a thermoplastic resin (Ry) and a compatibilizer (Rz) are further added to the primary kneaded product, and a secondary kneading process (50x) and a forming process (60) are performed to obtain a thermoplastic resin composition (S). .

なお、一次混練物に、低融点熱可塑性樹脂(Rx)とは別に熱可塑性樹脂(Ry)を添加(配合)するのは次の理由からである。
すなわち、低融点熱可塑性樹脂(Rx)は、ナノファイバーを分散させる基質としての役割を担う。また、低融点熱可塑性樹脂(Rx)とナノファイバーとを複合した一次混練物は、着色や補強等を目的とする、いわゆるマスターバッチとしての役割を担う。そして、このマスターバッチと熱可塑性樹脂(Ry)とを所望の配合率となるように混練することで、目的とする熱可塑性樹脂組成物を得ることができるのである。
The reason why the thermoplastic resin (Ry) is added (blended) to the primary kneaded material separately from the low melting point thermoplastic resin (Rx) is as follows.
That is, the low melting point thermoplastic resin (Rx) plays a role as a substrate for dispersing nanofibers. In addition, the primary kneaded product in which the low melting point thermoplastic resin (Rx) and the nanofibers are combined plays a role as a so-called master batch for the purpose of coloring, reinforcement and the like. Then, by kneading the masterbatch and the thermoplastic resin (Ry) so as to obtain a desired compounding ratio, it is possible to obtain a targeted thermoplastic resin composition.

この熱可塑性樹脂(Ry)の配合割合は、質量基準で低融点熱可塑性樹脂(Rx)100質量部に対し、100〜10000質量部とするのが好ましく、200〜10000質量部とするのがより好ましく、300〜10000質量部とするのが特に好ましい。   The blending ratio of the thermoplastic resin (Ry) is preferably 100 to 10000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the low melting point thermoplastic resin (Rx) on a mass basis, and more preferably 200 to 10000 parts by mass. Preferably, it is particularly preferably 300 to 10,000 parts by mass.

このマスターバッチ法は、脱水・乾燥処理(30x)及び一次混練処理(40x)に際して低融点熱可塑性樹脂(Rx)等の熱可塑性樹脂を溶融させる点に1つの特徴がある。   This masterbatch method has one feature in that it melts a thermoplastic resin such as a low melting point thermoplastic resin (Rx) during dehydration / drying treatment (30x) and primary kneading treatment (40x).

マスターバッチ方法において、脱水・乾燥処理(30x)の温度は、熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂として低融点熱可塑性樹脂(Rx)である低融点ポリプロピレン(融点90℃)を使用する場合は、90〜130℃とするのが好ましく、90〜120℃とするのがより好ましく、90〜110℃とするのが特に好ましい。   In the master batch method, the temperature of the dehydration / drying treatment (30x) is appropriately set according to the type of thermoplastic resin. For example, when using a low melting point polypropylene (melting point 90 ° C.) which is a low melting point thermoplastic resin (Rx) as a thermoplastic resin, it is preferably 90 to 130 ° C., more preferably 90 to 120 ° C. And 90 to 110 ° C. are particularly preferable.

また、脱水・乾燥処理(30x)の時間は、80〜1200分とするのが好ましく、90〜1100分とするのがより好ましく、100〜1000分とするのが特に好ましい。   Further, the time of dehydration / drying treatment (30x) is preferably 80 to 1200 minutes, more preferably 90 to 1100 minutes, and particularly preferably 100 to 1000 minutes.

さらに、脱水・乾燥処理(30x)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   Furthermore, as an apparatus for dehydration / drying treatment (30x), for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among the devices that can shorten the drying time, such as a pressure reduction kneader.

一次混練処理(40x)の温度も、熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂として低融点熱可塑性樹脂(Rx)である低融点ポリプロピレン(融点90℃)を使用する場合は、90〜130℃とするのが好ましく、90〜120℃とするのがより好ましく、90〜110℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the primary kneading treatment (40x) is also appropriately set according to the type of thermoplastic resin. For example, when using a low melting point polypropylene (melting point 90 ° C.) which is a low melting point thermoplastic resin (Rx) as a thermoplastic resin, it is preferably 90 to 130 ° C., more preferably 90 to 120 ° C. And 90 to 110 ° C. are particularly preferable.

一次混練処理(40x)の時間は、1〜100分とするのが好ましく、2〜80分とするのがより好ましく、3〜60分とするのが特に好ましい。   The time of the primary kneading treatment (40x) is preferably 1 to 100 minutes, more preferably 2 to 80 minutes, and particularly preferably 3 to 60 minutes.

一次混練処理(40x)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the primary kneading treatment (40x), for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among the devices including the machine which can shorten the drying time.

相溶化剤(Rz)を添加した後の二次混練処理(50x)は、一次混練処理(40x)の後に添加した熱可塑性樹脂(Ry)の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂(Ry)として低融点ではない熱可塑性樹脂、例えば、ポリプロピレン(融点130℃)を使用する場合は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜215℃とするのがより好ましく、130〜210℃とするのが特に好ましい。   The secondary kneading treatment (50x) after the addition of the compatibilizer (Rz) is appropriately set in accordance with the type of the thermoplastic resin (Ry) added after the primary kneading treatment (40x). For example, when using a thermoplastic resin which does not have a low melting point as the thermoplastic resin (Ry), for example, polypropylene (melting point 130 ° C.), the temperature is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 215 ° C. Preferably, the temperature is 130 to 210 ° C.

二次混練処理(50x)の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜80分とするのがより好ましく、3〜20分とするのが特に好ましい。   The time of the secondary kneading treatment (50x) is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 80 minutes, and particularly preferably 3 to 20 minutes.

