JP5754169B2 - Lignin derivative, lignin secondary derivative, lignin resin composition, prepreg and composite structure - Google Patents
Lignin derivative, lignin secondary derivative, lignin resin composition, prepreg and composite structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP5754169B2 JP5754169B2 JP2011040688A JP2011040688A JP5754169B2 JP 5754169 B2 JP5754169 B2 JP 5754169B2 JP 2011040688 A JP2011040688 A JP 2011040688A JP 2011040688 A JP2011040688 A JP 2011040688A JP 5754169 B2 JP5754169 B2 JP 5754169B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lignin
- derivative
- prepreg
- resin composition
- resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
本発明は、リグニン誘導体、リグニン二次誘導体、リグニン樹脂組成物、プリプレグおよび複合構造体に関するものである。 The present invention relates to a lignin derivative, a lignin secondary derivative, a lignin resin composition, a prepreg, and a composite structure.
樹皮、間伐材、建築廃材等の木質系廃材(バイオマス)は、これまでその多くが廃棄処分されている。しかしながら、地球環境保護が重要課題になりつつあり、その観点から、木質系廃材の再利用、リサイクルが検討され始めている。 Many wood-based waste materials (biomass) such as bark, thinned wood, and building waste have been disposed of so far. However, protection of the global environment is becoming an important issue, and from this point of view, the reuse and recycling of wood-based waste materials are being considered.
一般的な木質の主要成分は、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンである。このうち、約30%の割合で含まれるリグニンは、芳香環や、フェノール性水酸基、アルコール性水酸基を豊富に含む構造を有しているため、樹脂原料としての利用が検討されている(例えば、特許文献1参照。)。 Common woody main components are cellulose, hemicellulose and lignin. Among these, lignin contained at a ratio of about 30% has a structure containing abundant aromatic rings, phenolic hydroxyl groups, and alcoholic hydroxyl groups, and therefore, utilization as a resin raw material has been studied (for example, (See Patent Document 1).
このようにリグニンを樹脂原料として利用するためには、木質系廃材からリグニンを単離する必要がある。 Thus, in order to utilize lignin as a resin raw material, it is necessary to isolate lignin from a wooden waste material.
特許文献1には、木粉に液体状のフェノール誘導体を浸透させ、木粉中のリグニンをフェノール誘導体により溶媒和させ、次いで、濃酸を添加してセルロース成分を溶解することにより、リグニンを溶媒和したフェノール誘導体と、セルロース成分を溶解した濃酸との2相に分離し、このうちフェノール誘導体相からリグニンフェノール誘導体を抽出する方法が開示されている。 In Patent Document 1, a liquid phenol derivative is infiltrated into wood flour, lignin in wood flour is solvated with a phenol derivative, and then concentrated acid is added to dissolve the cellulose component, thereby dissolving lignin as a solvent. A method is disclosed in which a hydrated phenol derivative and a concentrated acid in which a cellulose component is dissolved are separated into two phases, and a lignin phenol derivative is extracted from the phenol derivative phase.
また、特許文献1には、木粉にフェノール誘導体を溶解した溶媒を浸透させた後、溶媒を留去し、その後、残存した木粉に濃酸を添加することにより、フェノール誘導体により溶媒和されたリグニンを得る方法が開示されている。 Further, in Patent Document 1, a solvent in which a phenol derivative is dissolved in wood flour is infiltrated, and then the solvent is distilled off. Thereafter, concentrated acid is added to the remaining wood flour, thereby being solvated by the phenol derivative. A method for obtaining lignin is disclosed.
しかしながら、上記のような方法で製造されたリグニン誘導体では、溶融性および溶解性が低いため、基材等に含浸させる場合、その含浸性に乏しい。また、このようなリグニン誘導体は、架橋硬化させても脆く、機械的特性が低いという問題もある。 However, since the lignin derivative produced by the method as described above has low meltability and solubility, when impregnating a base material or the like, the impregnation property is poor. Further, such a lignin derivative has a problem that it is brittle even when it is cross-linked and cured and has low mechanical properties.
本発明の目的は、反応性に優れ、かつ溶融性または溶媒への溶解性に優れたリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体、これらを含み、基材への含浸性に優れたリグニン樹脂組成物、機械的特性(特に曲げ破断時伸び)に優れた樹脂板を製造可能なプリプレグ、およびこのプリプレグを硬化してなる樹脂板(複合構造体)を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a lignin derivative and a lignin secondary derivative excellent in reactivity and excellent in meltability or solubility in a solvent, a lignin resin composition and a machine containing these, and excellent in impregnation into a substrate. Another object of the present invention is to provide a prepreg capable of producing a resin plate excellent in mechanical properties (particularly elongation at bending fracture) and a resin plate (composite structure) formed by curing the prepreg.
このような目的は、下記(1)〜(8)の本発明により達成される。
(1) バイオマスと溶媒とを温度0〜150℃、時間1〜120分で撹拌する前処理を施した後、前記バイオマスを温度200〜380℃、時間480分以下、圧力4〜22MPaで分解することによって製造され、
1H−NMR分析に供されたとき、得られるスペクトルにおける芳香族プロトンに帰属するピークの積分値が、脂肪族プロトンに帰属するピークの積分値の15〜50%であることを特徴とするリグニン誘導体。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (8) below.
(1) After pretreatment of stirring biomass and solvent at a temperature of 0 to 150 ° C. for a time of 1 to 120 minutes, the biomass is decomposed at a temperature of 200 to 380 ° C. for a time of 480 minutes or less and a pressure of 4 to 22 MPa. Manufactured by
When subjected to 1 H-NMR analysis, the integrated value of the peak attributed to the aromatic proton in the obtained spectrum is 15 to 50% of the integrated value of the peak attributed to the aliphatic proton, Derivative.
(2) 前記リグニン誘導体は、水酸基に対して芳香環のオルト位およびパラ位の少なくとも一方が無置換である上記(1)に記載のリグニン誘導体。 (2) The lignin derivative according to (1), wherein the lignin derivative is unsubstituted in at least one of an ortho-position and a para-position of the aromatic ring with respect to a hydroxyl group.
(3) 前記リグニン誘導体は、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定されたポリスチレン換算の数平均分子量が200〜2000である上記(1)または(2)に記載のリグニン誘導体。 (3) The said lignin derivative is a lignin derivative as described in said (1) or (2) whose polystyrene conversion number average molecular weights measured by gel permeation chromatography are 200-2000.
(4) 上記(1)ないし(3)のいずれかに記載のリグニン誘導体に、反応性基を導入してなることを特徴とするリグニン二次誘導体。
(5) 前記反応性基は、エポキシ基である上記(4)に記載のリグニン二次誘導体。
(4) A lignin secondary derivative obtained by introducing a reactive group into the lignin derivative according to any one of (1) to (3) above.
(5) The lignin secondary derivative according to (4), wherein the reactive group is an epoxy group.
(6) 上記(1)ないし(3)のいずれかに記載のリグニン誘導体および請求項4または5に記載のリグニン二次誘導体のうちの少なくとも一方と、架橋剤と、を含むことを特徴とするリグニン樹脂組成物。 (6) It contains at least one of the lignin derivative according to any one of (1) to (3) above and the lignin secondary derivative according to claim 4 or 5, and a crosslinking agent. Lignin resin composition.
(7) 上記(6)に記載のリグニン樹脂組成物を基材に含浸してなることを特徴とするプリプレグ。 (7) A prepreg obtained by impregnating a base material with the lignin resin composition described in (6) above.
(8) 上記(7)に記載のプリプレグを硬化させてなることを特徴とする複合構造体。 (8) A composite structure obtained by curing the prepreg according to (7).
本発明によれば、反応性に優れ、かつ溶融性または溶媒への溶解性に優れたリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体が得られる。また、本発明によれば、基材への含浸性に優れたリグニン樹脂組成物、および、機械的特性(特に曲げ破断時伸び)に優れた樹脂板を製造可能なプリプレグおよびこのプリプレグを硬化してなる樹脂板(複合構造体)が得られる。 According to the present invention, a lignin derivative and a lignin secondary derivative excellent in reactivity and excellent in meltability or solubility in a solvent can be obtained. In addition, according to the present invention, a lignin resin composition excellent in impregnation into a substrate, a prepreg capable of producing a resin plate excellent in mechanical properties (particularly elongation at bending fracture), and the prepreg are cured. Thus obtained resin plate (composite structure) is obtained.
以下、本発明のリグニン誘導体、リグニン二次誘導体、リグニン樹脂組成物、プリプレグおよび複合構造体について、詳細に説明する。 Hereinafter, the lignin derivative, lignin secondary derivative, lignin resin composition, prepreg and composite structure of the present invention will be described in detail.
本発明のリグニン誘導体は、バイオマスを分解して得られるものであって、1H−NMR分析に供されたとき、得られるスペクトルにおける芳香族プロトンに帰属するピークの積分値が、脂肪族プロトンに帰属するピークの積分値の15〜50%であることを特徴とするものである。 The lignin derivative of the present invention is obtained by decomposing biomass, and when subjected to 1 H-NMR analysis, the integrated value of the peak attributed to the aromatic proton in the obtained spectrum is the aliphatic proton. It is characterized by being 15 to 50% of the integrated value of the attributed peak.
また、本発明のリグニン二次誘導体は、上述のリグニン誘導体に反応性基を導入してなるものである。 The secondary lignin derivative of the present invention is obtained by introducing a reactive group into the above lignin derivative.
また、本発明のリグニン樹脂組成物は、上述のリグニン誘導体および上述のリグニン二次誘導体の少なくとも一方と架橋剤とを含むものであり、本発明のプリプレグは、上述のリグニン樹脂組成物を基材に含浸させてなるものである。 The lignin resin composition of the present invention contains at least one of the above lignin derivative and the above lignin secondary derivative and a crosslinking agent, and the prepreg of the present invention is based on the above lignin resin composition. Is impregnated.
<リグニン誘導体およびリグニン二次誘導体>
まず、本発明のリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体について説明する。
<Lignin derivative and lignin secondary derivative>
First, the lignin derivative and lignin secondary derivative of the present invention will be described.
本発明のリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体は、前述したように、バイオマスを分解して得られるものである。 The lignin derivative and the lignin secondary derivative of the present invention are obtained by decomposing biomass as described above.
本発明におけるバイオマスとは、リグニンを含有する植物または植物の加工品である。植物としては、例えば、ブナ、白樺、ナラのような広葉樹、スギ、マツ、ヒノキのような針葉樹、竹、稲わらのようなイネ科植物、椰子殻等が挙げられる。 The biomass in the present invention is a plant containing lignin or a processed product of the plant. Examples of the plant include broad-leaved trees such as beech, birch and oak, conifers such as cedar, pine and cypress, grasses such as bamboo and rice straw, and coconut shells.
このようなリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体は、様々な樹脂製品の原料となり得るが、従来のリグニン誘導体は、溶融性および溶解性が低いため、基材等に含浸させる場合、その含浸性が乏しいことが問題となっていた。また、これらのリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体は、樹脂硬化させても脆く、機械的特性が低い。このため、樹脂原料として利用することが困難であった。 Such lignin derivatives and secondary lignin derivatives can be used as raw materials for various resin products. However, conventional lignin derivatives have low meltability and solubility, so that when impregnated into a substrate, the impregnation property is poor. That was a problem. In addition, these lignin derivatives and lignin secondary derivatives are brittle and have low mechanical properties even when cured with a resin. For this reason, it was difficult to utilize as a resin raw material.
