JP6241849B2 - Method for producing silylated cellulose, silylated cellulose fiber obtained by the production method, regenerated cellulose fiber, and fiber-reinforced plastic molded product containing them - Google Patents

Method for producing silylated cellulose, silylated cellulose fiber obtained by the production method, regenerated cellulose fiber, and fiber-reinforced plastic molded product containing them Download PDF

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本発明は、従来よりも低い温度と低い圧力でセルロースをシリル化することができるシリル化セルロースの製造方法、当該製造方法によって得られたシリル化セルロースを溶融紡糸してなるシリル化セルロース繊維、当該シリル化セルロース繊維を脱シリル化してなる再生セルロース繊維、及び当該シリル化セルロース繊維又は当該再生セルロース繊維を配合した繊維強化プラスチック成型体に関する。 The present invention relates to a method for producing silylated cellulose capable of silylating cellulose at a lower temperature and lower pressure than before, a silylated cellulose fiber obtained by melt spinning the silylated cellulose obtained by the production method, The present invention relates to a regenerated cellulose fiber obtained by desilylation of a silylated cellulose fiber, and a fiber reinforced plastic molded body containing the silylated cellulose fiber or the regenerated cellulose fiber.

プラスチックにガラス繊維などの繊維を加えて強度を高めた複合材料(繊維強化プラスチック:FRP)は軽量で強度や耐熱性に優れることから工業製品に広く利用されている。繊維強化プラスチックの用途の例としては、バンパやドアステップなどの自動車部品、椅子などの家具、バスタブ、ボートの船体などが挙げられる。 A composite material (fiber reinforced plastic: FRP), which is made of glass fiber and other fibers with increased strength, is widely used in industrial products because it is lightweight and has excellent strength and heat resistance. Examples of uses of fiber reinforced plastics include automotive parts such as bumpers and door steps, furniture such as chairs, bathtubs, and boat hulls.

プラスチックに添加する繊維としては、ガラス繊維が一般的に使用されている。しかし、ガラス繊維は比重が大きいためFRP成型体の重量が大きくなるという欠点があった。また、ガラス繊維を添加したFRP成型体は、加熱炉に溶融したガラスが付着するためリサイクルには適していないという問題がある。 Glass fiber is generally used as the fiber added to the plastic. However, since glass fiber has a large specific gravity, there is a drawback that the weight of the FRP molded body increases. Further, the FRP molded body to which glass fiber is added has a problem that molten glass adheres to the heating furnace and is not suitable for recycling.

一方で、特許文献1のように、セルロース繊維でタイヤを強化する技術が提案されている。特許文献1の発明では、請求項1の(化1)に記載されているO-Si-O-Si骨格を有するシリル化剤、又は請求項1の(化2)に記載されているSi-x-O-Si骨格を有するシリル化剤を使用して、セルロースをシリル化してセルロース誘導体とする。合成されたセルロース誘導体は溶融紡糸して繊維の形状に成形される。 On the other hand, as in Patent Document 1, a technique for reinforcing a tire with cellulose fibers has been proposed. In the invention of Patent Document 1, a silylating agent having an O—Si—O—Si skeleton described in (Chemical Formula 1) of Claim 1 or Si— described in (Chemical Formula 2) of Claim 1 is used. A silylating agent having an xO-Si skeleton is used to silylate cellulose to obtain a cellulose derivative. The synthesized cellulose derivative is melt-spun and formed into a fiber shape.

特許文献1の例1から例19には、種々のシリル化の条件が記載されているが、シリル化の反応温度は100〜140℃の範囲であり、反応時間は2〜8時間の範囲である。 Examples 1 to 19 of Patent Document 1 describe various silylation conditions. The reaction temperature of silylation is in the range of 100 to 140 ° C., and the reaction time is in the range of 2 to 8 hours. is there.

一方、特許文献2の表1には糖などの炭水化物をシリル化する方法が記載されている。具体的には、表1のNo.4にセルロースの酸分解物(糖)をアンモニアとヘキサメチルジシラザンの存在下で100℃、加圧条件下(オートクレーブ中)で反応させて糖をシリル化することが記載されている。No.4における糖の置換度は2.9である。請求項1には温度約0〜200℃で反応させると記載されているが、表1では反応温度は80〜100℃の範囲である。 On the other hand, Table 1 of Patent Document 2 describes a method for silylating a carbohydrate such as a sugar. Specifically, No. 4 in Table 1 is reacted with cellulose acid degradation product (sugar) in the presence of ammonia and hexamethyldisilazane at 100 ° C under pressure (in an autoclave) to silylate the sugar. It is described to do. The degree of sugar substitution in No. 4 is 2.9. In claim 1, it is described that the reaction is carried out at a temperature of about 0 to 200 ° C., but in Table 1, the reaction temperature is in the range of 80 to 100 ° C.

特表2001−521072Special table 2001-521072 特開平6−340687JP-A-6-340687

上述の特許文献1及び特許文献2には、セルロースや糖をシリル化する方法が開示されているが、シリル化反応の反応温度が100〜140℃又は80〜100℃と比較的に高かった。また、特許文献2に見られるように、シリル化反応を加圧条件下で行う必要があるなど、シリル化反応における操作が煩雑であるし、反応を行うには加圧下での反応に耐える設備が必要になるという問題があった。特許文献2の場合は、スモールスケールで反応を行っているため装置としては比較的に安価で調達できるオートクレーブを使用している。しかし、この反応をラージスケール化して工業化する際には、操作や設備の問題がより顕著に現れる。 Patent Document 1 and Patent Document 2 described above disclose methods for silylating cellulose and sugar, but the reaction temperature of the silylation reaction was relatively high at 100 to 140 ° C or 80 to 100 ° C. In addition, as seen in Patent Document 2, the operation in the silylation reaction is complicated, such as the necessity of performing the silylation reaction under a pressurized condition, and equipment that can withstand the reaction under pressure to perform the reaction. There was a problem that would be necessary. In the case of Patent Document 2, since the reaction is performed on a small scale, an autoclave that can be procured at a relatively low cost is used as an apparatus. However, when this reaction is converted into a large scale and industrialized, problems of operation and equipment appear more remarkably.

以上のような問題に鑑みて、本発明は、より穏やかな反応条件でシリル化反応を進行させてシリル化セルロースを製造することができる方法を提供することを目的とする。また、当該方法により製造されたシリル化セルロースを溶融紡糸してなるシリル化セルロース繊維を提供する。そして、当該シリル化セルロース繊維を脱シリル化してなる再生セルロース繊維を提供する。さらに、前記シリル化セルロース繊維又は前記再生セルロース繊維を配合した繊維強化プラスチック成型体を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method capable of producing a silylated cellulose by allowing a silylated reaction to proceed under milder reaction conditions. Moreover, the silylated cellulose fiber formed by melt-spinning the silylated cellulose manufactured by the said method is provided. And the regenerated cellulose fiber formed by desilylating the said silylated cellulose fiber is provided. Furthermore, it aims at providing the fiber reinforced plastic molding which mix | blended the said silylated cellulose fiber or the said regenerated cellulose fiber.

