JP2019116716A - 微細繊維および微細繊維含有シートの製造方法、それにより得られるシート、および樹脂が積層された樹脂複合体 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]微細繊維含有シートの製造方法において、少なくとも(a)繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と
(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維からシートを調製する工程と
(d)工程(c)で得られたシートから導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程を有する微細繊維含有シートの製造方法。
[2]微細繊維含有シートの製造方法において、少なくとも
(a)繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と
(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と
(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維からシートを調製する工程と
(d)工程(c)で得られたシートをアルコールで処理して導入置換基の少なくとも一部
を脱離させる工程
を有する微細繊維含有シートの製造方法。
[3]アルコールが多価アルコールである、[2]に記載の製造方法。
[4]多価アルコールがOH/C比率が0.2以上であるものである、[3]に記載の製造方法。
[5]静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が、リン酸由来の基、カルボン酸由来の基および硫酸由来の基からなる群より選択される少なくとも1種である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の製造方法。
[6]繊維原料がセルロースおよび/またはキチン、キトサンを含有する材料である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の製造方法。
[7]微細繊維の平均繊維幅が2〜1000nmである、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の製造方法。
[8] 静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が、リン酸由来の基であり、工程(a)の後であって工程(c)の前に、さらに
(e)置換基導入繊維または置換基導入微細繊維の中和度を変更する工程を有する、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の製造方法。
[9]工程(e)が、中和度が15〜85%となるように行われる、[8]に記載の製造方法。
[11][9]に記載の微細繊維含有シートの片面または両面にマトリクス樹脂が積層された、樹脂複合体。
[12]マトリクス樹脂が、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含む、[10]に記載の樹脂複合体。
[13][10]または[11]に記載の樹脂複合体を用いた、フレキシブルディスプレイ。
[14][10]もしくは[11]に記載の樹脂複合体、または[12]に記載のフレキシブルディスプレイを用いた、製品。
[1]微細繊維の製造方法において、少なくとも
(a)繊維原料にリン酸由来の置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と
(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と
(c)工程(a)で得られた置換基導入繊維または工程(b)で得られた置換基導入微細繊維の中和度を変更する工程
を有する微細繊維の製造方法。
[2]工程(c)が、中和度が15〜85%となるように行われる、[1]に記載の製造方法。
[3]繊維原料がセルロースおよび/またはキチン、キトサンを含有する材料である、[1]または[2]に記載の製造方法。
[4]微細繊維の平均繊維幅が2〜1000nmである、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の製造方法。
[5](d)[1]〜[4]のいずか1項に記載の製造方法により得られた微細繊維からシートを調製する工程
を有する微細繊維含有シートの製造方法。
[6]リン酸由来の置換基が導入された、平均繊維幅が2〜1000nmの微細セルロース繊維を含有し、リン酸由来の置換基導入量が0.01〜2.0mmol/gであり、中和度が15〜85%である、微細繊維または微細繊維含有シート。
[7][6]に記載の微細繊維含有シートの片面または両面にマトリクス樹脂が積層された樹脂複合体。
[8]マトリクス樹脂が、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含む、[7]に記載の樹脂複合体。
[9][7]または[8]に記載の樹脂複合体を用いた、フレキシブルディスプレイ。
[10][7]もしくは[8]に記載の樹脂複合体、または[9]に記載のフレキシブルディスプレイを用いた、製品。
[1] 微細繊維を含む、基材シート層、および基材シート層の少なくとも一方の側に形成された、無機層を含む、複合シート。
[2] 微細繊維が、静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が導入された微細繊維である1に記載の複合シート。
[3] さらに、基材シート層の少なくとも一方の側に形成された有機層を含む、1または2に記載の複合シート。
[4] 微細繊維が、平均繊維幅2〜1000nmのセルロース微細繊維である、1〜3のいずれか1項に記載の複合シート。
[5] 置換基が、リン酸由来の基、カルボン酸由来の基および硫酸由来の基からなる群より選択される少なくとも1種であり、置換基導入量が0.01〜2.0mmol/gである、1〜4のいずれか1項に記載の複合シート。
[6] 基材シート層の厚みが、0.1〜1200μmである、1〜5のいずれか1項に記載の複合シート。
[7] 無機層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウムおよび酸化窒化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種を含む、1〜6のいずれか1項に記載の複合シート。
[8] 有機層が、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含む、1〜7のいずれか1項に記載の複合シート。
[9] 基材シート層が:
(a)繊維原料に、置換基導入繊維を得る工程と
(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と
(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維からシートを調製する工程と
(d)工程(c)で得られたシートから導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程
を有する製造方法により製造された、1〜8のいずれか1項に記載の複合シート。
[10] 静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が、リン酸由来の基であり、工程(a)の後であって工程(c)の前に、さらに
(e)置換基導入繊維または置換基導入微細繊維の中和度を変更する工程
を有する製造方法により製造された、9に記載の複合シート。
[11] 基材シート層の少なくとも一方の側に、
無機層、および無機層に積層された有機層が形成された、または有機層、および有機層に積層された無機層が形成された、1〜10のいずれか1項に記載の、複合シート。
[12] 11に記載の複合シートを用いた、フレキシブルディスプレイ、太陽電池、照明素子、表示素子、タッチパネル、窓材または構造材。
[13] 1〜11に記載の複合シート、または11に記載の太陽電池、照明素子、表示素子、タッチパネル、窓材または構造材を用いた、製品。
[1] 微細繊維含有シートの製造方法において、少なくとも
(a)繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と
(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と