二次混練処理(50x)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   The apparatus for the secondary kneading treatment (50x) includes, for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among kneaders and apparatuses that can shorten the drying time.

成形処理(60)の温度は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜210℃とするのがより好ましく、130〜200℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the molding treatment (60) is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 210 ° C., and particularly preferably 130 to 200 ° C.

成形処理(60)の時間は、1〜200分とするのが好ましく、1〜190分とするのがより好ましく、1〜180分とするのが特に好ましい。   The time of the molding treatment (60) is preferably 1 to 200 minutes, more preferably 1 to 190 minutes, and particularly preferably 1 to 180 minutes.

成形処理の装置としては、例えば、射出成形機、吹込成形機、中空成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、押出成形機、真空成形機、圧空成形機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the molding process, for example, one or more of an injection molding machine, a blow molding machine, a hollow molding machine, a blow molding machine, a compression molding machine, an extrusion molding machine, a vacuum molding machine, a pressure forming machine, etc. Can be selected and used.

(固相せん断法)
次に、図1を参照しつつ、以上のマスターバッチ法とは異なるが、得られる熱可塑性樹脂組成物の強度が著しく向上する方法(単に「固相せん断法」ともいう。)について説明する。
(Solid phase shear method)
Next, with reference to FIG. 1, a method (also referred to simply as “solid phase shearing method”) will be described, which is different from the above-mentioned masterbatch method, but the strength of the obtained thermoplastic resin composition is significantly improved.

この固相せん断法においては、まず、パルプ繊維(P)を、必要により前処理(10)した後、微細化処理(20)してセルロースナノファイバーを得、このセルロースナノファイバーを水(W)と混ぜて分散液(C)とする。次に、この分散液(C)と熱可塑性樹脂(Ry)とを脱水・乾燥処理(30y)し、固相せん断処理(40y)する。そして、この固相せん断物に相溶化剤(Rz)を添加し、混練処理(50y)及び成形処理(60)して熱可塑性樹脂組成物(S)を得る。   In this solid-phase shearing method, first, pulp fibers (P) are pretreated (10) as necessary, and then micronized (20) to obtain cellulose nanofibers, and the cellulose nanofibers are treated with water (W) Mix to give a dispersion (C). Next, the dispersion (C) and the thermoplastic resin (Ry) are dewatered and dried (30y) and subjected to solid-phase shearing (40y). Then, a compatibilizer (Rz) is added to this solid-phase sheared substance, and a kneading process (50y) and a forming process (60) are performed to obtain a thermoplastic resin composition (S).

この固相せん断法は、脱水・乾燥処理(30y)に際して熱可塑性樹脂を溶融させない点に1つの特徴がある。また、この固相せん断法においては、脱水・乾燥処理(30y)及び固相せん断処理(40y)を経る過程で、セルロースナノファイバーが水分を蒸発されつつ熱可塑性樹脂にめり込まされ、分散される。これにより、セルロースナノファイバーが熱可塑性樹脂(Ry)中に点在し、セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の乾燥混合粉末が得られる点にも特徴がある。   This solid-phase shearing method is characterized in that the thermoplastic resin is not melted during the dehydration / drying treatment (30y). Moreover, in this solid-phase shearing method, in the process of dehydration / drying treatment (30y) and solid-phase shearing treatment (40y), cellulose nanofibers are embedded in the thermoplastic resin while being evaporated and dispersed. Ru. This is also characterized in that cellulose nanofibers are scattered in the thermoplastic resin (Ry), and a dry mixed powder of the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin can be obtained.

脱水・乾燥処理(30y)の際の温度は、熱可塑性樹脂(Ry)の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂(Ry)としてポリプロピレン(融点130℃)を使用する場合は、50〜130℃とするのが好ましく、55〜125℃とするのがより好ましく、60〜120℃とするのが特に好ましい。   The temperature at the time of dehydration / drying treatment (30y) is appropriately set according to the type of thermoplastic resin (Ry). For example, when using polypropylene (melting point 130 ° C.) as the thermoplastic resin (Ry), the temperature is preferably 50 to 130 ° C., more preferably 55 to 125 ° C., and 60 to 120 ° C. Particularly preferred.

脱水・乾燥処理(30y)の時間は、1〜300分とするのが好ましく、2〜270分とするのがより好ましく、3〜240分とするのが特に好ましい。   The time of the dehydration / drying treatment (30y) is preferably 1 to 300 minutes, more preferably 2 to 270 minutes, and particularly preferably 3 to 240 minutes.

脱水・乾燥処理(30y)の装置としては、例えば、簡易攪拌装置、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for dehydration / drying treatment (30y), for example, a simple stirring device, a kneader, a multi-screw kneader with single or two or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser 1 type, or 2 or more types can be selected and used from etc. (Including the apparatus which can shorten drying time like a pressure reduction-type kneader).

セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂(Ry)とが接触する面積が広いほど固相せん断処理(40y)の効率が良いことから、熱可塑性樹脂(Ry)の形状は、平均粒子径1〜1000μmの粉末状としておくのが好ましい。   The efficiency of the solid phase shear treatment (40y) is better as the area of contact between the cellulose nanofibers and the thermoplastic resin (Ry) is larger, so the shape of the thermoplastic resin (Ry) is a powder having an average particle diameter of 1 to 1000 μm It is preferable to keep the shape.

