JP2020045374A - Method for producing resin composition - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a composition which is excellent in production efficiency and contains a fine cellulose fiber excellent in rigidity and heat resistance and a biodegradable resin.SOLUTION: In a method for producing a resin composition that melt-kneads a fine cellulose fiber and a biodegradable resin, the fine cellulose fiber has an average fiber width of 2-15,000 nm and an average fiber length of 0.1-2.0 mm, the fine cellulose fiber is powdery object, the powdery object contains moisture, a ratio of the moisture of the powdery object is 10-90 mass%, and melt-kneading is performed on such temperature and pressure conditions that water contained in the powdery object of the fiber cellulose fiber is in a subcritical state.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、樹脂組成物の製造方法に関するものであり、更に詳しくは、微細セルロース繊維と生分解性樹脂を含む樹脂組成物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a resin composition, and more particularly, to a method for producing a resin composition containing fine cellulose fibers and a biodegradable resin.

従来、熱可塑性樹脂からなる成形品の機械的物性を向上させる目的で、当該熱可塑性樹脂にセルロース繊維を混練した樹脂組成物を成形材料とすることが行われている。例えば、特許文献1には、セルロース繊維の高い親水性を利用して、水にセルロース繊維を分散させた状態で、加熱溶融した熱可塑性樹脂に混練する方法が開示されている。また、特許文献2には、セルロース繊維を直接に溶融した第1の熱可塑性樹脂に溶融混練した後、ペレット化し、第2の熱可塑性樹脂のペレットとドライブレンドして、再度溶融混練するという、少なくとも二段階の溶融混練工程を経る方法が開示されている。   BACKGROUND ART Conventionally, for the purpose of improving the mechanical properties of a molded article made of a thermoplastic resin, a resin composition obtained by kneading cellulose resin with the thermoplastic resin has been used as a molding material. For example, Patent Literature 1 discloses a method in which cellulose fibers are dispersed in water and kneaded with a heated and melted thermoplastic resin by utilizing the high hydrophilicity of the cellulose fibers. Patent Document 2 discloses that after melt-kneading a first thermoplastic resin in which cellulose fibers are directly melted, pelletizing, dry-blending with pellets of a second thermoplastic resin, and melt-kneading again. A method involving at least a two-stage melt-kneading process is disclosed.

一方で、プラスチックスの分野では環境に対する影響の面から生分解性樹脂や海水分解性樹脂が近年注目されている。しかしながら生分解性樹脂等は強度特性や耐熱性が低かったり、成形サイクルタイムが長いといった欠点がある。   On the other hand, in the field of plastics, biodegradable resins and seawater-decomposable resins have attracted attention in recent years from the viewpoint of environmental impact. However, biodegradable resins and the like have disadvantages such as low strength characteristics and heat resistance, and a long molding cycle time.

上記、生分解性樹脂の欠点を補うためセルロース系材料と生分解性樹脂を複合化した技術がある。特許文献3には、ポリ乳酸樹脂、植物繊維、粉末セルロースを含むポリ乳酸樹脂組成物が開示されている。特許文献4には生分解性樹脂、及び結晶化度が50%未満であるセルロースを含有する生分解性樹脂組成物が開示されている。特許文献5には、ポリ乳酸樹脂及び結晶化度が50%未満のセルロースを含む組成物用を特定の溶融混練装置を用いた製造方法が開示されている。特許文献6にはポリ乳酸75重量%以上を含み、0.05〜10重量%のセルロースナノ繊維を含む組成物が開示されている。特許文献7には、水分の割合は10〜60質量%であり、水が亜臨界状態となる温度及び圧力条件下で、溶融混練を行う、微細セルロース繊維含有樹脂組成物の製造方法が開示されている。特許文献8には、特定のセルロース繊維含有シートを粉砕したものと樹脂を含んだ組成物が開示されている。
しかし、いずれの技術においても生産性が高く、剛性や耐熱性が十分なセルロース含有の生分解性樹脂組成物は得られていない。
There is a technique in which a cellulosic material and a biodegradable resin are combined to compensate for the above-mentioned drawbacks of the biodegradable resin. Patent Literature 3 discloses a polylactic acid resin composition containing a polylactic acid resin, vegetable fiber, and powdered cellulose. Patent Document 4 discloses a biodegradable resin composition containing a biodegradable resin and cellulose having a crystallinity of less than 50%. Patent Document 5 discloses a method for producing a composition containing a polylactic acid resin and a cellulose having a crystallinity of less than 50% using a specific melt-kneading apparatus. Patent Document 6 discloses a composition containing 75% by weight or more of polylactic acid and 0.05 to 10% by weight of cellulose nanofibers. Patent Document 7 discloses a method for producing a fine cellulose fiber-containing resin composition, in which the proportion of water is 10 to 60% by mass and melt-kneading is performed under temperature and pressure conditions at which water is in a subcritical state. ing. Patent Document 8 discloses a composition containing a resin obtained by pulverizing a specific cellulose fiber-containing sheet and a resin.
However, none of these technologies has produced a cellulose-containing biodegradable resin composition having high productivity and sufficient rigidity and heat resistance.

特許第5211571号公報Japanese Patent No. 5211571 特許第5169188号公報Japanese Patent No. 5169188 特開2007−138106号公報JP 2007-138106 A 特開2011−006712号公報JP 2011-006712 A 特開2011−152787号公報JP 2011-152787 A 再公表2007/136086Republished 2007/136086 特開2017−128717号公報JP 2017-128717 A 特開2018−131700号公報JP 2018-131700 A

ポリ乳酸等の生分解性樹脂の分野においては、生分解性を損なうことなく剛性や耐熱性に優れた樹脂複合体の開発が求められている。   In the field of biodegradable resins such as polylactic acid, there has been a demand for development of resin composites having excellent rigidity and heat resistance without impairing biodegradability.

そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、複合化を行う際の生産効率に優れ、剛性や耐熱性に優れた微細セルロース繊維と生分解性樹脂を含有する組成物の製造方法を提供することを目的として検討を進めた。   In order to solve the problems of the related art, the present inventors have developed a composition containing fine cellulose fiber and biodegradable resin having excellent production efficiency when performing compounding and having excellent rigidity and heat resistance. The study was conducted for the purpose of providing a method of manufacturing a product.

上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、特定の微細セルロース繊維を含むシートを粉砕した粉末状物と生分解性樹脂を水分を含んだ状態で、かつ、亜臨界状態となる温度および圧力で溶融混練することで、生産効率に優れ、かつ剛性や耐熱性に優れた樹脂複合体を成形し得る樹脂組成物が得られることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors, in the state of containing a powdery material and biodegradable resin obtained by pulverizing a sheet containing a specific fine cellulose fiber, and, It has been found that, by melt-kneading at a temperature and a pressure in a subcritical state, a resin composition capable of molding a resin composite having excellent production efficiency and excellent rigidity and heat resistance can be obtained.
Specifically, the present invention has the following configuration.

[1] 微細セルロース繊維と、生分解性樹脂と、を溶融混練する樹脂組成物の製造方法において、前記微細セルロース繊維は、平均繊維幅2〜15000nm、且つ、平均繊維長0.1〜2.0mmであり、前記微細セルロース繊維は粉末状物であり、その粉末状物は水分を含み、粉末状物の水分の割合が10〜90質量%であり、前記溶融混練は、前記微細セルロース繊維の粉末状物が含む水が亜臨界状態となる温度及び圧力条件下で溶融混練を行う、ことを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
[2] 前記微細セルロース繊維の粉末状物は、セルロースのシート状物を細片化したものである、[1]に記載の樹脂組成物の製造方法。
[3] 前記微細セルロース繊維の粉末状物は、フィブリル化したセルロース繊維のシート状物を細片化したものである、[1]または[2]に記載の樹脂組成物の製造方法。
[4] 前記生分解性樹脂は予めペレット化されたものである、[1]〜[3]の何れか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
[5] 前記生分解性樹脂がポリ乳酸である[1]〜[4]の何れか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。
[6] セルロース繊維を含むパルプを微細化する微細化工程と、
前記微細化処理したセルロース繊維をシート状にするシート化工程と、
前記シート状の微細セルロース繊維を粉末状にする粉末状化工程と、
前記微細セルロース繊維の粉末状物の水分を、必要に応じて調節する水分調整工程と、
前記微細セルロース繊維の粉末状物と、樹脂を、亜臨界状態で溶融混練工程と
を有する樹脂組成物の製造方法。
[1] In the method for producing a resin composition by melt-kneading a fine cellulose fiber and a biodegradable resin, the fine cellulose fiber has an average fiber width of 2 to 15000 nm and an average fiber length of 0.1 to 2. 0 mm, the fine cellulose fiber is a powdery material, the powdery material contains water, the water content of the powdery material is 10 to 90% by mass, and the melt-kneading is performed using the fine cellulose fiber. A method for producing a resin composition, comprising: performing melt-kneading under conditions of temperature and pressure at which water contained in a powdery substance is in a subcritical state.
[2] The method for producing a resin composition according to [1], wherein the powdery material of fine cellulose fibers is obtained by shredding a sheet-like material of cellulose.
[3] The method for producing a resin composition according to [1] or [2], wherein the powdery material of the fine cellulose fibers is obtained by slicing a sheet of fibrillated cellulose fibers.
[4] The method for producing a resin composition according to any one of [1] to [3], wherein the biodegradable resin is pelletized in advance.
[5] The method for producing a resin composition according to any one of [1] to [4], wherein the biodegradable resin is polylactic acid.
[6] a pulverizing step of pulverizing pulp containing cellulose fibers;
A sheet forming step of forming the cellulose fibers subjected to the micronization treatment into a sheet,
Powdering step of powdering the sheet-like fine cellulose fibers,
The water content of the fine cellulosic fiber powder, water adjustment step of adjusting if necessary,
A method for producing a resin composition, comprising: a step of melt-kneading a powder of the fine cellulose fiber and a resin in a subcritical state.

本発明の製造方法によれば、樹脂中の微細セルロース繊維の分散性を極めて高くすることができ、優れた剛性と耐熱性を有する機械部品等の成形体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method of this invention, the dispersibility of the fine cellulose fiber in resin can be made very high, and the molded object of machine parts etc. which have excellent rigidity and heat resistance can be provided.

以下に、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the components described below may be made based on representative embodiments or specific examples, but the present invention is not limited to such embodiments. In this specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit and an upper limit.

<微細セルロース繊維>
(微細セルロース繊維の物性)
溶融混練に用いる微細セルロース繊維は、平均繊維幅2〜15000nm、且つ、平均繊維長0.1〜2.0mmの微細セルロース繊維であり、微細セルロース繊維は粉末状物であり、その粉末状物は水分を含み、粉末状物の水分の割合が10〜90質量%である。
<Fine cellulose fiber>
(Physical properties of fine cellulose fibers)
The fine cellulose fiber used for melt kneading is a fine cellulose fiber having an average fiber width of 2 to 15,000 nm and an average fiber length of 0.1 to 2.0 mm, and the fine cellulose fiber is a powder. It contains water, and the proportion of water in the powder is 10 to 90% by mass.