(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維からシートを調製する工程と(d)工程(c)で得られたシートから導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程を有する微細繊維含有シートの製造方法。
[2] 工程(d)が、工程(c)で得られたシートを水および/ またはアルコールで処理して導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程である、1に記載の製造方法。
[3] 工程(d)の水および/またはアルコールで処理することが、水および/またはアルコールの蒸気による処理である、2に記載の製造方法。
[4] 蒸気が、0.1MPa〜30 MPaの高圧蒸気である、3に記載の製造方法。
[5] 工程(d)が、工程(c)で得られたシートを多価アルコールで処理して導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程である、1に記載の製造方法。
[6] 多価アルコールがOH/C比が0.2以上であるものである、5に記載の製造方法。
[7] 静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が、リン酸由来の基、カルボン酸由来の基および硫酸由来の基からなる群より選択される少なくとも1種である、1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
[8] 繊維原料がセルロースおよび/またはキチン、キトサンを含有する材料である、1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
[9] 微細繊維の平均繊維幅が2〜1000nmである、1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
[10] 静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が、リン酸由来の基であり、工程(a)の後であって工程(c)の前に、さらに
(e)置換基導入繊維または置換基導入微細繊維の中和度を変更する工程を有する、1〜9のいずれか1項に記載の製造方法。
[11] 工程(e)が、中和度が15〜85%となるように行われる、10に記載の製造方法。
[12] 1〜11のいずれか1項に記載された製造方法により製造される、微細繊維含有シート。
[13] 1〜11のいずれか1項に記載の製造方法により製造される微細繊維含有シートからなる基材シート層、および基材シート層の少なくとも一方の側に形成された、無機層および/または有機層を含む、複合シート。
[14] 基材シート層の厚みが、0.1〜1200μmである、13に記載の複合シート。
[15] 無機層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウムおよび酸化窒化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種を含む、13または14に記載の複合シート。
[16] 有機層が、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含む、13〜15のいずれか1項に記載の複合シート。
[17] 基材シート層の少なくとも一方の側に、無機層、および無機層に積層された有機層が形成された、または有機層、および有機層に積層された無機層が形成された、13〜15のいずれか1項に記載の、複合シート。
[18] 13〜17のいずれか1項に記載の複合シートを用いた、フレキシブルディスプレイ、太陽電池、照明素子、表示素子、タッチパネル、窓材または構造材。
[19] 13〜17に記載の複合シート、または18に記載の太陽電池、照明素子、表示素子、タッチパネル、窓材または構造材を用いた、製品。
(a)繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と
(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と
(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維からシートを調製する工程と
(d)工程(c)で得られたシートから導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程
を有する。
工程(a)は、繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程である。工程(a)としては特に限定されないが、乾燥状態あるいは湿潤状態の繊維原料に、該繊維原料と反応するような化合物を混合することにより、繊維原料に上記置換基を導入することが可能である。導入時の反応を促進するため、加熱する方法が特に有効である。置換基の導入における加熱処理温度は特に限定されないが、該繊維原料の熱分解や加水分解等が起こりにくい温度帯であることが好ましく、例えば、繊維原料としてセルロースを含む繊維原料を選択した場合は熱分解温度の観点から、250℃以下であることが好ましく、セルロースの加水分解を抑える観点から、100〜170℃で加熱処理することが好ましい。
これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがより好ましいが、特に限定されない。
必要に応じ、工程(a)の静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入し、置換基導入繊維を得る工程の後であって、後述する工程(b)の機械処理工程の前に、アルカリ処理を行ってもよい。アルカリ処理によって、繊維に導入されたリン酸基に陽イオンを供給して、容易に塩にすることができる。また、アルカリ処理は、繊維の収率が向上するとの観点から、好ましい。
無機アルカリ化合物の例は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の、水酸化物、炭酸塩、およびリン酸塩である。より具体的な例は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カルシウム、リン酸リチウム、リン酸カリウム、リン酸3ナトリウム、リン酸水素2ナトリウム、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウムである。
有機アルカリ化合物の例は、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物、およびそれらの水酸化物、炭酸塩、またはリン酸塩である。より具体的な例は、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、リン酸水素2アンモニウムである。
工程(b)は工程(a)で得られた置換基導入繊維を、解繊処理装置を用いて微細化(解繊)処理して、置換基導入微細繊維を得る工程である。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、該直線Xに対し、20本以上の繊維が交差する。
(2)同じ画像内で該直線と垂直に交差する直線Yを引き、該直線Yに対し、20本以上の繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交錯する繊維の幅を目視で読み取る。こうして少なくとも重なっていない表面部分の画像を3組以上観察し、各々の画像に対して、直線X、直線Yと交錯する繊維の幅を読み取る。このように少なくとも20本×2×3=120本の繊維幅を読み取る。本発明における繊維幅はこのように読み取った繊維幅の平均値である。
工程(c)は工程(b)で得られた置換基導入微細繊維を、シートを調製する工程である。
追加繊維を混合する場合、微細繊維と追加繊維の合計量における追加繊維の添加量は特に限定されないが、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下である。特に好ましくは20質量%以下である。