そこで、本発明者は、リグニン誘導体の硬化樹脂の機械的特性に寄与する反応性と基材等への含浸性に寄与する溶融性または溶解性とを両立する条件について鋭意検討を重ねた。そして、リグニン誘導体中のプロトン(水素原子)がいかなる結合状態で存在しているかということが、リグニン誘導体の反応性および溶融性、溶解性を大きく左右する要素であることを見出した。そして、バイオマスを分解して得られたリグニン誘導体を1H−NMR分析に供したとき、得られる化学シフトのスペクトルにおいて、芳香族プロトンに帰属するピークの積分値が、脂肪族プロトンに帰属するピークの積分値の15〜50%であれば、上記課題を確実に解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、芳香族プロトンとして存在するプロトンと脂肪族プロトンとして存在するプロトンとの割合を1H−NMR分析の化学シフトの結果を基にして最適化することにより、優れた反応性と優れた溶融性または溶解性とをバランスよく有する樹脂原料を容易に特定し得ることを見出したのである。 Therefore, the present inventor has intensively studied the conditions for achieving both the reactivity that contributes to the mechanical properties of the cured resin of the lignin derivative and the meltability or solubility that contributes to the impregnation property to the base material. The present inventors have found that the bonding state of protons (hydrogen atoms) in the lignin derivative is a factor that greatly affects the reactivity, meltability, and solubility of the lignin derivative. Then, when the lignin derivative obtained by decomposing biomass is subjected to 1 H-NMR analysis, in the obtained chemical shift spectrum, the integrated value of the peak attributed to the aromatic proton is the peak attributed to the aliphatic proton. It has been found that the above-mentioned problem can be reliably solved if the integrated value is 15 to 50%, and the present invention has been completed. In other words, by optimizing the ratio of protons present as aromatic protons and protons present as aliphatic protons based on the chemical shift results of 1 H-NMR analysis, excellent reactivity and excellent meltability Alternatively, it has been found that a resin raw material having a good balance between solubility can be easily specified.
また、芳香族プロトンに帰属するピークの積分値は、脂肪族プロトンに帰属するピークの積分値に対する比率が15〜50%とされるが、好ましくは15〜45%程度とされ、より好ましくは20〜40%程度とされ、さらに好ましくは20〜35%程度とされる。 Further, the integral value of the peak attributed to the aromatic proton is 15 to 50% of the peak value attributed to the aliphatic proton, preferably about 15 to 45%, more preferably 20%. About 40%, more preferably about 20-35%.
なお、前記比率が前記下限値を下回ると、一般的な硬化剤の作用により架橋反応を生じる反応サイトあるいは反応性基を導入するための反応サイトが脂肪族基で置換されていて基材とのなじみが悪くなるため、樹脂原料として用いたときに、基材への含浸性が著しく低下する。一方、前記比率が前記上限値を上回ると、樹脂原料として利用したときに、曲げ破断時の伸びが低下するなど機械的特性が低下したり、樹脂原料として利用することが困難になる。 When the ratio falls below the lower limit, a reaction site that causes a crosslinking reaction by the action of a general curing agent or a reaction site for introducing a reactive group is substituted with an aliphatic group, and Since the familiarity is deteriorated, the impregnation property to the base material is remarkably lowered when used as a resin raw material. On the other hand, when the ratio exceeds the upper limit, when used as a resin raw material, mechanical properties such as elongation at the time of bending fracture are lowered, or it is difficult to use as a resin raw material.
また、芳香族プロトンおよび脂肪族プロトンは、1H−NMR分析の化学シフトのスペクトルにおいて、離れた位置にピークを生じるため、ピークの分離が可能であり、ピークの同定および積分値の算出を行うことができる。 In addition, since aromatic protons and aliphatic protons have peaks at distant positions in the chemical shift spectrum of 1 H-NMR analysis, peaks can be separated, and peak identification and integral calculation are performed. be able to.
具体的には、分析の基準物質としてテトラメチルシランを用いた場合、一般的には、芳香族プロトンに帰属するピークは6〜8ppm付近に位置する。また、脂肪族プロトンに帰属するピークは0.5〜5ppm付近に位置することとなる。 Specifically, when tetramethylsilane is used as a reference substance for analysis, generally, a peak attributed to an aromatic proton is located in the vicinity of 6 to 8 ppm. In addition, the peak attributed to the aliphatic proton is located in the vicinity of 0.5 to 5 ppm.
ここで、リグニン誘導体は、フェノール誘導体を単位構造とする化合物である。この単位構造は、化学的および生物学的に安定な炭素−炭素結合や炭素−酸素−炭素結合を有するため、化学的な劣化や生物的分解を受け難い。このため、リグニン誘導体は、樹脂原料として有用とされる。 Here, the lignin derivative is a compound having a phenol derivative as a unit structure. Since this unit structure has a chemically and biologically stable carbon-carbon bond or carbon-oxygen-carbon bond, it is less susceptible to chemical degradation and biological degradation. For this reason, a lignin derivative is useful as a resin raw material.
リグニン誘導体の具体例としては、下記式(1)で表わされるグアイアシルプロパン構造、下記式(2)で表わされるシリンギルプロパン構造、下記式(3)で表わされる4−ヒドロキシフェニルプロパン構造等が挙げられる。 Specific examples of the lignin derivative include a guaiacylpropane structure represented by the following formula (1), a syringylpropane structure represented by the following formula (2), and a 4-hydroxyphenylpropane structure represented by the following formula (3). Can be mentioned.
また、本発明のリグニン誘導体は、水酸基に対して芳香環のオルト位およびパラ位の少なくとも一方が無置換になっているものが好ましい。このようなリグニン誘導体は、芳香環への親電子置換反応により硬化剤が作用する反応サイトを多く含み、水酸基での反応において立体障害が低減できることになるため、反応性に優れたものとなる。 In addition, the lignin derivative of the present invention is preferably one in which at least one of the ortho-position and para-position of the aromatic ring is unsubstituted with respect to the hydroxyl group. Such a lignin derivative is excellent in reactivity because it contains a large number of reaction sites where a curing agent acts due to electrophilic substitution reaction on the aromatic ring and steric hindrance can be reduced in the reaction with a hydroxyl group.
また、本発明のリグニン誘導体は、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定されたポリスチレン換算の数平均分子量が200〜2000であるものが好ましく、300〜1800であるものがより好ましい。このような数平均分子量のリグニン誘導体は、その反応性(硬化性)と溶融性または溶解性とをより高度に両立するものとなる。このため、樹脂原料としての利用性をより高めることができる。 In addition, the lignin derivative of the present invention preferably has a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 200 to 2000 as measured by gel permeation chromatography, and more preferably 300 to 1800. Such a lignin derivative having a number average molecular weight has a higher balance between reactivity (curability) and meltability or solubility. For this reason, the utilization as a resin raw material can be improved more.
なお、数平均分子量が前記下限値未満である場合、リグニン誘導体の反応性が低下するおそれがある。一方、数平均分子量が前記上限値超である場合、リグニン誘導体の軟化点が高過ぎて溶融性または溶解性が低下するおそれがある。 In addition, when a number average molecular weight is less than the said lower limit, there exists a possibility that the reactivity of a lignin derivative may fall. On the other hand, when the number average molecular weight exceeds the upper limit, the softening point of the lignin derivative is too high, and the meltability or solubility may be lowered.
また、本発明のリグニン二次誘導体は、前述したように、本発明のリグニン誘導体に反応性基を導入してなるものである。このようなリグニン二次誘導体は、種々の反応性基を有していることから、高い密度で架橋することができ、樹脂原料として有用である。 Moreover, as described above, the lignin secondary derivative of the present invention is obtained by introducing a reactive group into the lignin derivative of the present invention. Since such a lignin secondary derivative has various reactive groups, it can be crosslinked at a high density and is useful as a resin raw material.
リグニン二次誘導体が有する反応性基は、反応性を有する原子団であり、自己反応性を有し、2個以上の同じ反応性基が互いに反応し得るもの、または他の官能基と反応し得るものであれば特に限定されない。具体例としては、炭素−炭素不飽和結合を有するビニル基、エチニル基、マレイミド基の他、エポキシ基、シアネート基、イソシアネート基等が挙げられる。また、好ましくはエポキシ基が用いられる。エポキシ基を有するリグニン二次誘導体は、一般的なエポキシ樹脂を代替し得る樹脂原料として有用なものとなる。 The reactive group possessed by the lignin secondary derivative is a reactive atomic group, is self-reactive, and can react with two or more of the same reactive groups, or react with other functional groups. There is no particular limitation as long as it can be obtained. Specific examples include a vinyl group having a carbon-carbon unsaturated bond, an ethynyl group, and a maleimide group, as well as an epoxy group, a cyanate group, and an isocyanate group. Moreover, an epoxy group is preferably used. The lignin secondary derivative having an epoxy group is useful as a resin raw material that can replace a general epoxy resin.
<リグニン誘導体の製造方法およびリグニン二次誘導体の製造方法>
次に、本発明のリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体をそれぞれ製造する方法について説明する。
<Method for producing lignin derivative and method for producing lignin secondary derivative>
Next, a method for producing the lignin derivative and the lignin secondary derivative of the present invention will be described.
本発明のリグニン誘導体は、前述したバイオマスを溶媒存在下におき、かつ高温高圧下で分解処理することにより得られる。 The lignin derivative of the present invention can be obtained by placing the aforementioned biomass in the presence of a solvent and decomposing it under high temperature and high pressure.
具体的には、バイオマスを一定の大きさに調整し、次いで、これを溶媒存在下におき、高温高圧下で分解処理する分解工程と、分解工程により得られた処理物中の不溶分をリグニンが可溶な溶媒に浸漬処理する浸漬工程と、浸漬工程により得られた処理物中の可溶分からリグニンが可溶な溶媒を留去する留去工程と、を有している。 Specifically, the biomass is adjusted to a certain size, then placed in the presence of a solvent and decomposed under high temperature and pressure, and the insoluble matter in the processed product obtained by the decomposition step is lignin. Has a soaking process in which the solvent is soluble in a solvent, and a distilling process in which the solvent in which the lignin is soluble is distilled from the soluble matter in the processed product obtained by the soaking process.
以下、各工程について順次説明する。
[1]
まず、バイオマスを溶媒存在下におく。
Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1]
First, biomass is placed in the presence of a solvent.
バイオマスとしては、前述したようなものが挙げられるが、その形状は、特に限定されないものの、ブロック状、チップ状、粉末状等とされる。 Although what was mentioned above is mentioned as biomass, Although the shape is not specifically limited, It is set as a block shape, a chip shape, a powder form etc.
また、本発明に用いられるバイオマスは、その大きさが100μm〜1cm程度であるのが好ましく、200〜1000μm程度であるのがより好ましい。このような大きさのバイオマスを用いることにより、液中でのバイオマスの分散性を高めるとともに、バイオマスの分解処理を効率よく行うことができる。 Moreover, it is preferable that the magnitude | size of the biomass used for this invention is about 100 micrometers-1 cm, and it is more preferable that it is about 200-1000 micrometers. By using biomass of such a size, it is possible to improve the dispersibility of the biomass in the liquid and to efficiently perform the biomass decomposition treatment.