微細セルロース繊維は、後述の方法により測定された平均繊維幅が2〜15000nmである微細なセルロース繊維である。微細セルロース繊維は、I型(平行鎖)の結晶構造のセルロース分子の集合体であることが好ましい。微細セルロース繊維の平均繊維幅は、4〜12000nmが好ましく、20〜10000nmがより好ましく、50〜8000nmがさらに好ましい。 平均繊維幅が2nm以上であれば、セルロース分子として水に溶解することを抑制できるため、微細繊維としての物性(強度や剛性、寸法安定性)を容易に発現できる。特に平均繊維幅が10000nm以下とすると、通常の製紙用のパルプに含まれる繊維の繊維幅よりも顕著に幅が狭くなり、通常の製紙用パルプとは異なる特性を発揮する。微細セルロース繊維の平均繊維幅が上記範囲内にある場合、全ての微細セルロース繊維が上記繊維幅の範囲内にある必要はなく、一部の微細セルロース繊維は繊維幅が上限を超えてもよいし、下限未満であってもよい。すなわち、太い繊維や細い繊維が混在してもよい。   The fine cellulose fiber is a fine cellulose fiber having an average fiber width of 2 to 15000 nm measured by the method described below. The fine cellulose fiber is preferably an aggregate of cellulose molecules having a type I (parallel chain) crystal structure. The average fiber width of the fine cellulose fibers is preferably 4 to 12000 nm, more preferably 20 to 10000 nm, and further preferably 50 to 8000 nm. When the average fiber width is 2 nm or more, the dissolution in water as cellulose molecules can be suppressed, so that physical properties (strength, rigidity, and dimensional stability) as fine fibers can be easily exhibited. In particular, when the average fiber width is 10,000 nm or less, the width becomes significantly narrower than the fiber width of the fibers contained in the ordinary papermaking pulp, and exhibits characteristics different from ordinary papermaking pulp. When the average fiber width of the fine cellulose fibers is within the above range, not all the fine cellulose fibers need to be within the range of the fiber width, and some of the fine cellulose fibers may have a fiber width exceeding the upper limit. , May be less than the lower limit. That is, thick fibers and thin fibers may be mixed.

平均繊維幅の測定は以下の方法で行う。固形分濃度0.05〜0.1質量%の微細セルロース繊維の水系懸濁液を調製し、前記懸濁液を親水化処理したカーボン膜被覆グリッド上にキャストして電子顕微鏡観察用試料とする。構成する微細セルロース繊維の幅に応じた倍率で電子顕微鏡画像による観察を行う。ここで「幅」とは、微細セルロース繊維の端から端までの距離であって短い方の距離を意味する。ただし、試料、観察条件や倍率は下記の条件(1)、(2)を満たすように調整する。
(1)観察画像内の任意箇所に一本の直線Xを引き、前記直線Xに対し、20本以上の微細セルロース繊維が交差する。
(2)同じ画像内で前記直線と垂直に交差する直線Yを引き、前記直線Yに対し、20本以上の微細セルロース繊維が交差する。
上記条件を満足する観察画像に対し、直線X、直線Yと交錯する微細セルロース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、異なる観察画像を3枚以上観察し、各々の画像に対して、直線X、直線Yと交錯する微細セルロース繊維の幅を読み取る。このようにして少なくとも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。
The average fiber width is measured by the following method. An aqueous suspension of fine cellulose fibers having a solid content of 0.05 to 0.1% by mass is prepared, and the suspension is cast on a carbon membrane-coated grid subjected to hydrophilization to prepare a sample for electron microscope observation. . Observation with an electron microscope image is performed at a magnification according to the width of the fine cellulose fibers constituting the fibers. Here, the “width” is a shorter distance between ends of the fine cellulose fiber. However, the sample, observation conditions and magnification are adjusted so as to satisfy the following conditions (1) and (2).
(1) One straight line X is drawn at an arbitrary position in the observation image, and 20 or more fine cellulose fibers intersect the straight line X.
(2) In the same image, a straight line Y perpendicular to the straight line is drawn, and 20 or more fine cellulose fibers intersect the straight line Y.
The width of the fine cellulose fibers intersecting with the straight line X and the straight line Y is visually read from the observation image satisfying the above conditions. Thus, at least three sets of images of the non-overlapping surface portion and three or more different observation images are observed, and the width of the fine cellulose fiber intersecting with the straight lines X and Y is read for each image. In this way, a fiber width of at least 20 × 2 × 3 = 120 fibers is read. The fiber width in the present invention is an average value of the fiber widths thus read.

微細セルロース繊維の、後述の方法により測定される平均繊維長は0.1mm〜2.0mmである。平均繊維長は0.1mm〜1.0mmが好ましく、0.3mm〜0.6mmがより好ましい。微細セルロース繊維の平均繊維長が前記下限値以上であれば、繊維による補強効果により微細セルロース繊維含有樹脂組成物の強度をより向上させやすくなる。前記上限値以下であれば、後段の溶融混練工程において、微細セルロース繊維の分散性が良好となる。さらに微細セルロース繊維含有樹脂組成物の強度をより向上させることができる。   The average fiber length of the fine cellulose fibers measured by the method described below is 0.1 mm to 2.0 mm. The average fiber length is preferably from 0.1 mm to 1.0 mm, more preferably from 0.3 mm to 0.6 mm. When the average fiber length of the fine cellulose fibers is equal to or more than the lower limit, the strength of the fine cellulose fiber-containing resin composition is more easily improved by the reinforcing effect of the fibers. When the content is equal to or less than the upper limit, the dispersibility of the fine cellulose fiber becomes good in the subsequent melt-kneading step. Further, the strength of the fine cellulose fiber-containing resin composition can be further improved.

平均繊維長の測定は、長さ加重平均繊維長の測定により求められる。例えば、カヤーニオートメーション社のカヤーニ繊維長測定器(FS−200形)を用いて測定することができる。なお、平均繊維長の測定は上記の装置に限られず、同等品を使用して測定することもできる。少なくとも120本の微細セルロース繊維の繊維長を測定し、その平均値を平均繊維長とする。   The measurement of the average fiber length is obtained by measuring the length-weighted average fiber length. For example, it can be measured using a Kayani fiber length measuring instrument (model FS-200) manufactured by Kayani Automation. In addition, the measurement of the average fiber length is not limited to the above-described device, and can be measured using an equivalent product. The fiber length of at least 120 fine cellulose fibers is measured, and the average value is defined as the average fiber length.

微細セルロース繊維の軸比(長軸/短軸)は20〜10000の範囲であることが好ましい。軸比が20以上であると、成形物を形成し易くなり、軸比が10000以下であると、繊維スラリーの粘度が過度に高くなることを防止できる。また、軸比が20〜10000の範囲であると、後述する混合分散液を抄紙する工程において、濾水性を高く維持することができる。本実施形態における軸比は、カヤーニオートメーション社のカヤーニ繊維長測定器(FS−200形)を用いて求めた平均繊維長測定値と、電子顕微鏡観察により求めた平均繊維幅とにより求めた値である。ここで「長軸」とは、平均繊維長を意味し、「短軸」とは、平均繊維幅を意味する。   The axis ratio (major axis / minor axis) of the fine cellulose fibers is preferably in the range of 20 to 10,000. When the axial ratio is 20 or more, it is easy to form a molded product, and when the axial ratio is 10000 or less, it is possible to prevent the viscosity of the fiber slurry from becoming excessively high. When the axial ratio is in the range of 20 to 10000, high drainage can be maintained in the step of making a mixed dispersion described below. The axial ratio in the present embodiment is a value obtained from an average fiber length measurement value obtained by using a Kajaani fiber length measuring device (model FS-200) manufactured by Kayani Automation and an average fiber width obtained by observation with an electron microscope. is there. Here, “long axis” means the average fiber length, and “short axis” means the average fiber width.

(微細化工程)
セルロース繊維を微細化する方法としては、公知の粉砕機や製紙用叩解機を使用した方法を挙げることができる。例えば、湿式粉砕または乾式粉砕によってセルロース繊維を微細化し、セルロース繊維同士を解離する方法が挙げられる。詳細な微細化処理については、例えば、国際公開第2013/137449号の段落0032〜0035に記載されており、当該記載を参照して行うことができる。本発明においては製紙用叩解機、特にリファーナーやビーターが好ましく、水でセルロースを希釈、膨潤させて叩解することが特に好ましい。
(Miniaturization process)
Examples of a method for refining the cellulose fibers include a method using a known pulverizer or a paper-making beating machine. For example, a method of pulverizing cellulose fibers by wet pulverization or dry pulverization and dissociating the cellulose fibers from each other can be used. The detailed miniaturization treatment is described in, for example, paragraphs 0032 to 0035 of WO2013 / 137449, and can be performed with reference to the description. In the present invention, a paper refining machine, particularly a refurbner or a beater, is preferred, and it is particularly preferred to dilute and swell cellulose with water and beat it.

微細化は、下記測定方法(a)で測定した際のフリーネスで100〜500mlとなるようにセルロース繊維を叩解することが好ましい。
測定方法(a)は、「0.3g法」や「変則フリーネス測定方法」とも呼ばれる方法で、水分散体中に含まれる微細セルロース繊維の含有量を絶乾質量で0.3gとなるように調整し、カナダ標準ろ水度試験機に装着するふるい板としてステンレスワイヤー製の80メッシュのふるい板を用いる以外は、JIS P 8121−2(2012)に準拠して水分散体のフリーネスを測定する。
It is preferable to beat the cellulose fiber so that the freeness is 100 to 500 ml as measured by the following measurement method (a).
The measurement method (a) is a method called “0.3 g method” or “irregular freeness measurement method” so that the content of the fine cellulose fibers contained in the aqueous dispersion is 0.3 g in absolute dry mass. The freeness of the water dispersion is measured in accordance with JIS P 8121-2 (2012) except that the adjustment is made and an 80 mesh sieve made of stainless steel wire is used as the sieve attached to the Canadian Standard Freeness Tester. .

測定方法(a)で測定した際の水分散体のフリーネスは、100〜500mlであればよく、150〜450mlであることが好ましく、200〜400mlであることがより好ましい。測定方法(a)で測定した際の水分散体のフリーネスを上記範囲内とすることにより、樹脂成分と均一に混合することが容易となる。さらに、測定方法(a)で測定した際の水分散体のフリーネスを上記範囲内とすることにより、樹脂複合体(成形体)とした際の剛性や耐熱性を高め、樹脂複合体(成形体)の外観を良好なものとすることができる。   The freeness of the aqueous dispersion measured by the measurement method (a) may be 100 to 500 ml, preferably 150 to 450 ml, and more preferably 200 to 400 ml. By setting the freeness of the aqueous dispersion as measured by the measurement method (a) within the above range, it becomes easy to uniformly mix the resin component with the resin component. Furthermore, by setting the freeness of the aqueous dispersion as measured by the measurement method (a) to be within the above range, the rigidity and heat resistance of the resin composite (molded product) are increased, and the resin composite (molded product) is improved. ) Can have a good appearance.

セルロース繊維の微細化処理の前または後で、TEMPO(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルラジカル)酸化処理、リンのオキソ酸処理などの化学変性処理、オゾン処理、クラフト処理、スルファイト処理、漂白処理、酵素処理を施してもよい。   Before or after the cellulose fiber refining treatment, chemical modification treatment such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical) oxidation treatment, phosphorus oxoacid treatment, ozone treatment, kraft treatment , Sulfite treatment, bleaching treatment, and enzyme treatment.