微細繊維含有スラリーを通常の抄紙で用いられる長網式、円網式、傾斜式等の連続抄紙機のほか、これらを組み合わせた多層抄き合わせ抄紙機、さらに手抄き等公知の抄紙方法で抄紙され、一般の紙と同様の方法でシート化することが可能である。つまり、微細繊維含有スラリーをワイヤー上で濾過、脱水して湿紙状態のシートを得た後、プレス、乾燥することでシートを得ることが可能である。スラリーの濃度は特に限定されないが、0.05〜5質量%が好ましく、濃度が低すぎると濾過に膨大な時間がかかり、逆に濃度が高すぎると均一なシートが得られないため好ましくない。スラリーを濾過、脱水する場合、濾過時の濾布としては特に限定されないが、微細繊維は通過せず、かつ濾過速度が遅くなりすぎないことが重要である。このような濾布としては特に限定されないが、有機ポリマーからなるシート、織物、多孔膜が好ましい。有機ポリマーとしては特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロース系の有機ポリマーが好ましい。具体的には孔径0.1〜20μm、例えば1μmのポリテトラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1〜20μm、例えば1μmのポリエチレンテレフタレートやポリエチレンの織物等が挙げられるが、特に限定されない。
塗工法は、微細繊維含有スラリーを基材上に塗工し、これを乾燥して形成された微細繊維含有層を基材から剥離することにより、シートを得る方法である。塗工装置と長尺の基材を用いることで、シートを連続的に生産することができる。基材の質は、特に限定されないが、微細繊維含有スラリーに対する濡れ性が高いものの方が乾燥時のシートの収縮等を抑制することができて良いが、乾燥後に形成されたシートが容易に剥離できるものを選択することが好ましい。中でも樹脂板または金属板が好ましいが、特に限定されない。その中で、適当なものを単独、または積層して使用するのが好適である。例えばアクリル板、ポリエチレンテレフタレート板、塩化ビニル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニリデン板等の樹脂板や、アルミ板、亜鉛版、銅版、鉄板等の金属板および、それらの表面を酸化処理したもの、ステンレス板、真ちゅう板等を用いることができるが、特に限定されない。微細繊維含有スラリーを基材上に塗工するには、上記基材に所定のスラリー量を塗工することが可能な各種コーターを使用すれば良い。特に限定されないが、例えば、ロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、エアドクターコーター等が使用できるが、中でもダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、エアドクターコーター等の塗工方式によるものが均一な塗工には有効である。
工程(d)は、工程(c)で得られたシートから、導入された置換基の全部または一部を脱離させる工程である。本発明では、前記工程で製造した置換基が導入された微細繊維をシート化した後に、このシートに含有される微細繊維に導入された置換基を脱離させる。脱離は、工程(c)で得られたシートを水および/またはアルコールで処理することにより行われる。アルコールには、多価アルコールが含まれ、多価アルコールを用いる場合、脱離は、シートを多価アルコールで煮沸することで達成でき、またシートを多価アルコールの蒸気で処理することでも達成できる。水および/または沸点の低いアルコールを用いる場合、脱離は、シートを多価アルコール蒸気で処理することで達成できる。
本発明の好ましい態様の一つにおいては、工程(d)で置換基を脱離させるに際しては、シートを多価アルコールにより煮沸処理する。多価アルコールとは、アルコールのうち2以上のOH基を有するものをいう。多価アルコールを用いる場合、OH/C比率が0.15以上のものを用いることが好ましい。より好ましくは0.2以上であるものを用いる。「OH/C比率」とは、分子に含まれる炭素(C)原子あたりのOH基の個数をいい、例えば、エチレングリコール(C2H6O2)のOH/C比率は1であり、ジエチレングリコール(C4H10O3)のOH/C比率は0.67である。
工程(d)で置換基を脱離させるに際しては、蒸気を使用してもよい。蒸気の種類は、特に限定されず、OH基を有する物質の蒸気であれは、導入した置換基の脱離を行うことができると考えられる。置換基を脱離する能力が高いという観点からは、蒸気は、水蒸気および/またはアルコール蒸気であることが好ましい。アルコールの例として、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブチルアルコール、およびt−ブタノール、ならびに上述の多価アルコールを挙げることができる。特に好ましい蒸気の例の一つは、水蒸気である。水蒸気は、水やメタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコール、好ましくは炭素数1以上6以下、より好ましくは炭素数1以上3以下のアルコール;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の炭素数3以上6以下のケトン;直鎖又は分岐状の炭素数1以上6以下の飽和炭化水素または不飽和炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素を含んでいてもよい。
る。
しかしながら、この技術は、置換基の脱離を目的としたものではない。ここでの処理では、主としてセルロースの非晶部に入ったカルボキシル基が高温の水で溶出しているだけだと考えられる。実際に酸化セルロースを水の存在下で加熱処理しても、置換基は脱離され難いと考えられる。また、前掲特許文献9の加熱処理は、シート化後の段階ではなく、シート化前の繊維の段階で処理している点でも、本発明とは差異がある。
本発明の一の実施態様においては、繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基としてリン酸基が導入される。この場合、工程(a)の後であって工程(c)の前に、さらに(e)置換基導入繊維または置換基導入微細繊維の中和度を変更する工程を有していてもよい。リン酸基が繊維に導入された際には、通常、中和度2(中和度100%ともいう。)である。
またこのような濃度範囲のスラリーを用いる場合、例えば、見掛け密度800〜830g/L−R、水分保有能力36〜55%、総交換容量1.8eq/L−Rの強酸性イオン交換樹脂を用いる場合、スラリー体積1に対し、1/50〜1/5イオン交換樹脂を用いることができる。処理時間も特に限定されず、当業者であれば、イオン交換を効率的に行うとの観点から、適宜設計できる。例えば、0.25〜4時間かけて処理することができる。
本発明においては、上記工程(a)〜(d)以外に、必要に応じて、各工程の間、工程(a)の前、または工程(d)の後に、洗浄工程等の他の工程を適宜有してもよいが、特に限定されない。例えば、工程(b)より前段に異物除去工程、工程(b)より後段に遠心分離等による精製工程を採用しても良いが、特に限定されない。脱塩工程は、微細繊維の純度が高まる点で好ましい。脱塩工程を行う場合、手段は特に限定されず、濾過方式による洗浄、透析、イオン交換などが挙げられる。好ましい態様の一つにおいては、工程(d)の後に、水洗工程が行われる。工程(d)の蒸気による処理後に水洗することで、蒸気により脱離された置換基等を洗い流すことができ、これにより着色物質の発生が低減されると考えられる。
上述の製造方法により得られうる置換基導入量が一定値以下まで脱離された微細繊維含有シートは、それ自体の透明度が高く、かつ黄変が少ない。このようなシートは新規なものである。
本発明によって提供される微細繊維含有シートは、水に対する耐性(耐水性、耐湿性、撥水性)を付与するため、無機層、有機層を積層してもよい。本発明によって提供される微細繊維含有シートは、置換基脱離処理されているために黄変が抑えられており、そのため積層化に際しては、通常であれば黄変を促進する加熱工程やUV照射工程を含んでもよく、種々の手段を採りうる。積層化によって得られる複合シートは、微細繊維含有シートからなる基材シート層の少なくとも一方の側に形成された、少なくとも1層の無機層と少なくとも1層の有機層とを含むことが好ましい。無機層と有機層とを積層する場合、順番は特に限定されないが、基材シートの表面にまず有機層を積層することは、無機層を形成するための面を平滑にし、形成される無機層をより欠陥の少ないものとすることができる点で好ましい。また、有機層および無機層以外の他の構成層、例えば、上層の接着を容易にするための易接着層を含んでいてもよい。
本発明の一態様である複合シートは、基材シート層の少なくとも一方の側に、無機層が形成されている。無機層は、基材シート層の片側にのみ形成されていてもよく、両側に形成されていてもよい。また、基材シート層に接して形成されていてもよく、また基材シート層との間に別の層、例えば後述する有機層を挟んで形成されていてもよい。無機層は、少なくとも1層形成されていればよく、複数の層として積層されていてもよい。