前処理したセルロースと、酸触媒と、以下の(化1)又は(化2)で示されるシリル化剤とを、0〜55℃かつ0.08〜0.11MPaで反応させることを特徴とするシリル化セルロースの製造方法によって上記の課題を解決する。(化1)の式中においてR〜Rは、同一又は異なって、炭素数1〜4の低級アルキル基、炭素数1〜4の低級アルケニル基、又はアリール基であって、Rは、水素原子である。(化2)の式中においてR8〜R10は、同一又は異なって、炭素数1〜4の低級アルキル基、炭素数1〜4の低級アルケニル基、又はアリール基であって、R 11〜R12は、同一又は異なって、水素原子、若しくは炭素数1〜4のアルキル基であって、又はN-R11R12は、窒素原子を含有するヘテロアリール基である。式中でSiはケイ素であり、Nは窒素である。本発明者らは、穏やかな条件でシリル化反応を行う方法について、研究したところ、Si-NH-Si骨格又はSi-NH2骨格若しくはSi-N骨格を有するシリル化剤と酸触媒との存在下であれば、室温かつ大気圧のような穏やかな反応条件でシリル化セルロースを製造することができることを見出して、本発明を完成するに至った。本発明において、「シリル化」とは、(化1)におけるR1R2R3-Si基若しくはR1R2R3-Si基、又は(化2)におけるR8R9R10-Si基で特定の官能基を置換することを示す。
A silylated cellulose characterized by reacting pretreated cellulose, an acid catalyst, and a silylating agent represented by the following (Chemical Formula 1) or (Chemical Formula 2) at 0 to 55 ° C. and 0.08 to 0.11 MPa. The above problem is solved by the manufacturing method. In the formula of (Chemical Formula 1), R 1 to R 6 are the same or different and are a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a lower alkenyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aryl group, and R 7 is , A hydrogen atom. (Formula 2) R 8 ~R 10 in the formula of the same or different, a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a lower alkenyl group, or an aryl group having from 1 to 4 carbon atoms, R 11 ~ R 12 is the same or different and is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or NR 11 R 12 is a heteroaryl group containing a nitrogen atom. In the formula, Si is silicon and N is nitrogen. The present inventors have studied a method for performing a silylation reaction under mild conditions, and found that a silylating agent having a Si-NH-Si skeleton, a Si-NH 2 skeleton, or a Si-N skeleton and an acid catalyst exist. If it is below, it discovered that silylated cellulose could be manufactured on mild reaction conditions, such as room temperature and atmospheric pressure, and came to complete this invention. In the present invention, “silylation” means R 1 R 2 R 3 —Si group or R 1 R 2 R 3 —Si group in (Chemical Formula 1 ), or R 8 R 9 R 10 —Si group in (Chemical Formula 2). Indicates that a specific functional group is substituted with a group.

上記のシリル化セルロースの製造方法において、セルロースの前処理はアルカリ性溶液にセルロースを添加して撹拌することにより行うことが好ましい(マーセル化(mercerization)と称することがある)。アルカリ性溶液にセルロースを添加して撹拌することで、セルロースの水酸基間の水素結合を切断してシリル化の効率を向上させることができる。 In the method for producing silylated cellulose, the pretreatment of cellulose is preferably performed by adding cellulose to an alkaline solution and stirring (sometimes referred to as mercerization). By adding and stirring the cellulose to the alkaline solution, the hydrogen bond between the hydroxyl groups of the cellulose can be broken to improve the silylation efficiency.

上記のシリル化セルロースの製造方法において、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、又はトリフルオロメタンスルホン酸を使用することが好ましい。上記(化1)のシリル化剤と共に使用することで、穏やかな反応条件でシリル化を行うことができる。 In the method for producing silylated cellulose, trifluoroacetic acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, or trifluoromethanesulfonic acid is preferably used. By using together with the above silylating agent (Chemical Formula 1), silylation can be carried out under mild reaction conditions.

上記のシリル化セルロースの製造方法において、前処理したセルロースと、酸触媒と、上記(化1)のシリル化剤を反応させる時間は0.3〜2時間であることが好ましい。本発明では、従来よりも穏やかな反応条件で、しかも短時間にシリル化反応を完了させることができる。 In the method for producing silylated cellulose, the time for reacting the pretreated cellulose, the acid catalyst, and the silylating agent of (Chemical Formula 1) is preferably 0.3 to 2 hours. In the present invention, the silylation reaction can be completed under milder reaction conditions than before and in a short time.

上記のシリル化セルロースの製造方法によれば、置換度1.8〜3.0のシリル化セルロースを得ることができる。ここでいう置換度とは、セルロースを構成するグルコースにおける水酸基が置換されている程度を示す。セルロース中のグルコースの水酸基の数は3であるので、置換度3.0が最大である。置換度を前記範囲内とすることで、後述するように、シリル化セルロースを溶融紡糸したり、溶融させたプラスチックにシリル化セルロース繊維を混合して成形したりする際に必要な耐熱性をセルロースに与えることができる。 According to the method for producing silylated cellulose, silylated cellulose having a substitution degree of 1.8 to 3.0 can be obtained. The degree of substitution herein refers to the degree to which the hydroxyl group in glucose constituting cellulose is substituted. Since the number of glucose hydroxyl groups in cellulose is 3, the degree of substitution is 3.0. By making the degree of substitution within the above range, as will be described later, the heat resistance required for melt spinning the silylated cellulose or mixing the silylated cellulose fiber with the melted plastic and molding the cellulose Can be given to.

上記のシリル化セルロースの製造方法により得られたシリル化セルロースを溶融紡糸することでシリル化セルロース繊維を得ることができる。溶融紡糸に際しては、押出機で上記のシリル化セルロースの製造方法により得られたシリル化セルロースを230〜250℃に加熱した後に紡糸口金から押し出すことにより行うことが好ましい。上記の製造方法によって得られたシリル化セルロースは、前記温度範囲内において、簡易にしかも品質を損なうことなく糸状に成形することができる。 Silylated cellulose fibers can be obtained by melt spinning the silylated cellulose obtained by the method for producing silylated cellulose. The melt spinning is preferably performed by heating the silylated cellulose obtained by the above-described method for producing silylated cellulose with an extruder to 230 to 250 ° C. and then extruding it from a spinneret. The silylated cellulose obtained by the above production method can be easily formed into a thread shape within the above temperature range without impairing the quality.

上記のシリル化セルロースの製造方法の原料として、重合度1000以上の原料セルロースを使用してシリル化反応を行い、得られたシリル化セルロースを溶融紡糸して得たシリル化セルロース繊維を延伸すると、引張強度が高いシリル化セルロース繊維を得ることができる。延伸に際しては、シリル化セルロース繊維が200〜250℃の温度範囲内にあるときに延伸することが好ましい。 As a raw material for the above-mentioned method for producing silylated cellulose, a raw material cellulose having a polymerization degree of 1000 or more is used for silylation reaction, and when the obtained silylated cellulose is melt-spun, the silylated cellulose fiber is drawn, Silylated cellulose fibers having a high tensile strength can be obtained. In stretching, it is preferable to stretch when the silylated cellulose fiber is in the temperature range of 200 to 250 ° C.

上記のシリル化セルロース繊維を脱シリル化することで、再生セルロース繊維を得ることができる。この再生セルロース繊維は、衣料品用布地の原糸、カーテンなどの装飾品用布地の原糸として好適に使用することができる。 A regenerated cellulose fiber can be obtained by desilylating the silylated cellulose fiber. This regenerated cellulose fiber can be suitably used as a raw yarn for clothing fabrics and a decorative fabric such as curtains.

上記のシリル化セルロース繊維又は上記の再生セルロース繊維をプラスチックに配合することで繊維強化プラスチック成型体を得ることができる。シリル化セルロース繊維又は再生セルロース繊維は、ガラス繊維の半分程度の比重であるので、軽量でしかも強度に優れるプラスチック成型体を得ることができる。 A fiber reinforced plastic molding can be obtained by blending the above silylated cellulose fiber or the above regenerated cellulose fiber into a plastic. Since silylated cellulose fiber or regenerated cellulose fiber has a specific gravity about half that of glass fiber, it is possible to obtain a plastic molded body that is lightweight and excellent in strength.

本発明のシリル化セルロースの製造方法によれば、従来よりも低い温度と低い圧力でシリル化セルロースを製造することができる。この製造方法で得られたシリル化セルロースは、溶融紡糸によってシリル化セルロース繊維、つまり糸状に成形することができる。このシリル化セルロース繊維を脱シリル化すると再生セルロース繊維を得ることができる。シリル化セルロース繊維は、自動車用部品などの用途に好適に使用することができる。再生セルロース繊維は、衣料品用布地などの用途に好適に使用することができる。シリル化セルロース繊維又は再生セルロース繊維を所定の長さに切断して、溶融させたプラスチックに添加し、成形すれば、軽量で強度の高いプラスチック成型体を得ることができる。 According to the method for producing silylated cellulose of the present invention, silylated cellulose can be produced at a lower temperature and lower pressure than in the past. The silylated cellulose obtained by this production method can be formed into silylated cellulose fibers, that is, yarns, by melt spinning. When this silylated cellulose fiber is desilylated, a regenerated cellulose fiber can be obtained. Silylated cellulose fiber can be suitably used for applications such as automotive parts. The regenerated cellulose fiber can be suitably used for applications such as clothing fabrics. If a silylated cellulose fiber or a regenerated cellulose fiber is cut into a predetermined length, added to a melted plastic, and molded, a lightweight and strong plastic molded body can be obtained.