分解工程において用いる溶媒としては、例えば、水の他、メタノール、エタノールのようなアルコール類、フェノール、クレゾールのようなフェノール類、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン類、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランのようなエーテル類、アセトニトリルのようなニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミドのようなアミド類等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合溶媒が用いられる。 Examples of the solvent used in the decomposition step include water, alcohols such as methanol and ethanol, phenols such as phenol and cresol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, dimethyl ether, ethyl methyl ether, diethyl ether, Ethers such as tetrahydrofuran, nitriles such as acetonitrile, amides such as N, N-dimethylformamide, and the like, and one or two or more of them are used as a mixed solvent.
また、溶媒としては特に水が好ましく用いられる。これにより、本発明のリグニン誘導体をより確実に製造することができる。 As the solvent, water is particularly preferably used. Thereby, the lignin derivative of this invention can be manufactured more reliably.
溶媒の使用量としては、バイオマスに対して多いほどよいが、好ましくはバイオマスに対して1〜20質量倍程度であるのが好ましく、2〜10質量倍程度であるのがより好ましい。 As a usage-amount of a solvent, it is so good that it is large with respect to biomass, However, Preferably it is about 1-20 mass times with respect to biomass, and it is more preferable that it is about 2-10 mass times.
次に、溶媒存在下においたバイオマスを高温高圧下で分解処理する(分解工程)。これにより、バイオマスは、リグニン、セルロース、ヘミセルロース、およびその他の反応物等に分解される。 Next, the biomass placed in the presence of the solvent is decomposed under high temperature and pressure (decomposition process). Thereby, biomass is decomposed into lignin, cellulose, hemicellulose, and other reactants.
高温高圧環境の生成においては、オートクレーブのような耐圧容器が用いられる。また、この耐圧容器としては、加熱手段や撹拌手段を備えているものが好ましく用いられ、高温高圧下でバイオマスを撹拌するようにするのが好ましい。また、必要に応じて容器内の温度など圧力に影響を与える要因とは独立に加圧する手段を備えていてもよい。かかる手段としては、例えば、容器内にアルゴンガス等の不活性ガスを導入する手段等が挙げられる。 In the generation of a high temperature and high pressure environment, a pressure vessel such as an autoclave is used. Moreover, as this pressure vessel, what is equipped with a heating means and a stirring means is used preferably, and it is preferable to stir biomass under high temperature and pressure. Moreover, you may provide the means to pressurize independently from the factor which influences pressure, such as the temperature in a container, as needed. Examples of such means include means for introducing an inert gas such as argon gas into the container.
分解処理における条件は、処理温度が150〜400℃であるのが好ましく、200〜380℃であるのがより好ましい。処理温度が前記範囲内であれば、分解後に得られるリグニン誘導体の分子量が反応性と溶融性または溶解性とを両立し得るものとなる。なお、処理温度が前記下限値未満である場合、リグニン誘導体の分子量が必要以上に高くなり、溶解性・溶融性に劣るおそれがある。一方、処理温度が前記上限値を超える場合、リグニン誘導体の分子量が必要以上に低くなり、樹脂原料として用いたときに反応性が低下するおそれがある。 As for the conditions in the decomposition treatment, the treatment temperature is preferably 150 to 400 ° C, and more preferably 200 to 380 ° C. When the treatment temperature is within the above range, the molecular weight of the lignin derivative obtained after decomposition can achieve both reactivity and meltability or solubility. In addition, when processing temperature is less than the said lower limit, the molecular weight of a lignin derivative becomes higher than necessary, and there exists a possibility that it may be inferior to solubility and a meltability. On the other hand, when the treatment temperature exceeds the upper limit, the molecular weight of the lignin derivative becomes unnecessarily low, and the reactivity may decrease when used as a resin raw material.
また、分解処理における処理時間は、480分以下であるのが好ましく、30〜360分であるのがより好ましい。処理時間が前記範囲内であれば、分解後に得られるリグニン誘導体の芳香族プロトンと脂肪族プロトンの比率が適切な値となり、かつ反応性と溶融性または溶解性との両立の観点から最適化することができる。 Moreover, it is preferable that the processing time in a decomposition process is 480 minutes or less, and it is more preferable that it is 30 to 360 minutes. If the treatment time is within the above range, the ratio of aromatic protons to aliphatic protons of the lignin derivative obtained after decomposition becomes an appropriate value, and optimization is performed from the viewpoint of compatibility between reactivity and meltability or solubility. be able to.
さらに、分解処理における圧力は、1〜40MPaであるのが好ましく、1.5〜25MPaであるのがより好ましい。圧力が前記範囲内であれば、バイオマスの分解効率を格段に高めることができ、その分、処理時間の短縮化を図ることができる。 Furthermore, the pressure in the decomposition treatment is preferably 1 to 40 MPa, and more preferably 1.5 to 25 MPa. When the pressure is within the above range, the biomass decomposition efficiency can be significantly increased, and the processing time can be shortened accordingly.
なお、溶媒中には、必要に応じて、分解処理を促進する触媒を添加するようにしてもよい。この触媒としては、例えば、炭酸ナトリウムのような無機塩基類等が挙げられる。 In addition, you may make it add the catalyst which accelerates | stimulates a decomposition process to a solvent as needed. Examples of the catalyst include inorganic bases such as sodium carbonate.
さらに、分解工程の前処理として、バイオマスと前記溶媒とを十分に撹拌し、両者をなじませる工程を行うのが好ましい。これにより、バイオマスの分解を特に最適化することができる。 Furthermore, as a pretreatment for the decomposition step, it is preferable to perform a step of sufficiently stirring the biomass and the solvent and allowing them to blend. Thereby, the decomposition of biomass can be particularly optimized.
なお、撹拌温度としては、0〜150℃程度であるのが好ましく、10〜130℃程度であるのがより好ましい。 In addition, as stirring temperature, it is preferable that it is about 0-150 degreeC, and it is more preferable that it is about 10-130 degreeC.
また、撹拌時間としては、1〜120分程度であるのが好ましく、5〜60分程度であるのがより好ましい。 Moreover, as stirring time, it is preferable that it is about 1 to 120 minutes, and it is more preferable that it is about 5 to 60 minutes.
さらに、撹拌方法としては、ボールミル、ビーズミル等の各種ミル、撹拌翼を備えた撹拌機等を用いた方法、ホモジナイザー、ジェットポンプなどによる水流攪拌を用いた方法等が挙げられる。 Further, examples of the stirring method include various mills such as a ball mill and a bead mill, a method using a stirrer equipped with a stirring blade, a method using water flow stirring using a homogenizer, a jet pump, and the like.
[2]
次に、耐圧容器内の処理物を濾過する。そして濾液を除去し、濾別した溶媒不溶分を回収する。そして、回収した溶媒不溶分を、リグニンが可溶な溶媒に浸漬する(浸漬工程)。
[2]
Next, the processed product in the pressure vessel is filtered. Then, the filtrate is removed, and the solvent-insoluble matter separated by filtration is recovered. And the collect | recovered solvent insoluble content is immersed in the solvent in which lignin is soluble (immersion process).
リグニンが可溶な溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン類を含むものが好ましく用いられる。 As the solvent in which lignin is soluble, for example, those containing alcohols such as methanol and ethanol, and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone are preferably used.
浸漬時間は、特に限定されないが、1〜48時間程度であるのが好ましく、2〜30時間程度であるのがより好ましい。 The immersion time is not particularly limited, but is preferably about 1 to 48 hours, and more preferably about 2 to 30 hours.
[3]
次に、浸漬工程により得られた処理物から溶媒可溶分を回収する。そして、回収した溶媒可溶分からリグニンが可溶な溶媒を留去する(留去工程)。これにより、本発明のリグニン誘導体が得られる。
[3]
Next, a solvent soluble part is collect | recovered from the processed material obtained by the immersion process. And the solvent in which lignin is soluble is distilled off from the collect | recovered solvent soluble part (distillation process). Thereby, the lignin derivative of the present invention is obtained.
[4]
また、本発明のリグニン二次誘導体は、留去工程の後に、バイオマスの処理物と反応性基を含む化合物とを混合することにより、リグニン誘導体に反応性基を導入する反応性基導入工程を行うことで製造される。
[4]
The lignin secondary derivative of the present invention includes a reactive group introduction step of introducing a reactive group into the lignin derivative by mixing the treated biomass and a compound containing a reactive group after the distillation step. Manufactured by doing.
反応性基を導入する方法としては、例えば、リグニン誘導体と反応性基を含む化合物とを混合する方法が用いられる。そして、混合後、必要に応じて触媒等を添加することにより、リグニン誘導体に反応性基が導入される。 As a method for introducing a reactive group, for example, a method of mixing a lignin derivative and a compound containing a reactive group is used. And after mixing, a reactive group is introduce | transduced into a lignin derivative by adding a catalyst etc. as needed.
具体的には、エポキシ基を導入する場合、リグニン誘導体とエピクロロヒドリンと溶媒とを混合し、これに減圧還流下で水酸化ナトリウム等の塩基触媒を添加することで導入することができる。 Specifically, when introducing an epoxy group, it can be introduced by mixing a lignin derivative, epichlorohydrin and a solvent, and adding a base catalyst such as sodium hydroxide to the mixture under reflux under reduced pressure.
また、ビニル基を導入する場合、リグニン誘導体とハロゲン化アリルまたはハロゲン化ビニルベンジル等のビニル基を含むハロゲン化合物と溶媒とを混合し、これに加熱攪拌下で水酸化ナトリウム等の塩基触媒を添加することで導入することができる。 In addition, when introducing a vinyl group, a lignin derivative, a halogen compound containing a vinyl group such as an allyl halide or a vinylbenzyl halide, and a solvent are mixed, and a base catalyst such as sodium hydroxide is added to the mixture under heating and stirring. Can be introduced.
また、エチニル基を導入する場合、リグニン誘導体とハロゲン化プロパルギルまたはハロゲン化フェニルアセチレン等のエチニル基を含むハロゲン化合物と溶媒とを混合し、これに加熱攪拌下で水酸化ナトリウム等の塩基触媒を添加することで導入することができる。 In addition, when introducing an ethynyl group, a lignin derivative, a halogen compound containing an ethynyl group such as a propargyl halide or a phenylacetylene halide, and a solvent are mixed, and a base catalyst such as sodium hydroxide is added to the mixture with heating and stirring. Can be introduced.
また、シアネート基を導入する場合、リグニン誘導体とハロゲン化シアネートと溶媒とを混合し、これに加熱攪拌下で水酸化ナトリウム等の塩基触媒を添加することで導入することができる。 Moreover, when introduce | transducing a cyanate group, it can introduce | transduce by mixing a lignin derivative, halogenated cyanate, and a solvent, and adding a base catalyst, such as sodium hydroxide, to this under heating stirring.
