JP2024078170A - Cellulose fiber composite resin and method for producing cellulose fiber composite resin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルロース繊維複合樹脂及びセルロース繊維複合樹脂の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a cellulose fiber composite resin and a method for producing the cellulose fiber composite resin.
近年、セルロースナノファイバー、マイクロ繊維セルロース(ミクロフィブリル化セルロース)等の微細繊維は、樹脂の補強材としての使用が脚光を浴びている。もっとも、微細繊維が親水性であるのに対し、樹脂は疎水性であるため、微細繊維を樹脂の補強材として使用するには、当該微細繊維の分散性に問題があった。そこで、本発明者等は、微細繊維のヒドロキシル基をカルバメート基で置換する(カルバメート変性、カルバメート化)ことを提案した(特許文献1参照)。この提案によると、微細繊維の分散性が向上し、もって樹脂の補強効果が向上する。 In recent years, fine fibers such as cellulose nanofibers and microfiber cellulose (microfibrillated cellulose) have been attracting attention for their use as reinforcing materials for resins. However, because fine fibers are hydrophilic while resins are hydrophobic, there is a problem with the dispersibility of the fine fibers when using them as reinforcing materials for resins. Therefore, the present inventors have proposed replacing the hydroxyl groups of the fine fibers with carbamate groups (carbamate modification, carbamate formation) (see Patent Document 1). This proposal improves the dispersibility of the fine fibers, thereby improving the reinforcing effect of the resin.
もっとも、微細繊維を添加し、複合化したセルロース繊維複合樹脂は、目的とする複合樹脂の物性に調整する前の段階の複合樹脂、いわゆるマスターバッチとして商品化されることもある。この場合、最終的な複合樹脂における繊維配合率に自由度をもたせるためにマスターバッチ(複合樹脂)の繊維配合率は高配合率であることが望まれ、例えば、繊維配合率が50質量%以上の複合樹脂が望まれる。しかしながら、繊維配合率を高めると、例えば、ストランド加工において複合樹脂が自重で折れてしまい、その後のペレット加工等が困難になる。 However, cellulose fiber composite resins that have been compounded by adding fine fibers may also be commercialized as so-called masterbatches, composite resins at a stage prior to adjustment to the desired physical properties of the composite resin. In this case, to allow flexibility in the fiber content of the final composite resin, it is desirable for the masterbatch (composite resin) to have a high fiber content; for example, a composite resin with a fiber content of 50% by mass or more is desirable. However, if the fiber content is increased, for example, the composite resin may break under its own weight during strand processing, making subsequent pellet processing, etc. difficult.
発明が解決しようとする課題は、繊維配合率を高めたとしてもストランド加工を適切に行うことができるセルロース繊維複合樹脂及びその製造方法を提供することにある。 The problem that the invention aims to solve is to provide a cellulose fiber composite resin and a method for producing the same that can perform strand processing appropriately even when the fiber content is increased.
上記課題を解決するための手段は、
カルバメート変性された平均繊維径5~19μmの微細繊維と、樹脂とを含み、
せん断速度2432s-1における溶融粘度が230Pa・s以下である、
ことを特徴とするセルロース繊維複合樹脂である。
The means for solving the above problem is
The present invention comprises carbamate-modified fine fibers having an average fiber diameter of 5 to 19 μm and a resin,
The melt viscosity at a shear rate of 2432 s -1 is 230 Pa s or less;
The cellulose fiber composite resin is characterized by the above.
また、
カルバメート変性された平均繊維径5~19μmの微細繊維と、樹脂とを、
混練エネルギー0.1kw/kg以上で混錬し、せん断速度2432s-1における溶融粘度を230Pa・s以下とする、
ことを特徴とするセルロース繊維複合樹脂の製造方法である。
Also,
A carbamate-modified fine fiber having an average fiber diameter of 5 to 19 μm and a resin,
The mixture is kneaded with a kneading energy of 0.1 kW/kg or more, and the melt viscosity at a shear rate of 2432 s -1 is 230 Pa s or less.
The present invention relates to a method for producing a cellulose fiber composite resin.
発明によると、繊維配合率を高めたとしてもストランド加工を適切に行うことができるセルロース繊維複合樹脂及びその製造方法となる。 The invention provides a cellulose fiber composite resin and a method for producing the same that allows for proper strand processing even when the fiber content is increased.
次に、発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一例である。本発明の範囲は、本実施の形態の範囲に限定されない。 Next, a description will be given of a mode for carrying out the invention. Note that this mode is merely an example of the present invention. The scope of the present invention is not limited to the scope of this mode.
本形態のセルロース繊維複合樹脂は、カルバメート変性された平均繊維径5~19μmの微細繊維と、樹脂とを含み、せん断速度2432s-1における溶融粘度が230Pa・s以下である。ここで、カルバメート変性とは、セルロース繊維(「繊維状セルロース」ともいう。)のヒドロキシ基(-OH基)の一部又は全部がカルバメート基で置換されていることを意味する。また、本形態のセルロース繊維複合樹脂の製造方法においては、カルバメート変性された平均繊維径5~19μmの微細繊維と、樹脂とを、混練エネルギー0.1kw/kg以上で混錬し、せん断速度2432s-1における溶融粘度を230Pa・s以下とする。以下、詳細に説明する。 The cellulose fiber composite resin of this embodiment includes carbamate-modified fine fibers having an average fiber diameter of 5 to 19 μm and a resin, and has a melt viscosity of 230 Pa·s or less at a shear rate of 2432 s -1 . Here, carbamate modification means that some or all of the hydroxyl groups (-OH groups) of the cellulose fibers (also called "fibrous cellulose") are substituted with carbamate groups. In addition, in the manufacturing method of the cellulose fiber composite resin of this embodiment, the carbamate-modified fine fibers having an average fiber diameter of 5 to 19 μm and the resin are kneaded with a kneading energy of 0.1 kW/kg or more, and the melt viscosity at a shear rate of 2432 s -1 is set to 230 Pa·s or less. The details will be described below.
(セルロース繊維)
本形態において微細繊維であるセルロース繊維は、平均繊維径が5~19μmのマイクロ繊維セルロース(ミクロフィブリル化セルロース、MFC)である。セルロース繊維がマイクロ繊維セルロースであると、樹脂の補強効果が著しく向上する。また、マイクロ繊維セルロースは、同じく微細繊維であるセルロースナノファイバーよりもカルバメート基で変性する(カルバメート化)のが容易である。ただし、微細化する前のセルロース繊維をカルバメート化するのがより好ましく、この場合においては、マイクロ繊維セルロース及びセルロースナノファイバーは同等である。
(Cellulose fiber)
In this embodiment, the cellulose fibers that are fine fibers are microfiber cellulose (microfibrillated cellulose, MFC) with an average fiber diameter of 5 to 19 μm. When the cellulose fibers are microfiber cellulose, the reinforcing effect of the resin is significantly improved. In addition, microfiber cellulose is easier to modify with carbamate groups (carbamation) than cellulose nanofiber, which is also a fine fiber. However, it is more preferable to carbamate the cellulose fibers before they are pulverized, and in this case, microfiber cellulose and cellulose nanofiber are equivalent.
本形態において、マイクロ繊維セルロースは、セルロースナノファイバーよりも平均繊維径(幅)の太い繊維を意味する。具体的には、平均繊維径が、例えば5~19μm、好ましくは8~17μm、より好ましくは10~15μmである。マイクロ繊維セルロースの平均繊維径が5μmを下回ると(未満になると)、乾燥時に、水素結合による自己凝集が顕著に起こり、樹脂複合化時に溶融させながらシェアを与えても解れない強固な凝集体ができるため、ストランド加工した際に凝集塊を起点にストランドが折れてしまい、安定して生産することが困難となる恐れがある。また、凝集塊は繊維形態と異なり樹脂の補強性を発揮しきれないことから、樹脂の強度(特に曲げ弾性率)向上効果が十分に得られないおそれがある。また、解繊時間が長くなり、大きなエネルギーが必要になる。さらに、セルロース繊維スラリーの脱水性が悪化する。脱水性が悪化すると、乾燥に大きなエネルギーが必要になり、乾燥に大きなエネルギーをかけるとマイクロ繊維セルロースが熱劣化して、強度が低下するおそれがある。他方、マイクロ繊維セルロースの平均繊維径が19μmを上回ると(超えると)、パルプであるのと変わらなくなり、補強効果が十分でなくなるおそれがある。 In this embodiment, microfiber cellulose means a fiber having a larger average fiber diameter (width) than cellulose nanofiber. Specifically, the average fiber diameter is, for example, 5 to 19 μm, preferably 8 to 17 μm, and more preferably 10 to 15 μm. When the average fiber diameter of microfiber cellulose falls below 5 μm (below), self-aggregation due to hydrogen bonds occurs significantly during drying, and a strong aggregate is formed that does not break even when shear is applied while melting during resin composite formation, so that the strand may break from the aggregate during strand processing, making stable production difficult. In addition, since the aggregate cannot fully exert the reinforcing properties of the resin unlike the fiber form, there is a risk that the effect of improving the strength of the resin (especially the bending modulus) may not be fully obtained. In addition, the fiberization time is long, and a large amount of energy is required. Furthermore, the dehydration of the cellulose fiber slurry is deteriorated. When the dehydration is deteriorated, a large amount of energy is required for drying, and if a large amount of energy is applied for drying, the microfiber cellulose may thermally deteriorate and the strength may decrease. On the other hand, if the average fiber diameter of the microfiber cellulose exceeds 19 μm (exceeding this), it becomes no different from pulp, and there is a risk that the reinforcing effect will be insufficient.
マイクロ繊維セルロースの平均繊維径の測定方法は、次のとおりである。
まず、固形分濃度0.01~0.1質量%の微細繊維(マイクロ繊維セルロース)の水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t-ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて3,000倍~30,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。
The method for measuring the average fiber diameter of the microfibrous cellulose is as follows.
First, 100 ml of an aqueous dispersion of fine fibers (microfiber cellulose) with a solid content concentration of 0.01 to 0.1% by mass is filtered through a Teflon (registered trademark) membrane filter, and the solvent is replaced once with 100 ml of ethanol and three times with 20 ml of t-butanol. Next, the sample is freeze-dried and osmium-coated to obtain a sample. This sample is observed using an electron microscope SEM image at a magnification of 3,000 to 30,000 times depending on the width of the fibers that constitute it. Specifically, two diagonal lines are drawn on the observed image, and three straight lines passing through the intersection of the diagonal lines are arbitrarily drawn. Furthermore, the width of a total of 100 fibers that intersect with these three straight lines is visually measured. The median diameter of the measured value is then taken as the average fiber diameter.
マイクロ繊維セルロースは、セルロース原料(以下、「原料パルプ」ともいう。)を解繊(微細化)することで得ることができる。原料パルプとしては、例えば、広葉樹、針葉樹等を原料とする木材パルプ、ワラ・バガス・綿・麻・じん皮繊維等を原料とする非木材パルプ、回収古紙、損紙等を原料とする古紙パルプ(DIP)、植物由来の繊維、動物由来の繊維、微生物由来の繊維等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。なお、以上の各種原料は、例えば、セルロース系パウダーなどと言われる粉砕物(粉状物)の状態等であってもよい。 Microfiber cellulose can be obtained by defibrating (refining) cellulose raw material (hereinafter also referred to as "raw material pulp"). As the raw material pulp, one or more of the following can be selected and used: wood pulp made from broadleaf trees, coniferous trees, etc.; non-wood pulp made from straw, bagasse, cotton, hemp, bast fiber, etc.; waste paper pulp (DIP) made from recycled waste paper, broke paper, etc.; plant-derived fibers; animal-derived fibers; and microbial-derived fibers. The above various raw materials may be in the form of, for example, a pulverized material (powdered material) called cellulose-based powder.
ただし、不純物の混入を可及的に避けるために、原料パルプとしては、木材パルプを使用するのが好ましい。木材パルプとしては、例えば、広葉樹クラフトパルプ(LKP)、針葉樹クラフトパルプ(NKP)等の化学パルプ、機械パルプ(TMP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 However, in order to avoid the inclusion of impurities as much as possible, it is preferable to use wood pulp as the raw material pulp. As the wood pulp, for example, one or more types can be selected from chemical pulps such as hardwood kraft pulp (LKP) and softwood kraft pulp (NKP), and mechanical pulp (TMP), etc.
広葉樹クラフトパルプは、広葉樹晒クラフトパルプであっても、広葉樹未晒クラフトパルプであっても、広葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。同様に、針葉樹クラフトパルプは、針葉樹晒クラフトパルプであっても、針葉樹未晒クラフトパルプであっても、針葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。 Hardwood kraft pulp may be bleached hardwood kraft pulp, unbleached hardwood kraft pulp, or semi-bleached hardwood kraft pulp. Similarly, softwood kraft pulp may be bleached softwood kraft pulp, unbleached softwood kraft pulp, or semi-bleached softwood kraft pulp.
機械パルプとしては、例えば、ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、リファイナーメカニカルパルプ(RMP)、漂白サーモメカニカルパルプ(BTMP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As mechanical pulp, one or more types can be selected and used from, for example, stone ground pulp (SGP), pressed stone ground pulp (PGW), refiner ground pulp (RGP), chemi-ground pulp (CGP), thermo-ground pulp (TGP), ground pulp (GP), thermo-mechanical pulp (TMP), chemi-thermomechanical pulp (CTMP), refiner mechanical pulp (RMP), bleached thermo-mechanical pulp (BTMP), etc.
原料パルプは、解繊するに先立って化学的手法によって前処理することができる。化学的手法による前処理としては、例えば、酸による多糖の加水分解(酸処理)、酵素による多糖の加水分解(酵素処理)、アルカリによる多糖の膨潤(アルカリ処理)、酸化剤による多糖の酸化(酸化処理)、還元剤による多糖の還元(還元処理)等を例示することができる。ただし、化学的手法による前処理としては、酵素処理を施すのが好ましく、加えて酸処理、アルカリ処理、及び酸化処理の中から選択された1又は2以上の処理を施すのがより好ましい。以下、酵素処理について詳細に説明する。 The raw pulp can be pretreated by a chemical method prior to defibration. Examples of pretreatment by a chemical method include hydrolysis of polysaccharides by acid (acid treatment), hydrolysis of polysaccharides by enzymes (enzyme treatment), swelling of polysaccharides by alkali (alkali treatment), oxidation of polysaccharides by an oxidizing agent (oxidation treatment), and reduction of polysaccharides by a reducing agent (reduction treatment). However, as a pretreatment by a chemical method, it is preferable to carry out an enzyme treatment, and it is more preferable to additionally carry out one or more treatments selected from acid treatment, alkali treatment, and oxidation treatment. The enzyme treatment will be described in detail below.
酵素処理に使用する酵素としては、セルラーゼ系酵素及びヘミセルラーゼ系酵素の少なくともいずれか一方を使用するのが好ましく、両方を併用するのがより好ましい。これらの酵素を使用すると、セルロース原料の解繊がより容易になる。なお、セルラーゼ系酵素は、水共存下でセルロースの分解を惹き起こす。また、ヘミセルラーゼ系酵素は、水共存下でヘミセルロースの分解を惹き起こす。 As the enzymes used in the enzymatic treatment, it is preferable to use at least one of cellulase enzymes and hemicellulase enzymes, and it is more preferable to use both in combination. The use of these enzymes makes it easier to defibrate the cellulose raw material. Note that cellulase enzymes cause the decomposition of cellulose in the presence of water. Also, hemicellulase enzymes cause the decomposition of hemicellulose in the presence of water.
セルラーゼ系酵素としては、例えば、トリコデルマ(Trichoderma、糸状菌)属、アクレモニウム(Acremonium、糸状菌)属、アスペルギルス(Aspergillus、糸状菌)属、ファネロケエテ(Phanerochaete、担子菌)属、トラメテス(Trametes、担子菌)属、フーミコラ(Humicola、糸状菌)属、バチルス(Bacillus、細菌)属、スエヒロタケ(Schizophyllum、担子菌)属、ストレプトミセス(Streptomyces、細菌)属、シュードモナス(Pseudomonas、細菌)属などが産生する酵素を使用することができる。これらのセルラーゼ系酵素は、試薬や市販品として購入可能である。市販品としては、例えば、セルロイシンT2(エイチピィアイ社製)、メイセラ-ゼ(明治製菓社製)、ノボザイム188(ノボザイム社製)、マルティフェクトCX10L(ジェネンコア社製)、セルラーゼ系酵素GC220(ジェネンコア社製)等を例示することができる。 Examples of cellulase enzymes that can be used include enzymes produced by the genera Trichoderma (filamentous fungi), Acremonium (filamentous fungi), Aspergillus (filamentous fungi), Phanerochaete (basidiomycetes), Trametes (basidiomycetes), Humicola (filamentous fungi), Bacillus (bacteria), Schizophyllum (basidiomycetes), Streptomyces (bacteria), and Pseudomonas (bacteria). These cellulase enzymes can be purchased as reagents or commercial products. Examples of commercially available products include Celluleucin T2 (manufactured by HPI), Meicelase (manufactured by Meiji Seika Kaisha), Novozyme 188 (manufactured by Novozyme), Multifect CX10L (manufactured by Genencor), and cellulase enzyme GC220 (manufactured by Genencor).
また、セルラーゼ系酵素としては、EG(エンドグルカナーゼ)及びCBH(セロビオハイドロラーゼ)のいずれかもを使用することもできる。EG及びCBHは、それぞれを単体で使用しても、混合して使用してもよい。また、ヘミセルラーゼ系酵素と混合して使用してもよい。 As the cellulase enzyme, either EG (endoglucanase) or CBH (cellobiohydrolase) can be used. EG and CBH can be used alone or in combination. They can also be used in combination with a hemicellulase enzyme.
ヘミセルラーゼ系酵素としては、例えば、キシランを分解する酵素であるキシラナーゼ(xylanase)、マンナンを分解する酵素であるマンナーゼ(mannase)、アラバンを分解する酵素であるアラバナーゼ(arabanase)等を使用することができる。また、ペクチンを分解する酵素であるペクチナーゼも使用することができる。 As hemicellulase enzymes, for example, xylanase, which is an enzyme that breaks down xylan, mannase, which is an enzyme that breaks down mannan, and arabanase, which is an enzyme that breaks down araban, can be used. In addition, pectinase, which is an enzyme that breaks down pectin, can also be used.
