JP2024070251A - Polyacetal resin composition and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリアセタール樹脂組成物及びその製造方法、並びに当該ポリアセタール樹脂組成物を成形してなる成形体に関する。 The present invention relates to a polyacetal resin composition, a method for producing the same, and a molded article obtained by molding the polyacetal resin composition.
ポリアセタール樹脂は、機械的特性、熱的特性、電気的特性、摺動性、成形性等において優れた特性を持っており、電気機器、自動車部品、精密機械部品等の広範な用途における、構造材料、機構部品等として広く使用されている。 Polyacetal resin has excellent mechanical, thermal, electrical, sliding and moldable properties, and is widely used as a structural material and mechanical parts in a wide range of applications, including electrical equipment, automotive parts and precision machinery parts.
一般に、樹脂を主体とする成形体においては、機械特性向上の目的で各種フィラーが配合されることが多い。このようなフィラーとしては、近年、低比重、かつ再生可能な材料であるという利点に着目して、セルロースの利用が模索されている。中でも、セルロース微細繊維は、使用量当たりの物性向上効果が良好である点で有利である。 In general, various fillers are often blended into resin-based molded bodies to improve their mechanical properties. In recent years, the use of cellulose as such a filler has been explored, focusing on the advantages of cellulose being a low specific gravity and renewable material. Among these, cellulose microfibers are advantageous in that they have a good effect on improving physical properties per unit amount used.
セルロースはその水酸基に起因して本質的に親水性であり、セルロース微細繊維を樹脂中に均一に分散させることはしばしば困難であることから、従来、セルロース微細繊維の樹脂中での分散性を向上させる手法が種々提案されている。例えば、特許文献1は、樹脂と、平均繊維径が4~1000nmである繊維状フィラーとを含む複合体組成物を記載し、繊維状フィラーは、セルロース繊維の水酸基の一部がアルデヒド及び/又はカルボキシ基に酸化されているものであってよいことを記載する。 Cellulose is essentially hydrophilic due to its hydroxyl groups, and it is often difficult to uniformly disperse cellulose fine fibers in a resin. Therefore, various methods have been proposed to improve the dispersibility of cellulose fine fibers in a resin. For example, Patent Document 1 describes a composite composition containing a resin and a fibrous filler having an average fiber diameter of 4 to 1000 nm, and describes that the fibrous filler may be one in which some of the hydroxyl groups of the cellulose fibers have been oxidized to aldehyde and/or carboxyl groups.
ポリアセタール樹脂を含む樹脂組成物を製造する際には、当該樹脂組成物の製造時、貯蔵時及び/又は加工時に熱、酸等によりポリアセタール樹脂が分解してホルムアルデヒドが発生する場合がある。ポリアセタール樹脂の分解は、当該ポリアセタール樹脂自体の機械特性の低下に加え、ホルムアルデヒドによる作業環境への悪影響という問題を招来する。従来、ポリアセタール樹脂組成物の製造に際しては、当該樹脂組成物中にヒンダードフェノール系等の酸化防止剤を含有させることでホルムアルデヒドの発生を抑制してきたが、フィラーとしてセルロースを用いる場合、上記の安定剤による効果は必ずしも十分ではなかった。例えば、特許文献1に記載される酸化されたセルロース繊維は樹脂との親和性が良好であり得るが、ポリアセタール樹脂と組合されると当該ポリアセタール樹脂由来のホルムアルデヒド発生を促進し得る。 When a resin composition containing a polyacetal resin is produced, the polyacetal resin may be decomposed by heat, acid, etc. during production, storage, and/or processing of the resin composition, resulting in the generation of formaldehyde. The decomposition of the polyacetal resin not only reduces the mechanical properties of the polyacetal resin itself, but also leads to the problem of adverse effects of formaldehyde on the working environment. Conventionally, when producing a polyacetal resin composition, the generation of formaldehyde has been suppressed by including an antioxidant such as a hindered phenol in the resin composition, but when cellulose is used as a filler, the effect of the stabilizer is not necessarily sufficient. For example, the oxidized cellulose fiber described in Patent Document 1 may have good affinity with resins, but when combined with a polyacetal resin, it may promote the generation of formaldehyde derived from the polyacetal resin.
本発明の一態様は、上記の課題を解決し、ポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維とを含みながら、製造時、貯蔵時及び/又は加工時のホルムアルデヒドの発生が少なく、良好な機械特性を示す、ポリアセタール樹脂組成物及びその製造方法、並びに当該ポリアセタール樹脂組成物を成形してなる成形体を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to solve the above problems and provide a polyacetal resin composition that contains polyacetal resin and cellulose microfibers, yet generates little formaldehyde during production, storage and/or processing, and exhibits good mechanical properties, a method for producing the same, and a molded article obtained by molding the polyacetal resin composition.
本開示は、以下の項目を包含する。
[項目1]
ポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維とを含む樹脂組成物であって、
前記セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が0.5μmol/g~50μmol/gであり、
前記セルロース微細繊維のカルボキシ基濃度が200μmol/g以下であり、
前記セルロース微細繊維の数平均繊維径が1000nm以下である、樹脂組成物。
[項目2]
アルデヒド基ブロック剤を更に含む、項目1に記載の樹脂組成物。
[項目3]
前記アルデヒド基ブロック剤が、アミノトリアジン化合物、グアナミン化合物、尿素誘導体、ヒドラジド化合物、アクリルアミド重合体、及びポリアミドからなる群から選択される1種以上である、項目2に記載の樹脂組成物。
[項目4]
前記セルロース微細繊維の重量平均分子量が100000以上である、項目1~3のいずれかに記載の樹脂組成物。
[項目5]
前記セルロース微細繊維のMw/Mnが6.0以下である、項目1~4のいずれかに記載の樹脂組成物。
[項目6]
前記セルロース微細繊維中のアルカリ可溶分含有率が10質量%以下である、項目1~5のいずれかに記載の樹脂組成物。
[項目7]
前記セルロース微細繊維の熱分解開始温度TDが200℃以上である、項目1~6のいずれかに記載の樹脂組成物。
[項目8]
前記セルロース微細繊維のハロゲン含有率Hが500質量ppm以下である、項目1~7のいずれかに記載の樹脂組成物。
[項目9]
前記セルロース微細繊維が、エステル化された化学修飾セルロース微細繊維である、項目1~8のいずれかに記載の樹脂組成物。
[項目10]
前記エステル化がアセチル化である、項目9に記載の樹脂組成物。
[項目11]
前記セルロース微細繊維の単位面積あたりのアルデヒド基濃度Aと、前記ポリアセタール樹脂におけるオキシメチレン単位の繰り返し数nに対するオキシエチレン単位の繰り返し数mの比(R=m/n)とが、以下の関係
10((R-5)/3) ≦ A ≦ 10((R+3)/10)
を満たす、項目1~10のいずれかに記載の樹脂組成物。
[項目12]
項目1~11のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法であって、
セルロース繊維原料を液体媒体中で液温85℃以下にて解繊してセルロース微細繊維スラリーを得る解繊工程、
前記セルロース微細繊維スラリーを乾燥させてセルロース微細繊維乾燥体を得る乾燥工程、及び
ポリアセタール樹脂と前記セルロース微細繊維乾燥体とを混合する混合工程、
を含む、方法。
[項目13]
前記解繊工程で生成したセルロース微細繊維スラリー中のセルロース微細繊維が、アルデヒド基濃度0.5μmol/g~50μmol/g、及びカルボキシ基濃度200μmol/g以下を有する、項目12に記載の方法。
[項目14]
項目1~11のいずれか一項に記載の樹脂組成物を成形してなる、成形体。
[項目15]
異形押出成形体である、項目14に記載の成形体。
[項目16]
異形押出成形体の製造方法であって、
項目1~11のいずれか一項に記載の樹脂組成物を異形押出する工程を含む、方法。
[項目17]
項目1~11のいずれか一項に記載の樹脂組成物で構成されている、3Dプリント用造形材料。
[項目18]
フィラメント又は粉体の形態を有する、項目17に記載の3Dプリント用造形材料。
[項目19]
項目17又は18に記載の3Dプリント用造形材料を3Dプリンターにより造形してなる、造形物。
[項目20]
造形物の製造方法であって、
項目17又は18に記載の3Dプリント用造形材料を3Dプリンターにより造形する工程を含む、方法。
This disclosure encompasses the following items.
[Item 1]
A resin composition comprising a polyacetal resin and a cellulose fine fiber,
The aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers is 0.5 μmol/g to 50 μmol/g,
The cellulose fine fibers have a carboxy group concentration of 200 μmol/g or less,
The resin composition, wherein the cellulose fine fibers have a number average fiber diameter of 1000 nm or less.
[Item 2]
2. The resin composition according to item 1, further comprising an aldehyde group blocking agent.
[Item 3]
3. The resin composition according to
[Item 4]
4. The resin composition according to any one of items 1 to 3, wherein the cellulose fine fibers have a weight average molecular weight of 100,000 or more.
[Item 5]
5. The resin composition according to any one of items 1 to 4, wherein the Mw/Mn of the cellulose fine fibers is 6.0 or less.
[Item 6]
Item 6. The resin composition according to any one of items 1 to 5, wherein the cellulose fine fibers have an alkali-soluble content of 10% by mass or less.
[Item 7]
7. The resin composition according to any one of items 1 to 6, wherein the cellulose fine fibers have a thermal decomposition onset temperature T D of 200° C. or higher.
[Item 8]
8. The resin composition according to any one of items 1 to 7, wherein the halogen content H of the cellulose fine fibers is 500 ppm by mass or less.
[Item 9]
Item 9. The resin composition according to any one of items 1 to 8, wherein the cellulose fine fibers are esterified chemically modified cellulose fine fibers.
[Item 10]
Item 10. The resin composition according to item 9, wherein the esterification is acetylation.
[Item 11]
The aldehyde group concentration A per unit area of the cellulose fine fiber and the ratio (R=m/n) of the number of repeats m of the oxyethylene unit to the number of repeats n of the oxymethylene unit in the polyacetal resin satisfy the following relationship: 10 ((R-5)/3) ≦ A ≦ 10 ((R+3)/10)
11. The resin composition according to any one of items 1 to 10,
[Item 12]
A method for producing a resin composition according to any one of items 1 to 11,
A defibration step of defibrating the cellulose fiber raw material in a liquid medium at a liquid temperature of 85°C or less to obtain a cellulose fine fiber slurry;
a drying step of drying the cellulose fine fiber slurry to obtain a dried cellulose fine fiber body; and a mixing step of mixing a polyacetal resin with the dried cellulose fine fiber body.
A method comprising:
[Item 13]
Item 13. The method according to
[Item 14]
[Item 15]
Item 15. The molded article according to item 14, which is a profile extrusion molded article.
[Item 16]
A method for producing a profile extrusion molded body, comprising:
[Item 17]
A 3D printing modeling material comprising the resin composition according to any one of items 1 to 11.
[Item 18]
Item 18. The 3D printing modeling material according to item 17, having the form of a filament or powder.
[Item 19]
Item 19. A 3D printing material according to item 17 or 18, which is used to model an object using a 3D printer.
[Item 20]
A method for manufacturing a shaped object, comprising the steps of:
A method comprising a step of modeling the 3D printing material according to item 17 or 18 using a 3D printer.
本発明の一態様によれば、ポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維とを含みながら、製造時、貯蔵時及び/又は加工時のホルムアルデヒドの発生が少なく、良好な機械特性を示す、ポリアセタール樹脂組成物及びその製造方法、並びに当該ポリアセタール樹脂組成物を成形してなる成形体が提供され得る。 According to one aspect of the present invention, a polyacetal resin composition and a method for producing the same, as well as a molded article produced by molding the polyacetal resin composition, can be provided that contains polyacetal resin and cellulose fine fibers, yet generates little formaldehyde during production, storage and/or processing, and exhibits good mechanical properties.
以下、本発明の例示の実施形態(本開示で「本実施形態」ともいう。)について説明するが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。 Below, we will explain exemplary embodiments of the present invention (also referred to as "present embodiments" in this disclosure), but the present invention is not limited to these embodiments.
≪ポリアセタール樹脂組成物≫
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂と、セルロース微細繊維とを含み、一態様において、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が、0.5μmol/g~50μmol/gである。
<Polyacetal resin composition>
The polyacetal resin composition of the present embodiment contains a polyacetal resin and cellulose fine fibers, and in one aspect, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers is 0.5 μmol/g to 50 μmol/g.
本発明者らは、ポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維とを含む樹脂組成物において、ポリアセタール樹脂の分解を抑制するための酸化防止剤を使用してもなおホルムアルデヒドの発生が十分抑制されない一因が、セルロース微細繊維中のアルデヒド基の存在であることに着目し、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度を所定以下とすることで、樹脂組成物中のポリアセタール樹脂の分解が良好に抑制されることを見出した。セルロース分子の還元末端のヘミアセタール構造は、通常、一部が開環してアルデヒド基を形成しており、したがってセルロースは本来的にある量のアルデヒド基を有する。また、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(TEMPO)等のフリーラジカルを触媒として製造されるTEMPO酸化セルロースにおいても、C6位カルボキシ基がアルデヒド基として存在する場合がある。アルデヒド基は反応性に富むことから、セルロースが高温下に曝された際に熱分解の起点になり得る。すなわち、アルデヒド基濃度が高いセルロースは、分解され易い状態にあると考えられる。アルデヒド基濃度は、セルロースの分子構造(例えば、多量の低分子量成分の存在)、周囲条件(例えば、酸化性条件)等により増大し得る。 The present inventors have noticed that one of the reasons why the generation of formaldehyde is not sufficiently suppressed even when an antioxidant is used to suppress the decomposition of the polyacetal resin in a resin composition containing a polyacetal resin and cellulose fine fibers is the presence of aldehyde groups in the cellulose fine fibers, and have found that the decomposition of the polyacetal resin in the resin composition is suppressed well by setting the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers to a predetermined level or less. The hemiacetal structure at the reducing end of the cellulose molecule is usually partially ring-opened to form an aldehyde group, and therefore cellulose inherently has a certain amount of aldehyde groups. In addition, even in TEMPO-oxidized cellulose produced using free radicals such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) as a catalyst, the carboxy group at the C6 position may exist as an aldehyde group. Since the aldehyde group is highly reactive, it can become the starting point of thermal decomposition when cellulose is exposed to high temperatures. In other words, cellulose with a high aldehyde group concentration is considered to be in a state that is easily decomposed. The aldehyde group concentration can increase due to the molecular structure of cellulose (e.g., the presence of a large amount of low molecular weight components), ambient conditions (e.g., oxidizing conditions), etc.
本発明者らの検討によれば、セルロース微細繊維とポリアセタール樹脂を溶融温度以上で組合せると、セルロース微細繊維のアルデヒド基が、ポリアセタールのエーテル結合を開裂させ、ポリアセタール樹脂の分解を促進すると考えられる。そのメカニズムは明確ではないが、ポリアセタール樹脂の溶融温度においてセルロース微細繊維の分子内で脱水反応が発生し、水が生成する。ポリアセタール樹脂が溶融した状態で生成した水とセルロース微細繊維のアルデヒド基とが組み合わさることで、ポリアセタール樹脂のエーテル結合の加水分解により形成されるアルコール末端とセルロース微細繊維のアルデヒド基との脱水反応による結合の形成が起きると考えられる。したがって、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が高いと、樹脂組成物の製造時、貯蔵時及び/又は加工時に、ポリアセタール樹脂及びセルロース微細繊維の分子量低下、したがって物性低下が生じ得る他、ポリアセタール樹脂由来のホルムアルデヒドの発生が促進される。本実施形態の樹脂組成物において、アルデヒド基濃度が所定以下であるセルロース微細繊維を用いることは、セルロース微細繊維自体の分解抑制のみならずポリアセタール樹脂の分解抑制に寄与するため、樹脂組成物の製造時、貯蔵時及び/又は加工時のホルムアルデヒド発生抑制に有利である。
以下、本実施形態のポリアセタール樹脂組成物の好適態様について具体的に説明する。
According to the study by the present inventors, when the cellulose fine fibers and the polyacetal resin are combined at a temperature equal to or higher than the melting temperature, it is believed that the aldehyde groups of the cellulose fine fibers cleave the ether bonds of the polyacetal, promoting the decomposition of the polyacetal resin. Although the mechanism is not clear, a dehydration reaction occurs within the molecules of the cellulose fine fibers at the melting temperature of the polyacetal resin, generating water. It is believed that the combination of the water generated in the molten state of the polyacetal resin and the aldehyde groups of the cellulose fine fibers causes the formation of bonds by a dehydration reaction between the alcohol terminals formed by hydrolysis of the ether bonds of the polyacetal resin and the aldehyde groups of the cellulose fine fibers. Therefore, if the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers is high, the molecular weight of the polyacetal resin and the cellulose fine fibers, and therefore the physical properties of the resin composition may decrease during production, storage, and/or processing, and the generation of formaldehyde derived from the polyacetal resin is promoted. In the resin composition of this embodiment, the use of cellulose fine fibers having an aldehyde group concentration of a predetermined value or less not only inhibits the decomposition of the cellulose fine fibers themselves but also contributes to inhibiting the decomposition of the polyacetal resin, and is therefore advantageous in inhibiting the generation of formaldehyde during the production, storage and/or processing of the resin composition.
Hereinafter, preferred embodiments of the polyacetal resin composition of the present embodiment will be specifically described.
<ポリアセタール樹脂>
ポリアセタール樹脂は、オキシメチレン基(-OCH2-)を主たる構成単位とする高分子化合物であり、実質的にオキシメチレン単位の繰返しのみからなるポリアセタールホモポリマー、及びオキシメチレン単位と他のモノマー単位とを含有するポリアセタールコポリマーが代表的である。ポリアセタール樹脂は、分岐形成成分及び/又は架橋形成成分を共重合することにより分岐構造及び/又は架橋構造が導入された共重合体、オキシメチレン基の繰返しからなる重合体部位と他の重合体部位とを有するブロック共重合体又はグラフト共重合体なども包含する。
<Polyacetal resin>
Polyacetal resins are polymeric compounds whose main constituent unit is an oxymethylene group ( -OCH2- ), and are typically polyacetal homopolymers consisting essentially of repeating oxymethylene units, and polyacetal copolymers containing oxymethylene units and other monomer units. Polyacetal resins also include copolymers into which branched and/or crosslinked structures have been introduced by copolymerizing branch-forming components and/or crosslinking components, and block or graft copolymers having a polymer portion consisting of repeating oxymethylene groups and another polymer portion.
一般に、ポリアセタールホモポリマーとしては、無水ホルムアルデヒド、及び、トリオキサン(ホルムアルデヒドの環状三量体)、テトラオキサン(ホルムアルデヒドの環状四量体)等のホルムアルデヒド環状オリゴマーから選ばれる1種以上のモノマーの重合により製造されたものが挙げられる。通常、重合末端をエステル化することにより、熱分解に対して安定化される。 In general, polyacetal homopolymers are produced by polymerization of one or more monomers selected from anhydrous formaldehyde and cyclic formaldehyde oligomers such as trioxane (cyclic trimer of formaldehyde) and tetraoxane (cyclic tetramer of formaldehyde). Usually, the polymerization terminals are esterified to stabilize against thermal decomposition.
また、ポリアセタールコポリマーは、一般的に、ホルムアルデヒド及び/又は一般式(CH2O)n[式中、nは3以上の整数を示す]で表されるホルムアルデヒドの環状オリゴマー(例えば上述のトリオキサン)と、環状エーテル及び/又は環状ホルマールなどのコモノマー(例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エピクロルヒドリン、1,3-ジオキソラン、及び1,4-ブタンジオールホルマールなどのグリコール若しくはジグリコールの環状ホルマール等)とを共重合することによって製造されたものが挙げられる。通常、加水分解によって末端の不安定部分を除去して熱分解に対して安定化される。 Furthermore, polyacetal copolymers are generally produced by copolymerizing formaldehyde and/or a cyclic oligomer of formaldehyde represented by the general formula ( CH2O )n [wherein n is an integer of 3 or more] (such as the above-mentioned trioxane) with a comonomer such as a cyclic ether and/or a cyclic formal (such as ethylene oxide, propylene oxide, epichlorohydrin, 1,3-dioxolane, and cyclic formals of glycols or diglycols, such as 1,4-butanediol formal). Usually, unstable terminal portions are removed by hydrolysis to stabilize the copolymer against thermal decomposition.
さらに、ポリアセタールコポリマーとして、ホルムアルデヒドの単量体及び/又は環状オリゴマーと、単官能グリシジルエーテルと、を共重合させて得られる、分岐を有するポリアセタールコポリマー;ホルムアルデヒドの単量体及び/又は環状オリゴマーと、多官能グリシジルエーテルと、を共重合させて得られる、架橋構造を有するポリアセタールコポリマー等も挙げられる。 Further examples of polyacetal copolymers include branched polyacetal copolymers obtained by copolymerizing a formaldehyde monomer and/or a cyclic oligomer with a monofunctional glycidyl ether; and crosslinked polyacetal copolymers obtained by copolymerizing a formaldehyde monomer and/or a cyclic oligomer with a polyfunctional glycidyl ether.
ポリアセタール樹脂としては、両末端若しくは片末端に水酸基などの官能基を有する化合物、例えば、ポリアルキレングリコールの存在下、ホルムアルデヒドの単量体及び/又は環状オリゴマーを重合して得られる、ブロック成分を有するポリアセタールホモポリマー;両末端若しくは片末端に水酸基などの官能基を有する化合物、例えば水素添加ポリブタジエングリコールの存在下、ホルムアルデヒドの単量体及び/又は環状オリゴマーと、環状エーテル及び/又は環状ホルマールとを共重合させて得られるブロック成分を有するポリアセタールコポリマーも挙げられる。 Examples of polyacetal resins include polyacetal homopolymers having block components obtained by polymerizing formaldehyde monomers and/or cyclic oligomers in the presence of a compound having functional groups such as hydroxyl groups at both or one end, for example, polyalkylene glycol; and polyacetal copolymers having block components obtained by copolymerizing formaldehyde monomers and/or cyclic oligomers with cyclic ethers and/or cyclic formals in the presence of a compound having functional groups such as hydroxyl groups at both or one end, for example, hydrogenated polybutadiene glycol.
本実施形態のポリアセタール樹脂は、分解によるホルムアルデヒドの発生が少ない点で、好ましくは、上記したようなポリアセタールコポリマーであり、より好ましくは、構成単位が、オキシメチレン単位(-OCH2-)とオキシエチレン単位(-OC2H5-)とを含むポリアセタールコポリマー(以下、オキシエチレン単位含有コポリマーともいう。)である。オキシエチレン単位含有コポリマーは、ホルムアルデヒド及び/又は一般式(CH2O)n[式中、nは3以上の整数を示す]で表されるホルムアルデヒドの環状オリゴマー(例えば上述のトリオキサン)と、エチレングリコール若しくはその環状ホルマールと、任意にその他の成分とを共重合することによって製造できる。 The polyacetal resin of this embodiment is preferably a polyacetal copolymer as described above, in that it generates little formaldehyde due to decomposition, and more preferably a polyacetal copolymer containing oxymethylene units ( -OCH2- ) and oxyethylene units ( -OC2H5- ) as constituent units (hereinafter also referred to as an oxyethylene unit-containing copolymer). The oxyethylene unit-containing copolymer can be produced by copolymerizing formaldehyde and/or a cyclic oligomer of formaldehyde represented by the general formula ( CH2O )n [wherein n is an integer of 3 or more] (for example, the above-mentioned trioxane), ethylene glycol or a cyclic formal thereof, and optionally other components.
オキシエチレン単位含有コポリマーにおいて、一般式(CH2O)nで表されるオキシメチレン単位の繰り返し数nに対する、一般式(CH2CH2O)mで表されるオキシエチレン単位の繰り返し数mの比(本開示で、エチレン比R=m/nともいう。)は、樹脂組成物の寸法安定性の観点から、下限が、好ましくは0.3、又は0.4であり、樹脂組成物の耐熱性及び機械強度の観点から、上限が、好ましくは1.8、又は1.7、又は1.6、又は1.5である。 In a copolymer containing oxyethylene units, the ratio of the number of repeating oxyethylene units m represented by the general formula (CH 2 CH 2 O) m to the number of repeating oxymethylene units n represented by the general formula (CH 2 O) n (also referred to in this disclosure as the ethylene ratio R = m/n) preferably has a lower limit of 0.3 or 0.4 from the viewpoint of the dimensional stability of the resin composition, and an upper limit of preferably 1.8, 1.7, 1.6, or 1.5 from the viewpoint of the heat resistance and mechanical strength of the resin composition.
ポリアセタール樹脂は、好ましくは、トリオキサン99.9~90質量%と単官能環状エーテル0.1~10質量%との共重合体である。当該共重合体においては、アルコキシ末端基と炭素数が少なくとも2個のヒドロキシアルコキシ末端基との合計が、全末端基の、好ましくは70~99モル%である。末端基数は、公知の方法(具体的には赤外吸収スペクトル法又は核磁気共鳴法、より具体的には特開平5-98028号公報、特開2001-11143号公報等に記載された方法)を利用して測定することができる。 The polyacetal resin is preferably a copolymer of 99.9 to 90% by mass of trioxane and 0.1 to 10% by mass of a monofunctional cyclic ether. In the copolymer, the total of the alkoxy end groups and the hydroxyalkoxy end groups having at least two carbon atoms is preferably 70 to 99 mol % of all the end groups. The number of end groups can be measured using a known method (specifically, infrared absorption spectroscopy or nuclear magnetic resonance, more specifically, the methods described in JP-A-5-98028, JP-A-2001-11143, etc.).
また、ポリアセタール樹脂の、ASTM-D1238に準拠して190℃及び2.16kgf(21.2N)の条件下で測定されるメルトインデックスは、下限が、好ましくは2g/10分、又は4g/10分、又は7g/10分であり、上限が、好ましくは25g/10分、又は20g/10分、又は18g/10分である。メルトインデックスを上記範囲内とすることで、成形流動性を確保しつつ、セルロース微細繊維による補強効果を最大化できる。 The melt index of the polyacetal resin, measured in accordance with ASTM-D1238 under conditions of 190°C and 2.16 kgf (21.2 N), is preferably 2 g/10 min at the lower limit, 4 g/10 min at the lower limit, or 7 g/10 min at the upper limit, and is preferably 25 g/10 min at the upper limit, 20 g/10 min at the upper limit, or 18 g/10 min at the upper limit. By setting the melt index within the above range, the reinforcing effect of the cellulose microfibers can be maximized while ensuring molding fluidity.
ポリアセタール樹脂の数平均分子量は、一態様において、3000以上、又は5000以上、又は10000以上であり、一態様において、1000000以下、又は500000以下、又は200000以下である。また、重量平均分子量は、一態様において、10000以上、又は100000以上、又は200000以上であり、一態様において、2000000以下、又は1000000以下、又は500000以下である。 The number average molecular weight of the polyacetal resin, in one embodiment, is 3,000 or more, or 5,000 or more, or 10,000 or more, and in one embodiment, is 1,000,000 or less, or 500,000 or less, or 200,000 or less. In addition, the weight average molecular weight, in one embodiment, is 10,000 or more, or 100,000 or more, or 200,000 or more, and in one embodiment, is 2,000,000 or less, or 1,000,000 or less, or 500,000 or less.
樹脂組成物の製造に供するポリアセタール樹脂のアルデヒド基濃度は、一態様においてホルムアルデヒド濃度であり、0.001μmol/g以上、又は0.01μmol/g以上、又は0.1μmol/g以上であり、一態様において、10μmol/g以下、又は5μmol/g以下、又は3μmol/g以下、又は1μmol/g以下、又は0.5μmol/g以下である。 The aldehyde group concentration of the polyacetal resin used in the production of the resin composition is, in one embodiment, a formaldehyde concentration of 0.001 μmol/g or more, or 0.01 μmol/g or more, or 0.1 μmol/g or more, and in one embodiment, 10 μmol/g or less, or 5 μmol/g or less, or 3 μmol/g or less, or 1 μmol/g or less, or 0.5 μmol/g or less.
本開示で、ポリアセタール樹脂のアルデヒド基濃度は、ドイツ自動車工業組合規格VDA275に記載された方法で測定されるホルムアルデヒド放出量である。具体的には、まず射出成形機を用いて、ポリアセタール樹脂試験片(縦100mm×横40mm×厚み3mm)をJIS K7364-2に準拠した条件で、成形温度200℃で成形する。つづいて、蒸留水50mLをいれたポリエチレン容器にポリアセタール樹脂試験片を蒸留水に触れないよう吊るして入れて密閉し、60℃で3時間加熱しながら蒸留水中にホルムアルデヒドを抽出し、その後室温まで冷却する。冷却後、ホルムアルデヒドを吸収した蒸留水5mLに、アセチルアセトン0.4質量%水溶液5mL、及び酢酸アンモニウム20質量%水溶液5mLを加えて混合液を作製し、40℃で15分間加熱を行い、ホルムアルデヒドとアセチルアセトンの反応を行う。さらに当該混合液を室温まで冷却後、UV分光光度計を用いて412nmの吸収ピークより蒸留水中のホルムアルデヒド量を定量する。そして、ポリアセタール樹脂からのホルムアルデヒド放出量(μmol/g)は下記式より求める。なお、一般的にVDA275試験ではホルムアルデヒド放出量をμg/gで表すが、本開示ではホルムアルデヒド分子量(30.031)で割り返したμmol/gを用いる。
ポリアセタール樹脂からのホルムアルデヒド放出量(μmol/g)={蒸留水中のホルムアルデヒド量(mg)/ホルムアルデヒド分子量(30.031)}/測定に用いたポリアセタール樹脂成形品の質量(g)
In the present disclosure, the aldehyde group concentration of the polyacetal resin is the amount of formaldehyde released measured by the method described in the German Automotive Industry Association standard VDA275. Specifically, first, a polyacetal resin test piece (length 100 mm x width 40 mm x thickness 3 mm) is molded using an injection molding machine under conditions conforming to JIS K7364-2 at a molding temperature of 200°C. Next, the polyacetal resin test piece is hung in a polyethylene container containing 50 mL of distilled water so as not to touch the distilled water, sealed, and heated at 60°C for 3 hours to extract formaldehyde in the distilled water, and then cooled to room temperature. After cooling, 5 mL of 0.4 mass% aqueous solution of acetylacetone and 5 mL of 20 mass% aqueous solution of ammonium acetate are added to 5 mL of distilled water that has absorbed formaldehyde to prepare a mixed solution, which is heated at 40°C for 15 minutes to cause a reaction between formaldehyde and acetylacetone. After cooling the mixture to room temperature, the amount of formaldehyde in the distilled water is quantified using a UV spectrophotometer based on the absorption peak at 412 nm. The amount of formaldehyde released from the polyacetal resin (μmol/g) is calculated using the following formula. In general, the amount of formaldehyde released is expressed in μg/g in the VDA275 test, but in this disclosure, μmol/g divided by the molecular weight of formaldehyde (30.031) is used.
Amount of formaldehyde released from polyacetal resin (μmol/g)={amount of formaldehyde in distilled water (mg)/molecular weight of formaldehyde (30.031)}/mass of polyacetal resin molded product used in measurement (g)
<セルロース微細繊維>
セルロース微細繊維は、天然セルロース及び再生セルロースから選ばれる各種セルロース繊維原料から得られるものであってよい。天然セルロースとしては、木材種(広葉樹又は針葉樹)から得られる木材パルプ、非木材種(綿、竹、麻、バガス、ケナフ、コットンリンター、サイザル、ワラ等)から得られる非木材パルプ、動物(例えばホヤ類等)や藻類、微生物(例えば酢酸菌等)、が産生するセルロース繊維集合体を使用できる。再生セルロースとしては、再生セルロース繊維(ビスコース、キュプラ、テンセル等)、セルロース誘導体繊維、エレクトロスピニング法により得られた再生セルロース又はセルロース誘導体の極細糸等を使用できる。これらの原料は、必要に応じて、グラインダー、リファイナー等の機械力による叩解、フィブリル化、微細化等によって、繊維径、繊維長、フィブリル化度等を調整したり、薬品を用いて漂白、精製し、セルロース以外の成分(リグニン等の酸不溶成分、ヘミセルロース等のアルカリ可溶多糖類、等)の含有率を調整したりすることができる。セルロース繊維原料は、一態様においてパルプであり、アルデヒド基濃度を所望の範囲に容易に制御できる点で、好ましくはリンター由来である。
<Cellulose Microfibers>
The cellulose fine fibers may be obtained from various cellulose fiber raw materials selected from natural cellulose and regenerated cellulose. As the natural cellulose, wood pulp obtained from wood species (broadleaf or coniferous), non-wood pulp obtained from non-wood species (cotton, bamboo, hemp, bagasse, kenaf, cotton linters, sisal, straw, etc.), and cellulose fiber aggregates produced by animals (e.g., sea squirts, etc.), algae, and microorganisms (e.g., acetic acid bacteria, etc.) can be used. As the regenerated cellulose, regenerated cellulose fibers (viscose, cupra, Tencel, etc.), cellulose derivative fibers, and ultrafine threads of regenerated cellulose or cellulose derivatives obtained by electrospinning can be used. These raw materials can be adjusted in fiber diameter, fiber length, fibrillation degree, etc. by mechanical beating, fibrillation, and refinement using a grinder, refiner, etc., as necessary, or bleached and purified using chemicals to adjust the content of components other than cellulose (acid-insoluble components such as lignin, alkali-soluble polysaccharides such as hemicellulose, etc.). In one embodiment, the cellulose fiber raw material is pulp, and is preferably derived from linters, since the aldehyde group concentration can be easily controlled within a desired range.
[アルデヒド基濃度]
セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度は、一態様において、50μmol/g以下であり、好ましくは、40μmol/g以下、又は30μmol/g以下、又は20μmol/g以下、又は10μmol/g以下である。当該アルデヒド基濃度は、セルロース微細繊維のアルデヒド基とポリアセタール樹脂との結合による樹脂複合体の物性向上の観点、及びセルロース微細繊維の製造容易性の観点から、一態様において、0.5μmol/g以上であり、好ましくは、1μmol/g以上、又は2μmol/g以上、又は3μmol/g以上、又は4μmol/g以上、又は5μmol/g以上である。
[Aldehyde group concentration]
In one embodiment, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers is 50 μmol/g or less, preferably 40 μmol/g or less, or 30 μmol/g or less, or 20 μmol/g or less, or 10 μmol/g or less. In terms of improving the physical properties of the resin composite by bonding between the aldehyde groups of the cellulose fine fibers and the polyacetal resin, and of ease of production of the cellulose fine fibers, the aldehyde group concentration is 0.5 μmol/g or more, preferably 1 μmol/g or more, or 2 μmol/g or more, or 3 μmol/g or more, or 4 μmol/g or more, or 5 μmol/g or more.
セルロース繊維原料のアルデヒド基濃度は、種類により異なるが、一態様において、0μmol/g~200μmol/g程度であり得る。セルロース繊維原料を解繊してセルロース微細繊維を得る際には、熱、酸化性条件、応力等によるセルロース分子の切断が生じ得ることから、セルロース分子末端のアルデヒド基の濃度はセルロース繊維原料と比べてセルロース微細繊維で大きくなる傾向がある。また、セルロース分子の切断は分子量低下をもたらすため、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)で表される分子量分布が広くなる。すなわち、一態様では、解繊前後で重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が増大し、低分子量成分の優先的な分解がアルデヒド基濃度を顕著に増大させ得る。本実施形態のセルロース微細繊維は、一態様において、解繊時のアルデヒド基濃度増大が抑制されていることによって、アルデヒド基濃度が特定範囲に制御されている。特に好ましい一態様では、均質なセルロース微細繊維を生成するように高度に制御された解繊条件によって低分子量成分の生成を抑制することで、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が特定範囲に制御されている。 The aldehyde group concentration of the cellulose fiber raw material varies depending on the type, but in one embodiment, it can be about 0 μmol/g to 200 μmol/g. When cellulose fiber raw material is defibrated to obtain cellulose fine fibers, cellulose molecules may be broken due to heat, oxidative conditions, stress, etc., so the concentration of aldehyde groups at the ends of the cellulose molecules tends to be higher in cellulose fine fibers than in cellulose fiber raw materials. In addition, since the cleavage of cellulose molecules leads to a decrease in molecular weight, the molecular weight distribution expressed as weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) becomes wider. That is, in one embodiment, the weight average molecular weight (Mw)/number average molecular weight (Mn) increases before and after defibration, and the preferential decomposition of low molecular weight components can significantly increase the aldehyde group concentration. In one embodiment, the cellulose fine fibers of this embodiment have an aldehyde group concentration controlled within a specific range by suppressing the increase in aldehyde group concentration during defibration. In a particularly preferred embodiment, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers is controlled within a specific range by suppressing the production of low molecular weight components through highly controlled defibration conditions to produce homogeneous cellulose fine fibers.
一態様においては、セルロース繊維原料のアルデヒド基濃度が、0μmol/g以上であり、好ましくは0.1μmol/g以上、又は0.5μmol/g以上、又は1μmol/g以上、又は2μmol/g以上、又は3μmol/g以上、又は4μmol/g以上、又は5μmol/g以上、並びに/或いは、200μmol/g以下、好ましくは、100μmol/g以下、又は50μmol/g以下、又は30μmol/g以下、又は20μmol/g以下、又は10μmol/g以下であり、かつ当該セルロース繊維原料から得られたセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が上記範囲内である。 In one embodiment, the aldehyde group concentration of the cellulose fiber raw material is 0 μmol/g or more, preferably 0.1 μmol/g or more, or 0.5 μmol/g or more, or 1 μmol/g or more, or 2 μmol/g or more, or 3 μmol/g or more, or 4 μmol/g or more, or 5 μmol/g or more, and/or 200 μmol/g or less, preferably 100 μmol/g or less, or 50 μmol/g or less, or 30 μmol/g or less, or 20 μmol/g or less, or 10 μmol/g or less, and the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers obtained from the cellulose fiber raw material is within the above range.
[カルボキシ基濃度]
一態様において、セルロース微細繊維のカルボキシ基濃度は、セルロース微細繊維の製造容易性の観点から、好ましくは1μmol/g以上、又は3μmol/g以上、又は5μmol/g以上、又は10μmol/g以上であり、セルロース微細繊維の耐熱性を保持し、また、カルボキシ基によるポリアセタール樹脂の劣化を防ぐ観点で、一態様において200μmol/g以下であり、好ましくは、150μmol/g以下、又は100μmol/g以下、又は80μmol/g以下、又は50μmol/g以下である。
[Carboxy group concentration]
In one aspect, the carboxy group concentration of the cellulose fine fibers is, from the viewpoint of ease of production of the cellulose fine fibers, preferably 1 μmol/g or more, or 3 μmol/g or more, or 5 μmol/g or more, or 10 μmol/g or more, and from the viewpoint of maintaining the heat resistance of the cellulose fine fibers and preventing deterioration of the polyacetal resin due to the carboxy groups, in one aspect, it is 200 μmol/g or less, and preferably 150 μmol/g or less, or 100 μmol/g or less, or 80 μmol/g or less, or 50 μmol/g or less.
セルロース繊維原料のカルボキシ基濃度は、種類により異なるが、一態様において、0μmol/g~200μmol/g程度であり得る。セルロース繊維原料を解繊してセルロース微細繊維を得る際には、熱、酸化性条件、応力等によるセルロース分子の切断又は変性が生じ得ることでカルボキシ基濃度がセルロース繊維原料と比べてセルロース微細繊維で大きくなる傾向がある。また、セルロース分子の切断は分子量低下をもたらすため、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)で表される分子量分布が広くなる。すなわち、一態様では、解繊前後で重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が増大し、低分子量成分の優先的な分解がカルボキシ基濃度を顕著に増大させ得る。本実施形態のセルロース微細繊維は、一態様において、解繊時のカルボキシ基濃度増大が抑制されていることによって、カルボキシ基濃度が特定範囲に制御されている。特に好ましい一態様では、均質なセルロース微細繊維を生成するように高度に制御された解繊条件によって低分子量成分の生成を抑制することで、セルロース微細繊維のカルボキシ基濃度が特定範囲に制御されている。 The carboxyl group concentration of the cellulose fiber raw material varies depending on the type, but in one embodiment, it may be about 0 μmol/g to 200 μmol/g. When cellulose fiber raw material is defibrated to obtain cellulose fine fibers, cellulose molecules may be cut or modified due to heat, oxidative conditions, stress, etc., so that the carboxyl group concentration tends to be higher in the cellulose fine fibers than in the cellulose fiber raw material. In addition, since the cutting of cellulose molecules leads to a decrease in molecular weight, the molecular weight distribution expressed by weight average molecular weight (Mw) / number average molecular weight (Mn) becomes wider. That is, in one embodiment, the weight average molecular weight (Mw) / number average molecular weight (Mn) increases before and after defibration, and the preferential decomposition of low molecular weight components can significantly increase the carboxyl group concentration. In one embodiment, the cellulose fine fibers of this embodiment have a carboxyl group concentration controlled to a specific range by suppressing the increase in the carboxyl group concentration during defibration. In a particularly preferred embodiment, the carboxyl group concentration of the cellulose fine fibers is controlled to a specific range by suppressing the generation of low molecular weight components by highly controlled defibration conditions to generate homogeneous cellulose fine fibers.
一態様においては、セルロース繊維原料のカルボキシ基濃度が、0μmol/g以上であり、好ましくは1μmol/g以上、又は3μmol/g以上、又は5μmol/g以上、又は10μmol/g以上であり、200μmol/g以下、又は150μmol/g以下、又は100μmol/g以下、又は80μmol/g以下、又は50μmol/g以下である。 In one embodiment, the carboxyl group concentration of the cellulose fiber raw material is 0 μmol/g or more, preferably 1 μmol/g or more, or 3 μmol/g or more, or 5 μmol/g or more, or 10 μmol/g or more, and 200 μmol/g or less, or 150 μmol/g or less, or 100 μmol/g or less, or 80 μmol/g or less, or 50 μmol/g or less.
[セルロース繊維原料及びセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度及びカルボキシ基濃度]
アルデヒド基濃度は、以下の方法で求める。セルロース繊維原料スラリー(固形分率0.5質量%)又はセルロース微細繊維スラリー(固形分率0.5質量%)を60ml調製し、0.1Mの塩酸水溶液によってpHを約2.5とした後、0.05Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して電気伝導度測定を行う。測定はpHが約11になるまで続ける。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム水溶液量(V)から、下式を用いて官能基量1を決定する。該官能基量1がカルボキシ基の量(カルボキシ基濃度)を示す。
官能基量(mmol/g)=V(ml)×0.05/セルロース微細繊維の固形分質量(g)
次に、セルロース繊維原料スラリー及びセルロース微細繊維スラリーを、酢酸でpHを4~5に調整した2%亜塩素酸ナトリウム水溶液中でさらに48時間常温で酸化し、上記手法によって再び官能基量2を測定する。この酸化によって追加された官能基量(=官能基量2-官能基量1)を算出し、アルデヒド基濃度とする。
[Aldehyde group concentration and carboxyl group concentration of cellulose fiber raw material and cellulose fine fiber]
The aldehyde group concentration is determined by the following method. 60 ml of cellulose fiber raw material slurry (solid content 0.5% by mass) or cellulose fine fiber slurry (solid content 0.5% by mass) is prepared, and the pH is adjusted to about 2.5 with 0.1 M hydrochloric acid aqueous solution, and then 0.05 M sodium hydroxide aqueous solution is dropped to measure the electrical conductivity. The measurement is continued until the pH reaches about 11. The functional group amount 1 is determined using the following formula from the amount (V) of sodium hydroxide aqueous solution consumed in the neutralization stage of weak acid, where the change in electrical conductivity is gradual. The functional group amount 1 indicates the amount of carboxyl groups (carboxyl group concentration).
Amount of functional group (mmol/g)=V (ml)×0.05/mass of solid content of cellulose fine fiber (g)
Next, the cellulose fiber raw material slurry and the cellulose fine fiber slurry are further oxidized at room temperature for 48 hours in a 2% aqueous sodium chlorite solution whose pH has been adjusted to 4 to 5 with acetic acid, and the
一態様において、本開示のセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度はポリアセタール樹脂組成物中のセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度であってよい。測定方法は以下のとおりである。すなわち、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノールでポリアセタール樹脂組成物の樹脂成分を溶解させ、セルロース微細繊維を抽出し、遠心分離と前記溶媒での再分散を繰り返し、十分に洗浄する。洗浄したセルロース微細繊維は水でさらに洗浄し、セルロース微細繊維スラリー(固形分率0.5質量%)を調製し、上述の手法でアルデヒド基濃度を算出する。 In one embodiment, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers of the present disclosure may be the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers in the polyacetal resin composition. The measurement method is as follows. That is, the resin components of the polyacetal resin composition are dissolved in 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, the cellulose fine fibers are extracted, and the cellulose fine fibers are thoroughly washed by repeating centrifugation and redispersion in the solvent. The washed cellulose fine fibers are further washed with water to prepare a cellulose fine fiber slurry (solid content 0.5% by mass), and the aldehyde group concentration is calculated by the above-mentioned method.