セルロースをマーセル化するときの反応式である。It is a reaction formula when making cellulose into a mercer. ヘキサメチルジシラザンとトリフルオロ酢酸との存在下でセルロースをシリル化するときの反応式である。It is a reaction formula when cellulose is silylated in the presence of hexamethyldisilazane and trifluoroacetic acid.

以下、発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described.

本発明のシリル化セルロースの製造方法では、セルロースに前処理を施す。前処理では、結晶化したセルロースの水素結合を切断して、セルロース分子を構成するグルコースの水酸基に上記の(化1)又は(化2)で示したシリル化剤がアクセスしやすいようにする。前処理としては、上述のマーセル化を好適に採用することができる。その他、アンモニア溶液にセルロースを添加して、これをオートクレーブ等で加圧してセルロースを爆砕する方法も採用できる。後者の場合は、加圧処理を伴うので前者を好適に採用することができる。 In the method for producing silylated cellulose of the present invention, the cellulose is pretreated. In the pretreatment, the hydrogen bond of the crystallized cellulose is broken so that the silylating agent shown in the above (Chemical Formula 1) or (Chemical Formula 2) can easily access the hydroxyl group of glucose constituting the cellulose molecule. As the pretreatment, the mercerization described above can be suitably employed. In addition, a method of adding cellulose to an ammonia solution and pressurizing it with an autoclave or the like to explode the cellulose can be employed. In the latter case, since the pressure treatment is involved, the former can be suitably employed.

マーセル化において使用するアルカリ性溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、水酸化バリウム水溶液などが挙げられる。安価に調達できる水酸化ナトリウム水溶液を使用することが好ましい。水酸化ナトリウム溶液は、溶液の全重量に対して15〜60重量%(以下、wt%と記載することがある)となるように水酸化ナトリウムを溶媒に対して添加することが好ましく、18〜40重量%とするとより好ましい。水酸化ナトリウムの添加量が少ないと、水素結合の切断が不十分になり、シリル化が十分に行えないことがある。水酸化ナトリウムの添加量が多いと、セルロースの分子量が低下することがある。マーセル化によって、セルロース分子中のグルコースにおける水酸基からプロトンが解離する(図1参照)。マーセル化の温度は5〜60℃の範囲内とすることが好ましい。 Examples of the alkaline solution used in mercerization include an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous calcium hydroxide solution, and an aqueous barium hydroxide solution. It is preferable to use an aqueous sodium hydroxide solution that can be procured at low cost. Sodium hydroxide is preferably added to the solvent so that the sodium hydroxide solution is 15 to 60% by weight (hereinafter sometimes referred to as wt%) based on the total weight of the solution, More preferably, it is 40% by weight. If the amount of sodium hydroxide added is small, hydrogen bond breakage may be insufficient, and silylation may not be performed sufficiently. When there is much addition amount of sodium hydroxide, the molecular weight of a cellulose may fall. Mercerization dissociates protons from hydroxyl groups in glucose in cellulose molecules (see FIG. 1). The mercerization temperature is preferably in the range of 5 to 60 ° C.

セルロースをマーセル化した後は、濾過や遠心分離機にかけてセルロースを沈殿させて(以下、遠沈と称する)、アルカリ性溶液を取り除く。そして、セルロースに極性溶媒を添加することでアルカリ性溶液から極性溶媒へと溶媒を置換する。極性溶媒としては、取扱いに不便でなく、その後のシリル化反応を妨げないようなものが挙げられる。例えば、N-メチルピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキサイド(DMSO)、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホン、テトラメチルフランなどが挙げられる。 After cellulose is mercerized, it is filtered or centrifuged to precipitate the cellulose (hereinafter referred to as centrifuge), and the alkaline solution is removed. And a solvent is substituted from an alkaline solution to a polar solvent by adding a polar solvent to a cellulose. Examples of the polar solvent include those that are not inconvenient to handle and do not interfere with the subsequent silylation reaction. For example, N-methylpyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide (DMAc), dimethylsulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran, dimethylsulfone, tetramethylfuran and the like can be mentioned.

溶媒を置換する際には、上述のように濾過又は遠沈を行う。濾過の際に吸引濾過によって過度の吸引を行ったり、遠沈の際に過度の遠心力をかけるとセルロースが凝集して、シリル化の効率が低下することがある。したがって、遠沈の場合は、遠心力を2000〜4000×gの範囲内とすることが好ましい。 When replacing the solvent, filtration or centrifugation is performed as described above. If excessive suction is performed by suction filtration during filtration, or if excessive centrifugal force is applied during centrifugation, cellulose may aggregate and the silylation efficiency may be reduced. Therefore, in the case of centrifugation, the centrifugal force is preferably in the range of 2000 to 4000 × g.

極性溶媒で置換したセルロースに対して、シリル化剤と酸触媒を添加する。シリル化剤と酸触媒とを一度に添加するとセルロースの水酸基が適切にシリル化されないことがあるので、滴下などの操作によって酸触媒はシリル化剤とセルロースとを含む極性溶媒に徐々に添加していくことが好ましい。酸触媒を極性溶媒で希釈して滴下するとより好ましい。 A silylating agent and an acid catalyst are added to cellulose substituted with a polar solvent. If the silylating agent and the acid catalyst are added at once, the hydroxyl group of cellulose may not be appropriately silylated, so the acid catalyst is gradually added to the polar solvent containing the silylating agent and cellulose by an operation such as dropping. It is preferable to go. More preferably, the acid catalyst is diluted with a polar solvent and added dropwise.

上記の(化1)のシリル化剤のうちR〜Rが低級アルキル基の化合物としては、ビス(トリメチルシリル)アミン(慣用名:ヘキサメチルジシラザン(HMDS))、ビス(トリエチルシリル)アミン、ビス(トリプロピルシリル)アミン、ビス(トリブチルシリル)アミン等が挙げられる。ここでは(化1)中において、R〜Rが同一の例を挙げたが、R〜Rが炭素数1〜4の範囲で互いに異なってもよい。例えば、1,3-ジ-n-エチルテトラメチルジシラザン等のジ-n-エチルテトラメチルジシラザン、1,3-ジ-n-プロピルテトラメチルジシラザン等のジ-n-プロピルテトラメチルジシラザン、1,3-ジ-n-ブチルテトラメチルジシラザン等のジ-n-ブチルテトラメチルジシラザンなどが挙げられる。 Among the silylating agents of the above (Chemical Formula 1), compounds in which R 1 to R 6 are lower alkyl groups include bis (trimethylsilyl) amine (common name: hexamethyldisilazane (HMDS)), bis (triethylsilyl) amine. Bis (tripropylsilyl) amine, bis (tributylsilyl) amine, and the like. Here, examples in which R 1 to R 6 are the same in (Chemical Formula 1) are given, but R 1 to R 6 may be different from each other in the range of 1 to 4 carbon atoms. For example, di-n-ethyltetramethyldisilazane such as 1,3-di-n-ethyltetramethyldisilazane, di-n-propyltetramethyldisilazane such as 1,3-di-n-propyltetramethyldisilazane, etc. And di-n-butyltetramethyldisilazane such as silazane and 1,3-di-n-butyltetramethyldisilazane.

上記の(化1)のシリル化剤のうちR〜Rが低級アルケニル基の化合物としては、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシラザン等のジビニルテトラメチルジシラザン、1,3-ジアリル-1,1,3,3-テトラメチルジシラザン等のジアリルテトラメチルジシラザン、1,3-ジ(1-ブテニル)-1,1,3,3-テトラメチルジシラザン等のジブテニルテトラメチルジシラザンなどが挙げられる。ここでは(化1)中において、R〜Rが異なる例を挙げたが、R〜Rが炭素数1〜4の範囲で同一であってもよい。 Among the silylating agents of the above (Chemical Formula 1), compounds in which R 1 to R 6 are lower alkenyl groups include divinyltetramethyldisilane such as 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane. Diallyltetramethyldisilazane such as silazane, 1,3-diallyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane, 1,3-di (1-butenyl) -1,1,3,3-tetramethyldi And dibutenyltetramethyldisilazane such as silazane. Here, examples in which R 1 to R 6 are different in (Chemical Formula 1) have been given, but R 1 to R 6 may be the same in a range of 1 to 4 carbon atoms.