固相せん断処理(40y)の温度も、熱可塑性樹脂(Ry)の種類に応じて適宜設定する。例えば、熱可塑性樹脂(Ry)としてポリプロピレン(融点130℃)を使用する場合は、脱水・乾燥処理(30y)の場合と同様に、50〜130℃とするのが好ましく、55〜125℃とするのがより好ましく、60〜120℃とするのが特に好ましい。   The temperature of the solid phase shearing treatment (40y) is also set appropriately according to the type of thermoplastic resin (Ry). For example, when using polypropylene (melting point 130 ° C.) as the thermoplastic resin (Ry), it is preferable to set 50 to 130 ° C. and 55 to 125 ° C. as in the case of dehydration / drying treatment (30 y). Is more preferable, and 60 to 120 ° C. is particularly preferable.

固相せん断処理(40y)の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜170分とするのがより好ましく、3〜160分とするのが特に好ましい。   The duration of the solid phase shearing treatment (40y) is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 170 minutes, and particularly preferably 3 to 160 minutes.

固相せん断処理(40y)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   Examples of the apparatus for solid-phase shear treatment (40y) include a kneader, a multi-axial kneader with one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. One or two or more of them can be selected and used from among kneaders and apparatuses that can shorten the drying time.

相溶化剤(Rz)を添加した後の混練処理(50y)は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜215℃とするのがより好ましく、130〜210℃とするのが特に好ましい。   The kneading treatment (50y) after adding the compatibilizer (Rz) is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 215 ° C., and particularly preferably 130 to 210 ° C.

混練処理(50y)の時間は、1〜180分とするのが好ましく、2〜80分とするのがより好ましく、3〜20分とするのが特に好ましい。   The time of the kneading treatment (50y) is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 2 to 80 minutes, and particularly preferably 3 to 20 minutes.

混練処理(50y)の装置としては、例えば、ニーダー、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等(減圧式混練機のように乾燥時間を短縮できる装置も含む)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the kneading treatment (50y), for example, a kneader, a multi-axial kneader having one or more screws, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a Henschel mixer, a screw press, a disperser, etc. (pressure reduction type kneader 1) or 2 or more types can be selected and used from among the apparatuses which also can shorten a drying time like these.

成形処理(60)の際の温度は、130〜220℃とするのが好ましく、130〜210℃とするのがより好ましく、130〜200℃とするのが特に好ましい。   The temperature in the molding treatment (60) is preferably 130 to 220 ° C., more preferably 130 to 210 ° C., and particularly preferably 130 to 200 ° C.

成形処理(60)の時間は、1〜200分とするのが好ましく、1〜190分とするのがより好ましく、1〜180分とするのが特に好ましい。   The time of the molding treatment (60) is preferably 1 to 200 minutes, more preferably 1 to 190 minutes, and particularly preferably 1 to 180 minutes.

成形処理(60)の装置としては、例えば、射出成形機、吹込成形機、中空成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、押出成形機、真空成形機、圧空成形機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。   As an apparatus for the molding process (60), for example, one or more of an injection molding machine, a blow molding machine, a hollow molding machine, a blow molding machine, a compression molding machine, an extrusion molding machine, a vacuum molding machine, a pressure forming machine, etc. Two or more types can be selected and used.

(成形処理)
相溶化剤を添加したセルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂(混練物)は、必要により再度混練処理を行った後、所望の形状に成形する。
(Forming process)
The cellulose nanofibers and the thermoplastic resin (kneaded product) to which the compatibilizer is added are formed into a desired shape after being subjected to the kneading treatment again if necessary.

この点、混練物にはセルロースナノファイバーが分散しているが、成形加工性に優れている。   In this respect, although the cellulose nanofibers are dispersed in the kneaded product, the molding processability is excellent.

成形の大きさや厚さ、形状等は、特に限定されず、例えば、シート状、ペレット状、粉末状、繊維状等とすることができる。   The size, thickness, shape, and the like of the molding are not particularly limited, and may be, for example, a sheet, a pellet, a powder, a fiber, or the like.

この成形処理は、公知の成形方法によることができ、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等によることができる。また、混練物を紡糸して繊維状にし、前述した植物材料等と混繊してマット形状、ボード形状とすることもできる。混繊は、例えば、エアーレイにより同時堆積させる方法等によることができる。   This molding process can be carried out by a known molding method, for example, by mold molding, injection molding, extrusion molding, hollow molding, foam molding and the like. Alternatively, the kneaded product may be spun into a fiber, and mixed with the above-described plant material or the like to form a mat or board. Blending can be carried out by, for example, a method of co-deposition by air lay.

なお、この成形処理は、混練処理に続いて行うことも、混練物をいったん冷却し、破砕機等を使用してチップ化した後、このチップを押出成形機や射出成形機等の成形機に投入して行うこともできる。   This molding process may be carried out following the kneading process as well, once the kneaded material is cooled, and after being chipped using a crusher etc, this chip is used as a molding machine such as an extrusion molding machine or an injection molding machine. It can be done by putting it on.

(用語の定義、測定方法等)
明細書中の用語は、特に断りのない限り、以下の通りである。
(Definition of terms, measurement methods, etc.)
The terms in the specification are as follows unless otherwise noted.

(平均繊維径)
固形分濃度0.01質量%のセルロースナノファイバーの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t−ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて5000倍、10000倍又は30000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。
(Average fiber diameter)
100 ml of an aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a solid concentration of 0.01% by mass is filtered through a Teflon (registered trademark) membrane filter, and solvent substitution is performed once with 100 ml of ethanol and three times with 20 ml of t-butanol. Next, it is lyophilized and osmium coated to make a sample. This sample is observed with an electron microscope SEM image at a magnification of 5000 times, 10000 times or 30000 times depending on the width of the fiber to be constructed. Specifically, two diagonals are drawn on the observation image, and three straight lines passing the intersections of the diagonals are arbitrarily drawn. Furthermore, the width of a total of 100 fibers intersecting with the three straight lines is measured visually. And let the median diameter of a measured value be an average fiber diameter.