また、マレイミド基を導入する場合、リグニン誘導体とパラクロロニトロベンゼンとを混合する。これにより、リグニン誘導体のフェノール性水酸基にクロロ基が反応し、エーテル結合を介して結合したポリニトロ化リグニンが得られる。次いで、ポリニトロ化リグニンを還元することで、ポリアミノ化リグニンに変換され、さらに無水マレイン酸と反応させることで、マレイミド基が導入されたリグニン二次誘導体が得られる。 When introducing a maleimide group, a lignin derivative and parachloronitrobenzene are mixed. As a result, a chloro group reacts with the phenolic hydroxyl group of the lignin derivative to obtain a polynitrated lignin bonded via an ether bond. Subsequently, polynitrated lignin is reduced to be converted to polyaminated lignin, and further reacted with maleic anhydride to obtain a lignin secondary derivative having a maleimide group introduced.
また、イソシアネート基を導入する場合、リグニン誘導体と無水マレイン酸とを混合することで、リグニン誘導体中の水酸基がカルボキシル基に変換される。その後、混合物をジフェニルリン酸アジド存在下で加熱することにより、イソシアネート基が導入されたリグニン二次誘導体で得られる。 Moreover, when introduce | transducing an isocyanate group, the hydroxyl group in a lignin derivative is converted into a carboxyl group by mixing a lignin derivative and maleic anhydride. Thereafter, the mixture is heated in the presence of diphenyl phosphate azide to obtain a lignin secondary derivative having an introduced isocyanate group.
以上のようにして本発明のリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体を製造することができる。 As described above, the lignin derivative and the lignin secondary derivative of the present invention can be produced.
<リグニン樹脂組成物>
次に、本発明のリグニン樹脂組成物について説明する。
<Lignin resin composition>
Next, the lignin resin composition of the present invention will be described.
本発明のリグニン樹脂組成物は、前述したように、リグニン誘導体およびリグニン二次誘導体の少なくとも一方と架橋剤とを含むものである。リグニン誘導体およびリグニン二次誘導体には架橋剤の作用により架橋反応が生じ、硬化する。その結果、リグニン樹脂組成物から樹脂製品を製造することができる。 As described above, the lignin resin composition of the present invention contains at least one of a lignin derivative and a lignin secondary derivative and a crosslinking agent. The lignin derivative and the lignin secondary derivative are cured by a crosslinking reaction caused by the action of the crosslinking agent. As a result, a resin product can be produced from the lignin resin composition.
架橋剤としては、リグニン誘導体およびリグニン二次誘導体のフェノール性水酸基または反応性基に架橋反応を生じさせる架橋剤であれば、特に限定されない。 The crosslinking agent is not particularly limited as long as it is a crosslinking agent that causes a crosslinking reaction in the phenolic hydroxyl group or reactive group of the lignin derivative and lignin secondary derivative.
具体的には、フェノール性水酸基に架橋反応を生じさせる架橋剤としては、例えば、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂のようなエポキシ樹脂、ヘキサメチレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネートのようなウレタン樹脂、リグニン誘導体の芳香環に対し親電子置換反応して架橋し得る化合物としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラホルムアルデヒドのようなアルデヒド類、ポリオキシメチレンのようなアルデヒド源、ヘキサメチレンテトラミンの他、レゾール型フェノール樹脂等の通常のフェノール樹脂で公知の架橋剤を挙げることができる。なお、反応性、入手の容易さからヘキサメチレンテトラミンが好ましく用いられる。 Specifically, as a crosslinking agent that causes a crosslinking reaction to a phenolic hydroxyl group, for example, an orthocresol novolac epoxy resin, an epoxy resin such as a bisphenol A type epoxy resin, a urethane resin such as hexamethylene diisocyanate, toluene diisocyanate, Compounds that can be cross-linked by electrophilic substitution on the aromatic ring of lignin derivatives include aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde and paraformaldehyde, aldehyde sources such as polyoxymethylene, hexamethylenetetramine, and resol-type phenol. A well-known crosslinking agent can be mentioned with normal phenol resins, such as resin. In addition, hexamethylenetetramine is preferably used from the viewpoint of reactivity and availability.
一方、リグニン二次誘導体の反応性基に架橋反応を生じさせる架橋剤としては、前記反応性基と反応する架橋剤または自己架橋性の反応性基を有する架橋剤であればよく、具体的には、リグニン二次誘導体中の反応性基がエポキシ基である場合、例えば、ノボラック型フェノール樹脂のようなフェノール樹脂、フェノール性水酸基を有するリグニン化合物、ジエチレントリアミン、m−キシリレンジアミン、N−アミノエチルピペラジンのようなアミン系化合物、無水フタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸のような酸無水物、ジシアンジアミド、グアニジン類、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等の一般的なエポキシ樹脂用硬化剤が挙げられる。また、自己架橋性の反応性基を有する架橋剤としては、例えば、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールのようなイミダゾール類、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7のようなアニオン系重合開始剤、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロポスフェート、ジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレートのようなスルホニウム塩、フェニルジアゾニウムヘキサフルオロポスフェート、フェニルジアゾニウムテトラフルオロボレートのようなジアゾニウム塩といったカチオン系重合開始剤等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。これらの中でも、反応性等の観点からリグニン化合物が好ましく用いられる。 On the other hand, the cross-linking agent that causes a cross-linking reaction to the reactive group of the lignin secondary derivative may be any cross-linking agent that reacts with the reactive group or has a self-crosslinking reactive group. When the reactive group in the lignin secondary derivative is an epoxy group, for example, a phenol resin such as a novolak type phenol resin, a lignin compound having a phenolic hydroxyl group, diethylenetriamine, m-xylylenediamine, N-aminoethyl General epoxy compounds such as amine compounds such as piperazine, acid anhydrides such as phthalic anhydride, succinic anhydride and maleic anhydride, dicyandiamide, guanidines, 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole Examples include a curing agent for resin. Examples of the crosslinking agent having a self-crosslinkable reactive group include imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene. Anionic polymerization initiators such as -7, cationic systems such as triphenylsulfonium hexafluorophosphate, sulfonium salts such as diphenylsulfonium tetrafluoroborate, phenyldiazonium hexafluorophosphate, diazonium salts such as phenyldiazonium tetrafluoroborate A polymerization initiator etc. are mentioned, Among these, the 1 type, or 2 or more types of mixture is used. Among these, lignin compounds are preferably used from the viewpoint of reactivity and the like.
また、リグニン二次誘導体中の反応性基がイソシアネート基である場合、架橋剤としては、例えば、フェノール樹脂、リグニン分解物、ポリビニルアルコール、ポリアミン系化合物等の一般的なイソシアネート樹脂用硬化剤が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。 Further, when the reactive group in the lignin secondary derivative is an isocyanate group, examples of the crosslinking agent include general curing agents for isocyanate resins such as phenol resins, lignin degradation products, polyvinyl alcohol, and polyamine compounds. One or a mixture of two or more of these is used.
また、リグニン二次誘導体中の反応性基がビニル基である場合、架橋剤としては、例えば、ブチルリチウム、ナトリウムエトキシドのようなアニオン系重合開始剤、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、過酸化ベンゾイル(BPO)のようなラジカル重合開始剤等の一般的なビニル基含有化合物の重合開始剤が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。 When the reactive group in the lignin secondary derivative is a vinyl group, examples of the crosslinking agent include anionic polymerization initiators such as butyl lithium and sodium ethoxide, azobisisobutyronitrile (AIBN), Examples thereof include polymerization initiators of general vinyl group-containing compounds such as radical polymerization initiators such as benzoyl peroxide (BPO), and one or a mixture of two or more of these are used.
また、リグニン二次誘導体中の反応性基がエチニル基である場合、架橋剤としては、例えば、5塩化モリブデン、5塩化タングステン、ノルボルナジエンロジウムクロリドダイマー等の一般的なエチニル基含有化合物の重合触媒が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。 Further, when the reactive group in the lignin secondary derivative is an ethynyl group, as a crosslinking agent, for example, a polymerization catalyst of a general ethynyl group-containing compound such as molybdenum pentachloride, tungsten pentachloride, norbornadiene rhodium chloride dimer or the like can be used. Among them, one or a mixture of two or more of these is used.
また、リグニン二次誘導体中の反応性基がマレイミド基である場合、架橋剤としては、例えば、BPOのようなパーオキサイド、前述したアニオン系重合開始剤等の一般的なマレイミド基含有化合物の重合開始剤が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。 In addition, when the reactive group in the lignin secondary derivative is a maleimide group, examples of the crosslinking agent include polymerization of general maleimide group-containing compounds such as peroxides such as BPO and the aforementioned anionic polymerization initiators. An initiator is mentioned, The mixture of 1 type, or 2 or more types of these is used.
また、リグニン二次誘導体中の反応性基がシアネート基である場合、架橋剤としては、例えば、ナフテン酸コバルトのような金属触媒等の一般的なシアネート基含有化合物の重合触媒が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。 Further, when the reactive group in the lignin secondary derivative is a cyanate group, examples of the crosslinking agent include polymerization catalysts for general cyanate group-containing compounds such as metal catalysts such as cobalt naphthenate, and the like. Among them, one kind or a mixture of two or more kinds is used.
本発明のリグニン樹脂組成物において、リグニン誘導体またはリグニン二次誘導体の含有量は40〜95重量部であるのが好ましく、50〜90重量部であるのがより好ましい。また、架橋剤の含有量は5〜60重量部であるのが好ましく、10〜50重量部であるのがより好ましい。 In the lignin resin composition of the present invention, the content of the lignin derivative or lignin secondary derivative is preferably 40 to 95 parts by weight, and more preferably 50 to 90 parts by weight. Moreover, it is preferable that content of a crosslinking agent is 5-60 weight part, and it is more preferable that it is 10-50 weight part.
なお、本発明のリグニン樹脂組成物は、上記の成分以外に、必要に応じて、メトキシナトリウム、t−ブトキシカリウムのようなアルカリ金属塩、酢酸カルシウムのようなアルカリ土類金属塩、Na2O、K3O2のようなアルカリ金属酸化物、CaO、BaOのようなアルカリ土類金属酸化物といった硬化促進剤を含んでいてもよい。 In addition to the above components, the lignin resin composition of the present invention may contain, if necessary, an alkali metal salt such as sodium methoxy, t-butoxy potassium, an alkaline earth metal salt such as calcium acetate, Na 2 O. , An accelerator such as an alkali metal oxide such as K 3 O 2 or an alkaline earth metal oxide such as CaO or BaO may be included.
また特に、反応性基としてエポキシ基を有するリグニン二次誘導体を含む場合には、例えば、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールのようなイミダゾール類、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、ベンジルジメチルアミンのような3級アミン類、トリフェニルホスフィン、テトラ−n−ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート等を含んでいてもよい。 In particular, when a lignin secondary derivative having an epoxy group as a reactive group is included, for example, imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole, 1,8-diazabicyclo (5, 4,0) undecene-7, tris (dimethylaminomethyl) phenol, tertiary amines such as benzyldimethylamine, triphenylphosphine, tetra-n-butylphosphonium tetraphenylborate and the like may be contained.
また、反応性基として、ビニル基、エチニル基、マレイミド基、シアネ−ト基等を有するリグニン二次誘導体を含む場合には、例えば、前記重合開始剤を含んでいてもよい。 Moreover, when the lignin secondary derivative which has a vinyl group, an ethynyl group, a maleimide group, a cyanate group etc. as a reactive group is included, the said polymerization initiator may be included, for example.