無機層を構成する物質としては、特に限定されないが、例えばアルミニウム、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、錫、ニッケル、チタン;これらの酸化物、炭化物、窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、もしくは酸化炭化窒化物;またはこれらの混合物が挙げられる。高い防湿性が安定に維持できるとの観点からは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、またはこれらの混合物が好ましい。
無機層の形成方法は、特に限定されない。一般に、薄膜を形成する方法は大別して、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition、CVD)と物理成膜法(Physical Vapor Deposition、PVD)とがあるが、いずれも本発明のために適用できる。CVD法としては、具体的には、プラズマを利用したプラズマCVD、加熱触媒体を用いて材料ガスを接触熱分解する触媒化学気相成長法(Cat−CVD)等が挙げられる。PVD法としては、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等が挙げられる。
さらにALD法は、プラズマを用いることにより、反応速度の向上、低温プロセス化、未反応ガスの減少が期待できる。
無機層の厚みは、特に限定されないが、安定な防湿性能の発現のためには、5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましく、20nm以上であることがさらに好ましい。無機層の厚みは、透明性、フレキシブル性の観点からは、1000nm以下であることが好ましく、800nm以下であることがより好ましく、600nm以下であることがさらに好ましい。なお、本発明の複合シートの無機層に関し、厚みというときは、無機層を複数設ける場合は、特に記載した場合を除き、各々の無機層の厚みを指す。
本発明の一態様である複合シートは、基材シート層、無機層のほか、有機層を含んでいてもよい。有機層は、基材シート層の片側にのみ形成されていてもよく、両側に形成されていてもよい。また、基材シート層に接して形成されていてもよく、また基材シート層との間に別の層、例えば無機層を挟んで形成されていてもよい。有機層は、1層のみでもよく、複数の層として積層されていてもよい。
マトリクス樹脂は、特に限定されない。熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂(熱硬化性樹脂の前駆体が加熱により重合硬化した硬化物)、または光硬化性樹脂(光硬化性樹脂の前駆体が放射線(紫外線や電子線等)の照射により重合硬化した硬化物)等を用いることができる。これらは1種であってもよいし、2種以上であってもよい。
また、低吸水性の複合体を得るためには、マトリクス樹脂は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、またはアミノ基などの親水性の官能基が少ないことが好ましい。
以上、東亜合成)、コンポセランSQシリーズ(荒川化学工業)が挙げられる。シルセスキオキサン樹脂の架橋には、チオール基含有シルセスキオキサン化合物を用いることができる。本実施態様に用いることができる市販のチオール基含有シルセスキオキサン化合物としては、例えば、コンポセランHBSQシリーズ(荒川化学工業)が挙げられる。
有機層の厚みは、特に限定されないが、基材シート層に耐湿性を付与するのに十分であり、かつシートの低線熱膨張である利点が損なわない程度であることが好ましい。例えば、0.1〜50μm程度とすることができ、0.1〜30μmとしてもよく、0.2〜20μmとしてもよく、0.5〜10μmとしてもよい。なお、本発明の複合シートの有機層に関し、厚みというときは、結城層を複数設ける場合は、特に記載した場合を除き、各々の有機層の厚みを指す。
マトリクス樹脂を積層する方法としては、特に制限はなく、例えば、以下の方法が挙げられる。
(A)熱可塑性樹脂シートと基材シート層を交互に配置し、加熱プレス等で密着させる方法。
(B)基材シートの、または基材シートに積層された無機層の片面または両面に、液状の熱可塑性樹脂前駆体、熱硬化性樹脂前駆体および光硬化性樹脂前駆体から選ばれる1以上を塗布して重合硬化させる方法。
(C)基材シートの、または基材シートに積層された無機層の片面または両面に、樹脂溶液を塗布して溶媒を除去し、所望により重合硬化させる方法。ここで、樹脂溶液は、熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂前駆体、熱硬化性樹脂前駆体、および光硬化性樹脂前駆体から選ばれる1以上の溶質を含む溶液である。
また、基材シート層に熱または光硬化性樹脂前駆体を塗布した後、さらに基材シート層を重ねるなど、多層構造にしてから、硬化させてもよい。
樹脂を溶解させる溶媒としては、樹脂の溶解性に応じて選択すればよい。
上記の熱可塑性樹脂前駆体、熱硬化性樹脂前駆体、および光硬化性樹脂前駆体には、適宜、連鎖移動剤、紫外線吸収剤、セルロース以外の充填剤、またはシランカップリング剤等を配合して、組成物(以下、「硬化性組成物」という。)としてもよい。
メルカプタン化合物としては、特に限定されない。例えば、ペンタエリスリトールテトラキス(β−チオプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(β−チオプロピオネート)、またはトリス[2−(β−チオプロピオニルオキシエトキシ)エチル]トリイソシアヌレート等が挙げられる。これらの1種または2種以上を用いることが好ましい。
硬化性組成物に連鎖移動剤を含有させる場合、連鎖移動剤は硬化性組成物中のラジカル重合可能な化合物の合計に対して、通常30質量%以下の割合で含有させる。
硬化性組成物に紫外線吸収剤を含有させる場合、紫外線吸収剤は硬化性組成物中のラジカル重合な可能化合物の合計100質量部に対して、通常0.01〜1質量部の割合で含有させる。
硬化性組成物にシランカップリング剤を含有させる場合、シランカップリング剤は、硬化性組成物中のラジカル重合な可能化合物の合計に対して通常0.1〜50質量%、好ましくは1〜20質量%となるように含有させる。この配合量が少な過ぎると、これを含有させる効果が充分に得られず、また、多過ぎると、硬化物の透明性などの光学特性が損なわれる恐れがある。
硬化性組成物は、公知の硬化方法で重合硬化させて、硬化物とすることができる。
硬化方法としては、例えば、熱硬化、または放射線硬化等が挙げられ、好ましくは放射線硬化である。放射線としては、赤外線、可視光線、紫外線、または電子線等が挙げられるが、好ましくは波長1〜1000nmの電磁波である光である。より好ましくは波長が200〜450nm程度の電磁波であり、さらに好ましくは波長が300〜400nmの紫外線である。
また、放射線を2回以上に分割して照射すると、さらに好ましい。すなわち1回目に全照射量の1/20〜1/3程度を照射し、2回目以降に必要残量を照射すると、複屈折のより小さな硬化物が得られる。
放射線照射に使用するランプの具体例としては、メタルハライドランプ、高圧水銀灯ランプ、紫外線LEDランプ、または無電極水銀ランプ等を挙げることができる。
光照射時に熱重合が開始されると、重合を制御することが難しくなるので、熱重合開始剤は好ましくは1分半減期温度が120℃以上300℃以下であることがよい。
ただし、光重合開始剤が光カチオン重合開始剤である場合には、カチオン重合性モノマーの総量100質量部に対して、0.01質量部以上である。好ましくは0.1質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上であり、通常10質量部以下、好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下である。
すなわち、光重合開始剤が光カチオン重合開始剤である場合には、前記光重合開始剤の成分量の範囲は、カチオン重合性モノマーの総量100質量部に対して、0.01〜10質量部が好ましい。また、0.1〜5質量部がより好ましく、0.5〜1質量部がさらに好ましい。