[数平均繊維長、数平均繊維径、及びL/D比]
一態様において、セルロース微細繊維の数平均繊維長Lは、セルロース微細繊維による物性向上効果を良好に発現する観点から、好ましくは、100nm以上、又は500nm以上、1μm以上、又は5μm以上、又は10μm以上、又は20μm以上であり、樹脂組成物中でセルロース微細繊維を良好に分散させる観点から、好ましくは、1000μm以下、又は800μm以下、又は500μm以下、又は400μm以下、又は300μm以下、又は200μm以下である。
[Number average fiber length, number average fiber diameter, and L/D ratio]
In one aspect, the number average fiber length L of the cellulose fine fibers is, from the viewpoint of satisfactorily expressing the physical property improving effect of the cellulose fine fibers, preferably 100 nm or more, or 500 nm or more, 1 μm or more, or 5 μm or more, or 10 μm or more, or 20 μm or more, and, from the viewpoint of satisfactorily dispersing the cellulose fine fibers in the resin composition, preferably 1000 μm or less, or 800 μm or less, or 500 μm or less, or 400 μm or less, or 300 μm or less, or 200 μm or less.
一態様において、セルロース微細繊維の数平均繊維径Dは、セルロース微細繊維による物性向上効果を良好に得る観点から、好ましくは2nm以上、又は4nm以上、又は5nm以上、又は10nm以上、又は15nm以上、又は20nm以上であり、一態様において、1000nm以下であり、好ましくは、900nm以下、又は800nm以下、又は700nm以下、又は600nm以下、又は500nm以下、又は400nm以下、又は300nm以下、又は200nm以下である。 In one embodiment, the number average fiber diameter D of the cellulose fine fibers is preferably 2 nm or more, or 4 nm or more, or 5 nm or more, or 10 nm or more, or 15 nm or more, or 20 nm or more, from the viewpoint of obtaining a good effect of improving physical properties by the cellulose fine fibers, and in one embodiment, it is 1000 nm or less, and preferably 900 nm or less, or 800 nm or less, or 700 nm or less, or 600 nm or less, or 500 nm or less, or 400 nm or less, or 300 nm or less, or 200 nm or less.
セルロース微細繊維の数平均繊維長L/数平均繊維径D比は、セルロース微細繊維による物性向上効果を良好に発現する観点から、好ましくは、30以上、又は50以上、又は80以上、又は100以上、又は120以上、又は150以上であり、樹脂組成物中でセルロース微細繊維を良好に分散させる観点から、好ましくは5000以下、又は3000以下、又は2000以下、又は1000以下である。 The ratio of number average fiber length L/number average fiber diameter D of the cellulose fine fibers is preferably 30 or more, or 50 or more, or 80 or more, or 100 or more, or 120 or more, or 150 or more, from the viewpoint of satisfactorily expressing the effect of improving physical properties by the cellulose fine fibers, and is preferably 5000 or less, or 3000 or less, or 2000 or less, or 1000 or less, from the viewpoint of satisfactorily dispersing the cellulose fine fibers in the resin composition.
一態様において、本開示のセルロース微細繊維の数平均繊維長L、数平均繊維径D及びL/D比は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて以下の手順で測定される値である。セルロース微細繊維の水分散液をtert-ブタノールで置換し、0.001~0.1質量%まで希釈し、高剪断ホモジナイザー(例えばIKA製、商品名「ウルトラタラックスT18」)を用い、処理条件:回転数15,000rpm×3分間で分散させ、オスミウム蒸着したシリコン基板上にキャストし、風乾したものを測定サンプルとし、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)で計測して求める。具体的には、少なくとも100本の繊維状物質が観測されるように倍率が調整された観察視野にて、無作為に選んだ100本の数平均繊維長及び数平均繊維径を計測する。そして、それぞれの数平均値を数平均繊維径L及び数平均繊維径Dとし、比(L/D)を算出する。 In one embodiment, the number average fiber length L, number average fiber diameter D, and L/D ratio of the cellulose fine fibers of the present disclosure are values measured using a scanning electron microscope (SEM) according to the following procedure. An aqueous dispersion of cellulose fine fibers is replaced with tert-butanol, diluted to 0.001 to 0.1% by mass, and dispersed using a high-shear homogenizer (e.g., manufactured by IKA, product name "Ultra Turrax T18") under processing conditions: rotation speed 15,000 rpm x 3 minutes. The sample is cast on an osmium-deposited silicon substrate and air-dried to obtain a measurement sample, which is measured using a high-resolution scanning electron microscope (SEM). Specifically, the number average fiber length and number average fiber diameter of 100 randomly selected fibers are measured in an observation field where the magnification is adjusted so that at least 100 fibrous substances are observed. Then, the respective number average values are taken as the number average fiber diameter L and the number average fiber diameter D, and the ratio (L/D) is calculated.
[比表面積]
一態様において、本開示のセルロース微細繊維の比表面積は、セルロース微細繊維による物性向上効果を良好に発現する観点から、一態様において、0.1m2/g以上、又は0.5m2/g以上、又は1.0m2/g以上、又は2.0m2/g以上、又は3.0m2/g以上であり、製造容易性の観点から、一態様において、500m2/g以下、又は400m2/g以下、又は300m2/g以下、又は200m2/g以下、又は100m2/g以下、又は50m2/g以下である。
[Specific surface area]
In one aspect, the specific surface area of the cellulose fine fibers of the present disclosure, from the viewpoint of effectively expressing the physical property improving effect of the cellulose fine fibers, is 0.1 m2 /g or more, or 0.5 m2 /g or more, or 1.0 m2 /g or more, or 2.0 m2 /g or more, or 3.0 m2 /g or more, and from the viewpoint of ease of production, is 500 m2/g or less, or 400 m2 /g or less, or 300 m2 /g or less, or 200 m2/g or less, or 100 m2 /g or less, or 50 m2 /g or less.
セルロース微細繊維の比表面積は、比表面積・細孔分布測定装置(例えば、カンタクローム・インスツルメンツ社製、商品名「Nova-4200e」)にて、後述する多孔質シートを105℃で5時間真空乾燥し、液体窒素の沸点における窒素ガスの吸着量を相対蒸気圧(P/P0)が0.05以上0.2以下の範囲にて5点測定する(BET多点法)。 The specific surface area of the cellulose microfibers is measured by vacuum drying the porous sheet described below at 105°C for 5 hours using a specific surface area/pore distribution measuring device (e.g., Quantachrome Instruments, product name "Nova-4200e"), and measuring the amount of nitrogen gas adsorption at the boiling point of liquid nitrogen at 5 points in the range of relative vapor pressure (P/P0) from 0.05 to 0.2 (BET multipoint method).
[結晶多形]
セルロースの結晶多形としては、I型、II型、III型、IV型などが知られており、その中でも特にI型及びII型は汎用されており、III型、IV型は実験室スケールでは得られているものの工業スケールでは汎用されていない。セルロース微細繊維の結晶多型がI型、又はII型であると繊維の力学物性(強度、寸法安定性)が高く、セルロース微細繊維を樹脂に分散した際の樹脂組成物の強度、寸法安定性が高いため好ましい。
[Polymorphism]
Known crystalline polymorphs of cellulose include types I, II, III, and IV, of which types I and II are particularly widely used, and types III and IV have been obtained on a laboratory scale but are not widely used on an industrial scale. When the crystalline polymorph of the cellulose fine fibers is type I or type II, the mechanical properties (strength, dimensional stability) of the fibers are high, and when the cellulose fine fibers are dispersed in a resin, the strength and dimensional stability of the resin composition are high, which is preferable.
[結晶化度]
セルロース微細繊維の結晶化度は、好ましくは55%以上、又は60%以上、又は65%以上、又は70%以上、又は75%以上、又は80%以上である。結晶化度が大きいほどセルロース自体の力学物性(強度、寸法安定性)が高いため、セルロース微細繊維を樹脂に分散した際に、樹脂組成物の強度、寸法安定性が高い傾向にある。セルロース微細繊維の結晶化度について上限は特に限定されず、高い方が好ましいが、生産上の観点から好ましい上限は99%である。
[Crystallization degree]
The crystallinity of the cellulose fine fibers is preferably 55% or more, or 60% or more, or 65% or more, or 70% or more, or 75% or more, or 80% or more. The higher the crystallinity, the higher the mechanical properties (strength, dimensional stability) of the cellulose itself, and therefore when the cellulose fine fibers are dispersed in a resin, the strength and dimensional stability of the resin composition tend to be high. There is no particular upper limit for the crystallinity of the cellulose fine fibers, and the higher the better, but from the viewpoint of production, the preferred upper limit is 99%.
ここでいう結晶化度は、セルロース微細繊維がセルロースI型結晶(天然セルロース由来)である場合には、サンプルを広角X線回折により測定した際の回折パターン(2θ/deg.が10~30)からSegal法により、以下の式で求められる。
結晶化度(%)=[I(200)-I(amorphous)]/I(200)×100
I(200):セルロースI型結晶における200面(2θ=22.5°)による回折ピーク強度
I(amorphous):セルロースI型結晶におけるアモルファスによるハローピーク強度であって、200面の回折角度より4.5°低角度側(2θ=18.0°)のピーク強度
When the cellulose fine fibers are cellulose I type crystals (derived from natural cellulose), the degree of crystallinity can be calculated from the diffraction pattern (2θ/deg. is 10 to 30) obtained by measuring a sample by wide-angle X-ray diffraction using the Segal method, according to the following formula:
Crystallinity (%) = [I (200) - I (amorphous) ] / I (200) x 100
I (200) : Diffraction peak intensity due to the 200 plane (2θ = 22.5°) in cellulose I type crystals I (amorphous) : Halo peak intensity due to amorphous in cellulose I type crystals, which is the peak intensity at an angle 4.5° lower than the diffraction angle of the 200 plane (2θ = 18.0°)
また結晶化度は、セルロースがセルロースII型結晶(再生セルロース由来)である場合には、広角X線回折において、セルロースII型結晶の(110)面ピークに帰属される2θ=12.6°における絶対ピーク強度h0 とこの面間隔におけるベースライン(2θ=8°および15°を結ぶ線)のピーク強度h1から、下記式によって求められる。
結晶化度(%) =(h0-h1) /h0 ×100
When the cellulose is cellulose II type crystal (derived from regenerated cellulose), the degree of crystallinity can be calculated from the absolute peak intensity h0 at 2θ=12.6° assigned to the (110) plane peak of cellulose II type crystal in wide-angle X-ray diffraction and the peak intensity h1 of the baseline (the line connecting 2θ=8° and 15°) at this interplanar spacing, according to the following formula:
Crystallinity (%) = (h0 - h1) / h0 × 100
[重合度]
また、セルロース微細繊維の重合度は、好ましくは100以上、又は150以上、又は200以上、又は300以上、又は400以上、又は450以上であり、好ましくは3500以下、又は3300以下、又は3200以下、又は3100以下、又は3000以下である。
[Degree of polymerization]
In addition, the degree of polymerization of the cellulose fine fibers is preferably 100 or more, or 150 or more, or 200 or more, or 300 or more, or 400 or more, or 450 or more, and preferably 3500 or less, or 3300 or less, or 3200 or less, or 3100 or less, or 3000 or less.
加工性と機械的特性発現との観点から、セルロース微細繊維の重合度を上述の範囲内とすることが望ましい。加工性の観点から、重合度は高すぎない方が好ましく、機械的特性発現の観点からは低すぎないことが望まれる。 From the viewpoint of processability and mechanical property expression, it is desirable that the degree of polymerization of the cellulose fine fibers is within the above-mentioned range. From the viewpoint of processability, it is preferable that the degree of polymerization is not too high, and from the viewpoint of mechanical property expression, it is desirable that the degree of polymerization is not too low.
セルロース微細繊維の重合度は、「第十五改正日本薬局方解説書(廣川書店発行)」の確認試験(3)に記載の銅エチレンジアミン溶液による還元比粘度法に従って測定される平均重合度を意味する。
なお、化学修飾されたセルロース微細繊維の重合度に関しては、化学修飾基の存在により正確な算出ができない場合がある。この場合においては化学修飾セルロース微細繊維の原料である化学修飾する直前のセルロース微細繊維、又は、化学修飾する直前のセルロース繊維原料の重合度を化学修飾されたセルロース微細繊維の重合度とみなしてよい。
The degree of polymerization of the cellulose fine fibers means the average degree of polymerization measured according to the reduced specific viscosity method using a copper-ethylenediamine solution described in the Verification Test (3) of the "Japanese Pharmacopoeia Commentary, 15th Edition (published by Hirokawa Shoten)."
Incidentally, the degree of polymerization of the chemically modified cellulose fine fibers may not be accurately calculated due to the presence of chemically modifying groups. In such cases, the degree of polymerization of the cellulose fine fibers immediately before chemical modification, which are the raw material for the chemically modified cellulose fine fibers, or the raw cellulose fiber material immediately before chemical modification, may be regarded as the degree of polymerization of the chemically modified cellulose fine fibers.
[Mw,Mn,Mw/Mn]
一態様において、セルロース微細繊維の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは100000以上、又は150000以上、又は180000以上、又は200000以上、又は250000以上である。一態様において、セルロース微細繊維の数平均分子量(Mn)は、好ましくは10000以上、又は20000以上、又は30000以上、又は40000以上、又は50000以上である。一態様において、重量平均分子量と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、好ましくは6.0以下、又は5.6以下、又は5.4以下である。重量平均分子量が大きいほどセルロース分子の末端基の数は少ないことを意味する。また、重量平均分子量と数平均分子量との比(Mw/Mn)は分子量分布の幅を表すものであることから、Mw/Mnが小さいほどセルロース分子の末端の数は少ないことを意味する。セルロース分子の末端は熱分解の起点となるため、セルロース微細繊維のセルロース分子の重量平均分子量が大きいだけでなく、重量平均分子量が大きいと同時に分子量分布の幅が狭い場合に、特に高耐熱性のセルロース微細繊維が得られる。セルロース微細繊維の重量平均分子量(Mw)は、セルロース繊維原料の入手容易性の観点から、例えば600000以下、又は500000以下、又は400000以下であってよい。セルロース微細繊維の数平均分子量(Mn)は、セルロース繊維原料の入手容易性の観点から、例えば200000以下、又は150000以下、又は100000以下、又は80000以下、又は60000以下であってよい。重量平均分子量と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)はセルロース微細繊維の製造容易性の観点から、例えば1.5以上、又は1.7以上、又は2以上であってよい。Mwは、目的に応じたMwを有するセルロース繊維原料を選択すること、セルロース繊維原料に対して物理的処理及び/又は化学的処理を適度な範囲で適切に行うこと、特に解繊を制御された穏やかな条件で行うこと等によって上記範囲に制御できる。Mw/Mnもまた、目的に応じたMw/Mnを有するセルロース繊維原料を選択すること、セルロース繊維原料に対して物理的処理及び/又は化学的処理を適度な範囲で適切に行うこと、特に解繊を制御された穏やかな条件で行うこと等によって上記範囲に制御できる。セルロース繊維原料のMw及びMw/Mnの各々は一態様において上記範囲内であってもよい。Mwの制御、及びMw/Mnの制御の両者において、上記物理的処理としては、マイクロフリュイダイザー、ボールミル、ディスクミル等の乾式粉砕若しくは湿式粉砕、擂潰機、ホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超音波装置等による衝撃、剪断、ずり、摩擦等の機械的な力を加える物理的処理を例示でき、上記化学的処理としては、蒸解、漂白、酸処理、酵素処理、再生セルロース化、加水分解処理等を例示できる。
なお、化学修飾されたセルロース微細繊維のMw,Mn,Mw/Mnに関しては、化学修飾基の存在により正確な算出ができない場合がある。この場合においては化学修飾セルロース微細繊維の原料である化学修飾する直前のセルロース微細繊維、又は、化学修飾する直前のセルロース繊維原料のMw,Mn,Mw/Mnを化学修飾されたセルロース微細繊維のMw,Mn,Mw/Mnとみなしてよい。
[Mw, Mn, Mw/Mn]
In one embodiment, the weight average molecular weight (Mw) of the cellulose fine fibers is preferably 100,000 or more, or 150,000 or more, or 180,000 or more, or 200,000 or more, or 250,000 or more. In one embodiment, the number average molecular weight (Mn) of the cellulose fine fibers is preferably 10,000 or more, or 20,000 or more, or 30,000 or more, or 40,000 or more, or 50,000 or more. In one embodiment, the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight (Mn) is preferably 6.0 or less, or 5.6 or less, or 5.4 or less. The larger the weight average molecular weight, the fewer the number of terminal groups of the cellulose molecules. In addition, since the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight represents the width of the molecular weight distribution, the smaller the Mw/Mn, the fewer the number of terminals of the cellulose molecules. Since the end of the cellulose molecule is the starting point of thermal decomposition, when the weight average molecular weight of the cellulose molecule of the cellulose fine fiber is not only large but also has a narrow molecular weight distribution, the cellulose fine fiber has a particularly high heat resistance. From the viewpoint of the availability of the cellulose fiber raw material, the weight average molecular weight (Mw) of the cellulose fine fiber may be, for example, 600,000 or less, or 500,000 or less, or 400,000 or less. From the viewpoint of the availability of the cellulose fiber raw material, the number average molecular weight (Mn) of the cellulose fine fiber may be, for example, 200,000 or less, or 150,000 or less, or 100,000 or less, or 80,000 or less, or 60,000 or less. From the viewpoint of the ease of production of the cellulose fine fiber, the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight to the number average molecular weight (Mn) may be, for example, 1.5 or more, or 1.7 or more, or 2 or more. The Mw can be controlled within the above range by selecting a cellulose fiber raw material having an Mw appropriate for the purpose, performing physical and/or chemical treatments on the cellulose fiber raw material in an appropriate range, and particularly performing defibration under controlled and mild conditions. The Mw/Mn can also be controlled within the above range by selecting a cellulose fiber raw material having an Mw/Mn appropriate for the purpose, performing physical and/or chemical treatments on the cellulose fiber raw material in an appropriate range, and particularly performing defibration under controlled and mild conditions. In one embodiment, each of the Mw and Mw/Mn of the cellulose fiber raw material may be within the above range. In both the control of Mw and the control of Mw/Mn, examples of the physical treatment include dry or wet grinding using a microfluidizer, ball mill, disk mill, etc., and physical treatments that apply mechanical forces such as impact, shear, shear, and friction using a crusher, homomixer, high-pressure homogenizer, ultrasonic device, etc., and examples of the chemical treatment include digestion, bleaching, acid treatment, enzyme treatment, regenerated cellulose, hydrolysis, etc.
Incidentally, the Mw, Mn and Mw/Mn of the chemically modified cellulose fine fibers may not be calculated accurately due to the presence of chemically modifying groups. In this case, the Mw, Mn and Mw/Mn of the cellulose fine fibers immediately before chemical modification, which are the raw material for the chemically modified cellulose fine fibers, or the Mw, Mn and Mw/Mn of the raw cellulose fibers immediately before chemical modification may be regarded as the Mw, Mn and Mw/Mn of the chemically modified cellulose fine fibers.
ここでいうセルロース微細繊維の重量平均分子量及び数平均分子量とは、セルロース微細繊維を塩化リチウムが添加されたN,N-ジメチルアセトアミドに溶解させたうえで、N,N-ジメチルアセトアミドを溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィによって求めた値である。 The weight average molecular weight and number average molecular weight of the cellulose microfibers referred to here are values determined by dissolving the cellulose microfibers in N,N-dimethylacetamide containing lithium chloride and then performing gel permeation chromatography using N,N-dimethylacetamide as a solvent.
[アルカリ可溶多糖類及び酸不溶性成分]
セルロース繊維原料は、アルカリ可溶多糖類、及び酸不溶成分(リグニン等)を含有するため、蒸解処理による脱リグニン等の精製工程及び漂白工程を経て、アルカリ可溶分及び硫酸不溶成分を減らしても良い。他方、蒸解処理による脱リグニン等の精製工程及び漂白工程はセルロースの分子鎖を切断し、重量平均分子量、及び数平均分子量を変化させてしまうため、セルロース繊維原料の精製工程及び漂白工程は、セルロース微細繊維の重量平均分子量、及び重量平均分子量と数平均分子量との比が適切な範囲となるようにコントロールされていることが望ましい。
[Alkali-soluble polysaccharides and acid-insoluble components]
Since the cellulose fiber raw material contains alkali-soluble polysaccharides and acid-insoluble components (lignin, etc.), the alkali-soluble and sulfuric acid-insoluble components may be reduced by a purification process such as delignification by cooking and a bleaching process. On the other hand, the purification process such as delignification by cooking and the bleaching process cut the molecular chains of cellulose, changing the weight-average molecular weight and number-average molecular weight, so it is desirable to control the purification process and bleaching process of the cellulose fiber raw material so that the weight-average molecular weight of the cellulose fine fibers and the ratio of the weight-average molecular weight to the number-average molecular weight are within appropriate ranges.
また、蒸解処理による脱リグニン等の精製工程及び漂白工程によってセルロース微細繊維が低分子量化すること、及びセルロース繊維原料が変質してアルカリ可溶分の存在比率が増加することが懸念される。アルカリ可溶分は耐熱性に劣り、アルデヒド基濃度が増大するため、セルロース繊維原料の精製工程及び漂白工程は、セルロース繊維原料に含有されるアルカリ可溶分の量が一定の値以下の範囲となるようにコントロールされていることが望ましい。 There is also concern that refining processes such as delignification by cooking and bleaching processes may reduce the molecular weight of cellulose fine fibers and alter the cellulose fiber raw material, increasing the proportion of alkali-soluble matter present. Since alkali-soluble matter has poor heat resistance and increases the concentration of aldehyde groups, it is desirable that the refining and bleaching processes of cellulose fiber raw materials be controlled so that the amount of alkali-soluble matter contained in the cellulose fiber raw material is within a certain range or less.
セルロース微細繊維が含み得るアルカリ可溶多糖類は、ヘミセルロースのほか、β-セルロース及びγ-セルロースも包含する。アルカリ可溶多糖類とは、植物(例えば木材)を溶媒抽出及び塩素処理して得られるホロセルロースのうちのアルカリ可溶部として得られる成分(すなわちホロセルロースからα-セルロースを除いた成分)として当業者に理解される。 Alkali-soluble polysaccharides that cellulose microfibers may contain include hemicellulose, β-cellulose, and γ-cellulose. Those skilled in the art will understand alkali-soluble polysaccharides as components obtained as the alkali-soluble portion of holocellulose obtained by solvent extraction and chlorine treatment of plants (e.g., wood) (i.e., components obtained by removing α-cellulose from holocellulose).
一態様において、セルロース微細繊維中のアルカリ可溶分含有率は、溶融混練時のセルロース微細繊維の機械強度保持、及び黄変抑制、及びアルデヒド基濃度を本開示の範囲内に制御する観点から、セルロース微細繊維100質量%に対して、好ましくは、20質量%以下、又は18質量%以下、又は15質量%以下、又は12質量%以下、又は10質量%以下、又は8質量%以下、又は6質量%以下である。上記含有率は、セルロース微細繊維の製造容易性の観点から、0.1質量%以上、又は0.5質量%以上、又は1質量%以上、又は2質量%以上、又は3質量%以上であってもよい。 In one embodiment, the content of alkali-soluble matter in the cellulose fine fibers is preferably 20% by mass or less, or 18% by mass or less, or 15% by mass or less, or 12% by mass or less, or 10% by mass or less, or 8% by mass or less, or 6% by mass or less, based on 100% by mass of the cellulose fine fibers, from the viewpoint of maintaining the mechanical strength of the cellulose fine fibers during melt kneading, suppressing yellowing, and controlling the aldehyde group concentration within the range of the present disclosure. From the viewpoint of ease of production of the cellulose fine fibers, the above content may be 0.1% by mass or more, or 0.5% by mass or more, or 1% by mass or more, or 2% by mass or more, or 3% by mass or more.
アルカリ可溶分含有率は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載の手法より求めることができ、ホロセルロース含有率(Wise法)からαセルロース含有率を差し引くことで求められる。なおこの方法は当業界においてヘミセルロース量の測定方法として理解されている。1つのサンプルにつき3回アルカリ可溶分含有率を算出し、算出したアルカリ可溶分含有率の数平均をアルカリ可溶分含有率とする。なお、化学修飾されたセルロース微細繊維のアルカリ可溶分含有率に関しては、化学修飾基の存在により正確に算出することができない場合がある。この場合、化学修飾されたセルロース微細繊維の原料である化学修飾する直前のセルロース微細繊維、又は、化学修飾する直前のセルロース繊維原料のアルカリ可溶分含有率を、化学修飾されたセルロース微細繊維のアルカリ可溶分含有率とみなしてよい。 The alkali-soluble content can be determined by the method described in the non-patent literature (Wood Science Experiment Manual, edited by the Japan Wood Research Society, pp. 92-97, 2000), by subtracting the α-cellulose content from the holocellulose content (Wise method). This method is understood in the industry as a method for measuring the amount of hemicellulose. The alkali-soluble content is calculated three times for each sample, and the number average of the calculated alkali-soluble contents is taken as the alkali-soluble content. The alkali-soluble content of chemically modified cellulose microfibers may not be calculated accurately due to the presence of chemical modification groups. In this case, the alkali-soluble content of the cellulose microfibers immediately before chemical modification, which are the raw material for the chemically modified cellulose microfibers, or the alkali-soluble content of the raw cellulose fiber immediately before chemical modification, may be considered to be the alkali-soluble content of the chemically modified cellulose microfibers.
セルロース微細繊維が含み得る酸不溶成分は、植物(例えば木材)を溶媒抽出した脱脂試料を硫酸処理した後に残存する不溶成分として当業者に理解される。酸不溶成分は具体的には芳香族由来のリグニンであるが、それに限定されない。 The acid-insoluble components that cellulose microfibers may contain are understood by those skilled in the art as insoluble components that remain after a defatted sample obtained by solvent extraction of a plant (e.g., wood) is treated with sulfuric acid. Specific examples of acid-insoluble components include, but are not limited to, aromatic lignin.
一態様において、セルロース微細繊維中の酸不溶成分平均含有率は、セルロース微細繊維の耐熱性低下及びそれに伴う変色を回避する観点から、セルロース微細繊維100質量%に対して、好ましくは、10質量%以下、又は5質量%以下、又は3質量%以下である。上記含有率は、セルロース微細繊維の製造容易性の観点から、0.1質量%以上、又は0.2質量%以上、又は0.3質量%以上であってもよい。 In one embodiment, the average content of acid-insoluble components in the cellulose fine fibers is preferably 10% by mass or less, 5% by mass or less, or 3% by mass or less, based on 100% by mass of the cellulose fine fibers, from the viewpoint of avoiding a decrease in the heat resistance of the cellulose fine fibers and the associated discoloration. From the viewpoint of ease of production of the cellulose fine fibers, the above content may be 0.1% by mass or more, 0.2% by mass or more, or 0.3% by mass or more.
酸不溶成分平均含有率は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載のクラーソン法を用いた酸不溶成分の定量として行う。なおこの方法は当業界においてリグニン量の測定方法として理解されている。硫酸溶液中でサンプルを撹拌してセルロース及びヘミセルロース等を溶解させた後、ガラスファイバーろ紙で濾過し、得られた残渣が酸不溶成分に該当する。この酸不溶成分重量より酸不溶成分含有率を算出する。1つのサンプルにつき3回酸不溶成分含有率を測定し、その数平均を酸不溶成分平均含有率とする。なお、化学修飾されたセルロース微細繊維の酸不溶成分平均含有率に関しては、化学修飾基の存在により正確に算出することができない場合がある。この場合、化学修飾されたセルロース微細繊維の原料である化学修飾する直前のセルロース微細繊維、又は、化学修飾する直前のセルロース繊維原料の酸不溶成分含有率を、化学修飾されたセルロース微細繊維の酸不溶成分含有率とみなしてよい。 The average acid-insoluble content is determined by quantifying the acid-insoluble content using the Clason method described in the non-patent literature (Wood Science Experiment Manual, edited by the Japan Wood Research Society, pp. 92-97, 2000). This method is understood in the industry as a method for measuring the amount of lignin. The sample is stirred in a sulfuric acid solution to dissolve cellulose, hemicellulose, etc., and then filtered through a glass fiber filter. The residue obtained corresponds to the acid-insoluble component. The acid-insoluble component content is calculated from the weight of the acid-insoluble component. The acid-insoluble component content is measured three times for each sample, and the number average is taken as the average acid-insoluble component content. The average acid-insoluble component content of chemically modified cellulose microfibers may not be calculated accurately due to the presence of chemical modification groups. In this case, the acid-insoluble component content of the cellulose microfibers immediately before chemical modification, which are the raw material for chemically modified cellulose microfibers, or the acid-insoluble component content of the raw cellulose fiber immediately before chemical modification, may be considered to be the acid-insoluble component content of the chemically modified cellulose microfibers.
[化学修飾]
セルロース微細繊維は、化学修飾されたセルロース微細繊維(化学修飾セルロース微細繊維ともいう)であってよい。化学修飾セルロース微細繊維として、例えば硝酸エステル、硫酸エステル、リン酸エステル、ケイ酸エステル、ホウ酸エステル等の無機エステル化物、アセチル化、プロピオニル化等の有機エステル化物、メチルエーテル、ヒドロキシエチルエーテル、ヒドロキシプロピルエーテル、ヒドロキシブチルエーテル、カルボキシメチルエーテル、シアノエチルエーテル等のエーテル化物、セルロースの一級水酸基を酸化してなるTEMPO酸化物等が挙げられる。化学修飾セルロース微細繊維は1種類又は2種類以上修飾基を含んでいても良い。
[Chemical modification]
The cellulose fine fibers may be chemically modified cellulose fine fibers (also referred to as chemically modified cellulose fine fibers). Examples of chemically modified cellulose fine fibers include inorganic esters such as nitrate esters, sulfate esters, phosphate esters, silicate esters, and borate esters, organic esters such as acetylation and propionylation, ethers such as methyl ether, hydroxyethyl ether, hydroxypropyl ether, hydroxybutyl ether, carboxymethyl ether, and cyanoethyl ether, and TEMPO oxides obtained by oxidizing the primary hydroxyl groups of cellulose. The chemically modified cellulose fine fibers may contain one or more types of modifying groups.
[アシル置換度(DS)]
セルロース微細繊維が化学修飾(例えばアシル化等の疎水化によって)されている場合、セルロース微細繊維の樹脂中での分散性は良好である傾向がある。一方、例えば分散剤と組合される場合、セルロース微細繊維が非置換又は低置換度であっても樹脂中で良好な分散性を示すことが容易である。セルロース微細繊維がエステル化セルロース微細繊維である場合、アシル置換度(DS)は、熱分解開始温度が高いエステル化セルロース微細繊維を得る点で、好ましくは、0.1以上、又は0.2以上、又は0.25以上、又は0.3以上、又は0.5以上であり、エステル化セルロース微細繊維中に未修飾のセルロース骨格が残存するため、セルロース由来の高い引張強度及び寸法安定性と化学修飾由来の高い熱分解開始温度を兼ね備えたエステル化セルロース微細繊維を得ることができる点で、好ましくは、2.0以下、又は1.8以下、又は1.5以下、又は1.2以下、又は1.0以下、又は0.8以下、又は0.7以下、又は0.6以下、又は0.5以下である。
[Degree of acyl substitution (DS)]
When the cellulose fine fibers are chemically modified (for example, by hydrophobization such as acylation), the dispersibility of the cellulose fine fibers in the resin tends to be good. On the other hand, when combined with a dispersant, for example, the cellulose fine fibers can easily exhibit good dispersibility in the resin even if they are unsubstituted or have a low degree of substitution. When the cellulose fine fibers are esterified cellulose fine fibers, the acyl substitution degree (DS) is preferably 0.1 or more, or 0.2 or more, or 0.25 or more, or 0.3 or more, or 0.5 or more in terms of obtaining esterified cellulose fine fibers with a high thermal decomposition onset temperature, and is preferably 2.0 or less, or 1.8 or less, or 1.5 or less, or 1.2 or less, or 1.0 or less, or 0.8 or less, or 0.7 or less, or 0.6 or less, or 0.5 or less in terms of obtaining esterified cellulose fine fibers having both high tensile strength and dimensional stability derived from cellulose and high thermal decomposition onset temperature derived from chemical modification, since unmodified cellulose skeleton remains in the esterified cellulose fine fibers.
化学修飾セルロース微細繊維の修飾基がアシル基の場合のアシル置換度(DS)は、エステル化セルロース微細繊維の反射型赤外吸収スペクトルから、アシル基由来のピークとセルロース骨格由来のピークとのピーク強度比に基づいて算出することができる。アシル基に基づくC=Oの吸収バンドのピークは1730cm-1に出現し、セルロース骨格鎖に基づくC-Oの吸収バンドのピークは1030cm-1に出現する。エステル化セルロース微細繊維のDSは、後述するエステル化セルロース微細繊維の固体NMR測定から得られるDSと、セルロース骨格鎖C-Oの吸収バンドのピーク強度に対するアシル基に基づくC=Oの吸収バンドのピーク強度の比率で定義される修飾化率(IRインデックス1030)との相関グラフを作製し、相関グラフから算出された検量線
置換度DS = 4.13 × IRインデックス(1030)
を使用することで求めることができる。
IRインデックス(1030)= H1730/H1030
式中、H1730及びH1030は1730cm-1、1030cm-1(セルロース骨格鎖C-O伸縮振動の吸収バンド)における吸光度である。ただし、それぞれ1900cm-1と1500cm-1を結ぶ線と800cm-1と1500cm-1を結ぶ線をベースラインとして、このベースラインを吸光度0とした時の吸光度を意味する。
When the modifying group of the chemically modified cellulose fine fiber is an acyl group, the degree of acyl substitution (DS) can be calculated from the reflection infrared absorption spectrum of the esterified cellulose fine fiber based on the peak intensity ratio between the peak derived from the acyl group and the peak derived from the cellulose skeleton. The peak of the absorption band of C=O based on the acyl group appears at 1730 cm -1 , and the peak of the absorption band of C-O based on the cellulose skeleton appears at 1030 cm -1 . The DS of the esterified cellulose fine fiber is calculated by preparing a correlation graph between the DS obtained from the solid-state NMR measurement of the esterified cellulose fine fiber described later and the modification ratio (IR index 1030) defined as the ratio of the peak intensity of the absorption band of C=O based on the acyl group to the peak intensity of the absorption band of C-O of the cellulose skeleton, and calculating the calibration curve substitution degree DS=4.13×IR index (1030) from the correlation graph.
It can be found by using
IR index(1030) = H1730/H1030
In the formula, H1730 and H1030 are the absorbances at 1730 cm -1 and 1030 cm -1 (absorption bands of C-O stretching vibration of the cellulose backbone chain), respectively, where the lines connecting 1900 cm -1 and 1500 cm -1 and 800 cm -1 and 1500 cm -1 are taken as baselines, and these mean the absorbances when these baselines are taken as absorbance 0.
固体NMRによるエステル化セルロース微細繊維のDSの算出方法は、凍結粉砕したエステル化セルロース微細繊維について13C固体NMR測定を行い、50ppmから110ppmの範囲に現れるセルロースのピラノース環由来の炭素C1-C6に帰属されるシグナルの合計面積強度(Inp)に対する修飾基由来の1つの炭素原子に帰属されるシグナルの面積強度(Inf)より下記式で求めることができる。
DS=(Inf)×6/(Inp)
たとえば、修飾基がアセチル基の場合、-CH3に帰属される23ppmのシグナルを用いれば良い。
用いる13C固体NMR測定の条件は例えば以下の通りである。
装置 :Bruker Biospin Avance500WB
周波数 :125.77MHz
測定方法 :DD/MAS法
待ち時間 :75sec
NMR試料管 :4mmφ
積算回数 :640回(約14Hr)
MAS :14,500Hz
化学シフト基準:グリシン(外部基準:176.03ppm)
The DS of the esterified cellulose fine fibers can be calculated by solid-state NMR by performing 13C solid-state NMR measurement on the frozen and pulverized esterified cellulose fine fibers, and calculating the DS from the total intensity (Inp) of the signals assigned to carbons C1 to C6 derived from the pyranose ring of cellulose appearing in the range from 50 ppm to 110 ppm relative to the intensity (Inf) of a signal assigned to one carbon atom derived from the modifying group, according to the following formula:
DS = (Inf) x 6 / (Inp)
For example, when the modifying group is an acetyl group, the signal at 23 ppm assigned to --CH.sub.3 may be used.
The conditions for the 13 C solid state NMR measurement are, for example, as follows:
Equipment: Bruker Biospin Avance 500WB
Frequency: 125.77MHz
Measurement method: DD/MAS method Waiting time: 75 sec
NMR sample tube: 4 mm diameter
Total number of times: 640 times (approximately 14 hours)
MAS: 14,500Hz
Chemical shift reference: glycine (external reference: 176.03 ppm)
[熱分解開始温度(TD)]
セルロース微細繊維の熱分解開始温度(TD)は、溶融混練時の熱劣化を回避し、機械強度を発揮できるという観点から、一態様において好ましくは、200℃以上、又は210℃以上、220℃以上、又は230℃以上、又は240℃以上、又は250℃以上、又は260℃以上、又は270℃以上、又は275℃以上、又は280℃以上、又は285℃以上である。熱分解開始温度は高いほど好ましいが、セルロース微細繊維の製造容易性の観点から、例えば、320℃以下、又は310℃以下、又は300℃以下であってもよい。
[Thermal decomposition onset temperature (T D )]
From the viewpoint of avoiding thermal degradation during melt-kneading and exhibiting mechanical strength, the thermal decomposition onset temperature (T D ) of the cellulose fine fibers in one embodiment is preferably 200° C. or higher, or 210° C. or higher, 220° C. or higher, or 230° C. or higher, or 240° C. or higher, or 250° C. or higher, or 260° C. or higher, or 270° C. or higher, or 275° C. or higher, or 280° C. or higher, or 285° C. or higher. The higher the thermal decomposition onset temperature, the more preferable it is, but from the viewpoint of ease of production of the cellulose fine fibers, it may be, for example, 320° C. or lower, 310° C. or lower, or 300° C. or lower.
[1%重量減少時温度(T1%),250℃重量減少率(T250℃)]
セルロース微細繊維の1wt%重量減少時の温度(T1%)は、溶融混練時の熱劣化を回避し、機械強度を発揮できるという観点から、一態様において好ましくは、230℃以上、又は240℃以上、又は250℃以上、又は260℃以上、又は270℃以上、又は275℃以上、又は280℃以上、又は285℃以上、又は290℃以上である。T1%は高いほど好ましいが、セルロース微細繊維の製造容易性の観点から、例えば、330℃以下、又は320℃以下、又は310℃以下であってもよい。
[Temperature at 1% weight loss (T 1% ), weight loss rate at 250°C (T 250°C )]
From the viewpoint of avoiding thermal degradation during melt-kneading and exhibiting mechanical strength, the temperature at which the cellulose fine fibers lose 1 wt % weight (T 1% ) is, in one embodiment, preferably 230° C. or more, or 240° C. or more, or 250° C. or more, or 260° C. or more, or 270° C. or more, or 275° C. or more, or 280° C. or more, or 285° C. or more, or 290° C. or more. The higher T 1% is, the more preferable, but from the viewpoint of ease of production of the cellulose fine fibers, it may be, for example, 330° C. or less, 320° C. or less, or 310° C. or less.
セルロース微細繊維の250℃重量減少率(T250℃)は溶融混練時の熱劣化を回避し、機械強度を発揮できるという観点から、一態様において好ましくは、15%以下、又は12%以下、又は10%以下、又は8%以下、又は6%以下、又は5%以下、又は4%以下、又は3%以下である。T250℃は低いほど好ましいが、セルロース微細繊維の製造容易性の観点から、例えば、0.1%以上、又は0.5%以上、又は0.7%以上、又は1.0%以上であってもよい。 From the viewpoint of avoiding thermal degradation during melt kneading and exhibiting mechanical strength, the 250°C weight loss rate (T250 °C ) of the cellulose fine fibers is preferably 15% or less, or 12% or less, or 10% or less, or 8% or less, or 6% or less, or 5% or less, or 4% or less, or 3% or less in one embodiment. The lower the T250°C , the more preferable it is, but from the viewpoint of ease of production of the cellulose fine fibers, it may be, for example, 0.1% or more, or 0.5% or more, or 0.7% or more, or 1.0% or more.
本開示で、TDとは、窒素フロー下の熱重量(TG)分析における、横軸が温度、縦軸が重量残存率%のグラフから求めた値である。後述するセルロース微細繊維の多孔質シートを窒素フロー100ml/min中で、室温から150℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、150℃で1時間保持した後、つづいて、そのまま450℃まで昇温速度:10℃/minで昇温する。150℃(水分がほぼ除去された状態)での重量(重量減少量0wt%)を起点として、1wt%重量減少時の温度(T1%)と2wt%重量減少時の温度(T2%)とを通る直線を得る。この直線と、重量減少量0wt%の起点を通る水平線(ベースライン)とが交わる点の温度をTDと定義する。 In this disclosure, T D is a value obtained from a graph in which the horizontal axis is temperature and the vertical axis is weight residual percentage in a thermogravimetric (TG) analysis under nitrogen flow. A porous sheet of cellulose fine fibers described later is heated from room temperature to 150° C. at a heating rate of 10° C./min in a nitrogen flow of 100 ml/min, and then held at 150° C. for 1 hour, and then heated to 450° C. at a heating rate of 10° C./min. Starting from the weight (weight loss of 0 wt%) at 150° C. (state in which moisture is almost completely removed), a straight line is obtained that passes through the temperature at 1 wt% weight loss (T 1% ) and the temperature at 2 wt% weight loss (T 2% ). The temperature at the point where this straight line intersects with a horizontal line (baseline) that passes through the starting point of the weight loss of 0 wt% is defined as T D.
1%重量減少温度(T1%)は、上記TDの手法で昇温を続けた際の、150℃の重量を起点とした1重量%重量減少時の温度である。 The 1% weight loss temperature (T 1% ) is the temperature at which a 1% weight loss occurs, starting from a weight of 150° C., when the temperature is continued to be raised by the above-mentioned T D method.
セルロース微細繊維の250℃重量減少率(T250℃)は、TG分析において、セルロース微細繊維を250℃、窒素フロー下で2時間保持した時の重量減少率である。セルロース微細繊維を窒素フロー100ml/min中で、室温から150℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、150℃で1時間保持した後、150℃から250℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、そのまま250℃で2時間保持する。250℃に到達した時点での重量W0を起点として、2時間250℃で保持した後の重量をW1とし、下記式より求める。
250℃重量変化率(%):(W1-W0)/W0×100
The 250°C weight loss rate ( T250°C ) of the cellulose fine fibers is the weight loss rate when the cellulose fine fibers are held at 250°C under nitrogen flow for 2 hours in TG analysis. The cellulose fine fibers are heated from room temperature to 150°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen flow of 100 ml/min, held at 150°C for 1 hour, then heated from 150°C to 250°C at a heating rate of 10°C/min, and held at 250°C for 2 hours. The weight W0 at the time when 250°C is reached is taken as the starting point, and the weight after holding at 250°C for 2 hours is taken as W1, and is calculated from the following formula.