さらには、その他の成分として、後述する添加剤を含んでいてもよい。
かかる添加剤としては、例えば、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランのようなシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム/ジルコニウムカップリング剤のような各種カップリング剤、カーボンブラック、ベンガラのような着色剤、ポリエチレンワックス、高級脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、ケトン・アミン類、水素硬化油のような合成ワックス、パラフィンワックス、モンタンワックス、ステアリン酸のような天然ワックス、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛のような高級脂肪酸およびその金属塩類、パラフィンのような離型剤、シリコーンオイル、シリコーンゴムのような低応力化成分、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼンのような難燃剤、酸化ビスマス水和物のような無機イオン交換体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせたものが用いられる。
Furthermore, the additive mentioned later may be included as other components.
Examples of such additives include silane coupling agents such as epoxy silane, mercapto silane, amino silane, alkyl silane, ureido silane, and vinyl silane, titanate coupling agents, aluminum coupling agents, and aluminum / zirconium coupling agents. Various coupling agents, colorants such as carbon black, bengara, polyethylene wax, higher fatty acid esters, fatty acid amides, ketones / amines, synthetic waxes such as hydrogenated oil, paraffin wax, montan wax, stearic acid, etc. Natural waxes, higher fatty acids such as stearic acid and zinc stearate and their metal salts, release agents such as paraffin, silicone oil, low stress components such as silicone rubber, antimony trioxide, hydroxylation Examples thereof include flame retardants such as luminium, magnesium hydroxide, zinc borate, zinc molybdate, phosphazene, inorganic ion exchangers such as bismuth oxide hydrate, and one or more of these are combined. Things are used.
また、本発明のリグニン樹脂組成物が離型剤を含む場合、離型剤の含有量は、リグニン誘導体またはリグニン二次誘導体100重量部に対して0.01〜10重量部であるのが好ましく、0.1〜5重量部であるのがより好ましい。なお、離型剤の含有量が前記未満である場合、リグニン樹脂組成物を成形型に充填して成形したとき、離型性が不十分となるおそれがあり、一方、離型剤の含有量が前記上限値を上回る場合、リグニン樹脂組成物の硬化性が低下するおそれがある。 Further, when the lignin resin composition of the present invention contains a release agent, the content of the release agent is preferably 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the lignin derivative or lignin secondary derivative. 0.1 to 5 parts by weight is more preferable. In addition, when the content of the release agent is less than the above, when the lignin resin composition is filled in a mold and molded, the mold release property may be insufficient, whereas the content of the release agent If the value exceeds the upper limit, the curability of the lignin resin composition may be reduced.
このようなリグニン樹脂組成物は、例えば、リグニン誘導体およびリグニン二次誘導体の少なくとも一方と、架橋剤と、必要に応じて添加されるその他の成分と、を混合機により均一に混合することで得られる(架橋剤混合工程)。なお、必要に応じて、得られた混合物を、熱板や、加圧ニーダー、ロール、コニーダー、二軸押し出し機等の混練機等を用い、混合物が硬化する温度未満で加熱溶融融合してもよい。具体的な加熱温度は、選択する組成に応じて若干異なるが、好ましくは50〜100℃程度とされる。 Such a lignin resin composition can be obtained, for example, by uniformly mixing at least one of a lignin derivative and a lignin secondary derivative, a crosslinking agent, and other components added as necessary with a mixer. (Crosslinking agent mixing step). If necessary, the obtained mixture may be heated, melted and fused at a temperature lower than the temperature at which the mixture is cured using a hot plate, a kneader such as a pressure kneader, a roll, a kneader, or a twin screw extruder. Good. The specific heating temperature varies slightly depending on the composition to be selected, but is preferably about 50 to 100 ° C.
また、本発明のリグニン樹脂組成物を成形して成形体を得る場合、リグニン樹脂組成物に充填剤を添加した成形材料を調製し、これを用いて成形するのが好ましい。 Moreover, when obtaining the molded object by shape | molding the lignin resin composition of this invention, it is preferable to prepare the molding material which added the filler to the lignin resin composition, and to shape | mold using this.
充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、クレー、アルミナ、マイカ、ガラス繊維のような無機充填剤、木粉、パルプ、粉砕布、熱硬化性樹脂硬化物粉のような有機充填剤等が挙げられ、これらの1種類以上を用いることができるが、これらに限定されない。 Examples of the filler include inorganic fillers such as fused silica, crystalline silica, clay, alumina, mica, and glass fiber, and organic fillers such as wood powder, pulp, pulverized cloth, and thermosetting resin cured powder. One or more of these can be used, but is not limited thereto.
この場合、充填剤の含有量は、リグニン樹脂組成物100重量部に対して、10〜900重量部であるのが好ましく、20〜500重量部であるのがより好ましい。 In this case, the content of the filler is preferably 10 to 900 parts by weight and more preferably 20 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the lignin resin composition.
このような成形材料は、例えば、リグニン樹脂組成物と、充填剤と、必要に応じて添加されるその他の成分と、を混合機により均一に混合することで得られる。なお、必要に応じて、得られた混合物に加熱混合、混練等を施し、冷却後に粉砕するようにして顆粒状の成形材料としてもよい。 Such a molding material can be obtained, for example, by uniformly mixing a lignin resin composition, a filler, and other components added as necessary with a mixer. If necessary, the obtained mixture may be heated and mixed, kneaded, etc., and crushed after cooling to form a granular molding material.
得られた成形材料は、所望の成形方法により成形され、これを硬化させることで樹脂製品を製造することができる。成形方法としては、例えば、トランスファー成形、インジェクション成形、圧縮成形等が挙げられる。 The obtained molding material is molded by a desired molding method, and a resin product can be produced by curing the molding material. Examples of the molding method include transfer molding, injection molding, and compression molding.
また、成形時の温度は150〜220℃程度、成形時間は1〜5分程度であるのが好ましい。なお、これらの条件は、目的に応じて適宜調整される。 The molding temperature is preferably about 150 to 220 ° C., and the molding time is preferably about 1 to 5 minutes. These conditions are appropriately adjusted according to the purpose.
得られる樹脂製品としては、例えば、半導体部品、航空機部品、自動車部品、産業用機械部品、電子部品、電気部品、機構部品等が挙げられる。 Examples of the resin product obtained include semiconductor parts, aircraft parts, automobile parts, industrial machine parts, electronic parts, electrical parts, mechanical parts, and the like.
<プリプレグ>
次に、本発明のプリプレグについて説明する。
<Prepreg>
Next, the prepreg of the present invention will be described.
本発明のプリプレグは、リグニン樹脂組成物を基材に含浸してなるものである。
基材としては、例えば、ガラス織布、ガラス不繊布のようなガラス繊維基材、クラフト紙、リンター紙のような紙材、綿繊維、麻繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維のような天然繊維または合成繊維等の織布や不織布からなる有機合成繊維基材、金属繊維、カーボン繊維、鉱物繊維のような織布や不織布からなる無機繊維基材、またはこれらのマット類等が挙げられる。なお、これらの基材の原料繊維は単独または混合して用いるようにしてもよい。
The prepreg of the present invention is obtained by impregnating a base material with a lignin resin composition.
Examples of the base material include glass fiber base materials such as glass woven fabric and glass non-woven fabric, paper materials such as kraft paper and linter paper, cotton fibers, hemp fibers, aramid fibers, polyester fibers, acrylic fibers, etc. Examples include organic synthetic fiber base materials composed of woven or non-woven fabrics such as natural fibers or synthetic fibers, inorganic fiber base materials composed of woven or non-woven fabrics such as metal fibers, carbon fibers and mineral fibers, or mats thereof. . In addition, you may make it use the raw material fiber of these base materials individually or in mixture.
このようなプリプレグは、例えば、基材にリグニン樹脂組成物を含浸させた後、乾燥させることにより製造される。このとき、リグニン樹脂組成物は、有機溶媒に溶解させたワニスとして用いられるが、無溶媒の粉末状等の状態で溶融含浸などによる方法で用いるようにしてもよい。 Such a prepreg is manufactured, for example, by impregnating a base material with a lignin resin composition and then drying. At this time, the lignin resin composition is used as a varnish dissolved in an organic solvent, but may be used by a method such as melt impregnation in a solvent-free powder state.
リグニン樹脂組成物を基材に含浸させる方法は、例えば、基材をワニスに浸漬する方法、各種コーターによりワニスを塗布する方法、スプレーによりワニスを吹き付ける方法等が挙げられる。 Examples of the method of impregnating the base material with the lignin resin composition include a method of immersing the base material in the varnish, a method of applying the varnish with various coaters, and a method of spraying the varnish by spraying.
なお、乾燥により得られるプリプレグにおいては、ワニスに使用した有機溶媒の80質量%以上が揮発しているのが好ましい。 In addition, in the prepreg obtained by drying, it is preferable that 80 mass% or more of the organic solvent used for the varnish is volatilized.
上記乾燥では、乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度が80〜180℃程度であるのが好ましく、乾燥時間はワニスのゲル化時間を考慮して、目的のプリプレグ特性に合わせて自由に選択される。 In the above drying, the drying conditions are not particularly limited, but the drying temperature is preferably about 80 to 180 ° C., and the drying time is freely selected according to the desired prepreg characteristics in consideration of the gelation time of the varnish. The
また、プリプレグにおける樹脂含浸率は、プリプレグの全質量に対するリグニン誘導体およびリグニン二次誘導体と架橋剤との合計質量の割合で表わされるが、好ましくは30〜80質量%程度であるのが好ましく、40〜70質量%程度であるのがより好ましい。なお、これらの割合は、プリプレグの目的とする性能、プリプレグを積層して得られる基板(複合構造体)における絶縁層の厚さ等に応じて適宜調整される。また、ワニスの含浸量は、ワニス中の固形分の量と基材との総量に対して、ワニス中の固形分が35〜75質量%を占めるように設定されるのが好ましい。 Further, the resin impregnation rate in the prepreg is represented by the ratio of the total mass of the lignin derivative and the lignin secondary derivative and the crosslinking agent with respect to the total mass of the prepreg, and is preferably about 30 to 80% by mass, It is more preferable that the amount is about 70% by mass. These ratios are appropriately adjusted according to the target performance of the prepreg, the thickness of the insulating layer in the substrate (composite structure) obtained by laminating the prepreg, and the like. The amount of impregnation of the varnish is preferably set so that the solid content in the varnish occupies 35 to 75% by mass with respect to the total amount of the solid content in the varnish and the base material.
<樹脂板>
次に、樹脂板(本発明の複合構造体)について説明する。
<Resin plate>
Next, the resin plate (the composite structure of the present invention) will be described.
樹脂板は、上記のようなプリプレグを1枚または2枚以上積層してなる積層体を硬化させることにより製造される。 The resin plate is manufactured by curing a laminate formed by laminating one or two or more prepregs as described above.
具体的には、プリプレグまたはその積層体を、加熱加圧成形により基板状に成形しつつ、リグニン誘導体およびリグニン二次誘導体を硬化させることにより製造される。 Specifically, it is produced by curing a lignin derivative and a lignin secondary derivative while forming a prepreg or a laminate thereof into a substrate by heat and pressure molding.
加熱加圧時の温度は、100〜280℃程度であるのが好ましく、120〜250℃程度であるのがより好ましい。また、圧力は、0.5〜20MPa程度であるのが好ましく、1〜8MPa程度であるのがより好ましい。 The temperature at the time of heating and pressing is preferably about 100 to 280 ° C, more preferably about 120 to 250 ° C. Further, the pressure is preferably about 0.5 to 20 MPa, and more preferably about 1 to 8 MPa.