微細セルロース繊維を得るためのセルロース繊維原料としては、パルプ(セルロース繊維含有材料)を用いることが好ましい。パルプとしては、木材パルプ、非木材パルプ、脱墨パルプを挙げることができる。木材パルプとしては例えば、広葉樹クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹クラフトパルプ(NBKP)、サルファイトパルプ(SP)、溶解パルプ(DP)、ソーダパルプ(AP)、未晒しクラフトパルプ(UKP)、酸素漂白クラフトパルプ(OKP)等の化学パルプ等が挙げられる。また、セミケミカルパルプ(SCP)、ケミグラウンドウッドパルプ(CGP)等の半化学パルプ、砕木パルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP、BCTMP)等の機械パルプが挙げられる。非木材パルプとしてはコットンリンターやコットンリント等の綿系パルプ、麻、麦わら、バガス等の非木材系パルプ、ホヤや海草等から単離されるセルロース、キチン、キトサン等が挙げられる。脱墨パルプとしては古紙を原料とする脱墨パルプが挙げられる。
中でも、セルロース繊維原料はバージンパルプであることが好ましい。ここで、バージンパルプとは、製紙された履歴を有しないパルプを意味する。
As a cellulose fiber raw material for obtaining fine cellulose fibers, it is preferable to use pulp (cellulose fiber-containing material). Pulp includes wood pulp, non-wood pulp, and deinked pulp. Examples of the wood pulp include hardwood kraft pulp (LBKP), softwood kraft pulp (NBKP), sulfite pulp (SP), dissolved pulp (DP), soda pulp (AP), unbleached kraft pulp (UKP), and oxygen bleached kraft. Chemical pulp such as pulp (OKP) is exemplified. Also, semi-chemical pulp such as semi-chemical pulp (SCP) and chemical ground wood pulp (CGP), and mechanical pulp such as groundwood pulp (GP) and thermomechanical pulp (TMP, BCTMP). Examples of the non-wood pulp include cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as hemp, straw and bagasse, cellulose isolated from sea squirt and seaweed, and the like. Examples of the deinked pulp include deinked pulp made from waste paper.
Among them, the cellulose fiber raw material is preferably virgin pulp. Here, the virgin pulp means pulp having no history of papermaking.

(シート化工程)
上記微細セルロース繊維は、一旦シート状に加工され、微細セルロース繊維含有シートとすることが好ましい。シート状にする方法については特に限定するものではないが、例えば微細セルロース繊維を含有するスラリーを用い、通常の抄紙方法で抄紙する。この場合、スラリーの固形分濃度は0.1〜10.0質量%であることが好ましく、0.5〜5.0質量%であることがより好ましい。微細セルロース繊維含有のスラリーの固形分濃度が前記下限値以上であれば、後述する粉末状化する工程において微細セルロース繊維を充分に含む粉末状物を容易に製造できる。前記上限値以下であれば、微細セルロース繊維を含有するスラリーが凝集塊を形成することを防止できる。微細セルロース繊維のスラリーには、必要に応じて、サイズ剤や紙力増強剤などの公知の製紙用薬品が含まれてもよい。
(Sheet forming process)
It is preferable that the above-mentioned fine cellulose fiber is once processed into a sheet shape to obtain a fine cellulose fiber-containing sheet. The method of forming the sheet is not particularly limited, but for example, a paper containing a fine cellulose fiber is used and the paper is formed by an ordinary paper making method. In this case, the solid content concentration of the slurry is preferably 0.1 to 10.0% by mass, more preferably 0.5 to 5.0% by mass. If the solid content concentration of the slurry containing fine cellulose fibers is equal to or more than the above lower limit, a powdery material sufficiently containing fine cellulose fibers can be easily produced in the powdering step described later. When the content is equal to or less than the upper limit, it is possible to prevent the slurry containing the fine cellulose fibers from forming an aggregate. The slurry of the fine cellulose fibers may contain a known papermaking chemical such as a sizing agent or a paper strength agent, if necessary.

微細セルロース繊維含有シートの水分含有率は、10〜90質量%であればよく、12〜80質量%であることが好ましく、15〜70質量%であることがより好ましい。微細セルロース繊維含有シートの水分含有率を10質量%以上とすることにより、セルロース繊維間に強固な水素結合が形成されることを抑制することができ、結果として樹脂との混合を容易にすることができる。また、微細セルロース繊維含有シートの水分含有率を90質量%以下とすることにより、抄紙時にシートが破断することを抑制でき、また、樹脂成分との混合を容易にすることができる。また、水分が過剰であると、樹脂との混練時の生産性が低下する傾向にある。   The moisture content of the fine cellulose fiber-containing sheet may be 10 to 90% by mass, preferably 12 to 80% by mass, and more preferably 15 to 70% by mass. By setting the moisture content of the fine cellulose fiber-containing sheet to 10% by mass or more, formation of strong hydrogen bonds between the cellulose fibers can be suppressed, and as a result, mixing with the resin is facilitated. Can be. Further, by setting the moisture content of the fine cellulose fiber-containing sheet to 90% by mass or less, it is possible to prevent the sheet from being broken during papermaking, and to facilitate mixing with the resin component. If the water content is excessive, the productivity at the time of kneading with the resin tends to decrease.

微細セルロース繊維含有シートの水分含有率は、所定の大きさに裁断した微細セルロース繊維含有シートの乾燥前後の重量を測定することで算出できる。具体的には、裁断後の微細セルロース繊維含有シートの乾燥前の重量を測定し、その後、裁断後の微細セルロース繊維含有シートを110℃で3時間乾燥し、乾燥後の重量を測定する。水分含有率は以下の式により算出される。
水分含有率(%)=(乾燥前重量−乾燥後重量)/乾燥前重量×100
The moisture content of the fine cellulose fiber-containing sheet can be calculated by measuring the weight of the fine cellulose fiber-containing sheet cut into a predetermined size before and after drying. Specifically, the weight of the cut fine cellulose fiber-containing sheet before drying is measured, and then the cut fine cellulose fiber-containing sheet is dried at 110 ° C. for 3 hours, and the weight after drying is measured. The water content is calculated by the following equation.
Water content (%) = (weight before drying−weight after drying) / weight before drying × 100

微細セルロース繊維含有シートの密度は、0.55〜1.05g/cmであることが好ましく、0.65〜1.00g/cmであることがより好ましく、0.70〜0.95g/cmであることが更に好ましい。微細セルロース繊維含有シートの密度を上記範囲内とすることにより、粉砕を容易に行うことができ、かつ樹脂成分との均一混合を容易に行うことができる。また、微細セルロース繊維含有シートの密度を上記範囲内とすることにより、ロール状体の巻取りとする際にシートが破断することを抑制することもできる。 The density of fine cellulose fiber-containing sheet is preferably 0.55~1.05g / cm 3, more preferably 0.65~1.00g / cm 3, 0.70~0.95g / cm 3 is more preferable. By setting the density of the fine cellulose fiber-containing sheet within the above range, pulverization can be easily performed, and uniform mixing with the resin component can be easily performed. In addition, by setting the density of the fine cellulose fiber-containing sheet within the above range, it is possible to suppress the sheet from being broken when the roll is wound up.

従来、微細セルロース繊維の水分散体から粉末を製造する際には、大量の水を含む水分散体から水分を除く工程を設ける必要があった。また、微細セルロース繊維の水分散体を用いて樹脂複合体を製造する際には、樹脂成分との混練が困難であったり、水分散体を濃縮する工程で微細セルロース繊維が凝集することがあり、樹脂成分中に微細セルロース繊維が均一に分散しないという問題があった。一旦、水分含有率が10〜90質量%である微細セルロース繊維含有シートを形成することにより、従来の微細セルロース繊維の水分散体の水分含有率(通常90〜99.9%)と比較して大幅に少なくなっている。このため、微細セルロース繊維含有シートから粉末化する際にかかるエネルギーを少なく抑えることができ、粉末の生産効率を格段に高めることができる。また、微細セルロース繊維含有シートを粉砕して、樹脂と混練溶融することで、樹脂成分に微細セルロース繊維を均一に分散させることが容易となる。このように、微細セルロース繊維含有シートを形成することにより、粉末化や複合化を効率良く行うことができるので好ましい。
微細セルロース繊維含有シートの坪量は、1.0〜1000g/mが好ましく、5.0〜500g/mがより好ましく、10.0〜100g/mがさらに好ましい。微細セルロース繊維シートの坪量が前記下限値以上であれば、充分なシート強度を確保でき、連続生産しやすくなり、前記上限値以下であれば、微細セルロース繊維含有シートを後段での粉末状化することが容易になる。
Conventionally, when producing a powder from an aqueous dispersion of fine cellulose fibers, it has been necessary to provide a step of removing water from the aqueous dispersion containing a large amount of water. Further, when producing a resin composite using an aqueous dispersion of fine cellulose fibers, it is difficult to knead with a resin component, or fine cellulose fibers may be aggregated in the step of concentrating the aqueous dispersion. In addition, there is a problem that the fine cellulose fibers are not uniformly dispersed in the resin component. By forming the fine cellulose fiber-containing sheet having a water content of 10 to 90% by mass once, the water content of the conventional water dispersion of fine cellulose fibers (usually 90 to 99.9%) is compared with that of the conventional water dispersion. Significantly less. For this reason, the energy required when pulverizing from the fine cellulose fiber-containing sheet can be reduced, and the production efficiency of the powder can be significantly increased. In addition, by pulverizing the fine cellulose fiber-containing sheet and kneading and melting it with the resin, it becomes easy to uniformly disperse the fine cellulose fibers in the resin component. As described above, the formation of the fine cellulose fiber-containing sheet is preferable because powdering and compounding can be efficiently performed.
The basis weight of the fine cellulose fiber-containing sheet is preferably 1.0~1000g / m 2, more preferably 5.0~500g / m 2, more preferably 10.0~100g / m 2. If the basis weight of the fine cellulose fiber sheet is equal to or more than the lower limit, sufficient sheet strength can be ensured and continuous production is facilitated.If the basis weight is equal to or less than the upper limit, the fine cellulose fiber-containing sheet is powdered in the subsequent stage. It becomes easier to do.

微細セルロース繊維含有シートは、シートを連続して巻き取ったロール状体(巻取り)であってもよく、枚葉状体(平判)であってもよい。このため、微細セルロース繊維含有シートは、ハンドリング性に優れ、輸送しやすいという利点を有する。また、微細セルロース繊維含有シートを製造する際には、従来の紙製品やシートを製造する搬送装置等をそのまま用いることができるため、設備投資等にかかるコストを抑制することができる。得られた微細セルロース繊維含有シートは、フィルムや包装紙で包装することができる。包装しておくと、次の粉末状化工程に移るまでの間の水分蒸発を防ぐだけでなく、異物の混入を防ぐことができる。異物の混入は、得られる樹脂組成物、或いは樹脂組成物を用いた成形体の品質の低下や異常を起こすおそれがある。   The fine cellulose fiber-containing sheet may be in the form of a roll (winding) formed by continuously winding the sheet, or may be in the form of a single sheet (plain). For this reason, the sheet containing fine cellulose fibers has an advantage that it is excellent in handling properties and easy to transport. Further, when producing a sheet containing fine cellulose fibers, a conventional paper product or a conveying device for producing a sheet can be used as it is, so that costs for capital investment and the like can be suppressed. The obtained sheet containing fine cellulose fibers can be packaged with a film or wrapping paper. By packaging, it is possible not only to prevent water evaporation until the next powdering step, but also to prevent foreign matter from being mixed. The inclusion of foreign matter may cause a deterioration or abnormality in the quality of the obtained resin composition or a molded article using the resin composition.

(粉末状化工程)
本発明で使用する微細セルロース繊維は、溶融混練する際に粉末状であることにより、生分解性樹脂と、より容易に均一に分散させることができる。この結果、得られる樹脂組成物の剛性や耐熱性をより向上させることができる。粉末状物とは、必ずしも微細セルロース繊維の全てが粉末である必要はない。
粉末状物の粒子径(長径)は10mm以下、0.1mm以上が50%以上含まれることが好ましい。7mm以下、0.3mm以上がさらに好ましく、5mm以下、0.5mm以上が特に好ましい。粉末状物の粒子径が10mmを超えると樹脂中での分散性が悪くダマになりやすい。粉末状物の粒子径が0.1mm以下のものは粉末状物の生産性が低くなったり、粉砕エネルギーで水分が蒸発し、微細セルロース繊維同士が凝集しやすくなり、樹脂中での分散性が悪くなる。
(Powderizing step)
The fine cellulose fibers used in the present invention can be more easily and uniformly dispersed with the biodegradable resin by being powdery when melt-kneaded. As a result, the rigidity and heat resistance of the obtained resin composition can be further improved. The term "powder" does not necessarily mean that all of the fine cellulose fibers are powder.
It is preferable that the particle diameter (major axis) of the powdery material is 10 mm or less, and 0.1 mm or more is included in 50% or more. It is more preferably 7 mm or less, 0.3 mm or more, particularly preferably 5 mm or less, 0.5 mm or more. If the particle size of the powder exceeds 10 mm, the dispersibility in the resin is poor and the powder tends to be lump. When the particle size of the powdery material is 0.1 mm or less, the productivity of the powdery material is reduced, or the moisture is evaporated by the pulverizing energy, the fine cellulose fibers are easily aggregated, and the dispersibility in the resin is reduced. become worse.