Weight change rate at 250°C (%): (W1-W0)/W0 x 100
[ハロゲン含有率H]
本実施形態のセルロース微細繊維においては、セルロースと結合したハロゲンの含有量が好ましくは500質量ppm以下、又は400質量ppm以下、又は300質量ppm以下、又は250質量ppm以下である。一態様に係るセルロース微細繊維においては、セルロースと結合した塩素の含有量が好ましくは500質量ppm以下、又は400質量ppm以下、又は300質量ppm以下、又は250質量ppm以下である。本開示で、セルロース微細繊維中の、セルロースと結合したハロゲン(一態様において塩素)の含有量とは、セルロース微細繊維を下記の[浸漬・濾過処理]に供した後のハロゲン含有率H(一態様において塩素含有量)を意味する。また本開示で、ハロゲン(一態様において塩素)の含有量は、下記の[ハロゲン含有率H測定]に従って測定される値である。セルロースと結合したハロゲン(一態様において塩素)の含有量が上記範囲にあることで、セルロース微細繊維とポリアセタール樹脂とを複合化する際、セルロース微細繊維の熱劣化を抑えるため、長期保存時の安定性に優れ、マテリアルリサイクルのように溶融混練に伴う熱履歴を複数回経ても安定なポリアセタール樹脂組成物を得ることができる。また上記範囲のハロゲン含有率H(一態様において塩素含有量)は、混練装置、成型装置等の装置内部の腐食の抑制にも有利である。
[Halogen content H]
In the cellulose fine fibers of this embodiment, the content of halogen bonded to cellulose is preferably 500 ppm by mass or less, or 400 ppm by mass or less, or 300 ppm by mass or less, or 250 ppm by mass or less. In the cellulose fine fibers according to one embodiment, the content of chlorine bonded to cellulose is preferably 500 ppm by mass or less, or 400 ppm by mass or less, or 300 ppm by mass or less, or 250 ppm by mass or less. In this disclosure, the content of halogen bonded to cellulose in the cellulose fine fibers (chlorine in one embodiment) means the halogen content H (chlorine content in one embodiment) after the cellulose fine fibers are subjected to the following [immersion and filtration treatment]. In this disclosure, the content of halogen (chlorine in one embodiment) is a value measured according to the following [halogen content H measurement]. By setting the content of halogen (chlorine in one embodiment) bonded to cellulose in the above range, thermal deterioration of the cellulose fine fibers can be suppressed when the cellulose fine fibers are composited with the polyacetal resin, and therefore a polyacetal resin composition can be obtained that is excellent in stability during long-term storage and stable even after multiple thermal histories associated with melt-kneading, such as material recycling. Furthermore, a halogen content H (chlorine content in one embodiment) in the above range is also advantageous for suppressing corrosion inside equipment such as kneading equipment and molding equipment.
セルロース微細繊維中にハロゲンが混在している場合、当該ハロゲンは、セルロースに対し、化学的又は物理的な結合によって強固に結び付いていることがある。一態様においては、セルロース微細繊維を、本開示の[浸漬・濾過処理]のように、一旦純水中に25℃で48時間浸漬した後、濾過乾燥するという処理を行った際に、処理前の80質量%以上がセルロース微細繊維中に残存し得る。このようなハロゲンは、セルロースとの強固な結び付きに起因して、セルロース微細繊維を樹脂と複合化する際にも残存し続け、樹脂の分解、装置の腐食等の不都合を招来する。本実施形態のセルロース微細繊維は、一態様において、セルロースと強固に結び付いているハロゲンの含有量が少ないという特徴を有し得るところ、その指標として、本開示の[浸漬・濾過処理]に従った処理後にセルロース微細繊維中になお残存しているハロゲンの含有量を用いる。 When halogens are present in the cellulose fine fibers, the halogens may be strongly bound to the cellulose by chemical or physical bonds. In one aspect, when the cellulose fine fibers are immersed in pure water at 25°C for 48 hours, followed by filtration and drying, as in the [immersion and filtration treatment] of the present disclosure, 80% or more by mass of the halogens before the treatment may remain in the cellulose fine fibers. Due to the strong bond with cellulose, such halogens continue to remain even when the cellulose fine fibers are composited with a resin, resulting in inconveniences such as decomposition of the resin and corrosion of the device. In one aspect, the cellulose fine fibers of the present embodiment may be characterized by a low content of halogens firmly bound to cellulose, and the content of halogens still remaining in the cellulose fine fibers after the treatment according to the [immersion and filtration treatment] of the present disclosure is used as an indicator of this.
[浸漬・濾過処理]
セルロース微細繊維を純水中で、25℃及び48時間にて浸漬処理する。具体的には、後述するセルロース微細繊維多孔質シートを全容量200mLのガラス製ビーカー中に固形分2質量%で純水に浸漬し、3-1モーター(HEIDON製BL-600型、SUS製プロペラ翼、100rpm)で1時間攪拌後に静置する。次いで、テフロン(登録商標)製メンブレンフィルター(目開き1μm)を用いて減圧濾過し、目付10g/m2のシートを作製し、70℃の通風オーブン中で水分10質量%以下になるまで濾過乾燥を行って、処理後セルロース微細繊維を得る。ここで、水分量は以下の方法で測定される。セルロース試料2.00gをガラス製秤量ビンに導入し、60℃で15時間、その後、105℃で2時間乾燥し、デシケータ内で恒量した後、重量を測定し以下の式で求める。
水分量(質量%)=(乾燥前の試料重量-乾燥後の試料重量)/(乾燥前の試料重量)×100
[Immersion and filtration process]
The cellulose fine fibers are immersed in pure water at 25°C for 48 hours. Specifically, the cellulose fine fiber porous sheet described later is immersed in pure water at a solid content of 2% by mass in a glass beaker with a total volume of 200 mL, stirred for 1 hour with a 3-1 motor (HEIDON BL-600 type, SUS propeller blade, 100 rpm), and then allowed to stand. Next, the mixture is filtered under reduced pressure using a Teflon (registered trademark) membrane filter (1 μm mesh size) to prepare a sheet with a basis weight of 10 g/m 2 , and filtered and dried in a ventilated oven at 70°C until the moisture content is 10% by mass or less to obtain cellulose fine fibers after treatment. Here, the moisture content is measured by the following method. 2.00 g of a cellulose sample is introduced into a glass weighing bottle, dried at 60°C for 15 hours and then at 105°C for 2 hours, weighed to a constant weight in a desiccator, and then the weight is measured and calculated by the following formula.
Moisture content (mass%)=(sample weight before drying−sample weight after drying)/(sample weight before drying)×100
[ハロゲン含有率H測定]
石英製の試料ボートに、上記の処理後セルロース微細繊維を50mg量りとる。試料ボートを電気炉(例えば、株式会社三菱化学アナリティック製)にセットし1000℃で燃焼する。燃焼により発生したガスは、冷却部を経て常温となり、フッ素樹脂製のチューブを通して吸収液(吸収液は、酒石酸イオン10mg/L、過酸化水素600mg/L、炭酸ナトリウム2.7mmol/L、炭酸水素ナトリウム0.3mmol/Lをイオン交換水に溶解したもの)にバブリングされる。この吸収液をフッ素樹脂製のチューブを通してイオンクロマト分析装置(THERMOFISHER製 INTEGRION CT型)を使用してハロゲンを定量する。この際、前述の測定で得た水分量を処理後セルロース微細繊維から差し引く。最終的に、処理後セルロース微細繊維の乾燥質量(すなわち水を含まない状態)あたりに換算した値(質量ppm)を、本実施形態のセルロースと結合したハロゲンの含有量とする。
[Halogen content H measurement]
50 mg of the above-mentioned treated cellulose fine fibers are weighed out in a quartz sample boat. The sample boat is set in an electric furnace (for example, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytical Co., Ltd.) and burned at 1000°C. The gas generated by the combustion is cooled to room temperature through a cooling section and bubbled through a fluororesin tube into an absorbing liquid (the absorbing liquid is a solution of 10 mg/L of tartrate ions, 600 mg/L of hydrogen peroxide, 2.7 mmol/L of sodium carbonate, and 0.3 mmol/L of sodium bicarbonate dissolved in ion-exchanged water). This absorbing liquid is passed through a fluororesin tube and the halogen is quantified using an ion chromatograph (INTEGRION CT type manufactured by THERMOFISHER). At this time, the moisture amount obtained by the above-mentioned measurement is subtracted from the treated cellulose fine fibers. Finally, the value (ppm by mass) converted per dry mass (i.e., water-free state) of the treated cellulose fine fibers is taken as the content of halogen bonded to the cellulose of this embodiment.
本実施形態のセルロース微細繊維が含み得るハロゲンは、一態様において、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、及び/又はアスタチンを含む化合物(すなわちハロゲン化合物)の形態であってよい。ハロゲン化合物は、ハロゲン化物(すなわち、ハロゲンとそれより電気陰性度の低い元素との化合物)、ハロゲン塩等であってよく、無機ハロゲン化合物であっても有機ハロゲン化合物であってもよい。セルロース繊維原料の製造工程における漂白等を勘案すると、セルロース微細繊維は、ハロゲンの中でも、フッ素及び/又は塩素を含む場合が多く、塩素を含む場合が特に多い。ハロゲン含有率H(一態様において塩素含有量)が多いセルロース繊維原料を用いる場合には、セルロース微細繊維の製造工程においてハロゲン含有率H(一態様において塩素含有量)を低減させることによる利点がより顕著である。 The halogen that may be contained in the cellulose fine fibers of this embodiment may be in the form of a compound containing fluorine, chlorine, bromine, iodine, and/or astatine (i.e., a halogen compound). The halogen compound may be a halide (i.e., a compound of a halogen and an element having a lower electronegativity than the halogen), a halogen salt, or the like, and may be an inorganic halogen compound or an organic halogen compound. Considering bleaching and the like in the manufacturing process of the cellulose fiber raw material, the cellulose fine fibers often contain fluorine and/or chlorine among the halogens, and particularly often contain chlorine. When a cellulose fiber raw material having a high halogen content H (chlorine content in one embodiment) is used, the advantage of reducing the halogen content H (chlorine content in one embodiment) in the manufacturing process of the cellulose fine fibers is more pronounced.
[多孔質シート]
セルロース微細繊維の各特性(結晶化度、結晶多形、重合度、Mw、Mn、Mw/Mn、アルカリ可溶分含有率、酸不溶成分平均含有率、TD、T1%、T250℃等)の測定は測定サンプルの形態によって数値が大きく変動することがある。安定した再現性のある測定をするために、測定サンプルは歪みのない多孔質シートを用いる。多孔質シートの作製方法は以下のとおりである。
[Porous sheet]
Measurements of the properties of cellulose fine fibers (crystallinity, crystal polymorphism, degree of polymerization, Mw, Mn, Mw/Mn, alkali-soluble content, average acid-insoluble content, T D , T 1% , T 250°C , etc.) can vary greatly depending on the form of the measurement sample. To ensure stable and reproducible measurements, a distortion-free porous sheet is used as the measurement sample. The porous sheet is prepared as follows.
まず、固形分率が10質量%以上のセルロース微細繊維の濃縮ケーキをtert-ブタノール中に添加し、さらにミキサー等で凝集物が無い状態まで分散処理を行う。セルロース微細繊維固形分重量0.5gに対し、濃度が0.5質量%となるように調整する。得られたtert-ブタノール分散液100gをろ紙上で濾過する。濾過物はろ紙から剥離させずに、ろ紙と共により大きなろ紙2枚の間に挟み、かつ、そのより大きなろ紙の縁をおもりで押さえつけながら、150℃のオーブンにて5分間乾燥させる。その後、ろ紙を剥離して歪みの少ない多孔質シートを得る。このシートの透気抵抗度Rがシート目付10g/m2あたり100sec/100ml以下のものを多孔質シートとし、測定サンプルとして使用する。 First, a concentrated cake of cellulose fine fibers with a solid content of 10% by mass or more is added to tert-butanol, and a dispersion process is performed using a mixer or the like until no aggregates are present. The concentration is adjusted to 0.5% by mass for 0.5 g of cellulose fine fiber solid content. 100 g of the obtained tert-butanol dispersion is filtered on filter paper. The filtered material is not peeled off from the filter paper, but is sandwiched between two sheets of larger filter paper, and the edges of the larger filter paper are pressed down with a weight and dried in an oven at 150 ° C. for 5 minutes. The filter paper is then peeled off to obtain a porous sheet with little distortion. The sheet with an air resistance R of 100 sec/100 ml or less per 10 g/ m2 of sheet basis weight is used as a porous sheet and is used as a measurement sample.
透気抵抗度Rの測定は、23℃、50%RHの環境で1日静置した多孔質シートサンプルの目付W(g/m2)を測定した後、王研式透気抵抗試験機(例えば、旭精工(株)製、型式EG01)を用いて透気抵抗度R(sec/100ml)を測定することで行う。この時、下記式に従い、10g/m2目付あたりの値を算出する。
目付10g/m2あたり透気抵抗度(sec/100ml)=R/W×10
The air resistance R is measured by measuring the basis weight W (g/ m2 ) of a porous sheet sample that has been left to stand for one day in an environment of 23°C and 50% RH, and then measuring the air resistance R (sec/100 ml) using an Oken air resistance tester (e.g., Model EG01, manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.). At this time, the value per basis weight of 10 g/ m2 is calculated according to the following formula.
Air resistance per unit area of 10 g/ m2 (sec/100 ml) = R/W x 10
[セルロース繊維原料の物性]
上述したセルロース微細繊維の各種物性について、セルロース繊維原料で測定する場合、同等の手法を用いて測定する。
[Physical properties of cellulose fiber raw materials]
The various physical properties of the cellulose fine fibers described above are measured using the same methods as those for the raw cellulose fiber materials.
[樹脂組成物中のセルロース微細繊維の物性]
樹脂組成物中のセルロース微細繊維の各種物性(数平均繊維長、数平均繊維径、L/D比、結晶化度、結晶多形、重合度、Mw、Mn、Mw/Mn、アルカリ可溶分含有率、酸不溶成分平均含有率、TD、T1%、T250℃、DS等)は以下の方法で分析する。樹脂組成物の樹脂成分を溶解できる有機又は無機の溶媒に樹脂組成物中の樹脂成分を溶解させ、セルロース微細繊維を抽出し、前記溶媒で充分に洗浄した後、溶媒をtert-ブタノールに置換する。アセタール樹脂の場合、溶解させる溶媒として1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノールが好適である。その後、セルロース微細繊維tert-ブタノールスラリーを前記手法と同様の測定法を用いて分析し、樹脂組成物中のセルロース微細繊維の各種物性を算出する。
[Physical properties of cellulose fine fibers in resin composition]
Various physical properties (number average fiber length, number average fiber diameter, L/D ratio, crystallinity, crystal polymorphism, degree of polymerization, Mw, Mn, Mw/Mn, alkali soluble content, average acid insoluble content, T D , T 1% , T 250° C. , DS, etc.) of the cellulose fine fibers in the resin composition are analyzed by the following method. The resin components in the resin composition are dissolved in an organic or inorganic solvent capable of dissolving the resin components of the resin composition, the cellulose fine fibers are extracted, and the cellulose fine fibers are thoroughly washed with the solvent, and then the solvent is replaced with tert-butanol. In the case of acetal resin, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol is suitable as the dissolving solvent. Thereafter, the cellulose fine fiber tert-butanol slurry is analyzed using the same measurement method as the above-mentioned method, and various physical properties of the cellulose fine fibers in the resin composition are calculated.
[セルロース微細繊維含有率]
樹脂組成物中のポリアセタール樹脂100質量部に対するセルロース微細繊維の量は、良好な補強効果を得る観点から、好ましくは、0.001質量部以上、又は0.01質量部以上、又は0.1質量部以上、又は1質量部以上であり、セルロース微細繊維の樹脂組成物中での良好な分散を安定的に実現する観点から、好ましくは、100質量部以下、又は80質量部以下、又は70質量部以下、又は50質量部以下、又は30質量部以下である。
[Cellulose fine fiber content]
The amount of cellulose fine fibers per 100 parts by mass of polyacetal resin in the resin composition is, from the viewpoint of obtaining a good reinforcing effect, preferably 0.001 parts by mass or more, or 0.01 parts by mass or more, or 0.1 parts by mass or more, or 1 part by mass or more, and from the viewpoint of stably achieving good dispersion of the cellulose fine fibers in the resin composition, preferably 100 parts by mass or less, or 80 parts by mass or less, or 70 parts by mass or less, or 50 parts by mass or less, or 30 parts by mass or less.
樹脂組成物100質量%に対するセルロース微細繊維の量は、良好な補強効果を得る観点から、好ましくは、0.001質量%以上、又は0.01質量%以上、又は0.1質量%以上、又は1質量%以上であり、セルロース微細繊維の樹脂組成物中での良好な分散を安定的に実現する観点から、好ましくは、50質量%以下、又は40質量%以下、又は30質量%以下、又20質量%以下である。 The amount of cellulose microfibers relative to 100% by mass of the resin composition is preferably 0.001% by mass or more, or 0.01% by mass or more, or 0.1% by mass or more, or 1% by mass or more, from the viewpoint of obtaining a good reinforcing effect, and is preferably 50% by mass or less, or 40% by mass or less, or 30% by mass or less, or 20% by mass or less, from the viewpoint of stably achieving good dispersion of the cellulose microfibers in the resin composition.
<追加の成分>
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、上記した各成分に加え、追加の成分を含んでよい。追加の成分としては、アルデヒド基ブロック剤、ギ酸捕捉剤、酸化防止剤、耐候安定剤、分散剤、離型剤、潤滑剤、導電剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、染顔料、顔料、或いは無機充填剤又は有機充填剤等が挙げられる。これらの添加剤は、1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
<Additional Ingredients>
The polyacetal resin composition of the present embodiment may contain additional components in addition to the above-mentioned components. Examples of the additional components include aldehyde group blocking agents, formic acid scavengers, antioxidants, weathering stabilizers, dispersants, release agents, lubricants, conductive agents, thermoplastic resins, thermoplastic elastomers, dyes and pigments, pigments, inorganic fillers, or organic fillers. These additives may be used alone or in combination of two or more.
[アルデヒド基ブロック剤]
樹脂組成物は、好ましくはアルデヒド基ブロック剤を含む。アルデヒド基ブロック剤は、セルロース微細繊維のアルデヒド基をブロックすることで、ポリアセタール樹脂の分解を抑制できるとともに、ポリアセタール樹脂の分解で生じたホルムアルデヒドのアルデヒド基をブロックすることができる。アルデヒド基ブロック剤は、一態様において、アルデヒド基と脱水縮合反応し得る化合物であり、一態様において、窒素含有化合物である。
[Aldehyde group blocking agent]
The resin composition preferably contains an aldehyde group blocking agent. The aldehyde group blocking agent can inhibit the decomposition of the polyacetal resin by blocking the aldehyde groups of the cellulose fine fibers, and can also block the aldehyde groups of the formaldehyde generated by the decomposition of the polyacetal resin. In one embodiment, the aldehyde group blocking agent is a compound capable of undergoing a dehydration condensation reaction with the aldehyde group, and in one embodiment, is a nitrogen-containing compound.
窒素含有化合物としては、アミノトリアジン化合物、グアナミン化合物、尿素誘導体、ヒドラジド化合物、アミド化合物(例えばアクリルアミド重合体)、ポリアミド等が挙げられ、これらは、各々を単独、或いは2種以上併用して用いることができる。好ましい態様において、窒素含有化合物は、アミノトリアジン化合物、グアナミン化合物、ヒドラジド化合物及びポリアミドからなる群から選ばれる少なくとも一種である。 Examples of the nitrogen-containing compound include aminotriazine compounds, guanamine compounds, urea derivatives, hydrazide compounds, amide compounds (e.g., acrylamide polymers), polyamides, etc., which can be used alone or in combination of two or more. In a preferred embodiment, the nitrogen-containing compound is at least one selected from the group consisting of aminotriazine compounds, guanamine compounds, hydrazide compounds, and polyamides.
上記アミノトリアジン化合物としては、例えば、メラミン、2,4-ジアミノ-sym-トリアジン、2,4,6-トリアミノ-sym-トリアジン、N-ブチルメラミン、N-フェニルメラミン、N,N-ジフェニルメラミン、N,N-ジアリルメラミン、ベンゾグアナミン(2,4-ジアミノ-6-フェニル-sym-トリアジン)、アセトグアナミン(2,4-ジアミノ-6-メチル-sym-トリアジン)、2,4-ジアミノ-6-ブチル-sym-トリアジン等が挙げられる。 Examples of the aminotriazine compounds include melamine, 2,4-diamino-sym-triazine, 2,4,6-triamino-sym-triazine, N-butylmelamine, N-phenylmelamine, N,N-diphenylmelamine, N,N-diallylmelamine, benzoguanamine (2,4-diamino-6-phenyl-sym-triazine), acetoguanamine (2,4-diamino-6-methyl-sym-triazine), 2,4-diamino-6-butyl-sym-triazine, etc.
上記グアナミン化合物としては、脂肪族グアナミン系化合物(モノグアナミン類、アルキレンビスグアナミン類など)、脂環族グアナミン系化合物(モノグアナミン類など)、芳香族グアナミン系化合物[例えば、モノグアナミン類(ベンゾグアナミン及びその官能基置換体など)、α-又はβ-ナフトグアナミン及びそれらの官能基置換誘導体、ポリグアナミン類、アラルキル又はアラルキレングアナミン類など]、ヘテロ原子含有グアナミン系化合物[例えば、アセタール基含有グアナミン類、テトラオキソスピロ環含有グアナミン類(CTU-グアナミン、CMTU-グアナミンなど)、イソシアヌル環含有グアナミン類、イミダゾール環含有グアナミン類など]などが挙げられる。 Examples of the guanamine compounds include aliphatic guanamine compounds (monoguanamines, alkylenebisguanamines, etc.), alicyclic guanamine compounds (monoguanamines, etc.), aromatic guanamine compounds [for example, monoguanamines (benzoguanamine and its functional group-substituted derivatives, etc.), α- or β-naphthoguanamine and their functional group-substituted derivatives, polyguanamines, aralkyl or aralkyleneguanamines, etc.], and heteroatom-containing guanamine compounds [for example, acetal group-containing guanamines, tetraoxospiro ring-containing guanamines (CTU-guanamine, CMTU-guanamine, etc.), isocyanuric ring-containing guanamines, imidazole ring-containing guanamines, etc.].
上記尿素誘導体としては、例えば、N-置換尿素、尿素縮合体、エチレン尿素、ヒダントイン化合物、ウレイド化合物等が挙げられる。
上記N-置換尿素としては、例えば、アルキル基等の置換基を有するメチル尿素、アルキレンビス尿素、アリール置換尿素が挙げられる。
上記尿素縮合体としては、例えば、尿素とホルムアルデヒドの縮合体等が挙げられる。
上記ヒダントイン化合物としては、例えば、ヒダントイン、5,5-ジメチルヒダントイン、5,5-ジフェニルヒダントイン等が挙げられる。
上記ウレイド化合物としては、例えば、アラントイン等が挙げられる。
Examples of the urea derivatives include N-substituted ureas, urea condensates, ethylene ureas, hydantoin compounds, and ureido compounds.
Examples of the N-substituted urea include methyl urea having a substituent such as an alkyl group, alkylene bis urea, and aryl substituted urea.
The urea condensate may, for example, be a condensate of urea and formaldehyde.
Examples of the hydantoin compound include hydantoin, 5,5-dimethylhydantoin, and 5,5-diphenylhydantoin.
The ureido compounds include, for example, allantoin.
上記ヒドラジド化合物は、カルボン酸(含芳香族、及び/又は含脂環)とヒドラジンとの反応により合成されるカルボン酸モノ/又はジヒドラジド化合物、或いはアルキル基置換モノ/又はジヒドラジド化合物であってよい。カルボン酸モノ/又はジヒドラジド化合物を構成するカルボン酸としては、モノカルボン酸、ジカルボン酸等が挙げられ、飽和又は不飽和であってよい。モノカルボン酸の例としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ベヘン酸が挙げられる。ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタリン酸、サリチル酸、没食子酸、メリト酸、ケイ皮酸、ピルビン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、フマル酸、マレイン酸、アコニット酸、アミノ酸、ニトロカルボン酸等が挙げられる。また不飽和カルボン酸の例としては、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ドコサヘキサエン酸、エイコサペンタエン酸等が挙げられる。これらカルボン酸を用いて合成されるカルボン酸モノ(ジ)ヒドラジド化合物としては、例えば、カルボジヒドラジン、シュウ酸モノ(ジ)ヒドラジド、マロン酸モノ(ジ)ヒドラジド、コハク酸モノ(ジ)ヒドラジド、グルタル酸モノ(ジ)ヒドラジド、アジピン酸モノ(ジ)ヒドラジド、セバシン酸モノ(ジ)ヒドラジド、ラウリン酸モノ(ジ)ヒドラジド、リンゴ酸ジヒドラジド、酒石酸ジヒドラジド、プロピオン酸モノヒドラジド、ラウリン酸モノヒドラジド、ステアリン酸モノヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド、2,6-ナフタリン酸ジヒドラジド、p-ヒドロキシベンゾイックヒドラジン、p-ヒドロキシベンゾイックヒドラジン、1,4-シクロへキサンジカルボン酸ジヒドラジン、アセトヒドラジド、アクリロヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、ベンゾヒドラジド、ニコチノヒドラジド、イソニコチノヒドラジド、イソブチルヒドラジン、オレイン酸ヒドラジド等が挙げられる。これらカルボン酸の中でも、アジピン酸、セバシン酸、ラウリン酸等のジカルボン酸が好ましく、アジピン酸モノ(ジ)ヒドラジド、セバシン酸モノ(ジ)ヒドラジド、及びラウリン酸モノ(ジ)ヒドラジドが、最も好ましいカルボン酸ヒドラジド化合物である。 The hydrazide compound may be a carboxylic acid mono/dihydrazide compound synthesized by reacting a carboxylic acid (containing an aromatic ring and/or an alicyclic ring) with hydrazine, or an alkyl group-substituted mono/dihydrazide compound. Carboxylic acids constituting the carboxylic acid mono/dihydrazide compound include monocarboxylic acids and dicarboxylic acids, which may be saturated or unsaturated. Examples of monocarboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, and behenic acid. Examples of dicarboxylic acids include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalic acid, salicylic acid, gallic acid, mellitic acid, cinnamic acid, pyruvic acid, lactic acid, malic acid, citric acid, fumaric acid, maleic acid, aconitic acid, amino acids, nitrocarboxylic acids, etc. Examples of unsaturated carboxylic acids include oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, docosahexaenoic acid, eicosapentaenoic acid, etc. Examples of carboxylic acid mono(di)hydrazide compounds synthesized using these carboxylic acids include carbodihydrazine, oxalic acid mono(di)hydrazide, malonic acid mono(di)hydrazide, succinic acid mono(di)hydrazide, glutaric acid mono(di)hydrazide, adipic acid mono(di)hydrazide, sebacic acid mono(di)hydrazide, lauric acid mono(di)hydrazide, malic acid dihydrazide, tartaric acid dihydrazide, propionic acid monohydrazide, lauric acid monohydrazide, and stearic acid monohydrazide. Examples of the carboxylic acid hydrazide include azide, phthalic acid dihydrazide, isophthalic acid dihydrazide, terephthalic acid dihydrazide, 2,6-naphthalic acid dihydrazide, p-hydroxybenzoic hydrazine, p-hydroxybenzoic hydrazine, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid dihydrazine, acetohydrazide, acrylohydrazide, maleic acid dihydrazide, fumaric acid dihydrazide, benzohydrazide, nicotinohydrazide, isonicotinohydrazide, isobutylhydrazine, and oleic acid hydrazide. Among these carboxylic acids, dicarboxylic acids such as adipic acid, sebacic acid, and lauric acid are preferred, and adipic acid mono(di)hydrazide, sebacic acid mono(di)hydrazide, and lauric acid mono(di)hydrazide are the most preferred carboxylic acid hydrazide compounds.
これらカルボン酸ヒドラジド化合物の中でも、モノヒドラジド化合物とジヒドラジド化合物の含有率が特定の範囲にある場合、ホルムアルデヒド発生抑制の点で好ましく、更に、長時間連続成形時に発生する炭化物及び変性物の発生抑制、及び金型汚染抑制の点でも好ましい。カルボン酸モノヒドラジド化合物とカルボン酸ジヒドラジド化合物との合計100質量%に対する、カルボン酸モノヒドラジド化合物の含有率は、好ましくは、0.0001~1.0質量%、又は0.0001~0.5質量%、又は0.0001~0.1質量%である。 Among these carboxylic acid hydrazide compounds, when the content of the monohydrazide compound and the dihydrazide compound is within a specific range, it is preferable in terms of suppressing the generation of formaldehyde, and further, it is also preferable in terms of suppressing the generation of carbonized products and modified products that occur during long-term continuous molding, and suppressing mold contamination. The content of the carboxylic acid monohydrazide compound relative to the total of 100 mass% of the carboxylic acid monohydrazide compound and the carboxylic acid dihydrazide compound is preferably 0.0001 to 1.0 mass%, or 0.0001 to 0.5 mass%, or 0.0001 to 0.1 mass%.
カルボン酸モノヒドラジド化合物の上記含有率の調整方法としては、カルボン酸ジヒドラジド化合物にモノヒドラジド化合物を添加し調整する方法、及び、前述のカルボン酸とヒドラジンの反応により合成する際、その合成反応条件を調整する方法が挙げられる。カルボン酸とヒドラジンとの合成反応条件を調整する方法では、合成反応時に中間体としてモノヒドラジド化合物が生成する。このモノヒドラジド化合物を洗浄除去することにより、モノヒドラジド化合物の含有率を調整する事が可能である。 Methods for adjusting the above content of the carboxylic acid monohydrazide compound include a method of adjusting the content by adding a monohydrazide compound to the carboxylic acid dihydrazide compound, and a method of adjusting the synthesis reaction conditions when synthesizing by the reaction of the above-mentioned carboxylic acid and hydrazine. In the method of adjusting the synthesis reaction conditions of the carboxylic acid and hydrazine, a monohydrazide compound is generated as an intermediate during the synthesis reaction. The content of the monohydrazide compound can be adjusted by washing and removing this monohydrazide compound.
上記アミド化合物としては、例えば、イソフタル酸ジアミドなどの多価カルボン酸アミド、アントラニルアミド、ポリアクリルアミド重合体が挙げられる。
上記アクリルアミド重合体としては、第一級アミド基が30~70mol%であり、0.1~10μmの平均粒子径を有する粒子状のものが好ましい。中でも、好ましいアクリルアミド重合体は、架橋型アクリルアミド重合体で、かつ平均粒子径が10μm以下のものである。更に好ましくは、平均粒子径が5μm以下のアクリルアミド重合体であり、最も好ましくは、架橋型で平均粒子径が3μm以下のアクリルアミド重合体である。
Examples of the amide compound include polycarboxylic acid amides such as isophthalic acid diamide, anthranilamide, and polyacrylamide polymers.
The acrylamide polymer is preferably a particulate polymer having 30 to 70 mol% primary amide groups and an average particle size of 0.1 to 10 μm. Among them, a preferred acrylamide polymer is a crosslinked acrylamide polymer having an average particle size of 10 μm or less. More preferred is an acrylamide polymer having an average particle size of 5 μm or less, and most preferred is a crosslinked acrylamide polymer having an average particle size of 3 μm or less.
ポリアミドとしては、ジアミンとジカルボン酸とから誘導されるポリアミド;アミノカルボン酸、必要に応じてジアミン及び/又はジカルボン酸を併用して得られるポリアミド;ラクタム、必要に応じてジアミン及び/又はジカルボン酸との併用により誘導されるポリアミドが含まれる。また、2種以上の異なったポリアミド形成成分により形成される共重合ポリアミドも含まれる。 Polyamides include polyamides derived from diamines and dicarboxylic acids; polyamides obtained by using aminocarboxylic acids, optionally in combination with diamines and/or dicarboxylic acids; and polyamides derived by using lactams, optionally in combination with diamines and/or dicarboxylic acids. Also included are copolymerized polyamides formed from two or more different polyamide-forming components.
ポリアミドの融点は、モールドデポジット性、及び成形機内滞留後の色差変化低減の観点から、好ましくは、240℃以上、又は245℃以上、又は250℃以上である。融点が240℃以上のポリアミドとしては、ポリアミド66、ポリアミド46、ポリアミド66/6T、ポリアミド66/6I/6T等が挙げられる。これらポリアミドの中でも、ポリアミド66、ポリアミド66/6T、ポリアミド66/6I/6Tが好ましく、より好ましいのはポリアミド66である。 From the viewpoint of mold depositability and reducing color difference change after residence in the molding machine, the melting point of the polyamide is preferably 240°C or higher, or 245°C or higher, or 250°C or higher. Examples of polyamides having a melting point of 240°C or higher include polyamide 66, polyamide 46, polyamide 66/6T, polyamide 66/6I/6T, etc. Among these polyamides, polyamide 66, polyamide 66/6T, and polyamide 66/6I/6T are preferred, and polyamide 66 is more preferred.
樹脂組成物中のアルデヒド基ブロック剤の量は、ホルムアルデヒド発生抑制効果を良好に得る観点、樹脂組成物の物性が良好である観点から、ポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維との合計100質量部に対して、好ましくは、0.001質量部以上、又は0.005質量部以上、又は0.01質量部以上、又は0.05質量部以上、又は0.1質量部以上であり、金型へのモールドデポジットを予め抑制する点、及び色調、熱安定性の維持、加工時の臭気の抑制、及び機械的特性の観点から、好ましくは、3質量部以下、又は2質量部以下、又は1質量部以下、又は0.7質量部以下、又は0.5質量部以下、又は0.3質量部以下である。 The amount of the aldehyde group blocking agent in the resin composition is preferably 0.001 parts by mass or more, or 0.005 parts by mass or more, or 0.01 parts by mass or more, or 0.05 parts by mass or more, or 0.1 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the total of the polyacetal resin and the cellulose fine fibers, from the viewpoint of obtaining a good formaldehyde generation suppression effect and from the viewpoint of good physical properties of the resin composition, and is preferably 3 parts by mass or less, or 2 parts by mass or less, or 1 part by mass or less, or 0.7 parts by mass or less, or 0.5 parts by mass or less, or 0.3 parts by mass or less, from the viewpoint of suppressing mold deposits on the mold in advance, maintaining color tone and thermal stability, suppressing odor during processing, and mechanical properties.
アルデヒド基ブロック剤が窒素含有化合物である場合のポリアセタール樹脂100質量部に対する窒素含有化合物の量は、色調、熱安定性の維持、加工時の臭気の抑制、及び機械的特性の観点より、好ましくは、0.001質量部以上、又は0.005質量部以上、又は0.01質量部以上であり、金型へのモールドデポジットを予め抑制する点、及び色調、熱安定性の維持、加工時の臭気の抑制、及び機械的特性の観点より、好ましくは、3質量部以下、又は2質量部以下、又は1質量部以下、又は0.7質量部以下、又は0.5質量部以下、又は0.3質量部以下である。 When the aldehyde group blocking agent is a nitrogen-containing compound, the amount of the nitrogen-containing compound relative to 100 parts by mass of the polyacetal resin is preferably 0.001 parts by mass or more, or 0.005 parts by mass or more, or 0.01 parts by mass or more from the viewpoints of color tone, maintenance of thermal stability, suppression of odor during processing, and mechanical properties, and is preferably 3 parts by mass or less, or 2 parts by mass or less, or 1 part by mass or less, or 0.7 parts by mass or less, or 0.5 parts by mass or less, or 0.3 parts by mass or less from the viewpoints of suppressing mold deposits on the mold in advance, and of maintaining color tone, thermal stability, suppression of odor during processing, and mechanical properties.
アルデヒド基ブロック剤を混合する工程として、特に限定されるものではないが、ホルムアルデヒド発生抑制効果を良好に得る観点、樹脂組成物の物性が良好である観点から好ましくは乾燥工程、又は、混合工程、特に好ましくは乾燥工程である。そのメカニズムは明確ではないが、乾燥工程で添加した場合、アルデヒド基の近傍にアルデヒド基ブロック剤が高濃度で存在することになるため、セルロース微細繊維をポリアセタール樹脂中に溶融混練で分散する際に、高効率でアルデヒド基をブロックすることができると推定される。また、乾燥工程では水を除去する際に加熱するが、セルロース微細繊維のアルデヒド基の近傍に高濃度でアルデヒド基ブロック剤が存在することでアルデヒド基がブロックされると推定され、アルデヒド基濃度が低減する場合がある。 The process for mixing the aldehyde group blocking agent is not particularly limited, but is preferably a drying process or a mixing process, and particularly preferably a drying process, from the viewpoint of obtaining a good formaldehyde generation suppression effect and good physical properties of the resin composition. Although the mechanism is not clear, when added in the drying process, the aldehyde group blocking agent is present in high concentration near the aldehyde groups, and it is presumed that the aldehyde groups can be blocked with high efficiency when the cellulose fine fibers are dispersed in the polyacetal resin by melt kneading. In addition, heating is performed to remove water in the drying process, and it is presumed that the aldehyde groups are blocked due to the presence of the aldehyde group blocking agent in high concentration near the aldehyde groups of the cellulose fine fibers, and the aldehyde group concentration may be reduced.
[ギ酸捕捉剤]
樹脂組成物は、好ましくはギ酸捕捉剤を含む。ポリアセタール樹脂の分解が生じるとホルムアルデヒドが生じ、ホルムアルデヒドは容易に酸化されてギ酸となる。ギ酸はポリアセタール樹脂の更なる分解を促進するとともにセルロース微細繊維の分解も促進する。樹脂組成物がギ酸捕捉剤を含むことは、ポリアセタール樹脂及びセルロース微細繊維の分解を抑制して樹脂組成物の機械特性を良好に維持する観点で有利である。ギ酸捕捉剤としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、水酸化物、無機酸塩、カルボン酸塩又はアルコキシドが挙げられる。例えば、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム若しくはバリウムなどの水酸化物;上記金属の、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、ホウ酸塩、カルボン酸塩、さらには層状複水酸化物が挙げられる。
[Formic acid scavengers]
The resin composition preferably contains a formic acid scavenger. When the polyacetal resin decomposes, formaldehyde is produced, and the formaldehyde is easily oxidized to formic acid. Formic acid promotes further decomposition of the polyacetal resin and also promotes decomposition of the cellulose fine fibers. It is advantageous for the resin composition to contain a formic acid scavenger in terms of suppressing the decomposition of the polyacetal resin and the cellulose fine fibers and maintaining good mechanical properties of the resin composition. Examples of the formic acid scavenger include hydroxides, inorganic acid salts, carboxylates, and alkoxides of alkali metals or alkaline earth metals. For example, hydroxides of sodium, potassium, magnesium, calcium, or barium; carbonates, phosphates, silicates, borates, carboxylates, and layered double hydroxides of the above metals are included.
上記カルボン酸塩のカルボン酸としては、10~36個の炭素原子を有する飽和又は不飽和脂肪族カルボン酸が好ましく、これらのカルボン酸は水酸基で置換されていてもよい。飽和又は不飽和脂肪族カルボン酸塩としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ジミリスチン酸カルシウム、ジパルミチン酸カルシウム、ジステアリン酸カルシウム、(ミリスチン酸-パルミチン酸)カルシウム、(ミリスチン酸-ステアリン酸)カルシウム、(パルミチン酸-ステアリン酸)カルシウム、12ヒドロキシステアリン酸カルシウムが挙げられ、中でも好ましくは、ジパルミチン酸カルシウム、ジステアリン酸カルシウム、12-ヒドロキシジステアリン酸カルシウムが挙げられる。
ギ酸補捉剤は、1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
The carboxylic acid of the carboxylate is preferably a saturated or unsaturated aliphatic carboxylic acid having 10 to 36 carbon atoms, and these carboxylic acids may be substituted with a hydroxyl group. Examples of the saturated or unsaturated aliphatic carboxylate include, but are not limited to, calcium dimyristate, calcium dipalmitate, calcium distearate, calcium (myristate-palmitate), calcium (myristate-stearate), calcium (palmitate-stearate), and calcium 12-hydroxystearate, and among these, calcium dipalmitate, calcium distearate, and calcium 12-hydroxydistearate are preferred.
The formic acid scavenger may be used alone or in combination of two or more kinds.
樹脂組成物中のギ酸捕捉剤の量は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、好ましくは、0.001質量部以上、又は0.005質量部以上、又は0.01質量部以上、又は0.05質量部以上、又は0.1質量部以上であり、好ましくは、3質量部以下、又は2質量部以下、又は1質量部以下、又は0.7質量部以下、又は0.5質量部以下、又は0.3質量部以下である。 The amount of formic acid scavenger in the resin composition is preferably 0.001 parts by mass or more, or 0.005 parts by mass or more, or 0.01 parts by mass or more, or 0.05 parts by mass or more, or 0.1 parts by mass or more, and is preferably 3 parts by mass or less, or 2 parts by mass or less, or 1 part by mass or less, or 0.7 parts by mass or less, or 0.5 parts by mass or less, or 0.3 parts by mass or less, per 100 parts by mass of polyacetal resin.
[酸化防止剤]
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。酸化防止剤は、ポリアセタール樹脂の熱分解又は加水分解の抑制、特にこれらによるホルムアルデヒド生成の抑制に有用である。
[Antioxidant]
The antioxidant may be a hindered phenol-based antioxidant, etc. The antioxidant is useful for suppressing thermal decomposition or hydrolysis of the polyacetal resin, particularly suppressing the generation of formaldehyde due to the thermal decomposition or hydrolysis.
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、例えば、n-オクタデシル-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート、n-オクタデシル-3-(3’-メチル-5’-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート、n-テトラデシル-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート、1,6-ヘキサンジオール-ビス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、1,4-ブタンジオール-ビス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、トリエチレングリコール-ビス-[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、ペンタエリスリトールテトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、1,2-ビス[3-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルフェニル)プロピオニル]ヒドラジン、N,N’-ヘキサメチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパンアミド]、1,3,5-トリス[[3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル]メチル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、4-[[4,6-ビス(オクチルチオ)-1,3,5-トリアジン-2-イル]アミノ]-2,6-ジ-t-ブチルフェノール等が挙げられる。 Examples of hindered phenol antioxidants include n-octadecyl-3-(3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxyphenyl)-propionate, n-octadecyl-3-(3'-methyl-5'-t-butyl-4'-hydroxyphenyl)-propionate, n-tetradecyl-3-(3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxyphenyl)-propionate, 1,6-hexanediol-bis-[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], 1,4-butanediol-bis-[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], triethylene glycol-bis-[3-(3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], nyl)-propionate], pentaerythritol tetrakis[methylene-3-(3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxyphenyl)propionate]methane, 1,2-bis[3-(4-hydroxy-3,5-di-t-butylphenyl)propionyl]hydrazine, N,N'-hexamethylenebis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propanamide], 1,3,5-tris[[3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]methyl]-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione, 4-[[4,6-bis(octylthio)-1,3,5-triazin-2-yl]amino]-2,6-di-t-butylphenol, and the like.
酸化防止剤は、好ましくは、トリエチレングリコール-ビス-[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、ペンタエリスリトールテトラキス[メチレン‐3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、1,2-ビス[3-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルフェニル)プロピオニル]ヒドラジン、N,N’-ヘキサメチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパンアミド]等であり、これらの中でも、窒素含有ヒンダードフェノール系酸化防止剤が、ポリアセタール樹脂の熱安定性向上の観点から特に好ましい。 The antioxidant is preferably triethylene glycol-bis-[3-(3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], pentaerythritol tetrakis[methylene-3-(3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxyphenyl)propionate]methane, 1,2-bis[3-(4-hydroxy-3,5-di-t-butylphenyl)propionyl]hydrazine, N,N'-hexamethylene bis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propanamide], etc., and among these, nitrogen-containing hindered phenol-based antioxidants are particularly preferred from the viewpoint of improving the thermal stability of the polyacetal resin.
窒素含有ヒンダードフェノール系酸化防止剤は、長期連続成形時におけるモールドデポジット性、成形体外観、及び成形機滞留後の色差変化低減の点で、好ましくは、ヒドラジン構造を含み、より好ましくは、1,2-ビス[3-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルフェニル)プロピオニル]ヒドラジンである。 The nitrogen-containing hindered phenol-based antioxidant preferably contains a hydrazine structure, and is more preferably 1,2-bis[3-(4-hydroxy-3,5-di-t-butylphenyl)propionyl]hydrazine, in terms of mold deposit properties during long-term continuous molding, the appearance of the molded product, and reducing color difference changes after retention in the molding machine.
ヒンダードフェノール系酸化防止剤の融点は、ポリアセタール樹脂組成物の熱安定性の観点から、好ましくは、50℃以上、又は150℃以上、又は200℃以上、又は225℃以上であり、当該酸化防止剤の入手容易性の観点から、好ましくは、300℃以下、又は250℃以下である。なお本開示において、融点は、示差走査熱量計(DSC)を用い、昇温速度10℃/分で測定される値である。 The melting point of the hindered phenol-based antioxidant is preferably 50°C or higher, or 150°C or higher, or 200°C or higher, or 225°C or higher from the viewpoint of the thermal stability of the polyacetal resin composition, and is preferably 300°C or lower, or 250°C or lower from the viewpoint of the availability of the antioxidant. In this disclosure, the melting point is a value measured using a differential scanning calorimeter (DSC) at a heating rate of 10°C/min.