(平均繊維長)
上記平均繊維径の場合と同様にして、各繊維の長さを目視で計測する。計測値の中位長を平均繊維長とする。
(Average fiber length)
The length of each fiber is measured visually as in the case of the above average fiber diameter. The median length of the measurement value is taken as the average fiber length.

(保水度)
JAPAN TAPPI No.26:2000に準拠して測定する。
(Water retention)
JAPAN TAPPI No. Measure according to 26: 2000.

(結晶化度)
JIS−K0131(1996)の「X線回折分析通則」に準拠して、X線回折法により測定した値である。
なお、セルロースナノファイバーは、非晶質部分と結晶質部分とを有し、結晶化度は、セルロースナノファイバー全体における結晶質部分の割合を意味することになる。
(Degree of crystallinity)
It is the value measured by the X-ray-diffraction method based on the "X-ray-diffraction analysis general rule" of JIS-K0131 (1996).
In addition, a cellulose nanofiber has an amorphous part and a crystalline part, and crystallinity means the ratio of the crystalline part in the whole cellulose nanofiber.

(ピーク値)
ISO−13320(2009)に準拠して測定する。より詳細には、粒度分布測定装置(株式会社セイシン企業のレーザー回折・散乱式粒度分布測定器)を使用してセルロースナノファイバーの水分散液における体積基準粒度分布を調べる。そして、この分布からセルロースナノファイバーの最頻径を測定する。この最頻径をピーク値とする。
(Peak value)
Measure in accordance with ISO-13320 (2009). More specifically, a particle size distribution analyzer (a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer manufactured by Seishin Co., Ltd.) is used to examine the volume-based particle size distribution in the aqueous dispersion of cellulose nanofibers. And the mode diameter of a cellulose nanofiber is measured from this distribution. This mode diameter is taken as a peak value.

(沈降速度)
固形分濃度0.1%のセルロースナノファイバーの水分散液について、JIS Z 8822に準拠して測定する。
(Settling speed)
The aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a solid content concentration of 0.1% is measured in accordance with JIS Z 8822.

(パルプ粘度)
JIS−P8215(1998)に準拠して測定する。なお、パルプ粘度が高いほどセルロースの重合度が高いことを意味する。
(Pulp viscosity)
It measures based on JIS-P8215 (1998). The higher the pulp viscosity, the higher the degree of polymerization of cellulose.

(B型粘度)
固形分濃度2%のセルロースナノファイバーの水分散液について、JIS−Z8803(2011)の「液体の粘度測定方法」に準拠して測定する。B型粘度はスラリーを攪拌させたときの抵抗トルクであり、高いほど攪拌に必要なエネルギーが多いことを意味する。
(Type B viscosity)
It measures based on "the viscosity measurement method of a liquid" of JIS-Z8803 (2011) about the water dispersion liquid of cellulose nanofiber with 2% of solid content concentration. The B-type viscosity is a resistance torque when the slurry is stirred, and the higher the value, the more energy required for the stirring.

(リグニンを含む、含まない)
リグニンを含むとは、リグニンが相溶性向上や補強効果増大等の作用効果に影響を与える場合を意味する。具体的には、カッパー価が2.0以上であることを意味する。したがって、リグニンを含まないとは、カッパー価が2.0未満であることを意味する。なお、カッパー価が20以上であると、相溶性向上や補強効果増大が大きなものとなる。
(Including lignin, not including)
The term “including lignin” means that lignin affects the effects such as the improvement in compatibility and the increase in reinforcing effect. Specifically, it means that the Kappa number is 2.0 or more. Therefore, the absence of lignin means that the Kappa number is less than 2.0. When the Kappa number is 20 or more, the compatibility improvement and the reinforcing effect increase become large.

好ましくは、30以上100未満、より好ましくは50以上80未満の範囲で、より補強効果が大きくなる。ただし、カッパー価が200以上であると混練時の流動性が劣る傾向にある点に留意を要する。   Preferably, in the range of 30 or more and less than 100, more preferably 50 or more and less than 80, the reinforcing effect becomes larger. However, it should be noted that when the Kappa number is 200 or more, the fluidity at the time of kneading tends to be poor.

(カッパー価)
JIS P8211:2011(パルプ−カッパー価試験方法)に準拠して測定した値である。なお、数値が大きいほどリグニン含有量が多いことを意味する。
(Kappa number)
It is the value measured based on JISP8211: 2011 (pulp-kappa number test method). In addition, it means that lignin content is so large that a numerical value is large.

次に、本発明の実施例を示し、本発明の作用効果を明らかにする。
(実施例1)
(分散液)
まず、製紙用晒機械パルプ(BTMP)の2質量%水分散液23Lを、ナイアガラビーターを使用してフリーネス100ml以下となるまで叩解した。次に、グラインダー(増幸産業株式会社のマスコロイダー)を使用してBTMPの微細化処理を3パス行い、粒度分布ピーク値が5〜25μm、保水度が200〜280%の2〜3質量%セルロースナノファイバースラリーを得た。このスラリーを遠心分離機で9000rpm、10分間処理し、7〜15質量%セルロースナノファイバーの分散液を得た。
Next, examples of the present invention will be shown to clarify the effects of the present invention.
Example 1
(Dispersion liquid)
First, 23 L of a 2% by mass aqueous dispersion of bleached mechanical pulp for paper production (BTMP) was beaten using a Niagara beater to a freeness of 100 ml or less. Next, use a grinder (Mascolloider from Masuko Sangyo Co., Ltd.) to perform 3 passes of the refinement process of BTMP, 2 to 3 mass% cellulose with a particle size distribution peak value of 5 to 25 μm and water retention of 200 to 280% A nanofiber slurry was obtained. The slurry was treated with a centrifugal separator at 9000 rpm for 10 minutes to obtain a dispersion of 7 to 15% by mass of cellulose nanofibers.