微細セルロース繊維の粉末状物を得る方法は特に限定しないが、微細セルロース繊維含有シートを細片化する方法が好ましい。例えば、微細セルロース繊維含有シートを裁断、粉砕等を行う方法が挙げられる。前記裁断又は粉砕は、例えば、アトマイザー、カッターミル、ビーズミル、ボールミル、ジェットミルなどの公知の粉砕機やシュレッダーを使用して行うことができる。   The method for obtaining the powdery material of the fine cellulose fibers is not particularly limited, but a method of slicing the fine cellulose fiber-containing sheet is preferable. For example, a method of cutting and pulverizing a sheet containing fine cellulose fibers can be used. The cutting or pulverization can be performed using a known pulverizer or shredder such as an atomizer, a cutter mill, a bead mill, a ball mill, and a jet mill.

粉末状物の平均粒子径は、光学顕微鏡などで撮影した画像を画像解析して測定することができる。また、ヴァーダーサイエンティフィック(株)製のカムカイザーP4や(株)セイシン企業製のPITAー04などでも測定可能である。
得られた微細セルロース繊維の粉末状物を保管する場合、不純物の混入や水分の蒸発を防ぐため、容器等に保管してもよい。
The average particle diameter of the powdery substance can be measured by analyzing an image taken with an optical microscope or the like. Also, it can be measured by Cam Kaiser P4 manufactured by Verder Scientific Co., Ltd. or PITA-04 manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.
When the obtained fine cellulose fiber powder is stored, it may be stored in a container or the like in order to prevent contamination of impurities and evaporation of water.

<生分解性樹脂>
本発明における「生分解性」とは、自然界において微生物によって低分子化合物に分解され得る性質のことであり、具体的には、JISK6953(ISO14855)「制御された好気的コンポスト条件の好気的かつ究極的な生分解度及び崩壊度試験」に基づいた生分解性のことを意味する。
生分解性樹脂としては、生分解性を有する樹脂であれば特に限定されるものではないが、微細セルロース繊維との親和性に優れるポリエステル系樹脂が好ましい。ポリエステル系樹脂は適度な極性と親水性があるため微細セルロース繊維との親和性に優れると考えられる。
<Biodegradable resin>
The term “biodegradable” in the present invention refers to a property that can be decomposed into low molecular compounds by microorganisms in nature, and specifically, JISK6953 (ISO14855) “aerobic under controlled aerobic composting conditions”. And the ultimate biodegradability and disintegration test.
The biodegradable resin is not particularly limited as long as it is a resin having biodegradability, but a polyester resin excellent in affinity with fine cellulose fibers is preferable. It is considered that the polyester-based resin has an appropriate polarity and hydrophilicity and thus has an excellent affinity for fine cellulose fibers.

生分解性を有するポリエステル樹脂としては、ポリヒドロキシブチレート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート/アジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリ乳酸樹脂、ポリリンゴ酸、ポリグリコール酸、ポリジオキサノン、ポリ(2−オキセタノン)等の脂肪族ポリエステル樹脂;ポリブチレンサクシネート/テレフタレート、ポリブチレンアジペート/テレフタレート、ポリテトラメチレンアジペート/テレフタレート等の脂肪族芳香族コポリエステル樹脂;デンプン、セルロース、キチン、キトサン、グルテン、ゼラチン、ゼイン、大豆タンパク、コラーゲン、ケラチン等の天然高分子と上記の脂肪族ポリエステル樹脂あるいは脂肪族芳香族コポリエステル樹脂との混合物等が挙げられる。これらのなかで、加工性、経済性、大量に入手できることなどから、脂肪族ポリエステル樹脂が好ましく、物性の観点からポリ乳酸樹脂がより好ましい。   Examples of the biodegradable polyester resin include polyhydroxybutyrate, polycaprolactone, polybutylene succinate, polybutylene succinate / adipate, polyethylene succinate, polylactic acid resin, polymalic acid, polyglycolic acid, polydioxanone, poly (2 -Oxetanone); aliphatic aromatic copolyester resins such as polybutylene succinate / terephthalate, polybutylene adipate / terephthalate, polytetramethylene adipate / terephthalate; starch, cellulose, chitin, chitosan, gluten, gelatin And a mixture of natural polymers such as zein, soy protein, collagen, and keratin with the above-mentioned aliphatic polyester resin or aliphatic aromatic copolyester resin. Among these, aliphatic polyester resins are preferred from the viewpoint of processability, economy, availability in large quantities, and the like, and polylactic acid resins are more preferred from the viewpoint of physical properties.

ポリ乳酸樹脂は、原料モノマーとして乳酸成分のみを縮重合させて得られるポリ乳酸、及び/又は、原料モノマーとして乳酸成分とヒドロキシカルボン酸成分とを用い、それらを縮重合させて得られるポリ乳酸を含有する。   Polylactic acid resin is a polylactic acid obtained by condensation polymerization of only a lactic acid component as a raw material monomer, and / or a polylactic acid obtained by condensation polymerization of a lactic acid component and a hydroxycarboxylic acid component as raw material monomers. contains.

乳酸には、L−乳酸(L体)、D−乳酸(D体)の光学異性体が存在する。本発明では、乳酸成分として、いずれかの光学異性体のみ、又は双方を含有してもよいが、成形性の観点から、いずれかの光学異性体を主成分とする光学純度が高い乳酸を用いることが好ましい。   Lactic acid has optical isomers of L-lactic acid (L-form) and D-lactic acid (D-form). In the present invention, as the lactic acid component, any one of the optical isomers or both may be contained, but from the viewpoint of moldability, lactic acid having high optical purity containing any of the optical isomers as a main component is used. Is preferred.

L体又はD体の含有量、即ち、前記異性体のうちいずれか多い方の含有量は、乳酸成分中、80〜100モル%が好ましく、90〜100モル%がより好ましく、98〜100モル%がさらに好ましい。なお、乳酸成分におけるL体及びD体の総含有量は、実質的に100モル%であることが好ましいことから、前記異性体のうちいずれか少ない方の含有量は、乳酸成分中、0〜20モル%が好ましく、0〜10モル%がより好ましい。   The content of the L-form or the D-form, that is, the content of the larger one of the isomers is preferably 80 to 100 mol%, more preferably 90 to 100 mol%, and 98 to 100 mol% in the lactic acid component. % Is more preferred. In addition, since the total content of the L-form and the D-form in the lactic acid component is preferably substantially 100 mol%, the content of the smaller of the isomers is 0 to 0% in the lactic acid component. 20 mol% is preferable, and 0 to 10 mol% is more preferable.

乳酸成分のみを縮重合させる場合の乳酸成分におけるL体又はD体の含有量、即ち、前記異性体のうちいずれか多い方の含有量は、80〜100モル%が好ましく、90〜100モル%がより好ましく、98〜100モル%がさらに好ましい。なお、乳酸成分におけるL体及びD体の総含有量は、実質的に100モル%であることから、前記異性体のうちいずれか少ない方の含有量は、乳酸成分中、0〜20モル%が好ましく、0〜10モル%がより好ましく、0〜2モル%がさらに好ましい。   When only the lactic acid component is subjected to polycondensation, the content of the L-form or the D-form in the lactic acid component, that is, the content of the larger of the isomers is preferably 80 to 100 mol%, and 90 to 100 mol%. Is more preferable, and 98 to 100 mol% is further preferable. Since the total content of the L-form and the D-form in the lactic acid component is substantially 100 mol%, the content of the smaller of the isomers is 0 to 20 mol% in the lactic acid component. Is preferably 0 to 10 mol%, more preferably 0 to 2 mol%.

乳酸成分とヒドロキシカルボン酸成分とを縮重合させる場合の乳酸成分におけるL体又はD体の含有量、即ち、前記異性体のうちいずれか多い方の含有量は、85〜100モル%が好ましく、90〜100モル%がより好ましい。なお、乳酸成分におけるL体及びD体の総含有量は、実質的に100モル%であることから、前記異性体のうちいずれか少ない方の含有量は、乳酸成分中、0〜15モル%が好ましく、0〜10モル%がより好ましい。   When the lactic acid component and the hydroxycarboxylic acid component are polycondensed, the content of the L-form or D-form in the lactic acid component, that is, the content of the larger one of the isomers is preferably 85 to 100 mol%, 90-100 mol% is more preferable. Since the total content of the L-form and the D-form in the lactic acid component is substantially 100 mol%, the content of the smaller of the isomers is 0 to 15 mol% in the lactic acid component. Is preferable, and 0 to 10 mol% is more preferable.

一方、ヒドロキシカルボン酸成分としては、グリコール酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシペンタン酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシヘプタン酸等のヒドロキシカルボン酸化合物が挙げられ、1種又は2種以上を組み合わせて利用することができる。これらのなかでも、生分解性樹脂組成物の強度と可撓性の両立、耐熱性、及び透明性の観点から、グリコール酸、ヒドロキシカプロン酸が好ましい。   On the other hand, examples of the hydroxycarboxylic acid component include hydroxycarboxylic acid compounds such as glycolic acid, hydroxybutyric acid, hydroxyvaleric acid, hydroxypentanoic acid, hydroxycaproic acid, and hydroxyheptanoic acid, and are used alone or in combination of two or more. can do. Among these, glycolic acid and hydroxycaproic acid are preferable from the viewpoints of compatibility of strength and flexibility, heat resistance, and transparency of the biodegradable resin composition.

また、本発明においては、上記乳酸及びヒドロキシカルボン酸化合物の2量体が、それぞれの成分に含有されてもよい。乳酸の2量体としては、乳酸の環状二量体であるラクチドが例示され、ヒドロキシカルボン酸化合物の2量体としては、グリコール酸の環状二量体であるグリコリドが例示される。なお、ラクチドにはL−乳酸の環状二量体であるL−ラクチド、D−乳酸の環状二量体であるD−ラクチド、D−乳酸とL−乳酸とが環状二量化したメソ−ラクチド、及びD−ラクチドとL−ラクチドとのラセミ混合物であるDL−ラクチドがあり、本発明ではいずれのラクチドも用いることができるが、生分解性樹脂組成物の強度と可撓性の両立、耐熱性、及び透明性の観点から、D−ラクチド及びL−ラクチドが好ましい。なお、乳酸の2量体は、乳酸成分のみを縮重合させる場合、及び乳酸成分とヒドロキシカルボン酸成分とを縮重合させる場合、いずれの乳酸成分に含有されていてもよい。   In the present invention, the dimer of the lactic acid and the hydroxycarboxylic acid compound may be contained in each component. The dimer of lactic acid is exemplified by lactide which is a cyclic dimer of lactic acid, and the dimer of hydroxycarboxylic acid compound is exemplified by glycolide which is a cyclic dimer of glycolic acid. The lactide is L-lactide which is a cyclic dimer of L-lactic acid, D-lactide which is a cyclic dimer of D-lactic acid, meso-lactide in which D-lactic acid and L-lactic acid are cyclically dimerized, And DL-lactide, which is a racemic mixture of D-lactide and L-lactide, and any of the lactides can be used in the present invention. However, both the strength and flexibility of the biodegradable resin composition, heat resistance From the viewpoints of transparency and transparency, D-lactide and L-lactide are preferred. The dimer of lactic acid may be contained in any lactic acid component when only the lactic acid component is polycondensed or when the lactic acid component and the hydroxycarboxylic acid component are polycondensed.