上記の化(1)のシリル化剤のうちR〜Rがアリール基の化合物としては、1,3-ジフェニル-1,1,3,3-テトラメチル-ジシラザンなどのジフェニルテトラメチルジシラザン、ジトリルテトラメチルジシラザン、ジキシリルテトラメチルジシラザンなどが挙げられる。ここでは(化1)中において、R〜Rが異なる例を挙げたが、R〜Rが炭素数1〜4の範囲で同一であってもよい。 Among the silylating agents of the above chemical formula (1), compounds in which R 1 to R 6 are aryl groups include diphenyltetramethyldisilazane such as 1,3-diphenyl-1,1,3,3-tetramethyl-disilazane. , Ditolyltetramethyldisilazane, dixylyltetramethyldisilazane, and the like. Here, examples in which R 1 to R 6 are different in (Chemical Formula 1) have been given, but R 1 to R 6 may be the same in a range of 1 to 4 carbon atoms.

上記の(化2)のシリル化剤のうちR〜R10が低級アルキル基の化合物としては、トリメチルシリルアミン、トリエチルシリルアミン、トリプロピルシリルアミン、トリブチルシリルアミンなどが挙げられる。ここでは(化2)中において、R〜R10が同一の例を挙げたが、R〜R10が炭素数1〜4の範囲で互いに異なってもよい。例えば、ジメチルエチルシリルアミン、ジメチルブチルシリルアミン、ジブチルエチルシリルアミンなどが挙げられる。 Among the silylating agents of the above (Chemical Formula 2), examples of the compound in which R 8 to R 10 are lower alkyl groups include trimethylsilylamine, triethylsilylamine, tripropylsilylamine, tributylsilylamine and the like. Here, examples in which R 8 to R 10 are the same in (Chemical Formula 2) are given, but R 8 to R 10 may be different from each other in the range of 1 to 4 carbon atoms. Examples thereof include dimethylethylsilylamine, dimethylbutylsilylamine, dibutylethylsilylamine and the like.

上記の(化2)のシリル化剤のうちR〜R10が低級アルケニル基の化合物としては、トリビニルシリルアミン、トリアリルシリルアミン、トリ(1-ブテニル)シリルアミンなどが挙げられる。ここでは(化2)中において、R〜R10が同一の例を挙げたが、R〜R10が炭素数1〜4の範囲で互いに異なってもよい。例えば、ジビニルメチルシリルアミン、ジビニルブチルシリルアミン、ビニルジブチルシリルアミンなどが挙げられる。 Among the silylating agents of (Chemical Formula 2), examples of the compound in which R 8 to R 10 are lower alkenyl groups include trivinylsilylamine, triallylsilylamine, tri (1-butenyl) silylamine and the like. Here, examples in which R 8 to R 10 are the same in (Chemical Formula 2) are given, but R 8 to R 10 may be different from each other in the range of 1 to 4 carbon atoms. Examples thereof include divinylmethylsilylamine, divinylbutylsilylamine, vinyldibutylsilylamine and the like.

上記の(化2)のシリル化剤のうちR〜R10がアリール基の化合物としては、ジメチルフェニルシリルアミン、ジエチルフェニルシリルアミン、ジブチルフェニルシリルアミン、メチルジフェニルシリルアミン、ジメチルトリルシリルアミン、ジメチルキシリルシリルアミンなどが挙げられる。ここでは(化2)中において、R〜R10が異なる例を挙げたが、R〜R10が同一であってもよい。例えば、トリフェニルシリルアミンが挙げられる。 Among the silylating agents of the above (Chemical Formula 2), compounds in which R 8 to R 10 are aryl groups include dimethylphenylsilylamine, diethylphenylsilylamine, dibutylphenylsilylamine, methyldiphenylsilylamine, dimethyltolylsilylamine, Examples include dimethylxylylsilylamine. Here, an example in which R 8 to R 10 are different in (Chemical Formula 2) has been given, but R 8 to R 10 may be the same. An example is triphenylsilylamine.

上記の(化2)のシリル化剤のうち、R11〜R12が炭素数1〜4のアルキル基の化合物としては、N,N-ジメチルアミノトリメチルシラン、N,N-ジエチルアミノトリメチルシラン、N,N-ジブチルアミノトリメチルシラン、N-メチル-Nブチルアミノトリメチルシラン、N,N-ジメチルアミノトリエチルシラン等が挙げられる。 Among the silylating agents of the above (Chemical Formula 2), R 11 to R 12 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms such as N, N-dimethylaminotrimethylsilane, N, N-diethylaminotrimethylsilane, N , N-dibutylaminotrimethylsilane, N-methyl-Nbutylaminotrimethylsilane, N, N-dimethylaminotriethylsilane and the like.

上記の(化2)のシリル化剤のうち、-N-R11R12が窒素を含有するヘテロアリール基の化合物としては、トリメチルシリルイミダゾール、トリエチルシリルイミダゾール、トリプロピルシリルイミダゾール、ジビニルメチルシリルイミダゾール、トリフェニルシリルイミダゾール、ジエチルフェニルシリルイミダゾール等が挙げられる。なお、「-N-R11R12」のうちのNはヘテロアリール基中の窒素原子である。 Among the silylating agents of the above (Chemical Formula 2), the compounds of the heteroaryl group in which —NR 11 R 12 contains nitrogen include trimethylsilylimidazole, triethylsilylimidazole, tripropylsilylimidazole, divinylmethylsilylimidazole, triphenyl Examples thereof include silylimidazole and diethylphenylsilylimidazole. N in “—NR 11 R 12 ” is a nitrogen atom in the heteroaryl group.

上記の酸触媒としては、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、又はトリフルオロメタンスルホン酸等が挙げられる。シリル化反応を妨げないものであれば、ここに列挙したもの以外のプロトンを解離する酸触媒を使用することができる。 Examples of the acid catalyst include trifluoroacetic acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid. Any acid catalyst that dissociates protons other than those listed here can be used as long as it does not interfere with the silylation reaction.

次に、セルロースのシリル化の反応機構について説明する。(化1)のシリル化剤は、Si-NH-Si骨格を有しており、図2の式に示したようにしてセルロースのシリル化反応が進行すると推測される。すなわち、酸触媒(図2の場合はトリフルオロ酢酸)から供給されるプロトンが(化1)の化合物(図2の場合はヘキサメチルジシラザン)におけるSi-NH-Si骨格の窒素につきやすい傾向があり、プロトンが窒素に結合すると窒素は正に荷電する。セルロースの水酸基は求核試薬(δ-)として作用し、正に荷電した窒素を攻撃してR1R2R3-Si基(図2ではトリメチルシリル基:TMS基)とセルロースの水酸基の水素とが置換する。置換反応の結果、R4R5R6-Si-NH2(図2ではトリメチルシリルアミン)が副生する。副生物である(化2)のR4R5R6-Si-NH2(図2ではトリメチルシリルアミン)の窒素にはプロトンがつきやすく、窒素は正に荷電する。セルロースの水酸基は、上述のように求核試薬(δ-)として作用し、正に荷電した窒素を攻撃してR4R5R6-Si基(図2ではトリメチルシリル基)とセルロースの水酸基の水素とが置換する。この置換反応の結果、アンモニアガス(NH3)が副生する。実験の結果、反応後にアンモニアガスが副生することが確認されており、このことから上記の反応機構にしたがって反応が進行しているものと推測される。ここでは、(化1)のシリル化剤を使用する例を挙げたが、(化2)のシリル化剤においても同様の反応機構でシリル化が生じる。 Next, the reaction mechanism of silylation of cellulose will be described. The silylating agent of (Chemical Formula 1) has a Si—NH—Si skeleton, and it is presumed that the silylation reaction of cellulose proceeds as shown in the formula of FIG. That is, the protons supplied from the acid catalyst (trifluoroacetic acid in the case of FIG. 2) tend to be easily attached to nitrogen in the Si—NH—Si skeleton in the compound of (Chemical Formula 1) (hexamethyldisilazane in the case of FIG. Yes, when protons bind to nitrogen, nitrogen is positively charged. The hydroxyl group of cellulose acts as a nucleophile (δ ) and attacks positively charged nitrogen to attack the R 1 R 2 R 3 —Si group (trimethylsilyl group: TMS group in FIG. 2) and hydrogen of the hydroxyl group of cellulose. Replaces. As a result of the substitution reaction, R 4 R 5 R 6 —Si—NH 2 (trimethylsilylamine in FIG. 2) is by-produced. Proton is easily attached to nitrogen of R 4 R 5 R 6 —Si—NH 2 (trimethylsilylamine in FIG. 2) which is a by-product (Chemical Formula 2 ), and the nitrogen is positively charged. As described above, the hydroxyl group of cellulose acts as a nucleophilic reagent (δ ), and attacks positively charged nitrogen to form R 4 R 5 R 6 —Si group (trimethylsilyl group in FIG. 2) and the hydroxyl group of cellulose. Replace with hydrogen. As a result of this substitution reaction, ammonia gas (NH 3 ) is by-produced. As a result of the experiment, it has been confirmed that ammonia gas is by-produced after the reaction. From this, it is presumed that the reaction proceeds according to the above reaction mechanism. Here, an example in which the silylating agent of (Chemical Formula 1) is used has been described, but silylation occurs in the same reaction mechanism in the silylating agent of (Chemical Formula 2).

