JP2019178291A - 複合体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
項1.
セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有し、
該エポキシ系樹脂層に含まれるエポキシ化合物は、2以上のエポキシ基を有することを特徴とする、複合体。
項2.
前記エポキシ化合物の分子量は1000以上である、項1に記載の複合体。
項3.
前記エポキシ化合物は、芳香環を有する、項1又は2に記載の複合体。
項4.
前記エポキシ化合物は、多環芳香環構造を有する、項1〜3の何れかに記載の複合体。
項5.
前記多環芳香環構造はフルオレン構造である、項4に記載の複合体。
項6.
エポキシ当量が600(g/eq)以下である、項1〜5の何れかに記載の複合体。
項7.
前記セルロースは、直径が3〜1000nmのセルロースナノファイバーである、項1〜6の何れかに記載の複合体。
項8.
前記セルロース100質量部に対して、前記エポキシ化合物を2〜100質量部含む、項1〜7の何れかに記載の複合体。
項9.
有機溶媒中に、項1〜8の何れかに記載の複合体を含む、組成物。
項10.
前記有機溶媒の沸点が110℃以上である、項9に記載の組成物。
項11.
前記有機溶媒は水酸基を有していない、項9又は10に記載の組成物。
項12.
さらに水を含み、組成物中における前記水の含有量は、組成物100質量%中10質量%以下である、項9〜11の何れかに記載の組成物。
項13.
項1〜8の何れかに記載の複合体及び樹脂を含有する、樹脂組成物。
項14.
前記樹脂は、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される1種以上である、項13に記載の樹脂組成物。
項15.
前記樹脂は、バイオマスプラスチック及び微生物産生プラスチックからなる群より選択される1種以上である、項13に記載の樹脂組成物。
項16.
前記樹脂は、ポリ乳酸、ポリアミド4、ポリアミド11、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシブチレート、及びこれらの構造を含有する共重合体からなる群より選択される1種以上である、項13に記載の樹脂組成物。
項17.
セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有する複合体の製造方法であって、
前記セルロースに、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物及び有機溶媒を含有するエポキシ系樹脂層形成用溶液を加える工程1を有することを特徴とする、製造方法。
項18.
前記エポキシ系樹脂層形成用溶液は、さらに、水を含有し、
前記工程1の後に、加熱及び/又は減圧により、前記エポキシ系樹脂層形成用溶液中の水を除去する工程2を有する、項17に記載の製造方法。
本発明の複合体は、セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有し、該エポキシ系樹脂層に含まれるエポキシ化合物は、2以上のエポキシ基を有することを特徴とする。
セルロースは、公知のものを広く採用することが可能であり、特に限定はない。また、植物由来のセルロース、動物由来のセルロース、及びバクテリア由来のセルロースの何れでも、好適に使用することができる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併せて使用してもよい。
エポキシ系樹脂層は、セルロースに疎水性を付与するという目的で、セルロース表面の一部又は全体を被覆して設けられる。
本発明の組成物は、有機溶媒中に、本発明の複合体を含んで構成されることが好ましい。
有機溶媒としては、公知の有機溶媒を広く採用することが可能であるが、後述する樹脂組成物を得る際に、セルロースの凝集を防ぎつつ水を除くことを可能とするために、沸点が110℃以上の有機溶媒を採用することが好ましい。一方、かかる有機溶媒を容易に除くことを可能とするという観点から、沸点が250℃以下の有機溶媒を使用することが好ましい。
組成物は、セルロースの凝集を防止するために、有機溶媒に加えて、さらに水を含んでもよい。水の含有量は、組成物100質量%中に0.1〜10質量%であることが好ましい。
本発明の複合体及び樹脂を含んだ樹脂組成物とすることも、好ましい。かかる樹脂組成物は、複合体を含まない樹脂組成物に比べて、硬化後の強度及び弾性率に優れる。
使用する樹脂としては、エポキシ樹脂との反応性を有するという理由から、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される1種以上を使用することが好ましい。また、環境性の観点でバイオマス比率を上げる方が好ましいという理由から、バイオマスプラスチック及び微生物産生プラスチックからなる群より選択される1種以上を使用することが好ましい。
熱可塑性エラストマーとしては、ポリエチレン構造、ポリプロピレン構造、ブタジエン構造、ポリエチレンテレフタレート構造、ポリアミド6構造、ポリアミド66構造、ポリアミド11構造、ポリアミド12構造を有するものが好ましく、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−ブチレン−ブタジエン−スチレン共重合体のようにオレフィン構造もしくはジエン構造を有しながら、別の系統であるスチレン構造を含んでもよい。
本発明の、複合体の製造方法は、セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有する複合体の製造方法であって、前記セルロースに、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物及び有機溶媒を含有するエポキシ系樹脂層形成用溶液を加える工程1を有することを特徴とする。
微細化された直径50nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(ダイセルファインケム製セリッシュKY-110N,固形分15重量%の水湿潤体200g)に、メタクリル酸メチル-メタクリル酸グリシジル(50/50)共重合体(分子量20万〜25万,エポキシ基500以上)15g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物50質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧して湿潤した150gの複合体を得た。その後、複合体150gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)255gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
微細化された直径50nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースファイバー30g(ダイセルファインケム製セリッシュKY-110N,固形分15重量%の水湿潤体200g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gとビスフェノールAエポキシ15g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物50質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧乾燥して45gの複合体を得た。その後、複合体45gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)255gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
微細化された直径50nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースファイバー30g(ダイセルファインケム製セリッシュKY-110N,固形分15重量%の水湿潤体200g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gとビスフェノールフルオレン系エポキシ(オグソールPG−100,エポキシ当量260)15g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物50質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧乾燥して45gの複合体を得た。その後、複合体45gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)255gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20重量%の水湿潤体150g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gとビスフェノールフルオレン系エポキシ(オグソールPG−100,エポキシ当量260)15g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物50質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧乾燥して45gの複合体を得た。その後、複合体45gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)255gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20重量%の水湿潤体150g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gと9,9−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)フルオレン(BPFG)15g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物50質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧して湿潤した150gの複合体を得た。