ヘミセルロースは、植物細胞壁のセルロースミクロフィブリル間にあるペクチン類を除いた多糖類である。ヘミセルロースは多種多様で木材の種類や細胞壁の壁層間でも異なる。針葉樹の2次壁では、グルコマンナンが主成分であり、広葉樹の2次壁では4-O-メチルグルクロノキシランが主成分である。そこで、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)から微細繊維を得る場合は、マンナーゼを使用するのが好ましい。また、広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)から微細繊維を得る場合は、キシラナーゼを使用するのが好ましい。 Hemicellulose is a polysaccharide excluding pectins found between cellulose microfibrils in plant cell walls. Hemicellulose is diverse and differs depending on the type of wood and between the layers of the cell wall. The main component of the secondary wall of softwood is glucomannan, while the main component of the secondary wall of hardwood is 4-O-methylglucuronoxylan. Therefore, when obtaining fine fibers from softwood bleached kraft pulp (NBKP), it is preferable to use mannase. Also, when obtaining fine fibers from hardwood bleached kraft pulp (LBKP), it is preferable to use xylanase.
セルロース原料に対する酵素の添加量は、例えば、酵素の種類、原料となる木材の種類(針葉樹か広葉樹か)、機械パルプの種類等によって決まる。ただし、セルロース原料に対する酵素の添加量は、好ましくは0.1~3質量%、より好ましくは0.3~2.5質量%、特に好ましくは0.5~2質量%である。酵素の添加量が0.1質量%を下回ると、酵素の添加による効果が十分に得られないおそれがある。他方、酵素の添加量が3質量%を上回ると、セルロースが糖化され、繊維の収率が低下するおそれがある。また、添加量の増量に見合う効果の向上を認めることができないとの問題もある。 The amount of enzyme added to the cellulose raw material is determined by, for example, the type of enzyme, the type of wood used as the raw material (coniferous or broadleaf), the type of mechanical pulp, etc. However, the amount of enzyme added to the cellulose raw material is preferably 0.1 to 3 mass%, more preferably 0.3 to 2.5 mass%, and particularly preferably 0.5 to 2 mass%. If the amount of enzyme added is less than 0.1 mass%, the effect of adding the enzyme may not be sufficient. On the other hand, if the amount of enzyme added is more than 3 mass%, the cellulose may be saccharified, and the fiber yield may decrease. There is also the problem that the effect may not be improved commensurate with the increase in the amount added.
酵素としてセルラーゼ系酵素を使用する場合、酵素処理時のpHは、酵素反応の反応性の観点から、弱酸性領域(pH=3.0~6.9)であるのが好ましい。他方、酵素としてヘミセルラーゼ系酵素を使用する場合、酵素処理時のpHは、弱アルカリ性領域(pH=7.1~10.0)であるのが好ましい。 When using a cellulase enzyme as the enzyme, the pH during the enzyme treatment is preferably in the weak acidic range (pH = 3.0 to 6.9) from the viewpoint of the reactivity of the enzyme reaction. On the other hand, when using a hemicellulase enzyme as the enzyme, the pH during the enzyme treatment is preferably in the weak alkaline range (pH = 7.1 to 10.0).
酵素処理時の温度は、酵素としてセルラーゼ系酵素及びヘミセルラーゼ系酵素のいずれを使用する場合においても、好ましくは30~70℃、より好ましくは35~65℃、特に好ましくは40~60℃である。酵素処理時の温度が30℃以上であれば、酵素活性が低下し難くなり、処理時間の長期化を防止することができる。他方、酵素処理時の温度が70℃以下であれば、酵素の失活を防止することができる。 The temperature during the enzyme treatment is preferably 30 to 70°C, more preferably 35 to 65°C, and particularly preferably 40 to 60°C, regardless of whether a cellulase enzyme or a hemicellulase enzyme is used as the enzyme. If the temperature during the enzyme treatment is 30°C or higher, the enzyme activity is less likely to decrease, and the treatment time can be prevented from being prolonged. On the other hand, if the temperature during the enzyme treatment is 70°C or lower, the enzyme can be prevented from being inactivated.
酵素処理の時間は、例えば、酵素の種類、酵素処理の温度、酵素処理時のpH等によって決まる。ただし、一般的な酵素処理の時間は、0.5~24時間である。 The time for enzyme treatment depends on, for example, the type of enzyme, the temperature of the enzyme treatment, the pH during the enzyme treatment, etc. However, the general time for enzyme treatment is 0.5 to 24 hours.
酵素処理した後には、酵素を失活させるのが好ましい。酵素を失活させる方法としては、例えば、アルカリ水溶液(好ましくはpH10以上、より好ましくはpH11以上)を添加する方法、80~100℃の熱水を添加する方法等が存在する。 After the enzyme treatment, it is preferable to inactivate the enzyme. Methods for inactivating the enzyme include, for example, adding an alkaline aqueous solution (preferably pH 10 or higher, more preferably pH 11 or higher) and adding hot water at 80 to 100°C.
次に、アルカリ処理の方法について説明する。
解繊に先立ってアルカリ処理すると、パルプが持つヘミセルロースやセルロースの水酸基が一部解離し、分子がアニオン化することで分子内及び分子間水素結合が弱まり、解繊におけるセルロース原料の分散が促進される。
Next, the method of alkali treatment will be described.
When the pulp is treated with alkali prior to defibration, some of the hydroxyl groups in the hemicellulose and cellulose contained in the pulp are dissociated and the molecules are anionized, weakening intra- and intermolecular hydrogen bonds and promoting the dispersion of the cellulose raw material during defibration.
アルカリ処理に使用するアルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム等の有機アルカリ等を使用することができる。ただし、製造コストの観点からは、水酸化ナトリウムを使用するのが好ましい。 Examples of alkalis that can be used in the alkaline treatment include sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, aqueous ammonia, and organic alkalis such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, and benzyltrimethylammonium hydroxide. However, from the viewpoint of production costs, it is preferable to use sodium hydroxide.
解繊に先立って酵素処理や酸処理、酸化処理を施すと、マイクロ繊維セルロースの保水度を低く、結晶化度を高くすることができ、かつ均質性を高くすることができる。この点、マイクロ繊維セルロースの保水度が低いと脱水し易くなり、セルロース繊維スラリーの脱水性が向上する。 By carrying out enzyme treatment, acid treatment, or oxidation treatment prior to defibration, it is possible to reduce the water retention of the microfiber cellulose, increase the degree of crystallinity, and increase the homogeneity. In this regard, if the water retention of the microfiber cellulose is low, it becomes easier to dehydrate, and the dehydration of the cellulose fiber slurry is improved.
原料パルプを酵素処理や酸処理、酸化処理すると、パルプが持つヘミセルロースやセルロースの非晶領域が分解される。結果、解繊のエネルギーを低減することができ、セルロース繊維の均一性や分散性を向上することができる。ただし、前処理は、マイクロ繊維セルロースのアスペクト比を低下させるため、樹脂の補強材として使用する場合には、過度の前処理を避けるのが好ましい。 When raw pulp is treated with enzymes, acids, or oxidation, the hemicellulose and amorphous regions of cellulose contained in the pulp are broken down. As a result, the energy required for defibration can be reduced, and the uniformity and dispersibility of the cellulose fibers can be improved. However, since pretreatment reduces the aspect ratio of microfiber cellulose, it is preferable to avoid excessive pretreatment when using it as a reinforcing material for resins.
原料パルプの解繊(微細化)は、例えば、ビーター、高圧ホモジナイザー、高圧均質化装置等のホモジナイザー、グラインダー、摩砕機等の石臼式摩擦機、単軸混練機、多軸混練機、ニーダーリファイナー、ジェットミル等を使用して原料パルプを叩解することによって行うことができる。ただし、リファイナーやジェットミルを使用して行うのが好ましい。 The raw pulp can be defibrated (refined) by beating the raw pulp using, for example, a homogenizer such as a beater, high-pressure homogenizer, or high-pressure homogenizer, a grinder, a mill-type friction machine such as a grinder, a single-shaft kneader, a multi-shaft kneader, a kneader refiner, or a jet mill. However, it is preferable to use a refiner or a jet mill.
マイクロ繊維セルロースの平均繊維長(単繊維の長さの平均)は、好ましくは0.20~0.50mm、より好ましくは0.25~0.47mm、特に好ましくは0.30~0.45mmである。平均繊維長が0.25mm未満であると、繊維同士の三次元ネットワークを形成できず、複合樹脂の補強効果(特に曲げ弾性率)が低下するおそれがある。特に平均繊維長が0.20mm未満であると、溶融粘度はストランド加工面で十分に低下するものの、セルロース繊維が凝集し易くなり、凝集した箇所が局所的に極端に剛直となることから、樹脂に添加して複合化した複合樹脂がストランド加工適性に劣るものとなる可能性がある。他方、平均繊維長が0.5mmを超えると、複合樹脂の流動性が低下し、溶融粘度が上がる等から、ストランド加工する際に剛直になりすぎて自重で折れ、加工適性に劣るものとなる恐れがある。 The average fiber length of the microfiber cellulose (average length of single fibers) is preferably 0.20 to 0.50 mm, more preferably 0.25 to 0.47 mm, and particularly preferably 0.30 to 0.45 mm. If the average fiber length is less than 0.25 mm, a three-dimensional network cannot be formed between the fibers, and the reinforcing effect of the composite resin (particularly the bending modulus) may decrease. In particular, if the average fiber length is less than 0.20 mm, although the melt viscosity is sufficiently reduced on the strand processing surface, the cellulose fibers tend to aggregate, and the aggregated areas become extremely rigid locally, so that the composite resin added to the resin and composited may have poor suitability for strand processing. On the other hand, if the average fiber length exceeds 0.5 mm, the fluidity of the composite resin decreases, the melt viscosity increases, etc., and the resin may become too rigid during strand processing, breaking under its own weight, resulting in poor suitability for processing.
マイクロ繊維セルロースの原料となるセルロース原料の平均繊維長は、好ましくは0.50~5.00mm、より好ましくは1.00~3.00mm、特に好ましくは1.50~2.50mmである。セルロース原料の平均繊維長が0.50mmを下回ると、解繊処理した際の、樹脂の補強効果が十分得られない可能性がある。他方、平均繊維長が5.00mmを上回ると、所定の繊維サイズのマイクロ繊維セルロースを調製するために多大なエネルギーを要するため、産業上好ましくない。 The average fiber length of the cellulose raw material used to make microfiber cellulose is preferably 0.50 to 5.00 mm, more preferably 1.00 to 3.00 mm, and particularly preferably 1.50 to 2.50 mm. If the average fiber length of the cellulose raw material is less than 0.50 mm, the reinforcing effect of the resin may not be sufficient when the material is defibrated. On the other hand, if the average fiber length exceeds 5.00 mm, a large amount of energy is required to prepare microfiber cellulose of a specified fiber size, which is not industrially preferable.
マイクロ繊維セルロースの平均繊維長は、例えば、原料パルプの選定、前処理、解繊等で任意に調整可能である。 The average fiber length of microfiber cellulose can be adjusted as desired, for example, by selecting the raw pulp, pre-treating, defibrating, etc.
平均繊維長及び下記の繊維長0.02mm超の割合は、バルメット社製の繊維分析計「FS5」によって測定する。 The average fiber length and the percentage of fiber lengths over 0.02 mm below are measured using a fiber analyzer "FS5" manufactured by Valmet.
マイクロ繊維セルロースの繊維長は、0.02mm超の割合が、好ましくは20%以上、より好ましくは40%以上、特に好ましくは60%以上である。当該割合が20%を下回ると、樹脂の補強効果が十分に得られない可能性がある。他方、マイクロ繊維セルロースの繊維長は、0.02mm超の割合の上限がなく、全てが0.02mm超であっても良い。 The proportion of microfiber cellulose fibers with a length of more than 0.02 mm is preferably 20% or more, more preferably 40% or more, and particularly preferably 60% or more. If this proportion falls below 20%, the reinforcing effect of the resin may not be sufficiently obtained. On the other hand, there is no upper limit to the proportion of microfiber cellulose fibers with a length of more than 0.02 mm, and all fibers may be more than 0.02 mm.
マイクロ繊維セルロースのアスペクト比は、好ましくは2~15000、より好ましくは10~10000である。アスペクト比が2を下回ると、三次元ネットワークを構築できないため、たとえ平均繊維長が0.20mmを超えたとしても、補強効果が不十分となるおそれがある。他方、アスペクト比が15000を上回ると、マイクロ繊維セルロース同士の絡み合いが高くなり、樹脂中での分散が不十分となるおそれがある。 The aspect ratio of the microfiber cellulose is preferably 2 to 15,000, and more preferably 10 to 10,000. If the aspect ratio is less than 2, a three-dimensional network cannot be constructed, and even if the average fiber length exceeds 0.20 mm, the reinforcing effect may be insufficient. On the other hand, if the aspect ratio exceeds 15,000, the microfiber cellulose may become highly entangled, resulting in insufficient dispersion in the resin.
アスペクト比は、平均繊維長を平均繊維幅で除した値である。アスペクト比が大きいほど引っかかりが生じる箇所が多くなるため補強効果が上がるが、他方で引っかかりが多くなる分、樹脂との接触点が多くなり、結果として複合樹脂の溶融粘度が増加し、ストランド加工する際に剛直となりすぎることからストランドが自重で折れやすくなり、加工性が低下する恐れがある。 The aspect ratio is the average fiber length divided by the average fiber width. The larger the aspect ratio, the more points there are for snagging, and therefore the greater the reinforcing effect. On the other hand, the more snagging there is, the more points of contact with the resin there are, which results in an increase in the melt viscosity of the composite resin, and the strands become too rigid when processed into strands, which can cause them to break under their own weight and reduce processability.
マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率は、好ましくは0.1~3.0%、より好ましくは0.3~2.8%、特に好ましくは0.5~2.5%である。フィブリル化率が3.0%を上回ると、水との接触面積が広くなり過ぎるため、たとえ平均繊維幅が5μm以上に留まる範囲で解繊したとしても、脱水が困難になる可能性がある。特にフィブリル化率が3.0%を超えると、繊維同士が絡み合い、添加して得られる複合樹脂の流動性が低下し、溶融粘度が増加するためストランド加工適性が劣る可能性がある。他方、フィブリル化率が0.1%を下回ると、フィブリル同士の水素結合が少なく、強固な三次元ネットワークを形成することができなくなるおそれがある。 The fibrillation rate of microfiber cellulose is preferably 0.1 to 3.0%, more preferably 0.3 to 2.8%, and particularly preferably 0.5 to 2.5%. If the fibrillation rate exceeds 3.0%, the contact area with water becomes too large, so dehydration may be difficult even if the fibers are defibrated to an average fiber width of 5 μm or more. In particular, if the fibrillation rate exceeds 3.0%, the fibers may become entangled with each other, the fluidity of the composite resin obtained by adding the fibers may decrease, and the melt viscosity may increase, resulting in poor suitability for strand processing. On the other hand, if the fibrillation rate is below 0.1%, there may be few hydrogen bonds between the fibrils, making it impossible to form a strong three-dimensional network.
フィブリル化率は、繊維全体の投射部に対する小繊維の投射部の割合であり、毛羽立ち部分/毛羽立ちを含めた繊維全体である。この値は、例えば、バルメット社製の繊維分析計「FS5」によって測定することができる。 The fibrillation rate is the ratio of the projected area of small fibers to the projected area of the entire fiber, i.e., the fuzzed area/the entire fiber including fuzz. This value can be measured, for example, using a fiber analyzer "FS5" manufactured by Valmet.
マイクロ繊維セルロースの結晶化度は、好ましくは60%以上、より好ましくは62%以上、特に好ましくは65%以上である。結晶化度が60%を下回ると、パルプやセルロースナノファイバーとの混合性は向上するものの、繊維自体の強度が低下するため、樹脂の強度を向上することができなくなるおそれがある。他方、マイクロ繊維セルロースの結晶化度は、好ましくは85%以下、より好ましくは83%以下、特に好ましくは80%以下である。結晶化度が85%を上回ると、分子内の強固な水素結合割合が多くなり、繊維自体が剛直となり、分散性が劣るようになる。また、繊維自体の剛直性により複合樹脂の溶融粘度が増加するため、ストランド加工する際に剛直となりすぎることからストランドが自重で折れやすくなり、加工性が低下する恐れがある。 The crystallinity of the microfiber cellulose is preferably 60% or more, more preferably 62% or more, and particularly preferably 65% or more. If the crystallinity is less than 60%, the mixability with pulp and cellulose nanofibers will improve, but the strength of the fiber itself will decrease, and there is a risk that the strength of the resin will not be improved. On the other hand, the crystallinity of the microfiber cellulose is preferably 85% or less, more preferably 83% or less, and particularly preferably 80% or less. If the crystallinity exceeds 85%, the proportion of strong hydrogen bonds in the molecule will increase, the fiber itself will become rigid, and dispersibility will be poor. In addition, the rigidity of the fiber itself will increase the melt viscosity of the composite resin, and the strands will become too rigid during strand processing, making them more likely to break under their own weight, which may reduce processability.
マイクロ繊維セルロースの結晶化度は、例えば、原料パルプの選定、前処理、微細化処理で任意に調整可能である。 The crystallinity of microfiber cellulose can be adjusted as desired, for example, by selecting the raw pulp, pre-treating it, and refining it.
結晶化度は、JIS-K0131(1996)の「X線回折分析通則」に準拠して、X線回折法により測定した値である。なお、微細繊維は、非晶質部分と結晶質部分とを有しており、結晶化度は微細繊維全体における結晶質部分の割合を意味する。 The degree of crystallinity is a value measured by X-ray diffraction in accordance with JIS-K0131 (1996) "General Rules for X-ray Diffraction Analysis." Note that fine fibers have amorphous and crystalline parts, and the degree of crystallinity refers to the proportion of crystalline parts in the entire fine fiber.