また、このような方法であれば、成形時の金型により任意の形に形成することができ、得られた樹脂板は、プリント回路基板などの電気・電子材料、構造材、建材、絶縁材等として好ましく用いられる。 Moreover, if it is such a method, it can be formed into an arbitrary shape by a mold at the time of molding, and the obtained resin plate is an electric / electronic material such as a printed circuit board, a structural material, a building material, an insulating material. Etc. are preferably used.
前記プリント回路基板などの電気・電子材料用途としては、加熱加圧成形の前に、プリプレグまたはその積層体の片面または両面に金属箔を積層し、これらを加熱加圧成形することにより、金属張基板(金属張積層板)を製造することができる。さらに、この金属張基板において、金属層を所定の形状に加工することにより、回路を備えたプリント配線基板を製造することができる。 As an electric / electronic material application such as the printed circuit board, metal foil is laminated on one side or both sides of a prepreg or a laminate thereof before heat and pressure molding, and these are heat and pressure molded to form a metal tension. A substrate (metal-clad laminate) can be manufactured. Furthermore, in this metal-clad substrate, a printed wiring board provided with a circuit can be manufactured by processing the metal layer into a predetermined shape.
金属箔としては、銅箔やアルミニウム箔が一般的に用いられる。また、その平均厚さは5〜200μm程度とされる。 As the metal foil, copper foil or aluminum foil is generally used. Moreover, the average thickness shall be about 5-200 micrometers.
また、上記金属箔としては、ニッケル、ニッケル−リン、ニッケル−スズ合金、ニッケル−鉄合金、鉛、鉛−スズ合金等の金属材料からなる中間層と、その両面に設けられた、平均厚さ0.5〜15μmの銅層および平均厚さ10〜300μmの銅層とを有する3層構造の複合箔、あるいは、アルミニウム箔と銅箔とを複合した2層構造複合箔等を用いるようにしてもよい。 The metal foil includes an intermediate layer made of a metal material such as nickel, nickel-phosphorus, nickel-tin alloy, nickel-iron alloy, lead, lead-tin alloy, and an average thickness provided on both surfaces thereof. A composite foil having a three-layer structure having a copper layer having a thickness of 0.5 to 15 μm and a copper layer having an average thickness of 10 to 300 μm, or a two-layer structure composite foil in which an aluminum foil and a copper foil are combined is used. Also good.
このようにして得られた樹脂板は、例えば、プリント配線板、マザーボード、半導体用プラスチックパッケージ等に適用される。 The resin plate thus obtained is applied to, for example, a printed wiring board, a mother board, a semiconductor plastic package, and the like.
一方、前記プリント配線板、マザーボード、半導体用プラスチックパッケージ等の電気・電子材料用基板以外の用途としては、自動車用内装材などの構造材、住宅・オフィスビル等の内装材などの建材、配電盤などに使用される絶縁材に適用される。 On the other hand, as applications other than the printed wiring boards, motherboards, and substrates for electrical and electronic materials such as plastic packages for semiconductors, structural materials such as automobile interior materials, building materials such as interior materials for houses and office buildings, switchboards, etc. Applies to insulation materials used in
以上、本発明について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばプリプレグや樹脂板には、任意の構成物が付加されていてもよい。 Although the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. For example, an arbitrary component may be added to the prepreg or the resin plate.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.積層板(樹脂板)の製造
(サンプルNo.1)
<リグニン誘導体の製造>
孟宗竹粉(60メッシュアンダー)15gと純水120gとを、300mlオートクレーブに導入し、内容物を500rpmで攪拌しながら、4MPa、150℃で30分間処理して、孟宗竹粉を分解した。圧力の調整はアルゴンガスの吹き込みによる加圧により行なった。次いで、分解物をろ過し、純水で洗浄することで、水不溶部10.0gを分離した。この水不溶部をアセトン200mlに一晩浸漬し、ろ過することでアセトン可溶部を回収した。次いで、前記アセトン可溶部より、アセトンを留去後、乾燥することで、リグニン誘導体2.7gを得た。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Manufacture of laminated board (resin board) (Sample No. 1)
<Production of lignin derivative>
15 g of Soso bamboo powder (60 mesh under) and 120 g of pure water were introduced into a 300 ml autoclave, and the contents were treated at 4 MPa and 150 ° C. for 30 minutes with stirring at 500 rpm to decompose the Soso bamboo powder. The pressure was adjusted by pressurizing by blowing argon gas. Subsequently, 10.0 g of water-insoluble parts were separated by filtering the decomposition product and washing with pure water. The water-insoluble part was immersed in 200 ml of acetone overnight and filtered to recover the acetone-soluble part. Subsequently, 2.7 g of lignin derivative was obtained by evaporating acetone from the acetone soluble part and then drying.
ここで得られたものについて、1H−NMR分析に供したところ、テトラメチルシランを0ppmの基準物質とした化学シフトのスペクトルにおいて、6〜8ppmに芳香族プロトンに帰属する複数のピークが、0.5〜5ppmに脂肪族プロトンに帰属する複数のピークがそれぞれ認められた。 About what was obtained here, when it used for the 1 H-NMR analysis, in the spectrum of the chemical shift which used tetramethylsilane as the reference substance of 0 ppm, a plurality of peaks attributed to the aromatic proton at 6 to 8 ppm are 0 A plurality of peaks attributed to aliphatic protons were observed at 5 to 5 ppm.
そこで、検出された各ピークについて、芳香族プロトンに帰属する複数のピークの積分値を1としたところ、脂肪族プロトンに帰属する複数のピークの積分値は20であった。すなわち、芳香族プロトンに帰属する複数のピークの積分値は、脂肪族プロトンに帰属する複数のピークの積分値の5%であった。 Therefore, for each detected peak, the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aromatic proton was set to 1, and the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aliphatic proton was 20. That is, the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aromatic proton was 5% of the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aliphatic proton.
また、上記で得られたリグニン誘導体の分子量は、テトラヒドロフランを溶離液として、ポリスチレン換算のゲル浸透クロマトグラフィーにより測定したところ、数平均分子量(Mn)=2200、分子量分布(Mw/Mn)=1.3であった。 The molecular weight of the lignin derivative obtained above was measured by gel permeation chromatography in terms of polystyrene using tetrahydrofuran as an eluent. The number average molecular weight (Mn) = 2200 and the molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1. 3.
<リグニン樹脂組成物の製造>
次に、得られたリグニン誘導体90質量部に、ヘキサメチレンテトラミン10質量部を常温で添加し、リグニン樹脂組成物を得た。
<Manufacture of lignin resin composition>
Next, 10 parts by mass of hexamethylenetetramine was added to 90 parts by mass of the obtained lignin derivative at room temperature to obtain a lignin resin composition.
<基材含浸用ワニスの製造>
次に、上記で得られたリグニン樹脂組成物をメタノールで希釈して樹脂分50質量%の基材含浸用の樹脂ワニスを得た。
<Manufacture of varnish for substrate impregnation>
Next, the lignin resin composition obtained above was diluted with methanol to obtain a resin varnish for substrate impregnation having a resin content of 50% by mass.
<プリプレグおよび積層板の製造>
次に、上記で得られた基材含浸用の樹脂ワニスを樹脂含浸率55質量%(プリプレグ全体に対する割合)となるように、クラフト紙(坪量135g/m2)に対してディップコーター装置で塗工し、その後、160℃で5分間乾燥してプリプレグを得た。このようにして製造したプリプレグ8枚を重ね合わせ、200℃、5MPaで10分間の加熱加圧成形を行った。これにより平均厚さ1.6mmの積層板(樹脂板)を得た。
<Manufacture of prepreg and laminate>
Next, the varnish for impregnating the base material obtained above with a dip coater device with respect to kraft paper (basis weight 135 g / m 2 ) so that the resin impregnation rate is 55 mass% (ratio to the whole prepreg). It was coated and then dried at 160 ° C. for 5 minutes to obtain a prepreg. Eight prepregs thus produced were stacked and subjected to heat and pressure molding at 200 ° C. and 5 MPa for 10 minutes. Thereby, a laminated plate (resin plate) having an average thickness of 1.6 mm was obtained.
(サンプルNo.2)
バイオマスの種類、分解処理における温度および圧力を、表1に示すように変更した以外は、それぞれ、サンプルNo.1の場合と同様にしてリグニン誘導体を得るとともに、積層板を得た。
(Sample No. 2)
Except for changing the type of biomass and the temperature and pressure in the decomposition treatment as shown in Table 1, sample No. A lignin derivative was obtained in the same manner as in Example 1, and a laminate was obtained.
また、サンプルNo.2のリグニン誘導体について、1H−NMR分析による化学シフトのスペクトルを取得し、脂肪族プロトンに帰属する複数のピークの積分値に対する芳香族プロトンに帰属する複数のピークの積分値の割合を表1に示した。 Sample No. For 1 lignin derivative, the spectrum of chemical shift by 1 H-NMR analysis was obtained, and the ratio of the integrated value of the plurality of peaks belonging to the aromatic proton to the integrated value of the plurality of peaks belonging to the aliphatic proton was shown in Table 1. It was shown to.
さらに、サンプルNo.2のリグニン誘導体について、数平均分子量(Mn)を測定し、表1に示した。 Furthermore, sample no. The number average molecular weight (Mn) of the 2 lignin derivatives was measured and shown in Table 1.
(サンプルNo.3)
スギ粉(60メッシュアンダー)15gと純水120gとを、300mlオートクレーブに導入し、内容物を500rpmで撹拌しながら、前処理として室温で15分撹拌を行いスギ粉と純水とを十分なじませた後、6MPa、240℃で60分間処理して、スギ粉を分解した。なお、圧力の調整はアルゴンガスの吹き込みによる加圧により行った。次いで、分解物をろ過し、純水で洗浄することで、水不溶部10.0gを分離した。この水不溶部をアセトン200mlに一晩浸漬し、ろ過することでアセトン可溶部を回収した。次いで、前記アセトン可溶部より、アセトンを留去後、乾燥することで、リグニン誘導体2.7gを得た。
(Sample No. 3)
Introduce 15 g of cedar flour (60 mesh under) and 120 g of pure water into a 300 ml autoclave, stir the contents at 500 rpm, and stir at room temperature for 15 minutes as a pretreatment to fully blend cedar flour and pure water. Then, the cedar flour was decomposed by treatment at 6 MPa and 240 ° C. for 60 minutes. The pressure was adjusted by pressurization by blowing argon gas. Subsequently, 10.0 g of water-insoluble parts were separated by filtering the decomposition product and washing with pure water. The water-insoluble part was immersed in 200 ml of acetone overnight and filtered to recover the acetone-soluble part. Subsequently, 2.7 g of lignin derivative was obtained by evaporating acetone from the acetone soluble part and then drying.
ここで得られたものについて、1H−NMR分析に供したところ、テトラメチルシランを0ppmの基準物質とした化学シフトのスペクトルにおいて、6〜8ppmに芳香族プロトンに帰属する複数のピークが、0.5〜5ppmに脂肪族プロトンに帰属する複数のピークがそれぞれ認められた。 About what was obtained here, when it used for the 1 H-NMR analysis, in the spectrum of the chemical shift which used tetramethylsilane as the reference substance of 0 ppm, a plurality of peaks attributed to the aromatic proton at 6 to 8 ppm are 0 A plurality of peaks attributed to aliphatic protons were observed at 5 to 5 ppm.