光重合開始剤の添加量が多すぎると、重合が急激に進行し、得られる硬化物の複屈折を大きくするだけでなく色相を悪化させる。例えば、光重合開始剤の濃度を5質量部とした場合、光重合開始剤の吸収により、紫外線の照射と反対側に光が到達できずに未硬化の部分が生ずる。また、黄色く着色し色相の劣化が著しい。一方、少なすぎると紫外線照射を行っても重合が充分に進行しないおそれがある。
基材シートに有機層を積層する場合には、樹脂との密着性を向上させるため、マトリクス樹脂の積層前に、基材シート層に対し、化学修飾処理を施すことができる。
酸無水物としては、例えば無水酢酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、無水プロパン酸、無水ブタン酸、無水2−ブタン酸、又は無水ペンタン酸等が挙げられる。
ハロゲン化試薬としては、例えば、アセチルハライド、アクリロイルハライド、メタクロイルハライド、プロパノイルハライド、ブタノイルハライド、2−ブタノイルハライド、ペンタノイルハライド、ベンゾイルハライド、ナフトイルハライド等が挙げられる。
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール等が挙げられる。
イソシアナートとしては、例えば、メチルイソシアナート、エチルイソシアナート、プロピルイソシアナート等が挙げられる。
アルコキシシランとしては、例えば、メトキシシラン、エトキシシラン等が挙げられる。
アルコキシシロキサンとしては、例えば、ブトキシポリジメチルシロキサン等が挙げられる。
シラザンとしては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、ジフェニルテトラメチルジシラザン等が挙げられる。
オキシラン(エポキシ)等の環状エーテルとしては、例えば、エチルオキシラン、エチルオキセタン等が挙げられる。
これらの中では特に無水酢酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、ベンゾイルハライド、ナフトイルハライド、メトキシシラン又はヘキサメチルジシラザンが好ましい。
これらの化学修飾剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
化学修飾を行うことで、セルロースの分解温度が上昇し、耐熱性が高くなるが、化学修飾率が高すぎると、セルロース構造が破壊されて結晶性が低下するため、後述する複合体においては線熱膨張係数が大きくなる傾向にあり、好ましくない。
乾燥の際に加熱する場合、温度は50℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましく、また、250℃以下が好ましく、150℃以下がより好ましい。
すなわち、乾燥の際に加熱する場合の温度の範囲は、50〜250℃が好ましく、80〜150℃がより好ましい。
加熱温度が低すぎると乾燥に時間がかかったり、乾燥が不充分になる可能性があり、加熱温度が高すぎると基材シート層が着色したり、分解したりする可能性がある。
また、加圧する場合、圧力(ゲージ圧)は0.01MPa以上が好ましく、0.1MPa以上がより好ましく、また、5MPa以下が好ましく、1MPa以下がより好ましい。
すなわち、加圧する場合の圧力(ゲージ圧)の範囲は、0.01〜5MPaが好ましく、0.1〜1MPaがより好ましい。
圧力が低すぎると乾燥が不充分になる可能性があり、圧力が高すぎると基材シート層がつぶれたり分解したりする可能性がある。
本発明により得られる複合シートは、光学材料としての好ましい特性である、全光線透過率、ヘーズ、黄色度、線熱膨張係数、および水蒸気透過率等を有しうる。これらの特性の測定方法と好ましい範囲を以下に説明する。
本発明に関し、全光線透過率(%)というときは、特に記載した場合を除き、JIS規格K7105に準拠し、ヘーズメータを用いてC光により測定した値をいう。
本発明に関し、ヘーズ値というときは、特に記載した場合を除き、JIS規格K7136に準拠し、ヘーズメータを用いてC光による測定した値をいう。ヘーズはシートの透明性に関する指標であり、濁度(曇度)を表す。拡散透過光の全光線透過光に対する割合から求められるもので、表面の粗さにも影響を受けうる。
本発明に関し、黄色度というときは、特に記載した場合を除き、対象となるシートをASTM規格に準拠し、E313黄色インデックス(YI)を適切な分光光度計(Spectro Eye)により求められる値をいう。黄色度は、200℃、真空下の4時間加熱の前後で測定し、それらの差により判断することができる。
本発明に関し、線熱膨張係数というときは、特に記載した場合を除き、次のように求めた値をいう。対象となるシートをレーザーカッターにより、3mm幅×30mm長に切断する。これをチャック間20mm、荷重10g、窒素雰囲気下、室温から180℃まで5℃/min.で昇温、180℃から25℃まで5℃/min.で降温、25℃から180℃まで5℃/min.で昇温する。2度目に昇温したときの60℃から100℃の測定値から、線熱膨張係数を求める。
本発明に関し、湿度膨張係数というときは、特に記載した場合を除き、適切な湿度伸縮測定装置を用い、本明細書の実施例の項に記載した条件で求めた値をいう。
本発明に関し、水蒸気透過率(g/m2・day)というときは、特に記載した場合を除き、JIS規格K7129に準拠し、適切な水蒸気透過率測定装置を用いて、温度40℃、90%RHの雰囲気下で測定したときの値をいう。
本発明の構成の複合シートとすることにより、表面粗さ、表面硬度、屈曲試験(マンドレル法)等においても優れたシートを得ることができる。これらの試験方法は、当業者にはよく知られている。
本発明の実施態様においては、透明性、高弾性率、低潜熱膨張係数を有するという微細繊維含有シートの特性を活かしつつ、黄変が抑えられ、かつ耐湿性が向上した複合シートが得られる。このような複合シートは、光学特性に優れるため、表示素子、照明素子、太陽電池もしくは窓材、またはこれらのためのパネルもしくは基板として用いるのに適している。
<リン酸変性セルロース繊維の作製>
未叩解針葉樹クラフトパルプ(王子製紙製)を絶乾質量で1000gに、尿素、リン酸ナトリウム(リン原子とナトリウム原子のモル比Na/P=1.45)、水からなる薬液を含浸させ、圧搾し、余剰の薬液を搾り取り、薬液含浸パルプを得た。薬液含浸パルプは絶乾質量で1000gのパルプ、950gの尿素、リン原子として400gのリン酸ナトリウム、1200gの水を含んでいた。薬液含浸パルプを150℃に加熱したオーブンで乾燥、加熱処理し、パルプにリン酸基を導入した。乾燥、加熱工程を経た薬液含浸パルプに、25Lのイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返した。次いで、得られた脱水シートを25Lのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1N水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加し、pHが11〜13のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再び25Lのイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返し、リン酸変性セルロース繊維を得た。
洗浄脱水後に得られたパルプにイオン交換水を添加して、1.0質量%のパルプ懸濁液にした。このパルプ懸濁液を、高圧ホモジナイザー(NiroSoavi社製:Panda Plus 2000)で、操作圧力1200barにて5回パスさせ、微細繊維状セルロース懸濁液を得た。さらに、湿式微粒化装置(スギノマシン社製:アルティマイザー)で245MPaの圧力にて5回パスさせ微細繊維状セルロース懸濁液(1)を得た。微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、4.2nmであった。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)にポリエチレングリコール(和光純薬社製:分子量400万)を微細繊維状セルロース100質量部に対し、15質量部になるように添加した。なお、固形分濃度が0.5質量%となるよう濃度調製を行った。不織布の仕上がり坪量が37.5g/m2になるように懸濁液を計量して、市販のアクリル板に展開し50℃のオーブンにて乾燥した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の板を配置し、得られる不織布が四角形になるようにした。以上の手順により、不織布を得た。得られた不織布の厚さは25μm、密度は1.49g/cm3であった。