マイクロ繊維セルロースのパルプ粘度は、好ましくは2cps以上、より好ましくは4cps以上である。マイクロ繊維セルロースのパルプ粘度が2cpsを下回ると、マイクロ繊維セルロースの凝集を抑制するのが困難になるおそれがある。 The pulp viscosity of the microfiber cellulose is preferably 2 cps or more, more preferably 4 cps or more. If the pulp viscosity of the microfiber cellulose is below 2 cps, it may be difficult to suppress the aggregation of the microfiber cellulose.
パルプ粘度は、TAPPI T 230に準拠して測定した値である。 Pulp viscosity is measured in accordance with TAPPI T 230.
マイクロ繊維セルロースのフリーネスは、好ましくは100~300ml、より好ましくは120~280ml以下、特に好ましくは150~250ml以下である。マイクロ繊維セルロースのフリーネスが300mlを上回ると、マイクロ繊維セルロースの平均繊維径が19μmを超える等、繊維サイズが大きくなりすぎることから、複合樹脂中の繊維に由来する流動抵抗増加により溶融粘度が増加し、ストランド加工時にストランドが剛直になりすぎて自重で破損する等、ストランド加工に支障をきたす恐れがある。フリーネスが100mlを下回ると、繊維が微細化されすぎており、分散液から分散媒を除去する過程で微細化された繊維同士が強く凝集し、できた凝集塊は複合樹脂中でシェアをかけても解れずにストランド加工する際の局所的な欠点となり、加工時に折れやすくなる等、ストランド加工に支障をきたす恐れがある。 The freeness of the microfiber cellulose is preferably 100 to 300 ml, more preferably 120 to 280 ml or less, and particularly preferably 150 to 250 ml or less. If the freeness of the microfiber cellulose exceeds 300 ml, the fiber size becomes too large, for example, the average fiber diameter of the microfiber cellulose exceeds 19 μm, and the melt viscosity increases due to an increase in flow resistance derived from the fibers in the composite resin, and the strands become too rigid during strand processing, causing breakage under their own weight, which may cause problems with strand processing. If the freeness is below 100 ml, the fibers are too fine, and the fine fibers strongly aggregate with each other in the process of removing the dispersion medium from the dispersion liquid, and the resulting aggregates do not break even when shear is applied in the composite resin, becoming local defects during strand processing, and may cause problems with strand processing, such as being prone to breaking during processing.
フリーネスは、JIS P8121-2(2012)に準拠して測定した値である。 Freeness is a value measured in accordance with JIS P8121-2 (2012).
マイクロ繊維セルロースの保水度は、好ましくは80~400%、より好ましくは90~350%、特に好ましくは100~300%である。保水度が80%を下回ると、原料パルプと変わらないため補強効果が不十分となるおそれがある。また、保水度が80%を下回る状態では繊維が十分に周囲と接触できていない状態であることから、樹脂と複合化する際に樹脂と繊維との接触領域が少なく、溶融粘度は適正な範囲に調整できたとしても、結果としてストランド加工する際に局所的な欠点として生じ、ストランド加工に支障をきたす恐れがある。他方、保水度が400%を上回ると、脱水性が劣る傾向にあり、また、凝集し易くなる。この点、マイクロ繊維セルロースの保水度は、当該セルロース繊維のヒドロキシ基がカルバメート基に置換されていることで、より低くすることができ、脱水性や乾燥性を高めることができる。なお、保水度が400%を上回る状態では繊維が十分に周囲と接触できる状態であるものの、水との親和性が高すぎるため、水との親和性に乏しい樹脂中では繊維同士で凝集し、それにより複合樹脂中で凝集した箇所が局所的に極端に剛直となることから、溶融粘度は適正な範囲に調整できたとしても、ストランド加工する際に上記の局所的に剛直な箇所が折れやすくなり、ストランド加工に支障をきたす恐れがある。 The water retention of the microfiber cellulose is preferably 80 to 400%, more preferably 90 to 350%, and particularly preferably 100 to 300%. If the water retention is below 80%, the reinforcing effect may be insufficient because it is no different from the raw pulp. In addition, when the water retention is below 80%, the fibers are not in sufficient contact with the surroundings, so that when compounded with the resin, the contact area between the resin and the fibers is small, and even if the melt viscosity can be adjusted to an appropriate range, it may result in local defects during strand processing, which may cause problems in strand processing. On the other hand, if the water retention exceeds 400%, the dewatering property tends to be poor and the fibers are easily aggregated. In this regard, the water retention of the microfiber cellulose can be lowered by replacing the hydroxyl groups of the cellulose fibers with carbamate groups, and the dewatering and drying properties can be improved. Furthermore, when the water retention exceeds 400%, the fibers are in a state where they can fully come into contact with their surroundings, but because their affinity with water is too high, they will clump together in a resin that has poor affinity with water, and as a result, the clumped areas in the composite resin will become extremely rigid locally. Therefore, even if the melt viscosity can be adjusted to the appropriate range, these locally rigid areas will be prone to breaking during strand processing, which may cause problems with strand processing.
マイクロ繊維セルロースの保水度は、例えば、原料パルプの選定、前処理、解繊等で任意に調整可能である。 The water retention of microfiber cellulose can be adjusted as desired, for example, by selecting the raw pulp, pre-treating it, defibrating it, etc.
保水度は、JAPAN TAPPI No.26(2000)に準拠して測定した値である。 The water retention value was measured in accordance with JAPAN TAPPI No. 26 (2000).
本形態のマイクロ繊維セルロースは、カルバメート基を有する。どのようにしてカルバメート基を有するものとされているかは特に限定されない。例えば、セルロース原料がカルバメート化されていることでカルバメート基を有するものであっても、マイクロ繊維セルロース(微細化されたセルロース原料)がカルバメート化されることでカルバメート基を有するものであってもよい。 The microfiber cellulose of this embodiment has a carbamate group. There is no particular limitation on how the carbamate group is provided. For example, the cellulose raw material may be carbamed to have the carbamate group, or the microfiber cellulose (finely divided cellulose raw material) may be carbamed to have the carbamate group.
なお、カルバメート基を有するとは、繊維状セルロースにカルバメートが導入された状態を意味する。カルバメート基は、-O-CO-NH-で表される基であり、例えば、-O-CO-NH2、-O-CONHR、-O-CO-NR2等で表わされる基である。つまり、カルバメート基は、下記の構造式(1)で示すことができる。 Incidentally, "having a carbamate group" means that a carbamate has been introduced into the fibrous cellulose. The carbamate group is a group represented by -O-CO-NH-, for example, a group represented by -O-CO-NH 2 , -O-CONHR, -O-CO-NR 2 , etc. In other words, the carbamate group can be represented by the following structural formula (1).
ここで、nは1以上の整数を表す。Rは、それぞれ独立して、水素、飽和直鎖状炭化水素基、飽和分岐鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和直鎖状炭化水素基、不飽和分岐鎖状炭化水素基、芳香族基、及びこれらの誘導基の少なくともいずれかである。 Here, n is an integer of 1 or more. Each R is independently at least one of hydrogen, a saturated linear hydrocarbon group, a saturated branched hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, an unsaturated linear hydrocarbon group, an unsaturated branched hydrocarbon group, an aromatic group, and a derivative group thereof.
飽和直鎖状炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1~10の直鎖状のアルキル基を挙げることができる。 Examples of saturated linear hydrocarbon groups include linear alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl, ethyl, and propyl groups.
飽和分岐鎖状炭化水素基としては、例えば、イソプロピル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基等の炭素数3~10の分岐鎖状アルキル基を挙げることができる。 Examples of saturated branched hydrocarbon groups include branched alkyl groups having 3 to 10 carbon atoms, such as isopropyl, sec-butyl, isobutyl, and tert-butyl groups.
飽和環状炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基等のシクロアルキル基を挙げることができる。 Examples of saturated cyclic hydrocarbon groups include cycloalkyl groups such as cyclopentyl, cyclohexyl, and norbornyl.
不飽和直鎖状炭化水素基としては、例えば、エテニル基、プロペン-1-イル基、プロペン-3-イル基等の炭素数2~10の直鎖状のアルケニル基、エチニル基、プロピン-1-イル基、プロピン-3-イル基等の炭素数2~10の直鎖状のアルキニル基等を挙げることができる。 Examples of unsaturated linear hydrocarbon groups include linear alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms, such as ethenyl, propen-1-yl, and propen-3-yl, and linear alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms, such as ethynyl, propyn-1-yl, and propyn-3-yl.
不飽和分岐鎖状炭化水素基としては、例えば、プロペン-2-イル基、ブテン-2-イル基、ブテン-3-イル基等の炭素数3~10の分岐鎖状アルケニル基、ブチン-3-イル基等の炭素数4~10の分岐鎖状アルキニル基等を挙げることができる。 Examples of unsaturated branched hydrocarbon groups include branched alkenyl groups having 3 to 10 carbon atoms, such as propen-2-yl, buten-2-yl, and buten-3-yl groups, and branched alkynyl groups having 4 to 10 carbon atoms, such as butyn-3-yl groups.
芳香族基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等を挙げることができる。 Examples of aromatic groups include phenyl, tolyl, xylyl, and naphthyl groups.
誘導基としては、上記飽和直鎖状炭化水素基、飽和分岐鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和直鎖状炭化水素基、不飽和分岐鎖状炭化水素基及び芳香族基が有する1又は複数の水素原子が、置換基(例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子等。)で置換された基を挙げることができる。 Examples of derivative groups include groups in which one or more hydrogen atoms in the above-mentioned saturated linear hydrocarbon groups, saturated branched hydrocarbon groups, saturated cyclic hydrocarbon groups, unsaturated linear hydrocarbon groups, unsaturated branched hydrocarbon groups, and aromatic groups are substituted with a substituent (e.g., a hydroxy group, a carboxy group, a halogen atom, etc.).
カルバメート基を有する(カルバメート基が導入された)マイクロ繊維セルロースにおいては、極性の高いヒドロキシ基の一部又は全部が、相対的に極性の低いカルバメート基に置換されている。したがって、カルバメート基を有するマイクロ繊維セルロースは、親水性が低く、極性の低い樹脂等との親和性が高い。結果、カルバメート基を有するマイクロ繊維セルロースは、樹脂との均一分散性に優れる。また、カルバメート基を有するマイクロ繊維セルロースのスラリーは、ハンドリング性が良い。 In microfiber cellulose having carbamate groups (introduced with carbamate groups), some or all of the highly polar hydroxyl groups are replaced with carbamate groups, which have relatively low polarity. Therefore, microfiber cellulose having carbamate groups has low hydrophilicity and high affinity with resins, etc., which have low polarity. As a result, microfiber cellulose having carbamate groups has excellent uniform dispersion with resins. In addition, a slurry of microfiber cellulose having carbamate groups has good handleability.
マイクロ繊維セルロースのヒドロキシ基に対するカルバメート基の置換率(導入率)は、好ましくは0.5~2.0mmol/g、より好ましくは0.6~1.5mmol/g、特に好ましくは0.1~1.0mmol/gである。置換率を0.5mmol/g以上にすると、カルバメートを導入した効果、特に樹脂の曲げ伸び向上効果が確実に奏せられる。さらに、有機酸変性樹脂との親和性が高まるため、複合樹脂中での分散性が向上し、ストランド加工時に折れ等の原因となる局所的な凝集を減らすことができる。他方、置換率が2.0mmol/gを超えると、有機酸変性樹脂との親和性は高まるものの、変性に必要な薬品、エネルギー等のコストが膨大となり、産業上好ましくない。 The substitution rate (introduction rate) of the carbamate group to the hydroxyl group of the microfiber cellulose is preferably 0.5 to 2.0 mmol/g, more preferably 0.6 to 1.5 mmol/g, and particularly preferably 0.1 to 1.0 mmol/g. When the substitution rate is 0.5 mmol/g or more, the effect of introducing the carbamate, particularly the effect of improving the bending elongation of the resin, is reliably achieved. Furthermore, since the affinity with the organic acid-modified resin is increased, the dispersibility in the composite resin is improved, and localized aggregation that causes breakage during strand processing can be reduced. On the other hand, if the substitution rate exceeds 2.0 mmol/g, although the affinity with the organic acid-modified resin is increased, the costs of the chemicals, energy, etc. required for modification become enormous, which is not industrially preferable.
なお、カルバメート基の置換率(mmol/g)とは、カルバメート基を有するセルロース原料1gあたりに含まれるカルバメート基の物質量をいう。また、セルロースは、無水グルコースを構造単位とする重合体であり、一構造単位当たり3つのヒドロキシ基を有する。 The carbamate group substitution rate (mmol/g) refers to the amount of carbamate groups contained in 1 g of cellulose raw material having carbamate groups. Cellulose is a polymer whose structural unit is anhydroglucose, and has three hydroxyl groups per structural unit.
<カルバメート化>
マイクロ繊維セルロース(解繊前にカルバメート化する場合は、セルロース原料。以下、同様であり、「マイクロ繊維セルロース等」ともいう。)にカルバメートを導入する(カルバメート化)点については、前述したようにセルロース原料をカルバメート化してから微細化する方法と、セルロース原料を微細化してからカルバメート化する方法とがある。この点、本明細書においては、先にセルロース原料の解繊について説明し、その後にカルバメート化(変性)について説明している。しかしながら、解繊及びカルバメート化は、どちらを先に行うこともできる。ただし、先にカルバメート化を行い、その後に、解繊をする方が好ましい。解繊する前のセルロース原料は脱水効率が高く、また、カルバメート化に伴う加熱によってセルロース原料が解繊され易い状態になるためである。
<Carbamate formation>
Regarding the introduction of carbamate (carbamation) into microfiber cellulose (when carbamate is performed before defibration, it is a cellulose raw material. Hereinafter, the same is also referred to as "microfiber cellulose, etc."), there are a method of carbamate-ifying the cellulose raw material and then pulverizing it, as described above, and a method of pulverizing the cellulose raw material and then carbamate-ifying it. In this regard, in this specification, defibration of the cellulose raw material is explained first, and then carbamate-ification (modification) is explained. However, either defibration or carbamate-ification can be performed first. However, it is preferable to perform carbamate-ification first and then defibration. This is because the cellulose raw material before defibration has a high dehydration efficiency, and the cellulose raw material is in a state where it is easily defibrated by the heating accompanying carbamate-ification.
マイクロ繊維セルロース等をカルバメート化する工程は、例えば、混合処理、除去処理、及び加熱処理に、主に区分することができる。なお、混合処理及び除去処理は合わせて、加熱処理に供される混合物を調製する調製処理ということもできる。また、カルバメート化においては、有機溶剤を使用する必要がない。 The process of carbamate-forming microfiber cellulose and the like can be mainly divided into, for example, a mixing process, a removal process, and a heat treatment. The mixing process and the removal process can be collectively called a preparation process for preparing a mixture to be subjected to a heat treatment. In addition, the carbamate-forming process does not require the use of an organic solvent.
混合処理においては、マイクロ繊維セルロース等(前述したようにセルロース原料の場合もある。以下、同様。)と尿素及び/又は尿素の誘導体(以下、単に「尿素等」ともいう。)とを分散媒中で混合する。 In the mixing process, microfiber cellulose, etc. (as mentioned above, it may be a cellulose raw material; the same applies below) and urea and/or a urea derivative (hereinafter simply referred to as "urea, etc.") are mixed in a dispersion medium.
尿素や尿素の誘導体としては、例えば、尿素、チオ尿素、ビウレット、フェニル尿素、ベンジル尿素、ジメチル尿素、ジエチル尿素、テトラメチル尿素、尿素の水素原子をアルキル基で置換した化合物等を使用することができる。これらの尿素や尿素の誘導体は、それぞれを単独で又は複数を組み合わせて使用することができる。ただし、尿素を使用するのが好ましい。 Examples of urea and urea derivatives that can be used include urea, thiourea, biuret, phenylurea, benzylurea, dimethylurea, diethylurea, tetramethylurea, and compounds in which the hydrogen atoms of urea are substituted with alkyl groups. These urea and urea derivatives can be used alone or in combination. However, it is preferable to use urea.
マイクロ繊維セルロース等に対する尿素等の混合質量比(尿素等/マイクロ繊維セルロース等)の下限は、好ましくは8/100、より好ましくは5/100である。他方、上限は、好ましくは20/100、より好ましくは15/100である。混合質量比を5/100以上にすることで、カルバメート化の効率が向上する。他方、混合質量比が20/100を上回っても、マイクロ繊維セルロースと反応しない尿素が増加し、尿素が熱分解することで生じるアンモニアガスが多くなり、ガスの処理に必要なスクラバー等の設備が大規模なものが必要となるため、コストが増加し、産業上好ましくない。 The lower limit of the mixture mass ratio of urea etc. to microfiber cellulose etc. (urea etc./microfiber cellulose etc.) is preferably 8/100, more preferably 5/100. On the other hand, the upper limit is preferably 20/100, more preferably 15/100. By making the mixture mass ratio 5/100 or more, the efficiency of carbamate formation is improved. On the other hand, even if the mixture mass ratio exceeds 20/100, the amount of urea that does not react with microfiber cellulose increases, and the amount of ammonia gas generated by thermal decomposition of urea increases, and large-scale equipment such as scrubbers required for gas treatment is required, which increases costs and is not industrially preferable.
分散媒は、通常、水である。ただし、アルコール、エーテル等の他の分散媒や、水と他の分散媒との混合物を用いてもよい。 The dispersion medium is usually water. However, other dispersion media such as alcohol, ether, and mixtures of water with other dispersion media may also be used.
混合処理においては、例えば、水にマイクロ繊維セルロース等及び尿素等を添加しても、尿素等の水溶液にマイクロ繊維セルロース等を添加しても、マイクロ繊維セルロース等を含むスラリーに尿素等を添加してもよい。また、均一に混合するために、添加後、攪拌してもよい。さらに、マイクロ繊維セルロース等と尿素等とを含む分散液には、その他の成分が含まれていてもよい。 In the mixing process, for example, microfiber cellulose, etc. and urea, etc. may be added to water, microfiber cellulose, etc. may be added to an aqueous solution of urea, etc., or urea, etc. may be added to a slurry containing microfiber cellulose, etc. Furthermore, stirring may be performed after addition to ensure uniform mixing. Furthermore, the dispersion containing microfiber cellulose, etc. and urea, etc. may contain other components.