その後、複合体150gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)255gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20重量%の水湿潤体150g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gと9,9−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)フルオレン(BPFG)7.5g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物25質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧乾燥して37.5gの複合体を得た。その後、複合体37.5gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)262.5gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20重量%の水湿潤体150g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gと9,9−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)フルオレン(BPFG)7.5g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物25質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧して溶媒で湿潤した150gの複合体を得た。その後、複合体150gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)262.5gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20重量%の水湿潤体150g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gと9,9−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)フルオレン(BPFG)3g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物10質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧して溶媒で湿潤した120gの複合体を得た。その後、複合体120gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)267gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
ポリ乳酸(ユニチカ製TE-2000)200gを二軸押出機を用いて溶融混練したものを80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機を用いてダンベル試験片に成形した。
微細化された直径50nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(ダイセルファインケム製セリッシュKY-110N,固形分15重量%の水湿潤体200g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gを加え、撹拌した後、80℃で減圧して溶媒に湿潤した湿潤体150gを得た(当該湿潤体には、エポキシ系樹脂層が形成されてない)。そのセルロースナノファイバー30gを含む湿潤体とポリ乳酸(ユニチカ製TE-2000)270gを190℃で混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後,射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
微細化された直径50nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(ダイセルファインケム製セリッシュKY-110N、固形分15重量%の水湿潤体200g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gと、非エポキシ系フルオレン化合物である9,9−ビスフェノキシエタノールフルオレン(BPEF)15gを加え、撹拌した後、80℃で減圧乾燥して45gの複合体を得た。得られた複合体45gとポリ乳酸(ユニチカ製TE-2000)255gを190℃で混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後,射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
微細化された直径50nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(ダイセルファインケム製セリッシュKY-110N、固形分15重量%の水湿潤体200g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gと非エポキシ系フルオレン化合物である9,9−ビスフェノキシエタノールフルオレン(BPEF)15gを加え、撹拌した後、80℃で減圧して溶媒で湿潤した150gの複合体を得た。得られた複合体180gとポリ乳酸(ユニチカ製TE-2000)255gを190℃で溶媒を除去しながら混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後,射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
セルロースパウダー(KCフロックW-50S:日本製紙ケミカルズ製)150gとポリ乳酸1350gを混練して、1300gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
セルロースパウダー(KCフロックW-50S:日本製紙ケミカルズ製)150gにポリグリセリン-ポリプロピレングリコールエーテル(非反応性添加剤)75g、エタノール600gを加え、撹拌した後、80℃で減圧乾燥して225gの複合体を得た。得られた複合体とポリ乳酸1275gを混練し、約1300gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後,射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
実施例1〜8及び比較例1〜6の試験片に対し、万能材料試験機(Instron 5567)を用いて雰囲気温度23℃、引張速度10 mm/min n=5で引張試験を行い、引張強度及び引張弾性率を算出した。得られた結果を、下記表1に示す。
Claims (18)
- セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有し、
該エポキシ系樹脂層に含まれるエポキシ化合物は、2以上のエポキシ基を有することを特徴とする、複合体。 - 前記エポキシ化合物の分子量は1000以上である、請求項1に記載の複合体。
- 前記エポキシ化合物は、芳香環を有する、請求項1又は2に記載の複合体。
- 前記エポキシ化合物は、多環芳香環構造を有する、請求項1〜3の何れか1項に記載の複合体。
- 前記多環芳香環構造はフルオレン構造である、請求項4に記載の複合体。
- エポキシ当量が600(g/eq)以下である、請求項1〜5の何れか1項に記載の複合体。
- 前記セルロースは、直径が3〜1000nmのセルロースナノファイバーである、請求項1〜6の何れか1項に記載の複合体。
- 前記セルロース100質量部に対して、前記エポキシ化合物を2〜100質量部含む、請求項1〜7の何れか1項に記載の複合体。
- 有機溶媒中に、請求項1〜8の何れか1項に記載の複合体を含む、組成物。
- 前記有機溶媒の沸点が110℃以上である、請求項9に記載の組成物。
- 前記有機溶媒は水酸基を有していない、請求項9又は10に記載の組成物。
- さらに水を含み、組成物中における前記水の含有量は、組成物100質量%中10質量%以下である、請求項9〜11の何れか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載の複合体及び樹脂を含有する、樹脂組成物。
- 前記樹脂は、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される1種以上である、請求項13に記載の樹脂組成物。
- 前記樹脂は、バイオマスプラスチック及び微生物産生プラスチックからなる群より選択される1種以上である、請求項13に記載の樹脂組成物。
- 前記樹脂は、ポリ乳酸、ポリアミド4、ポリアミド11、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシブチレート、及びこれらの構造を含有する共重合体からなる群より選択される1種以上である、請求項13に記載の樹脂組成物。
- セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有する複合体の製造方法であって、
前記セルロースに、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物及び有機溶媒を含有するエポキシ系樹脂層形成用溶液を加える工程1を有することを特徴とする、製造方法。 - 前記エポキシ系樹脂層形成用溶液は、さらに、水を含有し、
前記工程1の後に、加熱及び/又は減圧により、前記エポキシ系樹脂層形成用溶液中の水を除去する工程2を有する、請求項17に記載の製造方法。
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