乳酸の2量体の含有量は、生分解性樹脂組成物の強度と可撓性の両立の観点から、乳酸成分中、80〜100モル%が好ましく、90〜100モル%がより好ましい。   The content of the lactic acid dimer is preferably from 80 to 100 mol%, more preferably from 90 to 100 mol%, in the lactic acid component from the viewpoint of achieving both the strength and flexibility of the biodegradable resin composition.

ヒドロキシカルボン酸化合物の2量体の含有量は、生分解性樹脂組成物の強度と可撓性の両立の観点から、ヒドロキシカルボン酸成分中、80〜100モル%が好ましく、90〜100モル%がより好ましい。   The content of the dimer of the hydroxycarboxylic acid compound is preferably 80 to 100 mol%, more preferably 90 to 100 mol%, in the hydroxycarboxylic acid component, from the viewpoint of achieving both the strength and flexibility of the biodegradable resin composition. Is more preferred.

乳酸成分のみの縮重合反応、及び、乳酸成分とヒドロキシカルボン酸成分との縮重合反応は、特に限定はなく、公知の方法を用いて行うことができる。   The polycondensation reaction of only the lactic acid component and the polycondensation reaction of the lactic acid component and the hydroxycarboxylic acid component are not particularly limited, and can be performed using a known method.

かくして、原料モノマーを選択することにより、例えば、L−乳酸又はD−乳酸いずれかの成分85モル%以上100モル%未満とヒドロキシカルボン酸成分0モル%超15モル%以下からなるポリ乳酸が得られるが、なかでも、乳酸の環状二量体であるラクチド、グリコール酸の環状二量体であるグリコリド及びカプロラクトンを原料モノマーとして用いて得られるポリ乳酸が好ましい。   Thus, by selecting the starting monomers, for example, polylactic acid comprising 85% by mole or more and less than 100% by mole of either L-lactic acid or D-lactic acid and more than 0% by mole and 15% by mole or less of the hydroxycarboxylic acid component can be obtained. Among them, lactide, which is a cyclic dimer of lactic acid, glycolide, which is a cyclic dimer of glycolic acid, and polylactic acid obtained by using caprolactone as a raw material monomer are preferable.

また、本発明において、ポリ乳酸として、生分解性樹脂組成物の強度と可撓性の両立、耐熱性の観点から、異なる異性体を主成分とする乳酸成分を用いて得られた2種類のポリ乳酸からなるステレオコンプレックスポリ乳酸を用いてもよい。   Further, in the present invention, two types of polylactic acid obtained using lactic acid components having different isomers as main components are used as polylactic acid from the viewpoint of compatibility between strength and flexibility of the biodegradable resin composition and heat resistance. Stereocomplex polylactic acid composed of polylactic acid may be used.

ステレオコンプレックスポリ乳酸を構成する一方のポリ乳酸〔以降、ポリ乳酸(A)と記載する〕は、L体90〜100モル%、D体を含むその他の成分0〜10モル%を含有する。他方のポリ乳酸〔以降、ポリ乳酸(B)と記載する〕は、D体90〜100モル%、L体を含むその他の成分0〜10モル%を含有する。なお、L体及びD体以外のその他の成分としては、2個以上のエステル結合を形成可能な官能基を持つジカルボン酸、多価アルコール、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン等が挙げられ、また、未反応の前記官能基を分子内に2つ以上有するポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート等であってもよい。   One polylactic acid constituting the stereocomplex polylactic acid [hereinafter referred to as polylactic acid (A)] contains 90 to 100 mol% of L-form and 0 to 10 mol% of other components including D-form. The other polylactic acid (hereinafter referred to as polylactic acid (B)) contains 90 to 100 mol% of D-form and 0 to 10 mol% of other components including L-form. Other components other than the L-form and the D-form include dicarboxylic acids, polyhydric alcohols, hydroxycarboxylic acids, lactones, and the like having a functional group capable of forming two or more ester bonds. And polyesters, polyethers, polycarbonates and the like having two or more of the above functional groups in the molecule.

ステレオコンプレックスポリ乳酸における、ポリ乳酸(A)とポリ乳酸(B)の重量比〔ポリ乳酸(A)/ポリ乳酸(B)〕は、10/90〜90/10が好ましく、20/80〜80/20がより好ましく、40/60〜60/40がさらに好ましい。   The weight ratio of polylactic acid (A) to polylactic acid (B) [polylactic acid (A) / polylactic acid (B)] in the stereocomplex polylactic acid is preferably from 10/90 to 90/10, and from 20/80 to 80/80. / 20 is more preferred, and 40/60 to 60/40 is even more preferred.

ポリ乳酸樹脂における、ポリ乳酸の含有量は、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、さらに好ましくは実質的に100重量%であることが望ましい。   The content of polylactic acid in the polylactic acid resin is preferably 80% by weight or more, more preferably 90% by weight or more, and further preferably substantially 100% by weight.

なお、ポリ乳酸樹脂は、上記方法により合成することができるが、市販の製品としては、例えば、レイシアH−100、H−280、H−400、H−440等の「レイシアシリーズ」(三井化学社製)、3001D、3051D、4032D、4042D、6201D、6251D、7000D、7032D等の「Nature Works」(ネイチャーワークス社製)、エコプラスチックU’z S−09、S−12、S−17等の「エコプラスチックU’zシリーズ」(トヨタ自動車社製)、テラマックTE−2000(ユニチカ製)が挙げられる。これらのなかでも、生分解性樹脂組成物の強度と可撓性の両立、及び耐熱性の観点から、レイシアH−100、H−280、H−400、H−440(三井化学社製)、3001D、3051D、4032D、4042D、6201D、6251D、7000D、7032D(ネイチャーワークス社製)、エコプラスチックU’z S−09、S−12、S−17(トヨタ自動車社製)、テラマックTE−2000(ユニチカ製)が好ましい。   The polylactic acid resin can be synthesized by the above-mentioned method, and commercially available products include, for example, “Laissia series” such as Laissia H-100, H-280, H-400, H-440 (Mitsui Chemicals, Inc.). "Nature Works" (manufactured by NatureWorks) such as 3001D, 3051D, 4032D, 4042D, 6201D, 6251D, 7000D, 7032D, and Ecoplastic U'z S-09, S-12, S-17, etc. "Ecoplastic U'z series" (manufactured by Toyota Motor Corporation) and Terramac TE-2000 (manufactured by Unitika). Among these, from the viewpoints of compatibility between the strength and flexibility of the biodegradable resin composition, and the heat resistance, Laissia H-100, H-280, H-400, H-440 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) 3001D, 3051D, 4032D, 4042D, 6201D, 6251D, 7000D, 7032D (manufactured by Nature Works), Ecoplastic U'z S-09, S-12, S-17 (manufactured by Toyota Motor Corporation), Terramac TE-2000 ( Unitika) is preferred.

<溶融混練工程>
溶融混練工程は、前述した所定の含水率の微細セルロース繊維の粉末状物と生分解性樹脂とを、当該微細セルロース繊維の粉末状物に含まれる水が亜臨界状態となる温度及び圧力条件下で、溶融混練する工程である。
<Melting and kneading process>
In the melt-kneading step, the above-described powdered material of the fine cellulose fiber having a predetermined moisture content and the biodegradable resin are subjected to temperature and pressure conditions at which water contained in the powdered material of the fine cellulose fiber becomes a subcritical state. This is the step of melt-kneading.

具体的な方法としては、例えば、微細セルロース繊維の粉末状物と生分解性樹脂とを各々計量して所定の割合で混合し、亜臨界状態の水を形成可能な耐熱圧チャンバーに投入して溶融混練する方法が挙げられる。   As a specific method, for example, the powdered material of the fine cellulose fiber and the biodegradable resin are each weighed and mixed at a predetermined ratio, and put into a heat-resistant pressure chamber capable of forming subcritical water. A method of melt-kneading may be used.

溶融混練される微細セルロース繊維粉末状物の含水率(微細セルロース繊維及び水分の合計に対する水分の割合)は、10〜90質量%であり、12〜80質量%が好ましく、15〜70質量%がより好ましい。上記下限値以上であると、亜臨界状態の水分が、微細セルロース繊維を生分解性樹脂に対して分散させる効率がより高められる。上記上限値以下であると、溶融混練時の発生熱量が過剰となることを防止し、微細セルロース繊維の分解を抑制することができる。さらに、微細セルロース繊維を生分解性樹脂に分散させる役割を果たした水分を、微細セルロース含有樹脂組成物から除去する手間が少なくなり生産効率が向上する。   The water content (the ratio of water to the total of fine cellulose fibers and water) of the fine cellulose fiber powder to be melt-kneaded is 10 to 90% by mass, preferably 12 to 80% by mass, and more preferably 15 to 70% by mass. More preferred. When the ratio is equal to or more than the lower limit, the efficiency of dispersing the fine cellulose fiber into the biodegradable resin by the subcritical water is further enhanced. When the amount is equal to or less than the above upper limit, the amount of heat generated during melt-kneading can be prevented from becoming excessive, and the decomposition of fine cellulose fibers can be suppressed. Further, the time and effort for removing the water that has played a role of dispersing the fine cellulose fibers into the biodegradable resin from the fine cellulose-containing resin composition is reduced, and the production efficiency is improved.

溶融混練される微細セルロース繊維粉末状物の含水率は、溶融混練を行う直前の微細セルロース繊維粉末状物の含水率である。上記好ましい含水率に調整するために、溶融混練する前の微細セルロース繊維粉末状物を乾燥、加湿などの水分調節工程を有しても良い。例えば、溶融混練する前に微細セルロース繊維粉末状物に所定の水を加え、ブレンダーなどの攪拌機により一定時間攪拌して水分を調整してもかまわない。   The water content of the fine cellulose fiber powder to be melt-kneaded is the water content of the fine cellulose fiber powder immediately before melt-kneading. In order to adjust the water content to the above-mentioned preferable value, a process for controlling the moisture content such as drying and humidification of the fine cellulose fiber powder before melt-kneading may be provided. For example, before the melt-kneading, a predetermined amount of water may be added to the fine cellulose fiber powder, and the water content may be adjusted by stirring for a certain time with a stirrer such as a blender.

微細セルロース繊維粉末状物(固形分換算)と生分解性樹脂との混合割合は、目的の物性や生分解性樹脂が有する物性に応じて適宜設定される。例えば、生分解性樹脂100質量部(固形分)に対して微細セルロース粉末状物の配合量(固形文換算)は1〜100質量部(固形分)であることが好ましく、5〜90質量部がより好ましく、10〜80質量部がさらに好ましい。
微細セルロース繊維の粉末状物の配合量が前記下限値以上であれば、生分解性樹脂を充分に強化することができ、前記上限値以下であれば、得られる微細セルロース繊維含有樹脂組成物の靭性を充分に維持できる。
The mixing ratio of the fine cellulose fiber powder (in terms of solid content) and the biodegradable resin is appropriately set according to the desired physical properties and the physical properties of the biodegradable resin. For example, the blending amount (solid equivalent) of the fine cellulose powder is preferably 1 to 100 parts by mass (solid content), and more preferably 5 to 90 parts by mass based on 100 parts by mass (solid content) of the biodegradable resin. Is more preferable, and 10 to 80 parts by mass is further preferable.
If the compounding amount of the fine cellulose fiber powder is not less than the lower limit, the biodegradable resin can be sufficiently reinforced, and if not more than the upper limit, the obtained fine cellulose fiber-containing resin composition The toughness can be sufficiently maintained.