(マスターバッチ)
105℃に調節したニーダー(東洋精機製のラボプラストミル)に低融点ポリプロピレン(出光興産製のエルモーデュS901、融点約80℃)を投入して溶融させた。次いで、低融点ポリプロピレン及びセルロースナノファイバーの乾燥質量比が50:50となるように上記7〜15質量%セルロースナノファイバーの分散液を徐々に投入して水分を飛ばした。分散液の投入が完了した後、80rpmで20分間乾燥・分散し、50%セルロースナノファイバー配合マスターバッチを得た。このマスターバッチは、ペレッターを使用して2mm径、2mm長の円柱状にカットし、二軸混練機に投入しやすいペレットを得た。
(Master Badge)
A low melting point polypropylene (Elmodu S901 manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd., melting point about 80 ° C.) was put into a kneader (Labor Plastomill manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) adjusted to 105 ° C. and melted. Subsequently, the dispersion liquid of the said 7-15 mass% cellulose nanofiber was gradually thrown in so that the dry mass ratio of low melting point polypropylene and a cellulose nanofiber might be set to 50:50, and water | moisture content was blown off. After the addition of the dispersion was completed, the dispersion was dried and dispersed at 80 rpm for 20 minutes to obtain a 50% cellulose nanofiber blended master batch. This masterbatch was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length using a pelleter to obtain pellets easy to be fed into a twin-screw kneader.

(混練処理)
ポリプロピレンのペレット(日本ポリプロ製のノバテックPP射出成型グレードMA3、融点158℃)、上記マスターバッチのペレット、相溶化剤としてのマレイン酸変性ポリプロピレンのペレット(三洋化成工業製のユーメックス1010)を乾燥質量比が80:20:1となるように500mlビーカーに投入して混合した。このペレット混合物を180℃に調製した二軸混練機にて45rpmで混練し、セルロースナノファイバー10質量%配合ポリプロピレンを得た。このポリプロピレンをペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットし、セルロースナノファイバー10質量%配合ポリプロピレンのペレットを得た。
(Kneading process)
Pellets of polypropylene (Novatec PP injection molding grade MA3 manufactured by Japan Polypropylene, melting point: 158 ° C), pellets of the above masterbatch, pellets of maleic acid-modified polypropylene as compatibilizer (Yumex 1010, manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.) The mixture was poured into a 500 ml beaker such that the ratio of 80: 20: 1 was achieved. The pellet mixture was kneaded at 45 rpm with a twin-screw kneader prepared at 180 ° C. to obtain 10 mass% cellulose nanofiber blended polypropylene. The polypropylene was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length by a pelleter to obtain a pellet of cellulose nanofiber mixed with 10% by mass of polypropylene.

(成形処理)
上記セルロースナノファイバー10質量%配合ポリプロピレンのペレットを180℃でダンベル型試験片(掴み具間距離20mm、幅3.9mm、厚さ1.97mm)と直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)とに射出成形した。
(Forming process)
Dumbbell-shaped test pieces (grip distance 20 mm, width 3.9 mm, thickness 1.97 mm) and rectangular solid test pieces (length 59 mm, width 9.6 mm) , 3.8 mm thick) and injection molded.

(実施例2)
(分散液)
実施例1と同様の方法でセルロースナノファイバーの分散液を得た。
(Example 2)
(Dispersion liquid)
In the same manner as in Example 1, a dispersion of cellulose nanofibers was obtained.

(固相せん断物)
ポリプロピレン粉末(日本ポリプロ製のノバテックPP射出成型グレードMA3、粒径500μm程度、融点158℃)、上記7〜15質量%セルロースナノファイバースラリーの分散液を乾燥質量比が90:5となるように500mlビーカーに投入し、プロペラ式加熱攪拌機を使用して70℃、300rpmで2時間攪拌した。この攪拌により水分率5〜10%まで乾燥させた後、70℃に調節したニーダー(東洋精機製のラボプラストミル)で60rpm、1時間固相せん断処理し、セルロースナノファイバー及びポリプロピレンの乾燥混合粉末(固相せん断物)を得た。
(Solid phase shear object)
Polypropylene powder (Novatec PP injection molding grade MA3 manufactured by Japan Polypropylene, particle size about 500 μm, melting point 158 ° C.), 500 ml of the dispersion liquid of the above 7 to 15 mass% cellulose nanofiber slurry so that the dry mass ratio becomes 90: 5 The mixture was charged into a beaker and stirred at 300 ° C. and 300 rpm for 2 hours using a propeller-type heating stirrer. The mixture is dried to a moisture content of 5 to 10% by this stirring and then subjected to solid-phase shear treatment at 60 rpm for 1 hour with a kneader (Laboplast Mill manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) adjusted to 70 ° C. to obtain a dry mixed powder of cellulose nanofibers and polypropylene A solid-phase shear product was obtained.