ステンレス板の上にスペーサーとして耐熱性ゴムシート(信越化学製、X−30−4084−U)に100mmφの穴をあけたものを載せ、穴の中にエチレングリコール11mLを展開した。そこに5cm四方に切り出した不織布を浸漬し、その上にステンレス板を重ねて、180℃に加熱した熱プレス機(井元製作所製:手動油圧真空加熱プレス)に設置した。置換基脱離処理として、前記不織布を180℃で15分間処理した後、不織布を30mLのメタノールに浸漬し、洗浄を行った。洗浄を3回繰り返し、不織布をガラスに貼り付け、100℃で5分加熱乾燥させ、不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒をジエチレングリコールとした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒をプロピレングリコールとした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒をペンタンジオールとした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒をオクタンジオールとした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒をデカンジオールとした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒をソルビトールとした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒をグリセリンとした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
実施例1と同様に得られた微細繊維状セルロース懸濁液(1)に体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製:アンバージェット1024)を加え、1時間振とう処理を行った。その後、目開き90μmのメッシュ上に注ぎ、樹脂とスラリーを分離し、微細繊維状セルロース懸濁液(2)を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)を体積比75:25で混合し、微細繊維状セルロース懸濁液(3)を作製し、これを原料として、実施例8と同様に不織布を作製後、置換基脱離処理を実施し、不織布を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)の混合比を50:50とした以外は、実施例9と同様にして不織布を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)の混合比を25:75とした以外は、実施例9と同様にして不織布を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)の混合比を0:100とした以外は、実施例9と同様にして不織布を得た。
置換基脱離の条件を220℃、30分に変更した以外は、実施例8と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時間を30分に変更以外は、実施例8と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理温度を140℃に変更以外は、実施例14と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時間を60分に変更以外は、実施例8と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時間を180分に変更以外は、実施例8と同様にして不織布を得た。
広葉樹クラフトパルプ(LBKP)を105℃で3時間乾燥させて水分3質量%以下の乾燥パルプを得た。次いで、乾燥パルプ4gと無水マレイン酸4g(乾燥パルプ100質量部に対して100質量部)をオートクレーブに充填し、150℃で2時間処理した。次いで、無水マレイン酸で処理されたパルプを500mLの水で3回洗浄した後、イオン交換水を添加して490mLのスラリーを調製した。次いで、スラリーを攪拌しながら、4Nの水酸化ナトリウム水溶液10mLを少しずつ添加し、スラリーのpHを12〜13として、パルプをアルカリ処理した。その後、pHが8以下になるまで、アルカリ処理後のパルプを水で洗浄した。洗浄脱水後に得られたパルプにイオン交換水を添加して、1.0質量%のパルプ懸濁液にした。このパルプ懸濁液を、高圧ホモジナイザー(NiroSoavi社製:Panda Plus 2000)で、操作圧力1200barにて5回パスさせ、微細繊維状セルロース懸濁液を得た。さらに、湿式微粒化装置(スギノマシン社製:アルティマイザー)で245MPaの圧力にて5回パスさせ微細繊維状セルロース懸濁液(4)を得た。微細繊維状セルロース懸濁液(4)を原料として、実施例8と同様に不織布を作製後、置換基脱離処理を実施し、不織布を得た。
実施例8により得られた不織布を基材とし、下記の手順で基材両面に樹脂層を積層した。シルセスキオキサン系樹脂(荒川化学工業社製「コンポセランSQ107」)26重量部、硬化剤(荒川化学工業社製「HBSQ201」)14重量部、イソプロピルアルコール60重量部を混合し、塗工液を得た。次いで、基材の片面に塗工液をメイヤーバーにて塗工した。その後、100℃で3分間乾燥した後、UVコンベア装置(アイグラフィックス社製「ECS−4011GX」)を用いて300mJ/cm2の紫外線を照射して、塗工液を硬化し、厚さ5μmの樹脂層を製膜した。さらに、反対側の面にも同様の手順で厚さ5μmの樹脂層を製膜し、基材と樹脂の複合体を得た。
基材を実施例10により得られた不織布とした以外は実施例19と同様の手順で樹脂の複合体を得た。
置換基脱離処理を行わない以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒を水とした以外は、実施例1と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理を行わない以外は、実施例18と同様にして不織布を得た。
置換基脱離処理時の溶媒を水とした以外は、実施例18と同様にして不織布を得た。
シルセスキオキサン系樹脂(荒川化学工業社製「コンポセランSQ107」)26重量部、硬化剤(荒川化学工業社製「HBSQ201」)14重量部、イソプロピルアルコール60重量部を混合した後、厚みが35μmになるよう混合液を計算して、市販のアクリル板に展開した。その後、100℃で3分間乾燥した後、UVコンベア装置(アイグラフィックス社製「ECS−4011GX」)を用いて300mJ/cm2の紫外線を照射して、硬化を行い、樹脂シートを得た。
<方法>
実施例1〜18、および比較例1〜4で作製した不織布について以下の評価方法に従って評価を実施した。また、実施例19および20、ならびに比較例5の複合体シートについても、評価した。
JIS規格K7105に準拠し、ヘーズメータ(スガ試験機社製)を用いてC光による全光線透過率を測定した。
得られた不織布を200℃、真空下で4時間加熱した後、ASTM規格に準拠し、E313黄色インデックスをGretag Macbeth社製ハンディ分光光度計(Spectro Eye)を用いて測定した。
蛍光X線分析により、不織布中のリンおよびナトリウム原子濃度を測定した。すなわち、不織布にX線を照射したときにリンあるいはナトリウム原子の内殻電子が励起されて生じた空孔に、外殻の電子が遷移する際に放出されるリンあるいはナトリウム原子の特性X線の強度を測定することによって、リンあるいはナトリウム原子の濃度を得た。
測定条件は以下の通りである。
・測定サンプル:直径27mmの円形サンプル
・X線管:Rh管
・対陰極:ロジウム
・分光結晶:Ge111 (リン)、PX1 (ナトリウム)
・励起光エネルギー:32kV−125mA
・測定線:リン P−Kα1、ナトリウム Na―Kα1
・2θ角ピーク:141.112(リン)、28.020(ナトリウム)
・測定時間:54秒(リン)、50秒(ナトリウム)
JIS規格K7136に準拠し、スガ試験機製ヘーズメータを用いてC光によるヘーズ値を測定した。
得られた複合体をレーザーカッターにより、3mm幅×30mm長に切断した。これを、SII製TMA120を用いて引っ張りモードでチャック間20mm、荷重10g、窒素雰囲気下、室温から180℃まで5℃/min.で昇温、180℃から25℃まで5℃/min.で降温、25℃から180℃まで5℃/min.で昇温した際の2度目の昇温時の60℃から100℃の測定値から線熱膨張係数を求めた。