微細セルロース繊維粉末状物と生分解性樹脂との混合に際しては、例えば、タンブラーミキサー、ヘンシェルミキサーなどを使用することができる。この際に各種添加剤を同時に混合してもよい。添加剤として、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、填料、顔料、染料、帯電防止剤、滑剤、可塑剤などが挙げられる。   In mixing the fine cellulose fiber powder and the biodegradable resin, for example, a tumbler mixer, a Henschel mixer, or the like can be used. At this time, various additives may be mixed at the same time. Examples of the additive include an antioxidant, an ultraviolet absorber, a filler, a pigment, a dye, an antistatic agent, a lubricant, and a plasticizer.

混合した各材料を溶融混練する装置としては、微細セルロース繊維の粉末状物に含まれる水を亜臨界状態にするとともに、微細セルロース繊維と生分解性樹脂とを溶融混練することが可能な耐熱圧チャンバーを備えた装置が好ましい。このような装置としては、例えば、外部から圧力および熱量を加える形式の加圧可能な加熱炉をチャンバーとして、当該チャンバー内で撹拌をしながら溶融混練する公知の装置が適用可能である。なかでも、任意のタイミングでチャンバー内の水分を気化させて除去する機構を備えた装置がより好ましい。   As a device for melt-kneading the mixed materials, the water contained in the powdery material of the fine cellulose fiber is brought into a subcritical state, and a heat pressure capable of melting and kneading the fine cellulose fiber and the biodegradable resin is used. Devices with a chamber are preferred. As such an apparatus, for example, a known apparatus that employs a pressurized heating furnace of a type in which pressure and heat are applied from the outside as a chamber and performs melting and kneading while stirring in the chamber is applicable. Above all, an apparatus having a mechanism for vaporizing and removing moisture in the chamber at an arbitrary timing is more preferable.

溶融混練の際のチャンバー内の温度は、100℃超300℃以下が好ましく、150℃以上250℃以下がより好ましい。溶融混練時のチャンバー内の圧力は、溶融混練温度における飽和水蒸気圧以下であり、0.5MPa〜25MPaが好ましく、1MPa〜20MPaがより好ましい。上記温度範囲及び圧力範囲の下限値以上であると、微細セルロース繊維の粉末状物に含まれる水を亜臨界状態にすることが容易になり、生分解性樹脂に対する微細セルロース繊維の分散性をより向上させることができる。上記温度範囲及び圧力範囲の上限値以下であると、微細セルロース繊維又は生分解性樹脂が分解して、目的の樹脂組成物の強度を向上させるために必要な繊維強度又は樹脂強度が失われることを充分に抑制することができる。なお、本発明における好適な水の亜臨界状態は、100℃超300℃以下及び0.5〜25MPaであり、より好適な水の亜臨界状態は、150℃以上250℃以下及び1MPa〜20MPaである。   The temperature in the chamber during the melt-kneading is preferably higher than 100 ° C and 300 ° C or lower, more preferably 150 ° C or higher and 250 ° C or lower. The pressure in the chamber during melt-kneading is not higher than the saturated steam pressure at the melt-kneading temperature, and is preferably 0.5 MPa to 25 MPa, more preferably 1 MPa to 20 MPa. When the temperature range and the pressure range are equal to or more than the lower limit of the pressure range, it is easy to bring the water contained in the powdery material of the fine cellulose fiber into a subcritical state, and the dispersibility of the fine cellulose fiber in the biodegradable resin is improved Can be improved. When the temperature and pressure are not more than the upper limits of the temperature range and the pressure range, the fine cellulose fiber or the biodegradable resin is decomposed, and the fiber strength or resin strength necessary for improving the strength of the target resin composition is lost. Can be sufficiently suppressed. In addition, the subcritical state of water suitable in the present invention is more than 100 ° C and 300 ° C or lower and 0.5 to 25 MPa, and the more preferable subcritical state of water is 150 ° C or higher and 250 ° C or lower and 1 MPa to 20 MPa. is there.

溶融混練の時間としては、1〜60分が好ましく、2〜30分がより好ましく、3〜15分がさらに好ましい。上記下限値以上であると、生分解性樹脂中に微細セルロース繊維を充分均一に分散させることができる。上記上限値以下であると、生分解性樹脂や微細セルロース繊維の分解を充分に抑制することができる。   The time for melt-kneading is preferably 1 to 60 minutes, more preferably 2 to 30 minutes, even more preferably 3 to 15 minutes. When it is at least the lower limit, fine cellulose fibers can be sufficiently uniformly dispersed in the biodegradable resin. When it is not more than the above upper limit, the decomposition of the biodegradable resin and the fine cellulose fiber can be sufficiently suppressed.

溶融混練の完了を判断する指標の一つとして、溶融混練時の撹拌に要するトルクを測定し、そのトルクが最大値となった後に、トルクが低下することが挙げられる。   As one of the indexes for judging the completion of the melt-kneading, the torque required for stirring during the melt-kneading is measured, and the torque decreases after the torque reaches a maximum value.

溶融混練によって微細セルロース繊維と生分解性樹脂とが均一に混合した後においては、チャンバー内の水分を除去することが好ましい。チャンバーの温度及び圧力を水の臨界点から充分に下げて、水を蒸気化することによって、チャンバー内から水分を除去することができる。   After the fine cellulose fibers and the biodegradable resin are uniformly mixed by melt-kneading, it is preferable to remove the water in the chamber. By lowering the temperature and pressure of the chamber sufficiently from the critical point of water and vaporizing the water, moisture can be removed from the inside of the chamber.

溶融混練の終了後、チャンバー内から目的の微細セルロース繊維溶融樹脂組成物を取り出す。取り出し時の温度は特に限定されないが、チャンバー内に生分解性樹脂が付着して残存することを防止するために、生分解性樹脂の融点以上の温度であることが好ましい。取り出した微細セルロース繊維含有樹脂組成物を押出機へ供給し、押出機のダイから棒状に吐出し、冷却し、裁断して、ペレット状に成形することが好ましい。   After the completion of the melt kneading, the target fine cellulose fiber molten resin composition is taken out of the chamber. The temperature at the time of removal is not particularly limited, but is preferably a temperature equal to or higher than the melting point of the biodegradable resin in order to prevent the biodegradable resin from attaching and remaining in the chamber. It is preferable that the removed fine cellulose fiber-containing resin composition is supplied to an extruder, discharged into a rod shape from a die of the extruder, cooled, cut, and formed into a pellet shape.

<作用機序>
溶融混練工程における溶融混練のメカニズムの詳細は未解明であるが、次のように推測される。チャンバー内で亜臨界状態となった水は活性化され、その比誘電率が低下し、イオン積が増大する。この様に活性化した水は、互いに凝集した微細セルロース繊維を解繊し、モノフィラメントにするとともに、それらの再凝集を防ぐ。さらに、活性化した水は生分解性樹脂を単一のポリマー分子鎖に近い状態に分散する。この結果、分散されたポリマー分子と微細セルロース繊維のモノフィラメントとがチャンバー内で撹拌され、効率良く混合されることによって、均一に分散して混ざり合った微細セルロース繊維含有樹脂組成物が得られると推測される。
本発明の製造方法によれば、優れた剛性と耐熱性を有する微細セルロース繊維と生分解性樹脂を含む樹脂組成物が得られる。この理由として、溶融混練時の微細セルロース繊維粉末状物の含水率を適切に制御することによって、微細セルロース繊維の劣化や分解を抑制しつつ、生分解性樹脂中に極めて高い分散性で微細セルロース繊維を混練できることが考えられる。
溶融混練の際、微細セルロース繊維粉末状物の含水率が少ないと、微細セルロース繊維と生分解性樹脂との混練に寄与する活性化した水の量が少なくなり、分散性が劣ると考えられる。逆に、含水率が多くなり過ぎると、発生熱量及び活性化した水分量が過多になり、微細セルロース繊維や生分解性樹脂が分解したり劣化したりすると考えられる。分散性が低くなったり、微細セルロース繊維あるいは生分解性樹脂が分解又は劣化したりすると、微細セルロース繊維含有樹脂組成物の機械的強度を高めることは困難である。
<Action mechanism>
The details of the mechanism of the melt-kneading in the melt-kneading process are not yet elucidated, but are presumed as follows. The subcritical water in the chamber is activated, its relative dielectric constant is reduced, and its ionic product is increased. The water activated in this way defibrate the fine cellulose fibers that have aggregated together to form monofilaments and prevent their re-aggregation. Further, the activated water disperses the biodegradable resin into a state close to a single polymer molecular chain. As a result, it is presumed that the dispersed polymer molecules and the monofilaments of the fine cellulose fibers are stirred in the chamber and mixed efficiently, thereby obtaining a resin composition containing fine cellulose fibers which is uniformly dispersed and mixed. Is done.
According to the production method of the present invention, a resin composition containing fine cellulose fibers having excellent rigidity and heat resistance and a biodegradable resin can be obtained. The reason for this is that by appropriately controlling the water content of the fine cellulose fiber powder at the time of melt-kneading, it is possible to suppress the degradation and decomposition of the fine cellulose fiber, and to disperse the fine cellulose with extremely high dispersibility in the biodegradable resin. It is possible that the fibers can be kneaded.
During the melt-kneading, if the water content of the fine cellulose fiber powder is low, the amount of activated water contributing to the kneading of the fine cellulose fiber and the biodegradable resin is reduced, and the dispersibility is considered to be poor. Conversely, when the water content is too high, the amount of heat generated and the amount of activated water are excessive, and it is considered that the fine cellulose fibers and the biodegradable resin are decomposed or deteriorated. When the dispersibility decreases or the fine cellulose fibers or the biodegradable resin decomposes or deteriorates, it is difficult to increase the mechanical strength of the fine cellulose fiber-containing resin composition.

前述した特許文献1,2には、下記の問題があったと考えられる。
文献1(特許第5211571号公報)の方法では、熱可塑性樹脂に対してセルロース繊維とともに大量の水を混練し、混練中に気化させているため、発生熱量が多くなるので、セルロース繊維が劣化していると考えられる。
文献2(特許第5169188号公報)の方法では、セルロース繊維を第1の熱可塑性樹脂に溶融混練した後、これをペレット化し、これを第2の熱可塑性樹脂のペレットとドライブレンドして、再度溶融混練するという、少なくとも二段階の溶融混練工程を経るため、セルロース繊維が劣化していると考えられる。また、水に分散させずにセルロース繊維を溶融混練しているため、樹脂中のセルロース繊維の分散性が劣ると考えられる。
It is considered that Patent Documents 1 and 2 mentioned above have the following problems.
In the method of Document 1 (Japanese Patent No. 5211571), a large amount of water is kneaded with a thermoplastic resin together with cellulose fibers and vaporized during kneading, so that the amount of generated heat increases, and the cellulose fibers deteriorate. It is thought that it is.
In the method of Document 2 (Japanese Patent No. 5169188), after melt-kneading a cellulose fiber with a first thermoplastic resin, the resulting mixture is pelletized, dry-blended with a pellet of a second thermoplastic resin, and re-blended. It is considered that the cellulose fibers are deteriorated because they undergo at least two stages of melt kneading, ie, melt kneading. Further, since the cellulose fibers are melt-kneaded without being dispersed in water, it is considered that the dispersibility of the cellulose fibers in the resin is inferior.