(混練処理)
上記固相せん断物と、相溶化剤としてのマレイン酸変性ポリプロピレン粉末(化薬アクゾ製のカヤブリッド)とを、乾燥質量比が95:5となるように500mlビーカーに投入して混合した。混合した粉末を180℃に調製した二軸混練機にて45rpmで混練し、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンを得た。このポリプロピレンをペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットし、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを得た。
(Kneading process)
The above solid-phase shear product and maleic acid-modified polypropylene powder (Kayaburi manufactured by Kayaku Akzo) as a compatibilizer were charged into a 500 ml beaker so that the dry mass ratio would be 95: 5 and mixed. The mixed powder was kneaded at 45 rpm with a twin-screw kneader prepared at 180 ° C. to obtain a 5% by mass cellulose nanofiber blended polypropylene. The polypropylene was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length by a pelleter to obtain pellets of polypropylene containing 5% by mass of cellulose nanofibers.

(成形処理)
上記セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを180℃でダンベル型試験片(掴み具間距離20mm、幅3.9mm、厚さ1.97mm)と直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)とに射出成形した。
(Forming process)
Dumbbell-shaped test piece (20 mm distance between grips, width 3.9 mm, thickness 1.97 mm) and rectangular solid test piece (length 59 mm, width 9.6 mm) , 3.8 mm thick) and injection molded.

(実施例3)
(分散液)
実施例1と同様の方法でセルロースナノファイバーの分散液を得た。
(Example 3)
(Dispersion liquid)
In the same manner as in Example 1, a dispersion of cellulose nanofibers was obtained.

(混合粉末)
ポリプロピレン粉末(日本ポリプロ製のノバテックPP射出成型グレードMA3、粒径500μm程度、融点158℃)、上記7〜15質量%セルロースナノファイバースラリーの分散液を乾燥質量比が90:5となるように500mlビーカーに投入し、プロペラ式加熱攪拌機を使用して70℃、300rpmで2時間攪拌した。この攪拌により水分率5〜10%まで乾燥させた後、105℃に調節した恒温乾燥機内で24時間乾燥させ、セルロースナノファイバー及びポリプロピレンの乾燥混合粉末(この粉末は、固相せん断物ではない。)を得た。
(Mixed powder)
Polypropylene powder (Novatec PP injection molding grade MA3 manufactured by Japan Polypropylene, particle size about 500 μm, melting point 158 ° C.), 500 ml of the dispersion liquid of the above 7 to 15 mass% cellulose nanofiber slurry so that the dry mass ratio becomes 90: 5 The mixture was charged into a beaker and stirred at 300 ° C. and 300 rpm for 2 hours using a propeller-type heating stirrer. After being dried to a moisture content of 5 to 10% by this stirring, it is dried in a thermostatic dryer adjusted to 105 ° C. for 24 hours, and a dry mixed powder of cellulose nanofibers and polypropylene (this powder is not a solid-phase shear product). Got).

(混練処理)
上記混合粉末と、相溶化剤としてのマレイン酸変性ポリプロピレン粉末(化薬アクゾ製のカヤブリッド)とを、乾燥質量比が95:5となるように500mlビーカーに投入して混合した。混合した粉末を180℃に調製した二軸混練機にて45rpmで混練し、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンを得た。このポリプロピレンをペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットし、セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを得た。
(Kneading process)
The above mixed powder and a maleic acid-modified polypropylene powder (Kayaburi manufactured by Kayaku Akzo) as a compatibilizer were charged into a 500 ml beaker so that the dry mass ratio was 95: 5 and mixed. The mixed powder was kneaded at 45 rpm with a twin-screw kneader prepared at 180 ° C. to obtain a 5% by mass cellulose nanofiber blended polypropylene. The polypropylene was cut into a cylindrical shape of 2 mm in diameter and 2 mm in length by a pelleter to obtain pellets of polypropylene containing 5% by mass of cellulose nanofibers.

(成形処理)
上記セルロースナノファイバー5質量%配合ポリプロピレンのペレットを180℃でダンベル型試験片(掴み具間距離20mm、幅3.9mm、厚さ1.97mm)と直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)とに射出成形した。
(Forming process)
Dumbbell-shaped test piece (20 mm distance between grips, width 3.9 mm, thickness 1.97 mm) and rectangular solid test piece (length 59 mm, width 9.6 mm) , 3.8 mm thick) and injection molded.

(実施例4)
実施例1において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用雑誌古紙パルプ(MDIP)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Example 4)
Example 1 was the same as Example 1 except that in place of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), used paper wastepaper pulp (MDIP) was used.

(実施例5)
実施例2において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用雑誌古紙パルプ(MDIP)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Example 5)
Example 2 was the same as Example 2 except that the recycled paper pulp (MDIP) was used instead of bleached mechanical pulp for paper production (BTMP).

(比較例1)
実施例1において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 1)
Example 1 was the same as Example 1 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), hardwood bleached kraft pulp for papermaking (LBKP) was used.

(比較例2)
実施例1において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 2)
Example 1 was the same as Example 1 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), softwood bleached kraft pulp for papermaking (NBKP) was used.

(比較例3)
実施例1の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えて市販のセルロースナノファイバースラリー(市販品)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 3)
The drying process of Example 1 was the same as Example 1 except that a commercially available cellulose nanofiber slurry (commercially available product) was used instead of the dispersion liquid of cellulose nanofibers.

(比較例4)
実施例1の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えてメイン大学製のCNF(セルロースナノファイバースラリー)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 4)
The drying process of Example 1 was the same as Example 1 except that CNF (cellulose nanofiber slurry) manufactured by Main University was used instead of the dispersion liquid of cellulose nanofibers.