ポリアセタール樹脂100質量部に対する酸化防止剤の量は、成形性の観点から、好ましくは、0.01質量部以上、又は0.02質量部以上、又は0.03質量部以上であり、好ましくは、3質量部以下、2質量部以下、1質量部以下である。 From the viewpoint of moldability, the amount of antioxidant per 100 parts by mass of polyacetal resin is preferably 0.01 parts by mass or more, or 0.02 parts by mass or more, or 0.03 parts by mass or more, and is preferably 3 parts by mass or less, 2 parts by mass or less, or 1 part by mass or less.
[耐候安定剤]
耐候安定剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、シュウ酸アニリド系化合物、及びヒンダードアミン系光安定剤からなる群より選択される少なくとも1種が好ましいものとして挙げられる。
[Weather resistance stabilizer]
The weather resistance stabilizer is not limited to the following, but preferred examples include at least one selected from the group consisting of benzotriazole-based compounds, oxalic acid anilide-based compounds, and hindered amine-based light stabilizers.
上記ベンゾトリアゾール系化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、2-(2’-ヒドロキシ-5’-メチル-フェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチル-フェニル)ベンゾトリアゾール、2-[2’-ヒドロキシ-3,5-ビス(α,α-ジメチルベンジル)フェニル]ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-アミルフェニル]ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3,5-ジ-イソアミル-フェニル)ベンゾトリアゾール、2-[2’-ヒドロキシ-3,5-ビス-(α,α-ジメチルベンジル)フェニル]-2H-ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-4’-オクトキシフェニル)ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。これらの化合物はそれぞれ1種のみを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The above benzotriazole compounds include, but are not limited to, 2-(2'-hydroxy-5'-methyl-phenyl)benzotriazole, 2-(2'-hydroxy-3,5-di-t-butyl-phenyl)benzotriazole, 2-[2'-hydroxy-3,5-bis(α,α-dimethylbenzyl)phenyl]benzotriazole, 2-(2'-hydroxy-3,5-di-t-amylphenyl]benzotriazole, 2-(2'-hydroxy-3,5-di-isoamyl-phenyl)benzotriazole, 2-[2'-hydroxy-3,5-bis-(α,α-dimethylbenzyl)phenyl]-2H-benzotriazole, and 2-(2'-hydroxy-4'-octoxyphenyl)benzotriazole. Each of these compounds may be used alone or in combination of two or more.
前記シュウ酸アリニド系化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、2-エトキシ-2’-エチルオキザリックアシッドビスアニリド、2-エトキシ-5-t-ブチル-2’-エチルオキザリックアシッドビスアニリド、2-エトキシ-3’-ドデシルオキザリックアシッドビスアニリドなどが挙げられる。これらの化合物は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The oxalic acid anilide compounds include, but are not limited to, 2-ethoxy-2'-ethyloxalic acid bisanilide, 2-ethoxy-5-t-butyl-2'-ethyloxalic acid bisanilide, 2-ethoxy-3'-dodecyloxalic acid bisanilide, etc. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
上記ヒンダードアミン系光安定剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、4-アセトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ステアロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-アクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-(フェニルエトキシ)-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-メトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ステアリルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-ベンジルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-フェノキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-(エチルカルバモイルオキシ)-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-(シクロヘキシルカルバモイルオキシ)-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、4-(フェニルカルバモイルオキシ)-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-カーボネート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-オキサレート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-マロネート、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル)セバケート、ビス-(N-メチル-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジニル)セバケート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-セバケート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-アジペート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-テレフタレート、1,2-ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジルオキシ)-エタン、α,α’-ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジルオキシ)-p-キシレン、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジルトリレン-2,4-ジカルバメート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-ヘキサメチレン-1,6-ジカルバメート、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-ベンゼン-1,3,5-トリカルボキシレート、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)-ベンゼン-1,3,4-トリカルボキシレート、1-[2-{3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ}ブチル]-4-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]2,2,6,6-テトラメチルピペリジン、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジノールとβ,β,β’,β’-テトラメチル-3,9-[2,4,8,10-テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン]ジエタノールとの縮合物、などが挙げられる。上記ヒンダードアミン系光安定剤は、それぞれ1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the hindered amine light stabilizer include, but are not limited to, 4-acetoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-stearoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-(phenylethoxy)-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-stearyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-cyclohexyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-benzyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, Methylpiperidine, 4-phenoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-(ethylcarbamoyloxy)-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-(cyclohexylcarbamoyloxy)-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-(phenylcarbamoyloxy)-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)-carbonate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)-oxalate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)-malonate, bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)sebacate, bis-(N-methyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl) tetramethyl-4-piperidinyl) sebacate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) adipate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) terephthalate, 1,2-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyloxy) ethane, α,α'-bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyloxy) p-xylene, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl tolylene-2,4-dicarbamate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) hexamethylene-1,6-dicarbamate, tris(2,2,6,6-tetramethyl -4-piperidyl)-benzene-1,3,5-tricarboxylate, tris(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)-benzene-1,3,4-tricarboxylate, 1-[2-{3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxy}butyl]-4-[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyloxy]2,2,6,6-tetramethylpiperidine, condensation product of 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinol, and β,β,β',β'-tetramethyl-3,9-[2,4,8,10-tetraoxaspiro(5,5)undecane]diethanol, etc. The above hindered amine light stabilizers may be used alone or in combination of two or more.
中でも好ましい耐候安定剤は、2-[2’-ヒドロキシ-3,5-ビス(α,α-ジメチルベンジル)フェニル]ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(2’-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-アミルフェニル]ベンゾトリアゾール、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジニル)セバケート、ビス-(N-メチル-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジニル)セバケート、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジニル)セバケート、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジノールとβ,β,β’,β’-テトラメチル-3,9-[2,4,8,10-テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン]ジエタノールとの縮合物である。 Among them, the most preferred weathering stabilizers are 2-[2'-hydroxy-3,5-bis(α,α-dimethylbenzyl)phenyl]benzotriazole, 2-(2'-hydroxy-3,5-di-t-butylphenyl)benzotriazole, 2-(2'-hydroxy-3,5-di-t-amylphenyl]benzotriazole, bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)sebacate, bis-(N-methyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacate, bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacate, and a condensate of 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinol, and β,β,β',β'-tetramethyl-3,9-[2,4,8,10-tetraoxaspiro(5,5)undecane]diethanol.
[分散剤]
<両親媒性分子>
一態様において、分散剤は親水性セグメント及び疎水性セグメントを同一分子内に有する(すなわち両親媒性分子である)ことが、樹脂中にセルロース微細繊維をより均一に分散させる観点で更に好ましい。
[Dispersant]
<Amphiphilic molecules>
In one embodiment, the dispersant preferably has a hydrophilic segment and a hydrophobic segment in the same molecule (i.e., is an amphiphilic molecule) from the viewpoint of dispersing the cellulose fine fibers more uniformly in the resin.
親水性セグメントは、親水性構造を含むことによって、セルロース微細繊維との良好な親和性を示す部分である。親水性構造としては、水酸基、チオール基、カルボキシ基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸基、ボロン酸基、シラノール基、ソルビタン及びショ糖等の糖類に由来する基、グリセリンに由来する基、-OM、-COOM、-SO3M、-OSO3M、-HMPO4、及び-M2PO4(但し、Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す。)で表される基、並びに、1~3級アミン及び4級アンモニウム塩等を有する。上記4級アンモニウム塩のカウンターアニオンとしては、水酸化物イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等のハロゲン化物イオン、並びに、硝酸イオン、ギ酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、p-トルエンスルホン酸イオン、ヘキサフルオロフォスフェート、及びテトラフルオロボレート等からなる群から選ばれる1つ以上の親水性基が挙げられる。 The hydrophilic segment is a portion that exhibits good affinity with cellulose fine fibers by containing a hydrophilic structure. The hydrophilic structure includes hydroxyl groups, thiol groups, carboxy groups, sulfonic acid groups, sulfate groups, phosphate groups, boronic acid groups, silanol groups, groups derived from sugars such as sorbitan and sucrose, groups derived from glycerin, groups represented by -OM, -COOM, -SO 3 M, -OSO 3 M, -HMPO 4 , and -M 2 PO 4 (wherein M represents an alkali metal or an alkaline earth metal), as well as primary to tertiary amines and quaternary ammonium salts. Examples of the counter anion of the quaternary ammonium salt include one or more hydrophilic groups selected from the group consisting of hydroxide ions, fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions, and other halide ions, as well as nitrate ions, formate ions, acetate ions, trifluoroacetate ions, p-toluenesulfonate ions, hexafluorophosphate, and tetrafluoroborate.
親水性セグメントとしては、ポリエチレングリコールのセグメント、4級アンモニウム塩構造を含む繰り返し単位が含まれるセグメント、ポリビニルアルコールのセグメント、ポリビニルピロリドンのセグメント、ポリアクリル酸のセグメント、カルボキシビニルポリマーのセグメント、カチオン化グアガムのセグメント、ヒドロキシエチルセルロースのセグメント、メチルセルロースのセグメント、カルボキシメチルセルロースのセグメント、ポリウレタンのソフトセグメント(具体的にはジオールセグメント)等を例示できる。非イオン系のポリオキシエチレン誘導体は特に好ましく、ポリオキシエチレン誘導体のポリオキシエチレン鎖長は、3以上、又は5以上、又は10以上、又は15以上であってよい。鎖長が長いほどセルロース微細繊維との親和性が高まるが、樹脂成形体の所望の特性(例えば機械特性)とのバランスの観点から、ポリオキシエチレン鎖長は、60以下、又は50以下、又は40以下、又は30以下、又は20以下であってよい。 Examples of hydrophilic segments include polyethylene glycol segments, segments containing repeating units containing a quaternary ammonium salt structure, polyvinyl alcohol segments, polyvinylpyrrolidone segments, polyacrylic acid segments, carboxyvinyl polymer segments, cationized guar gum segments, hydroxyethyl cellulose segments, methyl cellulose segments, carboxymethyl cellulose segments, and polyurethane soft segments (specifically diol segments). Nonionic polyoxyethylene derivatives are particularly preferred, and the polyoxyethylene chain length of the polyoxyethylene derivative may be 3 or more, or 5 or more, or 10 or more, or 15 or more. The longer the chain length, the higher the affinity with cellulose fine fibers, but from the viewpoint of balance with the desired properties (e.g., mechanical properties) of the resin molded body, the polyoxyethylene chain length may be 60 or less, or 50 or less, or 40 or less, or 30 or less, or 20 or less.
疎水性セグメントとしては、炭化水素を有するセグメント、炭素数3以上のアルキレンオキシド単位を有するセグメント(例えば、PPGブロック)、ポリマー構造を含むセグメント等を例示できる。
炭化水素を有するセグメントとしては、アルキル型、アルケニル型、アルキルエーテル型、アルケニルエーテル型、アルキルフェニルエーテル型、アルケニルフェニルエーテル型、ロジンエステル型、ビスフェノールA型、βナフチル型、スチレン化フェニル型、及び硬化ひまし油型等が好ましい。疎水基のアルキル鎖、又はアルケニル鎖の炭素数(アルキルフェニル、又はアルケニルフェニルの場合はフェニル基を除いた炭素数)は、好ましくは、5以上、又は10以上、又は12以上、又は16以上である。
ポリマー構造を含むセグメントとしては、アクリル系ポリマー、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリヘキサメチレンアジパミド(6,6ナイロン)、ポリヘキサメチレンアゼラミド(6,9ナイロン)、ポリヘキサメチレンセバカミド(6,10ナイロン)、ポリヘキサメチレンドデカノアミド(6,12ナイロン)、ポリビス(4‐アミノシクロヘキシル)メタンドデカン等の、炭素数4~12の有機ジカルボン酸と炭素数2~13の有機ジアミンとの重縮合物、ω-アミノ酸(例えばω-アミノウンデカン酸)の重縮合物(例えば、ポリウンデカンアミド(11ナイロン)等)、ε-アミノカプロラクタムの開環重合物であるポリカプラミド(6ナイロン)、ε-アミノラウロラクタムの開環重合物であるポリラウリックラクタム(12ナイロン)等の、ラクタムの開環重合物を含むアミノ酸ラクタム、ジアミンとジカルボン酸とから構成されるポリマー、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、疎水性シリコーン系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等が好ましい。
Examples of hydrophobic segments include segments having a hydrocarbon, segments having an alkylene oxide unit having 3 or more carbon atoms (for example, a PPG block), and segments containing a polymer structure.
Preferred examples of the segment having a hydrocarbon include alkyl, alkenyl, alkyl ether, alkenyl ether, alkyl phenyl ether, alkenyl phenyl ether, rosin ester, bisphenol A, β-naphthyl, styrenated phenyl, and hydrogenated castor oil. The number of carbon atoms in the alkyl or alkenyl chain of the hydrophobic group (the number of carbon atoms excluding the phenyl group in the case of alkylphenyl or alkenylphenyl) is preferably 5 or more, or 10 or more, or 12 or more, or 16 or more.
Examples of the segment containing a polymer structure include acrylic polymers, styrene resins, vinyl chloride resins, vinylidene chloride resins, polyolefin resins, polyhexamethylene adipamide (6,6 nylon), polyhexamethylene azelamide (6,9 nylon), polyhexamethylene sebacamide (6,10 nylon), polyhexamethylene dodecanoamide (6,12 nylon), polybis(4-aminocyclohexyl)methanedodecane, and other polycondensates of organic dicarboxylic acids having 4 to 12 carbon atoms and organic diamines having 2 to 13 carbon atoms, and polycondensates of ω-amino acids (for example, ω-aminoundecanoic acid) (for example, polyundecane, Preferred are amino acid lactams containing ring-opening polymerization products of lactams such as polycapramide (nylon 6) which is a ring-opening polymerization product of ε-aminocaprolactam, and polylauric lactam (nylon 12) which is a ring-opening polymerization product of ε-aminolaurolactam, polymers composed of diamines and dicarboxylic acids, polyacetal resins, polycarbonate resins, polyester resins, polyphenylene sulfide resins, polysulfone resins, polyether ketone resins, polyimide resins, fluorine resins, hydrophobic silicone resins, melamine resins, epoxy resins, and phenolic resins.
両親媒性分子の構造は特に限定されないが、親水性セグメントをA、疎水性セグメントをBとしたときに、AB型ブロック共重合体、ABA型ブロック共重合体、BAB型ブロック共重合体、ABAB型ブロック共重合体、ABABA型ブロック共重合体、BABAB型共重合体、AとBを含む3分岐型共重合体、AとBを含む4分岐型共重合体、AとBを含む星型共重合体、AとBを含む単環状共重合体、AとBを含む多環状共重合体、AとBを含むかご型共重合体、等が挙げられる。 The structure of the amphiphilic molecule is not particularly limited, but when the hydrophilic segment is A and the hydrophobic segment is B, examples include AB block copolymers, ABA block copolymers, BAB block copolymers, ABAB block copolymers, ABABA block copolymers, BABAB block copolymers, tri-branched copolymers containing A and B, tetra-branched copolymers containing A and B, star copolymers containing A and B, monocyclic copolymers containing A and B, polycyclic copolymers containing A and B, and cage copolymers containing A and B.
一態様として、両親媒性分子として、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、及び両性界面活性剤のいずれも使用可能である。分散剤は、高分子系界面活性剤、反応性界面活性剤等であってもよい。セルロース微細繊維との親和性の点で、カチオン性界面活性剤、及びノニオン系イオン系界面活性剤が好ましく、耐熱性の観点でノニオン性界面活性剤がより好ましい。 In one embodiment, the amphiphilic molecule may be any of anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants. The dispersant may be a polymeric surfactant, a reactive surfactant, or the like. In terms of affinity with cellulose fine fibers, cationic surfactants and nonionic ionic surfactants are preferred, and in terms of heat resistance, nonionic surfactants are more preferred.
<親水性高分子>
一態様において、分散剤は、親水性高分子であることが好ましい。親水性高分子としては、セルロース誘導体(ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等)、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、カルボキシビニルポリマー、カチオン化グアガム、水溶性ポリウレタン、4級アンモニウム塩構造を含むポリマー、アミド、アミン等からなる群から選択される1種以上を使用することができる。中でも、セルロース誘導体、ポリアルキレングリコールがより好ましく、ポリアルキレングリコールが特に好ましい。
<Hydrophilic polymer>
In one embodiment, the dispersant is preferably a hydrophilic polymer. As the hydrophilic polymer, one or more selected from the group consisting of cellulose derivatives (hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc.), polyalkylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, carboxyvinyl polymer, cationized guar gum, water-soluble polyurethane, polymers containing a quaternary ammonium salt structure, amides, amines, etc. can be used. Among them, cellulose derivatives and polyalkylene glycols are more preferred, and polyalkylene glycols are particularly preferred.
セルロース誘導体は、セルロース系物質であることからセルロースとの親和性が高い一方で、熱可塑性樹脂でもあることから樹脂組成物中でのセルロースの分散安定性向上効果が高く、好ましい。 Cellulose derivatives are preferred because they are cellulose-based substances and therefore have a high affinity with cellulose, but because they are also thermoplastic resins, they are highly effective in improving the dispersion stability of cellulose in resin compositions.
ポリアルキレングリコールは炭素数2~4のアルキレンオキサイドの付加等により得られ、ポリアセタール樹脂、特にオキシエチレン単位を有するポリアセタール樹脂と、セルロース微細繊維との両方に対する親和性が良好である点で炭素数2のポリエチレングリコールが好ましい。オキシアルキレンの繰り返し数は、高温剛性を高くする点において、好ましくは、10以上、又は20以上、又は30以上、又は40以上、又は50以上、又は60以上、又は70以上、又は80以上、又は85以上、又は90以上、又は95以上、又は100以上であり、加工性の観点から、好ましくは、1000以下、又は900以下、又は800以下、又は700以下、又は600以下、又は550以下、又は500以下である。 Polyalkylene glycols are obtained by the addition of alkylene oxides having 2 to 4 carbon atoms, and polyethylene glycols having 2 carbon atoms are preferred because they have good affinity with both polyacetal resins, particularly polyacetal resins having oxyethylene units, and cellulose microfibers. The number of repeating oxyalkylene units is preferably 10 or more, or 20 or more, or 30 or more, or 40 or more, or 50 or more, or 60 or more, or 70 or more, or 80 or more, or 85 or more, or 90 or more, or 95 or more, or 100 or more in terms of increasing high-temperature rigidity, and is preferably 1000 or less, or 900 or less, or 800 or less, or 700 or less, or 600 or less, or 550 or less, or 500 or less in terms of processability.
一態様においては、ポリアセタール樹脂のオキシメチレン単位数に対するオキシエチレン単位数の比であるエチレン比Rと、ポリエチレングリコールのオキシエチレン繰り返し単位数nとが、下記式:
(R+0.5)/0.015 ≦ n ≦ (R+10)/0.015
を満たす。上記式の関係が満たされる場合、ポリアセタール樹脂とポリエチレングリコールとの高い親和性の寄与により、ポリエチレングリコールがポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維との親和性の向上、したがってポリアセタール樹脂中でのセルロース微細繊維の高分散が達成され、ポリアセタール樹脂組成物の良好な機械特性(例えば、剛性及び靭性)が得られる。上記nは、より好ましくは、(R+0.6)/0.015以上、又は(R+0.7)/0.015以上であり、より好ましくは、(R+9)/0.015以下、又は(R+8)/0.015以下である。
In one embodiment, the ethylene ratio R, which is the ratio of the number of oxyethylene units to the number of oxymethylene units of the polyacetal resin, and the number n of oxyethylene repeating units of the polyethylene glycol are expressed by the following formula:
(R+0.5)/0.015≦n≦(R+10)/0.015
When the above formula is satisfied, the high affinity between the polyacetal resin and the polyethylene glycol contributes to improving the affinity between the polyacetal resin and the cellulose fine fibers, and therefore high dispersion of the cellulose fine fibers in the polyacetal resin is achieved, and good mechanical properties (e.g., rigidity and toughness) of the polyacetal resin composition are obtained. The above n is more preferably (R+0.6)/0.015 or more, or (R+0.7)/0.015 or more, and more preferably (R+9)/0.015 or less, or (R+8)/0.015 or less.
<液状ポリマー>
一態様において、分散剤は、液状ポリマーであることが好ましい。液状ポリマーの具体例としては、液状ゴム、液状ポリオレフィン、液状アクリルポリマー、及び流動パラフィンが挙げられる。
<Liquid Polymer>
In one embodiment, the dispersant is preferably a liquid polymer. Specific examples of the liquid polymer include liquid rubber, liquid polyolefin, liquid acrylic polymer, and liquid paraffin.
<液状ゴム>
液状ゴムとは、23℃において流動性を有しており、かつ架橋(より具体的には加硫)及び/又は鎖延長によってゴム弾性体を形成する物質を意味する。すなわち液状ゴムは一態様において未硬化物である。また流動性を有しているとは、一態様において、シクロヘキサンに溶解させた液状ゴムを23℃にて胴径21mm×全長50mmのバイアル瓶に入れた後乾燥させることによって、液状ゴムを当該バイアル瓶内に高さ1mmまで充填して密閉し、当該バイアル瓶を上下逆にした状態で24時間静置したときに高さ方向に0.1mm以上の物質の移動が確認できることを意味する。
<Liquid rubber>
Liquid rubber means a substance that has fluidity at 23°C and forms a rubber elastomer by crosslinking (more specifically, vulcanization) and/or chain extension. That is, liquid rubber is an uncured material in one embodiment. Also, having fluidity means that, in one embodiment, liquid rubber dissolved in cyclohexane is placed in a vial with a body diameter of 21 mm and a total length of 50 mm at 23°C, dried, the liquid rubber is filled in the vial to a height of 1 mm, sealed, and the vial is left standing upside down for 24 hours, and a movement of the substance in the vertical direction of 0.1 mm or more can be confirmed.
液状ゴムは、一態様において、ジエン系ゴムを含み、一態様において、共役ジエン系重合体若しくは非共役ジエン系重合体又はこれらの水素添加物を含む。上記の重合体又はその水素添加物はオリゴマーであってもよく、ランダム共重合体。又はブロック共重合体であってもよい。液状ゴムを構成する単量体は、非変性物又は変性物(例えば酸変性物、水酸基変性物等)であってよい。一態様において、液状ゴムは、両末端に反応性基(例えば、水酸基、カルボキシ基、イソシアナト基、チオ基、アミノ基及びハロ基からなる群から選択される1種以上)を有してよく、したがって2官能性であってよい In one embodiment, the liquid rubber includes a diene rubber, and in another embodiment, a conjugated diene polymer or a non-conjugated diene polymer or a hydrogenated product thereof. The above polymer or hydrogenated product may be an oligomer, a random copolymer, or a block copolymer. The monomers constituting the liquid rubber may be unmodified or modified (e.g., acid modified, hydroxyl modified, etc.). In one embodiment, the liquid rubber may have reactive groups (e.g., one or more selected from the group consisting of hydroxyl groups, carboxy groups, isocyanato groups, thio groups, amino groups, and halo groups) at both ends, and therefore may be bifunctional.
共役ジエン系重合体としては、ポリブタジエン、ブタジエン-スチレン共重合体、ポリイソプレン、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体及びポリクロロプレン、及びこれらの誘導体(例えば無水マレイン酸変性物、メタクリル酸変性物、末端水酸基変性物、水添化物、及びこれらの組み合わせなど)等が挙げられる。 Examples of conjugated diene polymers include polybutadiene, butadiene-styrene copolymers, polyisoprene, acrylonitrile-butadiene copolymers, and polychloroprene, as well as derivatives thereof (e.g., maleic anhydride modified products, methacrylic acid modified products, terminal hydroxyl group modified products, hydrogenated products, and combinations thereof).
非共役ジエン系重合体としては、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、エチレン-ブテン-ジエンゴム、エチレン-αオレフィン共重合体等のオレフィン系重合体、ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、α,β-不飽和ニトリル-アクリル酸エステル-共役ジエン共重合ゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム等が挙げられる。 Non-conjugated diene polymers include olefin polymers such as ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, ethylene-butene-diene rubber, and ethylene-α-olefin copolymers, butyl rubber, brominated butyl rubber, acrylic rubber, fluororubber, silicone rubber, chlorinated polyethylene rubber, epichlorohydrin rubber, α,β-unsaturated nitrile-acrylate-conjugated diene copolymer rubber, urethane rubber, and polysulfide rubber.
ポリアセタール樹脂100質量部に対する分散剤の量は、樹脂組成物中でのセルロース微細繊維の分散性向上効果を良好に得る観点から、好ましくは、0.1質量部以上、又は1質量部以上、又は2質量部以上、又は3質量部以上、又は4質量部以上、又は5質量部以上であり、過剰の分散剤による樹脂組成物の可塑化等の不都合を回避する観点から、好ましくは、100質量部以下、又は80質量部以下、又は50質量部以下、又は20質量部以下、又は10質量部以下である。 The amount of dispersant per 100 parts by mass of polyacetal resin is preferably 0.1 parts by mass or more, or 1 part by mass or more, or 2 parts by mass or more, or 3 parts by mass or more, or 4 parts by mass or more, or 5 parts by mass or more, from the viewpoint of obtaining a good effect of improving the dispersibility of cellulose fine fibers in the resin composition, and is preferably 100 parts by mass or less, or 80 parts by mass or less, or 50 parts by mass or less, or 20 parts by mass or less, or 10 parts by mass or less, from the viewpoint of avoiding inconveniences such as plasticization of the resin composition due to excess dispersant.
[離型剤及び潤滑剤]
離型剤及び潤滑剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、アルコール、脂肪酸及びそれらのエステル(すなわちアルコールの脂肪酸エステル)、平均重合度が10~500であるオレフィン化合物、及びシリコーンが好ましいものとして挙げられる。離型剤及び潤滑剤は、1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上組み合わせて用いてもよい。ポリアセタール樹脂100質量部に対する離型剤及び潤滑剤の合計量は、一態様において、0.01質量部~10質量部であってよい。
[Release agents and lubricants]
The release agent and lubricant are not limited to the following, but preferred examples include alcohols, fatty acids and their esters (i.e., fatty acid esters of alcohols), olefin compounds having an average degree of polymerization of 10 to 500, and silicones. The release agent and lubricant may be used alone or in combination of two or more. In one embodiment, the total amount of the release agent and lubricant relative to 100 parts by mass of the polyacetal resin may be 0.01 parts by mass to 10 parts by mass.
[導電剤]
導電剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、導電性カーボンブラック、金属粉末又は繊維が挙げられる。導電剤は、1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。ポリアセタール樹脂100質量部に対する導電剤の量は、一態様において、0.01質量部~10質量部であってよい。
[Conductive agent]
The conductive agent is not limited to the following, but examples thereof include conductive carbon black, metal powder, and fibers. The conductive agent may be used alone or in combination of two or more. In one embodiment, the amount of the conductive agent relative to 100 parts by mass of the polyacetal resin may be 0.01 parts by mass to 10 parts by mass.
[熱可塑性樹脂]
熱可塑性樹脂としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーネート樹脂、及び未硬化のエポキシ樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂は1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上組み合わせて用いてもよい。また、熱可塑性樹脂としては、上述した樹脂の変性物も含まれる。ポリアセタール樹脂100質量部に対する熱可塑性樹脂の量は、一態様において、0.01質量部~10質量部であってよい。
[Thermoplastic resin]
Examples of the thermoplastic resin include, but are not limited to, polyolefin resin, acrylic resin, styrene resin, polycarbonate resin, and uncured epoxy resin. Only one type of thermoplastic resin may be used alone, or two or more types may be used in combination. The thermoplastic resin also includes modified products of the above-mentioned resins. In one embodiment, the amount of the thermoplastic resin relative to 100 parts by mass of the polyacetal resin may be 0.01 parts by mass to 10 parts by mass.
[熱可塑性エラストマー]
熱可塑性エラストマーとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリアミド系エラストマーが挙げられる。熱可塑性エラストマーは1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。ポリアセタール樹脂100質量部に対する熱可塑性エラストマーの量は、一態様において、0.01質量部~10質量部であってよい。
[Thermoplastic elastomer]
Examples of the thermoplastic elastomer include, but are not limited to, polyurethane elastomers, polyester elastomers, polystyrene elastomers, and polyamide elastomers. Only one type of thermoplastic elastomer may be used alone, or two or more types may be used in combination. In one embodiment, the amount of the thermoplastic elastomer relative to 100 parts by mass of the polyacetal resin may be 0.01 parts by mass to 10 parts by mass.
[染顔料]
染顔料としては、以下に限定されるものではないが、例えば、無機系顔料及び有機系顔料、メタリック系顔料、蛍光顔料等が挙げられる。
無機系顔料は、樹脂の着色用として一般的に使用されているものであってよく、以下に限定されるものではないが、例えば、硫化亜鉛、酸化チタン、硫酸バリウム、チタンイエロー、コバルトブルー、燃成顔料、炭酸塩、リン酸塩、酢酸塩、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等が挙げられる。
有機系顔料としては、以下に限定されるものではないが、例えば、縮合アゾ系、イノン系、モノアゾ系、ジアゾ系、ポリアゾ系、アンスラキノン系、複素環系、ペンノン系、キナクリドン系、チオインジコ系、ペリレン系、ジオキサジン系、フタロシアニン系等の顔料が挙げられる。
染顔料は、1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上組み合わせて用いてもよい。
[Dye and pigment]
Examples of the dyes and pigments include, but are not limited to, inorganic pigments, organic pigments, metallic pigments, fluorescent pigments, and the like.
The inorganic pigment may be any pigment commonly used for coloring resins, and examples thereof include, but are not limited to, zinc sulfide, titanium oxide, barium sulfate, titanium yellow, cobalt blue, combustion pigments, carbonates, phosphates, acetates, carbon black, acetylene black, lamp black, and the like.
Examples of organic pigments include, but are not limited to, condensed azo, ynone, monoazo, diazo, polyazo, anthraquinone, heterocyclic, pennone, quinacridone, thioindigo, perylene, dioxazine, and phthalocyanine pigments.
The dyes and pigments may be used alone or in combination of two or more kinds.
染顔料の添加割合は所望の色調により大幅に変わるため一概に規定することは難しいが、一般的には、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、0.05~5質量部の範囲で用いられる。 The proportion of dyes and pigments added varies greatly depending on the desired color tone, so it is difficult to specify a general ratio, but generally, they are used in the range of 0.05 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of polyacetal resin.
[充填剤]
無機充填剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、繊維状、粉粒子状、板状又は中空状の充填剤が用いられる。
繊維状充填剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば:ガラス繊維;炭素繊維;シリコーン繊維;シリカ・アルミナ繊維;ジルコニア繊維;窒化硼素繊維;窒化硅素繊維;硼素繊維;チタン酸カリウム繊維;ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属繊維;等の無機質繊維が挙げられる。また、繊維長の短いウィスカー類、例えばチタン酸カリウムウイスカー、酸化亜鉛ウイスカー等も含まれる。
粉粒子状充填剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば:タルク;カーボンブラック;シリカ;石英粉末;ガラスビーズ;ガラス粉;珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、カオリン、クレー、珪藻土、ウォラストナイト等の珪酸塩;酸化鉄、酸化チタン、アルミナ等の金属酸化物;硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の金属硫酸塩;炭酸マグネシウム、ドロマイト等の炭酸塩;炭化珪素;窒化硅素;窒化硼素;各種金属粉末;等が挙げられる。
板状充填剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、マイカ、ガラスフレーク、各種金属箔が挙げられる。
中空状充填剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン、シラスバルーン、金属バルーン等が挙げられる。
[filler]
The inorganic filler is not limited to the following, but for example, a fibrous, powdery, plate-like or hollow filler is used.
Examples of fibrous fillers include, but are not limited to, inorganic fibers such as glass fibers, carbon fibers, silicone fibers, silica-alumina fibers, zirconia fibers, boron nitride fibers, silicon nitride fibers, boron fibers, potassium titanate fibers, and metal fibers such as stainless steel, aluminum, titanium, copper, and brass. Also included are short whiskers such as potassium titanate whiskers and zinc oxide whiskers.
Examples of powdery particulate fillers include, but are not limited to, talc; carbon black; silica; quartz powder; glass beads; glass powder; silicates such as calcium silicate, magnesium silicate, aluminum silicate, kaolin, clay, diatomaceous earth, and wollastonite; metal oxides such as iron oxide, titanium oxide, and alumina; metal sulfates such as calcium sulfate and barium sulfate; carbonates such as magnesium carbonate and dolomite; silicon carbide; silicon nitride; boron nitride; and various metal powders.
Examples of the plate-like filler include, but are not limited to, mica, glass flakes, and various metal foils.
Examples of hollow fillers include, but are not limited to, glass balloons, silica balloons, shirasu balloons, and metal balloons.
有機充填剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、芳香族ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂等の高融点有機繊維状充填剤が挙げられる。 Organic fillers include, but are not limited to, high melting point organic fibrous fillers such as aromatic polyamide resins, fluororesins, and acrylic resins.
上記の無機又は有機の充填剤は1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用して使用してもよい。これらの充填剤としては、表面処理された充填剤、表面処理されていない充填剤の何れも使用可能であるが、ポリアセタール樹脂組成物を用いて得られる成形体の表面平滑性及び機械的特性の観点から、表面処理剤による表面処理の施された充填剤の使用の方が好ましい場合がある。 The inorganic or organic fillers may be used alone or in combination of two or more. These fillers may be either surface-treated or untreated, but from the viewpoint of the surface smoothness and mechanical properties of the molded article obtained using the polyacetal resin composition, it may be preferable to use fillers that have been surface-treated with a surface treatment agent.
表面処理剤としては、特に限定されず、従来公知の表面処理剤が使用可能である。表面処理剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、シラン系、チタネート系、アルミニウム系、ジルコニウム系等の各種カップリング処理剤、樹脂酸、有機カルボン酸、有機カルボン酸塩、界面活性剤等が使用できる。具体的には、以下に限定されるものではないが、例えば、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリスステアロイルチタネート、ジイソプロポキシアンモニウムエチルアセテート、n-ブチルジルコネート等が挙げられる。 The surface treatment agent is not particularly limited, and conventionally known surface treatment agents can be used. Examples of surface treatment agents that can be used include, but are not limited to, various coupling treatment agents such as silane-based, titanate-based, aluminum-based, and zirconium-based agents, resin acids, organic carboxylic acids, organic carboxylates, and surfactants. Specific examples of surface treatment agents that can be used include, but are not limited to, N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, isopropyltristearoyltitanate, diisopropoxyammoniumethylacetate, and n-butylzirconate.
ポリアセタール樹脂100質量部に対する充填剤の量は、一態様において、0.01質量部~10質量部であってよい。 In one embodiment, the amount of filler per 100 parts by mass of polyacetal resin may be 0.01 parts by mass to 10 parts by mass.
≪ポリアセタール樹脂組成物の製造方法≫
一態様において、ポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂、セルロース微細繊維及び任意に追加の成分を混合することを含む方法により製造できる。ポリアセタール樹脂組成物の製造方法としては、
(1)ポリアセタール樹脂及びセルロース繊維原料を含む混練成分を溶融混練に供し、溶融混練時の剪断力によってセルロース繊維原料を解繊してセルロース微細繊維を生成しつつ樹脂組成物を形成する方法、
(2)セルロース繊維原料を解繊してセルロース微細繊維を得る解繊工程、及びポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維とを混合する混合工程、を含む方法、及び
(3)セルロース繊維原料を液体媒体中で解繊してセルロース微細繊維スラリーを得る解繊工程、セルロース微細繊維スラリーを乾燥させてセルロース微細繊維乾燥体を得る乾燥工程、及びポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維乾燥体とを混合する混合工程、を含む方法
が挙げられる。セルロース微細繊維が高度に分散した樹脂組成物を得る観点では、上記(3)の方法が好ましい。以下、上記(2)及び(3)の方法の好適例について説明する。
<<Method for producing polyacetal resin composition>>
In one embodiment, the polyacetal resin composition can be produced by a method including mixing a polyacetal resin, cellulose fine fibers, and optionally additional components.
(1) A method of melt-kneading kneading components containing a polyacetal resin and a cellulose fiber raw material, and forming a resin composition while defibrating the cellulose fiber raw material by the shear force during the melt-kneading to generate cellulose fine fibers;
(2) a method including a defibration step of defibrating a cellulose fiber raw material to obtain cellulose fine fibers, and a mixing step of mixing a polyacetal resin and cellulose fine fibers, and (3) a method including a defibration step of defibrating a cellulose fiber raw material in a liquid medium to obtain a cellulose fine fiber slurry, a drying step of drying the cellulose fine fiber slurry to obtain a dried cellulose fine fiber body, and a mixing step of mixing a polyacetal resin and a dried cellulose fine fiber body. From the viewpoint of obtaining a resin composition in which the cellulose fine fibers are highly dispersed, the above method (3) is preferred. Preferred examples of the above methods (2) and (3) are described below.
<解繊工程>
本工程では、セルロース繊維原料を解繊してセルロース微細繊維を得る。セルロース繊維原料は、解繊前に前処理に供されてもよい。前処理によって繊維形状、特に繊維長を調整することで、後工程である解繊を比較的緩やかな解繊条件で行っても微細、かつ均質なセルロース微細繊維が得られる。一態様においては、解繊工程で生成したセルロース微細繊維が本開示の範囲、特に0.5μmol/g~50μmol/gのアルデヒド基濃度を有する。
<Defibrillation process>
In this process, the cellulose fiber raw material is defibrated to obtain cellulose fine fibers. The cellulose fiber raw material may be subjected to a pretreatment before defibration. By adjusting the fiber shape, particularly the fiber length, through the pretreatment, fine and homogeneous cellulose fine fibers can be obtained even if the subsequent defibration process is performed under relatively mild defibration conditions. In one embodiment, the cellulose fine fibers produced in the defibration process have an aldehyde group concentration within the range of the present disclosure, particularly 0.5 μmol/g to 50 μmol/g.
解繊工程において、セルロース繊維原料又はその解繊物の温度は、好ましくは90℃以下、又は85℃以下、又は80℃以下、又は75℃以下、又は70℃以下、又は60℃以下である。このような緩やかな条件での解繊は、解繊時のセルロース中のアルデヒド基濃度増大を抑制する観点で有利である。一態様において、セルロース繊維原料又はその解繊物の温度は0℃以上、又は1℃以上、又は5℃以上、又は10℃以上、又は15℃以上、又は20℃以上、又は30℃以上とされてよい。 In the defibration process, the temperature of the cellulose fiber raw material or the defibrated product thereof is preferably 90°C or less, or 85°C or less, or 80°C or less, or 75°C or less, or 70°C or less, or 60°C or less. Defibration under such gentle conditions is advantageous in terms of suppressing an increase in the concentration of aldehyde groups in the cellulose during defibration. In one embodiment, the temperature of the cellulose fiber raw material or the defibrated product thereof may be 0°C or more, or 1°C or more, or 5°C or more, or 10°C or more, or 15°C or more, or 20°C or more, or 30°C or more.
一態様において、解繊工程は、セルロース繊維原料又はその解繊物に掛かる圧力が、工程全体を通じて、300MPa以下、又は250MPa以下、又は200MPa以下に維持される条件で行う。このような緩やかな条件での解繊は、解繊時のセルロース中のアルデヒド基濃度増大を抑制する観点で有利である。一態様において、セルロース繊維原料又はその解繊物に掛かる圧力は、解繊工程の一部又は全部において、30MPa以上、又は50MPa以上、又は80MPa以上とされてよい。 In one embodiment, the defibration process is carried out under conditions in which the pressure applied to the cellulose fiber raw material or its defibrated product is maintained at 300 MPa or less, or 250 MPa or less, or 200 MPa or less throughout the process. Defibration under such gentle conditions is advantageous in terms of suppressing an increase in the aldehyde group concentration in the cellulose during defibration. In one embodiment, the pressure applied to the cellulose fiber raw material or its defibrated product may be 30 MPa or more, or 50 MPa or more, or 80 MPa or more during part or all of the defibration process.
[前処理]
前処理は、一態様において、粉砕、磨砕、及び分級から選ばれる1つ以上であってよい。粉砕は、セルロース繊維原料を乾式で粉砕する処理である。磨砕は、セルロース繊維原料を液体媒体に分散して得たスラリーに粉砕処理を施す処理であり、湿式である点で上記粉砕とは区別される。分級は、セルロース繊維原料の繊維長を揃えるための分離操作であり、乾式分級又は湿式分級であってよい。前処理を行う場合、比較的高い固形分濃度(例えば、0.5質量%以上、又は1.0質量%以上、又は1.5質量%以上、又は2.0質量%以上)のスラリーであっても、解繊装置の詰まり等のトラブルなく短時間での解繊を行うことができ好ましい。
[Preprocessing]
In one embodiment, the pretreatment may be one or more selected from pulverization, grinding, and classification. Grinding is a process of grinding the cellulose fiber raw material in a dry manner. Grinding is a process of grinding a slurry obtained by dispersing the cellulose fiber raw material in a liquid medium, and is distinguished from the above-mentioned grinding in that it is a wet process. Classification is a separation operation for aligning the fiber length of the cellulose fiber raw material, and may be dry classification or wet classification. When performing pretreatment, even if the slurry has a relatively high solid content concentration (for example, 0.5 mass% or more, 1.0 mass% or more, 1.5 mass% or more, or 2.0 mass% or more), it is preferable because defibration can be performed in a short time without trouble such as clogging of the defibration device.
[溶媒]
液体媒体としては、水並びに/又は他の媒体(例えば、有機溶媒、無機酸、塩基及び/若しくはイオン液体)が挙げられ、1種類又は2種類以上の媒体を含んでいても良い。
[solvent]
The liquid medium may include water and/or other media (eg, organic solvents, inorganic acids, bases, and/or ionic liquids) and may include one or more types of media.
有機溶媒としては、特に限定されないが、例えばメタノール、エタノール、プロパノール等の炭素数1~20、好ましくは炭素数1~4のアルコール;メチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数2~20、好ましくは炭素数2~6のグリコールエーテル;プロピレングリコールモノメチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等の炭素数2~20、好ましくは炭素数2~8のエーテル;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3~20、好ましくは炭素数3~6のケトン;直鎖又は分岐状の炭素数1~20、好ましくは1~8の飽和炭化水素又は不飽和炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素;ギ酸、酢酸、乳酸等の炭素数1~20のカルボン酸;酢酸エチル、酢酸ビニル等の炭素数2~20、好ましくは炭素数2~6のエステル;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等の含窒素溶媒;ジメチルスルホキシド等の含硫黄溶媒等が例示される。これらは、単独で又は2種以上を混合して用いることができるが、解繊処理の操作性の観点から、炭素数1~6のアルコール、炭素数2~6のグリコールエーテル、炭素数2~8のエーテル、炭素数3~6のケトン、炭素数2~5の低級アルキルエーテル、炭素数1~8のカルボン酸、炭素数2~6のエステル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド等が好ましい。 The organic solvent is not particularly limited, but examples thereof include alcohols having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, such as methanol, ethanol, and propanol; glycol ethers having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 6 carbon atoms, such as methyl cellosolve and propylene glycol monomethyl ether; ethers having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, such as propylene glycol monomethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, and 1,4-dioxane; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ether, and the like. Examples include ketones having 3 to 20 carbon atoms, preferably 3 to 6 carbon atoms, such as ketones with 3 to 6 carbon atoms; linear or branched saturated or unsaturated hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 8 carbon atoms; aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and chloroform; carboxylic acids having 1 to 20 carbon atoms, such as formic acid, acetic acid, and lactic acid; esters having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 6 carbon atoms, such as ethyl acetate and vinyl acetate; nitrogen-containing solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone; and sulfur-containing solvents such as dimethylsulfoxide. These can be used alone or in combination of two or more kinds, but from the viewpoint of operability of the defibration treatment, alcohols having 1 to 6 carbon atoms, glycol ethers having 2 to 6 carbon atoms, ethers having 2 to 8 carbon atoms, ketones having 3 to 6 carbon atoms, lower alkyl ethers having 2 to 5 carbon atoms, carboxylic acids having 1 to 8 carbon atoms, esters having 2 to 6 carbon atoms, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, etc. are preferred.