なお、特許第4950939号公報の方法では、セルロース繊維同士が脱水結合した状態のパルプを亜臨界水で処理して、セルロース繊維を分解して熱可塑性樹脂に混練している。この文献の記載から明らかなように、亜臨界状態の水でセルロース繊維を混合すると、通常はセルロース繊維が分解してしまう。しかし、本発明の製造方法においては、上述した様に微細セルロース繊維粉末状物の含水率を調整しているため、微細セルロース繊維の分解を抑制しつつ、生分解性樹脂に微細セルロース繊維を高い分散度で溶融混練することができる。   In the method disclosed in Japanese Patent No. 4950939, pulp in a state in which cellulose fibers are dehydrated and bonded is treated with subcritical water to decompose the cellulose fibers and knead them with a thermoplastic resin. As is clear from the description of this document, when cellulose fibers are mixed with water in a subcritical state, the cellulose fibers are usually decomposed. However, in the production method of the present invention, since the water content of the fine cellulose fiber powder is adjusted as described above, while suppressing the decomposition of the fine cellulose fiber, the fine cellulose fiber is increased in the biodegradable resin. Melting and kneading can be performed according to the degree of dispersion.

<微細セルロース繊維含有樹脂組成物>
以上説明した製造方法において、微細セルロース繊維粉末状物と、水分と、生分解性樹脂とを含む混合物が、水の亜臨界状態となる温度及び圧力条件下で溶融混練されることによって、樹脂中に微細セルロース繊維が分散されてなる樹脂組成物が得られる。
<Fine cellulose fiber-containing resin composition>
In the manufacturing method described above, the mixture containing the fine cellulose fiber powder, water, and the biodegradable resin is melt-kneaded under the temperature and pressure conditions at which the water becomes a subcritical state, whereby the resin To obtain a resin composition in which fine cellulose fibers are dispersed.

<微細セルロース繊維含有樹脂組成物の製造プロセス>
以上説明したように、微細セルロース繊維含有樹脂組成物の製造プロセスとしては、
セルロース繊維を含むパルプを微細化する微細化工程と、
前記微細化処理したセルロース繊維をシート状にするシート化工程と、
前記シート状の微細セルロース繊維を粉末状にする粉末状化工程と、
前記微細セルロース繊維の粉末状物の水分を、必要に応じて調節する水分調整工程と、
前記微細セルロース繊維の粉末状物と、樹脂を、亜臨界状態で溶融混練工程と
を少なくとも有する。
<Production process of fine cellulose fiber-containing resin composition>
As described above, as a production process of the fine cellulose fiber-containing resin composition,
A refining step of refining pulp containing cellulose fibers,
A sheet forming step of forming the cellulose fibers subjected to the micronization treatment into a sheet,
Powdering step of powdering the sheet-like fine cellulose fibers,
The water content of the fine cellulosic fiber powder, water adjustment step of adjusting if necessary,
The method includes at least a step of melt-kneading the powdery material of the fine cellulose fiber and the resin in a subcritical state.

<成形体>
本発明の微細セルロース繊維含有樹脂組成物は成形体の材料として用いることができる。
微細セルロース繊維含有樹脂組成物を用いた成形体を製造する方法は特に制限されず、例えば、射出成形、押出成形、ブロー成形、プレス成形などを適用することができる。
<Molded body>
The fine cellulose fiber-containing resin composition of the present invention can be used as a material for a molded article.
The method for producing a molded article using the fine cellulose fiber-containing resin composition is not particularly limited, and for example, injection molding, extrusion molding, blow molding, press molding, and the like can be applied.

以下、本発明の実施例を示す。なお、以下の例における「%」は「質量%」、「部」は「質量部」のことである。   Hereinafter, examples of the present invention will be described. In the following examples, “%” means “% by mass”, and “parts” means “parts by mass”.

[実施例1]
・微細セルロース繊維含有シートの粉末状物の製造
針葉樹晒クラフトパルプ(王子製紙株式会社製、水分含有率50質量%)に水を加えて、固形分濃度が4.0質量%になるように分散した。その後、ダブルディスクリファイナーで連続循環叩解を行い、セルロース繊維の微細化を行った。得られた微細セルロース繊維の水分散体のフリーネス(0.3g法)は230mlであった(繊維長および繊維幅は表1に記載)。
得られた微細セルロース繊維の水分散体を長網抄紙機で抄紙し、脱水及び乾燥を行うことで、表1に記載の水分、坪量のシートを得た。微細セルロース繊維含有シートをオリエント粉砕機(株)製の竪型粉砕機「VM42K」で粉砕し、微細セルロース繊維を含む粉砕物(粉末状物)を得た。なお粉砕中に水分が蒸発して水分が低下するため、粉末状物の水分を測定し、表1に記載の水分になるよう水を加えて水分を調整した。
[Example 1]
・ Production of powdery material of fine cellulose fiber-containing sheet Water is added to softwood bleached kraft pulp (manufactured by Oji Paper Co., Ltd., water content: 50% by mass), and dispersed so that the solid concentration becomes 4.0% by mass. did. Thereafter, continuous circulation beating was performed with a double disc refiner to refine the cellulose fibers. The freeness (0.3 g method) of the obtained aqueous dispersion of fine cellulose fibers was 230 ml (fiber length and fiber width are described in Table 1).
The obtained aqueous dispersion of fine cellulose fibers was paper-made with a fourdrinier paper machine, and was then dewatered and dried to obtain a sheet having the moisture and basis weight shown in Table 1. The fine cellulose fiber-containing sheet was pulverized by a vertical pulverizer “VM42K” manufactured by Orient Pulverizer Co., Ltd. to obtain a pulverized product (powder) containing fine cellulose fibers. In addition, since the water content was reduced during the pulverization due to evaporation of the water content, the water content of the powdery material was measured, and the water content was adjusted by adding water so as to obtain the water content shown in Table 1.

・微細セルロース繊維と生分解性樹脂を含有する樹脂組成物の製造
得られた微細セルロース繊維シートの粉砕物(粉末状物)8kgと、ポリ乳酸ペレット(PLA:ユニチカ製、テラマックTE−2000、MFR12g/10min)のペレット12kgをドライブレンドした。その後、溶融混合装置(エムアンドエフ・テクノロジー社製、型番:MF‐1000)の混合室内に投入し、200℃、5MPaの条件で混合室内の水分を亜臨界状態にするとともに2分間溶融混練した。その後、樹脂吐出口から棒状の微細セルロース繊維含有樹脂組成物を押出し、ステンレス製トレーの上に載せ、室温で冷却して固化させた。固化した微細セルロース繊維含有樹脂組成物をペレット状(マスターバッチペレット)に裁断した。マスターバッチペレットにおける微細セルロース繊維の含有量は、40質量%であった。
・ Production of resin composition containing fine cellulose fiber and biodegradable resin 8 kg of pulverized product (powder) of the obtained fine cellulose fiber sheet and polylactic acid pellet (PLA: manufactured by Unitika, Terramac TE-2000, MFR 12 g) / 10 min) were dry-blended. Thereafter, the mixture was put into a mixing chamber of a melt mixing apparatus (manufactured by M & F Technology Co., Ltd., model number: MF-1000), and the water in the mixing chamber was brought into a subcritical state at 200 ° C. and 5 MPa, and was melt-kneaded for 2 minutes. Thereafter, the rod-shaped fine cellulose fiber-containing resin composition was extruded from the resin discharge port, placed on a stainless steel tray, cooled at room temperature, and solidified. The solidified fine cellulose fiber-containing resin composition was cut into pellets (master batch pellets). The content of the fine cellulose fibers in the masterbatch pellet was 40% by mass.

得られたマスターバッチペレットをポリ乳酸ペレット(テラマックTE−2000)で微細セルロース繊維の含有量が20質量%になるようにドライブレンドして希釈した後、射出成形機(日精樹脂(株)社製:「NPX7−1F」)に投入し、長方形の成形体(長さ80mm、幅10mm、厚さ4.0mm)を得た。この際、加熱筒(シリンダー)の温度は200℃とし、金型温度は40℃の条件下で成形した。   The obtained masterbatch pellets are dry-blended and diluted with polylactic acid pellets (Terramac TE-2000) so that the content of fine cellulose fibers becomes 20% by mass, and then injection molding machine (manufactured by Nissei Plastic Co., Ltd.) : “NPX7-1F”) to obtain a rectangular molded body (length: 80 mm, width: 10 mm, thickness: 4.0 mm). At this time, the temperature of the heating cylinder (cylinder) was set to 200 ° C., and the mold temperature was set to 40 ° C.

[実施例2〜5]
微細セルロース繊維の水分散体のフリーネス、微細セルロース繊維シート水分、粉末状物の水分が表1に記載のように変更したこと以外は実施例1と同様に実施した。なお実施例5のフリーネスは3g法でも測定しており、その値は450mlcsfであった。
[実施例6〜8]
セルロース繊維配合量を表2に記載のように変更したこと以外は実施例1と同様に実施した。
[Examples 2 to 5]
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the freeness of the aqueous dispersion of fine cellulose fibers, the moisture of the fine cellulose fiber sheet, and the moisture of the powdery material were changed as shown in Table 1. The freeness of Example 5 was also measured by the 3 g method, and the value was 450 mlcsf.
[Examples 6 to 8]
The procedure was performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of the cellulose fiber was changed as shown in Table 2.

[比較例1]
二軸混練機(テクノベル社製 KZW15、スクリュー直径15mm)に投入し、溶融・混練(回転数300/分、処理速度300g/時、混練温度190℃)としたこと以外、実施例1と同様に実施した。
[Comparative Example 1]
The same as in Example 1 except that the mixture was charged into a twin-screw kneader (KZW15 manufactured by Technovel, screw diameter 15 mm) and melted and kneaded (rotation speed 300 / min, processing speed 300 g / h, kneading temperature 190 ° C). Carried out.

[比較例2]
シート水分を5質量%、粉体水分を3%としたこと以外は、実施例1と同様に実施した。
[Comparative Example 2]
It carried out like Example 1 except having made sheet moisture into 5 mass%, and powder moisture into 3%.

(測定方法)
(1)微細セルロース繊維の平均繊維長
「JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.52:2000 パルプ及び紙―繊維長試験方法―光学的自動計測法」に準ずるカヤーニ社製:繊維長測定装置「FiberLab」を用いて、微細セルロース繊維の長さ荷重平均繊維長を測定し、微細セルロース繊維の平均繊維長とした。
(Measuring method)
(1) Average fiber length of fine cellulose fiber "JAPAN TAPPI Paper pulp test method No. 52: 2000 Pulp and paper-Fiber length test method-Optical automatic measurement method" manufactured by Kayani Co., Ltd .: Fiber length measuring device "FiberLab" Was used to measure the length-load average fiber length of the fine cellulose fibers, which was taken as the average fiber length of the fine cellulose fibers.

(2)微細セルロース繊維の平均繊維幅
微細セルロース繊維含有シートの表面を走査型電子顕微鏡にて観察した。この際、得られた画像内に縦横任意の画像幅の軸を想定した場合に少なくとも軸に対し、20本以上の繊維が軸と交差するような試料及び観察条件(倍率等)とした。この条件を満足する観察像に対し、1枚の画像当たり縦横2本ずつの無作為な軸を引き、軸に交錯する繊維の繊維幅を目視で読み取った。こうして最低3枚の重なっていない表面部分の画像を電子顕微鏡で観察し、各々2つの軸の交錯する繊維の繊維幅の値を読み取り(最低20本×2×3=120本の繊維幅)平均値を算出した。これを、微細セルロース繊維の平均繊維幅とした。
(2) Average Fiber Width of Fine Cellulose Fiber The surface of the fine cellulose fiber-containing sheet was observed with a scanning electron microscope. At this time, when an axis having an arbitrary image width in the vertical and horizontal directions was assumed in the obtained image, a sample and observation conditions (magnification and the like) were set such that at least 20 fibers intersected the axis with respect to at least the axis. With respect to the observation image satisfying the conditions, a random axis of two lengths and two widths per image was drawn, and the fiber width of the fiber intersecting the axis was visually read. In this way, images of at least three non-overlapping surface portions are observed with an electron microscope, and the value of the fiber width of each intersecting fiber of two axes is read (minimum 20 × 2 × 3 = 120 fiber widths). Values were calculated. This was defined as the average fiber width of the fine cellulose fibers.