(比較例5)
実施例1の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えてメイン大学製のCNC(セルロースナノクリスタルスラリー)を使用した以外は実施例1と同様とした。
(Comparative example 5)
The drying process of Example 1 was the same as Example 1 except that the dispersion of cellulose nanofibers was replaced with CNC (cellulose nanocrystal slurry) manufactured by Main University.

(比較例6)
実施例2において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Comparative example 6)
Example 2 was the same as Example 2 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), hardwood bleached kraft pulp for papermaking (LBKP) was used.

(比較例7)
実施例2において、製紙用晒機械パルプ(BTMP)に変えて製紙用針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Comparative example 7)
Example 2 was the same as Example 2 except that instead of bleached mechanical pulp for papermaking (BTMP), softwood bleached kraft pulp for papermaking (NBKP) was used.

(比較例8)
実施例2の乾燥処理において、セルロースナノファイバーの分散液に変えて市販のセルロースナノファイバースラリー(市販品)を使用した以外は実施例2と同様とした。
(Comparative example 8)
The drying process of Example 2 was the same as Example 2 except that a commercially available cellulose nanofiber slurry (commercially available product) was used instead of the dispersion liquid of cellulose nanofibers.

(参考例)
PPのみからなる熱可塑性樹脂(組成物)を示す。
(Reference example)
The thermoplastic resin (composition) which consists only of PP is shown.

条件及び結果を表1及び表2に示した。   The conditions and results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2019059956
Figure 2019059956

Figure 2019059956
Figure 2019059956

(評価方法)
上記各試験片について、曲げ強度、曲げ弾性率、引張強度、引張弾性率、Izod衝撃強度(ノッチあり)、線熱膨張率、分散性を評価した。評価方法は、以下の通りとした。
(Evaluation method)
The flexural strength, flexural modulus, tensile strength, tensile modulus, Izod impact strength (with a notch), linear thermal expansion coefficient, and dispersibility were evaluated for each of the test pieces. The evaluation method was as follows.

(曲げ強度、曲げ弾性率)
各直方体試験片について、JIS K7171:2008(プラスチック−曲げ特性の求め方)に準拠して測定した。なお、数値が大きいほど曲げ強度、曲げ弾性率が強い(高い)ことを意味する。
(Bending strength, flexural modulus)
It measured based on JISK7171: 2008 (plastic-how to obtain | require the bending characteristic) about each rectangular parallelepiped test piece. In addition, it means that a bending strength and a bending elastic modulus are strong (high), so that a numerical value is large.

(引張強度、引張弾性率)
各ダンベル型試験片について、JIS K7161:2014(プラスチック−引張特性の試験方法)に準拠して測定した。なお、数値が大きいほど引張強度、引張弾性率が強い(高い)ことを意味する。
(Tensile strength, tensile modulus)
Each dumbbell-shaped test piece was measured in accordance with JIS K7161: 2014 (plastic-test method for tensile properties). As the numerical value is larger, it means that the tensile strength and the tensile modulus are higher (higher).

(Izod衝撃強度(ノッチあり))
各直方体試験片について、JIS K7110:1999(プラスチック−アイゾット衝撃強さの試験方法)に準拠して測定した。ノッチ深さを2mmとした。なお、数値が大きいほど衝撃強度が強いことを意味する。
(Izod impact strength (notched))
Each rectangular specimen was measured in accordance with JIS K 7110: 1999 (Plastic-Izod Impact Strength Test Method). The notch depth was 2 mm. In addition, it means that impact strength is strong, so that a numerical value is large.

(線熱膨張率)
各直方体試験片について、JIS K7197:2012(プラスチックの熱機械分析による線膨脹率試験方法)に準拠して測定した。測定条件は、圧縮荷重法、昇温速度:5℃/分、温度範囲:30〜160℃、測定機:株式会社リガク製の熱機械分析装置(Thermo plus EVO II)とした。なお、数値が小さいほど寸法安定性が良いことを意味する。
(Linear thermal expansion coefficient)
Each rectangular specimen was measured according to JIS K7197: 2012 (linear expansion coefficient test method by thermomechanical analysis of plastic). Measurement conditions were a compression load method, a temperature rising rate: 5 ° C./min, a temperature range: 30 to 160 ° C., and a measuring machine: a thermomechanical analyzer (Thermo plus EVO II) manufactured by Rigaku Corporation. The smaller the numerical value, the better the dimensional stability.

本発明の熱可塑性樹脂組成物は、以上の通り、従来の熱可塑性樹脂よりも強度が強くなる(増強効果)。したがって、従来から熱可塑性樹脂が使用されていた用途に使用することができるだけでなく、従来、強度不足により使用が見合わされていた用途にも使用することができる。   As described above, the thermoplastic resin composition of the present invention is stronger than conventional thermoplastic resins (reinforcing effect). Therefore, it can not only be used for the use to which the thermoplastic resin was conventionally used, but can be used also to the use to which the use was compared conventionally by lack of strength.