結果を表1および表2に示した。
<リン酸変性セルロース繊維の作製>
未叩解針葉樹クラフトパルプ(王子製紙製)を絶乾質量で1000gに、尿素、リン酸ナトリウム(リン原子とナトリウム原子のモル比Na/P=1.45)、水からなる薬液を含浸させ、圧搾し、余剰の薬液を搾り取り、薬液含浸パルプを得た。薬液含浸パルプは絶乾質量で1000gのパルプ、950gの尿素、リン原子として400gのリン酸ナトリウム、1200gの水を含んでいた。薬液含浸パルプを150℃に加熱したオーブンで乾燥、加熱処理し、パルプにリン酸基を導入した。乾燥、加熱工程を経た薬液含浸パルプに、25Lのイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返した。次いで、得られた脱水シートを25Lのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1N水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加し、pHが11〜13のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、再び25Lのイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返し、リン酸変性セルロース繊維を得た。
洗浄脱水後に得られたパルプにイオン交換水を添加して、1.0質量%のパルプ懸濁液にした。このパルプ懸濁液を、高圧ホモジナイザー(NiroSoavi社製:Panda Plus 2000)で、操作圧力1200barにて5回パスさせ、微細繊維状セルロース懸濁液を得た。さらに、湿式微粒化装置(スギノマシン社製:アルティマイザー)で245MPaの圧力にて5回パスさせ微細繊維状セルロース懸濁液(1)を得た。微細繊維状セルロースの平均繊維幅は、4.2nmであった。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)にポリエチレングリコール(和光純薬社製:分子量400万)を微細繊維状セルロース100質量部に対し、15質量部になるように添加した。なお、固形分濃度が0.5質量%となるよう濃度調製を行った。不織布の仕上がり坪量が45g/m2になるように懸濁液を計量して、市販のアクリル板に展開し50℃のオーブンにて乾燥した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の板を配置し、得られる不織布が四角形になるようにした。以上の手順により、不織布を得た。得られた不織布の厚さは30μmであった。
ガラス板の上に10cm角に切り出した不織布を置き、オートクレーブ(株式会社トミー精工製 ES−315)を用いて、120℃で120分高圧蒸気処理を実施した。その後、不織布を150mLの脱イオン水に浸し、洗浄を行った、洗浄を3回繰り返し、不織布をガラスに貼り付け、室温で24時間乾燥させ、不織布を得た。
高圧蒸気処理を120℃240分実施した以外は、実施例21と同様にして不織布を得た。
高圧蒸気処理を120℃360分実施した以外は、実施例21と同様にして不織布を得た。
高圧蒸気処理を130℃240分実施した以外は、実施例21と同様にして不織布を得た。
広葉樹クラフトパルプ(LBKP)を105℃で3時間乾燥させて水分3質量%以下の乾燥パルプを得た。次いで、乾燥パルプ4gと無水マレイン酸4g(乾燥パルプ100質量部に対して100質量部)をオートクレーブに充填し、150℃で2時間処理した。次いで、無水マレイン酸で処理されたパルプを500mLの水で3回洗浄した後、イオン交換水を添加して490mLのスラリーを調製した。次いで、スラリーを攪拌しながら、4Nの水酸化ナトリウム水溶液10mLを少しずつ添加し、スラリーのpHを12〜13として、パルプをアルカリ処理した。その後、pHが8以下になるまで、アルカリ処理後のパルプを水で洗浄した。洗浄脱水後に得られたパルプにイオン交換水を添加して、1.0質量%のパルプ懸濁液にした。このパルプ懸濁液を、高圧ホモジナイザー(NiroSoavi社製:Panda Plus 2000)で、操作圧力1200barにて5回パスさせ、微細繊維状セルロース懸濁液を得た。さらに、湿式微粒化装置(スギノマシン社製:アルティマイザー)で245MPaの圧力にて5回パスさせ微細繊維状セルロース懸濁液(2)を得た。微細繊維状セルロース懸濁液(2)を原料として、実施例21と同様に不織布を作製後、高圧蒸気処理を実施し、不織布を得た。
高圧蒸気処理を行わない以外は、実施例21と同様にして不織布を得た。
高圧蒸気処理を行わない以外は、実施例25と同様にして不織布を得た。
<方法>
実施例21〜25および比較例6〜7で作製した不織布について、実施例1〜20および比較例1〜5と同じ方法で、(1)全光線透過率、(2)黄色度、および(3)リン酸基量およびカルボキシル基量を測定した。
結果を表3に示した。
<リン酸化微細セルロース繊維の作製>
尿素100g、リン酸二水素ナトリウム二水和物55.3g、リン酸水素二ナトリウム41.3gを109gの水に溶解させてリン酸化試薬を調製した。
乾燥した針葉樹晒クラフトパルプ(王子ホールディングス製)の抄上げシートをカッターミル及びピンミルで処理し、綿状の繊維にした。この綿状の繊維を絶乾質量で100g取り、リン酸化試薬をスプレーでまんべんなく吹きかけた後、手で練り合わせ、薬液含浸パルプを得た。
得られた薬液含浸パルプを140℃に加熱したダンパー付きの送風乾燥機にて、80分間加熱処理し、リン酸化パルプを得た。
得られたリン酸化パルプをパルプ質量で100g分取し、10Lのイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返した。次いで、得られた脱水シートを10Lのイオン交換水で希釈し、攪拌しながら、1Nの水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加し、pHが12〜13のパルプスラリーを得た。その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、10Lのイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返し、リン酸変性セルロース繊維を得た。滴定法で求められたリン酸基の導入量は1.1mmol/gであった。
洗浄脱水後に得られたパルプにイオン交換水を添加して、0.5質量%のパルプ懸濁液にした。このパルプ懸濁液を、このスラリーを、解繊処理装置(エムテクニック社製、クレアミックス−2.2S)を用いて、21500回転/分の条件で30分間解繊処理し、微細繊維状セルロース懸濁液(1)を得た。
得られた微細繊維状セルロース懸濁液(1)に体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製:アンバージェット1024)を加え、1時間振とう処理を行った。その後、目開き90μmのメッシュ上に注ぎ、樹脂とスラリーを分離し、微細繊維状セルロース懸濁液(2)を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)を体積比75:25で混合し、微細繊維状セルロース懸濁液(3)を作製した。
微細繊維状セルロース懸濁液(3)にポリエチレングリコール(和光純薬社製:分子量400万)を微細繊維状セルロース100質量部に対し、15質量部になるように添加した。不織布の仕上がり坪量が37.5g/m2になるように懸濁液を計量して、市販のアクリル板に展開し50℃のオーブンにて乾燥した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の板を配置し、得られる不織布が四角形になるようにした。以上の手順により、不織布を得た。得られた不織布の厚さは25μmであった。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)の混合比を50:50とした以外は、実施例26と同様にして不織布を得た。