除去処理においては、混合処理において得られたマイクロ繊維セルロース等及び尿素等を含む分散液から分散媒を除去する。分散媒を除去することで、これに続く加熱処理において効率的に尿素等を反応させることができる。 In the removal process, the dispersion medium is removed from the dispersion liquid containing the microfiber cellulose, etc. and urea, etc. obtained in the mixing process. By removing the dispersion medium, the urea, etc. can be reacted efficiently in the subsequent heating process.
分散媒の除去は、加熱によって分散媒を揮発させることで行うのが好ましい。この方法によると、尿素等の成分を残したまま分散媒のみを効率的に除去することができる。 The dispersion medium is preferably removed by volatilizing it through heating. This method allows the dispersion medium to be efficiently removed while leaving behind components such as urea.
除去処理における加熱温度の下限は、分散媒が水である場合は、好ましくは50℃、より好ましくは70℃、特に好ましくは90℃である。加熱温度を50℃以上にすることで効率的に分散媒を揮発させる(除去する)ことができる。他方、加熱温度の上限は、好ましくは120℃、より好ましくは100℃である。加熱温度が120℃を上回ると、分散媒と尿素が反応し、尿素が単独分解するおそれがある。 When the dispersion medium is water, the lower limit of the heating temperature in the removal process is preferably 50°C, more preferably 70°C, and particularly preferably 90°C. By setting the heating temperature at 50°C or higher, the dispersion medium can be efficiently volatilized (removed). On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 120°C, more preferably 100°C. If the heating temperature exceeds 120°C, the dispersion medium and urea may react, resulting in the urea decomposing independently.
除去処理における加熱時間は、分散液の固形分濃度等に応じて適宜調節することができる。具体的には、例えば、6~24時間である。 The heating time in the removal process can be adjusted appropriately depending on the solids concentration of the dispersion liquid. Specifically, it is, for example, 6 to 24 hours.
除去処理に続く加熱処理においては、マイクロ繊維セルロース等と尿素等との混合物を加熱処理する。この加熱処理において、マイクロ繊維セルロース等のヒドロキシ基の一部又は全部が尿素等と反応してカルバメート基に置換される。より詳細には、尿素等が加熱されると下記の反応式(1)に示すようにイソシアン酸及びアンモニアに分解される。そして、イソシアン酸はとても反応性が高く、例えば、下記の反応式(2)に示すようにセルロースの水酸基にカルバメート基を形成する。 In the heat treatment following the removal process, a mixture of the microfiber cellulose and urea is heat-treated. In this heat treatment, some or all of the hydroxyl groups of the microfiber cellulose react with urea and are replaced with carbamate groups. More specifically, when urea is heated, it is decomposed into isocyanic acid and ammonia as shown in the following reaction formula (1). Isocyanic acid is highly reactive and forms carbamate groups on the hydroxyl groups of cellulose, for example, as shown in the following reaction formula (2).
NH2-CO-NH2 → H-N=C=O + NH3 …(1) NH 2 -CO-NH 2 → H-N=C=O + NH 3 ... (1)
Cell-OH + H-N=C=O → Cell-O-CO-NH2 …(2) Cell-OH + H-N=C=O → Cell-O-CO-NH 2 ... (2)
加熱処理における加熱温度の下限は、好ましくは120℃、より好ましくは130℃、特に好ましくは尿素の融点(約134℃)以上、さらに好ましくは140℃、最も好ましくは150℃である。加熱温度を120℃以上にすることで、カルバメート化が効率的に行われる。加熱温度の上限は、好ましくは200℃、より好ましくは180℃、特に好ましくは170℃である。加熱温度が200℃を上回ると、マイクロ繊維セルロース等が分解し、補強効果が不十分となるおそれがある。 The lower limit of the heating temperature in the heat treatment is preferably 120°C, more preferably 130°C, particularly preferably above the melting point of urea (about 134°C), even more preferably 140°C, and most preferably 150°C. By setting the heating temperature at 120°C or higher, carbamate formation is carried out efficiently. The upper limit of the heating temperature is preferably 200°C, more preferably 180°C, and particularly preferably 170°C. If the heating temperature exceeds 200°C, the microfiber cellulose etc. may decompose, resulting in insufficient reinforcing effect.
加熱処理における加熱時間の下限は、好ましくは1分、より好ましくは5分、特に好ましくは30分、更に好ましくは1時間、最も好ましくは2時間である。加熱時間を1分以上にすることで、カルバメート化の反応を確実に行うことができる。他方、加熱時間の上限は、好ましくは15時間、より好ましくは10時間である。加熱時間が15時間を上回ると、経済的ではなく、15時間で十分カルバメート化を行うことができる。 The lower limit of the heating time in the heat treatment is preferably 1 minute, more preferably 5 minutes, particularly preferably 30 minutes, even more preferably 1 hour, and most preferably 2 hours. By setting the heating time to 1 minute or more, the carbamate reaction can be carried out reliably. On the other hand, the upper limit of the heating time is preferably 15 hours, more preferably 10 hours. A heating time of more than 15 hours is not economical, and carbamate reaction can be carried out sufficiently in 15 hours.
もっとも、加熱時間の長期化は、セルロース繊維の劣化を招く。そこで、加熱処理におけるpH条件が重要となる。pHは、好ましくはpH9以上、より好ましくはpH9~13、特に好ましくはpH10~12のアルカリ性条件である。また、次善の策として、pH7以下、好ましくはpH3~7、特に好ましくはpH4~7の酸性条件又は中性条件である。pH7~8の中性条件であると、セルロース繊維の平均繊維長が短くなり、樹脂の補強効果に劣る可能性がある。これに対し、pH9以上のアルカリ性条件であると、セルロース繊維の反応性が高まり、尿素等への反応が促進され、効率良くカルバメート化反応するため、セルロース繊維の平均繊維長を十分に確保することができる。他方、pH7以下の酸性条件であると、尿素等からイソシアン酸及びアンモニアに分解する反応が進み、セルロース繊維への反応が促進され、効率良くカルバメート化反応するため、セルロース繊維の平均繊維長を十分に確保することができる。ただし、可能であれば、アルカリ性条件で加熱処理する方が好ましい。酸性条件であるとセルロースの酸加水分解が進行するおそれがあるためである。 However, prolonged heating time leads to deterioration of the cellulose fibers. Therefore, the pH conditions in the heat treatment are important. The pH is preferably 9 or more, more preferably 9 to 13, and particularly preferably 10 to 12, which is an alkaline condition. As a second best option, the pH is 7 or less, preferably 3 to 7, and particularly preferably 4 to 7, which is an acidic or neutral condition. Under neutral conditions of pH 7 to 8, the average fiber length of the cellulose fibers is shortened, and the reinforcing effect of the resin may be inferior. On the other hand, under alkaline conditions of pH 9 or more, the reactivity of the cellulose fibers is increased, the reaction with urea, etc. is promoted, and the carbamate reaction occurs efficiently, so that the average fiber length of the cellulose fibers can be sufficiently secured. On the other hand, under acidic conditions of pH 7 or less, the reaction of decomposing urea, etc. into isocyanic acid and ammonia proceeds, the reaction with cellulose fibers is promoted, and the carbamate reaction occurs efficiently, so that the average fiber length of the cellulose fibers can be sufficiently secured. However, if possible, it is preferable to perform the heat treatment under alkaline conditions. This is because acidic conditions can lead to acid hydrolysis of cellulose.
pHの調整は、混合物に酸性化合物(例えば、酢酸、クエン酸等。)やアルカリ性化合物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等。)を添加すること等によって行うことができる。 The pH can be adjusted by adding an acidic compound (e.g., acetic acid, citric acid, etc.) or an alkaline compound (e.g., sodium hydroxide, calcium hydroxide, etc.) to the mixture.
加熱処理において加熱する装置としては、例えば、熱風乾燥機、抄紙機、ドライパルプマシン等を使用することができる。 For example, a hot air dryer, a papermaking machine, a dry pulp machine, etc. can be used as the heating device in the heat treatment.
加熱処理後の混合物は、洗浄してもよい。この洗浄は、水等で行えばよい。この洗浄によって未反応で残留している尿素等を除去することができる。 The mixture after the heat treatment may be washed. This washing can be done with water or the like. This washing can remove any unreacted urea or other substances that remain.
マイクロ繊維セルロースは、必要により、水系媒体中に分散して分散液(スラリー)にする。水系媒体は、全量が水であるのが特に好ましいが、一部が水と相溶性を有する他の液体である水系媒体も使用することができる。他の液体としては、炭素数3以下の低級アルコール類等を使用することができる。 If necessary, the microfiber cellulose is dispersed in an aqueous medium to form a dispersion (slurry). It is particularly preferable that the aqueous medium is entirely water, but an aqueous medium in which a part of the medium is other liquids that are compatible with water can also be used. As the other liquid, lower alcohols having 3 or less carbon atoms, etc. can be used.
分散液の固形分濃度は、好ましくは0.1~10.0質量%、より好ましくは0.5~5.0質量%である。固形分濃度が0.1質量%を下回ると、脱水や乾燥する際に過大なエネルギーが必要となるおそれがある。他方、固形分濃度が10.0質量%を上回ると、分散液自体の流動性が低下してしまい分散剤を使用する場合において均一に混合できなくなるおそれがある。 The solids concentration of the dispersion is preferably 0.1 to 10.0% by mass, and more preferably 0.5 to 5.0% by mass. If the solids concentration is below 0.1% by mass, excessive energy may be required for dehydration and drying. On the other hand, if the solids concentration is above 10.0% by mass, the fluidity of the dispersion itself may decrease, making it difficult to mix uniformly when a dispersant is used.
(相互作用しない粉末)
本形態のセルロース繊維は、セルロース繊維と相互作用しない粉末と混ぜ、セルロース繊維含有物にすると好適である。セルロース繊維含有物がセルロース繊維と相互作用しない粉末を含むことで、セルロース繊維を樹脂の補強性を発揮できる形態とすることができる。すなわち、セルロース繊維含有物がスラリーである場合は、樹脂と複合化する前にスラリーに含まれる水系媒体を除去するのが好ましい。しかしながら、水系媒体を除去する際にセルロース同士が水素結合により不可逆的に凝集し、繊維としての補強効果を十分に発揮できなくなる可能性がある。そこで、セルロース繊維含有物(スラリー)に相互作用しない粉末を含ませることで、セルロース同士の水素結合を物理的に阻害するものである。
(Non-interacting powder)
The cellulose fiber of this embodiment is preferably mixed with a powder that does not interact with the cellulose fiber to form a cellulose fiber-containing material. By including a powder that does not interact with the cellulose fiber in the cellulose fiber-containing material, the cellulose fiber can be made to have a form that can exhibit the reinforcing properties of the resin. In other words, when the cellulose fiber-containing material is a slurry, it is preferable to remove the aqueous medium contained in the slurry before compounding with the resin. However, when the aqueous medium is removed, the cellulose may irreversibly aggregate due to hydrogen bonding, and the reinforcing effect of the fiber may not be fully exhibited. Therefore, by including a powder that does not interact with the cellulose fiber-containing material (slurry), the hydrogen bonding between the cellulose may be physically inhibited.
ここで、相互作用しないとは、セルロース繊維と共有結合、イオン結合、金属結合による強固な結合をしないことを意味する(つまり、水素結合、ファンデルワールス力による結合は相互作用しないという概念に含まれる。)。好ましくは、強固な結合は、結合エネルギーが100kJ/molを超える結合である。 Here, "not interacting" means that there is no strong bond with the cellulose fibers through covalent bonds, ionic bonds, or metallic bonds (i.e., hydrogen bonds and bonds through van der Waals forces are included in the concept of not interacting). Preferably, the strong bond is a bond with a bond energy of more than 100 kJ/mol.
相互作用しない粉末は、好ましくは、スラリー中で共存した際に、セルロース繊維の持つ水酸基を水酸化物イオンへ解離させる作用の少ない無機粉末及び樹脂粉末の少なくともいずれか一方である。この形態によると、セルロース繊維含有物とした後に樹脂等と複合化した際に、セルロース繊維と、セルロース繊維と相互作用しない粉末とを樹脂等へ容易に分散することができるようになる。また、特に無機粉末であると、操業上有利である。具体的には、複合樹脂の乾燥方法としては、例えば、熱源である金属ドラムに水分散体を直接あてる方法で乾燥(例えば、ヤンキードライヤーやシリンダードライヤーによる乾燥等。)する方法と、熱源に水分散体を直接触れさせずに加温する方法、つまり空気中で乾燥(例えば、恒温乾燥機による乾燥等。)する方法とが存在する。しかるに、樹脂粉末を使用すると、加温した金属板(例えば、ヤンキードライヤー、シリンダードライヤー等。)に接触させて乾燥した際に、金属板表面に皮膜ができ熱伝導が悪化し、乾燥効率が著しく低下する。このような問題が生じ難い点で、無機粉末は有利である。 The non-interacting powder is preferably at least one of inorganic powder and resin powder, which have little effect of dissociating the hydroxyl groups of the cellulose fibers into hydroxide ions when they coexist in a slurry. According to this embodiment, when the cellulose fiber-containing material is compounded with a resin or the like, the cellulose fibers and the powder that does not interact with the cellulose fibers can be easily dispersed in the resin or the like. In particular, inorganic powders are advantageous in terms of operation. Specifically, the drying method of the composite resin includes, for example, a method of drying by directly applying the aqueous dispersion to a metal drum, which is a heat source (e.g., drying with a Yankee dryer or cylinder dryer, etc.), and a method of heating the aqueous dispersion without directly contacting the heat source, that is, drying in the air (e.g., drying with a thermostatic dryer, etc.). However, when resin powder is used, when it is dried by contacting it with a heated metal plate (e.g., Yankee dryer, cylinder dryer, etc.), a film is formed on the surface of the metal plate, which deteriorates heat conduction and significantly reduces the drying efficiency. Inorganic powders are advantageous in that such problems are unlikely to occur.
相互作用しない粉末の平均粒子径は、1mm以下が好ましく、0.9~0.0001mmがより好ましく、0.8~0.001mmが特に好ましい。平均粒子径が以上の範囲内であると、セルロース繊維同士の間隙に入って凝集を阻害する効果が効果的に発揮されるようになる。しかも、樹脂との混練性に優れ、大きなエネルギーが不要となり経済的である。これに対し、平均粒子径が1mmを超えると、セルロース繊維含有物のスラリーから水系媒体を除去する際に、セルロース繊維同士の間隙に入って凝集を阻害する効果が発揮されないおそれがある。ただし、平均粒子径が0.0001mm未満であると、微細なためにマイクロ繊維セルロース同士の水素結合を阻害することができないおそれがある。また、水分散体中で粒子同士が凝集するおそれがある。 The average particle size of the non-interacting powder is preferably 1 mm or less, more preferably 0.9 to 0.0001 mm, and particularly preferably 0.8 to 0.001 mm. When the average particle size is within the above range, the effect of entering the gaps between cellulose fibers and inhibiting aggregation is effectively exerted. Moreover, it has excellent kneading properties with resin, and does not require large amounts of energy, making it economical. On the other hand, when the average particle size exceeds 1 mm, there is a risk that the effect of entering the gaps between cellulose fibers and inhibiting aggregation is not exerted when removing the aqueous medium from the slurry containing cellulose fibers. However, when the average particle size is less than 0.0001 mm, the particles are too fine and may not be able to inhibit the hydrogen bonds between microfiber cellulose. In addition, there is a risk that the particles may aggregate together in the aqueous dispersion.
なお、樹脂粉末は混練時に溶融し粒として外観に影響を与えなくなるため、大きな粒子径のものも比較的効果的に使用することができる。他方、無機粉末である場合においても無機粉末の平均粒子径が上記範囲内にあることでセルロース繊維同士の間隙に入って凝集を阻害する効果が発揮されるが、無機粉末は混練してもサイズは大きく変わらないため、粒径が大きすぎると粒として外観に影響を与える可能性がある。 In addition, resin powders melt during kneading and do not affect the appearance as particles, so particles with large particle sizes can be used relatively effectively. On the other hand, even in the case of inorganic powders, if the average particle size of the inorganic powder is within the above range, it will enter the gaps between the cellulose fibers and inhibit aggregation, but since the size of the inorganic powder does not change significantly even when kneaded, if the particle size is too large, it may affect the appearance as particles.
本明細書において、相互作用しない粉末の平均粒子径は、粉体をそのまま又は水分散体の状態で粒度分布測定装置(例えば株式会社堀場製作所のレーザー回折・散乱式粒度分布測定器)を用いて測定される体積基準粒度分布から算出される中位径である。 In this specification, the average particle size of a non-interacting powder is the median size calculated from the volume-based particle size distribution measured using a particle size distribution measuring device (e.g., a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device manufactured by Horiba, Ltd.) with the powder as is or in the form of a water dispersion.