具体的には、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器の内装材、外装材、構造材等、
パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等の筺体、構造材、内部部品等、
携帯電話等の移動通信機器等の筺体、構造材、内部部品等、
携帯音楽再生機器、映像再生機器、印刷機器、複写機器、スポーツ用品、オフィス機器、玩具、スポーツ用品等の筺体、構造材、内部部品等、
建築物、家具等の内装材、外装材、構造材等、
文具等の事務機器等、
その他、包装体、トレイ等の収容体、保護用部材、パーティション部材等、
として使用することができる。
Specifically, for example, interior materials, exterior materials, structural materials of transportation equipment such as cars, trains, ships, airplanes, etc.
Housings such as PCs, TVs, phones, electrical appliances such as watches, structural materials, internal parts, etc.
Housings such as mobile communication devices such as mobile phones, structural materials, internal parts, etc.
Portable music playback equipment, video playback equipment, printing equipment, copying equipment, sports equipment, office equipment, toys, housings such as sports equipment, structural materials, internal parts, etc.
Interior materials such as buildings, furniture, exterior materials, structural materials, etc.
Office equipment such as stationery, etc.
In addition, packaging bodies, containers such as trays, protective members, partition members, etc.
It can be used as

以上のうち、自動車用途としては、内装材、インストルメントパネル、外装材等を例示することができる。具体的には、例えば、ドア基材、パッケージトレー、ピラーガーニッシュ、スイッチベース、クオーターパネル、アームレストの芯材、ドアトリム、シート構造材、コンソールボックス、ダッシュボード、各種インストルメントパネル、デッキトリム、バンパー、スポイラー、カウリング等を例示することができる。   Among the above, as an automotive application, an interior material, an instrument panel, an exterior material, etc. can be illustrated. Specifically, for example, door base material, package tray, pillar garnish, switch base, quarter panel, core of armrest, door trim, seat structure, console box, dashboard, various instrument panels, deck trim, bumper, A spoiler, cowling, etc. can be illustrated.

また、建築物、家具用途としては、ドア表装材、ドア構造材、机、椅子、棚、箪笥等の各種家具の表装材等を例示することができる。   Moreover, as a building and furniture use, the covering material etc. of various furniture, such as a door covering material, a door structure material, a desk, a chair, a shelf, and a rattan, can be illustrated.

10…前処理、20…微細化(解繊)処理、30x,30y…乾燥処理、40x…(一次)混練処理、40y…固相せん断処理、50…相溶化剤添加処理、60…(二次)混練処理、70…成形処理、C…分散体、P…パルプ繊維、Rx…低融点ポリプロピレン、Ry…低融点ポリプロピレン以外のポリプロピレン、Rz…相溶化剤、W…水。   10: pretreatment, 20: micronization (fibrillation) treatment, 30x, 30y: drying treatment, 40x: (primary) kneading treatment, 40y: solid phase shearing treatment, 50: compatibilizer addition treatment, 60: (secondary ) Kneading, 70: molding, C: dispersion, P: pulp fiber, Rx: low melting point polypropylene, Ry: polypropylene other than low melting point polypropylene, Rz: compatibilizer, W: water.

Claims (7)

熱可塑性樹脂及びこの熱可塑性樹脂の補強材たる植物繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物であって、
前記植物繊維が、リグニンを含むパルプ繊維を微細化処理して得た平均繊維径が20〜500nm、保水度が350%以下、沈降速度が0.030mm/分以下、かつパルプ粘度が3.5以上4.0cps以下のセルロースナノファイバーである、
ことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
A thermoplastic resin composition comprising a thermoplastic resin and a plant fiber as a reinforcing material of the thermoplastic resin,
The vegetable fiber has an average fiber diameter of 20 to 500 nm, a water retention of 350% or less, a sedimentation rate of 0.030 mm / min or less, and a pulp viscosity of 3.5, which are obtained by refining pulp fibers containing lignin. More than 4.0 cps cellulose nanofibers,
Thermoplastic resin composition characterized in that.
前記熱可塑性樹脂及び前記セルロースナノファイバーが、
セルロースナノファイバーを分散させる基質となる相対的に低融点の熱可塑性樹脂及びセルロースナノファイバーの混練物、並びにこの混練物に添加された前記相対的に低融点の熱可塑性樹脂よりも融点の高い熱可塑性樹脂であり、
前記相対的に低融点の熱可塑性樹脂よりも融点の高い熱可塑性樹脂の配合割合は、前記相対的に低融点の熱可塑性樹脂100質量部に対して100〜10000質量部である、
請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
The thermoplastic resin and the cellulose nanofibers are
Blends of relatively low melting point thermoplastic resin and cellulose nanofibers as a substrate for dispersing cellulose nanofibers, and heat having a melting point higher than the relatively low melting point thermoplastic resin added to the blend Plastic resin,
The blending ratio of the thermoplastic resin having a melting point higher than that of the relatively low melting point thermoplastic resin is 100 to 10000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the relatively low melting point thermoplastic resin.
The thermoplastic resin composition according to claim 1.
前記熱可塑性樹脂及び前記セルロースナノファイバーが、
セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂の乾燥混合粉末の混練物である、
請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
The thermoplastic resin and the cellulose nanofibers are
It is a kneaded product of dry mixed powder of cellulose nanofiber and thermoplastic resin,
The thermoplastic resin composition according to claim 1.
リグニンを含むパルプ繊維が機械パルプで、
かつ平均繊維径が20〜500nmである前記機械パルプの全パルプ繊維に対する配合割合が50質量%以上である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
Pulp fiber containing lignin is mechanical pulp,
And the blending ratio of the mechanical pulp to the total pulp fibers having an average fiber diameter of 20 to 500 nm is 50% by mass or more.
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 3.
前記セルロースナノファイバーの結晶化度が50〜70%である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
The crystallinity of the cellulose nanofibers is 50 to 70%,
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 4.
前記セルロースナノファイバーの擬似粒度分布曲線におけるピーク値が、1つのピークである、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物。
The peak value in the pseudo particle size distribution curve of the cellulose nanofibers is one peak,
The thermoplastic resin composition according to any one of claims 1 to 5.
前記ピーク値が、5〜25μmである、
請求項6記載の熱可塑性樹脂組成物。
The peak value is 5 to 25 μm,
The thermoplastic resin composition according to claim 6.
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