シリル化反応の反応温度は、0〜55℃とすることが好ましく、5〜40℃の範囲とするとより好ましく、室温とすることが最も好ましい。加熱又は冷却して当該範囲内に収まるように反応温度を制御してもよいが、室温で加熱や冷却をせずに反応させるのが最も操作や設備が簡単で済むので好ましい。シリル化反応の反応圧力は0.08〜0.11MPaとすることが好ましく、0.09〜0.105MPaの範囲とするとより好ましく、大気圧とすることが最も好ましい。加圧又は減圧して当該範囲内に収まるように反応圧力を制御してもよいが、大気圧下で加圧や減圧をせずに反応させるのが操作や設備が簡単で済むので最も好ましい。 The reaction temperature of the silylation reaction is preferably 0 to 55 ° C, more preferably 5 to 40 ° C, and most preferably room temperature. The reaction temperature may be controlled by heating or cooling so as to be within the range, but it is preferable to carry out the reaction without heating or cooling at room temperature because the operation and equipment are the simplest. The reaction pressure of the silylation reaction is preferably 0.08 to 0.11 MPa, more preferably 0.09 to 0.105 MPa, and most preferably atmospheric pressure. Although the reaction pressure may be controlled so as to be within the range by pressurization or depressurization, it is most preferable to perform the reaction without applying pressure or depressurization under atmospheric pressure because the operation and equipment are simple.

上述のシリル化セルロースの製造方法によれば、高い耐熱性を有するシリル化セルロースを0.3〜2時間程度の短い反応時間で製造することができる。セルロースを構成するグルコースの水酸基の置換度と耐熱性には相関関係があり、置換度が高いほど高い耐熱性を発揮する。本発明の製造方法では、置換度1.8〜3.0のシリル化セルロースを得ることができる。これにより、ガラス相転移温度が200℃以上の優れた耐熱性を実現することができる。置換度は、2.0〜3.0であることがより好ましい。 According to the method for producing silylated cellulose, silylated cellulose having high heat resistance can be produced in a short reaction time of about 0.3 to 2 hours. There is a correlation between the substitution degree of the hydroxyl group of glucose constituting the cellulose and the heat resistance, and the higher the substitution degree, the higher the heat resistance. In the production method of the present invention, silylated cellulose having a substitution degree of 1.8 to 3.0 can be obtained. Thereby, excellent heat resistance with a glass phase transition temperature of 200 ° C. or higher can be realized. The degree of substitution is more preferably 2.0 to 3.0.

上述のシリル化セルロースの製造方法で得られたシリル化セルロースは、任意の方法で加熱して軟化させることで簡単に糸状に成形することができる(溶融紡糸)。ガラス相転移点は200℃以上であるので、公知の押出機を使用して230〜250℃に加熱して紡糸口金から押し出すことでシリル化セルロース繊維を得ることができる。シリル化セルロース繊維を延伸することで、シリル化セルロースを配向させて引張強度を高めることができる。延伸はガラス相転移温度以上の温度で行うことが好ましい。より好ましくは、200〜250℃の範囲である。紡糸口金から押し出した直後に延伸を施すと作業効率よく延伸を行うことができる。シリル化セルロース繊維を冷却した後に再度加熱して第二次延伸を行ってもよい。延伸倍率は10〜80倍にすることが好ましい。シリル化セルロース繊維は、酸性溶液に浸漬して脱シリル化を行えば再生セルロース繊維を得ることができる。 The silylated cellulose obtained by the above-mentioned method for producing silylated cellulose can be easily formed into a thread by heating and softening by any method (melt spinning). Since the glass phase transition point is 200 ° C. or higher, silylated cellulose fibers can be obtained by heating to 230 to 250 ° C. and extruding from a spinneret using a known extruder. By stretching the silylated cellulose fiber, the silylated cellulose can be oriented to increase the tensile strength. The stretching is preferably performed at a temperature equal to or higher than the glass phase transition temperature. More preferably, it is the range of 200-250 degreeC. If stretching is performed immediately after extrusion from the spinneret, stretching can be performed with high work efficiency. After the silylated cellulose fiber is cooled, it may be heated again to perform secondary stretching. The draw ratio is preferably 10 to 80 times. If the silylated cellulose fiber is immersed in an acidic solution and desilylated, regenerated cellulose fiber can be obtained.

ポリプロピレンやポリエチレンなどの母材を溶融して、これに上記シリル化セルロース繊維又は再生セルロース繊維を添加して所定の形状に成形することで、軽量かつ強度に優れた繊維強化プラスチック成型体を得ることができる。射出成型等の成形法を採用することができる。 By melting a base material such as polypropylene or polyethylene and adding the silylated cellulose fiber or regenerated cellulose fiber to the base material and molding it into a predetermined shape, a lightweight and strong fiber-reinforced plastic molded body is obtained. Can do. A molding method such as injection molding can be employed.

以下、本発明の実施例を挙げてさらに具体的に説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail.

[実施例1]
重合度300の原料セルロース(日本製紙ケミカル、W-400G)1gを、24wt%の水酸化ナトリウム水溶液20mLに投入して、1時間40℃に維持してマーセル化を行った。マーセル化後のセルロースと水酸化ナトリウム水溶液との懸濁液にメタノール80mLを添加して、これを濾過した。濾過残渣を30mLのN-メチルピロリドン(NMP)に加えて、3080×gで遠沈して上澄みを除去した。遠心分離によって沈殿したセルロースにNMP10mlを加えて溶媒置換をし、これに以下の式で示されるヘキサメチジシラザン(HMDS)8ml(セルロースの水酸基あたり2mol)を加えて室温(24℃)かつ大気圧下(約0.1MPa)で撹拌してスラリー状にした。
[Example 1]
1 g of raw material cellulose (Nippon Paper Chemicals, W-400G) having a polymerization degree of 300 was put into 20 mL of a 24 wt% sodium hydroxide aqueous solution and maintained at 40 ° C. for 1 hour for mercerization. 80 mL of methanol was added to the suspension of cellulose and sodium hydroxide aqueous solution after mercerization, and this was filtered. The filtration residue was added to 30 mL of N-methylpyrrolidone (NMP), and the supernatant was removed by centrifugation at 3080 × g. NMP (10 ml) was added to the cellulose precipitated by centrifugation, and the solvent was replaced. To this was added 8 ml of hexamethyldisilazane (HMDS) represented by the following formula (2 mol per hydroxyl group of cellulose) at room temperature (24 ° C) and atmospheric pressure. Under stirring (about 0.1 MPa), a slurry was formed.

トリフルオロ酢酸(TFA)0.135mL(セルロースの水酸基1molあたり触媒を0.1mol、0.1/1×100=10%)とNMP10mlとを混合したものの全量を2分間かけて撹拌しながら上記のスラリー状のセルロースに滴下した。TFAを滴下完了後スラリーは透明になり、さらに時間が経過すると反応物が析出するとともに、アンモニアガスが副生した。TFAの滴下完了後30分が経過した懸濁液にメタノール100mlを添加して濾過を行った。濾過残渣を50℃で16時間に亘って真空乾燥した。 0.135 mL of trifluoroacetic acid (TFA) (0.1 mol of catalyst per mol of cellulose hydroxyl group, 0.1 / 1 × 100 = 10%) and NMP 10 ml mixed with the above slurry-like cellulose while stirring over 2 minutes It was dripped in. After completion of the dropwise addition of TFA, the slurry became transparent. As time passed, the reaction product precipitated and ammonia gas was by-produced. 100 ml of methanol was added to the suspension 30 minutes after the completion of the TFA addition, followed by filtration. The filter residue was vacuum dried at 50 ° C. for 16 hours.