無機粉末としては、例えば、Fe、Na、K、Cu、Mg、Ca、Zn、Ba、Al、Ti、ケイ素元素等の周期律表第I族~第VIII族中の金属元素の単体、酸化物、水酸化物、炭素塩、硫酸塩、ケイ酸塩、亜硫酸塩、これらの化合物よりなる各種粘土鉱物等を例示することができる。具体的には、例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、亜硫酸カルシウム、酸化亜鉛、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、ほう酸アルミニウム、アルミナ、酸化鉄、チタン酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、クレー、ワラストナイト、ガラスビーズ、ガラスパウダー、シリカゲル、乾式シリカ、コロイダルシリカ、珪砂、硅石、石英粉、珪藻土、ホワイトカーボン、ガラスファイバー等を例示することができる。これらの無機粉末は、複数が含有されていてもよい。また、古紙パルプに含まれるものであってもよいし、製紙スラッジ中の無機物を再生した所謂再生填料等であってもよい。 Examples of inorganic powders include, for example, Fe, Na, K, Cu, Mg, Ca, Zn, Ba, Al, Ti, silicon, and other metal elements in Groups I to VIII of the periodic table, as well as oxides, hydroxides, carbonates, sulfates, silicates, sulfites, and various clay minerals made of these compounds. Specific examples include barium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate, calcium sulfite, zinc oxide, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, aluminum borate, alumina, iron oxide, calcium titanate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, sodium hydroxide, magnesium carbonate, calcium silicate, clay, wollastonite, glass beads, glass powder, silica gel, dry silica, colloidal silica, silica sand, silica stone, quartz powder, diatomaceous earth, white carbon, and glass fiber. A plurality of these inorganic powders may be contained. In addition, they may be those contained in waste paper pulp, or so-called recycled fillers obtained by regenerating inorganic matter in papermaking sludge.
ただし、製紙用の填料や顔料として好適に使用される炭酸カルシウム、タルク、ホワイトカーボン、クレー、焼成クレー、二酸化チタン、水酸化アルミニウム及び再生填料等の中から選択される少なくとも1種以上の無機粉末を使用するのが好ましく、炭酸カルシウム、タルク、クレーの中からから選択される少なくとも1種以上を使用するのがより好ましく、軽質炭酸カルシウム及び重質炭酸カルシウムの少なくともいずれか一方を使用するのが特に好ましい。炭酸カルシウム、タルク、クレーを使用すると、樹脂等のマトリックスとの複合化が容易である。また、汎用的な無機材料であるため、用途の制限が生じることが少ないとのメリットがある。さらに、炭酸カルシウムは下記の理由から特に好ましい。軽質炭酸カルシウムを使用する場合は、粉末のサイズや形状を一定に制御しやすくなる。このため、セルロース繊維のサイズや形状に合わせて、間隙に入り込んでセルロース繊維同士の凝集を抑制する効果を生じやすくするようにサイズや形状を調整して、ピンポイントで効果を発揮しやすくできるメリットがある。また、重質炭酸カルシウムを使用すると、重質炭酸カルシウムが不定形であることから、スラリー中に様々なサイズの繊維が存在する場合でも、水系媒体除去時に繊維が凝集する過程において、間隙に入り込んでセルロース繊維同士の凝集を抑制することができるとのメリットがある。 However, it is preferable to use at least one inorganic powder selected from calcium carbonate, talc, white carbon, clay, calcined clay, titanium dioxide, aluminum hydroxide, and recycled fillers, which are suitable for use as fillers and pigments for papermaking. It is more preferable to use at least one inorganic powder selected from calcium carbonate, talc, and clay, and it is particularly preferable to use at least one of light calcium carbonate and heavy calcium carbonate. When calcium carbonate, talc, and clay are used, it is easy to form a composite with a matrix such as a resin. In addition, since they are general-purpose inorganic materials, there is an advantage that there are few restrictions on their use. Furthermore, calcium carbonate is particularly preferable for the following reasons. When light calcium carbonate is used, it is easy to control the size and shape of the powder to a constant value. For this reason, there is an advantage that the size and shape can be adjusted to match the size and shape of the cellulose fibers so that they can easily penetrate into the gaps and suppress the aggregation of the cellulose fibers, making it easier to exert the effect in a pinpoint manner. In addition, the use of heavy calcium carbonate has the advantage that, because the heavy calcium carbonate is amorphous, it can penetrate into the gaps during the process of the fibers agglomerating when the aqueous medium is removed, thereby suppressing the aggregation of the cellulose fibers, even if there are fibers of various sizes in the slurry.
一方、樹脂粉末としては、複合樹脂を得る際に使用する樹脂と同様のものを使用することができる。もちろん、異種であってもよいが、同種である方が好ましい。 On the other hand, the resin powder can be the same as the resin used to obtain the composite resin. Of course, different types of resins may be used, but it is preferable that the resins are the same.
相互作用しない粉末の配合量は、セルロース繊維に対して、好ましくは9900~1質量%、より好ましくは1900~5質量%、特に好ましくは900~10質量%である。配合量が1質量%を下回ると、セルロース繊維の間隙に入って凝集抑制する作用が不足となるおそれがある。他方、配合量が9900質量%を上回ると、セルロース繊維としての機能が発揮されなくなるおそれがある。なお、相互作用しない粉末が無機粉末である場合は、サーマルリサイクルに支障が出ない割合で配合するのが好ましい。 The amount of non-interacting powder to be blended is preferably 9900 to 1% by mass, more preferably 1900 to 5% by mass, and particularly preferably 900 to 10% by mass, relative to the cellulose fibers. If the blending amount is less than 1% by mass, the powder may not penetrate into the gaps between the cellulose fibers and suppress aggregation insufficiently. On the other hand, if the blending amount exceeds 9900% by mass, the cellulose fibers may not function as intended. If the non-interacting powder is an inorganic powder, it is preferable to blend it in a ratio that does not interfere with thermal recycling.
相互作用しない粉末としては、無機粉末及び樹脂粉末を併用することもできる。無機粉末及び樹脂粉末を併用すると、無機粉体同士や樹脂粉末同士が凝集する条件で混合した場合でも無機粉末及び樹脂粉末がお互いに凝集を防ぐような効果を発揮する。また、粒径が小さい粉体は表面積が大きく重力の影響よりも分子間力の影響を受けやすく、その結果として凝集しやすくなるため、粉体とマイクロ繊維セルロースとを混合する際に粉体がスラリー中でうまくほぐれなかったり、水系媒体の除去時に粉体同士が凝集することで、マイクロ繊維セルロースの凝集を防ぐ効果が十分に発揮されなくなったりするおそれがある。しかしながら、無機粉末及び樹脂粉末を併用すると、自身の凝集を緩和することができると考えられる。 As powders that do not interact with each other, inorganic powders and resin powders can also be used in combination. When inorganic powders and resin powders are used in combination, they have the effect of preventing each other from agglomerating, even when mixed under conditions in which inorganic powders or resin powders agglomerate with each other. In addition, powders with small particle sizes have a large surface area and are more susceptible to intermolecular forces than to gravity, and as a result are more likely to agglomerate. Therefore, when the powder is mixed with microfiber cellulose, the powder may not be properly loosened in the slurry, or the powders may agglomerate when the aqueous medium is removed, which may result in the effect of preventing the agglomeration of microfiber cellulose being insufficient. However, it is believed that the agglomeration of the powders themselves can be mitigated by using inorganic powders and resin powders in combination.
無機粉末及び樹脂粉末を併用する場合、無機粉末の平均粒子径:樹脂粉末の平均粒子径の比は、1:0.1~1:10000が好ましく、1:1~1:1000がより好ましい。この範囲にあると、自身の凝集力の強さから生じる問題(例えば、粉体とマイクロ繊維セルロースとを混合する際に粉体がスラリー中でうまくほぐれなかったり、水系媒体の除去時に粉体同士が凝集したりする問題。)が発生せずに、マイクロ繊維セルロースの凝集を防ぐ効果が十分に発揮されるようになると考えられる。 When inorganic powder and resin powder are used in combination, the ratio of the average particle size of the inorganic powder to the average particle size of the resin powder is preferably 1:0.1 to 1:10,000, and more preferably 1:1 to 1:1000. When it is in this range, problems caused by the strength of its own cohesive force (for example, problems such as the powder not being able to be properly loosened in the slurry when mixing the powder with microfiber cellulose, or the powder particles coagulating when the aqueous medium is removed) do not occur, and it is believed that the effect of preventing the coagulation of microfiber cellulose is fully exerted.
無機粉末及び樹脂粉末を併用する場合、無機粉末の質量%:樹脂粉末の質量%の比は、1:0.01~1:100が好ましく、1:0.1~1:10がより好ましい。この範囲にあると、異種粉体同士が自身の凝集を阻害することが可能になると考えられる。この範囲にあると、自身の凝集力の強さから生じる問題(例えば、粉体とマイクロ繊維セルロースとを混合する際に粉体がスラリー中でうまくほぐれなかったり、水系媒体の除去時に粉体同士が凝集したりする問題。)が発生せずに、マイクロ繊維セルロースの凝集を防ぐ効果が十分に発揮されるようになると考えられる。 When inorganic powder and resin powder are used in combination, the ratio of inorganic powder mass % to resin powder mass % is preferably 1:0.01 to 1:100, and more preferably 1:0.1 to 1:10. When it is in this range, it is believed that different powders can inhibit their own aggregation. When it is in this range, problems caused by the strength of their own cohesive force (for example, problems such as the powder not being able to be properly loosened in the slurry when mixing the powder with microfiber cellulose, or the powders agglomerating when the aqueous medium is removed) do not occur, and it is believed that the effect of preventing the aggregation of microfiber cellulose is fully exerted.
(酸変性樹脂)
本形態においてセルロース繊維と共に含ませる樹脂としては、酸変性樹脂を使用すると好適である。この樹脂は、相互作用しない粉末としての樹脂粉末としても機能させることができる。酸変性樹脂は、酸基がカルバメート基の一部又は全部とイオン結合し得る。このイオン結合により、樹脂の補強効果が向上するためである。
(Acid-modified resin)
In this embodiment, it is preferable to use an acid-modified resin as the resin to be contained together with the cellulose fibers. This resin can also function as a resin powder that does not interact with other powders. In the acid-modified resin, the acid group can form an ionic bond with some or all of the carbamate groups. This ionic bond improves the reinforcing effect of the resin.
酸変性樹脂としては、例えば、酸変性ポリオレフィン樹脂、酸変性エポキシ樹脂、酸変性スチレン系エラストマー樹脂等を使用することができる。ただし、酸変性ポリオレフィン樹脂を使用するのが好ましい。酸変性ポリオレフィン樹脂は、不飽和カルボン酸成分とポリオレフィン成分との共重合体である。 As the acid-modified resin, for example, an acid-modified polyolefin resin, an acid-modified epoxy resin, an acid-modified styrene-based elastomer resin, etc. can be used. However, it is preferable to use an acid-modified polyolefin resin. An acid-modified polyolefin resin is a copolymer of an unsaturated carboxylic acid component and a polyolefin component.
ポリオレフィン成分としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン等のアルケンの重合体の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、好適には、プロピレンの重合体であるポリプロピレン樹脂を用いることが好ましい。 As the polyolefin component, for example, one or more alkene polymers such as ethylene, propylene, butadiene, and isoprene can be selected and used. However, it is preferable to use polypropylene resin, which is a polymer of propylene.
不飽和カルボン酸成分としては、例えば、無水マレイン酸類、無水フタル酸類、無水イタコン酸類、無水シトラコン酸類、無水クエン酸類等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、好適には、無水マレイン酸類を使用するのが好ましい。つまり、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂(MAPP)を用いることが好ましい。 As the unsaturated carboxylic acid component, for example, one or more selected from maleic anhydrides, phthalic anhydrides, itaconic anhydrides, citraconic anhydrides, citric anhydrides, etc. can be used. However, it is preferable to use maleic anhydrides. In other words, it is preferable to use maleic anhydride-modified polypropylene resin (MAPP).
酸変性樹脂の混合量は、マイクロ繊維セルロース100質量部に対して、好ましくは30~100質量部、より好ましくは35~90質量部、特に好ましくは40~80質量部である。特に酸変性樹脂が無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂である場合は、好ましくは35~65質量部、より好ましくは40~60質量部である。酸変性樹脂の混合量が30質量部を下回ると微細セルロース繊維同士の凝集を抑制することが難しくなり、凝集した微細セルロース繊維は複合樹脂中で局所的に存在する異物と同等の欠点となり、外力が加わった際に容易に破壊が進行するため、ストランド加工に支障をきたす恐れがある。他方、混合量が100質量部を上回ると、上記の凝集は抑えられるものの、そのもの自体の機械的物性が優れていない酸変性樹脂が材料内に多く入りすぎることから、材料全体としての機械的物性が低下する恐れがある。 The amount of the acid-modified resin mixed is preferably 30 to 100 parts by mass, more preferably 35 to 90 parts by mass, and particularly preferably 40 to 80 parts by mass, per 100 parts by mass of microfiber cellulose. In particular, when the acid-modified resin is a maleic anhydride-modified polypropylene resin, the amount is preferably 35 to 65 parts by mass, more preferably 40 to 60 parts by mass. If the amount of the acid-modified resin mixed is less than 30 parts by mass, it becomes difficult to suppress the aggregation of the fine cellulose fibers, and the aggregated fine cellulose fibers become a defect equivalent to a foreign matter present locally in the composite resin, and when an external force is applied, they easily break, which may cause problems in strand processing. On the other hand, if the amount mixed exceeds 100 parts by mass, although the above-mentioned aggregation is suppressed, the acid-modified resin, which does not have excellent mechanical properties in itself, enters the material in too much amount, and the mechanical properties of the material as a whole may be reduced.
無水マレイン酸変性ポリプロピレンの重量平均分子量は、例えば1000~200000、好ましくは3000~100000である。 The weight average molecular weight of the maleic anhydride modified polypropylene is, for example, 1,000 to 200,000, preferably 3,000 to 100,000.
また、無水マレイン酸変性ポリプロピレンの酸価は、1mgKOH/g以上、200mgKOH/g以下が好ましく、10mgKOH/g以上、100mgKOH/g以下がより好ましい。 The acid value of the maleic anhydride-modified polypropylene is preferably 1 mgKOH/g or more and 200 mgKOH/g or less, and more preferably 10 mgKOH/g or more and 100 mgKOH/g or less.
樹脂、特に酸変性樹脂の密度は、好ましくは0.80~1.00g/cm3、より好ましくは0.85~0.95g/cm3、特に好ましくは0.88~0.93g/cm3である。樹脂の密度が0.80g/cm3未満であると、微細セルロース繊維との密度差が大きくなりすぎることから、分散媒中で微細セルロース繊維と相互作用することなく、微細セルロース繊維と分離し、分散媒の上澄みに浮遊してしまう恐れがある。他方、樹脂の密度が1.00g/cm3を超えると、分散媒が水の場合に、分散媒中で微細セルロース繊維と相互作用することなく、微細セルロース繊維と分離し、分散媒の底に沈降してしまう恐れがある。 The density of the resin, particularly the acid-modified resin, is preferably 0.80 to 1.00 g/cm 3 , more preferably 0.85 to 0.95 g/cm 3 , and particularly preferably 0.88 to 0.93 g/cm 3. If the density of the resin is less than 0.80 g/cm 3 , the difference in density with the fine cellulose fibers becomes too large, and there is a risk that the resin will separate from the fine cellulose fibers without interacting with them in the dispersion medium and float in the supernatant of the dispersion medium. On the other hand, if the density of the resin exceeds 1.00 g/cm 3 , when the dispersion medium is water, there is a risk that the resin will separate from the fine cellulose fibers without interacting with them in the dispersion medium and settle to the bottom of the dispersion medium.
樹脂の密度は、JIS K7112に準拠して測定した値である。 The resin density is measured in accordance with JIS K7112.
(分散剤)
マイクロ繊維セルロースやセルロース繊維と相互作用しない粉末は、分散剤と混合するとより好ましいものになる。分散剤としては、芳香族類にアミン基及び/又は水酸基を有する化合物、脂肪族類にアミン基及び/又は水酸基を有する化合物が好ましい。
(Dispersant)
The powder that does not interact with microfiber cellulose or cellulose fibers is more preferably mixed with a dispersant, which is preferably an aromatic compound having an amine group and/or a hydroxyl group, or an aliphatic compound having an amine group and/or a hydroxyl group.
芳香族類にアミン基及び/又は水酸基を有する化合物としては、例えば、アニリン類、トルイジン類、トリメチルアニリン類、アニシジン類、チラミン類、ヒスタミン類、トリプタミン類、フェノール類、ジブチルヒドロキシトルエン類、ビスフェノールA類、クレゾール類、オイゲノール類、没食子酸類、グアイアコール類、ピクリン酸類、フェノールフタレイン類、セロトニン類、ドーパミン類、アドレナリン類、ノルアドレナリン類、チモール類、チロシン類、サリチル酸類、サリチル酸メチル類、アニスアルコール類、サリチルアルコール類、シナピルアルコール類、ジフェニドール類、ジフェニルメタノール類、シンナミルアルコール類、スコポラミン類、トリプトフォール類、バニリルアルコール類、3-フェニル‐1-プロパノール類、フェネチルアルコール類、フェノキシエタノール類、ベラトリルアルコール類、ベンジルアルコール類、ベンゾイン類、マンデル酸類、マンデロニトリル類、安息香酸類、フタル酸類、イソフタル酸類、テレフタル酸類、メリト酸類、ケイ皮酸類などが挙げられる。 Examples of compounds having an amine group and/or a hydroxyl group in the aromatic group include anilines, toluidines, trimethylanilines, anisidines, tyramines, histamines, tryptamines, phenols, dibutylhydroxytoluenes, bisphenol A, cresols, eugenols, gallic acids, guaiacols, picric acids, phenolphthalein, serotonins, dopamines, adrenalines, noradrenalines, thymols, tyrosines, salicylic acids, methyl salicylates, anilines, These include alcohols, salicyl alcohols, sinapyl alcohols, diphenidol, diphenylmethanol, cinnamyl alcohols, scopolamine, tryptophol, vanillyl alcohols, 3-phenyl-1-propanol, phenethyl alcohols, phenoxyethanol, veratryl alcohols, benzyl alcohols, benzoins, mandelic acids, mandelonitriles, benzoic acids, phthalic acids, isophthalic acids, terephthalic acids, mellitic acids, and cinnamic acids.