実施例27により得られた不織布を基材とし、下記の手順で基材両面に樹脂層を積層した。シルセスキオキサン系樹脂(荒川化学工業社製「コンポセランSQ107」)26重量部、硬化剤(荒川化学工業社製「HBSQ201」)14重量部、イソプロピルアルコール60重量部を混合し、塗工液を得た。次いで、基材の片面に塗工液をメイヤーバーにて塗工した。その後、100℃で3分間乾燥した後、UVコンベア装置(アイグラフィックス社製「ECS−4011GX」)を用いて300mJ/cm2の紫外線を照射して、塗工液を硬化し、厚さ5μmの樹脂層を製膜した。さらに、反対側の面にも同様の手順で厚さ5μmの樹脂層を製膜し、基材と樹脂の複合体を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)の混合比を100:0とした以外は、実施例26と同様にして不織布を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(1)と微細繊維状セルロース懸濁液(2)の混合比を0:100とした以外は、実施例26と同様にして不織布を得た。
<カルボキシル化微細セルロース繊維の作製>
乾燥質量200g相当分の未乾燥の針葉樹晒クラフトパルプとTEMPO2.5gと、臭化ナトリウム25gとを水1500mlに分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1.0gのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウムの量が5.4mmolになるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10〜11に保ち、pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なした。
その後、このパルプスラリーを脱水し、脱水シートを得た後、10Lのイオン交換水を注ぎ、攪拌して均一に分散させた後、濾過脱水して、脱水シートを得る工程を2回繰り返した。滴定法で求められたカルボキシル基の導入量は1.0mmol/gであった。
洗浄脱水後に得られたパルプにイオン交換水を添加して、0.5質量%のパルプ懸濁液にした。このパルプ懸濁液を、このスラリーを、解繊処理装置(エムテクニック社製、クレアミックス−2.2S)を用いて、21500回転/分の条件で30分間解繊処理し、繊維状セルロース懸濁液(4)を得た。
得られた微細繊維状セルロース懸濁液(4)に体積で1/10の強酸性イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製:アンバージェット1024)を加え、1時間振とう処理を行った。その後、目開き90μmのメッシュ上に注ぎ、樹脂とスラリーを分離し、微細繊維状セルロース懸濁液(5)を得た。
微細繊維状セルロース懸濁液(4)と微細繊維状セルロース懸濁液(5)を体積比50:50で混合し、微細繊維状セルロース懸濁液(6)を作製した。
微細繊維状セルロース懸濁液(6)にポリエチレングリコール(和光純薬社製:分子量400万)を微細繊維状セルロース100質量部に対し、15質量部になるように添加した。不織布の仕上がり坪量が37.5g/m2になるように懸濁液を計量して、市販のアクリル板に展開し50℃のオーブンにて乾燥した。なお、所定の坪量となるようアクリル板上には堰止用の板を配置し、得られる不織布が四角形になるようにした。以上の手順により、不織布を得た。得られた不織布の厚さは25μmであった。
微細繊維状セルロース懸濁液(4)と微細繊維状セルロース懸濁液(5)の混合比を100:0とした以外は、比較例10と同様にして不織布を得た。
シルセスキオキサン系樹脂(荒川化学工業社製「コンポセランSQ107」)26重量部、硬化剤(荒川化学工業社製「HBSQ201」)14重量部、イソプロピルアルコール60重量部を混合した後、厚みが35μmになるよう混合液を計算して、市販のアクリル板に展開した。その後、100℃で3分間乾燥した後、UVコンベア装置(アイグラフィックス社製「ECS−4011GX」)を用いて300mJ/cm2の紫外線を照射して、硬化を行い、樹脂シートを得た。
<方法>
実施例26、27、および比較例8〜11の不織布について、また、実施例28、および比較例12の複合体シートについて、実施例1〜20および比較例1〜5と同じ方法で、(1)全光線透過率、(2)黄色度、(3)リン酸基量およびカルボキシル基量、(4)ヘーズ、および(5)線熱膨張係数を測定した。
結果を表4〜5に示した。
Claims (19)
- 微細繊維含有シートの製造方法において、少なくとも(a)繊維原料に静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基を導入して、置換基導入繊維を得る工程と(b)工程(a)で得られた置換基導入繊維を機械処理して、置換基導入微細繊維を得る工程と(c)工程(b)で得られた置換基導入微細繊維からシートを調製する工程と(d)工程(c)で得られたシートから導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程を有する微細繊維含有シートの製造方法。
- 工程(d)が、工程(c)で得られたシートを水および/またはアルコールで処理して導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程である、請求項1に記載の製造方法。
- 工程(d)の水および/またはアルコールで処理することが、水および/またはアルコールの蒸気による処理である、請求項2に記載の製造方法。
- 蒸気が、0.1MPa〜30MPaの高圧蒸気である、請求項3に記載の製造方法。
- 工程(d)が、工程(c)で得られたシートを多価アルコールで処理して導入置換基の少なくとも一部を脱離させる工程である、請求項1に記載の製造方法。
- 多価アルコールがOH/C比が0.2以上であるものである、請求項5に記載の製造方法。
- 静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が、リン酸由来の基、カルボン酸由来の基および硫酸由来の基からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
- 繊維原料がセルロースおよび/またはキチン、キトサンを含有する材料である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
- 微細繊維の平均繊維幅が2〜1000nmである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 静電的および/または立体的な官能性を持つ置換基が、リン酸由来の基であり、工程(a)の後であって工程(c)の前に、さらに(e)置換基導入繊維または置換基導入微細繊維の中和度を変更する工程を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の製造方法。
- 工程(e)が、中和度が15〜85%となるように行われる、請求項10に記載の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載された製造方法により製造される、微細繊維含有シート。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の製造方法により製造される微細繊維含有シートからなる基材シート層、および基材シート層の少なくとも一方の側に形成された、無機層および/または有機層を含む、複合シート。
- 基材シート層の厚みが、0.1〜1200μmである、請求項13に記載の複合シート。
- 無機層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化炭化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化炭化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウムおよび酸化窒化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項13または14に記載の複合シート。
- 有機層が、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含む、請求項13〜15のいずれか1項に記載の複合シート。
- 基材シート層の少なくとも一方の側に、無機層、および無機層に積層された有機層が形成された、または有機層、および有機層に積層された無機層が形成された、請求項13〜16のいずれか1項に記載の、複合シート。
- 請求項13〜17のいずれか1項に記載の複合シートを用いた、フレキシブルディスプレイ、太陽電池、照明素子、表示素子、タッチパネル、窓材または構造材。
- 請求項13〜17に記載の複合シート、または請求項18に記載の太陽電池、照明素子、表示素子、タッチパネル、窓材または構造材を用いた、製品。
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