JP4957636B2 - 表面修飾バイオファイバー、その製造方法、および表面修飾バイオファイバーを含有する樹脂複合材料 - Google Patents
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Description
先ず、本発明に用いられるバイオファイバー(以下、「BF」と略すこともある。)およびアルキルまたはアルケニルケテンダイマー(以下、「AKD」と略すこともある。)について説明する。
で表される。
本発明にかかるBF分散処理工程は、水に前記バイオファイバーを添加して機械的攪拌処理を施し、BF水分散液を調製する工程である。前記機械的攪拌処理としては、ホモジナイザーによる処理、超音波処理、グラインダーミルやビーズミルによる処理などが挙げられる。このような機械的攪拌処理によりバイオファイバーを微分散させること可能となる。また、このような観点から、ホモジナイザーによる処理がより好ましい。
本発明にかかるAKD混合工程は、前記BF水分散液と前記アルキルまたはアルケニルケテンダイマーとを混合する工程である。これによりバイオファイバーの表面にアルキルまたはアルケニルケテンダイマーを付着させることが可能となる。このAKD混合工程においては、前記混合後、メカニカルスターラーや振とう機などにより攪拌することが好ましい。
本発明にかかる加熱工程は、前記工程で得られたアルキルまたはアルケニルケテンダイマー付着バイオファイバーに加熱処理を施す工程であり、バイオファイバーの表面、例えば表面の水酸基と、未反応のアルキルまたはアルケニルケテンダイマーとを反応させて、バイオファイバーの表面にアルキルまたはアルケニルケテンダイマーをより強固に結合させることが可能となる。これにより、バイオファイバーの表面がアルキルまたはアルケニルケテンダイマーにより化学修飾され、改質される。
本発明の表面修飾バイオファイバーは前記製造方法により得られるものであり、表面にアルキルまたはアルケニルケテンダイマーが結合して表面修飾されたバイオファイバー(AKD−BF)である。このように表面修飾(表面改質)されたAKD−BFは、熱可塑性樹脂との相溶性に優れるため、熱可塑性樹脂中に容易に分散させることができる。特に、本発明のAKD−BFは表面がアルキルまたはアルケニルケテンダイマーで均一に化学修飾されているため、乾燥後も凝集しにくく、熱可塑性樹脂中に容易に高度に分散させることが可能となる。
本発明の樹脂複合材料は、本発明の製造方法により得られた前記表面修飾バイオファイバーと熱可塑性樹脂とを含むものである。本発明の樹脂複合材料中のAKD−BFの含有量は、AKD−BF中のAKD含有量に依存する。例えば、バイオファイバー100質量部に対するAKD添加量が5質量部以上50質量部以下のAKD−BFを用いる場合には、前記AKD−BFの含有量は熱可塑性樹脂とAKD−BFとの合計100質量部に対して2質量部以上20質量部以下が好ましく、5質量部以上20質量部以下がより好ましい。また、バイオファイバー100質量部に対するAKD添加量が50質量部超200質量部未満のAKD−BFを用いる場合には、前記AKD−BFの含有量は熱可塑性樹脂とAKD−BFとの合計100質量部に対して2質量部以上10質量部以下が好ましく、2質量部以上5質量部以下がより好ましい。AKD−BF含有量が前記下限未満になると樹脂複合材料においてAKD−BFの添加効果が得られにくい傾向にあり、他方、前記上限を超えるとAKD−BFと熱可塑性樹脂との混練が困難となる傾向にある。
イオン交換水にバイオナノファイバー(ダイセル化学工業(株)製「KY−100S」、直径100〜1000nm)を、BNF濃度が1質量%となるように添加し、ホモジナイザー(アズワン(株)製「MH−1010」)を用いて剪断速度10000s−1および室温の条件で十分に攪拌して、前記バイオナノファイバーを微分散させた。このBNF水分散液の25℃における粘度を、振動式粘度計(山一電機工業(株)「ビスコメイトVM−1G−L」)を用いて測定したところ、500mPa・sであった。
イオン交換水にバイオナノファイバー(ダイセル化学工業(株)製「KY−100S」、直径100〜1000nm)を、BNF濃度が1質量%となるように添加した。このBNF懸濁液の25℃における粘度を実施例1と同様にして測定したところ、1.25mPa・sであった。
バイオナノファイバー100質量部に対するアルキルケテンダイマーの添加量を5質量部に変更した以外は実施例1と同様にしてAKD−BNFを調製した。このAKD−BNFとナイロン12(宇部興産(株)製「UBESTA 3024B」)とを、AKD−BNFとナイロン12との混練物100質量部に対してAKD−BNFが5〜20質量部となるように、二軸押出機((株)テクノベル製「KZW15−60MG」)を用いてシリンダ温度150〜195℃、樹脂温度200℃、スクリュー回転数200rpm、押出速度0.5kg/hの条件で溶融混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
バイオナノファイバー100質量部に対するアルキルケテンダイマーの添加量を15質量部に変更した以外は実施例1と同様にしてAKD−BNFを調製した。このAKD−BNFとナイロン12とを実施例2と同様にして混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
バイオナノファイバー100質量部に対するアルキルケテンダイマーの添加量を50質量部に変更した以外は実施例1と同様にしてAKD−BNFを調製した。このAKD−BNFとナイロン12とを実施例2と同様にして混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
バイオナノファイバー100質量部に対するアルキルケテンダイマーの添加量を200質量部に変更した以外は実施例1と同様にしてAKD−BNFを調製した。このAKD−BNFとナイロン12とを実施例2と同様にして混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
前記AKD−BNFの代わりに未処理のバイオナノファイバー(ダイセル化学工業(株)製「KY−100S」、直径100〜1000nm)を用いた以外は実施例2と同様にしてバイオナノファイバーとナイロン12とを混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
実施例1と同様にホモジナイザー処理を施してBNF水分散液を調製した後、ろ過して固形分を回収し、この固形分を105℃で8時間風乾した。前記AKD−BNFの代わりにこのホモジナイザー処理を施したバイオナノファイバーを用いた以外は実施例2と同様にしてバイオナノファイバーとナイロン12とを混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
ホモジナイザー処理を施して調製した前記AKD−BNFの代わりに比較例1と同様にホモジナイザー処理を施さずに調製したAKD−BNFを用いた以外は実施例4と同様にしてAKD−BNFとナイロン12とを混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
加熱融解させたアルキルケテンダイマー(日本油脂(株)製「ニューパール ハード76G」)5質量部に真空乾燥を施したバイオナノファイバー(ダイセル化学工業(株)製「KY−100S」、直径100〜1000nm)100質量部およびピリジン(和光純薬工業(株)製)1500質量部を添加し攪拌し、バイオナノファイバーの表面にアルキルケテンダイマーを付着させた。このバイオナノファイバーをろ過により回収し、固形分を105℃で8時間風乾し、アルキルケテンダイマーにより表面が化学修飾されたバイオナノファイバー(AKD−BNF)を得た。
バイオナノファイバー100質量部に対するアルキルケテンダイマーの添加量を50質量部に変更した以外は比較例6と同様にしてAKD−BNFを調製した。このAKD−BNFとナイロン12とを比較例6と同様にして混練した。このときの混練状態を評価した結果を表1に示す。
実施例2で得たAKD−BNF(BNF:AKD=100:5)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)を、射出成形機(日精樹脂工業(株)製「PS40E2ASE」)を用いて金型温度60℃、射出時間12秒、冷却時間50秒、加熱筒温度195℃、スクリュー回転数80rpmの条件で第1号ダンベル形状(JIS K7113)に射出成形した。得られた射出成形品の引張弾性率および最大応力を、インストロン型万能試験機(インストロン社製「4302」)を用いてJIS K7113に記載の引張試験方法に準拠して測定した。その結果を表2に示す。
前記AKD−BNF(BNF:AKD=100:5)とナイロン12との混練物の代わりに実施例3で得たAKD−BNF(BNF:AKD=100:15)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)を用いた以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表2に示す。
前記AKD−BNF(BNF:AKD=100:15)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)の代わりに実施例3で得たAKD−BNF(BNF:AKD=100:15)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=20:100)を用いた以外は実施例6と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表2に示す。
前記AKD−BNFとナイロン12との混練物の代わりにナイロン12(宇部興産(株)製「UBESTA 3024B」)のみを射出成形した以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表2に示す。
前記AKD−BNFとナイロン12との混練物の代わりに比較例4で得たホモジナイザー処理を施したバイオナノファイバーとナイロン12との混練物(BNF:BNFとナイロン12との混練物=10:100)を用いた以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表2に示す。
前記水中で調製したAKD−BNFとナイロン12との混練物の代わりに比較例7で得た加熱融解AKD中で調製したAKD−BNFとナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)を用いた以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表2に示す。
前記AKD−BNF(BNF:AKD=100:5)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)の代わりに実施例2で得たAKD−BNF(BNF:AKD=100:5)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=5:100)を用いた以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表3に示す。
前記AKD−BNF(BNF:AKD=100:5)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)の代わりに実施例3で得たAKD−BNF(BNF:AKD=100:15)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=5:100)を用いた以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表3に示す。
前記AKD−BNF(BNF:AKD=100:5)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)の代わりに実施例4で得たAKD−BNF(BNF:AKD=100:50)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=5:100)を用いた以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表3に示す。
前記AKD−BNF(BNF:AKD=100:5)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=10:100)の代わりに比較例2で得たAKD−BNF(BNF:AKD=100:200)とナイロン12との混練物(AKD−BNF:AKD−BNFとナイロン12との混練物=5:100)を用いた以外は実施例5と同様にして第1号ダンベル形状の射出成形品を作製し、その引張弾性率および最大応力を測定した。その結果を表3に示す。
Claims (5)
- 水にバイオファイバーを、バイオファイバー濃度が0.01〜5質量%となるように添加して機械的攪拌処理を施し、25℃における粘度が10〜900mPa・sであるバイオファイバー水分散液を調製する工程と、
前記バイオファイバー水分散液と、該バイオファイバー100質量部に対して1質量部以上200質量部未満のアルキルまたはアルケニルケテンダイマーとを混合し、前記バイオファイバーの表面に前記アルキルまたはアルケニルケテンダイマーを付着させる工程と、
前記アルキルまたはアルケニルケテンダイマー付着バイオファイバーに加熱処理を施す工程と、
を含むことを特徴とする表面修飾バイオファイバーの製造方法。 - 前記機械的攪拌処理における剪断速度が1200〜80000s−1であることを特徴とする請求項1に記載の表面修飾バイオファイバーの製造方法。
- 前記加熱処理の温度が前記アルキルまたはアルケニルケテンダイマーの融点以上200℃以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の表面修飾バイオファイバーの製造方法。
- 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の製造方法により製造されたものであることを特徴とする表面修飾バイオファイバー。
- 請求項4に記載の表面修飾バイオファイバーと熱可塑性樹脂とを含有することを特徴とする樹脂複合材料。
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