また、脂肪族類にアミン基及び/又は水酸基を有する化合物としては、例えば、カプリルアルコール類、2-エチルヘキサノール類、ペラルゴンアルコール類、カプリンアルコール類、ウンデシルアルコール類、ラウリルアルコール類、トリデシルアルコール類、ミリスチルアルコール類、ペンタデシルアルコール類、セタノール類、ステアリルアルコール類、エライジルアルコール類、オレイルアルコール類、リノレイルアルコール類、メチルアミン類、ジメチルアミン類、トリメチルアミン類、エチルアミン類、ジエチルアミン類、エチレンジアミン類、トリエタノールアミン類、N,N-ジイソプロピルエチルアミン類、テトラメチルエチレンジアミン類、ヘキサメチレンジアミン類、スペルミジン類、スペルミン類、アマンタジン類、ギ酸類、酢酸類、プロピオン酸類、酪酸類、吉草酸類、カプロン酸類、エナント酸類、カプリル酸類、ペラルゴン酸類、カプリン酸類、ラウリン酸類、ミリスチン酸類、パルミチン酸類、マルガリン酸類、ステアリン酸類、オレイン酸類、リノール酸類、リノレン酸類、アラキドン酸類、エイコサペンタエン酸類、ドコサヘキサエン酸類、ソルビン酸類などが挙げられる。 In addition, examples of compounds having an amine group and/or a hydroxyl group in the aliphatic group include capryl alcohols, 2-ethylhexanols, pelargonic alcohols, capric alcohols, undecyl alcohols, lauryl alcohols, tridecyl alcohols, myristyl alcohols, pentadecyl alcohols, cetanols, stearyl alcohols, elaidyl alcohols, oleyl alcohols, linoleyl alcohols, methylamines, dimethylamines, trimethylamines, ethylamines, diethylamines, ethylenediamines, These include triethanolamines, N,N-diisopropylethylamines, tetramethylethylenediamines, hexamethylenediamines, spermidines, spermines, amantadines, formic acids, acetic acids, propionic acids, butyric acids, valeric acids, caproic acids, enanthic acids, caprylic acids, pelargonic acids, capric acids, lauric acids, myristic acids, palmitic acids, margaric acids, stearic acids, oleic acids, linoleic acids, linolenic acids, arachidonic acids, eicosapentaenoic acids, docosahexaenoic acids, and sorbic acids.
以上の分散剤は、セルロース繊維同士の水素結合を阻害する。したがって、セルロース繊維及び樹脂の混練に際してマイクロ繊維セルロースが樹脂中において確実に分散するようになる。また、以上の分散剤は、マイクロ繊維セルロース及び樹脂の相溶性を向上させる役割も有する。この点でマイクロ繊維セルロースの樹脂中における分散性が向上する。 The above dispersants inhibit hydrogen bonding between cellulose fibers. Therefore, when the cellulose fibers and resin are mixed, the microfiber cellulose is reliably dispersed in the resin. The above dispersants also improve the compatibility of the microfiber cellulose and the resin. In this respect, the dispersibility of the microfiber cellulose in the resin is improved.
なお、セルロース繊維及び樹脂の混練に際して、別途、相溶剤(薬剤)を添加することも考えられるが、この段階で薬剤を添加するよりも、予めマイクロ繊維セルロースと分散剤(薬剤)を混合する方が、マイクロ繊維セルロースに対する薬剤の纏わりつきが均一になり、樹脂との相溶性向上効果が高くなる。 It is possible to add a compatibilizer (chemical) separately when kneading the cellulose fibers and resin, but mixing the microfiber cellulose with the dispersing agent (chemical) beforehand rather than adding the chemical at this stage will ensure that the chemical sticks to the microfiber cellulose evenly, and will be more effective at improving compatibility with the resin.
また、例えば、ポリプロピレンは融点が160℃であり、したがってセルロース繊維及び樹脂の混練は、180℃程度で行う。しかるに、この状態で分散剤(液)を添加すると、一瞬で乾燥してしまう。そこで、融点の低い樹脂を使用してマスターバッチ(マイクロ繊維セルロースの濃度の濃い複合樹脂)を作製し、その後に通常の樹脂で濃度を下げると好適である。 For example, polypropylene has a melting point of 160°C, so cellulose fibers and resin are mixed at around 180°C. However, if a dispersant (liquid) is added in this state, it dries out in an instant. Therefore, it is preferable to create a master batch (a composite resin with a high concentration of microfiber cellulose) using a resin with a low melting point, and then reduce the concentration with a normal resin.
分散剤の混合量は、マイクロ繊維セルロース100質量部に対して、好ましくは0.1~1000質量部、より好ましくは1~500質量部、特に好ましくは10~200質量部である。分散剤の混合量が0.1質量部を下回ると、樹脂強度の向上が十分ではないとされるおそれがある。他方、混合量が1000質量部を上回ると、過剰となり樹脂強度が低下する傾向となる。 The amount of dispersant mixed is preferably 0.1 to 1000 parts by mass, more preferably 1 to 500 parts by mass, and particularly preferably 10 to 200 parts by mass, per 100 parts by mass of microfiber cellulose. If the amount of dispersant mixed is less than 0.1 parts by mass, the improvement in resin strength may not be sufficient. On the other hand, if the amount mixed is more than 1000 parts by mass, it becomes excessive and the resin strength tends to decrease.
この点、前述した酸変性樹脂は酸基とマイクロ繊維セルロースのカルバメート基とがイオン結合することで相溶性を向上し、もって補強効果を上げるためのものであり、分子量が大きいため樹脂とも馴染み易く、強度向上に寄与していると考えられる。一方、上記の分散剤は、マイクロ繊維セルロース同士の水酸基同士の間に介在して凝集を防ぎ、もって樹脂中での分散性を向上するものであり、また、分子量が酸変性樹脂に比べ小さいため、酸変性樹脂が入り込めないようなマイクロ繊維セルロース間の狭いスペースに入ることができ、分散性を向上して強度向上する役割を果たす。以上のような観点から、上記酸変性樹脂の分子量は、分散剤の分子量の2~2000倍、好ましくは5~1000倍であると好適である。 In this regard, the acid-modified resin described above is intended to improve compatibility by forming ionic bonds between the acid groups and the carbamate groups of the microfiber cellulose, thereby enhancing the reinforcing effect, and is thought to be compatible with the resin due to its large molecular weight, thereby contributing to improved strength. On the other hand, the dispersant described above is intended to intervene between the hydroxyl groups of the microfiber cellulose to prevent aggregation, thereby improving dispersibility in the resin, and since its molecular weight is smaller than that of the acid-modified resin, it can enter the narrow spaces between the microfiber cellulose that the acid-modified resin cannot enter, thereby improving dispersibility and improving strength. From the above perspective, the molecular weight of the acid-modified resin described above is preferably 2 to 2000 times, preferably 5 to 1000 times, the molecular weight of the dispersant.
以上をより詳細に説明すると、相互作用しない粉末は物理的にマイクロ繊維セルロース同士の間に介在することで水素結合を阻害し、もってマイクロ繊維セルロースの分散性を向上する。ただし、相互作用しない粉末が酸変性樹脂である場合は、酸基とマイクロ繊維セルロースのカルバメート基とをイオン結合することで相溶性を向上し、もって補強効果を上げる。この点、分散剤がマイクロ繊維セルロース同士の水素結合を阻害する点は同じであるが、相互作用しない粉末はマイクロオーダーであるため、物理的に介在して水素結合を抑制する。したがって、分散性が分散剤にくらべ低いものの、特に樹脂粉末の場合は自身が溶融してマトリックスになるため物性低下に寄与しない。他方、無機粉末の場合は、無機粉末自体が剛直であるため、樹脂等と複合化した場合に樹脂等の物性向上に寄与する。一方、分散剤は分子レベルであり、極めて小さいためマイクロ繊維セルロースを覆うようにして水素結合を阻害し、マイクロ繊維セルロースの分散性を向上する効果は高い。しかしながら、樹脂中に残り、物性低下に働く可能性がある。 To explain the above in more detail, the non-interacting powder physically intervenes between the microfiber cellulose, inhibiting hydrogen bonding, thereby improving the dispersibility of the microfiber cellulose. However, when the non-interacting powder is an acid-modified resin, the acid group and the carbamate group of the microfiber cellulose are ionically bonded to improve compatibility, thereby increasing the reinforcing effect. In this respect, the dispersant inhibits hydrogen bonding between the microfiber cellulose, but the non-interacting powder is on the micro-order, so it physically intervenes and suppresses hydrogen bonding. Therefore, although the dispersibility is lower than that of the dispersant, especially in the case of resin powder, it does not contribute to a decrease in physical properties because it melts itself and becomes a matrix. On the other hand, in the case of inorganic powder, the inorganic powder itself is rigid, so when it is composited with resin, etc., it contributes to improving the physical properties of the resin. On the other hand, the dispersant is at the molecular level and is extremely small, so it covers the microfiber cellulose, inhibiting hydrogen bonding, and is highly effective in improving the dispersibility of the microfiber cellulose. However, it may remain in the resin and work to reduce physical properties.
(製造方法)
マイクロ繊維セルロースや相互作用しない粉末等の混合物(セルロース繊維含有物)は、樹脂と混練するに先立って、スラリーとし、乾燥及び粉砕して粉状物にする。この形態によると、樹脂との混練に際してセルロース繊維を乾燥させる必要がなく、熱効率が良い。また、特に混合物に相互作用しない粉末や分散剤等が混合されている場合は、当該混合物を乾燥したとしても、繊維状セルロース(マイクロ繊維セルロース)が再分散しなくなるおそれが低い。
(Production method)
A mixture of microfiber cellulose and non-interacting powders (cellulose fiber-containing material) is slurried, dried, and pulverized into a powder prior to kneading with resin. This form eliminates the need to dry the cellulose fibers when kneading with resin, and provides good thermal efficiency. In particular, when non-interacting powders, dispersants, etc. are mixed into the mixture, there is little risk that the fibrous cellulose (microfiber cellulose) will not redisperse even if the mixture is dried.
混合物(スラリー)は、カルバメート変性マイクロ繊維セルロース濃度を1.5質量%以上にするのが好ましく、1.8~5.0質量%にするのがより好ましく、2.0~4.0質量%にするのが特に好ましい。この点、濃度が1.5質量%を下回ると、相互作用しない粉末と混合して攪拌等した後に、マイクロ繊維セルロースと粉末との密度差(例えば、MFCは約1.5g/cm3、粉末がPPである場合は0.9g/cm3。)や、後述するSP値の差などによって徐々にスラリー内でMFC及び粉末が分離し、続く工程に入る際に既に分離した状態になる。結果として、マイクロ繊維セルロース同士が凝集する。しかしながら、濃度を1.5質量%以上とすれば、スラリーの粘度が高くなることからスラリーの流動性が低くなり、MFC及び粉末の密度差、SP値の差による分離が抑制される。つまり、密度差やSP値の差を減らす方法も凝集抑制には資するが、これらの方法には限界があるため、本形態においては濃度の調節によって凝集抑制を完全なものにしようとするものである。なお、粉末のSP値は後述する樹脂の場合と同様であり、詳細は後述する。 The mixture (slurry) preferably has a carbamate-modified microfiber cellulose concentration of 1.5% by mass or more, more preferably 1.8 to 5.0% by mass, and particularly preferably 2.0 to 4.0% by mass. In this regard, if the concentration is below 1.5% by mass, after mixing with a powder that does not interact with the microfiber cellulose and stirring, the MFC and the powder gradually separate in the slurry due to the density difference between the microfiber cellulose and the powder (for example, MFC is about 1.5 g/cm 3 , and 0.9 g/cm 3 when the powder is PP) and the difference in SP value described below, and the MFC and the powder are already in a separated state when entering the next process. As a result, the microfiber cellulose aggregates with each other. However, if the concentration is 1.5% by mass or more, the viscosity of the slurry increases, so the fluidity of the slurry decreases, and separation due to the density difference and SP value difference between the MFC and the powder is suppressed. In other words, although a method of reducing the density difference and the SP value difference also contributes to suppressing aggregation, these methods have limitations, so in this embodiment, the aggregation suppression is attempted to be complete by adjusting the concentration. The SP value of the powder is the same as that of the resin described later, and will be described in detail later.
以上の観点から、スラリーの粘度は、1000~10000cpsとなるように調整するのが好ましく、1500~9000cpsとなるように調整するのがより好ましく、2000~8000cpsとなるように調整するのが特に好ましい。この調整は、MFCの濃度を調整することの他、例えば、増粘剤等を使用して行うこともできる。 From the above viewpoints, the viscosity of the slurry is preferably adjusted to 1000 to 10000 cps, more preferably 1500 to 9000 cps, and particularly preferably 2000 to 8000 cps. This adjustment can be made by adjusting the concentration of the MFC, or by using a thickener, for example.
スラリーの粘度は、JIS-Z8803(2011)の「液体の粘度測定方法」に準拠して測定した値である。 The viscosity of the slurry was measured in accordance with JIS-Z8803 (2011) "Method for measuring viscosity of liquids."
また、以上の観点からは、カルバメート変性マイクロ繊維セルロースの密度に対する相互作用しない粉体の密度比が0.4~2.2であるのが好ましく、0.5~2.1であるのがより好ましく、0.6~2.0であるのが特に好ましい。 From the above viewpoints, the density ratio of the non-interacting powder to the density of the carbamate-modified microfibrous cellulose is preferably 0.4 to 2.2, more preferably 0.5 to 2.1, and particularly preferably 0.6 to 2.0.
さらに、MFCの濃度は、水で調整すると好適である。水で調整すると、溶媒自体のコストが安価であり、有機溶媒の際に必要な処理や回収設備が不要のため、環境負荷を最小限に抑えることができるメリットがある。 Furthermore, it is preferable to adjust the concentration of MFC with water. Adjusting with water has the advantage that the cost of the solvent itself is low and there is no need for the treatment and recovery equipment required for organic solvents, minimizing the environmental impact.
一方、前述したように、相互作用しない粉末として酸変性樹脂を使用する場合においては、スラリー中における酸変性樹脂の濃度を0.5質量%以上にするのが好ましく、0.8~5.0質量%にするのがより好ましく、1.0~4.0質量%にするのが特に好ましい。酸変性樹脂の濃度が0.5質量%以上であれば、スラリーを乾燥させた際に生じるカルバメート変性マイクロ繊維セルロース同士の凝集を防ぐ効果が十分に発揮されるようになると考えられる。 On the other hand, as mentioned above, when an acid-modified resin is used as a non-interacting powder, the concentration of the acid-modified resin in the slurry is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8 to 5.0% by mass, and particularly preferably 1.0 to 4.0% by mass. If the concentration of the acid-modified resin is 0.5% by mass or more, it is believed that the effect of preventing aggregation of the carbamate-modified microfibrous cellulose that occurs when the slurry is dried is sufficiently exhibited.
また、マイクロ繊維セルロースの濃度(質量%)を1としたときの相互作用しない粉末の濃度比は、例えば50~0.1、好ましくは20~0.5、より好ましくは10~1.0である。濃度比が0.1を下回ると、乾燥時にマイクロ繊維セルロースの凝集を抑制する効果が十分に発揮されないおそれがある。他方、濃度比が50を上回ると、複合樹脂中のマイクロ繊維セルロースの配合率を上げられなくなり、マイクロ繊維セルロースの配合による効果が充分に発揮されなくなるおそれがある。 When the concentration (mass%) of microfiber cellulose is taken as 1, the concentration ratio of the non-interacting powder is, for example, 50 to 0.1, preferably 20 to 0.5, and more preferably 10 to 1.0. If the concentration ratio is below 0.1, the effect of suppressing the aggregation of microfiber cellulose during drying may not be fully exerted. On the other hand, if the concentration ratio exceeds 50, it becomes impossible to increase the blending ratio of microfiber cellulose in the composite resin, and the effect of blending microfiber cellulose may not be fully exerted.
混合物は、スラリーとした後、乾燥するに先立って脱水して脱水物にする。この脱水は、例えば、ベルトプレス、スクリュープレス、フィルタープレス、ツインロール、ツインワイヤーフォーマ、バルブレスフィルタ、センターディスクフィルタ、膜処理、遠心分離機等の脱水装置の中から1種又は2種以上を選択使用して行うことができる。 After forming the mixture into a slurry, it is dehydrated prior to drying to form a dehydrated product. This dehydration can be carried out using one or more dehydration devices selected from the following: belt press, screw press, filter press, twin roll, twin wire former, valveless filter, center disc filter, membrane treatment, centrifuge, etc.
混合物の乾燥は、例えば、ロータリーキルン乾燥、円板式乾燥、気流式乾燥、媒体流動乾燥、スプレー乾燥、ドラム乾燥、スクリューコンベア乾燥、パドル式乾燥、一軸混練乾燥、多軸混練乾燥、真空乾燥、攪拌乾燥等の中から1種又は2種以上を選択使用して行うことができる。 The mixture can be dried using one or more of the following: rotary kiln drying, disk drying, air flow drying, media flow drying, spray drying, drum drying, screw conveyor drying, paddle drying, single-axis kneading drying, multi-axis kneading drying, vacuum drying, and stirring drying.
乾燥した混合物(乾燥物)は、粉砕して粉状物にする。乾燥物の粉砕は、例えば、ビーズミル、ニーダー、ディスパー、ツイストミル、カットミル、ハンマーミル等の中から1種又は2種以上を選択使用して行うことができる。 The dried mixture (dried material) is pulverized to produce a powder. The dried material can be pulverized using one or more of a bead mill, kneader, disperser, twist mill, cut mill, hammer mill, etc.
粉状物の平均粒子径は、好ましくは1~10000μm、より好ましくは10~5000μm、特に好ましくは100~1000μmである。粉状物の平均粒子径が10000μmを上回ると、樹脂との混練性に劣るものになるおそれがある。他方、粉状物の平均粒子径が1μmを下回るものにするには大きなエネルギーが必要になるため、経済的でない。 The average particle size of the powder is preferably 1 to 10,000 μm, more preferably 10 to 5,000 μm, and particularly preferably 100 to 1,000 μm. If the average particle size of the powder exceeds 10,000 μm, it may be difficult to knead with resin. On the other hand, a large amount of energy is required to reduce the average particle size of the powder to less than 1 μm, which is not economical.
粉状物の平均粒子径の制御は、粉砕の程度を制御することのほか、フィルター、サイクロン等の分級装置を使用した分級によることができる。 The average particle size of powdered materials can be controlled by controlling the degree of grinding, as well as by classification using classification devices such as filters and cyclones.
混合物(粉状物)の嵩比重は、好ましくは0.03~1.0、より好ましくは0.04~0.9、特に好ましくは0.05~0.8である。嵩比重が1.0を超えるということはセルロース繊維同士の水素結合がより強固であり、樹脂中で分散させることは容易ではなくなることを意味する。他方、嵩比重が0.03を下回るものにするのは、移送コストの面から不利である。 The bulk density of the mixture (powder) is preferably 0.03 to 1.0, more preferably 0.04 to 0.9, and particularly preferably 0.05 to 0.8. A bulk density of more than 1.0 means that the hydrogen bonds between the cellulose fibers are stronger, making it difficult to disperse them in the resin. On the other hand, a bulk density of less than 0.03 is disadvantageous in terms of transportation costs.
嵩比重は、JIS K7365に準じて測定した値である。 The bulk density is a value measured in accordance with JIS K7365.
混合物(粉状物)の水分率は、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、特に好ましくは10%以下である。水分率が50%を上回ると、樹脂と混練する際のエネルギーが膨大になり、経済的でない。 The moisture content of the mixture (powdered material) is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and particularly preferably 10% or less. If the moisture content exceeds 50%, the energy required to knead with the resin becomes enormous, which is not economical.
水分率は、定温乾燥機を用いて、試料を105℃で6時間以上保持し質量の変動が認められなくなった時点の質量を乾燥後質量とし、下記式にて算出した値である。
水分率(%)=[(乾燥前質量-乾燥後質量)÷乾燥前質量]×100
The moisture content was calculated by the following formula using a sample kept at 105° C. for 6 hours or more in a constant temperature dryer, and the mass after drying was determined as the mass at which no change in mass was observed.
Moisture content (%) = [(mass before drying - mass after drying) ÷ mass before drying] x 100
以上のようにして得た粉状物(セルロース繊維含有物)は、樹脂と混練し、セルロース複合樹脂を得る。この混練は、例えば、ペレット状の樹脂と粉状物とを混ぜ合わす方法によることのほか、樹脂をまず溶融し、この溶融物の中に粉状物を添加するという方法によることもできる。なお、分散剤は、この段階で添加することもできる。 The powdered material (material containing cellulose fibers) obtained in the above manner is kneaded with resin to obtain a cellulose composite resin. This kneading can be performed, for example, by mixing the resin in pellet form with the powdered material, or by first melting the resin and then adding the powdered material to the melt. A dispersant can also be added at this stage.
混練処理には、例えば、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。これらの中では、二軸以上の多軸混練機を使用することが好ましい。二軸以上の多軸混練機を2機以上、並列又は直列にして、使用しても良い。 For the kneading process, one or more of a single-shaft or multi-shaft kneader having two or more shafts, a mixing roll, a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a screw press, a disperser, etc. can be selected and used. Of these, it is preferable to use a multi-shaft kneader having two or more shafts. Two or more multi-shaft kneaders having two or more shafts may be used in parallel or in series.
混練処理は、混練エネルギーが0.10kw/kg以上となるように行うのが好ましく、0.12~1.00kw/kgとなるように行うのがより好ましく、0.15~0.95kw/kgとなるように行うのが特に好ましい。混練エネルギーが0.10kw/kg未満であると、樹脂と微細セルロース繊維が十分に馴染んでおらず、局所的に微細セルロース繊維高濃度の箇所が生じるためストランド加工する際に折れやすくなる恐れがある。他方、混練エネルギーが1.00kw/kgを超えると、樹脂と微細セルロース繊維は十分に馴染むものの、機械的エネルギーが加わりすぎて複合樹脂が着色する恐れがある。 The kneading process is preferably carried out so that the kneading energy is 0.10 kW/kg or more, more preferably 0.12 to 1.00 kW/kg, and particularly preferably 0.15 to 0.95 kW/kg. If the kneading energy is less than 0.10 kW/kg, the resin and the fine cellulose fibers will not blend sufficiently, and there will be localized areas with high concentrations of the fine cellulose fibers, which may make them more likely to break during strand processing. On the other hand, if the kneading energy exceeds 1.00 kW/kg, although the resin and the fine cellulose fibers will blend sufficiently, there is a risk that the composite resin will become discolored due to the application of too much mechanical energy.
本形態において混練エネルギー(kw/kg)は、混練に要する電力量(kw)÷原料投入量(kg)で算出される。 In this embodiment, the kneading energy (kW/kg) is calculated by the amount of electricity required for kneading (kW) divided by the amount of raw material input (kg).
混練処理の温度は、樹脂のガラス転移点以上であり、樹脂の種類によって異なるが、80~280℃とするのが好ましく、90~260℃とするのがより好ましく、100~240℃とするのが特に好ましい。 The temperature for the kneading process is equal to or higher than the glass transition point of the resin, and varies depending on the type of resin, but is preferably 80 to 280°C, more preferably 90 to 260°C, and particularly preferably 100 to 240°C.
樹脂としては、前述した酸変性樹脂のほか、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の少なくともいずれか一方を使用することができる。 As the resin, in addition to the acid-modified resin described above, at least one of a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used.
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン、脂肪族ポリエステル樹脂や芳香族ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂、ポリスチレン、メタアクリレート、アクリレート等のポリアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the thermoplastic resin, one or more of the following may be selected and used: polyolefins such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE); polyester resins such as aliphatic polyester resins and aromatic polyester resins; polyacrylic resins such as polystyrene, methacrylate, and acrylate; polyamide resins; polycarbonate resins; and polyacetal resins.
ただし、ポリオレフィン及びポリエステル樹脂の少なくともいずれか一方を使用するのが好ましい。また、ポリオレフィンとしては、ポリプロピレンを使用するのが好ましい。さらに、ポリエステル樹脂としては、脂肪族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等を例示することができ、芳香族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート等を例示することができるが、生分解性を有するポリエステル樹脂(単に「生分解性樹脂」ともいう。)を使用するのが好ましい。 However, it is preferable to use at least one of polyolefin and polyester resin. As the polyolefin, it is preferable to use polypropylene. Furthermore, as the polyester resin, examples of aliphatic polyester resins include polylactic acid and polycaprolactone, and examples of aromatic polyester resins include polyethylene terephthalate, but it is preferable to use a biodegradable polyester resin (also simply called "biodegradable resin").
生分解性樹脂としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、カプロラクトン系脂肪族ポリエステル、二塩基酸ポリエステル等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the biodegradable resin, for example, one or more types can be selected from hydroxycarboxylic acid-based aliphatic polyesters, caprolactone-based aliphatic polyesters, dibasic acid polyesters, etc.
ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、乳酸、リンゴ酸、グルコース酸、3-ヒドロキシ酪酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体や、これらのヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも1種を用いた共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、ポリ乳酸、乳酸と乳酸を除く上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリカプロラクトン、上記ヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも1種とカプロラクトンとの共重合体を使用するのが好ましく、ポリ乳酸を使用するのが特に好ましい。 As the hydroxycarboxylic acid-based aliphatic polyester, one or more of homopolymers of hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, malic acid, glucose acid, 3-hydroxybutyric acid, etc., and copolymers using at least one of these hydroxycarboxylic acids can be selected and used. However, it is preferable to use polylactic acid, copolymers of lactic acid and the above hydroxycarboxylic acids other than lactic acid, polycaprolactone, and copolymers of at least one of the above hydroxycarboxylic acids and caprolactone, and it is particularly preferable to use polylactic acid.
この乳酸としては、例えば、L-乳酸やD-乳酸等を使用することができ、これらの乳酸を単独で使用しても、2種以上を選択して使用してもよい。 For example, L-lactic acid or D-lactic acid can be used as the lactic acid, and these lactic acids can be used alone or in combination of two or more types.
カプロラクトン系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、ポリカプロラクトンの単独重合体や、ポリカプロラクトン等と上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the caprolactone-based aliphatic polyester, one or more types can be selected and used from, for example, a homopolymer of polycaprolactone, a copolymer of polycaprolactone or the like with the above-mentioned hydroxycarboxylic acid, etc.
二塩基酸ポリエステルとしては、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the dibasic acid polyester, for example, one or more of polybutylene succinate, polyethylene succinate, polybutylene adipate, etc. can be selected and used.
生分解性樹脂は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 Biodegradable resins may be used alone or in combination of two or more types.
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性ポリイミド系樹脂等を使用することができる。これらの樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用することができる。 Examples of thermosetting resins that can be used include phenolic resins, urea resins, melamine resins, furan resins, unsaturated polyesters, diallyl phthalate resins, vinyl ester resins, epoxy resins, urethane resins, silicone resins, and thermosetting polyimide resins. These resins can be used alone or in combination of two or more.
マイクロ繊維セルロース及び樹脂の配合は、まず、マスターバッチを製作するにおいては、マイクロ繊維セルロースの配合率が、好ましくは50~70質量%、より好ましくは52~69質量%、特に好ましくは55~67質量%である。配合率が50質量%未満であると、ストランド加工は問題ないものの、任意の微細セルロース繊維濃度に希釈する際の選択肢が狭まる。他方、配合率が70質量%を超えると、微細セルロース繊維濃度の選択範囲は広がるものの、繊維配合率が高いことからストランドが剛直になりすぎて自重で折れやすくなり、ストランド加工に支障をきたす恐れがある。 When blending microfiber cellulose and resin, first, in producing a master batch, the blending ratio of microfiber cellulose is preferably 50 to 70 mass%, more preferably 52 to 69 mass%, and particularly preferably 55 to 67 mass%. If the blending ratio is less than 50 mass%, strand processing will not be a problem, but the options for dilution to an arbitrary fine cellulose fiber concentration will be narrowed. On the other hand, if the blending ratio exceeds 70 mass%, the range of options for fine cellulose fiber concentration will be wider, but the high fiber blending ratio will make the strands too rigid and prone to breaking under their own weight, which may cause problems in strand processing.
また、マスターバッチに樹脂を追加してセルロース繊維の濃度を下げる場合においては、マイクロ繊維セルロースの配合率が、好ましくは1~40質量%、より好ましくは5~30質量%、特に好ましくは10~20質量%である。配合率が1質量%未満であると、複合樹脂中の微細セルロース繊維の存在量が少なすぎて、繊維補強等の特性が発揮できない恐れがある。他方、配合率が40質量%を超えると、成形加工性に必要な流動性が不足し、望む形状に成形加工できない恐れがある。また、成形加工を無理やりしようとして温度を上げすぎて材料が着色したり、焦げ等の変性が生じる恐れがある。 In addition, when resin is added to the master batch to reduce the concentration of cellulose fibers, the blending ratio of microfiber cellulose is preferably 1 to 40 mass%, more preferably 5 to 30 mass%, and particularly preferably 10 to 20 mass%. If the blending ratio is less than 1 mass%, the amount of fine cellulose fibers present in the composite resin may be too small, and properties such as fiber reinforcement may not be exhibited. On the other hand, if the blending ratio exceeds 40 mass%, the fluidity required for moldability may be insufficient, and molding into the desired shape may not be possible. In addition, if the temperature is raised too high in an attempt to force molding, the material may become discolored or may become denatured, such as scorched.
なお、最終的に得られセルロース繊維複合樹脂に含まれるマイクロ繊維セルロース配合率は、通常、マイクロ繊維セルロースの上記配合率と同じとなる。 The microfiber cellulose content of the final cellulose fiber composite resin is usually the same as the above-mentioned microfiber cellulose content.
本形態においてマイクロ繊維セルロース及び樹脂を含む混練物は、マスターバッチとする場合において、せん断速度2432s-1における溶融粘度が、好ましくは230Pa・s以下、より好ましくは10~229Pa・s、特に好ましくは50~228Pa・sである。溶融粘度が230Pa・sを超えると、ストランド加工する際に、剛直になりすぎることから、ストランドが自重で折れやすくなり、連続的にストランド加工することが難しく、ペレット形状への加工に支障をきたす恐れがある。他方、溶融粘度が10Pa・s未満であると、ストランド加工時にストランド同士が付着しやすくなり、付着すると連続的にストランド加工することが難しく、ペレット形状への加工に支障をきたす恐れがある。 In this embodiment, when the kneaded material containing microfiber cellulose and resin is used as a master batch, the melt viscosity at a shear rate of 2432 s -1 is preferably 230 Pa.s or less, more preferably 10 to 229 Pa.s, and particularly preferably 50 to 228 Pa.s. If the melt viscosity exceeds 230 Pa.s, the strands become too rigid during strand processing, so that the strands tend to break under their own weight, making it difficult to perform continuous strand processing, and there is a risk of interfering with processing into a pellet shape. On the other hand, if the melt viscosity is less than 10 Pa.s, the strands tend to adhere to each other during strand processing, and if they adhere, it is difficult to perform continuous strand processing, and there is a risk of interfering with processing into a pellet shape.
なお、セルロース繊維及び樹脂の混練に際しては、セルロース繊維の周囲に疎水性である樹脂成分が存在する。他方、セルロース繊維の分散液中においては、セルロース繊維の周囲に親水性である水等の媒体が存在する。そして、親水性媒体中においては、セルロース繊維及び媒体の相互作用が非常に大きく、解繊度合いの大きい微細繊維であってもスラリーの粘度が大きく上昇する。他方、複合樹脂の溶融粘度は繊維サイズが小さいほど下がるが、繊維サイズが小さすぎると、水分散液から水を除去する際に生じる繊維の凝集力が大きすぎて混練時のシェアで解れづらくなり、物性低下の要因となる凝集塊が残るマスターバッチとなるおそれがある。 When cellulose fibers and resin are mixed, hydrophobic resin components are present around the cellulose fibers. On the other hand, in a dispersion of cellulose fibers, a hydrophilic medium such as water is present around the cellulose fibers. In a hydrophilic medium, the interaction between the cellulose fibers and the medium is very large, and the viscosity of the slurry increases significantly even for fine fibers with a high degree of defibration. On the other hand, the melt viscosity of the composite resin decreases as the fiber size becomes smaller, but if the fiber size is too small, the cohesive force of the fibers generated when removing water from the aqueous dispersion is too large, making it difficult to disintegrate by shear during mixing, and there is a risk of the master batch remaining with agglomerates that cause a decrease in physical properties.
本形態においてせん断速度は、24~12,160s-1の範囲で測定した値である。また、溶融粘度は、JIS K 7199に準拠した方法で、キャピログラフ1D(東洋精機製)を用いて測定したせん断速度2,432s-1の際の値である。 In this embodiment, the shear rate is a value measured in the range of 24 to 12,160 s -1 . The melt viscosity is a value measured at a shear rate of 2,432 s-1 using a Capilograph 1D (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) according to a method in accordance with JIS K 7199.
本形態においてマイクロ繊維セルロース及び樹脂を含む混練物の密度は、マスターバッチとする場合において、好ましくは1.10~1.40g/cm3、より好ましくは1.12~1.30g/cm3、特に好ましくは1.14~1.25g/cm3である。1.10g/cm3以上の範囲内とすることで、他の樹脂と複合化する(希釈する)際に、他の樹脂(一般的に0.9~2.0g/cm3程度)に近い密度となり、複合化の際に振動によってマスターバッチと希釈用樹脂との極端な偏りが生じるのを防ぐことができる。より詳細には、混練物(マスターバッチ)の密度が1.10g/cm3未満であると、微細セルロース繊維が空気を含んだ凝集塊として存在することで、所定のセルロース濃度に調整して使用しても、凝集塊が樹脂補強等の所望する効果を発揮しない恐れがある。他方、混練物(マスターバッチ)の密度が1.40g/cm3を超えると、他の樹脂と複合化する(希釈する)際に、使用する樹脂によっては偏りが生じ、均一に複合化できなくなる恐れがある。 In this embodiment, the density of the kneaded product containing microfiber cellulose and resin is preferably 1.10 to 1.40 g/cm 3 , more preferably 1.12 to 1.30 g/cm 3 , and particularly preferably 1.14 to 1.25 g/cm 3 when used as a master batch. By setting the density within the range of 1.10 g/cm 3 or more, when compounding (diluting) with other resin, the density becomes close to other resin (generally about 0.9 to 2.0 g/cm 3 ), and it is possible to prevent extreme bias between the master batch and the dilution resin caused by vibration during compounding. More specifically, if the density of the kneaded product (master batch) is less than 1.10 g/cm 3 , the fine cellulose fibers exist as agglomerates containing air, and even if the cellulose concentration is adjusted to a predetermined concentration and used, the agglomerates may not exhibit the desired effect such as resin reinforcement. On the other hand, if the density of the kneaded product (master batch) exceeds 1.40 g/ cm3 , when compounding (diluting) with other resins, depending on the resin used, there is a risk that unevenness will occur and it will not be possible to compound uniformly.
以上の密度は、JIS K 7112に準拠して測定した値である。 The above densities are values measured in accordance with JIS K 7112.
本形態においてマイクロ繊維セルロース及び樹脂を含む混練物のシャルピー衝撃強さ(ノッチ付)は、マスターバッチとする場合において、好ましくは2.0kJ/m2以上、より好ましくは2.1~10.0kJ/m2、特に好ましくは2.2~5.0kJ/m2である。シャルピー衝撃強さ(ノッチ付)が2.0kJ/m2未満であると、セルロース繊維と樹脂との界面接着性が不足し、他の樹脂によって希釈して使用する際に、セルロース繊維が樹脂中で孤立し、補強繊維として作用せず、逆にセルロース繊維が欠点となり、外力を受けた際に破断し易くなるおそれがある。 In this embodiment, the Charpy impact strength (notched) of the kneaded product containing microfiber cellulose and resin, when used as a master batch, is preferably 2.0 kJ/m 2 or more, more preferably 2.1 to 10.0 kJ/m 2 , and particularly preferably 2.2 to 5.0 kJ/m 2. If the Charpy impact strength (notched) is less than 2.0 kJ/m 2 , the interfacial adhesion between the cellulose fiber and the resin is insufficient, and when used after diluting with another resin, the cellulose fiber is isolated in the resin and does not act as a reinforcing fiber, and conversely, the cellulose fiber becomes a defect and is likely to break when subjected to an external force.
以上のシャルピー衝撃強さ(ノッチ付)は、JIS K 7111に準拠して測定した値である。 The above Charpy impact strength (notched) values were measured in accordance with JIS K 7111.
本形態においてマイクロ繊維セルロース及び樹脂を含む混練物の荷重たわみ温度は、マスターバッチとする場合において、好ましくは145℃以上、より好ましくは147~160℃、特に好ましくは149~155℃である。荷重たわみ温度が145℃未満であると、セルロース繊維が樹脂中に分散せずに偏って存在し、他の樹脂で希釈して使用する際に、セルロース繊維が樹脂中にうまく分散せず、均質性が損なわれ、変形等のリスクがある。 In this embodiment, the deflection temperature under load of the kneaded material containing microfiber cellulose and resin is preferably 145°C or higher, more preferably 147 to 160°C, and particularly preferably 149 to 155°C, when used as a master batch. If the deflection temperature under load is less than 145°C, the cellulose fibers will not disperse in the resin and will be unevenly distributed. When diluted with other resin for use, the cellulose fibers will not disperse well in the resin, compromising homogeneity and raising the risk of deformation, etc.
以上の荷重たわみ温度は、JIS K 7191に準拠して測定した値である。 The above deflection temperatures under load were measured in accordance with JIS K 7191.
本形態においてマイクロ繊維セルロース及び樹脂を含む混練物のメルトフローレート(190℃)は、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.005~3.0、特に好ましくは0.01~1.0である。メルトフローレートが0.001未満であると、希釈混練時に多大なエネルギーが必要となり、希釈混練時の着色や、物性低下のおそれがある。 In this embodiment, the melt flow rate (190°C) of the kneaded product containing microfiber cellulose and resin is preferably 0.001 or more, more preferably 0.005 to 3.0, and particularly preferably 0.01 to 1.0. If the melt flow rate is less than 0.001, a large amount of energy is required during dilution and kneading, and there is a risk of discoloration during dilution and kneading, or a decrease in physical properties.
以上のメルトフローレートは、JIS K 7210に準拠して測定した値である。 The melt flow rates above are values measured in accordance with JIS K 7210.
マイクロ繊維セルロース及び樹脂の溶解パラメータ(cal/cm3)1/2(SP値)の差は、マイクロ繊維セルロースのSPMFC値、樹脂のSPPOL値とすると、「SP値の差=SPMFC値-SPPOL値」とすることができる。このSP値の差は10~0.1が好ましく、8~0.5がより好ましく、5~1が特に好ましい。SP値の差が10を超えると、樹脂中でマイクロ繊維セルロースが分散せず、補強効果を得ることはできない可能性がある。他方、SP値の差が0.1未満であるとマイクロ繊維セルロースが樹脂に溶解してしまい、フィラーとして機能せず、補強効果が得られない可能性がある。この点、樹脂(溶媒)のSPPOL値とマイクロ繊維セルロース(溶質)のSPMFC値の差が小さい程、補強効果が大きい。 The difference in the solubility parameters (cal/cm 3 ) 1/2 (SP value) of the microfiber cellulose and the resin can be expressed as "difference in SP value = SP MFC value - SP POL value" when the SP MFC value of the microfiber cellulose and the SP POL value of the resin are taken as the SP MFC value of the microfiber cellulose and the SP POL value of the resin. The difference in SP value is preferably 10 to 0.1, more preferably 8 to 0.5, and particularly preferably 5 to 1. If the difference in SP value exceeds 10, the microfiber cellulose may not disperse in the resin and the reinforcing effect may not be obtained. On the other hand, if the difference in SP value is less than 0.1, the microfiber cellulose may dissolve in the resin and not function as a filler, and the reinforcing effect may not be obtained. In this regard, the smaller the difference between the SP POL value of the resin (solvent) and the SP MFC value of the microfiber cellulose (solute), the greater the reinforcing effect.
溶解パラメータ(cal/cm3)1/2(SP値)とは、溶媒-溶質間に作用する分子間力を表す尺度であり、SP値が近い溶媒と溶質であるほど、溶解度が増す。 The solubility parameter (cal/cm 3 ) 1/2 (SP value) is a measure of the intermolecular force acting between a solvent and a solute, and the closer the SP values of a solvent and a solute are, the higher the solubility.
(成形処理)
セルロース繊維含有物及び樹脂の混練物は、必要により再度混練する等した後、所望の形状に成形することができる。この成形の大きさや厚さ、形状等は、特に限定されず、例えば、シート状、ペレット状、粉末状、繊維状等とすることができる。
(Molding process)
The kneaded mixture of the cellulose fiber-containing material and the resin can be molded into a desired shape after being kneaded again if necessary. The size, thickness, shape, etc. of the molded product are not particularly limited, and can be, for example, a sheet, pellet, powder, fiber, etc.
成形処理の際の温度は、樹脂のガラス転移点以上であり、樹脂の種類によって異なるが、例えば90~260℃、好ましくは100~240℃である。 The temperature during the molding process is equal to or higher than the glass transition point of the resin, and varies depending on the type of resin, but is, for example, 90 to 260°C, preferably 100 to 240°C.
混練物の成形は、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等によることができる。また、混練物を紡糸して繊維状にし、前述した植物材料等と混繊してマット形状、ボード形状とすることもできる。混繊は、例えば、エアーレイにより同時堆積させる方法等によることができる。 The kneaded material can be molded by, for example, mold molding, injection molding, extrusion molding, hollow molding, foam molding, etc. The kneaded material can also be spun into fibers and mixed with the above-mentioned plant materials to form a mat or board shape. The fibers can be mixed by, for example, simultaneous deposition using air laying.
混練物を成形する装置としては、例えば、射出成形機、吹込成形機、中空成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、押出成形機、真空成形機、圧空成形機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As a machine for molding the kneaded material, for example, one or more of an injection molding machine, a blow molding machine, a hollow molding machine, a blow molding machine, a compression molding machine, an extrusion molding machine, a vacuum molding machine, a pressure molding machine, etc. can be selected and used.
以上の成形は、混練に続いて行うことも、混練物をいったん冷却し、破砕機等を使用してチップ化した後、このチップを押出成形機や射出成形機等の成形機に投入して行うこともできる。もちろん、成形は、本発明の必須の要件ではない。 The above molding can be carried out following kneading, or the kneaded material can be cooled and chipped using a crusher or the like, and the chips can then be fed into a molding machine such as an extrusion molding machine or an injection molding machine. Of course, molding is not an essential requirement of the present invention.
(その他)
セルロース繊維含有物には、マイクロ繊維セルロースと共にセルロースナノファイバーが含まれていてもよい。セルロースナノファイバーは、マイクロ繊維セルロースと同様に微細繊維であり、樹脂の強度向上にとってマイクロ繊維セルロースを補完する役割を有する。ただし、可能であれば、微細繊維としてセルロースナノファイバーを含むことなくマイクロ繊維セルロースのみによる方が好ましい。なお、セルロースナノファイバーの平均繊維径(平均繊維幅。単繊維の直径平均。)は、好ましくは4~100nm、より好ましくは10~80nmである。
(others)
The cellulose fiber-containing material may contain cellulose nanofibers together with microfiber cellulose. Cellulose nanofibers are fine fibers like microfiber cellulose, and play a role in complementing microfiber cellulose in improving the strength of resins. However, if possible, it is preferable to use only microfiber cellulose as fine fibers without including cellulose nanofibers. The average fiber diameter of the cellulose nanofibers (average fiber width; average diameter of a single fiber) is preferably 4 to 100 nm, more preferably 10 to 80 nm.
また、セルロース繊維含有物には、パルプが含まれていてもよい。パルプは、セルロース繊維スラリーの脱水性を大幅に向上する役割を有する。ただし、パルプについてもセルロースナノファイバーの場合と同様に、配合しないのが、つまり含有率0質量%であるのが最も好ましい。 The cellulose fiber-containing material may also contain pulp. Pulp plays a role in significantly improving the dewaterability of the cellulose fiber slurry. However, as with cellulose nanofibers, it is most preferable not to include pulp, i.e., to have a content of 0% by mass.
樹脂組成物(セルロース繊維複合樹脂)には、微細繊維やパルプ等のほか、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、各種針葉樹(スギ及びヒノキ等)、広葉樹及び綿花などの各種植物体から得られた植物材料に由来する繊維を含ませることもでき、含まれていてもよい。 The resin composition (cellulose fiber composite resin) can contain, or may contain, in addition to fine fibers and pulp, fibers derived from plant materials obtained from various plants such as kenaf, jute, Manila hemp, sisal, gampi, mitsumata, paper mulberry, banana, pineapple, coconut, corn, sugarcane, bagasse, palm, papyrus, reed, esparto, sabai grass, wheat, rice, bamboo, various coniferous trees (such as cedar and cypress), broadleaf trees, and cotton.
樹脂組成物には、例えば、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、着色剤、ラジカル捕捉剤、発泡剤等の中から1種又は2種以上を選択して、本発明の効果を阻害しない範囲で添加することができる。これらの原料は、マイクロ繊維セルロースの分散液に添加しても、セルロース繊維含有物(スラリー)に添加しても、セルロース繊維含有物及び樹脂の混練の際に添加しても、これらの混練物に添加しても、その他の方法で添加してもよい。ただし、製造効率の面からは、セルロース繊維含有物及び樹脂の混練の際に添加するのが好ましい。 For example, one or more of antistatic agents, flame retardants, antibacterial agents, colorants, radical scavengers, foaming agents, etc. may be selected and added to the resin composition within a range that does not impair the effects of the present invention. These raw materials may be added to the dispersion liquid of microfiber cellulose, to the cellulose fiber-containing material (slurry), when the cellulose fiber-containing material and resin are kneaded, to these kneaded materials, or by other methods. However, from the viewpoint of production efficiency, it is preferable to add them when the cellulose fiber-containing material and resin are kneaded.
樹脂組成物には、ゴム成分として、エチレン-αオレフィン共重合エラストマー又はスチレン-ブタジエンブロック共重合体が含有されていてもよい。α-オレフィンの例としては、例えば、ブテン、イソブテン、ペンテン、ヘキセン、メチル-ペンテン、オクテン、デセン、ドデセン等が挙げられる。 The resin composition may contain an ethylene-α-olefin copolymer elastomer or a styrene-butadiene block copolymer as a rubber component. Examples of α-olefins include butene, isobutene, pentene, hexene, methyl-pentene, octene, decene, and dodecene.
次に、本発明の実施例を説明する。
水分率50%以下の針葉樹晒クラフトパルプまたは広葉樹晒クラフトパルプまたはこれらの混合物に、固形分濃度40%の尿素水溶液を用いて、固形分換算の質量比でパルプ:尿素が100:10の割合となるように添加した後、105℃で乾燥させた。その後、170℃、1時間静置することで反応させ、カルバメート変性パルプを得た。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
A urea aqueous solution with a solid content of 40% was added to softwood bleached kraft pulp or hardwood bleached kraft pulp or a mixture thereof having a moisture content of 50% or less, so that the mass ratio of pulp to urea was 100:10 in terms of solid content, and the mixture was then dried at 105° C. Then, the mixture was allowed to stand at 170° C. for 1 hour to cause a reaction, and a carbamate-modified pulp was obtained.
得られたカルバメート変性パルプに対して蒸留水で希釈攪拌して、脱水洗浄を2回繰り返し、固形分濃度3.0質量%に調整することで洗浄後カルバメート変性パルプを得た。 The resulting carbamate-modified pulp was diluted with distilled water, stirred, and dehydrated and washed twice to adjust the solids concentration to 3.0% by mass, yielding a washed carbamate-modified pulp.
洗浄後カルバメート変性パルプを叩解機を用いて、Fine率(FS5による繊維長分布測定で0.2mm以下の繊維の割合)が40%以上となるまで叩解して、カルバメート変性マイクロ繊維セルロース(平均繊維径14~19μm)を得た。 After washing, the carbamate-modified pulp was beaten using a beater until the fine ratio (the proportion of fibers with a length distribution of 0.2 mm or less as measured by FS5) reached 40% or more, yielding carbamate-modified microfiber cellulose (average fiber diameter 14-19 μm).
固形分濃度3.0質量%のカルバメート変性マイクロ繊維セルロース1000gに、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを絶乾重量で15gとポリプロピレン粉末を絶乾重量で0~8g添加し、攪拌後、140℃に加熱した接触式乾燥機を用いて加熱乾燥し、カルバメート変性セルロース繊維含有物を得た。このカルバメート変性セルロース繊維含有物の含水率5~20%であった。 15 g of maleic anhydride modified polypropylene (by bone dry weight) and 0 to 8 g of polypropylene powder (by bone dry weight) were added to 1000 g of carbamate modified microfiber cellulose with a solid content concentration of 3.0% by mass, stirred, and then heated and dried using a contact dryer heated to 140°C to obtain a material containing carbamate modified cellulose fibers. The moisture content of this material containing carbamate modified cellulose fibers was 5 to 20%.
以上のようにして得たカルバメート変性セルロース繊維含有物を、直径15mmの二軸押出機を用いて、165℃~180℃、75~200rpmの条件で、混練時の比エネルギーが0.1~1.0となる条件で二軸混練機にて混練し、2mm径、2mm長の円柱状にカットすることで、繊維配合率55.0~66.7%のカルバメート変性セルロース繊維複合樹脂を得た。 The carbamate-modified cellulose fiber-containing material obtained in the above manner was kneaded in a twin-screw extruder with a diameter of 15 mm at 165°C to 180°C, 75 to 200 rpm, and a specific energy during kneading of 0.1 to 1.0. The material was then cut into cylindrical shapes with a diameter of 2 mm and a length of 2 mm, yielding a carbamate-modified cellulose fiber composite resin with a fiber loading ratio of 55.0 to 66.7%.
繊維配合率55.0~66.7%のカルバメート変性セルロース繊維複合樹脂とPPペレットを用いて、混合後の繊維配合率が10.0%となるようにドライブレンドし、180℃、200rpmの条件で二軸混練機にて混練し、ペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットすることで、繊維配合率10%のカルバメート変性セルロース繊維複合樹脂を得た。 A carbamate-modified cellulose fiber composite resin with a fiber loading ratio of 55.0 to 66.7% and PP pellets were dry-blended so that the fiber loading ratio after mixing was 10.0%, and the mixture was kneaded in a twin-screw kneader at 180°C and 200 rpm, and cut into cylindrical shapes with a diameter of 2 mm and a length of 2 mm using a pelleter, to obtain a carbamate-modified cellulose fiber composite resin with a fiber loading ratio of 10%.
各繊維配合率10%のカルバメート変性セルロース繊維複合樹脂を用いて、180℃で直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)に射出成形した。各試験片について、ストランドの可否、溶融粘度、曲げ弾性率、曲げ強度を調べた。試験の方法は、次のとおりとした。 Carbamate-modified cellulose fiber composite resins with a fiber loading rate of 10% were injection molded at 180°C into rectangular specimens (length 59 mm, width 9.6 mm, thickness 3.8 mm). Each specimen was examined for strand formation, melt viscosity, flexural modulus, and flexural strength. The test methods were as follows:
ストランド可否(加工性):押出機出口から引ける長さが150cm以上の場合を◎、10~150cmの場合を△、10cm以下の場合を×とした。 Strandability (processability): If the length that can be pulled from the extruder outlet is 150 cm or more, it is rated as ◎, if it is 10-150 cm, it is rated as △, and if it is 10 cm or less, it is rated as ×.
曲げ弾性率:JIS K7171準拠の曲げ試験において、2.0GPa以上を〇、2.0GPa未満を×とした。 Flexural modulus: In a bending test conforming to JIS K7171, 2.0 GPa or more was rated as ◯, and less than 2.0 GPa was rated as ×.
曲げ強度:JIS K7171準拠の曲げ試験において、65.0MPa以上を〇、65.0MPa未満を×とした。 Bending strength: In bending tests conforming to JIS K7171, 65.0 MPa or more was rated as ◯, and less than 65.0 MPa was rated as ×.
本発明は、セルロース繊維複合樹脂及びその製造方法として利用可能である。 The present invention can be used as a cellulose fiber composite resin and a method for producing the same.
Claims (8)
せん断速度2432s-1における溶融粘度が230Pa・s以下である、
ことを特徴とするセルロース繊維複合樹脂。 The present invention comprises carbamate-modified fine fibers having an average fiber diameter of 5 to 19 μm and a resin,
The melt viscosity at a shear rate of 2432 s -1 is 230 Pa s or less;
A cellulose fiber composite resin characterized by:
請求項1に記載のセルロース繊維複合樹脂。 The blending ratio of the fine fibers is 50 to 90%.
The cellulose fiber composite resin according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載のセルロース繊維複合樹脂。 The density of the resin is 0.80 to 1.00 g/cm 3 ;
The cellulose fiber composite resin according to claim 1 or 2.
請求項1又は請求項2に記載のセルロース繊維複合樹脂。 The resin is maleic anhydride modified polypropylene.
The cellulose fiber composite resin according to claim 1 or 2.
請求項1に記載のセルロース繊維複合樹脂。 The average fiber length of the fine fibers is less than 0.5 mm.
The cellulose fiber composite resin according to claim 1.
請求項1に記載のセルロース繊維複合樹脂。 The fibrillation rate of the fine fibers is 3% or less.
The cellulose fiber composite resin according to claim 1.
請求項1に記載のセルロース繊維複合樹脂。 The carbamate ratio of the fine fibers is 2.0 mmol/g or less.
The cellulose fiber composite resin according to claim 1.
混練エネルギー0.10kw/kg以上で混錬し、せん断速度2432s-1における溶融粘度を230Pa・s以下とする、
ことを特徴とするセルロース繊維複合樹脂の製造方法。 A carbamate-modified fine fiber having an average fiber diameter of 5 to 19 μm and a resin,
Kneading is performed with a kneading energy of 0.10 kW/kg or more, and the melt viscosity at a shear rate of 2432 s -1 is set to 230 Pa s or less.
A method for producing a cellulose fiber composite resin comprising the steps of:
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