[実施例2]
原料セルロースとして重合度1500のセルロース(日本製紙ケミカル、W-100GK)を使用したこと、及び遠心分離によって沈殿したセルロースにNMP40mlを加えて溶媒置換をし、これにHMDS8ml(セルロースの水酸基あたり2mol)を加えて室温下(24℃)で撹拌してスラリー状にし、トリフルオロ酢酸(TFA)0.135mL(セルロースの水酸基1molあたり触媒を0.1mol、0.1/1×100=10%)とNMP10mlとを混合したものの全量を2分間かけて撹拌しながら上記のスラリー状のセルロースに滴下したことの2点以外は、実施例1と同様にして反応を行った。実施例1と同様にTFAを滴下完了後スラリーは透明になり、さらに時間が経過すると反応物が析出するとともに、アンモニアガスが副生した。
[Example 2]
Cellulose with a polymerization degree of 1500 (Nippon Paper Chemicals, W-100GK) was used as the raw material cellulose, and NMP40ml was added to the cellulose precipitated by centrifugation to replace the solvent, and HMDS 8ml (2mol per hydroxyl group of cellulose) In addition, the mixture was stirred at room temperature (24 ° C.) to form a slurry, and 0.135 mL of trifluoroacetic acid (TFA) (0.1 mol of catalyst per mol of cellulose hydroxyl group, 0.1 / 1 × 100 = 10%) and 10 ml of NMP were mixed. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the total amount of the product was dropped over the slurry-like cellulose while stirring over 2 minutes. As in Example 1, the slurry became transparent after completion of the dropwise addition of TFA, and as the time further passed, the reaction product precipitated and ammonia gas was by-produced.

[実施例3]
マーセル化において使用する水酸化ナトリウム溶液の濃度を18wt%とした点、NMPに代えてN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)を使用する点、反応温度(DMAcで溶媒置換したセルロースにHMDSを添加した後の加熱温度)を30℃に変更した点、及び反応時間を1時間に変更した点の4点以外は実施例2と同様にして反応を行った。実施例2と同様にTFAを滴下完了後スラリーは透明になり、さらに時間が経過すると反応物が析出するとともに、アンモニアガスが副生した。
[Example 3]
The concentration of sodium hydroxide solution used in mercerization was 18 wt%, N, N-dimethylacetamide (DMAc) was used instead of NMP, reaction temperature (HMDS was added to cellulose substituted with DMAc) The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the heating temperature was changed to 30 ° C. and the reaction time was changed to 1 hour. As in Example 2, the slurry became transparent after the completion of the dropwise addition of TFA, and as time passed, the reaction product precipitated and ammonia gas was by-produced.

[実施例4]
マーセル化において使用する水酸化ナトリウム溶液の濃度を25wt%とした点、マーセル化の反応時間を2時間に変更した点、使用する酸触媒をメタンスルホン酸に変更する点、及び反応温度(NMPで溶媒置換したセルロースにHMDSを添加した後の加熱温度)を22℃に変更した点の4点以外は実施例2と同様にして反応を行った。実施例2と同様に、TFAを滴下完了後スラリーは透明になり、さらに時間が経過すると反応物が析出するとともに、アンモニアガスが副生した。
[Example 4]
The concentration of sodium hydroxide solution used in mercerization was 25 wt%, the reaction time of mercerization was changed to 2 hours, the acid catalyst used was changed to methanesulfonic acid, and the reaction temperature (NMP The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the heating temperature after addition of HMDS to solvent-substituted cellulose was changed to 22 ° C. As in Example 2, the slurry became transparent after the completion of the dropwise addition of TFA, and as the time further passed, the reaction product precipitated and ammonia gas was by-produced.

[実施例5]
マーセル化において使用する水酸化ナトリウム溶液の濃度を25wt%とした点、及び使用する酸触媒をp-トルエンスルホン酸に変更する点の2点以外は実施例1と同様にして反応を行った。実施例1と同様に、TFAを滴下完了後スラリーは透明になり、さらに時間が経過すると反応物が析出するとともに、アンモニアガスが副生した。
[Example 5]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the sodium hydroxide solution used in mercerization was 25 wt% and that the acid catalyst used was changed to p-toluenesulfonic acid. As in Example 1, the slurry became transparent after the completion of the dropwise addition of TFA, and as the time further passed, the reactants precipitated and ammonia gas was by-produced.

[実施例6]
マーセル化において使用する水酸化ナトリウム溶液の濃度を25wt%とした点、使用する酸触媒をトリフルオロメタンスルホン酸に変更する点、反応温度(NMPで溶媒置換したセルロースにHMDSを添加した後の加熱温度)を22℃に変更した点の3点以外は実施例2と同様にして反応を行った。実施例2と同様に、TFAを滴下完了後スラリーは透明になり、さらに時間が経過すると反応物が析出するとともに、アンモニアガスが副生した。
[Example 6]
The concentration of sodium hydroxide solution used in mercerization is 25wt%, the acid catalyst used is changed to trifluoromethanesulfonic acid, the reaction temperature (heating temperature after adding HMDS to NMP solvent-substituted cellulose) ) Was carried out in the same manner as in Example 2 except that the point was changed to 22 ° C. As in Example 2, the slurry became transparent after the completion of the dropwise addition of TFA, and as the time further passed, the reaction product precipitated and ammonia gas was by-produced.

[比較例1]
マーセル化において使用する水酸化ナトリウム溶液の濃度を25wt%とした点、反応温度(NMPで溶媒置換したセルロースにHMDSを添加した後の加熱温度)を22℃に変更した点、反応時間を1時間に変更した点、シリル化剤として以下の(化4)の式で示される1,1,3,3‐テトラメチルジシラザン(TMDS)を使用した点の4点以外は実施例2と同様にして反応を行った。TFAを滴下後スラリーに変化は見られず、アンモニアガスの副生も伴わなかった。
[Comparative Example 1]
The concentration of sodium hydroxide solution used in mercerization was 25 wt%, the reaction temperature (heating temperature after adding HMDS to cellulose substituted with NMP) was changed to 22 ° C, and the reaction time was 1 hour. The same procedure as in Example 2 was conducted except for the point changed to 1, the use of 1,1,3,3-tetramethyldisilazane (TMDS) represented by the following formula (Chemical Formula 4) as the silylating agent. The reaction was performed. There was no change in the slurry after dropping TFA, and no ammonia gas was produced as a by-product.

[比較例2]
反応温度(NMPで溶媒置換したセルロースにHMDSを添加した後の加熱温度)を60℃に変更し、反応時間を1時間に変更した点の2点以外は実施例2と同様にして反応を行った。TFAを滴下直後、急激な反応が起こり、半透明な塊ができた。アンモニアガスは副生したが、得られた塊は目的とする置換度には至らなかった。
[Comparative Example 2]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the reaction temperature (heating temperature after addition of HMDS to cellulose substituted with NMP) was changed to 60 ° C. and the reaction time was changed to 1 hour. It was. Immediately after dropping TFA, a rapid reaction occurred and a translucent lump was formed. Although ammonia gas was produced as a by-product, the resulting mass did not reach the desired degree of substitution.

〔置換度〕
各実施例及び比較例で真空乾燥して得た反応物について、以下の方法によってプロトン核磁気共鳴による分析を行って化合物の同定とセルロースを構成するグルコース単位における水酸基の置換度(DS)を求めた。グルコース単位は、1単位当たり3個の水酸基を持っており、置換度は最大で3.0である(DS≦3.0)。測定の結果、実施例1ないし6は、表1に記載した各置換度を有するトリメチルシリル化セルロースであることが分かった。なお、比較例1及び2で得られた反応物については、クロロホルムやテトラヒドロフラン(THF)等の溶媒に溶解させることができなかったため、プロトン核磁気共鳴(1H-NMR)による測定を行うことができなかった。
[Degree of substitution]
The reactants obtained by vacuum drying in each Example and Comparative Example are analyzed by proton nuclear magnetic resonance by the following method to identify the compound and determine the substitution degree (DS) of the hydroxyl group in the glucose unit constituting cellulose. It was. The glucose unit has 3 hydroxyl groups per unit, and the maximum degree of substitution is 3.0 (DS ≦ 3.0). As a result of measurement, Examples 1 to 6 were found to be trimethylsilylated celluloses having the respective substitution degrees described in Table 1. Since the reactants obtained in Comparative Examples 1 and 2 could not be dissolved in a solvent such as chloroform or tetrahydrofuran (THF), measurement by proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) can be performed. There wasn't.

〔プロトン核磁気共鳴〕
各実施例及び各比較例の反応物20mgを1500mgのクロロホルム-dに溶解した。その後、溶液に内部標準物質としてテトラクロロエタン(TCE)20μLを加えてよく撹拌した。プロトン核磁気共鳴によって、トリメチルシリル基の定量を行い以下の数1から数3によって置換度(DS)を求めた。式中、Yは各実施例又は各比較例の反応物の重量(g)であり、TCEはTCE重量(g)であり、XTCEはTCEの純度であり、P0ppmはトリメチルシリル基のピーク面積値であり、P6ppmはTCEのピーク面積値である。また、378はDS=3としたときのTMSCの分子量であり、27はDS=3としたときのトリメチルシリル基の水素原子数、167.84はTCEの分子量であり、2はTCEの水素原子数である。
[Proton nuclear magnetic resonance]
20 mg of the reaction product of each example and each comparative example was dissolved in 1500 mg of chloroform-d. Thereafter, 20 μL of tetrachloroethane (TCE) was added to the solution as an internal standard substance and stirred well. The trimethylsilyl group was quantified by proton nuclear magnetic resonance, and the degree of substitution (DS) was determined by the following equations 1 to 3. In the formula, Y is the weight (g) of the reaction product of each example or each comparative example, TCE is the TCE weight (g), XTCE is the purity of TCE, P0ppm is the peak area value of the trimethylsilyl group. Yes, P6ppm is the TCE peak area value. 378 is the molecular weight of TMSC when DS = 3, 27 is the number of hydrogen atoms of the trimethylsilyl group when DS = 3, 167.84 is the molecular weight of TCE, and 2 is the number of hydrogen atoms of TCE .

[溶融紡糸]
一軸式押出機(株式会社東洋精機製作所、ラボプラストミル50MR)を使用して、各実施例及び各比較例で得られた反応物を溶融紡糸した。ダイは直径0.6mmの円形の紡糸口金を備えている。押出機の混練部の温度は230℃、20MPa未満であり、押出口の温度は240℃である。20MPa以下の圧力で紡糸口金から押し出した後、空気を吹き付けて冷却し、延伸しながらボビンに巻き取った。巻き取り速度は20m/minである。巻き取った繊維を延伸紡糸用加熱板(株式会社井元製作所、IMC-1A24型)にかけて220℃でさらに第2次延伸を行った。第1次延伸と第2次延伸とを合計した延伸倍率は53倍である。
[Melt spinning]
Using the single screw extruder (Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd., Labo Plast Mill 50MR), the reaction product obtained in each Example and each Comparative Example was melt-spun. The die has a circular spinneret with a diameter of 0.6 mm. The temperature of the kneading part of the extruder is 230 ° C. and less than 20 MPa, and the temperature of the extrusion port is 240 ° C. After extruding from the spinneret at a pressure of 20 MPa or less, the product was cooled by blowing air and wound on a bobbin while being drawn. The winding speed is 20 m / min. The wound fiber was subjected to a stretching spinning heating plate (Imoto Seisakusho Co., Ltd., IMC-1A24 type) and further subjected to secondary stretching at 220 ° C. The total draw ratio of the primary stretch and the secondary stretch is 53 times.

実施例1ないし4の方法で得られた反応物を上記の方法で溶融紡糸して延伸を行ったところ、白色の糸が途切れることなく吐出され、0.07mm径のシリル化セルロース繊維を得ることができた(表1中◎で示した)。実施例5及び6の方法で得られた反応物を上記の方法で溶融紡糸したところ、0.07mm径のシリル化セルロース繊維を得ることができた(表1中〇で示した)。一方、比較例1及び2の方法で得られた反応物を上記の方法で紡糸したところ、パサパサとした黄褐色のケーキが紡糸口金から吐出されるばかりで糸状に成形することはできなかった(表1中×で示した)。 When the reactants obtained by the methods of Examples 1 to 4 were melt-spun and drawn by the above method, the white yarn was discharged without interruption, and a silylated cellulose fiber having a diameter of 0.07 mm was obtained. It was made (indicated by ◎ in Table 1). When the reactants obtained by the methods of Examples 5 and 6 were melt-spun by the above method, 0.07 mm diameter silylated cellulose fibers could be obtained (indicated by o in Table 1). On the other hand, when the reactants obtained by the methods of Comparative Examples 1 and 2 were spun by the above method, a yellow-brown cake made of papasa was just discharged from the spinneret and could not be formed into a yarn ( (Indicated by x in Table 1).

〔引張強度の測定〕
上記のようにして延伸したモノフィラメントの引張強度を冷却加熱延伸観察ステージ(ジャパンハイテック株式会社;10073B)を用いて、引張速度100μm/secで測定した。測定は実施例1の方法で合成したトリメチルシリル化セルロースを溶融紡糸し、その後延伸を施したものを代表例として測定したところ、引張強度は659.8MPaであり、繊維径は18.79μmであった。次いで、この繊維を75℃に加熱した2-プロパノール-水-35%塩酸溶液(混合比は、記載した順に容積比で12:8:1)の混合液に2分間浸漬した。その後、メタノールで洗浄し、乾燥することで再生セルロース繊維を得た。この再生セルロース繊維について、上述と同様の測定方法で引張強度を測定したところ602.8MPaであった。
(Measurement of tensile strength)
The tensile strength of the monofilament stretched as described above was measured at a tensile rate of 100 μm / sec using a cooling and heating stretch observation stage (Japan Hightech Co., Ltd .; 10073B). The measurement was conducted by melt spinning the trimethylsilylated cellulose synthesized by the method of Example 1 and then stretching it. As a representative example, the tensile strength was 659.8 MPa and the fiber diameter was 18.79 μm. Next, this fiber was immersed in a mixed solution of 2-propanol-water-35% hydrochloric acid solution heated to 75 ° C. (mixing ratio was 12: 8: 1 by volume in the order described) for 2 minutes. Then, the regenerated cellulose fiber was obtained by wash | cleaning with methanol and drying. With respect to this regenerated cellulose fiber, the tensile strength was measured by the same measurement method as described above, and it was 602.8 MPa.

実施例2方法で合成したトリメチルシリル化セルロースを溶融紡糸し、その後延伸を施したものについても上記と同様の方法で引張強度を測定したところ、引張強度は735.5MPaであり、繊維径は13.62μmであった。次いで、この繊維を構成するシリル化セルロースについて、以下の方法でゲル浸透クロマトグラフィーで分子量を調べたところ、分子量501870(重合度約1490)であった。 Example 2 When the tensile strength of melt-spun trimethylsilylated cellulose synthesized by the method and then stretched was measured by the same method as described above, the tensile strength was 735.5 MPa and the fiber diameter was 13.62 μm. there were. Subsequently, when the molecular weight of the silylated cellulose constituting this fiber was examined by gel permeation chromatography according to the following method, the molecular weight was 501870 (degree of polymerization: about 1490).

〔ゲル浸透クロマトグラフィー〕
実施例2で得られた反応物を1wt%の濃度になるようクロロホルムに溶解した。ゲル浸透クロマトグラフィー(日本分光株式会社、RI-2031 Plus)を用い、40℃に加熱したカラムに移動相としてクロロホルムを用いて流量1mL/minで測定を行った。以下の数4及び数5に示したように、予め1H-NMRで測定した置換度より、トリメチルシリル化セルロースにおけるグルコース1分子当たりの分子量を計算し、ゲル浸透クロマトグラフィーで得られた分子量をトリメチルシリル化セルロースにおけるグルコース1分子当たりの分子量で割り重合度(DP)を求めた。式中、159は、グルコースと水酸基のプロトンの差であり、73は、トリメチルシリル基の分子量であり、3はグルコースの水酸基のプロトンの分子量であり、MWTMSCはトリメチル化セルロースにおけるグルコース1分子当たりの分子量であり、DSは、1H-NMRから求めた置換度であり、MWGPCはGPCで得られたトリメチルシリル化セルロースの分子量である。
[Gel permeation chromatography]
The reaction product obtained in Example 2 was dissolved in chloroform to a concentration of 1 wt%. Using gel permeation chromatography (JASCO Corporation, RI-2031 Plus), measurement was performed at a flow rate of 1 mL / min using chloroform as a mobile phase in a column heated to 40 ° C. As shown in the following equations 4 and 5, the molecular weight per glucose molecule in trimethylsilylated cellulose is calculated from the degree of substitution measured in advance by 1H-NMR, and the molecular weight obtained by gel permeation chromatography is trimethylsilylated. The degree of polymerization (DP) was determined by the molecular weight per glucose molecule in cellulose. In the formula, 159 is the difference between glucose and hydroxyl protons, 73 is the molecular weight of the trimethylsilyl group, 3 is the molecular weight of the hydroxyl group proton of glucose, and MW TMSC is the glucose per molecule in trimethylated cellulose. The molecular weight, DS is the degree of substitution determined from 1H-NMR, and MW GPC is the molecular weight of trimethylsilylated cellulose obtained by GPC.

〔繊維強化プラスチック成型体の製造〕
上記の引張強度は735.5MPa、繊維径13.62μmのトリメチルシリル化セルロース繊維(実施例2)のガラス相転移点を示差走査熱量計(DSC)(セイコーインスツルメンツ;EXSTAR DSC6200)で測定したところ、ガラス相点移転温度は203℃であった。リファレンスとしてアルミナを用い、サンプルを-20℃で30分間冷却したのち、昇温速度10℃/minで270℃まで加熱した。270℃からTMSCの熱分解が起こるため270℃までとした。このトリメチルシリル化セルロース繊維とポリプロピレン(株式会社プライムポリマー、J-700GP)のペレットを、射出成型機のホッパに投入して、加熱ジャケットで加熱されたシリンダー内をスクリューで圧力をかけながら搬送し、シリンダー先端の押出口から、金型の中に押し出した。押出口の温度は185℃になるようにした。金型から脱型して、自動車用のドアステップを製造した。このドアステップはトリメチルシリル化セルロース繊維で強化されているため十分な強度を備えていた。重量はガラス繊維で強化したものよりも軽量に仕上げることができた。
[Manufacture of fiber-reinforced plastic moldings]
The glass phase transition point of the glass phase transition of the trimethylsilylated cellulose fiber (Example 2) having a tensile strength of 735.5 MPa and a fiber diameter of 13.62 μm was measured with a differential scanning calorimeter (DSC) (Seiko Instruments; EXSTAR DSC6200). The transfer temperature was 203 ° C. Using alumina as a reference, the sample was cooled at −20 ° C. for 30 minutes, and then heated to 270 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min. Since the thermal decomposition of TMSC occurred from 270 ° C, the temperature was set to 270 ° C. The pellets of this trimethylsilylated cellulose fiber and polypropylene (Prime Polymer Co., Ltd., J-700GP) are put into a hopper of an injection molding machine, and conveyed inside the cylinder heated by a heating jacket while applying pressure with a screw. It extruded into the metal mold | die from the extrusion port of the front-end | tip. The temperature of the extrusion port was set to 185 ° C. The mold was removed from the mold to produce an automobile door step. Since this door step was reinforced with trimethylsilylated cellulose fibers, it had sufficient strength. The weight was lighter than that reinforced with glass fiber.

Claims (12)

前処理したセルロースと、酸触媒と、以下の(化1)で示されるシリル化剤
とを、0〜55℃かつ0.08〜0.11MPaで反応させることを特徴とするシリル化セルロースの
製造方法。
〔(化1)の式中においてR〜Rは、同一又は異なって、炭素数1〜4の低級アルキル基であって、
R7は、水素原子である。
A method for producing silylated cellulose, comprising reacting pretreated cellulose, an acid catalyst, and a silylating agent represented by the following (Chemical Formula 1 ) at 0 to 55 ° C and 0.08 to 0.11 MPa.
[In the formula of (Chemical Formula 1), R 1 to R 6 are the same or different and are lower alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms,
R7 is a hydrogen atom. ]
セルロースの前処理は、アルカリ性溶液にセルロースを添加して撹拌するものである請求項1に記載のシリル化セルロースの製造方法。 The method for producing silylated cellulose according to claim 1, wherein the pretreatment of cellulose is to add cellulose to an alkaline solution and stir. 酸触媒は、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、又はトリフル
オロメタンスルホン酸である請求項1又は2に記載のシリル化セルロースの製造方法。
The method for producing silylated cellulose according to claim 1 or 2, wherein the acid catalyst is trifluoroacetic acid, methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, or trifluoromethanesulfonic acid.
シリル化剤とセルロースとを反応させる時間は0.3〜2時間である請求項1ないし3のいずれかに記載のシリル化セルロースの製造方法。 The method for producing silylated cellulose according to any one of claims 1 to 3, wherein the time for reacting the silylating agent and cellulose is 0.3 to 2 hours. 製造されるシリル化セルロースの置換度は、置換度1.8〜3.0である請求項1ないし4のいずれかに記載のシリル化セルロースの製造方法。 The method for producing silylated cellulose according to any one of claims 1 to 4, wherein the degree of substitution of the silylated cellulose to be produced is 1.8 to 3.0. 製造されるシリル化セルロースのガラス相転移温度は、200℃以上である請求項1ないし5のいずれかに記載のシリル化セルロースの製造方法。 The method for producing silylated cellulose according to any one of claims 1 to 5, wherein a glass phase transition temperature of the silylated cellulose to be produced is 200 ° C or higher. 請求項1ないし6のいずれかに記載した製造方法により得られたシリル化セルロースを溶融紡糸してシリル化セルロース繊維を製造するシリル化セルロース繊維の製造方法 Method for producing a silylated cellulose fibers to produce a silyl cellulose fibers by melt-spinning the resulting silylated cellulose by the production method described in any one of claims 1 to 6. 溶融紡糸は、押出機でシリル化セルロースを230〜250℃に加熱して紡糸口金から押し出して糸状に成形するものである請求項7に記載のシリル化セルロース繊維の製造方法The method for producing silylated cellulose fibers according to claim 7, wherein the melt spinning is one in which silylated cellulose is heated to 230 to 250 ° C with an extruder and extruded from a spinneret to form into a yarn shape. 請求項1ないし6のいずれかに記載したシリル化セルロースの製造方法の原料として重合度1000以上の原料セルロースを使用してシリル化反応を行い、得られたシリル化セルロースを溶融紡糸して得たシリル化セルロース繊維を延伸する請求項7又は8に記載のシリル化セルロース繊維の製造方法A silylation reaction was carried out using a raw material cellulose having a polymerization degree of 1000 or more as a raw material of the method for producing silylated cellulose according to any one of claims 1 to 6, and the resulting silylated cellulose was obtained by melt spinning. The method for producing a silylated cellulose fiber according to claim 7 or 8, wherein the silylated cellulose fiber is stretched. 溶融紡糸して得たシリル化セルロース繊維を、200〜250℃の温度で延伸する請求項9に記載のシリル化セルロース繊維の製造方法The method for producing a silylated cellulose fiber according to claim 9, wherein the silylated cellulose fiber obtained by melt spinning is stretched at a temperature of 200 to 250 ° C. 請求項7ないし10のいずれかに記載した方法で得られたシリル化セルロース繊維を脱シリル化して再生セルロース繊維を製造する再生セルロース繊維の製造方法A method for producing a regenerated cellulose fiber, comprising desilylating the silylated cellulose fiber obtained by the method according to claim 7 to produce a regenerated cellulose fiber . 請求項7ないし10のいずれかに記載した方法で得られたシリル化セルロース繊維又は請求項11に記載した方法で得られた再生セルロース繊維を配合し繊維強化プラスチック成型体を製造する繊維強化プラスチック成型体の製造方法 Fiber-reinforced plastic for manufacturing a fiber-reinforced plastic molded by blending a regenerated cellulose fiber obtained by the method described in silylated cellulose fibers or claim 11 obtained by the method described in any one of claims 7 to 10 A method for producing a molded body .
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