(3)微細セルロース繊維含有シートの水分含有率
微細セルロース繊維含有シートは製造直後(30分以内)に、幅25cm×長さ25cmの大きさにカットしたものを16枚用意し、重量を測定した(乾燥前重量)。その後、サンプリングした微細セルロース繊維含有シートを110℃で3時間乾燥させ、乾燥後の重量を測定して水分含有率を測定した。
水分含有率(%)=(乾燥前重量−乾燥後重量)/乾燥前重量×100
(3) Moisture Content of Fine Cellulose Fiber-Containing Sheet Immediately after the production (within 30 minutes), 16 fine cellulose fiber-containing sheets cut into a size of 25 cm wide × 25 cm long were prepared and weighed. (Weight before drying). Thereafter, the sampled sheet containing fine cellulose fibers was dried at 110 ° C. for 3 hours, and the weight after drying was measured to determine the water content.
Water content (%) = (weight before drying−weight after drying) / weight before drying × 100

(4)フリーネス(0.3g法)
フリーネスは、変則フリーネス測定方法(0.3g法)で測定した。変則フリーネス測定方法は、JIS P 8121−2 (2012)「パルプ−ろ水度試験方法− 第2部:カナダ標準ろ水度法」に準拠した測定方法であるが、用いる微細セルロース繊維の量は、絶乾質量で0.3g相当とし、カナダ標準ろ水度試験機に装着する孔のあいたふるい板は、ステンレスワイヤー製の80メッシュのふるい板を用いた測定方法である。
具体的には、離解したパルプを固形分濃度0.030質量%となるように水で希釈した。試料温度を20℃に調整し、試料1000mLをメスシリンダーへ移した。メスシリンダーの開口部を手でふさぎ、メスシリンダーを反転し、試料を混合し、試料をろ水筒へ注いだ。下蓋を開き、5秒経過後、空気コックを開いて試料を流下した。サイドオリフィスからの排水を採取し、量を読み取り読み取った量をフリーネスとした。なお実施例5のみは通常の3g法でもフリーネスを測定した。
(4) Freeness (0.3g method)
Freeness was measured by the irregular freeness measurement method (0.3 g method). The irregular freeness measurement method is a measurement method based on JIS P 8121-2 (2012) "Pulp-Freeness test method-Part 2: Canadian standard freeness method". The sieve plate with a hole attached to a Canadian standard freeness tester is a measuring method using a stainless steel 80 mesh sieve plate.
Specifically, the disintegrated pulp was diluted with water so as to have a solid concentration of 0.030% by mass. The sample temperature was adjusted to 20 ° C., and 1000 mL of the sample was transferred to a measuring cylinder. The opening of the measuring cylinder was closed by hand, the measuring cylinder was inverted, the sample was mixed, and the sample was poured into a drainage cylinder. The lower lid was opened, and after 5 seconds had elapsed, the air cock was opened and the sample flowed down. The drainage from the side orifice was collected, the amount was read and the read amount was defined as the freeness. In addition, only in Example 5, the freeness was measured by the ordinary 3 g method.

(5)微細セルロース繊維含有シートの坪量
微細セルロース繊維含有シートの坪量は幅25cm×長さ25cmのシート16枚分の重さを測定して坪量とした。ただし特に調湿はせずに、シート作成後30分以内に坪量を
(5) Basis Weight of Fine Cellulose Fiber-Containing Sheet The basis weight of the fine cellulose fiber-containing sheet was determined by measuring the weight of 16 sheets having a width of 25 cm and a length of 25 cm. However, do not adjust the humidity, and adjust the grammage within 30 minutes after making the sheet.

(6)粉体の平均粒子径
得られた粉砕物(粉粒物)の平均粒子径は、表1及び2のとおりであった。粉砕物(粉粒物)の平均粒子径は、光学顕微鏡で観察した後、画像解析処理を行うことで算出した。
(7)粉体の水分調整
粉砕物(粉粒物)の水分を110℃で3時間乾燥させ測定し、表1および表2の水分になるように粉体に水を加え、密閉された容器の中で1時間攪拌した。
(6) Average particle size of powder The average particle size of the obtained pulverized product (granule) was as shown in Tables 1 and 2. The average particle diameter of the pulverized product (granule) was calculated by performing an image analysis process after observing with an optical microscope.
(7) Water content adjustment of powder The water content of the pulverized material (granules) was dried at 110 ° C. for 3 hours and measured. Water was added to the powder so as to obtain the water content shown in Tables 1 and 2, and the container was sealed. For 1 hour.

(8)成形体の曲げ特性
成形体(樹脂複合体)の曲げ強度と曲げ弾性率は、JIS K 7171「プラスチック−曲げ特性の求め方」に準じて測定した。引張試験機として株式会社エーアンドディー社製のテンシロン(型式:RTG−1250)を用いた。引張強度測定時の引張速度は2.0mm/分とした。
(9)成形体の熱変形温度
荷重たわみ温度JIS K 7191「プラスチック−荷重たわみ温度の求め方」に準じて、フラットワイズ法(荷重0.45MPa)で測定した。なお、スパンは64mm固定とし、射出成形体で作成した試験片(80mm×10mm、厚さ4mm)を用いて試験片の中央部で測定した。
(10)外観
外観は目視で判定して、以下の基準で評価した。
○:成形体の表面を観察した際、目視で分かる大きいセルロース繊維の塊が10個以下である
△:成形体の表面を観察した際、目視で分かる大きいセルロース繊維の塊が11個以上30個以下である
×:成形体の表面を観察した際、目視で分かる大きいセルロース繊維の塊が31個以上ある
(8) Flexural Properties of Molded Product The flexural strength and flexural modulus of the molded article (resin composite) were measured according to JIS K7171 “Plastics—How to determine flexural properties”. Tensilon (model: RTG-1250) manufactured by A & D Corporation was used as a tensile tester. The tensile speed at the time of measuring the tensile strength was 2.0 mm / min.
(9) Thermal Deformation Temperature of Molded Body Load Deflection Temperature Measured by the flatwise method (load: 0.45 MPa) in accordance with JIS K 7191 "Plastic-Determining Load Deflection Temperature". The span was fixed at 64 mm, and the measurement was performed at the center of the test piece using a test piece (80 mm × 10 mm, thickness 4 mm) made of an injection molded body.
(10) Appearance The appearance was visually determined and evaluated according to the following criteria.
:: When observing the surface of the molded article, the number of large cellulose fiber lumps that can be visually observed is 10 or less. △: When the surface of the molded article is observed, 11 or more large cellulose fiber lumps that can be visually observed. ×: When observing the surface of the molded body, there are 31 or more large lumps of large cellulose fibers that can be visually observed.

Figure 2020045374
Figure 2020045374

Figure 2020045374
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<考察>
実施例の微細セルロース含有樹脂組成物からなる成形体は、機械的物性が優れていた。この理由として、溶融混練時に亜臨界状態の水が生分解性樹脂に対する微細セルロース繊維の分散性を高めたことが考えられる。
一方、比較例1の成形体は、機械的物性が劣っていた。この理由として、溶融混練時の水分が少なかったために微細セルロース繊維同士が凝集し易く、分散性が劣ったことが考えられる。また、比較例2の成形体も機械的物性が劣っていた。この理由として、溶融混練時の水分が多過ぎたために、発生熱量が多く、微細セルロース繊維が劣化したことが考えられる。
以上から、本発明の微細セルロース繊維含有樹脂組成物の製造方法によれば、微細セルロース繊維の劣化や分解を抑制しつつ樹脂中の微細セルロース繊維を混練し、極めて高い分散性が得られることが理解される。さらに、本発明の微細セルロース繊維含有樹脂組成物を使用することにより、優れた機械的物性を有する機械部品等の成形体を製造できることが明らかである。
<Discussion>
The molded article made of the fine cellulose-containing resin composition of the example had excellent mechanical properties. It is considered that the reason for this is that the water in the subcritical state at the time of melt-kneading enhanced the dispersibility of the fine cellulose fibers in the biodegradable resin.
On the other hand, the molded article of Comparative Example 1 had poor mechanical properties. It is considered that the reason for this is that the fine cellulose fibers tended to agglomerate due to low water content during melt-kneading, resulting in poor dispersibility. Also, the molded article of Comparative Example 2 was inferior in mechanical properties. It is considered that the reason for this is that the amount of heat generated is large and the fine cellulose fibers are deteriorated due to too much water at the time of melt-kneading.
From the above, according to the method for producing a fine cellulose fiber-containing resin composition of the present invention, it is possible to obtain extremely high dispersibility by kneading the fine cellulose fibers in the resin while suppressing the degradation and decomposition of the fine cellulose fibers. Understood. Furthermore, it is clear that molded articles such as mechanical parts having excellent mechanical properties can be produced by using the fine cellulose fiber-containing resin composition of the present invention.

Claims (6)

微細セルロース繊維と、生分解性樹脂と、を溶融混練する樹脂組成物の製造方法において、前記微細セルロース繊維は、平均繊維幅2〜15000nm、且つ、平均繊維長0.1〜2.0mmであり、前記微細セルロース繊維は粉末状物であり、その粉末状物は水分を含み、粉末状物の水分の割合が10〜90質量%であり、前記溶融混練は、前記微細セルロース繊維の粉末状物が含む水が亜臨界状態となる温度及び圧力条件下で溶融混練を行う、ことを特徴とする樹脂組成物の製造方法。   In a method for producing a resin composition by melt-kneading a fine cellulose fiber and a biodegradable resin, the fine cellulose fiber has an average fiber width of 2 to 15000 nm and an average fiber length of 0.1 to 2.0 mm. The fine cellulose fiber is a powdery material, the powdery material contains water, the water content of the powdery material is 10 to 90% by mass, and the melt-kneading is performed using the powdery material of the fine cellulose fiber. Melt kneading under conditions of temperature and pressure at which water contained in the mixture becomes a subcritical state. 前記微細セルロース繊維の粉末状物は、セルロースのシート状物を細片化したものである、請求項1に記載の樹脂組成物の製造方法。 The method for producing a resin composition according to claim 1, wherein the powdery material of the fine cellulose fibers is obtained by shredding a sheet-like material of cellulose. 前記微細セルロース繊維の粉末状物は、微細繊維化したセルロース繊維のシート状物を細片化したものである、請求項1または2に記載の樹脂組成物の製造方法。 The method for producing a resin composition according to claim 1, wherein the powdery material of the fine cellulose fibers is obtained by slicing a sheet-like material of fine cellulose fibers. 前記生分解性樹脂は予めペレット化されたものである、請求項1〜3の何れか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。   The method for producing a resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the biodegradable resin is pelletized in advance. 前記生分解性樹脂がポリ乳酸である請求項1〜4の何れか一項に記載の樹脂組成物の製造方法。     The method for producing a resin composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the biodegradable resin is polylactic acid. セルロース繊維を含むパルプを微細化する微細化工程と、
前記微細化処理したセルロース繊維をシート状にするシート化工程と、
前記シート状の微細セルロース繊維を粉末状にする粉末状化工程と、
前記微細セルロース繊維の粉末状物の水分を、必要に応じて調節する水分調整工程と、
前記微細セルロース繊維の粉末状物と、樹脂を、亜臨界状態で溶融混練工程と
を有する樹脂組成物の製造方法。
A refining step of refining pulp containing cellulose fibers,
A sheet forming step of forming the cellulose fibers subjected to the micronization treatment into a sheet,
Powdering step of powdering the sheet-like fine cellulose fibers,
The water content of the fine cellulosic fiber powder, water adjustment step of adjusting if necessary,
A method for producing a resin composition, comprising: a step of melt-kneading a powder of the fine cellulose fiber and a resin in a subcritical state.
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