そこで、検出された各ピークについて、脂肪族プロトンに帰属する複数のピークの積分値に対する芳香族プロトンに帰属する複数のピークの積分値の割合を表1に示す。 Therefore, for each detected peak, the ratio of the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aromatic protons to the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aliphatic protons is shown in Table 1.
また、サンプルNo.3のリグニン誘導体について、数平均分子量(Mn)を測定し、表1に示した。 Sample No. The number average molecular weight (Mn) of the 3 lignin derivatives was measured and shown in Table 1.
以下、サンプルNo.1と同様にして積層板を得た。
(サンプルNo.4〜9)
バイオマスの種類、分解処理における温度および圧力を、表1に示すように変更した以外は、それぞれ、サンプルNo.3の場合と同様にしてリグニン誘導体を得るとともに、積層板を得た。
Hereinafter, sample no. A laminate was obtained in the same manner as in 1.
(Sample Nos. 4-9)
Except for changing the type of biomass and the temperature and pressure in the decomposition treatment as shown in Table 1, sample No. A lignin derivative was obtained in the same manner as in Example 3, and a laminate was obtained.
また、各サンプルNo.のリグニン誘導体について、1H−NMR分析による化学シフトのスペクトルを取得し、脂肪族プロトンに帰属する複数のピークの積分値に対する芳香族プロトンに帰属する複数のピークの積分値の割合を表1に示した。 In addition, each sample No. For the lignin derivative, the chemical shift spectrum by 1 H-NMR analysis was obtained, and the ratio of the integrated value of the plurality of peaks belonging to the aromatic proton to the integrated value of the plurality of peaks belonging to the aliphatic proton is shown in Table 1. Indicated.
さらに、各サンプルNo.のリグニン誘導体について、数平均分子量(Mn)を測定し、表1に示した。 Further, each sample No. The number average molecular weight (Mn) of the lignin derivative was measured and shown in Table 1.
(サンプルNo.10、11)
バイオマスの種類、分解処理における温度および圧力を、表1に示すように変更した以外は、それぞれ、サンプルNo.1の場合と同様にしてリグニン誘導体を得るとともに、積層板を得た。
(Sample Nos. 10 and 11)
Except for changing the type of biomass and the temperature and pressure in the decomposition treatment as shown in Table 1, sample No. A lignin derivative was obtained in the same manner as in Example 1, and a laminate was obtained.
また、各サンプルNo.のリグニン誘導体について、1H−NMR分析による化学シフトのスペクトルを取得し、脂肪族プロトンに帰属する複数のピークの積分値に対する芳香族プロトンに帰属する複数のピークの積分値の割合を表1に示した。 In addition, each sample No. For the lignin derivative, the chemical shift spectrum by 1 H-NMR analysis was obtained, and the ratio of the integrated value of the plurality of peaks belonging to the aromatic proton to the integrated value of the plurality of peaks belonging to the aliphatic proton is shown in Table 1. Indicated.
さらに、各サンプルNo.のリグニン誘導体について、数平均分子量(Mn)を測定し、表1に示した。 Further, each sample No. The number average molecular weight (Mn) of the lignin derivative was measured and shown in Table 1.
(サンプルNo.12)
<リグニン誘導体の製造>
孟宗竹粉10gを500mlビーカーにとり、p−クレゾールのアセトン溶液(リグニン構成単位当たり3モル倍量のフェノール誘導体を含む。)を加え、ガラス棒で撹拌し、24時間静置した。その後、アセトンを完全に留去して、p−クレゾール収着竹粉を得た。この竹粉に対して、72質量%硫酸100mlを加え、30℃で1時間激しく撹拌した後、混合物を大過剰の水に投入し、不溶解分を回収、脱酸し、乾燥させてリグニン誘導体を得た。
(Sample No. 12)
<Production of lignin derivative>
Take 10 g of Somune bamboo powder in a 500 ml beaker, add acetone solution of p-cresol (including 3 mol times phenol derivative per lignin constituent unit), stir with a glass rod, and let stand for 24 hours. Thereafter, acetone was completely distilled off to obtain p-cresol sorbed bamboo powder. To this bamboo flour, 100 ml of 72% by weight sulfuric acid was added and stirred vigorously at 30 ° C. for 1 hour, and then the mixture was poured into a large excess of water, the insoluble matter was recovered, deoxidized, and dried to give a lignin derivative. Got.
得られたリグニン誘導体について、1H−NMR分析による化学シフトのスペクトルを取得し、脂肪族プロトンに帰属する複数のピークの積分値に対する芳香族プロトンに帰属する複数のピークの積分値の割合を表1に示した。
また、得られたリグニン誘導体の数平均分子量(Mn)を測定し、表1に示した。
About the obtained lignin derivative, the spectrum of the chemical shift by 1 H-NMR analysis was acquired, and the ratio of the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aromatic proton to the integrated value of the plurality of peaks attributed to the aliphatic proton was expressed. It was shown in 1.
Further, the number average molecular weight (Mn) of the obtained lignin derivative was measured and shown in Table 1.
<リグニン樹脂組成物の製造>
次に、得られたリグニン誘導体90質量部に、ヘキサメチレンテトラミン10質量部を常温で添加し、リグニン樹脂組成物を得た。
<Manufacture of lignin resin composition>
Next, 10 parts by mass of hexamethylenetetramine was added to 90 parts by mass of the obtained lignin derivative at room temperature to obtain a lignin resin composition.
<基材含浸用ワニスの製造>
次に、上記で得られたリグニン樹脂組成物をメタノールで希釈して樹脂分50質量%の基材含浸用の樹脂ワニスを得た。
<Manufacture of varnish for substrate impregnation>
Next, the lignin resin composition obtained above was diluted with methanol to obtain a resin varnish for substrate impregnation having a resin content of 50% by mass.
<プリプレグおよび積層板の製造>
次に、上記で得られた基材含浸用の樹脂ワニスを樹脂含有率55質量%(プリプレグ全体に対する割合)となるように、クラフト紙に対してディップコーター装置で塗工し、その後、160℃で5分間乾燥してプリプレグを得た。このようにして製造したプリプレグ8枚を重ね合わせ、200℃、5MPaで10分間の加熱加圧成形を行った。しかしながら、溶融が不十分で積層板を形成することができなかった。
<Manufacture of prepreg and laminate>
Next, the resin varnish for impregnating the base material obtained above was applied to kraft paper with a dip coater so that the resin content was 55% by mass (ratio to the whole prepreg), and then 160 ° C. And dried for 5 minutes to obtain a prepreg. Eight prepregs thus produced were stacked and subjected to heat and pressure molding at 200 ° C. and 5 MPa for 10 minutes. However, the laminated board could not be formed due to insufficient melting.
(サンプルNo.13)
以下の工程によりリグニン誘導体にエポキシ基を導入してリグニン二次誘導体を製造し、これを用いて積層板を製造するようにした以外は、サンプルNo.1と同様にした。
(Sample No. 13)
Except that a lignin secondary derivative was produced by introducing an epoxy group into the lignin derivative according to the following steps, and a laminate was produced using this, sample no. Same as 1.
<リグニン二次誘導体の製造>
まず、撹拌機および冷却管を備えた3つ口フラスコに、サンプルNo.1のリグニン誘導体と、エピクロロヒドリン100gとを導入し、100mmHg(1.3×104Pa)の圧力下で減圧還流しながら、20質量%の濃度の水酸化ナトリウム水溶液2gを30分かけて滴下した。その後、90分間減圧還流状態を保持して反応処理物を得た。
<Production of secondary lignin derivative>
First, in a three-necked flask equipped with a stirrer and a cooling pipe, sample No. 1 lignin derivative and 100 g of epichlorohydrin were introduced and refluxed under reduced pressure under a pressure of 100 mmHg (1.3 × 10 4 Pa), 2 g of a 20% strength by weight aqueous sodium hydroxide solution was added over 30 minutes. And dripped. Thereafter, the reaction mixture was obtained by maintaining the reduced-pressure reflux state for 90 minutes.
次いで、反応処理物から不溶分を濾過して取り除き、エピクロロヒドリン可溶部を単離した。そして、このエピクロロヒドリン可溶部からエピクロロヒドリンを留去し、乾燥することで、リグニン二次誘導体0.8gを得た。 Next, the insoluble matter was removed from the reaction product by filtration, and the epichlorohydrin soluble portion was isolated. And epichlorohydrin was distilled off from this epichlorohydrin soluble part, and 0.8g of lignin secondary derivatives were obtained by drying.
<基材含浸用ワニスの製造>
次いで、上記で得られたリグニン二次誘導体をメタノールで希釈して樹脂分50質量%のリグニン二次誘導体ワニス790gを得た。
<Manufacture of varnish for substrate impregnation>
Subsequently, the lignin secondary derivative obtained above was diluted with methanol to obtain 790 g of a lignin secondary derivative varnish having a resin content of 50% by mass.
そして、リグニン二次誘導体ワニス100質量部と、2−メチルイミダゾール2質量部とを混合し、基材含浸用の樹脂ワニスを得た。 And 100 mass parts of lignin secondary derivative varnish and 2 mass parts of 2-methylimidazole were mixed, and the resin varnish for base material impregnation was obtained.
<プリプレグおよび積層板の製造>
次に、上記で得られた基材含浸用の樹脂ワニスを樹脂含浸率55質量%(プリプレグ全体に対する割合)となるように、クラフト紙(坪量135g/m2)に対してディップコーター装置で塗工し、その後、160℃で5分間乾燥してプリプレグを得た。このようにして製造したプリプレグ8枚を重ね合わせ、200℃、5MPaで10分間の加熱加圧成形を行った。これにより平均厚さ1.6mmの積層板を得た。
<Manufacture of prepreg and laminate>
Next, the varnish for impregnating the base material obtained above with a dip coater device with respect to kraft paper (basis weight 135 g / m 2 ) so that the resin impregnation rate is 55 mass% (ratio to the whole prepreg). It was coated and then dried at 160 ° C. for 5 minutes to obtain a prepreg. Eight prepregs thus produced were stacked and subjected to heat and pressure molding at 200 ° C. and 5 MPa for 10 minutes. As a result, a laminate having an average thickness of 1.6 mm was obtained.
(サンプルNo.14〜23)
リグニン誘導体の種類、および導入する反応性基の種類を、表2に示すように変更した以外は、それぞれ、サンプルNo.13の場合と同様にしてリグニン二次誘導体を得るとともに、積層板を得た。
(Sample Nos. 14 to 23)
Except for changing the type of lignin derivative and the type of reactive group to be introduced as shown in Table 2, sample No. In the same manner as in No. 13, a lignin secondary derivative was obtained and a laminate was obtained.
なお、反応性基としてビニル基を用いたサンプルについては、エピクロロヒドリンに代えてアリルブロミドを用い、2−メチルイミダゾールに代えてアゾビスイソブチロニトリルを用いるようにした。 In addition, about the sample which used the vinyl group as a reactive group, it replaced with epichlorohydrin and allyl bromide was used, and it replaced with 2-methylimidazole and used azobisisobutyronitrile.