無機酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、ホウ酸等を例示できるが、解繊性の効率及び取り扱い性の観点から、好ましくは、塩酸、硫酸、及びリン酸からなる群から選択される1種又は2種以上である。 Examples of inorganic acids include hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, boric acid, etc., but from the viewpoint of defibration efficiency and ease of handling, one or more acids selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid are preferred.
塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム等の炭酸塩、アンモニア、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン等を例示できるが、解繊性の効率及び取り扱い性の観点から、好ましくは、水酸化物、炭酸塩及び有機アミンからなる群から選択される1種又は2種以上である。 Examples of bases include hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide, carbonates such as sodium carbonate, potassium carbonate, and calcium carbonate, and organic amines such as ammonia, triethylamine, and triethanolamine. From the viewpoint of defibration efficiency and ease of handling, the base is preferably one or more selected from the group consisting of hydroxides, carbonates, and organic amines.
本開示におけるイオン液体とは、カチオン部とアニオン部の少なくとも一方に有機イオンを含みイオンのみの融点が100℃以下の液体の塩を指す。イオン液体は、そのカチオン部がイミダゾリウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、モルフォリニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオン、及びホスホニウムカチオンからなる群から選ばれる少なくとも1つのカチオンを有することが好ましい。 In this disclosure, an ionic liquid refers to a liquid salt containing an organic ion in at least one of the cation and anion parts, and the melting point of the ion alone is 100°C or less. The cation part of the ionic liquid preferably has at least one cation selected from the group consisting of imidazolium cation, pyrrolidinium cation, piperidinium cation, morpholinium cation, pyridinium cation, quaternary ammonium cation, and phosphonium cation.
アニオン成分としては、ハロゲン化物イオン(Cl-、Br-、I-等)、カルボン酸アニオン(例えば総炭素数1~3のカルボン酸アニオン、例えばC2H5CO2 -、CH3CO2 -、HCO2 -等)、擬ハロゲン化物イオン(すなわち、一価でありハロゲン化物イオンに類似した特性を有するイオン、例えば、CN-、SCN-、OCN-、ONC-、N3 -等)、スルホン酸アニオン、有機スルホン酸アニオン(メタンスルホン酸アニオン等)、リン酸アニオン(エチルリン酸アニオン、メチルリン酸アニオン、ヘキサフルオロリン酸アニオン等)、ホウ酸アニオン(テトラフルオロホウ酸アニオン等)、過塩素酸アニオン等が挙げられ、解繊性の観点から、ハロゲン化物イオン、及びカルボン酸アニオンが好ましい。 Examples of anion components include halide ions (Cl - , Br - , I - , etc.), carboxylate anions (for example, carboxylate anions having a total of 1 to 3 carbon atoms, such as C 2 H 5 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , HCO 2 - , etc.), pseudohalide ions (i.e., ions that are monovalent and have properties similar to those of halide ions, such as CN - , SCN - , OCN - , ONC - , N 3 - , etc.), sulfonate anions, organic sulfonate anions (methanesulfonate anion, etc.), phosphate anions (ethyl phosphate anion, methyl phosphate anion, hexafluorophosphate anion, etc.), borate anions (tetrafluoroborate anion, etc.), perchlorate anions, etc., and from the viewpoint of defibration ability, halide ions and carboxylate anions are preferred.
イミダゾリウム系イオン液体としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムホルメイト、1-アリル-3-メチルイミダゾリウムクロリド、1-アリル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジメチルホスフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジエチルホスフェート、1,3-ジメチルイミダゾリウムアセテート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムプロピオネート、1-プロピル-3-メチルイミダゾリウムクロリド、1-プロピル-3-メチルイミダゾリウムブロミド等を挙げることができる。 Examples of imidazolium ionic liquids include 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium formate, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride, 1-allyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazolium dimethyl phosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazolium diethyl phosphate, 1,3-dimethylimidazolium acetate, 1-ethyl-3-methylimidazolium propionate, 1-propyl-3-methylimidazolium chloride, and 1-propyl-3-methylimidazolium bromide.
一態様において、液体媒体は水系媒体であり、水単独、又は、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等の一価アルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、アセトン等のケトン類、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、ピロリドン系溶媒等のうち1種以上である有機溶媒と、水との混合媒体が挙げられる。有機溶媒と水との混合物における有機溶媒の比率は、好ましくは、50質量%未満、又は30質量%以下、又は20質量%以下である。水比率が高い場合、磨砕性が良好である傾向があり、有機溶媒比率が高い場合、磨砕後のセルロース繊維の凝集が抑制される傾向がある。有機溶媒の比率は、磨砕性と凝集抑制とのバランスに鑑みて設定されることが好ましい。 In one embodiment, the liquid medium is an aqueous medium, and examples of the liquid medium include water alone or a mixture of water and one or more organic solvents selected from the group consisting of monohydric alcohols such as ethanol, n-propanol, isopropanol, and butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and glycerin, ketones such as acetone, nitrile solvents such as acetonitrile, and pyrrolidone solvents. The ratio of the organic solvent in the mixture of the organic solvent and water is preferably less than 50% by mass, or 30% by mass or less, or 20% by mass or less. When the water ratio is high, the grindability tends to be good, and when the organic solvent ratio is high, the aggregation of the cellulose fibers after grinding tends to be suppressed. It is preferable that the ratio of the organic solvent is set in consideration of the balance between the grindability and the suppression of aggregation.
[解繊]
セルロース繊維原料は、任意に上記前処理を経た後、解繊に供される。解繊は、乾式又は湿式の機械的処理であってよい。解繊処理には単独の装置を1回以上用いても良いし、複数の装置をそれぞれ1回以上用いても良い。解繊に用いる装置は特に限定されないが、例えば、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などのタイプの装置が挙げられ、高圧又は超高圧ホモジナイザー、リファイナー、ビーター、PFIミル、ニーダー、ディスパーザー、高速解繊機、グラインダー(石臼型粉砕機)、ボールミル、振動ミル、ビーズミル、コニカルリファイナー、ディスクリファイナー、1軸、2軸又は多軸の混練機・押出機高速回転下でのホモミキサー、精製装置(refiner)、デフィブレーター(defibrator)、叩解機、摩擦グラインダー、高せん断フィブリレーター(fibrilator)(例えば、キャビトロンローター/スターター装置)、ディスパージャー(disperger)、ホモゲナイザー(例えば、微細流動化機(microfluidizer))など回転軸を中心として金属又は刃物とパルプ繊維を作用させるもの、或いはパルプ繊維同士の摩擦によるものを使用することができる。本実施形態においては、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度を所望範囲に制御する観点から、セルロース繊維原料に高温及び/又は高圧が掛からない解繊方法が好ましく、例えば、コニカルリファイナー、ディスクリファイナー等が好適である。
[Defibrillation]
The cellulose fiber raw material is optionally subjected to the above-mentioned pretreatment and then subjected to defibration. The defibration may be a dry or wet mechanical treatment. For the defibration treatment, a single device may be used once or more, or multiple devices may be used once or more. The device used for defibration is not particularly limited, and examples thereof include devices of the type such as high-speed rotation, colloid mill, high-pressure, roll mill, and ultrasonic types. Examples of the device that can be used include high-pressure or ultra-high-pressure homogenizers, refiners, beaters, PFI mills, kneaders, dispersers, high-speed defibrators, grinders (stone-type grinders), ball mills, vibration mills, bead mills, conical refiners, disk refiners, single-axis, twin-axis, or multi-axis kneaders/extruders, homomixers under high-speed rotation, refiners, defibrators, beaters, friction grinders, high-shear fibrilators (e.g., Cavitron rotor/starter devices), dispergers, and homogenizers (e.g., microfluidizers), which act on pulp fibers with a metal or blade around a rotating shaft, or devices that use friction between pulp fibers. In this embodiment, from the viewpoint of controlling the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers within a desired range, a defibration method that does not apply high temperature and/or high pressure to the cellulose fiber raw material is preferred, and for example, a conical refiner, a disc refiner, etc. are suitable.
解繊工程が湿式である場合、液体媒体は上述で例示したものであってよい。この際のセルロース繊維原料スラリーの液温は、好ましくは、85℃以下、又は80℃以下、又は75℃以下、又は70℃以下である。また、スラリーが凍結しない観点、及び、熱交換のコストを抑制する観点で、スラリーの液温は、好ましくは、1℃以上、又は5℃以上、又は10℃以上、又は15℃以上である。 When the defibration process is a wet process, the liquid medium may be one of those exemplified above. The liquid temperature of the cellulose fiber raw material slurry in this case is preferably 85°C or less, or 80°C or less, or 75°C or less, or 70°C or less. In order to prevent the slurry from freezing and to reduce the cost of heat exchange, the liquid temperature of the slurry is preferably 1°C or more, or 5°C or more, or 10°C or more, or 15°C or more.
解繊処理は1段又は多段で行ってよい。多段の場合、同じ装置を複数回使用してもよく、異なる装置を組み合わせて使用してもよい。多段の場合、解繊機構、又は剪断速度の異なる2種類以上の解繊装置を組み合わせることが有効である。多段の方法は、解繊度合を精密に制御できることでセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度の制御が容易である点で、好ましくは、ディスク構成の異なるディスクリファイナーを用いる方法である。ディスクリファイナーとしては、シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、及びコニカルリファイナーを例示できるが、解繊を高度に制御する観点では、固定刃と回転刃との間の刃間距離の制御精度が高いシングルディスクリファイナーが好ましい。 The defibration process may be performed in one stage or multiple stages. In the case of multiple stages, the same device may be used multiple times, or different devices may be used in combination. In the case of multiple stages, it is effective to combine two or more types of defibration devices with different defibration mechanisms or shear rates. The multi-stage method is preferably a method using disc refiners with different disc configurations, since the degree of defibration can be precisely controlled, making it easy to control the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers. Examples of disc refiners include single disc refiners, double disc refiners, and conical refiners, but from the perspective of highly controlling defibration, single disc refiners are preferred, as they provide high precision control of the blade distance between the fixed blade and the rotary blade.
ディスクリファイナーを用いる場合には、セルロース繊維原料を解繊溶媒中に適切な固形分濃度で分散させてなるスラリーをタンク内に貯留し、当該スラリーをディスクリファイナーに供給して解繊する。スラリーの固形分濃度は、好ましくは、0.1質量%以上、又は0.3質量%以上、又は0.5質量%以上、又は0.8質量%以上、又は1.0質量%以上であり、好ましくは、6質量%以下、又は3.5質量%以下、又は3質量%以下である。スラリーの媒体としての水は、蒸留水、イオン交換水などの純度の高い水であることが有利である。 When using a disc refiner, a slurry in which cellulose fiber raw material is dispersed in a defibrating solvent at an appropriate solid content concentration is stored in a tank, and the slurry is supplied to the disc refiner for defibration. The solid content concentration of the slurry is preferably 0.1% by mass or more, or 0.3% by mass or more, or 0.5% by mass or more, or 0.8% by mass or more, or 1.0% by mass or more, and is preferably 6% by mass or less, or 3.5% by mass or less, or 3% by mass or less. The water used as the slurry medium is advantageously high-purity water such as distilled water or ion-exchanged water.
ディスクリファイナーの運転においては、タンクに溜めたスラリーからディスクリファイナーを介し元のタンクに戻す循環式の連続処理で解繊処理を行ってもよいが、ディスクリファイナーを介し配管で繋がった2つのタンクを準備し(以下、タンクA,タンクBとする)、まずスラリーを投入したタンクAからディスクリファイナーを介しタンクBへ送液、貯留し、タンクA中のスラリーの処理を終えた段階で、連続的にタンクBからディスクリファイナーを介しタンクAへ送液、蓄積するという過程へ切り替え、以降、これらの工程を交互に繰り返す連続処理で解繊を行うと、スラリーが毎回のディスクリファイナー処理において確実に通過(パス)されるため、スラリーの全量に対し均一なパス回数を施すことができ、解繊程度の均一性、すなわちセルロース微細繊維の品質安定性の観点から、より好ましい。 In operating the disc refiner, the defibration process may be performed by a continuous circulation process in which the slurry stored in a tank is returned to the original tank via the disc refiner. However, it is preferable to prepare two tanks connected by piping via the disc refiner (hereinafter referred to as Tank A and Tank B), and first transfer the slurry from Tank A to Tank B via the disc refiner and store it there. When the processing of the slurry in Tank A is completed, the process is switched to continuously transfer the slurry from Tank B to Tank A via the disc refiner and store it there. Thereafter, if the defibration is performed by a continuous process in which these steps are alternately repeated, the slurry is reliably passed through the disc refiner in each processing, and a uniform number of passes can be performed on the entire amount of slurry, which is more preferable from the viewpoint of the uniformity of the degree of defibration, i.e., the quality stability of the cellulose fine fibers.
ディスクリファイナーの運転においては、スラリーの液温は上昇する。解繊時のセルロース中のアルデヒド基濃度増大を抑制する観点でスラリーの液温は熱交換器等を用いて制御することが好ましい。液温は好ましくは85℃以下、又は80℃以下、又は75℃以下、又は70℃以下である。また、スラリーが凍結しない観点、及び、熱交換のコストを抑制する観点で、好ましくは1℃以上、又は5℃以上、又は10℃以上、又は15℃以上である。 During operation of the disc refiner, the liquid temperature of the slurry rises. From the viewpoint of suppressing an increase in the concentration of aldehyde groups in the cellulose during defibration, it is preferable to control the liquid temperature of the slurry using a heat exchanger or the like. The liquid temperature is preferably 85°C or less, or 80°C or less, or 75°C or less, or 70°C or less. In addition, from the viewpoint of preventing the slurry from freezing and suppressing the cost of heat exchange, the liquid temperature is preferably 1°C or more, or 5°C or more, or 10°C or more, or 15°C or more.
ディスクリファイナーを用いて解繊処理する際は、多段(複数種の刃での処理)で行っても、1段(1種類の刃での処理)で行ってもよい。 When using a disc refiner for fiber defibration, it can be done in multiple stages (processing with multiple types of blades) or in one stage (processing with one type of blade).
図1は、ディスクリファイナーの刃及び溝の配置例について説明する図であり、図2は、ディスクリファイナーの刃幅、溝幅及び刃間距離について説明する図である。複数のディスクリファイナーを用いて多段で解繊する場合、少なくとも2種類の異なる刃を有するリファイナーを用いることが好ましい。図1及び2を参照し、具体的な刃の構成としては、図1に示すような刃11及び溝12を有するディスクリファイナーにおいて、図2に示す、刃幅WB、溝幅WG、及び刃幅WBを溝幅WGで除した値(以下、刃溝比ともいう。)が重要であり、刃幅が1.5mm以上、5mm以下、かつ刃溝比が0.1以上、1.0以下である刃を取り付けたリファイナーで解繊処理(以下、前段ともいう。)を施した後、刃幅が0.1mm以上、1.0mm以下、かつ刃溝比が0.5以上、1.0以下である刃を有するリファイナーで解繊処理(以下、後段ともいう。)を施すことが特に好ましい。このような構成のディスクリファイナーによって解繊することで、樹脂中の凝集の原因となる長い繊維長を有する繊維が減少するとともに、フィブリル化率の低い(すなわち毛羽の少ない)セルロース繊維を得ることができる。このとき、前段と後段の間に別の解繊処理を加えてもよい。
Fig. 1 is a diagram for explaining an example of the arrangement of the blades and grooves of a disc refiner, and Fig. 2 is a diagram for explaining the blade width, groove width, and blade distance of a disc refiner. When multiple disc refiners are used for multi-stage defibration, it is preferable to use a refiner having at least two different types of blades. With reference to Figs. 1 and 2, as a specific blade configuration, in a disc refiner having a
また、1種類の刃を用いて1段でディスクリファイナー処理する場合は、刃幅が0.1mm以上、1.0mm以下、かつ刃溝比が0.5以上、1.0以下である刃を有するリファイナーで解繊処理を施すことが特に好ましい。 When using one type of blade to perform disc refiner processing in one stage, it is particularly preferable to perform the fiberization process using a refiner having a blade with a blade width of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less, and a blade groove ratio of 0.5 or more and 1.0 or less.
[ディスクリファイナー処理における刃間距離]
また、図2を参照し、ディスクリファイナーでの解繊においては、二つの刃(具体的には図2中の回転刃21及び固定刃22)の刃間距離WL(以下、単に刃間距離と呼ぶ)を制御することが有利である。刃間距離を制御することで、セルロース微細繊維の繊維長及び解繊度合を制御することが可能である。刃間距離は、好ましくは、0.01mm以上、0.05mm以上であり、好ましくは、0.5mm以下、又は0.3mm以下である。多段での処理を行う場合、前段の処理においては刃間距離を0.01mm以上0.5mm以下、後段の処理においては刃間距離を0.05mm以上0.3mm以下とすることが好ましい。また、1段での処理を行う場合は、刃間距離を0.01mm以上0.5mm以下とすることが好ましい。尚、刃間距離を調整する際には、広目の刃間距離から、装置の電流値を一定以下に抑えながら徐々に刃間を詰めていくことが好ましい。このような制御により、装置の詰まり又はオーバーロードを防止するとともに、均質性の高いセルロース微細繊維が得られる。
[Blade distance in disc refiner treatment]
Also, referring to FIG. 2, in defibration using a disc refiner, it is advantageous to control the blade distance W L (hereinafter simply referred to as the blade distance) between two blades (specifically, the
上記のように固定刃と回転刃との刃間距離を高度に制御することは、アルデヒド基濃度が制御されたセルロース微細繊維を製造する上で有利である。例えば、従来のシングルディスクリファイナーの刃間距離調整では、通常、スクリュー式ネジジャッキなどが用いられていることから、回転刃を固定するランナー部の遊びがあるため、ランナー部をスラスト方向に強く引っ張ると0.3mm程度動いてしまう。解繊性を精度良く制御して均質なセルロース微細繊維を得る観点から、この移動量(遊び)は、少ないことが有利であり、好ましくは、0.1mm以下、又は0.08mm以下、又は0.05mm以下である。一態様においては、刃間距離調整機構をボールねじ式ジャッキにすることで上記のトラスト方向の移動量が0.03mmとされたシングルディスクリファイナーを使用してよい。更には、精度よく刃間距離調整を行うために、ボールねじ式ジャッキに減速機を付け、ファインな刃間距離調整ができるようにすることが好ましい。このようなシングルディスクリファイナーを用いることで、ファインな刃間距離調整が可能となるとともに、解繊処理中の刃のブレなく一定の刃間を維持した解繊が可能となる。これにより、刃間を詰めた際の刃同士の接触を防止することで繊維長が短くなりすぎるのを防止し、粗い繊維を低減することが可能となる。このようにして得られる、解繊度合が均一なセルロース微細繊維は、低減された所望範囲のアルデヒド基濃度を有することができる。 Highly controlling the blade distance between the fixed blade and the rotary blade as described above is advantageous in producing cellulose fine fibers with a controlled aldehyde group concentration. For example, in the blade distance adjustment of a conventional single disc refiner, a screw-type screw jack or the like is usually used, and since there is play in the runner part that fixes the rotary blade, if the runner part is pulled strongly in the thrust direction, it moves about 0.3 mm. From the viewpoint of precisely controlling the defibration property to obtain homogeneous cellulose fine fibers, it is advantageous that this movement amount (play) is small, and is preferably 0.1 mm or less, 0.08 mm or less, or 0.05 mm or less. In one embodiment, a single disc refiner in which the blade distance adjustment mechanism is a ball screw jack and the above-mentioned movement amount in the thrust direction is 0.03 mm may be used. Furthermore, in order to precisely adjust the blade distance, it is preferable to attach a reducer to the ball screw jack so that fine adjustment of the blade distance can be performed. By using such a single disc refiner, it is possible to finely adjust the blade distance and maintain a constant blade distance without blade vibration during the defibration process. This prevents the blades from coming into contact with each other when the blade distance is reduced, preventing the fiber length from becoming too short and reducing coarse fibers. The cellulose fine fibers obtained in this way and with a uniform degree of defibration can have a reduced aldehyde group concentration within the desired range.
[ディスクリファイナー処理でのパス回数]
解繊度合は、セルロース繊維が回転刃と固定刃との間を通過する回数(以下、パス回数ともいう。)によっても制御可能であり、パス回数を増加させることにより、繊維長分布が均質なセルロース微細繊維を生成できる。このようなセルロース微細繊維は、低減された所望範囲のアルデヒド基濃度を有することができる。ここでパス回数とは、前述の刃間距離を目的の刃間距離に詰めてからのリファイナー処理を施した(すなわち回転刃と固定刃との間を通過した)回数を意味する。
[Number of passes in disc refiner processing]
The degree of defibration can also be controlled by the number of times the cellulose fibers pass between the rotary blade and the fixed blade (hereinafter also referred to as the number of passes), and by increasing the number of passes, cellulose fine fibers with a uniform fiber length distribution can be produced. Such cellulose fine fibers can have a reduced aldehyde group concentration within a desired range. Here, the number of passes means the number of times the refining process is performed (i.e., the number of passes between the rotary blade and the fixed blade) after the aforementioned blade distance is reduced to the desired blade distance.
ディスクリファイナーのパス回数は、好ましくは、5回以上、又は20回以上、又は40回以上である。回数を増大させれば繊維形状分布が収束していくことからパス回数は多い方が好ましいが、生産性も考慮すると、パス回数の上限としては300回以下が好ましい。 The number of passes through the disc refiner is preferably 5 or more, 20 or more, or 40 or more. Since the fiber shape distribution converges as the number of passes increases, a larger number of passes is preferable, but considering productivity, the upper limit of the number of passes is preferably 300 or less.
[ディスクリファイナーによる解繊条件の決定方法]
ディスクリファイナー処理によって得られるセルロース微細繊維の形状は、前述したディスクリファイナーの刃の種類、刃間距離、パス回数、濃度などの影響が複合的に作用して制御される。樹脂組成物に用いる際に好ましいセルロース微細繊維の形状を得るためには、粘状叩解条件においてパス数を多くすることが好ましい。粘状叩解とは、繊維を毛羽立たせて解繊していく傾向の叩解方法である。一方、繊維長方向の切断が生じる傾向の叩解方法は遊離叩解と呼ばれる。ディスクリファイナーの刃の構成として、刃の数が多く、刃長が長く、刃幅と溝幅の比(刃溝比)が大きく、接触角度が大きいほど、回転刃と固定刃とのブレードの交錯数が増えるため、1つの交点で繊維に加わる力が分散し、繊維への衝撃回数が増加することで粘状叩解傾向を示す。一方、上記条件がそれぞれ逆の場合、遊離叩解傾向を示す。ディスクリファイナーの刃間距離は、遊離叩解傾向を示す刃を用いる場合は広げることが好ましく、遊離叩解傾向を示す刃を用いる場合は刃間距離を詰めることが好ましいが、刃間距離を詰めすぎると、目詰まり、繊維長の切断による短繊維化、及び過度の解繊を招来することから、刃間距離は0.05mm以上であることが好ましい。セルロース繊維原料の形状(繊維長及び繊維径)、処理濃度、及び使用する刃により、前述の刃間距離及びパス回数を調整してセルロース微細繊維の解繊状態を制御することで、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度を所望範囲に制御することができる。
[Method of determining defibration conditions using a disc refiner]
The shape of the cellulose fine fibers obtained by the disc refiner treatment is controlled by the combined effects of the above-mentioned type of disc refiner blade, blade distance, number of passes, concentration, etc. In order to obtain a shape of cellulose fine fibers that is preferable for use in a resin composition, it is preferable to increase the number of passes under viscous beating conditions. Viscous beating is a beating method that tends to fluff and defibrate the fibers. On the other hand, a beating method that tends to cause cutting in the fiber length direction is called free beating. As for the configuration of the disc refiner blade, the more the number of blades, the longer the blade length, the larger the ratio of the blade width to the groove width (blade groove ratio), and the larger the contact angle, the more the number of intersections of the blades between the rotating blade and the fixed blade increases, so that the force applied to the fiber at one intersection is dispersed, and the number of impacts on the fiber increases, resulting in a tendency to viscous beating. On the other hand, when the above conditions are reversed, a tendency to free beating is shown. The blade distance of the disc refiner is preferably widened when a blade showing a tendency to free beating is used, and is preferably narrowed when a blade showing a tendency to free beating is used, but narrowing the blade distance too much leads to clogging, fiber shortening due to cutting of fiber length, and excessive defibration, so the blade distance is preferably 0.05 mm or more. The aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers can be controlled within a desired range by adjusting the blade distance and the number of passes described above depending on the shape (fiber length and fiber diameter) of the cellulose fiber raw material, the treatment concentration, and the blade used to control the defibration state of the cellulose fine fibers.
[ディスクリファイナーと高圧ホモジナイザーの組合せによる多段叩解処理]
ディスクリファイナーで叩解されたセルロース繊維に対し、更に高圧ホモジナイザーによる叩解処理を施すことも好ましい様態の一つである。高圧ホモジナイザーはディスクリファイナーと比べ、繊維を細くする効果が大きい。高圧ホモジナイザー処理は、好ましくは30MPa以上、より好ましくは50MPa以上、より好ましくは80MPa以上の圧力で処理する。圧力の上限は装置の特性上、好ましくは300MPa以下、より好ましくは250MPa以下、さらに好ましくは150MPa以下であってよい。
[Multi-stage beating process using a combination of a disc refiner and a high-pressure homogenizer]
It is also a preferred embodiment to subject the cellulose fibers beaten by the disc refiner to a further beating treatment by a high-pressure homogenizer. The high-pressure homogenizer has a greater effect of thinning the fibers than the disc refiner. The high-pressure homogenizer treatment is preferably carried out at a pressure of 30 MPa or more, more preferably 50 MPa or more, and more preferably 80 MPa or more. The upper limit of the pressure may be preferably 300 MPa or less, more preferably 250 MPa or less, and even more preferably 150 MPa or less, depending on the characteristics of the device.
高圧ホモジナイザーとしては、ニロ・ソアビ社(伊)のNS型高圧ホモジナイザー、(株)エスエムテーのラニエタイプ(Rモデル)圧力式ホモジナイザー、三和機械(株)の高圧式ホモゲナイザー等、超高圧ホモジナイザーとしては、みづほ工業(株)のマイクロフルイダイザー、吉田機械興業(株)のナノマイザー、(株)スギノマシーンのアルティマイザー等の高圧衝突型の叩解処理機を挙げることができるが、これらの装置とほぼ同様の機構で微細化を実施する装置であれば、これら以外の装置であってもよい。 Examples of high-pressure homogenizers include the NS-type high-pressure homogenizer from Nilo Soavi (Italy), the Lanier-type (R model) pressure homogenizer from SMT Co., Ltd., and the high-pressure homogenizer from Sanwa Machine Co., Ltd., while examples of ultra-high-pressure homogenizers include high-pressure collision type beating machines such as the Microfluidizer from Mizuho Kogyo Co., Ltd., the Nanomizer from Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., and the Ultimizer from Sugino Machine Co., Ltd., but other devices may also be used as long as they perform micronization using a mechanism similar to that of these devices.
高圧ホモジナイザー処理においても、ディスクリファイナー処理の場合と同様に、タンクに溜めたスラリーから高圧ホモジナイザーを介し元のタンクに戻す循環式の連続処理工程で解繊処理を行ってもよいが、高圧ホモジナイザーを介し配管で繋がった2つのタンクを準備し(タンクA、タンクBとする)、まずスラリーを投入したタンクAから高圧ホモジナイザーを介しタンクBへ送液、貯留し、タンクA中のスラリーの処理を終えた段階で、連続的にタンクBから高圧ホモジナイザーを介しタンクAへ送液、蓄積するという過程へ切り替え、以降、これらの工程を交互に繰り返す連続処理工程で解繊処理を行うと、スラリーが毎回の高圧ホモジナイザー処理において確実に通過(パス)されるため、スラリーの全量に対し均一なパス回数を施すことができ、解繊程度の均一性、すなわちセルロース微細繊維の品質安定性の観点から、より好ましい。 In the high-pressure homogenizer treatment, as in the disc refiner treatment, the defibration treatment may be performed in a continuous circulating treatment process in which the slurry stored in a tank is returned to the original tank via the high-pressure homogenizer. However, it is preferable to prepare two tanks (Tank A and Tank B) connected by piping via a high-pressure homogenizer, and first transfer the slurry from Tank A to Tank B via the high-pressure homogenizer and store it there. When the processing of the slurry in Tank A is completed, the slurry is continuously transferred from Tank B to Tank A via the high-pressure homogenizer and stored there. If the defibration treatment is performed in a continuous treatment process in which these steps are repeated alternately, the slurry is reliably passed through the high-pressure homogenizer in each treatment, and a uniform number of passes can be performed on the entire amount of slurry, which is more preferable from the viewpoint of the uniformity of the degree of defibration, i.e., the quality stability of the cellulose fine fibers.
高圧ホモジナイザー処理においても、スラリーの液温は上昇する。解繊時のセルロース中のアルデヒド基濃度増大を抑制する観点でスラリーの液温は熱交換器等を用いて制御することが好ましい。液温は好ましくは85℃以下、又は80℃以下、又は75℃以下、又は70℃以下である。また、スラリーが凍結しない観点、及び、熱交換のコストを抑制する観点で、好ましくは1℃以上、又は5℃以上、又は10℃以上、又は15℃以上である。 The liquid temperature of the slurry also rises during high-pressure homogenizer treatment. From the viewpoint of suppressing an increase in the concentration of aldehyde groups in the cellulose during defibration, it is preferable to control the liquid temperature of the slurry using a heat exchanger or the like. The liquid temperature is preferably 85°C or less, or 80°C or less, or 75°C or less, or 70°C or less. In addition, from the viewpoint of preventing the slurry from freezing and suppressing the cost of heat exchange, it is preferably 1°C or more, or 5°C or more, or 10°C or more, or 15°C or more.
高圧ホモジナイザー処理でもセルロース繊維への圧力や熱の印加はあるためアルデヒド基濃度の上昇は確認される場合があるが、高圧ホモジナイザー処理はセルロース繊維を効率良く微細化できる手法であり、ディスクリファイナー処理よりも少ないパス回数で済む。したがって、驚くべきことに高圧ホモジナイザー処理はアルデヒド基濃度上昇の主因にはなりにくく、一方でディスクリファイナー処理の条件選択がアルデヒド基濃度決定に強く影響する。 Even with high-pressure homogenizer treatment, pressure and heat are applied to the cellulose fibers, so an increase in the aldehyde group concentration may be observed, but high-pressure homogenizer treatment is a method that can efficiently refine cellulose fibers and requires fewer passes than disc refiner treatment. Therefore, surprisingly, high-pressure homogenizer treatment is unlikely to be the main cause of an increase in the aldehyde group concentration, while the selection of disc refiner treatment conditions has a strong influence on the determination of the aldehyde group concentration.
解繊工程で生成したセルロース微細繊維、一態様においてセルロース微細繊維スラリー中のセルロース微細繊維は、本開示の範囲、特に0.5μmol/g~50μmol/gのアルデヒド基濃度を有することができ、本開示の範囲、特に200μmol/g以下のカルボキシ基濃度を有することができる。 The cellulose fine fibers produced in the defibration process, and in one embodiment, the cellulose fine fibers in the cellulose fine fiber slurry, can have an aldehyde group concentration within the range of the present disclosure, particularly 0.5 μmol/g to 50 μmol/g, and can have a carboxy group concentration within the range of the present disclosure, particularly 200 μmol/g or less.
<化学修飾工程>
セルロース微細繊維は修飾化剤によって、例えばセルロース繊維原料の段階、解繊処理中、又は解繊処理後に化学修飾されたものであっても良いし、セルロース微細繊維を含むスラリーの調製中又は調製後、或いは乾燥・造粒工程中又はその後に化学修飾されてもよい。
<Chemical modification step>
The cellulose fine fibers may be chemically modified with a modifying agent, for example, at the stage of raw cellulose fiber material, during or after the defibration process, or may be chemically modified during or after the preparation of a slurry containing the cellulose fine fibers, or during or after the drying and granulation process.
セルロース微細繊維の修飾化剤としては、セルロースの水酸基と反応する化合物を使用でき、例えば、無機エステル化剤(硝酸エステル、硫酸エステル、リン酸エステル、ケイ酸エステル、ホウ酸エステル等)、有機エステル化剤(アセチル化剤、プロピオニル化剤等)、エーテル化剤(メチルエーテル、ヒドロキシエチルエーテル、ヒドロキシプロピルエーテル、ヒドロキシブチルエーテル、カルボキシメチルエーテル、シアノエチルエーテル等)、シリル化剤、TEMPO酸化触媒(セルロースの一級水酸基を酸化)等が挙げられる。好ましい態様において、化学修飾は、エステル化、具体的には有機エステル化剤を用いたエステル化(アシル化)であり、特に好ましくはアセチル化である。有機エステル化剤としては、酸ハロゲン化物、酸無水物、カルボン酸ビニルエステル、及びカルボン酸が好ましい。 As a modification agent for cellulose fine fibers, a compound that reacts with the hydroxyl groups of cellulose can be used, and examples thereof include inorganic esterifying agents (nitrate esters, sulfate esters, phosphate esters, silicate esters, borate esters, etc.), organic esterifying agents (acetylating agents, propionylating agents, etc.), etherifying agents (methyl ether, hydroxyethyl ether, hydroxypropyl ether, hydroxybutyl ether, carboxymethyl ether, cyanoethyl ether, etc.), silylation agents, and TEMPO oxidation catalysts (oxidizing the primary hydroxyl groups of cellulose). In a preferred embodiment, the chemical modification is esterification, specifically esterification (acylation) using an organic esterifying agent, and particularly preferably acetylation. As organic esterifying agents, acid halides, acid anhydrides, vinyl carboxylates, and carboxylic acids are preferred.
酸ハロゲン化物は、下記式で表される化合物からなる群より選択された少なくとも1種であってよい。
R1-C(=O)-X
(式中、R1は炭素数1~24のアルキル基、炭素数2~24のアルケニル基、炭素数3~24のシクロアルキル基、又は炭素数6~24のアリール基を表し、XはCl、Br又はIである。)
酸ハロゲン化物の具体例としては、塩化アセチル、臭化アセチル、ヨウ化アセチル、塩化プロピオニル、臭化プロピオニル、ヨウ化プロピオニル、塩化ブチリル、臭化ブチリル、ヨウ化ブチリル、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、ヨウ化ベンゾイル等が挙げられるが、これらに限定されない。中でも、酸塩化物は反応性と取り扱い性の点から好適に採用できる。尚、酸ハロゲン化物の反応においては、触媒として働くと同時に副生物である酸性物質を中和する目的で、アルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してもよい。アルカリ性化合物としては、具体的には:トリエチルアミン、トリメチルアミン等の3級アミン化合物;及びピリジン、ジメチルアミノピリジン等の含窒素芳香族化合物;が挙げられるが、これに限定されない。
The acid halide may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formula:
R 1 -C(=O)-X
(In the formula, R1 represents an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 24 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, and X represents Cl, Br, or I.)
Specific examples of acid halides include, but are not limited to, acetyl chloride, acetyl bromide, acetyl iodide, propionyl chloride, propionyl bromide, propionyl iodide, butyryl chloride, butyryl bromide, butyryl iodide, benzoyl chloride, benzoyl bromide, and benzoyl iodide. Among them, acid chlorides can be preferably used in terms of reactivity and handling. In addition, in the reaction of acid halides, one or more alkaline compounds may be added to act as a catalyst and neutralize the by-product acidic substances. Specific examples of alkaline compounds include, but are not limited to, tertiary amine compounds such as triethylamine and trimethylamine; and nitrogen-containing aromatic compounds such as pyridine and dimethylaminopyridine.
酸無水物としては、任意の適切な酸無水物類を用いることができる。例えば、
酢酸、プロピオン酸、(イソ)酪酸、吉草酸等の飽和脂肪族モノカルボン酸無水物;(メタ)アクリル酸、オレイン酸等の不飽和脂肪族モノカルボン酸無水物;
シクロヘキサンカルボン酸、テトラヒドロ安息香酸等の脂環族モノカルボン酸無水物;
安息香酸、4-メチル安息香酸等の芳香族モノカルボン酸無水物;
二塩基カルボン酸無水物として、例えば、無水コハク酸、アジピン酸等の無水飽和脂肪族ジカルボン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の無水不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物、無水1-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸等の無水脂環族ジカルボン酸、及び、無水フタル酸、無水ナフタル酸等の無水芳香族ジカルボン酸無水物等;
3塩基以上の多塩基カルボン酸無水物類として、例えば、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の(無水)ポリカルボン酸等が挙げられる。
尚、酸無水物の反応においては、触媒として、硫酸、塩酸、燐酸等の酸性化合物、又はルイス酸、(例えば、MYnで表されるルイス酸化合物であって、MはB、As,Ge等の半金属元素、又はAl、Bi、In等の卑金属元素、又はTi、Zn、Cu等の遷移金属元素、又はランタノイド元素を表し、nはMの原子価に相当する整数であり、2又は3を表し、Yはハロゲン原子、OAc、OCOCF3、ClO4、SbF6、PF6又はOSO2CF3(OTf)を表す。)、又はトリエチルアミン、ピリジン等のアルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してもよい。
As the acid anhydride, any suitable acid anhydride can be used. For example,
Saturated aliphatic monocarboxylic acid anhydrides, such as acetic acid, propionic acid, (iso)butyric acid, and valeric acid; unsaturated aliphatic monocarboxylic acid anhydrides, such as (meth)acrylic acid and oleic acid;
Alicyclic monocarboxylic acid anhydrides such as cyclohexanecarboxylic acid and tetrahydrobenzoic acid;
Aromatic monocarboxylic acid anhydrides such as benzoic acid and 4-methylbenzoic acid;
Examples of dibasic carboxylic acid anhydrides include saturated aliphatic dicarboxylic acid anhydrides such as succinic anhydride and adipic acid, unsaturated aliphatic dicarboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride and itaconic anhydride, alicyclic dicarboxylic acid anhydrides such as 1-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid anhydride, hexahydrophthalic anhydride and methyltetrahydrophthalic anhydride, and aromatic dicarboxylic acid anhydrides such as phthalic anhydride and naphthalic anhydride;
Examples of the polybasic carboxylic acid anhydrides having three or more bases include polycarboxylic acids (anhydrides) such as trimellitic anhydride and pyromellitic anhydride.
In addition, in the reaction of an acid anhydride, one or more types of acidic compounds such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc., or Lewis acids (for example, Lewis acid compounds represented by MYn, where M represents a semimetal element such as B, As, Ge, etc., or a base metal element such as Al, Bi, In, etc., or a transition metal element such as Ti, Zn, Cu, etc., or a lanthanoid element, n is an integer corresponding to the atomic valence of M and represents 2 or 3, and Y represents a halogen atom, OAc, OCOCF3 , ClO4 , SbF6 , PF6 , or OSO2CF3 (OTf)), or alkaline compounds such as triethylamine, pyridine, etc. may be added as a catalyst.
カルボン酸ビニルエステルとしては、下記式:
R-COO-CH=CH2
{式中、Rは、炭素数1~24のアルキル基、炭素数2~24のアルケニル基、炭素数3~16のシクロアルキル基、又は炭素数6~24のアリール基のいずれかである。}で表されるカルボン酸ビニルエステルが好ましい。カルボン酸ビニルエステルは、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、オクチル酸ビニルアジピン酸ジビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、オクチル酸ビニル、安息香酸ビニル、及び桂皮酸ビニルからなる群より選択された少なくとも1種であることがより好ましい。カルボン酸ビニルエステルによるエステル化反応のとき、触媒として、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、1~3級アミン、4級アンモニウム塩、イミダゾール及びその誘導体、ピリジン及びその誘導体、並びにアルコキシドからなる群より選ばれる1種又は2種以上を添加しても良い。
The vinyl carboxylate may be represented by the following formula:
R-COO-CH= CH2
{wherein R is any one of an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 16 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 24 carbon atoms.} is preferred. The vinyl carboxylate is more preferably at least one selected from the group consisting of vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caproate, vinyl cyclohexanecarboxylate, vinyl caprylate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl myristate, vinyl palmitate, vinyl stearate, vinyl pivalate, vinyl octylate, divinyl adipate, vinyl methacrylate, vinyl crotonate, vinyl octylate, vinyl benzoate, and vinyl cinnamate. In the esterification reaction with a vinyl carboxylate, one or more catalysts selected from the group consisting of alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates, alkaline earth metal carbonates, alkali metal hydrogencarbonates, primary to tertiary amines, quaternary ammonium salts, imidazole and derivatives thereof, pyridine and derivatives thereof, and alkoxides may be added.
アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等が挙げられる。 アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウム等が挙げられる。 Examples of alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, etc. Examples of alkali metal carbonates, alkaline earth metal carbonates, and alkali metal hydrogen carbonates include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, and cesium hydrogen carbonate, etc.
1~3級アミンとは、1級アミン、2級アミン、及び3級アミンのことであり、具体例としては、エチレンジアミン、ジエチルアミン、プロリン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,3-プロパンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミン、トリス(3-ジメチルアミノプロピル)アミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン等が挙げられる。 Primary, secondary and tertiary amines refer to primary, secondary and tertiary amines, and specific examples include ethylenediamine, diethylamine, proline, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethyl-1,3-propanediamine, N,N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine, tris(3-dimethylaminopropyl)amine, N,N-dimethylcyclohexylamine and triethylamine.
イミダゾール及びその誘導体としては、1-メチルイミダゾール、3-アミノプロピルイミダゾール、カルボニルジイミダゾール等が挙げられる。 Imidazole and its derivatives include 1-methylimidazole, 3-aminopropylimidazole, carbonyldiimidazole, etc.
ピリジン及びその誘導体としては、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、ピコリン等が挙げられる。 Examples of pyridine and its derivatives include N,N-dimethyl-4-aminopyridine and picoline.
アルコキシドとしては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウム-t-ブトキシド等が挙げられる。 Examples of alkoxides include sodium methoxide, sodium ethoxide, and potassium t-butoxide.
カルボン酸としては、下記式で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。
R-COOH
(式中、Rは、炭素数1~16のアルキル基、炭素数2~16のアルケニル基、炭素数3~16のシクロアルキル基、又は炭素数6~16のアリール基を表す。)
The carboxylic acid may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas:
R-COOH
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 16 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 16 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 16 carbon atoms.)
カルボン酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、シクロヘキサンカルボン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ピバリン酸、メタクリル酸、クロトン酸、オクチル酸、安息香酸、及び桂皮酸からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。 Specific examples of carboxylic acids include at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, butyric acid, caproic acid, cyclohexane carboxylic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, pivalic acid, methacrylic acid, crotonic acid, octylic acid, benzoic acid, and cinnamic acid.
これらカルボン酸の中でも、酢酸、プロピオン酸、及び酪酸からなる群から選択される少なくとも一種、特に酢酸が、反応効率の観点から好ましい。
尚、カルボン酸の反応においては、触媒として、硫酸、塩酸、燐酸等の酸性化合物、又はルイス酸、(例えば、MYnで表されるルイス酸化合物であって、MはB、As,Ge等の半金属元素、又はAl、Bi、In等の卑金属元素、又はTi、Zn、Cu等の遷移金属元素、又はランタノイド元素を表し、nはMの原子価に相当する整数であり、2又は3を表し、Yはハロゲン原子、OAc、OCOCF3、ClO4、SbF6、PF6又はOSO2CF3(OTf)を表す。)、又はトリエチルアミン、ピリジン等のアルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してもよい。
Among these carboxylic acids, at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, and butyric acid, and particularly acetic acid, is preferred from the viewpoint of reaction efficiency.
In addition, in the reaction of carboxylic acid, one or more types of acidic compounds such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc., or Lewis acids (for example, Lewis acid compounds represented by MYn, where M represents a semimetal element such as B, As, Ge, etc., or a base metal element such as Al, Bi, In, etc., or a transition metal element such as Ti, Zn, Cu, etc., or a lanthanoid element, n is an integer corresponding to the atomic valence of M and represents 2 or 3, and Y represents a halogen atom, OAc, OCOCF3 , ClO4 , SbF6 , PF6 , or OSO2CF3 ( OTf )), or alkaline compounds such as triethylamine, pyridine, etc. may be added as a catalyst.
これらエステル化反応剤の中でも、特に、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、及び酢酸からなる群から選択された少なくとも一種、中でも無水酢酸及び酢酸ビニルが、反応効率の観点から好ましい。 Among these esterification reactants, at least one selected from the group consisting of acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, and acetic acid, and among these, acetic anhydride and vinyl acetate are preferred from the viewpoint of reaction efficiency.
<乾燥工程>
本工程では、セルロース微細繊維が液体媒体に分散してなるセルロース微細繊維スラリーを乾燥させることにより、セルロース微細繊維乾燥体を調製できる。
乾燥機としては、特に限定はされないが、ニーダー、プラネタリミキサー、ヘンシェルミキサー、ハイスピードミキサー、プロペラミキサー、リボンミキサー、単軸又は二軸のスクリュー押出機、バンバリーミキサー、凍結乾燥機、棚乾燥機、スプレー噴霧乾燥機、流動層乾燥機、ドラムドライヤー等が挙げられる。
<Drying process>
In this step, the cellulose fine fiber slurry in which the cellulose fine fibers are dispersed in a liquid medium is dried to prepare a dried cellulose fine fiber body.
The dryer is not particularly limited, but examples thereof include a kneader, a planetary mixer, a Henschel mixer, a high-speed mixer, a propeller mixer, a ribbon mixer, a single-screw or twin-screw extruder, a Banbury mixer, a freeze dryer, a shelf dryer, a spray dryer, a fluidized bed dryer, and a drum dryer.
乾燥温度は、乾燥効率、及び樹脂組成物中のセルロース微細繊維のナノ分散性、及びマクロ分散性に優れる粉体特性の乾燥体を形成する観点から、例えば20℃以上、又は30℃以上、又は40℃以上、又は50℃以上であってよく、セルロース微細繊維及び追加の成分の熱劣化を生じ難くする観点、及びスラリーの急速乾燥による乾燥体の過度な微粉化を回避する観点から、例えば200℃以下、又は180℃以下、又は160℃以下、又は140℃以下、又は120℃以下、又は100℃以下であってよい。
乾燥温度は、スラリーに接触する熱源の温度であり、例えば、乾燥装置の温調ジャケットの表面温度や、加熱シリンダーの表面温度、熱風の温度で定義される。
The drying temperature may be, for example, 20°C or more, or 30°C or more, or 40°C or more, or 50°C or more from the viewpoint of drying efficiency, and of forming a dried body with powder properties excellent in nano-dispersibility and macro-dispersibility of the cellulose fine fibers in the resin composition, and may be, for example, 200°C or less, or 180°C or less, or 160°C or less, or 140°C or less, or 120°C or less, or 100°C or less from the viewpoint of making it difficult for thermal deterioration of the cellulose fine fibers and additional components to occur, and from the viewpoint of avoiding excessive pulverization of the dried body due to rapid drying of the slurry.
The drying temperature is the temperature of the heat source in contact with the slurry, and is defined, for example, as the surface temperature of the temperature-regulating jacket of the drying device, the surface temperature of the heating cylinder, or the temperature of the hot air.
減圧度は、大気圧、又は減圧どちらでも良いが、乾燥効率、及び樹脂組成物中のセルロース微細繊維のナノ分散性、及びマクロ分散性に優れる粉体特性の乾燥体を形成する観点から、-1kPa以下、又は-10kPa以下、又は-20kPa以下、又は-30kPa以下、又は-40kPa以下、又は-50kPa以下であってよく、スラリーの急速乾燥による乾燥体の過度な微粉化を回避する観点から、-100kPa以上、又は-95kPa以上、又は-90kPa以上であってよい。 The degree of reduced pressure may be either atmospheric pressure or reduced pressure, but from the viewpoint of forming a dried body with powder characteristics excellent in drying efficiency and nano-dispersibility and macro-dispersibility of the cellulose fine fibers in the resin composition, it may be -1 kPa or less, or -10 kPa or less, or -20 kPa or less, or -30 kPa or less, or -40 kPa or less, or -50 kPa or less, and from the viewpoint of avoiding excessive pulverization of the dried body due to rapid drying of the slurry, it may be -100 kPa or more, or -95 kPa or more, or -90 kPa or more.
乾燥工程に供するセルロース微細繊維スラリー中のセルロース微細繊維の濃度は、乾燥時のプロセス効率の観点から、好ましくは、1質量%以上、又は2質量%以上、又は3質量%以上、又は5質量%以上、又は10質量%以上、又は15質量%以上、又は20質量%以上、又は25質量%以上であり、スラリーの粘度の過度な増大、及び凝集による固化を回避して良好な取扱い性を保持する観点から、好ましくは、60質量%以下、又は55質量%以下、又は50質量%以下、又は45質量%以下、又は40質量%以下、又は35質量%以下である。例えば、セルロース微細繊維の製造は希薄な分散液中で行われることが多いが、このような希薄分散液を濃縮することで、スラリー中のセルロース微細繊維濃度を前記好ましい範囲に調整してもよい。濃縮には、吸引ろ過、加圧ろ過、遠心脱液、加熱等の方法を用いることができる。 The concentration of cellulose fine fibers in the cellulose fine fiber slurry to be subjected to the drying step is preferably 1% by mass or more, or 2% by mass or more, or 3% by mass or more, or 5% by mass or more, or 10% by mass or more, or 15% by mass or more, or 20% by mass or more, or 25% by mass or more from the viewpoint of process efficiency during drying, and is preferably 60% by mass or less, or 55% by mass or less, or 50% by mass or less, or 45% by mass or less, or 40% by mass or less, or 35% by mass or less from the viewpoint of avoiding an excessive increase in the viscosity of the slurry and solidification due to aggregation and maintaining good handleability. For example, the production of cellulose fine fibers is often carried out in a dilute dispersion, and the cellulose fine fiber concentration in the slurry may be adjusted to the above-mentioned preferred range by concentrating such a dilute dispersion. For concentration, methods such as suction filtration, pressure filtration, centrifugal deliquation, and heating can be used.
セルロース微細繊維以外の任意の追加の成分(例えば、上述した分散剤)はセルロース微細繊維スラリーの乾燥前、乾燥中、及び/又は乾燥後に添加してよい。 Any additional ingredients other than the cellulose microfibers (e.g., dispersants as described above) may be added before, during, and/or after drying of the cellulose microfiber slurry.
本発明の一態様は、アルデヒド基濃度が0.5μmol/g~50μmol/gであるセルロース微細繊維を含むセルロース微細繊維乾燥体も提供する。当該セルロース微細繊維の数平均繊維径は本開示の範囲であってよい。 One aspect of the present invention also provides a dried cellulose fine fiber body containing cellulose fine fibers having an aldehyde group concentration of 0.5 μmol/g to 50 μmol/g. The number average fiber diameter of the cellulose fine fibers may be within the range disclosed herein.
[水分率]
乾燥体の液体媒体含有率は、好ましくは、50質量%以下、又は40質量%以下、又は30質量%以下、又は20質量%以下、又は10質量%以下であってよい。液体媒体含有率は、0質量%であってよいが、乾燥体の製造容易性の観点から、例えば、0.1質量%以上、又は1質量%以上、又は1.5質量%以上であってよい。液体媒体含有率は、赤外加熱式水分計を用いて測定される値である。
[Moisture percentage]
The liquid medium content of the dried body may be preferably 50% by mass or less, or 40% by mass or less, or 30% by mass or less, or 20% by mass or less, or 10% by mass or less. The liquid medium content may be 0% by mass, but from the viewpoint of ease of production of the dried body, it may be, for example, 0.1% by mass or more, 1% by mass or more, or 1.5% by mass or more. The liquid medium content is a value measured using an infrared heating type moisture meter.
[平均粒径]
乾燥体の平均粒径は、好ましくは、1μm以上、又は10μm以上、50μm以上、又は100μm以上、又は200μm以上、又は500μm以上であり、好ましくは、5000μm以下、又は4000μm以下、又は3000μm以下、又は2000μm以下である。上記平均粒径は、動的画像解析式粒径分布測定装置(Microtrac社製 CAMSIZER X2)で測定される値である。
[Average particle size]
The average particle size of the dried product is preferably 1 μm or more, or 10 μm or more, 50 μm or more, or 100 μm or more, or 200 μm or more, or 500 μm or more, and is preferably 5000 μm or less, or 4000 μm or less, or 3000 μm or less, or 2000 μm or less. The average particle size is a value measured by a dynamic image analysis type particle size distribution measuring device (CAMSIZER X2 manufactured by Microtrac).
[ゆるめ嵩密度]
一態様において、乾燥体のゆるめ嵩密度は、乾燥体の流動性が良好で二軸押出機へのフィード性に優れる点、分散剤の樹脂への移行抑制の観点から、好ましくは、0.01g/cm3以上、又は0.05g/cm3以上、又は0.10g/cm3以上、又は0.15g/cm3以上、又は0.20g/cm3以上、又は0.25g/cm3以上、又は0.30g/cm3以上、又は0.35g/cm3以上、又は0.40g/cm3以上、又は0.45g/cm3以上、又は0.50g/cm3以上であり、乾燥体が樹脂中で容易に崩壊してセルロース微細繊維が樹脂中に良好に分散できる点、及び、乾燥体が重質過ぎず乾燥体と樹脂との混合不良を回避できる点で、好ましくは、0.85g/cm3以下、又は0.80g/cm3以下、又は0.75g/cm3以下である。
[Loose bulk density]
In one aspect, the loose bulk density of the dried body is preferably 0.01 g / cm 3 or more, or 0.05 g / cm 3 or more, or 0.10 g / cm 3 or more, or 0.15 g / cm 3 or more, or 0.20 g / cm 3 or more, or 0.25 g / cm 3 or more, or 0.30 g / cm 3 or more, or 0.35 g / cm 3 or more, or 0.40 g / cm 3 or more, or 0.45 g / cm 3 or more, or 0.50 g / cm 3 or more, from the viewpoint of good fluidity of the dried body and excellent feedability to the twin - screw extruder and suppression of migration of the dispersant to the resin, and the dried body is easily disintegrated in the resin so that the cellulose fine fibers can be well dispersed in the resin, and the dried body is not too heavy and poor mixing of the dried body and the resin can be avoided. It is preferably 0.85 g / cm 3 or less, or 0.80 g / cm 3 or less, or 0.75 g / cm 3 or less.
[かため嵩密度]
乾燥体のかため嵩密度は、ゆるめ嵩蜜度及び圧縮度を本開示の範囲に制御するのに有用である範囲に制御され、一態様において、好ましくは、0.01g/cm3以上、又は0.1g/cm3以上、又は0.15g/cm3以上、又は0.2g/cm3以上、又は0.3g/cm3以上、又は0.4g/cm3以上、又は0.5g/cm3以上、又は0.6g/cm3以上であり、好ましくは、0.95g/cm3以下、又は0.9g/cm3以下、又は0.85g/cm3以下である。
[Hard bulk density]
The hard bulk density of the dried body is controlled to a range that is useful for controlling the loose bulk density and compressibility within the ranges of the present disclosure, and in one aspect is preferably 0.01 g/cm 3 or more, or 0.1 g/cm 3 or more, or 0.15 g/cm 3 or more, or 0.2 g/cm 3 or more, or 0.3 g/cm 3 or more, or 0.4 g/cm 3 or more, or 0.5 g/cm 3 or more, or 0.6 g/cm 3 or more, and preferably 0.95 g/cm 3 or less, or 0.9 g/cm 3 or less, or 0.85 g/cm 3 or less.
[圧縮度]
圧縮度は、圧縮度=(かため嵩密度-ゆるめ嵩密度)/かため嵩密度、で算出される値である。ゆるめ嵩密度及びかため嵩密度は、本開示の[実施例]の項に記載した方法で測定される値である。
一態様において、圧縮度は嵩減りの程度を表す。一態様において、乾燥体の圧縮度は、乾燥体の流動性が高過ぎない点で、好ましくは、1%以上、又は5%以上、又は10%以上、又は15%以上、又は20%以上、又は25%以上である。また、乾燥体の流動性が良好で二軸押出機へのフィード性に優れる点、及び取扱い性に優れる(具体的には、飛散、浮遊、又は粉塵形成が生じ難い)点、熱可塑性樹脂中に乾燥体を良好に分散させる点、分散剤の樹脂への移行抑制の点で、圧縮度は、好ましくは、50%以下、又は45%以下、又は40%以下、又は35%以下、又は30%以下である。
[Compression level]
The degree of compression is calculated by the formula: degree of compression = (hardened bulk density - loose bulk density) / hardened bulk density. The loose bulk density and hardened bulk density are values measured by the method described in the [Examples] section of this disclosure.
In one embodiment, the compression degree represents the degree of bulk loss. In one embodiment, the compression degree of the dried body is preferably 1% or more, or 5% or more, or 10% or more, or 15% or more, or 20% or more, or 25% or more, in terms of the fluidity of the dried body not being too high. In addition, in terms of the fluidity of the dried body being good and excellent in feedability to a twin-screw extruder, and excellent handling (specifically, scattering, floating, or dust formation is unlikely to occur), in terms of dispersing the dried body well in a thermoplastic resin, and in terms of suppressing migration of the dispersant to the resin, the compression degree is preferably 50% or less, or 45% or less, or 40% or less, or 35% or less, or 30% or less.
上記、ゆるめ嵩密度、かため嵩密度、及び圧縮度はホソカワミクロン株式会社製パウダーテスター(型番:PT-X)を用いて測定を行う。かため嵩密度測定のタッピング回数は180回で行う。 The loose bulk density, hardened bulk density, and compressibility are measured using a powder tester (model: PT-X) manufactured by Hosokawa Micron Corporation. The hardened bulk density is measured by tapping 180 times.
<混合工程>
本工程では、ポリアセタール樹脂と、乾燥工程で得たセルロース微細繊維乾燥体と、任意に追加の成分とを含む混合成分を混合する。混合は、自転・公転式ミキサー、プラネタリミキサー、ホモジナイザー、プロペラ式攪拌装置、ロータリー攪拌装置、電磁攪拌装置、オープンロール、バンバリーミキサー、単軸押出機、二軸押出機等の撹拌手段を用いて行ってよい。一態様において、混合は、押出機を用いた溶融混練である。押出機としては、セルロース微細繊維の分散性を向上させる観点から、同方向回転二軸押出機が好ましい。押出機のシリンダー長(L)をスクリュー径(D)で除したL/Dは、一態様において、40以上、又は50以上であってよい。スクリュー回転数は、一態様において、50ppm以上、又は100ppm以上、又は150ppm以上であってよく、800rpm以下、又は600rpm以下であってよい。押出機のシリンダー内の各スクリューは、楕円形の二翼のねじ形状の搬送スクリュー、ニーディングディスクと呼ばれる混練エレメント、等を組み合わせて最適化してよい。
<Mixing step>
In this step, a mixture of components including a polyacetal resin, a dried cellulose fine fiber obtained in the drying step, and an optional additional component is mixed. The mixing may be performed using a stirring means such as a rotation/revolution mixer, a planetary mixer, a homogenizer, a propeller type stirring device, a rotary stirring device, an electromagnetic stirring device, an open roll, a Banbury mixer, a single screw extruder, or a twin screw extruder. In one embodiment, the mixing is melt kneading using an extruder. As the extruder, a unidirectional rotating twin screw extruder is preferable from the viewpoint of improving the dispersibility of the cellulose fine fiber. In one embodiment, L/D obtained by dividing the cylinder length (L) of the extruder by the screw diameter (D) may be 40 or more, or 50 or more. In one embodiment, the screw rotation speed may be 50 ppm or more, 100 ppm or more, or 150 ppm or more, and 800 rpm or less, or 600 rpm or less. Each screw in the cylinder of the extruder may be optimized by combining a conveying screw having an elliptical two-wing screw shape, a kneading element called a kneading disk, or the like.
混合時の混合成分の温度は、セルロース微細繊維の高度な分散の観点から、好ましくは、170℃以上、又は180℃以上、又は190℃以上であり、混合成分の分解抑制、特に、ポリアセタール樹脂及びセルロース微細繊維の分解を抑制することでこれらのアルデヒド基濃度増大を抑制する観点から、好ましくは、250℃以下、又は240℃以下、又は230℃以下である。 The temperature of the mixed components during mixing is preferably 170°C or higher, or 180°C or higher, or 190°C or higher from the viewpoint of high dispersion of the cellulose fine fibers, and is preferably 250°C or lower, or 240°C or lower, or 230°C or lower from the viewpoint of suppressing decomposition of the mixed components, particularly suppressing decomposition of the polyacetal resin and the cellulose fine fibers and thereby suppressing an increase in the aldehyde group concentration of these.
混合成分に掛かる圧力は、セルロース分子の切断による低分子量成分の生成を抑制してセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度を良好に制御する観点から、混合工程を通じ、好ましくは、30MPa以下、又は20MPa以下、又は10MPa以下に維持される。混合成分に掛かる圧力は、セルロース微細繊維の高度な分散の観点から、混合工程の一部又は全部において、好ましくは、0.0MPa以上、又は0.1MPa以上、又は0.2MPa以上、又は0.5MPa以上であってよい。 The pressure applied to the mixed components is preferably maintained at 30 MPa or less, or 20 MPa or less, or 10 MPa or less throughout the mixing process, from the viewpoint of suppressing the generation of low molecular weight components due to cleavage of cellulose molecules and effectively controlling the aldehyde group concentration of the cellulose microfibers. From the viewpoint of highly dispersing the cellulose microfibers, the pressure applied to the mixed components may be preferably 0.0 MPa or more, or 0.1 MPa or more, or 0.2 MPa or more, or 0.5 MPa or more in part or all of the mixing process.
≪ポリアセタール樹脂組成物の形状≫
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、種々の形状での提供が可能である。具体的には、樹脂ペレット状、シート状、繊維状、板状、棒状等が挙げられるが、樹脂ペレット形状が、後加工の容易性及び運搬の容易性から好ましい。好ましい樹脂ペレット形状としては、丸型、楕円型、円柱型などが挙げられ、形状は押出加工時のカット方式により異なってよい。例えば、アンダーウォーターカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは、丸型になることが多く、ホットカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは丸型又は楕円型になることが多く、ストランドカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは円柱状になることが多い。丸型ペレットの好ましいペレット直径は、1mm以上3mm以下である。円柱状ペレットの好ましい直径は、1mm以上3mm以下であり、好ましい長さは、2mm以上10mm以下である。上記の直径及び長さは、押出時の運転安定性の観点から、下限以上とすることが望ましく、後加工での成形機への噛み込み性の観点から、上限以下とすることが望ましい。
<Shape of polyacetal resin composition>
The polyacetal resin composition of the present embodiment can be provided in various shapes. Specifically, resin pellets, sheets, fibers, plates, rods, etc. can be mentioned, but the resin pellet shape is preferred from the viewpoint of ease of post-processing and ease of transportation. Preferred resin pellet shapes include round, elliptical, and cylindrical shapes, and the shape may vary depending on the cutting method used during extrusion processing. For example, pellets cut by a cutting method called underwater cutting are often round, pellets cut by a cutting method called hot cutting are often round or elliptical, and pellets cut by a cutting method called strand cutting are often cylindrical. The preferred pellet diameter of round pellets is 1 mm or more and 3 mm or less. The preferred diameter of cylindrical pellets is 1 mm or more and 3 mm or less, and the preferred length is 2 mm or more and 10 mm or less. It is desirable to set the above diameter and length to be equal to or greater than the lower limit from the viewpoint of operational stability during extrusion, and it is desirable to set them to be equal to or less than the upper limit from the viewpoint of bite into the molding machine during post-processing.
≪成形体及びその用途≫
本発明の一態様はまた、本開示のポリアセタール樹脂組成物を成形してなる成形体を提供する。ポリアセタール樹脂組成物は、従来公知の成形方法(例えば、射出成形、押出成形、圧縮成形、ブロー成形、真空成形、発泡成形、回転成形、ガスインジェクション成形などの方法)で、種々の成形体に成形することができ、特に、射出成形に対して好適である。
<Molded body and its uses>
Another aspect of the present invention provides a molded article obtained by molding the polyacetal resin composition of the present disclosure. The polyacetal resin composition can be molded into various molded articles by a conventionally known molding method (e.g., injection molding, extrusion molding, compression molding, blow molding, vacuum molding, foam molding, rotational molding, gas injection molding, etc.), and is particularly suitable for injection molding.
一態様において、成形方法は異形成形であってよい。すなわち、一態様において、本実施形態の成形体は異形成形体であってよい。本発明の一態様はまた、本実施形態のポリアセタール樹脂組成物を異形押出する工程を含む、異形押出成形体の製造方法を提供する。 In one aspect, the molding method may be a profile molding. That is, in one aspect, the molded body of this embodiment may be a profile shaped body. One aspect of the present invention also provides a method for producing a profile extrusion molded body, which includes a step of profile extruding the polyacetal resin composition of this embodiment.
異形押出成形は公知の方法を使用することができる。異形押出成形方法の具体例としては、ポリアセタール樹脂組成物を押出成形機に投入し、内部で加熱しながら混練して、異形押出用のダイから押出し、未冷却の成形品を得る。次いで、未冷却の成形品を冷却ゾーンに連続的に導いて冷却して異形押出成形品を得る方法が挙げられる。
また、ポリアセタール樹脂組成物を得るための溶融混練を行い、その混練機のダイを異形押出用のダイとして押出し、未冷却の成形品を得、次いで、未冷却の成形品を冷却ゾーンに連続的に導いて冷却して異形押出成形品を得る方法が挙げられる。
A known method can be used for the contour extrusion molding. A specific example of the contour extrusion molding method is to feed a polyacetal resin composition into an extrusion molding machine, knead it while heating it inside, and extrude it from a contour extrusion die to obtain an uncooled molded product. The uncooled molded product is then continuously guided to a cooling zone and cooled to obtain a contour extrusion molded product.
Another example is a method in which melt kneading is performed to obtain a polyacetal resin composition, and then the composition is extruded using a die of the kneading machine as a die for profile extrusion to obtain an uncooled molded product, and then the uncooled molded product is continuously guided to a cooling zone and cooled to obtain a profile extrusion molded product.
異形押出時の押出温度の下限値は、ポリアセタール樹脂組成物中の熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点に対して、又は非晶性樹脂の場合はガラス転移点に対して、それぞれ+5℃が好ましく、+10℃がより好ましい。下限値をこの範囲に制御することで、異形押出の生産性を向上させることができる。異形押出時の押出温度の上限値は、ポリアセタール樹脂組成物中の熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点に対して、又は非晶性樹脂の場合はガラス転移点に対して、それぞれ+100℃が好ましく、+80℃が好ましく、+70℃が好ましく、+60℃が好ましい。上限値をこの範囲に制御することで、セルロース微細繊維の劣化を抑制することができるためポリアセタール樹脂組成物の機械特性を維持でき、また異形押出用ダイと冷却ゾーンとの間の樹脂のドローダウンを抑制することができるため異形押出成形品の寸法精度が良好となる。 The lower limit of the extrusion temperature during profile extrusion is preferably +5°C, more preferably +10°C, relative to the melting point when the thermoplastic resin in the polyacetal resin composition is a crystalline resin, or +10°C, more preferably relative to the glass transition point when the thermoplastic resin in the polyacetal resin composition is an amorphous resin. By controlling the lower limit within this range, the productivity of profile extrusion can be improved. The upper limit of the extrusion temperature during profile extrusion is preferably +100°C, more preferably +80°C, more preferably +70°C, and more preferably +60°C, relative to the melting point when the thermoplastic resin in the polyacetal resin composition is a crystalline resin, or +100°C, more preferably +80°C, more preferably +70°C, and more preferably +60°C, respectively, relative to the glass transition point when the thermoplastic resin in the polyacetal resin composition is an amorphous resin. By controlling the upper limit within this range, the deterioration of the cellulose fine fibers can be suppressed, so that the mechanical properties of the polyacetal resin composition can be maintained, and the drawdown of the resin between the profile extrusion die and the cooling zone can be suppressed, so that the dimensional accuracy of the profile extrusion molded product is good.
異形押出成形品としては、断面形状に特に制限はないが、断面形状としては、シート状、パイプ状、チューブ状、及び角状などが好ましい。シート状の場合、シート厚みは0.2~50mm、シート幅は10~1500mmとすることができる。パイプ状若しくはチューブ状の場合、その厚みは0.1~30mm、内径は1~1000mmとすることができる。角状の場合、角部の角度は30~150℃とすることができる。また角部の谷側の最小曲率半径は0.1mmとすることができる。 The cross-sectional shape of the profiled extrusion molded product is not particularly limited, but the cross-sectional shapes are preferably sheet, pipe, tube, and angular. In the case of a sheet, the sheet thickness can be 0.2 to 50 mm, and the sheet width can be 10 to 1500 mm. In the case of a pipe or tube, the thickness can be 0.1 to 30 mm, and the inner diameter can be 1 to 1000 mm. In the case of an angular shape, the angle of the corner can be 30 to 150°. The minimum radius of curvature on the valley side of the corner can be 0.1 mm.
また、得られた成形体は、自動車部品、電気・電子部品、建材、生活関係部品・化粧関係部品・医用関係部品、レール、パイプ、サッシ、ドア枠、窓枠、手すり、デッキ材、フェンス、各種建材など各種用途に利用することができる。 The resulting molded articles can be used for a variety of purposes, including automobile parts, electrical and electronic parts, building materials, lifestyle, cosmetic and medical parts, rails, pipes, sashes, door frames, window frames, handrails, deck materials, fences and various building materials.
具体的には、自動車部品としては、インナーハンドル、フェーエルトランクオープナー、シートベルトバックル、アシストラップ、各種スイッチ、ノブ、レバー、クリップなどの内装部品、メーター、コネクターなどの電気系統部品、オーディオ機器、カーナビゲーション機器などの車載電気・電子部品、ウインドウレギュレーターのキャリアープレートに代表される、金属と接触する部品、ドアロックアクチェーター部品、ミラー部品、ワイパーモーターシステム部品、燃料系統の部品などの機構部品などが挙げられる。 Specific examples of automotive parts include interior parts such as inner handles, fuel trunk openers, seat belt buckles, assist wraps, various switches, knobs, levers, and clips, electrical system parts such as meters and connectors, in-vehicle electrical and electronic parts such as audio equipment and car navigation equipment, parts that come into contact with metal such as window regulator carrier plates, door lock actuator parts, mirror parts, wiper motor system parts, and mechanical parts such as fuel system parts.
電気・電子部品としては、ポリアセタール樹脂成形体で構成され、かつ金属接点が多数存在する機器の部品又は部材、例えば、オーディオ機器、ビデオ機器、又は、電話機、コピー機、ファクシミリ、ワードプロセサー、コンピューターなどのOA機器、玩具類の部品又は部材、具体的には、シャーシ、ギア、レバー、カム、プーリー、軸受けなどが挙げられる。 Electrical and electronic parts include parts or components of equipment that are made of polyacetal resin molded bodies and have many metal contacts, such as audio equipment, video equipment, office automation equipment such as telephones, copy machines, facsimiles, word processors, and computers, and parts or components of toys, specifically chassis, gears, levers, cams, pulleys, bearings, etc.
更に、照明器具、建具、配管、コック、蛇口、トイレ周辺機器部品などの建材・配管部品、ファスナー類、文具、リップクリーム・口紅容器、洗浄器、浄水器、スプレーノズル、スプレー容器、エアゾール容器、一般的な容器、注射針のホルダーなどの広範な生活関係部品・化粧関係部品・医用関係部品に好適に使用される。
これらの中でも、高温環境下に置かれ、かつ高い負荷が掛かる用途であるギアに、より好ましく使用可能である。
Furthermore, the material can be suitably used in a wide range of lifestyle-related, cosmetic-related, and medical-related parts, such as lighting fixtures, fittings, piping, cocks, faucets, toilet peripheral parts, and other building materials and piping parts, fasteners, stationery, lip balm and lipstick containers, cleaning devices, water purifiers, spray nozzles, spray containers, aerosol containers, general containers, and syringe needle holders.
Among these, it is more preferably usable for gears, which are used in high-temperature environments and subject to high loads.
≪ポリアセタール樹脂組成物の特性≫
[引張降伏強度]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物の引張降伏強度は、成形品、例えば摺動性物品の良好な耐久性を得る観点から、50MPa以上、又は60MPa以上、又は65MPa以上、又は70MPa以上、又は73MPa以上、又は75MPa以上、又は80MPa以上であってよく、樹脂組成物の製造容易性の観点から、300MPa以下、又は200MPa以下、又は150MPa以下であってよい。
<Characteristics of polyacetal resin composition>
[Tensile yield strength]
The tensile yield strength of the polyacetal resin composition of the present embodiment may be 50 MPa or more, or 60 MPa or more, or 65 MPa or more, or 70 MPa or more, or 73 MPa or more, or 75 MPa or more, or 80 MPa or more from the viewpoint of obtaining good durability of a molded article, for example, a sliding article, and may be 300 MPa or less, or 200 MPa or less, or 150 MPa or less from the viewpoint of ease of production of the resin composition.
[引張破断伸度]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物の引張破断伸度は、成形品、例えば摺動性物品の良好な耐久性を得る観点から、1.0%以上、又は2.0%以上、又は3.0%以上、又は4.0%以上、又は5.0%以上、又は6.0%以上であってよく、樹脂組成物の製造容易性の観点から、1000%以下、又は500%以下、又は300%以下、又は200%以下であってよい。
[Tensile elongation at break]
The tensile elongation at break of the polyacetal resin composition of the present embodiment may be 1.0% or more, or 2.0% or more, or 3.0% or more, or 4.0% or more, or 5.0% or more, or 6.0% or more from the viewpoint of obtaining good durability of a molded article, such as a sliding article, and may be 1000% or less, or 500% or less, or 300% or less, or 200% or less from the viewpoint of ease of production of the resin composition.
[曲げ弾性率]
ポリアセタール樹脂組成物の曲げ弾性率は、成形品、例えば摺動性物品の良好な耐久性を得る観点から、好ましくは、3.0GPa以上、又は4.0GPa以上、又は4.5GPa以上、又は5.0GPa以上であり、樹脂組成物の製造容易性の観点から、例えば、20GPa以下、又は15GPa以下、又は12GPa以下、又は10GPa以下、又は8GPa以下、又は7GPa以下であってよい。
本開示の引張降伏強度、及び、引張破断伸度、及び、曲げ弾性率は、ISO294-3に準拠した多目的試験片をJIS K7364-2に準拠した条件で、成形温度は200℃で成形した上で、ISO527、及びISO178に準拠して測定される。
[Flexural modulus]
The flexural modulus of the polyacetal resin composition is preferably 3.0 GPa or more, or 4.0 GPa or more, or 4.5 GPa or more, or 5.0 GPa or more from the viewpoint of obtaining good durability of a molded article, for example, a sliding article, and may be, for example, 20 GPa or less, or 15 GPa or less, or 12 GPa or less, or 10 GPa or less, or 8 GPa or less, or 7 GPa or less from the viewpoint of ease of production of the resin composition.
The tensile yield strength, tensile elongation at break, and flexural modulus of the present disclosure are measured in accordance with ISO 527 and ISO 178 after molding a multipurpose test piece conforming to ISO 294-3 under conditions conforming to JIS K7364-2 at a molding temperature of 200°C.
[高温時の剛性]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、高温での他部材との接触(例えば、ギアの噛み合い)において負荷による変形を抑制するため、高温剛性が高いという特徴を有することが好ましい。具体的には、ポリアセタール樹脂組成物の120℃における貯蔵弾性率は、他部材との接触時の変形を抑制する観点で、好ましくは、1000MPa以上、又は1200MPa以上、又は1300MPa以上、又は1400MPa以上、又は1500MPa以上、又は1700MPa以上である。上限は特にないが、靭性を維持する観点より、3000MPa以下であることが望ましい。
[Rigidity at high temperatures]
The polyacetal resin composition of the present embodiment preferably has a feature of high high-temperature rigidity in order to suppress deformation due to load when in contact with other members at high temperatures (for example, meshing of gears). Specifically, the storage modulus of the polyacetal resin composition at 120°C is preferably 1000 MPa or more, or 1200 MPa or more, or 1300 MPa or more, or 1400 MPa or more, or 1500 MPa or more, or 1700 MPa or more, from the viewpoint of suppressing deformation when in contact with other members. There is no particular upper limit, but it is preferably 3000 MPa or less from the viewpoint of maintaining toughness.
また、本実施形態において、ポリアセタール樹脂組成物は、セルロース微細繊維10質量%配合時の、23℃における貯蔵弾性率に対する120℃における貯蔵弾性率の比が0.4以上であるような成分組成(すなわちポリアセタール樹脂組成物の構成成分の種類及び量)を有することが望ましい。この指標は、セルロース微細繊維のポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物中における分散性の指標である。分散性が高いほど、上記比が大きくなる傾向にある。例えば、セルロース微細繊維を含まない場合、23℃における貯蔵弾性率に対する120℃における貯蔵弾性率の比は、0.3にも満たない。また、平均繊維径が1000nm以上のセルロース繊維を配合した場合も、上記比は0.4に満たない。より少量のセルロース微細繊維では高温剛性を高める観点より、23℃における貯蔵弾性率に対する120℃における貯蔵弾性率の比は、好ましくは0.4以上、又は0.45以上、又は0.5以上である。上限は特にないが、加工性の観点より、好ましくは1.5以下である。 In addition, in this embodiment, it is desirable that the polyacetal resin composition has a component composition (i.e., the type and amount of the components of the polyacetal resin composition) such that the ratio of the storage modulus at 120 ° C to the storage modulus at 23 ° C when 10% by mass of cellulose fine fibers is blended is 0.4 or more. This index is an index of the dispersibility of the cellulose fine fibers in the polyacetal resin composition, the 3D printing modeling material, or the modeled object. The higher the dispersibility, the larger the above ratio tends to be. For example, when no cellulose fine fibers are included, the ratio of the storage modulus at 120 ° C to the storage modulus at 23 ° C is less than 0.3. Also, when cellulose fibers with an average fiber diameter of 1000 nm or more are blended, the above ratio is less than 0.4. From the viewpoint of increasing high-temperature rigidity with a smaller amount of cellulose fine fibers, the ratio of the storage modulus at 120 ° C to the storage modulus at 23 ° C is preferably 0.4 or more, or 0.45 or more, or 0.5 or more. There is no particular upper limit, but from the viewpoint of processability, it is preferably 1.5 or less.
上記貯蔵弾性率は、10mm幅、4mm厚みのISO多目的試験片を用い、固体粘弾性測定装置を用いて、測定温度範囲0℃~150℃(昇温速度:2℃/分)、引張モード、振動周波数10Hz、静的負荷歪0.5%、動的負荷歪0.3%の条件で測定したときの貯蔵弾性率である。なお、23℃及び120℃の温度は、その前後の測定温度をそれぞれの温度に内挿計算して算出される。 The storage modulus is the storage modulus measured using an ISO multipurpose test piece 10 mm wide and 4 mm thick with a solid viscoelasticity measuring device under the following conditions: temperature range 0°C to 150°C (heating rate: 2°C/min), tensile mode, vibration frequency 10 Hz, static load strain 0.5%, and dynamic load strain 0.3%. The temperatures of 23°C and 120°C are calculated by interpolating the measured temperatures before and after them.
[ホルムアルデヒド放出量]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物はホルムアルデヒド放出量が低いほど好ましいが、製造容易性の観点から好ましくは、0.001μmol/g以上、又は0.01μmol/g以上、又は0.05μmol/g以上、又は0.1μmol/g以上であり、一態様において、成形時の作業環境の保全、及び、造形物使用時の使用者の健康障害低減の観点から、好ましくは5μmol/g以下、又は4μmol/g以下、又は3.5μmol/g以下、又は3μmol/g以下である。ホルムアルデヒド放出量は前記記載の手法で算出する。
[Formaldehyde emission amount]
The polyacetal resin composition of the present embodiment has a lower formaldehyde emission amount, and from the viewpoint of ease of production, it is preferably 0.001 μmol/g or more, or 0.01 μmol/g or more, or 0.05 μmol/g or more, or 0.1 μmol/g or more, and in one embodiment, from the viewpoint of preserving the working environment during molding and reducing health hazards to users when using the molded product, it is preferably 5 μmol/g or less, or 4 μmol/g or less, or 3.5 μmol/g or less, or 3 μmol/g or less. The formaldehyde emission amount is calculated by the method described above.
[ギア耐久時間]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、例えば摺動部材としての利用を想定した場合、長期間使用できる高耐久性であることが好ましい。具体的には、ポリアセタール樹脂組成物で成形したギアが破壊するまでの時間を評価するギア耐久性試験において、ギア耐久時間は、好ましくは100hr以上、又は120hr以上、又は140hr以上、又は150hr以上、又は160hr以上、又は170hr以上である。上限は特にないが、製造容易性の観点より、1000hr以下、又は500hr以下であることが望ましい。ギア耐久時間は実施例にて記載される手法を用い測定する。
[Gear Duration]
The polyacetal resin composition of the present embodiment is preferably highly durable for long-term use, for example, when it is assumed to be used as a sliding member. Specifically, in a gear durability test for evaluating the time until a gear molded from the polyacetal resin composition breaks, the gear durability time is preferably 100 hours or more, or 120 hours or more, or 140 hours or more, or 150 hours or more, or 160 hours or more, or 170 hours or more. There is no particular upper limit, but from the viewpoint of ease of production, it is preferably 1000 hours or less, or 500 hours or less. The gear durability time is measured using the method described in the examples.
[単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度Aとポリアセタール樹脂のエチレン比Rの関係]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、一態様において、単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度A(μmol/m2)とポリアセタール樹脂のエチレン比R(オキシメチレン単位の繰り返し数nに対するオキシエチレン単位の繰り返し数mの比(R=m/n))とが、以下の関係を満たすことが好ましい。なお、単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度Aは、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度(μmol/g)を、セルロース微細繊維の比表面積(m2/g)で除した値である。
10((R-5)/3) ≦ A ≦ 10((R+3)/10)
[Relationship between aldehyde group concentration A of cellulose fine fiber per unit area and ethylene ratio R of polyacetal resin]
In one aspect of the polyacetal resin composition of this embodiment, it is preferable that the aldehyde group concentration A of the cellulose fine fibers per unit area (μmol/ m2 ) and the ethylene ratio R of the polyacetal resin (ratio of the number of repeating oxyethylene units m to the number of repeating oxymethylene units n (R=m/n)) satisfy the following relationship: The aldehyde group concentration A of the cellulose fine fibers per unit area is the value obtained by dividing the aldehyde group concentration (μmol/g) of the cellulose fine fibers by the specific surface area ( m2 /g) of the cellulose fine fibers.
10 ((R-5)/3) ≦ A ≦ 10 ((R+3)/10)
上記式の関係が満たされる場合、セルロース微細繊維の表面のアルデヒド基とポリアセタール樹脂との結合で機械特性が向上すること、アルデヒド基によるポリアセタール樹脂の分解が抑制されることにより、ポリアセタール樹脂組成物の良好な機械特性(例えば、剛性及び靭性)が得られる。このような関係が成立する理由として下記のように推定される。ポリアセタール樹脂において相対的にオキシメチレン鎖は不安定であり、オキシエチレン鎖は安定である。オキシメチレン鎖比率が増えるほどポリアセタール樹脂として分解しやすくなるが、ここでアルデヒド基量が多いとポリアセタール樹脂の分解が加速し、機械特性が悪化する傾向となる。一方、オキシエチレン鎖比率が増えるとポリアセタール樹脂は分解しにくくなるが、ここでアルデヒド基量が少ないとセルロース微細繊維とポリアセタール樹脂との結合による界面強化が起き難く、機械特性は向上し難い傾向となる。
より好ましくは、10((R-4)/3) ≦ A ≦ 10((R/10)、又は10((R-3)/3) ≦ A ≦ 10((R-1)/10)である。
When the above formula is satisfied, the mechanical properties are improved by the bond between the aldehyde groups on the surface of the cellulose fine fibers and the polyacetal resin, and the decomposition of the polyacetal resin by the aldehyde groups is suppressed, so that the polyacetal resin composition has good mechanical properties (for example, rigidity and toughness). The reason for this relationship is presumed to be as follows. In the polyacetal resin, the oxymethylene chain is relatively unstable, and the oxyethylene chain is stable. The higher the oxymethylene chain ratio, the easier it is to decompose as a polyacetal resin, but if the amount of aldehyde groups is large here, the decomposition of the polyacetal resin accelerates, and the mechanical properties tend to deteriorate. On the other hand, if the ratio of oxyethylene chains increases, the polyacetal resin becomes less likely to decompose, but if the amount of aldehyde groups is small here, the interface strengthening by the bond between the cellulose fine fibers and the polyacetal resin is difficult to occur, and the mechanical properties tend to be difficult to improve.
More preferably, 10 ((R-4)/3) ≦A≦10 ((R/10) , or 10 ((R-3)/3) ≦A≦10 ((R-1)/10) .
[単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度Aとハロゲン含有率Hの関係]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、一態様において、単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度A(μmol/m2)とセルロース微細繊維ハロゲン含有率H(質量ppm)とが、以下の関係を満たすことが好ましい。
50 ≦ H/A ≦ 1000
[Relationship between aldehyde group concentration A and halogen content H of cellulose fine fiber per unit area]
In one aspect of the polyacetal resin composition of the present embodiment, it is preferable that the aldehyde group concentration A (μmol/m 2 ) per unit area of the cellulose fine fibers and the halogen content H (ppm by mass) of the cellulose fine fibers satisfy the following relationship.
50≦H/A≦1000
上記式の関係が満たされる場合、ポリアセタール樹脂の高分子量化、及びセルロース微細繊維とポリアセタール樹脂との間の界面強化により、ポリアセタール樹脂組成物の良好な機械特性(例えば、ギア耐久性)が得られる。特にギアのような長期耐久性が求められる用途では、長期使用時のマトリックス樹脂の低分子量化、及びフィラーとマトリックス樹脂との界面剥離を抑制することが可能となる。このような関係が成立する理由として下記のように推定される。アルデヒド基はポリアセタール樹脂を分解する起点となり低分子量化を促進する反面、セルロース微細繊維とポリアセタール樹脂とを結合することで、樹脂組成物の界面強化にも寄与する。一方、セルロース微細繊維に含まれるハロゲン化合物はポリアセタール樹脂の重合触媒としての役割を有する。したがって、ハロゲン含有率Hがアルデヒド基濃度Aより著しく大きく、H/Aが1000を超える場合、ポリアセタール樹脂は高分子量化するものの界面強化がなされず長期物性は劣る傾向となる。一方、ハロゲン含有率Hがアルデヒド基濃度Aより著しく小さく50を下回る場合、界面強化はされやすいがポリアセタール樹脂が著しく低分子量化し長期物性は劣る傾向となる。
上記H/Aの値は、好ましくは、50以上、又は60以上、又は70以上であり、好ましくは、1000以下、又は500以下、又は300以下である。
When the above formula is satisfied, the polyacetal resin composition has good mechanical properties (e.g., gear durability) due to the high molecular weight of the polyacetal resin and the reinforcement of the interface between the cellulose fine fiber and the polyacetal resin. In particular, in applications such as gears that require long-term durability, it is possible to suppress the low molecular weight of the matrix resin during long-term use and the interfacial peeling between the filler and the matrix resin. The reason why such a relationship is established is presumed to be as follows. The aldehyde group is the starting point for decomposing the polyacetal resin and promotes the low molecular weight, while it also contributes to the interfacial reinforcement of the resin composition by bonding the cellulose fine fiber and the polyacetal resin. On the other hand, the halogen compound contained in the cellulose fine fiber plays a role as a polymerization catalyst for the polyacetal resin. Therefore, when the halogen content H is significantly larger than the aldehyde group concentration A and H/A exceeds 1000, the polyacetal resin has a high molecular weight but the interface is not reinforced and the long-term physical properties tend to be poor. On the other hand, when the halogen content H is significantly smaller than the aldehyde group concentration A and falls below 50, the interface is easily reinforced, but the molecular weight of the polyacetal resin becomes significantly low and the long-term physical properties tend to be poor.
The value of H/A is preferably 50 or more, or 60 or more, or 70 or more, and is preferably 1000 or less, or 500 or less, or 300 or less.
≪3Dプリント用造形材料及び造形物≫
<3Dプリント用造形材料及びその製造方法>
本発明の一態様は、本実施形態のポリアセタール樹脂組成物で構成されている3Dプリント用造形材料を提供する。一態様において、3Dプリント用造形材料は、フィラメント、粉体等の所望の形態を有してよく、好ましくはフィラメント又は粉体の形態を有する。ポリアセタール樹脂組成物を所望の形態の3Dプリント用造形材料に成形する方法としては、公知の方法を用いることができる。例えばフィラメントは、モノフィラメントでもマルチフィラメントでもよいが、成形の容易性からモノフィラメントが好ましい。
<3D printing materials and objects>
<3D printing modeling material and its manufacturing method>
One aspect of the present invention provides a 3D printing modeling material composed of the polyacetal resin composition of the present embodiment. In one aspect, the 3D printing modeling material may have a desired form such as a filament or powder, and is preferably in the form of a filament or powder. A known method can be used to mold the polyacetal resin composition into a 3D printing modeling material of a desired form. For example, the filament may be a monofilament or a multifilament, but a monofilament is preferred from the viewpoint of ease of molding.
フィラメント状造形材料の直径は0.5~5.0mmであることが好ましく、1.0~3.5mmであることがより好ましく、1.5~3.0mmであることが最も好ましい。フィラメント状造形材料の長さは、1m超であることが好ましく、10m超であることがより好ましく、100m超であることがより好ましく、300m超であることが最も好ましい。この範囲にフィラメント状造形材料の形状を制御することで、適用可能な3Dプリンターを広く選択できるようになり、造形時間や、造形物のサイズ、精巧性を適切に設計することが可能となる。フィラメント状造形材料の長さは、一態様において、20000m以下であってよい。 The diameter of the filamentary modeling material is preferably 0.5 to 5.0 mm, more preferably 1.0 to 3.5 mm, and most preferably 1.5 to 3.0 mm. The length of the filamentary modeling material is preferably more than 1 m, more preferably more than 10 m, more preferably more than 100 m, and most preferably more than 300 m. By controlling the shape of the filamentary modeling material within this range, it becomes possible to select a wide range of applicable 3D printers, and it becomes possible to appropriately design the modeling time, size, and sophistication of the modeled object. In one embodiment, the length of the filamentary modeling material may be 20,000 m or less.
一態様において、フィラメント状造形材料は、ポリアセタール樹脂組成物を加熱溶融させた後、ノズル等の細孔を通過させた後、冷却し、巻き取ることで製造することができる。細孔の径は、フィラメントの径及び巻き取り速度に応じて適宜選択することができるが、製造効率と糸切れ不良発生頻度の観点から、0.5~10.0mmであることが好ましく、0.8~5.0mmであることがより好ましく、1.0~3.0mmであることが最も好ましい。冷却の方法としては、空冷、水冷等の公知の方法を適宜選択できるが、セルロース微細繊維の親水性に起因する吸水を防止する観点から、空冷が好ましい。フィラメントの巻取速度は、製造効率と糸切れ不良発生頻度の観点から、0.1~10m/秒であることが好ましく、0.15~5m/秒であることがより好ましく、0.2~1m/秒であることが最も好ましい。フィラメント状造形材料の製造装置とポリアセタール樹脂組成物の製造装置は、同じでも異なっていても良い。 In one embodiment, the filament-shaped modeling material can be produced by heating and melting the polyacetal resin composition, passing it through a fine hole such as a nozzle, cooling it, and winding it up. The diameter of the fine hole can be appropriately selected according to the diameter of the filament and the winding speed, but from the viewpoint of production efficiency and the frequency of occurrence of thread breakage defects, it is preferably 0.5 to 10.0 mm, more preferably 0.8 to 5.0 mm, and most preferably 1.0 to 3.0 mm. As a cooling method, a known method such as air cooling or water cooling can be appropriately selected, but air cooling is preferred from the viewpoint of preventing water absorption due to the hydrophilicity of the cellulose fine fibers. From the viewpoint of production efficiency and the frequency of occurrence of thread breakage defects, the winding speed of the filament is preferably 0.1 to 10 m/sec, more preferably 0.15 to 5 m/sec, and most preferably 0.2 to 1 m/sec. The manufacturing device for the filament-shaped modeling material and the manufacturing device for the polyacetal resin composition may be the same or different.
粉体状造形材料の粒子径、粒子形状、及び縦横比は、使用する3Dプリンターに応じて適宜選択することができる。一態様において、粒子径は、造形材料としての取り扱いと、造形物の表面平滑性の観点から、1~10000μmであることが好ましく、10~500μmであることがより好ましく、30~200μmであることが最も好ましい。粒子形状は、球状でも不定形であっても良いが、不定形であることが造形時のボイド抑制の観点から好ましい。縦横比は、粒子間隙を少なくすることによるボイド抑制の観点から、1.001~3.0であることが好ましく、1.01~2.0であることが好ましく、1.1~1.8であることが最も好ましい。 The particle size, particle shape, and aspect ratio of the powdered modeling material can be appropriately selected depending on the 3D printer to be used. In one embodiment, the particle size is preferably 1 to 10,000 μm, more preferably 10 to 500 μm, and most preferably 30 to 200 μm, from the viewpoints of handling as a modeling material and surface smoothness of the modeled object. The particle shape may be spherical or irregular, but irregular shape is preferable from the viewpoint of suppressing voids during modeling. The aspect ratio is preferably 1.001 to 3.0, preferably 1.01 to 2.0, and most preferably 1.1 to 1.8, from the viewpoint of suppressing voids by reducing interparticle gaps.
一態様において、粉体状造形材料は、ポリアセタール樹脂組成物を粉砕又は再沈殿させることで製造することができる。ポリアセタール樹脂組成物を粉砕する方法は、特に制限されないが、湿式粉砕、乾式粉砕、低温粉砕、凍結粉砕、加熱粉砕等であってよい。粉体状造形材料の形状制御を目的として、粉砕媒体を使用しても良い。 In one embodiment, the powdered modeling material can be produced by pulverizing or reprecipitating the polyacetal resin composition. The method for pulverizing the polyacetal resin composition is not particularly limited, and may be wet pulverization, dry pulverization, low-temperature pulverization, freeze pulverization, heat pulverization, or the like. A grinding medium may be used for the purpose of controlling the shape of the powdered modeling material.
<造形物及びその製造方法>
本発明の一態様は、本実施形態の3Dプリント用造形材料を3Dプリンターにより造形してなる造形物を提供する。本発明の一態様はまた、本実施形態の3Dプリント用造形材料を3Dプリンターにより造形する工程を含む、造形物の製造方法を提供する。3Dプリンターの造形方式としては、熱溶解積層方式、光造形方式、材料噴射方式、粉末接着方式、粉末床溶融結合方式等が挙げられる。フィラメント状造形材料を用いる場合は、熱溶解積層方式が好ましく、粉体状造形材料を用いる場合は、粉末接着方式、及び粉末床溶融結合方式が好ましい。
<Model and its manufacturing method>
One aspect of the present invention provides a modeled object produced by using the 3D printing material of the present embodiment with a 3D printer. Another aspect of the present invention provides a method for producing a modeled object, including a step of using the 3D printing material of the present embodiment with a 3D printer. Modeling methods for 3D printers include fused deposition modeling, stereolithography, material injection, powder bonding, powder bed fusion, and the like. When a filamentary modeling material is used, the fused deposition modeling is preferred, and when a powdered modeling material is used, the powder bonding and powder bed fusion are preferred.
<3Dプリント用造形材料及び造形物の用途>
造形物は、種々の用途にそのまま適用してよく、又は、単独で又は他の成分とともに所望の形状に成形することで、所望の成形体を製造してよい。成分の組合せ方法及び成形方法は特に限定されず、所望の成形体に応じて選択してよい。成形方法としては、これらに限定されないが、切削成形法、発泡成形法などが使用可能である。造形物又は成形体は、鋼板、繊維強化プラスチック(例えば炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック等)、無機フィラーを含む樹脂コンポジット、等の代替品として有用である。3Dプリント用造形材料、造形物又は成形体の好適な用途としては、産業用機械部品、一般機械部品、自動車・鉄道・車両・船舶・航空宇宙関連部品、電子・電気部品、建築・土木材料、生活用品、スポーツ・レジャー用品、風力発電用筐体部材、容器・包装部材、等を例示できる。
<Uses of 3D printing materials and objects>
The shaped object may be directly applied to various applications, or may be molded into a desired shape alone or together with other components to produce a desired molded body. The method of combining the components and the molding method are not particularly limited and may be selected according to the desired molded body. The molding method may be, but is not limited to, a cutting molding method, a foam molding method, or the like. The shaped object or molded body is useful as a substitute for steel plates, fiber-reinforced plastics (e.g., carbon fiber reinforced plastics, glass fiber reinforced plastics, etc.), resin composites containing inorganic fillers, etc. Suitable applications of the 3D printing molding material, shaped object, or molded body include industrial machine parts, general machine parts, automobiles, railways, vehicles, ships, and aerospace-related parts, electronic and electrical parts, building and civil engineering materials, daily necessities, sports and leisure goods, wind power generation housing parts, containers and packaging parts, etc.
≪ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料及び造形物の特性≫
ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料及び造形物は、一態様において下記のような特性を有することができる。
<<Characteristics of polyacetal resin composition, 3D printing material, and modeled object>>
In one embodiment, the polyacetal resin composition, the 3D printing modeling material, and the modeled object can have the following characteristics.
[引張降伏強度]
ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の引張降伏強度は、一態様において、20MPa以上、又は50MPa以上、又は60MPa以上、又は65MPa以上、又は70MPa以上、又は73MPa以上、又は75MPa以上、又は80MPa以上であり、300MPa以下、又は200MPa以下、又は150MPa以下であってよい。
[Tensile yield strength]
In one embodiment, the tensile yield strength of the polyacetal resin composition, 3D printing modeling material, or modeled object may be 20 MPa or more, or 50 MPa or more, or 60 MPa or more, or 65 MPa or more, or 70 MPa or more, or 73 MPa or more, or 75 MPa or more, or 80 MPa or more, and may be 300 MPa or less, or 200 MPa or less, or 150 MPa or less.
[引張破断伸度]
ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の引張破断伸度は、一態様において、2.0%以上、又は3.0%以上、又は4.0%以上、又は5.0%以上、又は6.0%以上であり、1000%以下、又は500%以下、又は300%以下、又は200%以下であってよい。
[Tensile elongation at break]
In one embodiment, the tensile elongation at break of the polyacetal resin composition, the 3D printing modeling material, or the modeled object may be 2.0% or more, or 3.0% or more, or 4.0% or more, or 5.0% or more, or 6.0% or more, and may be 1000% or less, or 500% or less, or 300% or less, or 200% or less.
[曲げ弾性率]
ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の曲げ弾性率は、一態様において、2.0GPa以上、又は2.5GPa以上、又は3.0GPa以上、又は3.5GPa以上、又は3.7GPa以上、又は3.9GPa以上であってよく、20.0GPa以下、又は10.0GPa以下、又は8.0GPa以下であってよい。
[Flexural modulus]
In one embodiment, the flexural modulus of the polyacetal resin composition, 3D printing modeling material, or modeled object may be 2.0 GPa or more, or 2.5 GPa or more, or 3.0 GPa or more, or 3.5 GPa or more, or 3.7 GPa or more, or 3.9 GPa or more, and may be 20.0 GPa or less, or 10.0 GPa or less, or 8.0 GPa or less.
[250℃重量減少率(T250℃)]
ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の250℃重量減少率(T250℃)は、成形時の熱劣化を回避し、造形物の機械強度を良好にする観点から、好ましくは、1.5%以下、又は1.4%以下、又は1.3%以下である。上記250℃重量減少率は低い方が望ましいが、ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の製造容易性の観点から、一態様において、0.01%以上、又は0.1%以上、又は0.3%以上であってよい。ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の250℃重量減少率(T250℃)は、TG分析において、ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物である試料を250℃、窒素フロー下で2時間保持した時の重量減少率である。当該試料を窒素フロー100ml/min中で、室温から150℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、150℃で1時間保持した後、150℃から250℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、そのまま250℃で2時間保持する。250℃に到達した時点での重量W0を起点として、2時間250℃で保持した後の重量をW1とし、下記式より求める。
250℃重量変化率(%):(W1-W0)/W0×100
[Weight loss rate at 250°C (T250°C)]
The 250°C weight loss rate ( T250°C ) of the polyacetal resin composition, the 3D printing modeling material, or the modeled object is preferably 1.5% or less, or 1.4% or less, or 1.3% or less, from the viewpoint of avoiding thermal deterioration during molding and improving the mechanical strength of the modeled object. The 250°C weight loss rate is preferably low, but from the viewpoint of ease of production of the polyacetal resin composition, the 3D printing modeling material, or the modeled object, in one embodiment, it may be 0.01% or more, or 0.1% or more, or 0.3% or more. The 250°C weight loss rate ( T250°C ) of the polyacetal resin composition, the 3D printing modeling material, or the modeled object is the weight loss rate when a sample of the polyacetal resin composition, the 3D printing modeling material, or the modeled object is held at 250°C under nitrogen flow for 2 hours in TG analysis. The sample is heated from room temperature to 150° C. at a rate of 10° C./min in a nitrogen flow of 100 ml/min, held at 150° C. for 1 hour, then heated from 150° C. to 250° C. at a rate of 10° C./min, and held at 250° C. for 2 hours. The weight W0 at the time when 250° C. is reached is taken as the starting point, and the weight W1 after holding at 250° C. for 2 hours is calculated using the following formula.
Weight change rate at 250°C (%): (W1-W0)/W0 x 100
[表面粗さ]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物は、低い表面粗さを有することで加飾性及び外観に優れることができる。ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の算術平均表面粗さRaは、好ましくは、0.5μm以下、又は0.4μm以下、又は0.3μm以下である。算術平均表面粗さRaは、ポリアセタール樹脂組成物、3Dプリント用造形材料又は造形物の製造容易性の観点から、一態様において、0.001μm以上、又は0.01μm以上、又は0.1μm以上であってよい。
[Surface roughness]
The polyacetal resin composition, 3D printing material, or shaped object of the present embodiment has low surface roughness, and thus has excellent decorative properties and appearance. The arithmetic mean surface roughness Ra of the polyacetal resin composition, 3D printing material, or shaped object is preferably 0.5 μm or less, or 0.4 μm or less, or 0.3 μm or less. In one aspect, the arithmetic mean surface roughness Ra may be 0.001 μm or more, or 0.01 μm or more, or 0.1 μm or more, from the viewpoint of ease of production of the polyacetal resin composition, 3D printing material, or shaped object.
以下に、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
≪評価方法≫
<セルロース繊維原料及びセルロース微細繊維>
[セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度及びカルボキシ濃度]
セルロース微細繊維スラリー(固形分率0.5質量%)を60ml調製し、0.1Mの塩酸水溶液によってpHを約2.5とした後、0.05Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して電気伝導度測定を行った。測定はpHが約11になるまで続けた。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム水溶液量(V)から、下式を用いて官能基量1(カルボキシ基濃度)を決定した。
官能基量(mmol/g)=V(ml)×0.05/セルロース微細繊維の固形分質量(g)
次に、セルロース微細繊維スラリーを、酢酸でpHを4.5に調製した2質量%亜塩素酸ナトリウム水溶液中でさらに48時間常温で酸化し、上記手法によって再び官能基量2を測定した。この酸化によって追加された官能基量(=官能基量2-官能基量1)を算出し、アルデヒド基濃度とした。
なお、セルロース繊維原料として用いた各種パルプについても同様の手法で測定を実施した。
Evaluation method
<Cellulose fiber raw material and cellulose fine fibers>
[Aldehyde group concentration and carboxyl concentration of cellulose fine fibers]
60 ml of cellulose fine fiber slurry (solid content: 0.5% by mass) was prepared, and the pH was adjusted to about 2.5 with 0.1 M aqueous hydrochloric acid, and then 0.05 M aqueous sodium hydroxide was added dropwise to measure the electrical conductivity. The measurement was continued until the pH reached about 11. The functional group amount 1 (carboxy group concentration) was determined using the following formula from the amount (V) of aqueous sodium hydroxide consumed in the neutralization stage of the weak acid, where the change in electrical conductivity is gradual.
Amount of functional group (mmol/g)=V (ml)×0.05/mass of solid content of cellulose fine fiber (g)
Next, the cellulose fine fiber slurry was further oxidized at room temperature for 48 hours in a 2% by mass aqueous solution of sodium chlorite adjusted to pH 4.5 with acetic acid, and the
The same method was also used to measure the various pulps used as cellulose fiber raw materials.
[多孔質シートの作製]
後述の各種評価を実施するためにセルロース微細繊維の多孔質シートを作製した。まず、セルロース微細繊維(固形分率1質量%)をブフナー漏斗で固形分率10質量%まで濃縮した濃縮ケーキを作製した。つづいて、濃縮ケーキをtert-ブタノール中に添加し、さらにミキサー等で凝集物が無い状態まで分散処理を行った。セルロース微細繊維固形分重量0.5gに対し、濃度が0.5質量%となるように調整した。得られたtert-ブタノール分散液100gをろ紙上で濾過した。濾過物はろ紙から剥離させずに、ろ紙と共により大きなろ紙2枚の間に挟み、かつ、そのより大きなろ紙の縁をおもりで押さえつけながら、150℃のオーブンにて5分間乾燥させた。その後、ろ紙を剥離して歪みの少ない多孔質シートを得た。このシートの透気抵抗度がシート目付10g/m2あたり100sec/100ml以下のものを多孔質シートとし、測定サンプルとして使用した。
23℃、50%RHの環境で1日静置したサンプルの目付W(g/m2)を測定した後、王研式透気抵抗試験機(旭精工(株)製、型式EG01)を用いて透気抵抗度R(sec/100ml)を測定した。この時、下記式に従い、10g/m2目付あたりの値を算出した。
目付10g/m2あたり透気抵抗度(sec/100ml)=R/W×10
[Preparation of porous sheet]
A porous sheet of cellulose fine fibers was prepared to carry out various evaluations described later. First, a concentrated cake was prepared by concentrating cellulose fine fibers (solid content rate of 1% by mass) to a solid content rate of 10% by mass using a Buchner funnel. Next, the concentrated cake was added to tert-butanol, and further dispersed in a mixer or the like until no aggregates were present. The concentration was adjusted to 0.5% by mass per 0.5 g of cellulose fine fiber solid content. 100 g of the obtained tert-butanol dispersion was filtered on filter paper. The filtrate was not peeled off from the filter paper, but was sandwiched together with the filter paper between two sheets of larger filter paper, and the edges of the larger filter paper were pressed down with a weight and dried for 5 minutes in an oven at 150 ° C. Thereafter, the filter paper was peeled off to obtain a porous sheet with little distortion. The sheet with an air resistance of 100 sec/100 ml or less per 10 g/ m2 sheet basis weight was used as a porous sheet and was used as a measurement sample.
After measuring the basis weight W (g/ m2 ) of the sample left to stand for one day in an environment of 23°C and 50% RH, the air resistance R (sec/100 ml) was measured using an Oken type air resistance tester (manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd., model EG01). At this time, the value per basis weight of 10 g/ m2 was calculated according to the following formula.
Air resistance per unit area of 10 g/ m2 (sec/100 ml) = R/W x 10
[セルロース微細繊維の数平均繊維径D及びL/D]
濃縮ケーキをtert-ブタノールで0.01質量%まで希釈し、高剪断ホモジナイザー(IKA製、商品名「ウルトラタラックスT18」)を用い、処理条件:回転数15,000rpm×3分間で分散させ、オスミウム蒸着したシリコン基板上にキャストし、風乾したものを、高分解能走査型電子顕微鏡(日立ハイテク社製、Regulus8220)で測定した。測定は、少なくとも100本のセルロース繊維が観測されるように倍率を調整して行い、無作為に選んだ100本のセルロース繊維の短径(数平均繊維径D)を測定し、100本のセルロース繊維の加算平均を算出した。
[Number average fiber diameter D and L/D of cellulose fine fibers]
The concentrated cake was diluted to 0.01% by mass with tert-butanol, dispersed using a high-shear homogenizer (manufactured by IKA, product name "Ultra Turrax T18") under processing conditions: rotation speed 15,000 rpm x 3 minutes, cast onto an osmium-deposited silicon substrate, air-dried, and measured with a high-resolution scanning electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, Regulus 8220). The measurement was performed by adjusting the magnification so that at least 100 cellulose fibers were observed, and the minor diameter (number average fiber diameter D) of 100 randomly selected cellulose fibers was measured, and the arithmetic average of the 100 cellulose fibers was calculated.
[疎水化セルロース微細繊維のアセチル置換度 DS]
上記多孔質シートの5か所のATR-IR法による赤外分光スペクトルを、フーリエ変換赤外分光光度計(JASCO社製 FT/IR-6200)で測定した。赤外分光スペクトル測定は以下の条件で行った。
積算回数:64回、
波数分解能:4cm-1、
測定波数範囲:4000~600cm-1、
ATR結晶:ダイヤモンド、
入射角度:45°
得られたIRスペクトルよりIRインデックスを、下記式:
IRインデックス= H1730/H1030
に従って算出した。式中、H1730及びH1030は1730cm-1、1030cm-1(セルロース骨格鎖C-O伸縮振動の吸収バンド)における吸光度である。ただし、それぞれ1900cm-1と1500cm-1を結ぶ線と800cm-1と1500cm-1を結ぶ線をベースラインとして、このベースラインを吸光度0とした時の吸光度を意味する。
そして、各測定場所の平均置換度をIRインデックスより下記式に従って算出し、その平均値をDSとした。
DS=4.13×IRインデックス
[Degree of acetyl substitution of hydrophobized cellulose fine fibers DS]
The infrared spectrum of the porous sheet at five points was measured by ATR-IR using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT/IR-6200 manufactured by JASCO Corp.) The infrared spectrum measurement was carried out under the following conditions.
Number of times: 64
Wave number resolution: 4 cm
Measurement wave number range: 4000 to 600 cm -1 ,
ATR crystal: Diamond,
Incident angle: 45°
From the obtained IR spectrum, the IR index was calculated according to the following formula:
IR index = H1730/H1030
In the formula, H1730 and H1030 are the absorbances at 1730 cm -1 and 1030 cm -1 (absorption bands of C-O stretching vibration of the cellulose backbone chain). However, the lines connecting 1900 cm -1 and 1500 cm -1 and the line connecting 800 cm -1 and 1500 cm -1 are taken as baselines, and the absorbances are calculated based on these baselines as 0 absorbance.
The average degree of substitution at each measurement site was calculated from the IR index according to the following formula, and the average value was taken as DS.
DS = 4.13 x IR index
[重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及びMw/Mn比]
多孔質シートを0.88g秤量し、ハサミで小片に切り刻んだ後、軽く攪拌したうえで、純水20mLを加え1日放置した。次に遠心分離によって水と固形分を分離した。続いてアセトン20mLを加え、軽く攪拌したうえで1日放置した。次に遠心分離によってアセトンと固形分を分離した。続いてN,N-ジメチルアセトアミド20mLを加え、軽く攪拌したうえで1日放置した。再度、遠心分離によってN,N-ジメチルアセトアミドと固形分を分離したのち、N,N-ジメチルアセトアミド20mLを加え、軽く攪拌したうえで1日放置した。遠心分離によってN,N-ジメチルアセトアミドと固形分を分離し、固形分に塩化リチウムが8質量パーセントになるように調液したN,N-ジメチルアセトアミド溶液を19.2g加え、スターラーで攪拌し、目視で溶解するのを確認した。セルロースを溶解させた溶液を0.45μmフィルターでろ過し、ろ液をゲルパーミエーションクロマトグラフィ用の試料として供した。用いた装置と測定条件は下記である。
[Weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn) and Mw/Mn ratio]
0.88 g of the porous sheet was weighed, cut into small pieces with scissors, lightly stirred, and then 20 mL of pure water was added and left for one day. Next, water and solids were separated by centrifugation. Then, 20 mL of acetone was added, lightly stirred, and left for one day. Next, acetone and solids were separated by centrifugation. Then, 20 mL of N,N-dimethylacetamide was added, lightly stirred, and left for one day. N,N-dimethylacetamide and solids were separated again by centrifugation, and then 20 mL of N,N-dimethylacetamide was added, lightly stirred, and left for one day. N,N-dimethylacetamide and solids were separated by centrifugation, and 19.2 g of N,N-dimethylacetamide solution prepared so that lithium chloride was 8 mass percent was added to the solids, and the mixture was stirred with a stirrer, and it was confirmed that it was dissolved by visual observation. The solution in which cellulose was dissolved was filtered through a 0.45 μm filter, and the filtrate was used as a sample for gel permeation chromatography. The equipment and measurement conditions used are as follows.
装置 :東ソー社 HLC-8120
カラム:TSKgel SuperAWM-H(6.0mmI.D.×15cm)×2本
検出器:RI検出器
溶離液:N,N-ジメチルアセトアミド(塩化リチウム0.2%)
流速:0.6mL/分
検量線:プルラン換算
Equipment: Tosoh HLC-8120
Column: TSKgel SuperAWM-H (6.0 mm ID x 15 cm) x 2 Detector: RI detector Eluent: N,N-dimethylacetamide (lithium chloride 0.2%)
Flow rate: 0.6 mL/min. Calibration curve: Pullulan equivalent
[アルカリ可溶分含有率]
アルカリ可溶分含有率はセルロース微細繊維について非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載の手法より、ホロセルロース含有率(Wise法)からαセルロース含有率を差し引くことで求めた。1つのサンプルにつき3回アルカリ可溶分含有率を算出し、その数平均をセルロース微細繊維のアルカリ可溶分含有率とした。
なお、セルロース繊維原料として用いた各種パルプについても同様の手法で測定を実施した。
[Alkali soluble content]
The alkali-soluble content was determined by subtracting the α-cellulose content from the holocellulose content (Wise method) according to the method described in the non-patent literature (Wood Science Experiment Manual, edited by the Japan Wood Research Society, pp. 92-97, 2000) for cellulose fine fibers. The alkali-soluble content was calculated three times for each sample, and the number average was taken as the alkali-soluble content of the cellulose fine fibers.
The same method was also used to measure the various pulps used as cellulose fiber raw materials.
[セルロース微細繊維の比表面積]
セルロース微細繊維の比表面積は比表面積・細孔分布測定装置(Nova-4200e,カンタクローム・インスツルメンツ社製)にて、多孔質シート試料約0.2gを真空下、105℃で5時間乾燥し、液体窒素の沸点における窒素ガスの吸着量を相対蒸気圧(P/P0)が0.05以上0.2以下の範囲にて5点測定した後(多点法)、同装置プログラムによりBET比表面積(m2/g)を算出した。
[Specific surface area of cellulose fine fibers]
The specific surface area of the cellulose fine fibers was measured using a specific surface area/pore distribution measuring device (Nova-4200e, manufactured by Quantachrome Instruments) by drying approximately 0.2 g of a porous sheet sample under vacuum at 105°C for 5 hours, measuring the amount of nitrogen gas adsorption at the boiling point of liquid nitrogen at five points in the range of relative vapor pressure (P/P0) of 0.05 or more and 0.2 or less (multipoint method), and then calculating the BET specific surface area ( m2 /g) using the device program.
[セルロース微細繊維の熱分解開始温度(TD)]
セルロース微細繊維のTDは多孔質シートを以下の測定法にて評価した。
装置:Rigaku社製、Thermo plus EVO2
サンプル:多孔質シートから円形に切り抜いたものをアルミ試料パン中に10mg分重ねて入れた。
サンプル量:10mg
測定条件:窒素フロー100ml/min中で、室温から150℃まで昇温速度:10℃/minで昇温し、150℃で1時間保持した後、そのまま450℃まで昇温速度:10℃/minで昇温した。
TD算出方法:横軸が温度、縦軸が重量残存率%のグラフから求めた。多孔質シートの150℃(水分がほぼ除去された状態)での重量(重量減少量0wt%)を起点としてさらに昇温を続け、1wt%重量減少時の温度と2wt%重量減少時の温度とを通る直線を得た。この直線と、重量減少量0wt%の起点を通る水平線(ベースライン)とが交わる点の温度を熱分解開始温度(TD)とした。
[Thermal decomposition onset temperature of cellulose fine fibers (T D )]
The TD of the cellulose fine fibers was evaluated for the porous sheet by the following measurement method.
Apparatus: Thermo plus EVO2, manufactured by Rigaku Corporation
Sample: A circular sample was cut out from the porous sheet and placed in an aluminum sample pan in a pile of 10 mg.
Sample amount: 10 mg
Measurement conditions: In a nitrogen flow of 100 ml/min, the temperature was increased from room temperature to 150° C. at a rate of 10° C./min, and after holding at 150° C. for 1 hour, the temperature was increased to 450° C. at a rate of 10° C./min.
TD calculation method: Calculated from a graph with temperature on the horizontal axis and weight remaining rate % on the vertical axis. Starting from the weight (weight loss 0 wt%) of the porous sheet at 150°C (state where moisture is almost completely removed), the temperature was further increased to obtain a straight line passing through the temperature at 1 wt% weight loss and the temperature at 2 wt% weight loss. The temperature at the point where this straight line intersects with the horizontal line (baseline) passing through the starting point of 0 wt% weight loss was determined as the thermal decomposition onset temperature ( TD ).
[セルロース微細繊維中のハロゲン含有率H]
風乾したセルロース微細繊維の多孔質シートを全容量200mLのガラス製ビーカー中に固形分2質量%で25℃の純水に浸漬し、3-1モーター(HEIDON製BL-600型、SUS製プロペラ翼、100rpm)で1時間攪拌後、25℃にて48時間静置した。次いで、テフロン(登録商標)製メンブレンフィルター(目開き1μm)を用いて減圧濾過し、目付10g/m2のシートを作製し、70℃の通風オーブン中で水分10質量%以下になるまで濾過乾燥を行い、セルロースシートを得た。
[Halogen content H in cellulose fine fibers]
The air-dried porous sheet of cellulose fine fibers was immersed in pure water at 25° C. with a solid content of 2% by mass in a glass beaker with a total volume of 200 mL, stirred for 1 hour with a 3-1 motor (HEIDON BL-600 type, SUS propeller blade, 100 rpm), and then allowed to stand for 48 hours at 25° C. Next, the mixture was filtered under reduced pressure using a Teflon (registered trademark) membrane filter (1 μm mesh size) to prepare a sheet with a basis weight of 10 g/m 2 , which was then filtered and dried in a ventilated oven at 70° C. until the moisture content was 10% by mass or less, to obtain a cellulose sheet.
つづいて、セルロースシートを50mg石英製の試料ボートに入れ、電気炉(株式会社三菱化学アナリティック製)にセットし1000℃で燃焼させた。燃焼により発生したガスは、冷却部を経て常温となり、フッ素樹脂製のチューブを通して吸収液(吸収液は、酒石酸イオン10mg/L、過酸化水素600mg/L、炭酸ナトリウム2.7mmol/L、炭酸水素ナトリウム0.3mmol/Lをイオン交換水に溶解したもの)にバブリングされた。この吸収液をフッ素樹脂製のチューブを通してイオンクロマト分析装置(THERMOFISHER製 INTEGRION CT型)を使用してハロゲンを定量した。この際、後述する乾燥減量法で測定したセルロースシートの水分量をセルロースシートの重量から差し引き、セルロースシートの乾燥質量とした。最終的に、セルロースシートの乾燥質量(すなわち水を含まない状態)あたりに換算した値(質量ppm)を、本実施形態のセルロースと結合したハロゲンの含有量とした。 Next, 50 mg of the cellulose sheet was placed in a quartz sample boat, set in an electric furnace (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytical Co., Ltd.), and burned at 1000°C. The gas generated by the combustion was cooled to room temperature through a cooling section, and was bubbled through a fluororesin tube into an absorption liquid (the absorption liquid was prepared by dissolving 10 mg/L of tartrate ions, 600 mg/L of hydrogen peroxide, 2.7 mmol/L of sodium carbonate, and 0.3 mmol/L of sodium bicarbonate in ion-exchanged water). This absorption liquid was passed through a fluororesin tube and the halogen was quantified using an ion chromatograph (INTEGRION CT model manufactured by THERMOFISHER). At this time, the moisture content of the cellulose sheet measured by the loss on drying method described later was subtracted from the weight of the cellulose sheet to determine the dry mass of the cellulose sheet. Finally, the value (ppm by mass) converted to the dry mass of the cellulose sheet (i.e., the state without water) was determined as the content of halogen bonded to the cellulose of this embodiment.
(乾燥減量法)
セルロースシート2.00gをガラス製秤量ビンに導入し、60℃で15時間、その後、105℃で2時間乾燥し、デシケータ内で恒量した後、重量を測定し以下の式で水分量を求めた。
水分量(質量%)=(乾燥前の試料重量-乾燥後の試料重量)/(乾燥前の試料重量)×100
なお、セルロース繊維原料として用いた各種パルプについても同様の手法で測定を実施した。
(Loss on drying method)
2.00 g of the cellulose sheet was placed in a glass weighing bottle, dried at 60° C. for 15 hours and then at 105° C. for 2 hours, weighed to a constant weight in a desiccator, and the moisture content was calculated using the following formula.
Moisture content (mass%)=(sample weight before drying−sample weight after drying)/(sample weight before drying)×100
The same method was also used to measure the various pulps used as cellulose fiber raw materials.
<ポリアセタール樹脂>
[メルトフローレート(MFR)
ISO1133(条件D、荷重2.16kg、シリンダー温度190℃)に準拠して測定した。
<Polyacetal resin>
[Melt flow rate (MFR)
Measurement was performed in accordance with ISO 1133 (condition D, load 2.16 kg, cylinder temperature 190° C.).
[ホルムアルデヒド放出量]
ドイツ自動車工業組合規格VDA275に記載された方法でホルムアルデヒド放出量を測定した。具体的には、まず射出成形機を用いて、ポリアセタール樹脂試験片(縦100mm×横40mm×厚み3mm)をJIS K7364-2に準拠した条件で成形した。成形温度は200℃とした。つづいて、蒸留水50mLをいれたポリエチレン容器にポリアセタール樹脂試験片を蒸留水に触れないよう吊るして入れて密閉し、60℃で3時間加熱しながら蒸留水中にホルムアルデヒドを抽出し、その後室温まで冷却した。冷却後、ホルムアルデヒドを吸収した蒸留水5mLに、アセチルアセトン0.4質量%水溶液5mL、及び酢酸アンモニウム20質量%水溶液5mLを加えて混合液を作製し、40℃で15分間加熱を行い、ホルムアルデヒドとアセチルアセトンの反応を行った。更に当該混合液を室温まで冷却後、UV分光光度計を用いて412nmの吸収ピークより蒸留水中のホルムアルデヒド量を定量した。そして、ポリアセタール樹脂からのホルムアルデヒド放出量(μmol/g)は下記式より求めた。なお、一般的にVDA275試験ではホルムアルデヒド放出量をμg/gで表すが、本開示ではホルムアルデヒド分子量(30.031)で割り返したμmol/gを用いた。
ポリアセタール樹脂からのホルムアルデヒド放出量(μmol/g)={蒸留水中のホルムアルデヒド量(mg)/ホルムアルデヒド分子量(30.031)}/測定に用いたポリアセタール樹脂成形品の質量(g)
[Formaldehyde emission amount]
The amount of formaldehyde released was measured by the method described in the German Automotive Industry Association standard VDA275. Specifically, first, a polyacetal resin test piece (length 100 mm x width 40 mm x thickness 3 mm) was molded using an injection molding machine under conditions conforming to JIS K7364-2. The molding temperature was set to 200°C. Next, the polyacetal resin test piece was suspended in a polyethylene container containing 50 mL of distilled water so as not to touch the distilled water, and sealed, and formaldehyde was extracted into the distilled water while heating at 60°C for 3 hours, and then cooled to room temperature. After cooling, 5 mL of 0.4 mass% aqueous solution of acetylacetone and 5 mL of 20 mass% aqueous solution of ammonium acetate were added to 5 mL of distilled water that had absorbed formaldehyde to prepare a mixed liquid, which was heated at 40°C for 15 minutes to cause a reaction between formaldehyde and acetylacetone. After the mixture was cooled to room temperature, the amount of formaldehyde in the distilled water was quantified using a UV spectrophotometer from the absorption peak at 412 nm. The amount of formaldehyde released from the polyacetal resin (μmol/g) was calculated using the following formula. In general, the amount of formaldehyde released is expressed in μg/g in the VDA275 test, but in this disclosure, μmol/g divided by the molecular weight of formaldehyde (30.031) was used.
Amount of formaldehyde released from polyacetal resin (μmol/g)={amount of formaldehyde in distilled water (mg)/molecular weight of formaldehyde (30.031)}/mass of polyacetal resin molded product used in measurement (g)
<樹脂組成物>
[ホルムアルデヒド放出量]
ポリアセタール樹脂について上記したのと同様の手法で測定した。
<Resin Composition>
[Formaldehyde emission amount]
The polyacetal resin was measured in the same manner as described above.
[引張特性]
射出成形機を用いて、ISO294-3に準拠した多目的試験片をJIS K7364-2に準拠した条件で成形した。成形温度は200℃とした。成形した試験片について、ISO527に準拠して引張試験を実施し、引張破断応力及び引張破断ひずみを測定した。
[Tensile properties]
Multipurpose test pieces conforming to ISO 294-3 were molded under conditions conforming to JIS K7364-2 using an injection molding machine. The molding temperature was set to 200° C. Tensile tests were carried out on the molded test pieces conforming to ISO 527 to measure the tensile stress at break and the tensile strain at break.
[貯蔵弾性率]
射出成形機を用いて、ISO294-3に準拠した多目的試験片をJIS K7364-2に準拠した条件で成形した。引張モード、測定温度範囲-100℃~150℃、昇温速度:2℃/分、振動周波数10Hz、静的負荷歪0.5%、動的負荷歪0.3%の条件で測定した貯蔵弾性率を測定した。23℃における貯蔵弾性率をE’(23℃)、120℃における貯蔵弾性率をE’(120℃)として、それぞれ表2~4中に記載した。また、23℃における貯蔵弾性率に対する120℃における貯蔵弾性率の比は、RATIO(120℃/23℃)として表中に記載した。
[Storage modulus]
Using an injection molding machine, a multipurpose test piece conforming to ISO294-3 was molded under conditions conforming to JIS K7364-2. The storage modulus was measured under the conditions of tensile mode, measurement temperature range -100 ° C to 150 ° C, heating rate: 2 ° C / min, vibration frequency 10 Hz, static load strain 0.5%, and dynamic load strain 0.3%. The storage modulus at 23 ° C is E' (23 ° C), and the storage modulus at 120 ° C is E' (120 ° C), and are listed in Tables 2 to 4, respectively. In addition, the ratio of the storage modulus at 120 ° C to the storage modulus at 23 ° C is listed in the table as RATIO (120 ° C / 23 ° C).
[ギア耐久性試験]
ファナック(株)製の射出成形機(商品名「α50i-A射出成形機」)を用いて、シリンダー温度を200℃とし、金型温度80℃、最大射出圧力120MPa、射出時間10秒、冷却時間60秒の射出条件で樹脂組成物を射出成形し、モジュール3.0、歯数50、歯厚5mm、歯幅15mmのウォームホイールギアを得た。つづいて、東芝機械(株)製の歯車耐久試験機に、ウォームと樹脂製のウォームホイールギアを組み合わせて設置した。駆動側をウォームホィールギア、従動側をウォームとした。また、噛み合い部分にグリース(協同油脂株式会社製マルテンプ CPL)を塗布し、手で回転させてグリースがウォームとウォームホィールギア全体になじむようにした。次に、駆動側の歯車を下記条件で回転させ、歯車が破壊するまでの時間(耐久時間)を測定した。
耐久性試験:温度23℃、湿度50%、トルク25N/m、回転速度30rpm
往路と復路それぞれの1回転後に、10秒の間隔をあけてから、反対方向への回転を実施した。
[Gear durability test]
Using an injection molding machine manufactured by FANUC LTD. (product name "α50i-A injection molding machine"), the resin composition was injection molded under the following injection conditions: cylinder temperature 200°C, mold temperature 80°C, maximum injection pressure 120MPa, injection time 10 seconds, and cooling time 60 seconds, to obtain a worm wheel gear having a module of 3.0, 50 teeth, tooth thickness 5mm, and tooth width 15mm. Next, the worm and the resin worm wheel gear were combined and installed in a gear durability tester manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd. The driving side was the worm wheel gear, and the driven side was the worm. In addition, grease (Multemp CPL manufactured by Kyodo Yushi Co., Ltd.) was applied to the meshing portion, and the grease was applied to the entire worm and worm wheel gear by rotating it by hand. Next, the driving side gear was rotated under the following conditions, and the time (durability time) until the gear broke was measured.
Durability test: temperature 23°C, humidity 50%, torque 25N/m, rotation speed 30rpm
After each rotation in the forward and backward directions, a 10-second interval was allowed before a rotation in the opposite direction was performed.
グリース:マルテンプ CPL
基油(エステル系合成油)60~70質量%
増稠剤(ウレア誘導体)10~20質量%
極圧剤(ポリテトラフルオロエチレン)15~25質量%
その他(酸化防止剤)5質量%以下
Grease: Multemp CPL
Base oil (ester-based synthetic oil) 60-70% by mass
Thickener (urea derivative) 10-20% by weight
Extreme pressure agent (polytetrafluoroethylene) 15 to 25% by mass
Others (antioxidants) 5% by weight or less
≪使用材料≫
<セルロース微細繊維(CNF)の製造>
[CNF製造例1](セルロース微細繊維CNF-Aの製造)
(粉砕による前処理)
日本紙パルプ商事(株)より入手したコットンリンターパルプ(CLP)ベール(アルデヒド基濃度0.3μmol/g、アルカリ可溶分含有率2.0質量%、ハロゲン含有率H60質量ppm)をシュレッダーで5mm角に細断した。
Materials used:
<Production of Cellulose Fine Fibers (CNF)>
[CNF Production Example 1] (Production of Cellulose Fine Fibers CNF-A)
(Pretreatment by grinding)
Cotton linter pulp (CLP) bales (aldehyde group concentration 0.3 μmol/g, alkali soluble content 2.0 mass%, halogen content H 60 mass ppm) obtained from Japan Pulp and Paper Co., Ltd. were shredded into 5 mm squares using a shredder.
(叩解)
上記粉砕物を固形分1.0質量%になるように水に浸漬させ、ラボパルパー(相川鉄工社製)を用いて分散させて、前処理済セルロース繊維原料のスラリーを得た。該スラリーをシングルディスクリファイナー(相川鉄工社製、SDR14型ラボリファイナー 加圧型DISK式)を用いて解繊した。このディスクリファイナーは、装置を介して配管で繋がった2つのタンク(タンクAとタンクB)を持つ。まずスラリーを投入したタンクAから該ディスクリファイナーを介してタンクBへ送液、貯蔵し、該タンクAのスラリーの処理を終えた段階で、連続的に該タンクBから該ディスクリファイナーを介して該タンクAへ送液、貯蔵する方法により、該ディスクリファイナーを通過した回数(パス回数)を制御して処理を行った。尚、該ディスクリファイナーの刃間調整機構には、ボールねじ式ジャッキと減速機を設けており、マイクロメートルの精度でシビアな刃間調整を行うことができる。また、目的の刃間距離に到達させた後の叩解処理中の刃間距離のぶれ幅は変位センサーによる測定で0.005mm以下であった。ディスクリファイナーの刃としては、第1段階で刃幅4.0mm、刃溝比0.89の刃を使用し、刃間距離0.25mmで30パスさせた後、第2段階で刃幅0.8mm、刃溝比0.53の刃を用いて刃間距離0.30mmで30パスさせた。ディスクリファイナー処理中のスラリー温度は熱交換器を用いて5℃に調整した。
(Beating)
The ground material was immersed in water to a solid content of 1.0% by mass, and dispersed using a lab pulper (manufactured by Aikawa Iron Works, Ltd.) to obtain a slurry of pretreated cellulose fiber raw material. The slurry was defibrated using a single disc refiner (manufactured by Aikawa Iron Works, SDR14 type lab refiner, pressurized DISK type). This disc refiner has two tanks (tank A and tank B) connected by piping through a device. First, the slurry was fed from tank A into which the slurry was charged, and sent to tank B via the disc refiner and stored therein. At the stage where the processing of the slurry in tank A was completed, the slurry was continuously sent from tank B to tank A via the disc refiner and stored therein. The number of times the slurry passed through the disc refiner (number of passes) was controlled and processing was performed. The blade gap adjustment mechanism of the disc refiner is provided with a ball screw type jack and a reducer, and strict blade gap adjustment can be performed with micrometer accuracy. In addition, the deviation of the blade distance during the beating process after the target blade distance was reached was 0.005 mm or less as measured by a displacement sensor. As the blade of the disc refiner, a blade with a blade width of 4.0 mm and a blade groove ratio of 0.89 was used in the first stage, and 30 passes were made with a blade distance of 0.25 mm, and then a blade with a blade width of 0.8 mm and a blade groove ratio of 0.53 was used in the second stage, and 30 passes were made with a blade distance of 0.30 mm. The slurry temperature during the disc refiner treatment was adjusted to 5° C. using a heat exchanger.
(解繊)
得られたスラリーを高圧ホモジナイザー(ニロ・ソアビ社製、NS3015H)にて80MPaで10パス処理した。高圧ホモジナイザー処理も上記ディスクリファイナー処理と同様に2つのタンクを設け、高圧ホモジナイザー処理されたパス回数を制御して行い、セルロース微細繊維(CNF-A)を製造した。セルロース微細繊維の製造条件及び特性を表1に示す。
(Defibrilization)
The obtained slurry was subjected to 10 passes at 80 MPa using a high-pressure homogenizer (NS3015H, manufactured by Niro Soavi). The high-pressure homogenizer treatment was also performed using two tanks in the same manner as the above-mentioned disc refiner treatment, and the number of passes was controlled to produce cellulose fine fibers (CNF-A). The production conditions and properties of the cellulose fine fibers are shown in Table 1.
[CNF製造例2](セルロース微細繊維CNF-Bの製造)
スラリー温度を50℃に調整した以外はCNF製造例1と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-B)を製造した。
[CNF Production Example 2] (Production of Cellulose Fine Fibers CNF-B)
Cellulose fine fibers (CNF-B) were produced in the same manner as in CNF Production Example 1, except that the slurry temperature was adjusted to 50°C.
[CNF製造例3](セルロース微細繊維CNF-Cの製造)
スラリー温度を80℃に調整した以外はCNF製造例1と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-C)を製造した。
[CNF Production Example 3] (Production of cellulose fine fibers CNF-C)
Cellulose fine fibers (CNF-C) were produced in the same manner as in CNF Production Example 1, except that the slurry temperature was adjusted to 80°C.
[CNF製造例4](セルロース微細繊維CNF-Dの製造)
パルプを日本紙パルプ商事(株)より入手した針葉樹由来クラフト漂白パルプ(NBKP)ベール(アルデヒド基濃度20μmol/g、アルカリ可溶分含有率8.0質量%、ハロゲン含有率H100質量ppm)NBKPに変更した以外はCNF製造例2と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-D)を製造した。
[CNF Production Example 4] (Production of cellulose fine fibers CNF-D)
Cellulose fine fibers (CNF-D) were produced in the same manner as in CNF Production Example 2, except that the pulp was changed to conifer-derived bleached kraft pulp (NBKP) bale (
[CNF製造例5](セルロース微細繊維CNF-Eの製造)
スラリー温度を85℃に調整した以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-E)を製造した。
[CNF Production Example 5] (Production of cellulose fine fibers CNF-E)
Cellulose fine fibers (CNF-E) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the slurry temperature was adjusted to 85°C.
[CNF製造例6](セルロース微細繊維CNF-Fの製造)
ディスクリファイナー処理の第1段階及び第2段階のパス回数をそれぞれ10回に調整した以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-F)を製造した。パス回数が少なくなることでセルロース微細繊維の数平均繊維径が大きくなる一方で、アルデヒド基濃度はCNF製造例4と比較し低下した。
[CNF Production Example 6] (Production of cellulose fine fibers CNF-F)
Cellulose fine fibers (CNF-F) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the number of passes in the first and second stages of the disc refiner treatment was adjusted to 10, respectively. By reducing the number of passes, the number average fiber diameter of the cellulose fine fibers increased, while the aldehyde group concentration decreased compared to CNF Production Example 4.
[CNF製造例7](セルロース微細繊維CNF-Gの製造)
使用した原料パルプに後述する晒クラフトパルプを用いた以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-G)を製造した。晒クラフトパルプのハロゲン含有率Hが高く、CNF中のハロゲン含有率Hも高くなった。
[CNF Production Example 7] (Production of cellulose fine fibers CNF-G)
Cellulose fine fibers (CNF-G) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that bleached kraft pulp, which will be described later, was used as the raw pulp used. The halogen content H of the bleached kraft pulp was high, and the halogen content H of the CNF was also high.
<晒クラフトパルプ製造例>
針葉樹チップを乾式スクリーン処理し、2-8mm画分で採取したものを砕木パルプとした。砕木パルプをオートクレーブに導入し、活性アルカリ添加率18((NaOH(g)+Na2S(g))/水(L))、硫化度28%(Na2S(g)/全アルカリ(g)×100)、液比4.5(液/固形分)、初期温度90℃、蒸解温度155℃で90分蒸解した。蒸解後パルプを、純水で10倍(質量基準)希釈し、デカンテーションを4回繰り返すことにより洗浄した。次いで、セントル式脱水機(目開き200μmのろ布を装着)で固形分25質量%まで脱水し、未晒クラフトパルプを得た。前記未晒クラフトパルプをパルプ濃度が10質量%となるように純水を加えて調整し、次亜塩素酸ナトリウム5質量%を加え、50℃で処理を行った。次亜塩素酸ナトリウム処理パルプを、純水で10倍(質量基準)希釈し、デカンテーションを4回繰り返すことにより洗浄した。次いで、セントル式脱水機(目開き200μmのろ布を装着)で固形分25質量%まで脱水し、つづいて60℃のスチームオーブンで乾燥し、晒クラフトパルプを得た(アルデヒド基濃度20μmol/g、アルカリ可溶分含有率8.0質量%、ハロゲン含有率H510質量ppm)。
<Example of bleached kraft pulp production>
Softwood chips were dry screened, and the 2-8 mm fraction was collected to obtain groundwood pulp. The groundwood pulp was introduced into an autoclave and cooked for 90 minutes at an active alkali addition rate of 18 ((NaOH (g) + Na 2 S (g)) / water (L)), a sulfidity of 28% (Na 2 S (g) / total alkali (g) × 100), a liquid ratio of 4.5 (liquid / solids), an initial temperature of 90 ° C., and a cooking temperature of 155 ° C. After cooking, the pulp was diluted 10 times (by mass) with pure water and washed by repeating decantation four times. Next, the solids were dehydrated to 25 mass % with a center type dehydrator (equipped with a filter cloth with a mesh size of 200 μm) to obtain unbleached kraft pulp. The unbleached kraft pulp was adjusted by adding pure water to a pulp concentration of 10 mass %, and 5 mass % sodium hypochlorite was added and treated at 50 ° C. The sodium hypochlorite-treated pulp was diluted 10-fold (by mass) with pure water and washed by decantation four times, then dehydrated to a solid content of 25% by mass using a centrifugal dehydrator (equipped with a filter cloth with a mesh size of 200 μm), and then dried in a steam oven at 60° C. to obtain bleached kraft pulp (
[CNF製造例8](セルロース微細繊維CNF-Hの製造)
スラリー温度を90℃に調整した以外はCNF製造例1と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-H)を製造した。
[CNF Production Example 8] (Production of cellulose fine fibers CNF-H)
Cellulose fine fibers (CNF-H) were produced in the same manner as in CNF Production Example 1, except that the slurry temperature was adjusted to 90°C.
[CNF製造例9](セルロース微細繊維CNF-Iの製造)
スラリー温度を90℃に調整した以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-I)を製造した。
[CNF Production Example 9] (Production of Cellulose Fine Fibers CNF-I)
Cellulose fine fibers (CNF-I) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the slurry temperature was adjusted to 90°C.
CNF製造例1~5、8、9より、スラリー温度が高くなる程、アルデヒド基濃度は高くなり、90℃を超えると50μmol/g以上となった。また、スラリー温度が高くなる程、Mw/Mnは低分散度化、Mwは低分子量化、アルカリ可溶分含有率は増加した。 From CNF production examples 1 to 5, 8, and 9, the higher the slurry temperature, the higher the aldehyde group concentration, and when it exceeded 90°C, it reached 50 μmol/g or more. In addition, as the slurry temperature increased, the Mw/Mn became less dispersed, the Mw became lower in molecular weight, and the alkali-soluble content increased.
[CNF製造例10](アセチル化セルロース微細繊維CNF-Jの製造)
前処理済セルロース繊維原料のスラリーを下記のアセチル化パルプスラリーに変更した以外はCNF製造例2と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-J)を製造した。
[CNF Production Example 10] (Production of acetylated cellulose fine fibers CNF-J)
Cellulose fine fibers (CNF-J) were produced in the same manner as in CNF Production Example 2, except that the slurry of the pretreated cellulose fiber raw material was changed to the acetylated pulp slurry described below.
<アセチル化パルプ>
CNF製造例1に記載のコットンリンターパルプの粉砕物を、パルプが固形分5.8質量%、炭酸カリウムが1.1質量%となるようにジメチルスルホキシド(DMSO)に分散し、このスラリー30Lを全容量50Lの反応容器に仕込み、均質に撹拌しながら60℃に加温した。そこに酢酸ビニル(反応液に対し4.4質量%)を加え、所定の置換度になるまでアセチル化を行った。反応中、DSは適宜測定され、DSが1.0以上となったところで、水を3L加え反応を終了した。この反応液は、加圧ろ過器でセルロース固形分に対し50質量倍の純水を用いて撹拌、ろ過を繰り返して溶媒等を充分洗浄し、アセチル化パルプの湿潤ケーキを得た。次に、このケーキを固形分1質量%となるように純水に分散し、アセチル化パルプスラリーを製造した。
<Acetylated pulp>
The ground cotton linter pulp described in CNF Production Example 1 was dispersed in dimethyl sulfoxide (DMSO) so that the pulp was 5.8% by mass solids and potassium carbonate was 1.1% by mass, and 30 L of this slurry was charged into a reaction vessel with a total volume of 50 L and heated to 60 ° C. while stirring homogeneously. Vinyl acetate (4.4% by mass relative to the reaction solution) was added thereto, and acetylation was performed until a predetermined degree of substitution was reached. During the reaction, DS was appropriately measured, and when DS reached 1.0 or more, 3 L of water was added to terminate the reaction. This reaction solution was stirred and filtered using pure water 50 times by mass relative to the cellulose solid content in a pressure filter to thoroughly wash out the solvent, etc., to obtain a wet cake of acetylated pulp. Next, this cake was dispersed in pure water so that the solid content was 1% by mass, to produce an acetylated pulp slurry.
[CNF製造例11](セルロース微細繊維CNF-Kの製造)
ディスクリファイナー処理の第1段階及び第2段階のパス回数をそれぞれ20回に調整し、スラリー温度を5℃にした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-K)を製造した。パス回数が少なくなり、かつスラリー温度が5℃になることでセルロース微細繊維の数平均繊維径は大きくなる一方で、アルデヒド基濃度はCNF製造例4と比較し大幅に低下した。
[CNF Production Example 11] (Production of cellulose fine fibers CNF-K)
Cellulose fine fibers (CNF-K) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the number of passes in the first and second stages of the disc refiner treatment was adjusted to 20 times each, and the slurry temperature was set to 5° C. By reducing the number of passes and setting the slurry temperature to 5° C., the number average fiber diameter of the cellulose fine fibers increased, while the aldehyde group concentration was significantly reduced compared to CNF Production Example 4.
[CNF製造例12](セルロース微細繊維CNF-Lの製造)
ディスクリファイナー処理の第2段階における刃間距離を0.51mmにした以外はCNF製造例2と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-L)を製造した。刃間距離が広くなったことにより、解繊効率が低下し数平均繊維径が増大する一方で、アルデヒド基濃度の上昇は抑制された。
[CNF Production Example 12] (Production of Cellulose Fine Fibers CNF-L)
Cellulose fine fibers (CNF-L) were produced in the same manner as in CNF Production Example 2, except that the blade distance in the second stage of the disc refiner treatment was set to 0.51 mm. The wider blade distance reduced the defibration efficiency and increased the number average fiber diameter, while suppressing the increase in the aldehyde group concentration.
[CNF製造例13](セルロース微細繊維CNF-Mの製造)
ディスクリファイナー処理の第2段階における刃間距離を0.04mmにした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-M)を製造した。製造後にディスクリファイナーのディスクを確認した結果、刃間の詰まりが確認され、かつ高圧ホモジナイザー処理においても詰まりが確認され、アルデヒド基濃度は上昇した。詰まった繊維に特に過度な負荷がかかり、アルデヒド基濃度が50μmol/g超に上昇したと推定される。
[CNF Production Example 13] (Production of cellulose fine fibers CNF-M)
Cellulose fine fibers (CNF-M) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the blade distance in the second stage of the disc refiner treatment was set to 0.04 mm. After production, the discs of the disc refiner were checked and clogging was confirmed between the blades. Clogging was also confirmed in the high-pressure homogenizer treatment, and the aldehyde group concentration increased. It is estimated that an excessive load was applied to the clogged fibers, causing the aldehyde group concentration to increase to more than 50 μmol/g.
[CNF製造例14](セルロース微細繊維CNF-Nの製造)
ディスクリファイナー処理の第1段階及び第2段階における刃溝比をそれぞれ1.3及び1.1にした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-N)を製造した。刃溝比が大きくなることでディスクの刃数が増え解繊効率が向上した一方で、アルデヒド基濃度は50μmol/g超に上昇した。
[CNF Production Example 14] (Production of cellulose fine fibers CNF-N)
Cellulose fine fibers (CNF-N) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the cutting groove ratios in the first and second stages of the disc refiner treatment were 1.3 and 1.1, respectively. By increasing the cutting groove ratio, the number of disc blades increased and the defibration efficiency improved, while the aldehyde group concentration increased to over 50 μmol/g.
[CNF製造例15](セルロース微細繊維CNF-Oの製造)
ディスクリファイナー処理の第1段階及び第2段階における刃溝比をそれぞれ0.09にした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-O)を製造した。刃溝比が小さくなることでディスクの刃数が減り、解繊効率が悪化し数平均繊維径が増大し1000nm超となった一方で、アルデヒド基濃度の上昇は限定的であった。
[CNF Production Example 15] (Production of cellulose fine fibers CNF-O)
Cellulose fine fibers (CNF-O) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the cutting groove ratio in the first and second stages of the disc refiner treatment was set to 0.09, respectively. The smaller cutting groove ratio reduced the number of disk blades, worsening the defibration efficiency and increasing the number average fiber diameter to over 1000 nm, while the increase in the aldehyde group concentration was limited.
[CNF製造例15](セルロース微細繊維CNF-Pの製造)
ディスクリファイナー処理の第1段階及び第2段階における刃溝比をそれぞれ0.09に、パス回数を300回にした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-P)を製造した。刃溝比が小さくなることでディスクの刃数が減ったが、パス回数を増やすことで数平均繊維径を48nmまで細繊維化できた。しかし、アルデヒド基濃度は50μmol/g超に上昇した。
[CNF Production Example 15] (Production of cellulose fine fibers CNF-P)
Cellulose fine fibers (CNF-P) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the groove ratio in the first and second stages of the disk refiner treatment was 0.09, and the number of passes was 300. The number of disk blades was reduced by decreasing the groove ratio, but the number of passes was increased to fine fibers with a number average fiber diameter of 48 nm. However, the aldehyde group concentration increased to over 50 μmol/g.
[CNF製造例16](セルロース微細繊維CNF-Qの製造)
ディスクリファイナー処理の第1段階及び第2段階における刃幅をそれぞれ0.51mm及び1.1mmにした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-Q)を製造した。刃幅が大きくなることでディスクの刃数が減り解繊効率が悪化し数平均繊維径が増大し1000nm超となった一方で、アルデヒド基濃度の上昇は限定的であった。
[CNF Production Example 16] (Production of Cellulose Fine Fibers CNF-Q)
Cellulose fine fibers (CNF-Q) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the blade widths in the first and second stages of the disc refiner treatment were 0.51 mm and 1.1 mm, respectively. As the blade width increased, the number of disk blades decreased, the defibration efficiency deteriorated, and the number average fiber diameter increased to over 1000 nm, but the increase in the aldehyde group concentration was limited.
[CNF製造例17](セルロース微細繊維CNF-Rの製造)
ディスクリファイナー処理の第1段階及び第2段階における刃幅をそれぞれ5.1mm及び1.1mmに、パス回数を300回にした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-R)を製造した。刃幅が大きくなることでディスクの刃数が減り解繊効率が悪化したがパス回数を増やすことで数平均繊維径を243nmまで細繊維化できた。しかし、アルデヒド基濃度は50μmol/g超に上昇した。
[CNF Production Example 17] (Production of cellulose fine fibers CNF-R)
Cellulose fine fibers (CNF-R) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the blade widths in the first and second stages of the disk refiner treatment were 5.1 mm and 1.1 mm, respectively, and the number of passes was 300. Although the number of disk blades was reduced and the defibration efficiency deteriorated due to the increased blade width, the number average fiber diameter could be thinned to 243 nm by increasing the number of passes. However, the aldehyde group concentration increased to over 50 μmol/g.
[CNF製造例18](セルロース微細繊維CNF-Sの製造)
ディスクリファイナー処理の第2段階における刃間距離をそれぞれ1.4mm及び0.09mmにした以外はCNF製造例4と同様の手法でセルロース微細繊維(CNF-S)を製造した。刃幅が小さくなることでディスクの刃数が増え解繊効率が向上した一方で、アルデヒド基濃度は50μmol/g超に上昇した。
[CNF Production Example 18] (Production of cellulose fine fibers CNF-S)
Cellulose fine fibers (CNF-S) were produced in the same manner as in CNF Production Example 4, except that the blade distance in the second stage of the disc refiner treatment was set to 1.4 mm and 0.09 mm, respectively. The number of disk blades increased by reducing the blade width, improving the defibration efficiency, while the aldehyde group concentration increased to over 50 μmol/g.
[CNF製造例19](TEMPO酸化セルロース微細繊維CNF-Tの製造)
乾燥重量で2質量部相当分のCNF製造例1における粉砕パルプ、0.003質量部のTEMPO(2,2,6,6‐テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシル)および0.03質量部の臭化ナトリウムを水150質量部に分散させた後、13質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、1gのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウムの量が2.5mmolとなるように次亜塩素酸ナトリウムを加えて反応を開始した。反応中は自動滴定装置を用い、0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10.5に保った。pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なし、0.5Mの塩酸水溶液でpH7に中和し反応物をろ過した後、十分な量の水による水洗、ろ過を6回繰り返し、固形分量2質量%の水を含浸させたTEMPO酸化処理されたセルロース繊維を得た。次に、TEMPO酸化処理されたセルロース繊維に水を加え1.0質量%混合液とし、CNF製造例1に記載の高圧ホモジナイザーを用いた解繊を実施し、TEMPO酸化セルロース微細繊維(CNF-T)を製造した。TEMPO酸化によりアルデヒド基濃度は40μmol/g、カルボキシ基濃度は220μmol/g、ハロゲン含有率Hは320質量ppmまで上昇した。
[CNF Production Example 19] (Production of TEMPO oxidized cellulose fine fibers CNF-T)
The pulverized pulp in CNF Production Example 1 equivalent to 2 parts by weight in dry weight, 0.003 parts by weight of TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl), and 0.03 parts by weight of sodium bromide were dispersed in 150 parts by weight of water, and then a 13% by weight aqueous solution of sodium hypochlorite was added so that the amount of sodium hypochlorite per 1 g of pulp was 2.5 mmol, to start the reaction. During the reaction, an automatic titrator was used to drop a 0.5 M aqueous solution of sodium hydroxide to maintain the pH at 10.5. The reaction was deemed to be complete when no change in pH was observed, and the reaction product was neutralized to pH 7 with a 0.5 M aqueous solution of hydrochloric acid, filtered, and then washed with a sufficient amount of water and filtered six times to obtain TEMPO-oxidized cellulose fibers impregnated with water having a solid content of 2% by weight. Next, water was added to the TEMPO oxidation-treated cellulose fibers to prepare a 1.0 mass% mixed solution, which was then defibrated using the high-pressure homogenizer described in CNF Production Example 1 to produce TEMPO-oxidized cellulose fine fibers (CNF-T). As a result of the TEMPO oxidation, the aldehyde group concentration increased to 40 μmol/g, the carboxyl group concentration increased to 220 μmol/g, and the halogen content H increased to 320 ppm by mass.
<ポリアセタール樹脂>
[調製例A-1]
ジャケット付き2軸パドル型連続重合反応機((株)栗本鐵工所製、径2B、L/D=14.8)を80℃に調整し、下記に示す重合条件(供給速度)にて原料等を供給してポリアセタールコポリマーを重合した。得られた粗ポリマーの不安定末端基を下記に示す末端安定化条件で除去し、1,3-ジオキソランに由来するコモノマー成分の含有量がトリオキサンのモル数に対して0.5mol%のポリアセタールコポリマーを得た((CH2CH2)/(CH2)=0.5)。
<Polyacetal resin>
[Preparation Example A-1]
A jacketed twin-shaft paddle-type continuous polymerization reactor (Kurimoto Iron Works, Ltd., diameter 2B, L/D = 14.8) was adjusted to 80°C, and raw materials and the like were fed under the polymerization conditions (feed rate) shown below to polymerize a polyacetal copolymer. The unstable terminal groups of the obtained crude polymer were removed under the terminal stabilization conditions shown below to obtain a polyacetal copolymer in which the content of the comonomer component derived from 1,3-dioxolane was 0.5 mol % relative to the number of moles of trioxane (( CH2CH2 )/( CH2 ) = 0.5).
(重合条件)
以下に示す供給速度で反応機に原料を供給した。
・トリオキサン(主モノマー):3500gr/hr
・1,3-ジオキソラン(コモノマー):14.4gr/hr
・メチラール(低分子量アセタール化合物):2.4gr/hr
・シクロヘキサン(有機溶媒):6.5g/hr
・三フッ化ホウ素-ジ-n-ブチルエーテラート(重合触媒):0.15g/hr(トリオキサン1molに対して、三フッ化ホウ素が、0.2×10-4molとなるように供給速度を設定した。)
なお、重合触媒のみ上記の他の成分と別ラインにてフィードした。
(Polymerization conditions)
The materials were fed to the reactor at the following feed rates:
Trioxane (main monomer): 3,500 gr/hr
1,3-dioxolane (comonomer): 14.4 gr/hr
Methylal (low molecular weight acetal compound): 2.4 gr/hr
Cyclohexane (organic solvent): 6.5 g/hr
Boron trifluoride-di-n-butyl etherate (polymerization catalyst): 0.15 g/hr (the supply rate was set so that the amount of boron trifluoride was 0.2×10 −4 mol per 1 mol of trioxane.)
The polymerization catalyst alone was fed in a line separate from the other components.
(末端安定化条件)
重合反応機から排出された粗ポリアセタールコポリマーを、トリエチルアミン水溶液(0.5質量%)中に浸漬し、その後、常温で1hr攪拌を実施した後、遠心分離機でろ過し、窒素下で120℃×3hr乾燥し、次に、200℃に設定されたベント付の2軸押出機(L/D=40)に供給し、末端安定化ゾーンに、0.8質量%トリエチルアミン水溶液を、窒素の質量に換算して20質量ppmになるように液添し、90kPaで減圧脱気しながら安定化させ、ペレタイザーにてペレット化した。その後100℃で2hr乾燥を行い、ポリアセタール樹脂A-1を得た。得られたポリアセタール樹脂のメルトフローレート(MFR)は8g/10分、ホルムアルデヒド放出量は0.03μmol/gであった。
(Terminal stabilization conditions)
The crude polyacetal copolymer discharged from the polymerization reactor was immersed in an aqueous triethylamine solution (0.5% by mass), then stirred at room temperature for 1 hour, filtered with a centrifuge, dried under nitrogen for 120°C for 3 hours, and then fed to a vented twin-screw extruder (L/D=40) set at 200°C, and a 0.8% by mass aqueous triethylamine solution was added to the terminal stabilization zone so that the amount was 20 ppm by mass in terms of the mass of nitrogen, and the mixture was stabilized while being degassed under reduced pressure at 90 kPa, and pelletized with a pelletizer. The mixture was then dried at 100°C for 2 hours to obtain polyacetal resin A-1. The melt flow rate (MFR) of the obtained polyacetal resin was 8 g/10 min, and the formaldehyde emission amount was 0.03 μmol/g.
[調製例A-2]
1,3-ジオキソランの添加量を調整することにより、エチレン比の異なるポリアセタール樹脂A-2を得た。
(CH2CH2)/(CH2)=1.5、MFR:10g/10分、ホルムアルデヒド放出量:0.04μmol/g
[Preparation Example A-2]
By adjusting the amount of 1,3-dioxolane added, polyacetal resin A-2 having a different ethylene ratio was obtained.
( CH2CH2 )/( CH2 )=1.5, MFR: 10g/10min, formaldehyde release amount: 0.04 μmol /g
[ポリアセタールホモポリマー(A-3)]
旭化成社製テナック4010(ホモポリマー(CH2CH2)/(CH2)=0、MFR:10g/10分、ホルムアルデヒド放出量:0.05μmol/g)をポリアセタール樹脂A-3として用いた。
[Polyacetal homopolymer (A-3)]
Tenac 4010 manufactured by Asahi Kasei Corporation (homopolymer (CH 2 CH 2 )/(CH 2 )=0, MFR: 10 g/10 min, formaldehyde release amount: 0.05 μmol/g) was used as polyacetal resin A-3.
<アルデヒド基ブロック剤>
メラミン (日産化学株式会社製)
<Aldehyde group blocking agent>
Melamine (Nissan Chemical Co., Ltd.)
<分散剤:ポリエチレングリコール>
PEG50 Mn=約2,200 オキシエチレン繰り返し単位数=50
PEG85 Mn=約3,740 オキシエチレン繰り返し単位数=85
PEG200 Mn=約8,800 オキシエチレン繰り返し単位数=200
PEG500 Mn=約22,000 オキシエチレン繰り返し単位数=500
PEG700 Mn=約30,000 オキシエチレン繰り返し単位数=700
PEG900 Mn=約41,000 オキシエチレン繰り返し単位数=900
<Dispersant: Polyethylene glycol>
PEG50 Mn = approx. 2,200 Number of oxyethylene repeat units = 50
PEG85 Mn = approx. 3,740 Number of oxyethylene repeat units = 85
PEG200 Mn = approx. 8,800 Number of oxyethylene repeat units = 200
PEG500 Mn = approx. 22,000 Number of oxyethylene repeat units = 500
PEG700 Mn = approx. 30,000 Number of oxyethylene repeat units = 700
PEG900 Mn = approx. 41,000 Number of oxyethylene repeat units = 900
<ヒンダードフェノール系酸化防止剤>
イルガノックス1010 (ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、BASFジャパン株式会社製)
<Hindered phenol antioxidant>
Irganox 1010 (pentaerythritol tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], manufactured by BASF Japan Ltd.)
[実施例1~18、比較例1~11]
<セルロース微細繊維乾燥体の製造>
上記で製造したセルロース微細繊維スラリー(固形分1.0質量%)を濾過し、濃縮ケーキ(固形分質量10%)を得た。プラネタリミキサーにセルロース微細繊維および分散剤を表2~4の組成で加え、下記条件で乾燥を実施し、セルロース微細繊維乾燥体を得た。乾燥の終点はセルロース微細繊維乾燥体の水分率が3質量%以下(固形分質量97%以上)になった時点とし、水分率は赤外加熱式水分計(MX-50(エー・アンド・デイ製))を用いて測定した。
装置:プライミクス株式会社 ハイビスミックス2P-1
ジャケット温度:80℃
真空度:-0.1MPa
攪拌速度:50rpm
[Examples 1 to 18, Comparative Examples 1 to 11]
<Production of dried cellulose fine fiber body>
The cellulose fine fiber slurry (solid content 1.0% by mass) produced above was filtered to obtain a concentrated cake (solid content 10% by mass). Cellulose fine fibers and a dispersant were added to a planetary mixer in the compositions shown in Tables 2 to 4, and dried under the conditions below to obtain a dried cellulose fine fiber body. The end point of drying was the point at which the moisture content of the dried cellulose fine fiber body became 3% by mass or less (solid content 97% by mass or more), and the moisture content was measured using an infrared heating moisture meter (MX-50 (manufactured by A&D)).
Equipment: Primix Corporation Hivismix 2P-1
Jacket temperature: 80°C
Degree of vacuum: -0.1MPa
Stirring speed: 50 rpm
<樹脂組成物の製造>
上流側と、押出機中央部にそれぞれ1か所の投入口を有するL/D=48の同方向回転二軸押出機ZSK26MC(コペリオン社製)のシリンダー温度を200℃に設定し、ポリアセタール樹脂及びアルデヒド基ブロック剤及びヒンダードフェノール系酸化防止剤をドライブレンドしたものを上流側投入口に設置したロスインウェイト式供給機より定量で供給し、押出機中央部投入口に設置したロスインウェイト式供給機より、上記の各セルロース微細繊維乾燥体を表2~4の組成となるよう定量で供給し、溶融混練を実施し、ストランド状に押出し、冷却切断してペレット状のポリアセタール樹脂組成物を得た。押出機の下流は減圧脱気可能とし、押出機内の空気及び発生ガスを除去した。
<Production of Resin Composition>
The cylinder temperature of a co-rotating twin-screw extruder ZSK26MC (manufactured by Coperion) with L/D=48 and one inlet on the upstream side and one in the center of the extruder was set to 200°C, a dry blend of polyacetal resin, aldehyde group blocking agent, and hindered phenol-based antioxidant was fed at a fixed amount from a loss-in-weight feeder installed at the upstream inlet, and each of the above dried cellulose fine fibers was fed at a fixed amount so as to have the composition shown in Tables 2 to 4 from a loss-in-weight feeder installed at the central inlet of the extruder, melt-kneaded, extruded into a strand shape, and cooled and cut to obtain a pellet-shaped polyacetal resin composition. The downstream of the extruder was made capable of degassing under reduced pressure, and the air and generated gas in the extruder were removed.
また、スクリュー構成としては、押出機中央部供給口の上流部に、RKDを3個配し、下流側の減圧脱気直前には、RKD3個とLKD1個をこの順に配置したデザインとした。この際の押出機のスクリュー回転数は、150rpm、合計押出吐出量は5kg/時間となるよう供給機を設定した。得られたペレットを用いて、各種試験を実施した。結果を表2~4に記載する。 The screw configuration was designed so that three RKDs were placed upstream of the central supply port of the extruder, and three RKDs and one LKD were placed in that order downstream just before the reduced pressure degassing. The screw rotation speed of the extruder was set to 150 rpm, and the supply unit was set so that the total extrusion output was 5 kg/hour. Various tests were carried out using the obtained pellets. The results are shown in Tables 2 to 4.
<異形押出成形体の製造>
[実施例19]
実施例2の樹脂組成物ペレットを用い、異型押出成形を行った。図3(図中数値はミリメートル単位)に示す断面形状のダイスを具備した口径40mm単軸押出機を使用し、成形温度190℃、スクリュー回転数20rpmでペレットを押出した後、水温25℃の冷却水を蓄えた長さ2mの水槽中でダイスと同断面のサイジングダイスを使用して賦形し、異形押出成形体を得た。これにより、本実施形態の樹脂組成物を用いて異形押出成形体を問題なく形成できることが確認された。
<Production of profile extrusion molded body>
[Example 19]
Using the resin composition pellets of Example 2, irregular extrusion molding was performed. Using a single-screw extruder with a diameter of 40 mm equipped with a die having a cross-sectional shape shown in FIG. 3 (the numerical values in the figure are in millimeters), the pellets were extruded at a molding temperature of 190° C. and a screw rotation speed of 20 rpm, and then shaped using a sizing die having the same cross section as the die in a 2 m long water tank containing cooling water at a water temperature of 25° C. to obtain an irregular extrusion molded product. This confirmed that an irregular extrusion molded product could be formed without any problems using the resin composition of this embodiment.
[実施例20]
実施例2のポリアセタール樹脂をガラス繊維強化ポリアセタール樹脂(旭化成製、テナック-C GN752)に変更し、セルロース微細繊維の量が組成物中に5質量%となるようにした樹脂組成物ペレットを用いて実施例19と同様に異型押出成形を行い、異形押出成形体を得た。これにより、本実施形態の樹脂組成物を用いて異形押出成形体を問題なく形成できることが確認された。
[Example 20]
The polyacetal resin of Example 2 was changed to a glass fiber reinforced polyacetal resin (Tenac-C GN752, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), and the amount of cellulose fine fibers in the composition was 5% by mass. Using the resin composition pellets, irregular extrusion molding was performed in the same manner as in Example 19 to obtain an irregular extrusion molded article. This confirmed that an irregular extrusion molded article could be formed without any problems using the resin composition of this embodiment.
[実施例21]
実施例2と同様に、炭素繊維(東レ製、トレカT300)の量が組成物中に10質量%、セルロース微細繊維の量が組成物中に5質量%に変更した樹脂組成物ペレットを用いて実施例19と同様に異型押出成形を行い、異形押出成形体を得た。これにより、本実施形態の樹脂組成物を用いて異形押出成形体を問題なく形成できることが確認された。
[Example 21]
As in Example 2, the amount of carbon fiber (Toray, Torayca T300) in the composition was changed to 10 mass% and the amount of cellulose fine fiber in the composition was changed to 5 mass%, and the resin composition pellets were subjected to irregular extrusion molding in the same manner as in Example 19 to obtain an irregular extrusion molded article. This confirmed that an irregular extrusion molded article could be formed without any problems using the resin composition of this embodiment.
<3Dプリントによる造形物の製造>
[実施例22]
実施例2の樹脂組成物ペレットを用い、株式会社3Dプリンティングコーポレーション製の3devoフィラメントエクストルーダー(ノズル径1.7mm)を用いて、ノズル温度210℃、スクリュー回転速度3.5rpm、巻取速度0.02~0.1m/sの自動制御条件で、空冷条件で引き取り、フィラメント状造形材料のモノフィラメントを得た。
続いて、上記フィラメント状造形材料を、キヤノン社製のFUNMAT HT 熱溶解積層法3Dプリンターを用いて、ノズル温度210℃、プラットフォーム温度80℃、積層ピッチ0.3mm、造形速度30mm/秒の条件で、ISO294-3に準拠した多目的試験片と同形状の造形物を得た。造形物の形成は問題なく可能であった。
<Manufacturing objects by 3D printing>
[Example 22]
Using the resin composition pellets of Example 2, a 3devo filament extruder (nozzle diameter 1.7 mm) manufactured by 3D Printing Corporation was used, and the extruder was pulled under automatically controlled conditions of a nozzle temperature of 210°C, a screw rotation speed of 3.5 rpm, and a winding speed of 0.02 to 0.1 m/s under air-cooled conditions to obtain a monofilament of a filament-like modeling material.
Next, the filamentous modeling material was used to obtain a model of the same shape as the multipurpose test piece conforming to ISO294-3 using a FUNMAT HT fused deposition modeling 3D printer manufactured by Canon Inc. under the conditions of a nozzle temperature of 210°C, a platform temperature of 80°C, a layer pitch of 0.3 mm, and a modeling speed of 30 mm/sec. The modeling was possible without any problems.
実施例1~5、比較例1、2、4、5、7、9、10より、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が大きくなる程、樹脂組成物の物性は低下し、ホルムアルデヒド放出量が増える傾向にある。そして、アルデヒド基濃度が50μmol/gを超える比較例1、2、4、5、7、9、10は物性低下が著しいと分かる。
比較例3はセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が0.4μmol/gとかなり小さく、ホルムアルデヒド放出量も小さい。しかし、セルロース微細繊維とポリアセタール樹脂との結合量が少なすぎると推測され、樹脂組成物は物性低下したと分かる。
From Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1, 2, 4, 5, 7, 9, and 10, it is seen that the higher the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers, the lower the physical properties of the resin composition and the higher the amount of formaldehyde released. It is also seen that Comparative Examples 1, 2, 4, 5, 7, 9, and 10, in which the aldehyde group concentration exceeds 50 μmol/g, show a significant decrease in physical properties.
In Comparative Example 3, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers is quite small at 0.4 μmol/g, and the formaldehyde emission amount is also small. However, it is presumed that the amount of bonding between the cellulose fine fibers and the polyacetal resin is too small, and it is understood that the physical properties of the resin composition are deteriorated.
比較例6及び8はセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度は50μmol/g以下ではあるものの、数平均繊維径が1000μm超であり樹脂組成物の物性低下は著しいと分かる。 In Comparative Examples 6 and 8, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers was 50 μmol/g or less, but the number average fiber diameter was more than 1000 μm, and it is clear that the physical properties of the resin composition were significantly deteriorated.
比較例11はカルボキシ基濃度が220μmol/gと非常に大きく、熱分解開始温度TDが190℃と非常に低いため樹脂組成物の物性は低下し、ホルムアルデヒド放出量が増えることが分かる。 In Comparative Example 11, the carboxyl group concentration is very high at 220 μmol/g, and the thermal decomposition onset temperature T D is very low at 190° C., so that the physical properties of the resin composition are deteriorated and the amount of formaldehyde emitted is increased.
実施例4及び6を比較すると、アルデヒド基ブロック剤が樹脂組成物に含まれることで物性低下を抑制することができる。
実施例4及び7を比較すると、実施例7はセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度は小さいものの樹脂組成物の物性は低い傾向である。実施例7は単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度Aがかなり大きく、ポリアセタール樹脂の分解に寄与すると考えられるセルロース微細繊維のアルデヒド基が高密度であるため、全体のアルデヒド基濃度が小さくても樹脂組成物の物性低下とホルムアルデヒド放出量増加の傾向が確認される。
実施例4及び8を比較すると、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度は同等であるものの、実施例8の樹脂組成物は明確に黄変が著しくハロゲン含有率Hが多いことによりセルロース微細繊維の熱劣化が進行したと推定され、樹脂組成物の物性低下の傾向が確認される。
Comparing Examples 4 and 6, it is evident that the inclusion of an aldehyde group blocking agent in the resin composition can suppress the deterioration of physical properties.
Comparing Examples 4 and 7, the aldehyde group concentration in the cellulose fine fibers in Example 7 is low, but the physical properties of the resin composition tend to be low. In Example 7, the aldehyde group concentration A in the cellulose fine fibers per unit area is quite high, and the aldehyde groups in the cellulose fine fibers, which are thought to contribute to the decomposition of the polyacetal resin, are high density, so that even though the overall aldehyde group concentration is low, there is a tendency for the physical properties of the resin composition to deteriorate and the amount of formaldehyde emitted to increase.
Comparing Examples 4 and 8, although the aldehyde group concentrations of the cellulose fine fibers were comparable, the resin composition of Example 8 clearly showed significant yellowing, and it is presumed that the high halogen content H caused the thermal degradation of the cellulose fine fibers to progress, confirming a tendency for the physical properties of the resin composition to deteriorate.
実施例9~13及び実施例14~16はセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が小さいため、総じて樹脂物性に優れるものの、ポリアセタール樹脂のオキシメチレン単位数に対するオキシエチレン単位数の比であるエチレン比Rと、ポリエチレングリコールのオキシエチレン繰り返し単位数nの関係が下記式
(R+0.5)/0.015 ≦ n ≦ (R+10)/0.015
を充足する方(実施例9~11、及び14)が樹脂組成物の物性に優れる。
In Examples 9 to 13 and Examples 14 to 16, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers was low, and therefore the resin physical properties were generally excellent. However, the relationship between the ethylene ratio R, which is the ratio of the number of oxyethylene units to the number of oxymethylene units of the polyacetal resin, and the number of oxyethylene repeating units n of the polyethylene glycol did not satisfy the following formula: (R+0.5)/0.015≦n≦(R+10)/0.015
The resin composition satisfying the above (Examples 9 to 11 and 14) has excellent physical properties.
実施例17は実施例14と比較し、セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度は十分に小さい。しかし、単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度Aが小さすぎ、ホルムアルデヒド放出量は小さいものの、セルロース微細繊維とポリアセタール樹脂との結合量が少なすぎると推測され、樹脂組成物は物性低下する傾向である。 Compared to Example 14, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers in Example 17 is sufficiently small. However, the aldehyde group concentration A of the cellulose fine fibers per unit area is too small, and although the amount of formaldehyde released is small, it is presumed that the amount of bonding between the cellulose fine fibers and the polyacetal resin is too small, and the physical properties of the resin composition tend to deteriorate.
実施例1,7,17についてはセルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が小さいため、総じて樹脂物性に優れるものの、単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度Aとセルロース微細繊維ハロゲン含有率Hの以下の関係を満たさず、ギア耐久時間が他の実施例よりも低下する傾向である。
50 ≦ H/A ≦ 1000
実施例1はホルムアルデヒド放出量が小さく、各種機械物性に優れるものの、ギア耐久性が悪い傾向である。これはH/Aが1000を超えることでポリアセタール樹脂は高分子量化し機械物性が向上した一方で、界面強化がなされず長期物性であるギア耐久時間が悪化したと推定される。実施例17は実施例1と比較し単位面積当たりのセルロース微細繊維アルデヒド基濃度Aが大きいことにより機械物性が低いことに加え、H/Aが1000を超えることで長期物性が悪化したと推定される。実施例7はH/Aが50未満で界面強化されることで実施例1及び17よりも長期物性は優れるが、低分子量化による機械物性の低下とホルムアルデヒド放出量が増加の傾向にある。
In Examples 1, 7, and 17, the aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers was low, and therefore the resin physical properties were generally excellent; however, the following relationship between the aldehyde group concentration A of the cellulose fine fibers per unit area and the halogen content H of the cellulose fine fibers was not satisfied, and the gear durability time tended to be shorter than in the other Examples.
50≦H/A≦1000
Example 1 has a small amount of formaldehyde emission and is excellent in various mechanical properties, but the gear durability tends to be poor. This is presumed to be because, while the polyacetal resin has a high molecular weight due to the H/A exceeding 1000 and the mechanical properties have been improved, the gear durability time, which is a long-term property, has deteriorated because the interface has not been reinforced. Example 17 has low mechanical properties due to the high cellulose fine fiber aldehyde group concentration A per unit area compared to Example 1, and it is presumed that the long-term properties have deteriorated due to the H/A exceeding 1000. Example 7 has excellent long-term properties compared to Examples 1 and 17 due to the interface reinforcement with an H/A of less than 50, but the mechanical properties have decreased due to the low molecular weight and the amount of formaldehyde emission has increased.
本発明の一態様が提供する、ポリアセタール樹脂とセルロース微細繊維とを含む組成物は、広範な用途、特に高温環境下に置かれる高負荷の用途に好適に適用され得る。 The composition containing polyacetal resin and cellulose fine fibers provided by one aspect of the present invention can be suitably used in a wide range of applications, particularly in high-load applications in high-temperature environments.
Claims (20)
前記セルロース微細繊維のアルデヒド基濃度が0.5μmol/g~50μmol/gであり、
前記セルロース微細繊維のカルボキシ基濃度が200μmol/g以下であり、
前記セルロース微細繊維の数平均繊維径が1000nm以下である、樹脂組成物。 A resin composition comprising a polyacetal resin and a cellulose fine fiber,
The aldehyde group concentration of the cellulose fine fibers is 0.5 μmol/g to 50 μmol/g,
The cellulose fine fibers have a carboxy group concentration of 200 μmol/g or less,
The resin composition, wherein the cellulose fine fibers have a number average fiber diameter of 1000 nm or less.
10((R-5)/3) ≦ A ≦ 10((R+3)/10)
を満たす、請求項1に記載の樹脂組成物。 The aldehyde group concentration A per unit area of the cellulose fine fiber and the ratio (R=m/n) of the number of repeats m of the oxyethylene unit to the number of repeats n of the oxymethylene unit in the polyacetal resin satisfy the following relationship: 10 ((R-5)/3) ≦ A ≦ 10 ((R+3)/10)
The resin composition according to claim 1, which satisfies the above.
セルロース繊維原料を液体媒体中で液温85℃以下にて解繊してセルロース微細繊維スラリーを得る解繊工程、
前記セルロース微細繊維スラリーを乾燥させてセルロース微細繊維乾燥体を得る乾燥工程、及び
ポリアセタール樹脂と前記セルロース微細繊維乾燥体とを混合する混合工程、
を含む、方法。 A method for producing the resin composition according to any one of claims 1 to 11,
A defibration step of defibrating the cellulose fiber raw material in a liquid medium at a liquid temperature of 85°C or less to obtain a cellulose fine fiber slurry;
a drying step of drying the cellulose fine fiber slurry to obtain a dried cellulose fine fiber body; and a mixing step of mixing a polyacetal resin with the dried cellulose fine fiber body.
A method comprising:
請求項1~11のいずれか一項に記載の樹脂組成物を異形押出する工程を含む、方法。 A method for producing a profile extrusion molded body, comprising:
A method comprising the step of profile extruding the resin composition according to any one of claims 1 to 11.
請求項17に記載の3Dプリント用造形材料を3Dプリンターにより造形する工程を含む、方法。 A method for manufacturing a shaped object, comprising the steps of:
A method comprising the step of modeling the 3D printing material according to claim 17 using a 3D printer.
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