(サンプルNo.24)
<リグニン二次誘導体の製造>
サンプルNo.12のリグニン誘導体を以下の方法でエポキシ化した。
(Sample No. 24)
<Production of secondary lignin derivative>
Sample No. Twelve lignin derivatives were epoxidized by the following method.
まず、撹拌装置、冷却器、滴下ロートの付いた100mlの3つ口フラスコに、サンプルNo.12のリグニン誘導体1.4gと、エピクロロヒドリン100gとを導入し、100mmHg(1.3×104Pa)の圧力下で減圧還流しながら、20質量%の濃度の水酸化ナトリウム水溶液1gを30分かけて滴下した。その後、90分間減圧還流状態を保持して反応処理物を得た。 First, sample No. 1 was placed in a 100 ml three-necked flask equipped with a stirrer, a cooler and a dropping funnel. While introducing 1.4 g of 12 lignin derivatives and 100 g of epichlorohydrin and refluxing under reduced pressure under a pressure of 100 mmHg (1.3 × 10 4 Pa), 1 g of an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 20% by mass was added. It was added dropwise over 30 minutes. Thereafter, the reaction mixture was obtained by maintaining the reduced-pressure reflux state for 90 minutes.
次いで、反応処理物から不溶分を濾過して取り除き、エピクロロヒドリン可溶部を単離した。そして、このエピクロロヒドリン可溶部からエピクロロヒドリンを留去し、乾燥することで、リグニン二次誘導体1.3gを得た。 Next, the insoluble matter was removed from the reaction product by filtration, and the epichlorohydrin soluble portion was isolated. And epichlorohydrin was distilled off from this epichlorohydrin soluble part, and 1.3g of lignin secondary derivatives were obtained by drying.
<基材含浸用ワニスの製造>
次いで、上記で得られたリグニン二次誘導体をメタノールで希釈して樹脂分50質量%のリグニン二次誘導体ワニスを得た。
<Manufacture of varnish for substrate impregnation>
Subsequently, the lignin secondary derivative obtained above was diluted with methanol to obtain a lignin secondary derivative varnish having a resin content of 50% by mass.
そして、リグニン二次誘導体ワニス100質量部と、2−メチルイミダゾール2質量部とを混合し、基材含浸用の樹脂ワニスを得た。 And 100 mass parts of lignin secondary derivative varnish and 2 mass parts of 2-methylimidazole were mixed, and the resin varnish for base material impregnation was obtained.
<プリプレグおよび積層板の製造>
次に、上記で得られた基材含浸用の樹脂ワニスを樹脂含浸率55質量%(プリプレグ全体に対する割合)となるように、クラフト紙(坪量135g/m2)に対してディップコーター装置で塗工し、その後、160℃で5分間乾燥してプリプレグを得た。このようにして製造したプリプレグ8枚を重ね合わせ、200℃、5MPaで10分間の加熱加圧成形を行った。しかしながら、溶融が不十分で積層板を形成することができなかった。
<Manufacture of prepreg and laminate>
Next, the varnish for impregnating the base material obtained above with a dip coater device with respect to kraft paper (basis weight 135 g / m 2 ) so that the resin impregnation rate is 55 mass% (ratio to the whole prepreg). It was coated and then dried at 160 ° C. for 5 minutes to obtain a prepreg. Eight prepregs thus produced were stacked and subjected to heat and pressure molding at 200 ° C. and 5 MPa for 10 minutes. However, the laminated board could not be formed due to insufficient melting.
2.積層板の評価
2.1.基材含浸性の評価
各サンプルNo.に使用した樹脂ワニス1mlをスポイトでクラフト紙表面に滴下した。室温で風乾した後、クラフト紙の裏面まで浸透しているかを確認した。
2. Evaluation of laminate 2.1. Evaluation of substrate impregnation property 1 ml of the resin varnish used in the above was dropped onto the kraft paper surface with a dropper. After air-drying at room temperature, it was confirmed whether it penetrated to the back of the kraft paper.
<基材含浸性の評価基準>
○:クラフト紙の裏面まで浸透している
×:クラフト紙の裏面への浸透が不十分
<Evaluation criteria for substrate impregnation>
○: Penetrating to the back of the kraft paper ×: Insufficient penetration of the back of the kraft paper
2.2.曲げ破断時伸びの評価
各サンプルNo.の積層板について、JIS−C6481に規定の方法に準じて、破断するまでの曲げ試験を行った。そして、試験前寸法に対する試験後寸法の変化の割合(曲げ破断時伸び)を、以下の評価基準に従って評価した。
2.2. Evaluation of elongation at bending fracture Sample No. The laminated plate was subjected to a bending test until it broke according to the method defined in JIS-C6481. And the ratio (elongation at the time of bending fracture | rupture) of the change of the dimension after a test with respect to the dimension before a test was evaluated according to the following evaluation criteria.
<曲げ破断時伸びの評価基準>
○:曲げ破断時伸びが1%以上である
×:曲げ破断時伸びが1%未満である
以上、2.1、2.2の評価結果を表1、2に示す。
<Evaluation criteria for elongation at bending fracture>
○: Elongation at the time of bending fracture is 1% or more. X: Elongation at the time of bending fracture is less than 1%.
まず、表1、2から明らかなように、サンプルNo.3〜9、15〜21が実施例(本発明)に相当し、サンプルNo.1、2、10〜14、22〜24が比較例に相当する。 First, as apparent from Tables 1 and 2, sample No. 3 to 9 and 15 to 21 correspond to examples (present invention), and sample Nos. 1, 2, 10-14 and 22-24 correspond to comparative examples.
そして、各実施例に相当する積層板は、基材含浸性、すなわちクラフト紙に対する樹脂ワニスの均一性が高く、かつ、曲げ破断時の伸びに優れていることが認められた。これは、積層板の製造に用いた各サンプルNo.のリグニン誘導体の芳香族プロトンの含有比率が所定の範囲内にあるため、リグニン誘導体の反応性および溶融性または溶解性が最適化されているためであると考えられる。 And it was recognized that the laminated board corresponded to each Example has the high base material impregnation property, ie, the uniformity of the resin varnish with respect to a kraft paper, and is excellent in the elongation at the time of bending fracture. This is because each sample No. used in the production of the laminated plate was obtained. This is considered to be because the reactivity and meltability or solubility of the lignin derivative is optimized because the aromatic proton content of the lignin derivative is within a predetermined range.
一方、各比較例に相当する積層板には、基材含浸性に劣るものや、曲げ破断時の伸びに劣る(脆い)もの、さらには、成形を行うことができなかったものが含まれていた。 On the other hand, the laminated plate corresponding to each comparative example includes those having poor base material impregnation properties, those having poor elongation at bending fracture (brittle), and those that could not be molded. It was.
Claims (8)
1H−NMR分析に供されたとき、得られるスペクトルにおける芳香族プロトンに帰属するピークの積分値が、脂肪族プロトンに帰属するピークの積分値の15〜50%であることを特徴とするリグニン誘導体。 Manufactured by decomposing the biomass at a temperature of 200 to 380 ° C., a time of 480 minutes or less, and a pressure of 4 to 22 MPa after pretreatment of stirring the biomass and solvent at a temperature of 0 to 150 ° C. for a time of 1 to 120 minutes. And
When subjected to of 1 H-NMR analysis, the integral value of the peak attributable to the aromatic protons in the resulting spectrum, characterized in that 15 to 50% of the integrated value of the peak attributable to aliphatic protons lignin Derivative.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011040688A JP5754169B2 (en) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | Lignin derivative, lignin secondary derivative, lignin resin composition, prepreg and composite structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011040688A JP5754169B2 (en) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | Lignin derivative, lignin secondary derivative, lignin resin composition, prepreg and composite structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012177035A JP2012177035A (en) | 2012-09-13 |
JP5754169B2 true JP5754169B2 (en) | 2015-07-29 |
Family
ID=46979107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011040688A Active JP5754169B2 (en) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | Lignin derivative, lignin secondary derivative, lignin resin composition, prepreg and composite structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5754169B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014160710A (en) * | 2013-02-19 | 2014-09-04 | Hitachi Chemical Co Ltd | Printed circuit board |
JP2014193977A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Resin composition, prepreg including the resin composition, laminate sheet, and molding material |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SG47174A1 (en) * | 1995-09-18 | 1998-03-20 | Ibm | Cross-linked biobased materials and fabricating methods thereof |
JP5256679B2 (en) * | 2007-09-27 | 2013-08-07 | 住友ベークライト株式会社 | Lignin derivatives and their secondary derivatives |
JP5256813B2 (en) * | 2008-03-25 | 2013-08-07 | 住友ベークライト株式会社 | Lignin resin composition and molding material |
JP5396747B2 (en) * | 2008-06-02 | 2014-01-22 | 住友ベークライト株式会社 | Prepreg and substrate using the same |
-
2011
- 2011-02-25 JP JP2011040688A patent/JP5754169B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012177035A (en) | 2012-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102361903B (en) | Epoxy resin composition, prepreg, metal foil with resin, resin sheet, laminate and multi-layer board | |
JP5256813B2 (en) | Lignin resin composition and molding material | |
CN101643565B (en) | Composite material, high frequency circuit board prepared from same and preparation method thereof | |
CN105153234B (en) | A kind of phenoxy cyclotriphosphazene active ester, halogen-free resin composition and application thereof | |
JP5348113B2 (en) | Method for producing lignin resin composition | |
JP5885960B2 (en) | Method for producing lignin derivative, method for producing lignin secondary derivative, and method for producing natural organic compound | |
JP2012201828A (en) | Method for producing lignin derivative, method for producing lignin secondary derivative, lignin derivative, and lignin secondary derivative | |
CN105008425A (en) | Resin composition for printed wiring board, prepreg and metal-clad laminate | |
JP5750336B2 (en) | Lignin resin composition, prepreg and composite structure | |
JP5396747B2 (en) | Prepreg and substrate using the same | |
JP6181347B2 (en) | Method for producing lignin derivative and method for producing lignin secondary derivative | |
CN103980667A (en) | Thermosetting resin composition of integrated circuit, prepreg and laminate | |
JP5754169B2 (en) | Lignin derivative, lignin secondary derivative, lignin resin composition, prepreg and composite structure | |
JP5397361B2 (en) | Manufacturing method of prepreg | |
JP6217064B2 (en) | Resin composition and resin molded body | |
JP5920069B2 (en) | Lignin resin composition and lignin resin molding material | |
JP6319703B1 (en) | Propenyl group-containing resin, resin composition, resin varnish, laminate manufacturing method, thermosetting molding material and sealing material | |
JP6163761B2 (en) | Resin composition and resin molded body | |
JP2015048361A (en) | Lignin resin composition, resin molded article, prepreg, and molding material | |
JP2010106228A (en) | Epoxy resin composition and cured body using the same, semi-cured body, prepreg and compound substrate using the same | |
JP5641101B2 (en) | Method for producing lignin resin composition | |
JP2014133817A (en) | Method for manufacturing a lignin derivative and lignin resin molded article | |
JP2011074330A (en) | Circuit board composition and method for producing the same | |
JP2014193977A (en) | Resin composition, prepreg including the resin composition, laminate sheet, and molding material | |
JP2014062051A (en) | Method for producing organic compound, lignin derivative, and lignin secondary derivative |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140120 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150203 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150210 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150409 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150428 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150511 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5754169 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |