JP6256644B1 - Method for producing nanofiber composite - Google Patents

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Abstract

【課題】ナノファイバー及び架橋性樹脂を含み、ナノファイバーによる樹脂補強効果に優れたナノファイバー複合体を効率良く量産することができる、ナノファイバー複合体の製造方法を提供する。【解決手段】ナノファイバー、水溶性又は水分散性を有する合成樹脂、水溶性分散剤、及び水系溶媒を、機械的解繊処理下に一段で混合する第1工程を含む、ナノファイバー複合体の製造方法。この製造方法によれば、生産規模のスケールアップが容易であり、実験室レベル、生産レベルを問わず、従来の2段法により得られたナノファイバー複合体と同等またはそれ以上の成分分散性を有するナノファイバー複合体を極めて容易にかつ低コストで安定的に製造できる。【選択図】なしProvided is a method for producing a nanofiber composite, which can efficiently mass-produce a nanofiber composite including nanofibers and a crosslinkable resin and having an excellent resin reinforcing effect by nanofibers. A nanofiber composite comprising a first step of mixing a nanofiber, a water-soluble or water-dispersible synthetic resin, a water-soluble dispersant, and an aqueous solvent in a single stage under a mechanical defibrating process. Production method. According to this manufacturing method, it is easy to scale up the production scale, and the component dispersibility is equal to or higher than that of the nanofiber composite obtained by the conventional two-stage method regardless of the laboratory level or the production level. The nanofiber composite can be stably manufactured at an extremely low cost. [Selection figure] None

Description

本発明は、ナノファイバー及び架橋性樹脂を含むナノファイバー複合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a nanofiber composite comprising nanofibers and a crosslinkable resin.

セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、キトサンナノファイバーなどの天然物由来のナノファイバーは、現在汎用されている樹脂補強材であるガラス繊維等とほぼ同等の樹脂補強効果を示すことから、近年大きな注目を集めている。しかしながら、現状では、ナノファイバーを合成樹脂中に均一に微細分散させることが技術上の課題の一つになっている。このため、ナノファイバー及び合成樹脂を含み、ナノファイバーの樹脂補強効果が十分に発現されたナノファイバー複合体の量産化には至っていない。   Nanofibers derived from natural products such as cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, and chitosan nanofibers have been attracting much attention in recent years because they have almost the same resin reinforcement effect as glass fibers that are currently used as resin reinforcements. Collecting. However, at present, one of the technical problems is to uniformly and finely disperse nanofibers in a synthetic resin. For this reason, the mass production of the nanofiber composite containing the nanofiber and the synthetic resin and sufficiently exhibiting the resin reinforcing effect of the nanofiber has not been achieved.

従来、ナノファイバー複合体は、例えば、予め調製したナノファイバー分散液を脱溶媒後に2軸混練装置などのドライプロセスで樹脂と混合するか、またはナノファイバー分散液と樹脂溶液とをウェット状態で攪拌及び混合することにより作製される。ナノファイバー分散液は、例えば、未変性状態のナノファイバーに界面活性剤などの分散剤を結合させ、これを分散媒と共にホモジナイザーなどの分散装置で分散処理することにより得ることができる。   Conventionally, nanofiber composites are prepared by, for example, mixing a nanofiber dispersion prepared in advance with a resin by a dry process such as a biaxial kneader after solvent removal, or stirring the nanofiber dispersion and the resin solution in a wet state. And by mixing. The nanofiber dispersion can be obtained, for example, by binding a dispersant such as a surfactant to the unmodified nanofibers and dispersing the resultant together with a dispersion medium using a dispersing device such as a homogenizer.

特許文献1は、セルロースナノファイバー、陰イオン性分散剤及び分散媒を含み、高圧噴射処理によりセルロースナノファイバーを分散媒中に均一に分散させた、セルロースナノファイバー分散液を開示する。該セルロースファイバー分散液と、樹脂とを混合することにより、ナノセルロース複合体が得られる。。   Patent Document 1 discloses a cellulose nanofiber dispersion liquid that contains cellulose nanofibers, an anionic dispersant, and a dispersion medium, and in which cellulose nanofibers are uniformly dispersed in the dispersion medium by high-pressure jetting. A nanocellulose composite is obtained by mixing the cellulose fiber dispersion and a resin. .

特許文献2は、セルロースナノファイバー、分散剤(X)及び分散媒を含み、分散剤(X)が樹脂親和性セグメントとセルロース親和性セグメントとから構成され、ブロック共重合体構造又はグラジエント共重合体構造を有するものである、セルロースナノファイバー分散液(Y)を開示する。また、特許文献2では、予め調製されたセルロースナノファイバー分散体(Y)、樹脂及び分散剤(X)を混合することにより、セルロースナノファイバー複合体を製造している。   Patent Document 2 includes a cellulose nanofiber, a dispersant (X), and a dispersion medium, and the dispersant (X) is composed of a resin affinity segment and a cellulose affinity segment, and has a block copolymer structure or a gradient copolymer. Disclosed is a cellulose nanofiber dispersion (Y) having a structure. Moreover, in patent document 2, the cellulose nanofiber composite body is manufactured by mixing the cellulose nanofiber dispersion (Y) prepared beforehand, resin, and a dispersing agent (X).

特許文献3は、セルロースナノファイバー分散液、水溶性高分子化合物、無機層状化合物、及び撥水剤を含むナノファイバー複合体である、ガスバリア層形成用の塗工液を開示する。該塗工液は、予め調製されたセルロースナノファイバー分散液に、水溶性高分子化合物、無機層状化合物、及び撥水剤を添加及び混合することにより調製される。   Patent Document 3 discloses a coating liquid for forming a gas barrier layer, which is a nanofiber composite containing a cellulose nanofiber dispersion, a water-soluble polymer compound, an inorganic layered compound, and a water repellent. The coating liquid is prepared by adding and mixing a water-soluble polymer compound, an inorganic layered compound, and a water repellent to a cellulose nanofiber dispersion liquid prepared in advance.

特開2012−51991号公報JP 2012-51991 A 特開2014−162880号公報JP 2014-162880 A 特開2014−218579号公報JP 2014-218579 A

上記した引用文献1〜3は、いずれも、まずナノファイバー分散液を調製し、得られた分散液と樹脂とを混合する、2段工程によるナノファイバー複合体の製造方法に関する。しかしながら、これらの技術では、ナノファイバーが樹脂中に均一に分散したナノファイバー複合体が得られず、ナノファイバーによる該複合体の特性を向上させる効果が不十分になる場合がある。   The cited references 1 to 3 described above all relate to a method for producing a nanofiber composite by a two-stage process in which a nanofiber dispersion is first prepared and the obtained dispersion and a resin are mixed. However, in these techniques, a nanofiber composite in which nanofibers are uniformly dispersed in a resin cannot be obtained, and the effect of improving the properties of the composite by nanofibers may be insufficient.

本発明の目的は、ナノファイバー及び水溶性又は水分散性の合成樹脂を含み、ナノファイバーによる樹脂補強効果に優れたナノファイバー複合体を効率良く量産することができる、ナノファイバー複合体の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is a method for producing a nanofiber composite, which comprises nanofiber and a water-soluble or water-dispersible synthetic resin, and can efficiently mass-produce a nanofiber composite excellent in resin reinforcement effect by nanofiber. Is to provide.

本発明は、以下の〔1〕〜〔〕のナノファイバー複合体の製造方法を提供する。
This invention provides the manufacturing method of the nanofiber composite_body | complex of the following [1]-[ 9 ].

〔1ナノファイバー、水溶性又は水分散性の合成樹脂、水溶性分散剤、及び水系溶媒を、機械的解繊処理下に一段で混合する第1工程を含み、合成樹脂が水溶性又は水分散性を有する架橋性樹脂であり、架橋性樹脂とそれに反応可能な架橋剤とを併用する、ナノファイバー複合体の製造方法。
ナノファイバー、水溶性又は水分散性の合成樹脂、水溶性分散剤、及び水系溶媒を、機械的解繊処理下に一段で混合する第1工程を含み、合成樹脂が水溶性又は水分散性を有する自己架橋性樹脂である、ナノファイバー複合体の製造方法。
〕第1工程で得られた混合物に架橋処理を施す第2工程をさらに含む、上記〔1〕又は〔2〕のナノファイバー複合体の製造方法。
〕第1工程で得られた混合物から水系溶媒を除去しながら成形し、又は第1工程で得られた混合物から水系溶媒を除去した固形分を成形することにより、成形物を得る第3工程と、第3工程で得られた成形物に架橋処理を施す第4工程とをさらに含む、上記〔1〕又は〔2〕のナノファイバー複合体の製造方法。
〕ナノファイバーが、未変性セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、及びキトサンナノファイバーよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記〔1〕〜〔〕のいずれかのナノファイバー複合体の製造方法。
〕合成樹脂が溶液又は分散液の形態で用いられる、上記〔1〕〜〔〕のいずれかのナノファイバー複合体の製造方法。
〕分散剤が、陰イオン性分散剤である、上記〔1〕〜〔〕のいずれかのナノファイバー複合体の製造方法。
〕陰イオン性分散剤が、リン酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、これらの金属エステル基、及びイミダゾリン基から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する化合物、並びにアクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(共)重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記〔〕のナノファイバー複合体の製造方法。
〕架橋処理が、化学的架橋又は物理的架橋である、上記〔3〕又は〔4〕のナノファイバー複合体の製造方法。
[1 ] including a first step in which nanofibers, a water-soluble or water-dispersible synthetic resin, a water-soluble dispersant, and an aqueous solvent are mixed in a single stage under mechanical defibrating treatment, and the synthetic resin is water-soluble or water-soluble a crosslinkable resin having a dispersibility, combined use of crosslinkable resins and reactive crosslinking agent thereto, a manufacturing method of the nano-fiber composite.
[ 2 ] including a first step in which nanofibers, a water-soluble or water-dispersible synthetic resin, a water-soluble dispersant, and an aqueous solvent are mixed in one step under a mechanical defibration process, and the synthetic resin is water-soluble or water-soluble it is a self-crosslinking resin having a dispersion method of the nano fiber composites.
[ 3 ] The method for producing a nanofiber composite according to [1 ] or [2] , further including a second step of performing a crosslinking treatment on the mixture obtained in the first step.
[ 4 ] A third product is obtained by molding while removing the aqueous solvent from the mixture obtained in the first step, or by molding a solid content obtained by removing the aqueous solvent from the mixture obtained in the first step. The method for producing a nanofiber composite according to the above [1 ] or [2] , further comprising a step and a fourth step of subjecting the molded product obtained in the third step to a crosslinking treatment.
[ 5 ] The nanofiber composite according to any one of [1] to [ 4 ], wherein the nanofiber is at least one selected from the group consisting of unmodified cellulose nanofiber, cellulose nanocrystal, and chitosan nanofiber. Production method.
[ 6 ] The method for producing a nanofiber composite according to any one of [1] to [ 5 ], wherein the synthetic resin is used in the form of a solution or a dispersion.
[ 7 ] The method for producing a nanofiber composite according to any one of [1] to [ 6 ], wherein the dispersant is an anionic dispersant.
[ 8 ] The anionic dispersant is a compound having at least one functional group selected from a phosphoric acid group, a carboxy group, a sulfonic acid group, a metal ester group thereof, and an imidazoline group, and acryloyloxyethyl phosphorylcholine (co-polymer). ) The method for producing a nanofiber composite according to [ 7 ] above, which is at least one selected from the group consisting of polymers.
[ 9 ] The method for producing a nanofiber composite according to [3] or [4] above, wherein the crosslinking treatment is chemical crosslinking or physical crosslinking.

本発明のナノファイバー複合体の製造方法によれば、ナノファイバー及び水溶性又は水分散性の合成樹脂を含み、ナノファイバーによる樹脂補強効果に優れたナノファイバー複合体を効率良く量産することができる。   According to the method for producing a nanofiber composite of the present invention, a nanofiber composite including a nanofiber and a water-soluble or water-dispersible synthetic resin and having an excellent resin reinforcing effect by the nanofiber can be efficiently mass-produced. .

本発明者らは、上記従来技術の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、従来のように、ナノファイバー分散液を得る工程と、ナノファイバー分散液と樹脂とを混合する工程とを含む2段工程、特に量産時の2段工程では、ナノファイバーの樹脂中への均一分散性、およびナノファイバーによる樹脂補強が不十分になる場合が生じることが判明した。もちろん、ナノファイバー、樹脂、及び水系溶媒を一段で混合しても、ナノファイバーの樹脂中への均一分散が得られないことは、従来から周知である。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above-described problems of the prior art. As a result, in the conventional two-stage process including the step of obtaining the nanofiber dispersion and the process of mixing the nanofiber dispersion and the resin, particularly in the two-stage process during mass production, the nanofiber is introduced into the resin. It has been found that there is a case where the uniform dispersion of the resin and the resin reinforcement by the nanofibers are insufficient. Of course, it is well known that even if nanofibers, resin, and aqueous solvent are mixed in a single step, uniform dispersion of nanofibers in the resin cannot be obtained.

このような現状に鑑み、さらに研究を重ねた結果、本発明者らは、ナノファイバー、水溶性又は水分散性の合成樹脂、水溶性分散剤、水系溶媒などを一段で混合する際に、機械的解繊処理を行ないつつ混合することにより、予想外にも、ナノファイバーが合成樹脂中にほぼ均一に分散し、品質の揃ったナノファイバー複合体が安定的に得られることを見出した。このようなナノファイバー複合体が得られる理由は現状では十分明らかではないが、ナノファイバー及び合成樹脂の共存下で機械的解繊処理を行うことにより、合成樹脂が均一分散を得るための、いわゆるメディアとして機能している可能性がある。   As a result of further research in view of the current situation, the present inventors have found that when mixing nanofibers, water-soluble or water-dispersible synthetic resins, water-soluble dispersants, aqueous solvents, and the like in one step, It has been unexpectedly found that nanofibers can be dispersed almost uniformly in a synthetic resin, and a nanofiber composite with a uniform quality can be stably obtained by mixing while performing a defibrating process. The reason why such a nanofiber composite is obtained is not sufficiently clear at present, but by performing mechanical defibration treatment in the presence of nanofiber and synthetic resin, the so-called synthetic resin can obtain a uniform dispersion. It may be functioning as media.

すなわち、本発明では、従来の二段工程で得られるのと同等又はそれ以上の、ナノファイバーと水溶性又は水分散性を有する合成樹脂とがほぼ均一に分散したナノファイバー複合体を単一の工程で製造することができる。さらに本発明では、機械的特性、耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性、耐傷つき性、吸水性、保水性、ガスバリア性、自己修復性などの特性の優れたナノファイバー複合体の成形品を工業ベースで効率よく量産できる。また、本発明の製造方法によれば、複数のナノファイバー同士の絡まり合いがより一層ほぐされ、非常に小さな繊維径、たとえば4〜10nm程度の繊維径を有するナノファイバーを含むナノファイバー複合体が得られる。繊維径の非常に小さなナノファイバーを含むことが、ナノファイバー複合体の上記の諸特性を向上させる一因になるものと推測される。   That is, in the present invention, a single nanofiber composite in which nanofibers and water-soluble or water-dispersible synthetic resin are substantially uniformly dispersed is equivalent to or more than that obtained in the conventional two-stage process. It can be manufactured in a process. Furthermore, in the present invention, a molded article of a nanofiber composite having excellent characteristics such as mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, abrasion resistance, scratch resistance, water absorption, water retention, gas barrier properties, and self-healing properties is obtained. Can be mass-produced efficiently on an industrial basis. In addition, according to the production method of the present invention, a nanofiber composite including nanofibers having a very small fiber diameter, for example, a fiber diameter of about 4 to 10 nm, is further entangled between a plurality of nanofibers. can get. It is speculated that inclusion of nanofibers having a very small fiber diameter contributes to improving the above-mentioned properties of the nanofiber composite.

なお、機械的解繊処理は、通常セルロースなどの原料をナノファイバーに粉砕又は細径化する際に用いられる手法であり、ナノファイバー分散液と樹脂とを混合する際に用いられる手法ではない。   The mechanical defibrating treatment is a technique usually used when pulverizing or reducing the raw material such as cellulose into nanofibers, and is not a technique used when mixing the nanofiber dispersion and the resin.

本発明のナノファイバー複合体の製造方法(以下「本発明の製造方法」と略記することがある)は、機械的解繊処理下に、ナノファイバー、水溶性又は水分散性を有する合成樹脂、水溶性分散剤、その他の添加剤、水系溶媒などを一段で混合するものである。一段での混合とは、より具体的には、これらの成分を一つの混合容器内に同時に投入して混合することである。同時に投入とは、無撹拌下又は撹拌下にこれらの成分を、間をおかず連続して順々に投入する場合をも含む。ここで、混合容器は機械的解繊処理を実施できる装置などであってもよい。各成分の詳細は、次のとおりである。   The method for producing a nanofiber composite of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “the production method of the present invention”) is a nanofiber, a synthetic resin having water solubility or water dispersibility under mechanical defibration treatment, A water-soluble dispersant, other additives, an aqueous solvent, and the like are mixed in a single stage. More specifically, the mixing in one stage means that these components are simultaneously put into one mixing container and mixed. Simultaneously charging includes a case where these components are continuously added in succession without agitation or with agitation. Here, the mixing container may be a device capable of performing a mechanical defibrating process. Details of each component are as follows.

本明細書において、ナノファイバーとは、その長さに関係なく、繊維径がナノオーダーである繊維状物質を言う。本発明で用いるナノファイバーは、繊維径がナノオーダーであれば特に限定されないが、好ましくは1〜500nmの繊維状物質であり、より好ましくは繊維径100nm以下で、アスペクト比(繊維長/繊維径)が100以下の繊維状物質である。   In the present specification, the nanofiber refers to a fibrous material having a fiber diameter in the nano order regardless of its length. The nanofiber used in the present invention is not particularly limited as long as the fiber diameter is nano-order, but is preferably a fibrous substance having a fiber diameter of 1 to 500 nm, more preferably a fiber diameter of 100 nm or less, and an aspect ratio (fiber length / fiber diameter). ) Is a fibrous material of 100 or less.

ナノファイバーの材質は特に限定されないが、例えば、合成樹脂、天然高分子化合物、炭素材料などが挙げられる。合成樹脂からなるナノファイバーは、例えば、溶融紡糸、超延伸、電界紡糸、メルトブローなどにより作製できる。天然高分子化合物からなるナノファイバーは、例えば、天然高分子化合物を含む原料に機械的解繊処理を施したり、該原料を酸化触媒で処理したりすることにより作製できる。炭素材料からなるナノファイバー(カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなど)は、例えば、気相成長、アーク放電などにより作製できる。   The material of the nanofiber is not particularly limited, and examples thereof include synthetic resins, natural polymer compounds, and carbon materials. Nanofibers made of a synthetic resin can be produced, for example, by melt spinning, super-stretching, electrospinning, melt blowing, or the like. Nanofibers made of a natural polymer compound can be produced, for example, by subjecting a raw material containing a natural polymer compound to a mechanical defibrating treatment or treating the raw material with an oxidation catalyst. Nanofibers (carbon nanofibers, carbon nanotubes, etc.) made of a carbon material can be produced, for example, by vapor phase growth, arc discharge, or the like.

上記したナノファイバーのうち、本発明の製造方法では、天然高分子化合物からなるナノファイバーを好適に使用でき、後述する架橋性樹脂が有する架橋性基と架橋し得る官能基を表面に有するという観点などから、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、キトサンナノファイバーなどをより好適に使用できる。   Among the nanofibers described above, in the production method of the present invention, a nanofiber made of a natural polymer compound can be suitably used, and has a functional group on the surface that can crosslink with a crosslinkable group of a crosslinkable resin described later. From these, cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, chitosan nanofibers and the like can be used more suitably.

本発明の製造方法で使用するセルロースナノファイバーは、例えば、植物由来のパルプ(セルロースの集合体)を、酸化触媒を用いた化学的解繊又は強力なせん断力による機械的解繊により、繊維径3〜100nmのナノファイバーに解きほぐしたものである。なお、セルロース等のセルロースナノファイバーの原料は、例えば、一のセルロースナノファイバー内にて表面の複数の水酸基が水素結合を形成することにより、また、一のセルロースナノファイバー表面の水酸基と他のセルロースナノファイバー表面の水酸基とが水素結合を形成することにより、凝集体を含んでいることがある。このような凝集体は、後述する機械的解繊処理等により、容易に解きほぐすことがてきる。   The cellulose nanofiber used in the production method of the present invention has a fiber diameter of, for example, plant-derived pulp (cellulose aggregate) by chemical defibration using an oxidation catalyst or mechanical defibration by a strong shear force. The nanofibers of 3 to 100 nm are unraveled. In addition, the raw material of cellulose nanofibers, such as a cellulose, for example, when a plurality of hydroxyl groups on the surface form hydrogen bonds in one cellulose nanofiber, and the hydroxyl group on the surface of one cellulose nanofiber and another cellulose The hydroxyl group on the surface of the nanofiber may form a hydrogen bond, thereby containing an aggregate. Such agglomerates can be easily unwound by a mechanical defibrating process described later.

セルロースナノファイバーの中でも、化学処理(化学的解繊とは異なる)を施さず、その分子鎖中及び/又は分子鎖末端のセルロース由来の水酸基が疎水変性されていない又は水酸基以外の官能基でブロックされていない未変性セルロースナノファイバーを好ましく使用できる。未変性セルロースナノファイバーは、繊維径がナノオーダーと非常に小さいことから、これを低濃度で水に分散させた場合、水中に未変性セルロースナノファイバーが分散していることは肉眼では認められず、透明な分散液となる。また、未変性セルロースナノファイバーを高濃度で水に分散させると、不透明な分散液となる。ここで、分散液は、エマルジョン、スラリー、ゲル、ペーストなどの種々の形態を含む。   Among cellulose nanofibers, chemical treatment (different from chemical defibration) is not performed, and the hydroxyl group derived from cellulose at the molecular chain and / or at the end of the molecular chain is not hydrophobically modified or blocked with a functional group other than the hydroxyl group. Unmodified cellulose nanofibers that are not used can be preferably used. Since unmodified cellulose nanofibers are very small in nanometer order, when they are dispersed in water at a low concentration, it is not recognized by the naked eye that unmodified cellulose nanofibers are dispersed in water. A transparent dispersion. Further, when unmodified cellulose nanofibers are dispersed in water at a high concentration, an opaque dispersion liquid is obtained. Here, the dispersion includes various forms such as an emulsion, a slurry, a gel, and a paste.

本発明では、未変性セルロースナノファイバーは、得られるナノファイバー複合体における未変性セルロースナノファイバーの分散性などの観点から、水分散液の形態で用いることが好ましい。水分散液における未変性セルロースナノファイバーの含有量は特に限定されないが、好ましくは水分散液全量の0.001〜 10重量%であり、より好ましくは水分散液全量の0.1〜5重量%である。   In the present invention, the unmodified cellulose nanofiber is preferably used in the form of an aqueous dispersion from the viewpoint of the dispersibility of the unmodified cellulose nanofiber in the obtained nanofiber composite. The content of the unmodified cellulose nanofiber in the aqueous dispersion is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 10% by weight of the total amount of the aqueous dispersion, and more preferably 0.1 to 5% by weight of the total amount of the aqueous dispersion. It is.

未変性セルロースナノファイバーの繊維径、繊維長及びアスペクト比は特に限定されないが、繊維径が好ましくは100nm以下、より好ましくは80nm以下、さらに好ましくは60nm以下、特に好ましくは3〜40nmであり、繊維長が好ましくは10〜1000μm、より好ましくは100〜500μmであり、アスペクト比(繊維長/繊維径)が1000〜15000、好ましくは2000〜10000程度である。ここでの繊維径及び繊維長は、電子顕微鏡観察により任意の個数(例えば20本)の未変性セルロースナノファイバーの繊維径及び繊維長を測定し、得られた測定値の算術平均値として求められる。このように、未変性セルロースナノファイバーの繊維径及び繊維長は、電子顕微鏡を用いた観察により得ることができる。   The fiber diameter, fiber length, and aspect ratio of the unmodified cellulose nanofiber are not particularly limited, but the fiber diameter is preferably 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, still more preferably 60 nm or less, particularly preferably 3 to 40 nm. The length is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 100 to 500 μm, and the aspect ratio (fiber length / fiber diameter) is about 1000 to 15000, preferably about 2000 to 10,000. The fiber diameter and fiber length here are obtained as an arithmetic average value of the measured values obtained by measuring the fiber diameter and fiber length of an arbitrary number (for example, 20) of unmodified cellulose nanofibers by observation with an electron microscope. . Thus, the fiber diameter and fiber length of unmodified cellulose nanofibers can be obtained by observation using an electron microscope.

なお、伸びきり鎖結晶からなる未変性セルロースナノファイバーの弾性率、強度はそれぞれ140GPaおよび3GPaに達し、代表的な高強度繊維、アラミド繊維に等しく、ガラス繊維よりも高弾性である。しかも、線熱膨張係数は1.0×10-7/℃と石英ガラスに匹敵する小ささである。 Note that the elastic modulus and strength of unmodified cellulose nanofibers composed of extended chain crystals reach 140 GPa and 3 GPa, respectively, which are equal to typical high-strength fibers and aramid fibers, and are more elastic than glass fibers. Moreover, the linear thermal expansion coefficient is 1.0 × 10 −7 / ° C., which is as small as quartz glass.

未変性セルロースナノファイバーの製造に使用するセルロースは、好ましくは水分散体として用いられる。セルロースの形状は、例えば、繊維状、粒状などの任意の形状である。セルロースとしては、リグニンやヘミセルロースを除去したミクロフィブリル化セルロースが好ましい。また、市販のセルロースを使用してもよい。メディアレス分散機でミクロフィブリル化セルロースを処理すると、ミクロフィブリル化セルロースが繊維の長さを保ったまま繊維表面に存在する水酸基に由来する水素結合がほどけて細くなるが、処理条件を変えることで、繊維の切断もしくは分子量を低下させることも可能である。   The cellulose used for the production of unmodified cellulose nanofibers is preferably used as an aqueous dispersion. The shape of cellulose is arbitrary shapes, such as a fiber form and a granular form, for example. As the cellulose, microfibrillated cellulose from which lignin and hemicellulose have been removed is preferable. Commercially available cellulose may also be used. When microfibrillated cellulose is processed with a medialess disperser, hydrogen bonds derived from hydroxyl groups present on the fiber surface are unraveled and thinned while maintaining the length of the microfibrillated cellulose. It is also possible to cut the fiber or reduce the molecular weight.

セルロースナノクリスタルは、セルロースを構成するセルロースファイバー又はセルロースナノファイバーに、硫酸などの酸を用いる酸加水分解などの化学的処理を施すことにより得られる繊維状結晶であり、繊維径は10〜50nm程度、繊維長は100〜1000nm(好ましくは150〜500nm)程度である。セルロースナノクリスタルは、セルロースナノウィスカーとも呼ばれる。   Cellulose nanocrystals are fibrous crystals obtained by subjecting cellulose fibers constituting cellulose or cellulose nanofibers to chemical treatment such as acid hydrolysis using an acid such as sulfuric acid, and the fiber diameter is about 10 to 50 nm. The fiber length is about 100 to 1000 nm (preferably 150 to 500 nm). Cellulose nanocrystals are also called cellulose nanowhiskers.

キトサンナノファイバーは、繊維径が好ましくは1〜100nm、より好ましくは1〜50nm、さらに好ましくは3〜30nm、特に好ましくは3〜20nmであり、アスペクト比が好ましくは100以上、より好ましくは100〜10000、さらに好ましくは100〜2000である。キトサンナノファイバーは、例えば、キチン含有原料を脱蛋白質処理及び脱灰処理し、更に脱アセチル化処理した後、解繊処理を施すことにより得られる。脱蛋白処理、脱灰処理、解繊処理は、周知の方法に従って実施できる。脱蛋白質処理と脱アセチル化処理とを同時に行うこともできる。脱蛋白処理及び脱灰処理を行なった市販のキチン粉末をアルカリ処理法などで脱アセチル化処理することによっても、キトサンナノファイバーが得られる。   Chitosan nanofibers preferably have a fiber diameter of 1 to 100 nm, more preferably 1 to 50 nm, still more preferably 3 to 30 nm, particularly preferably 3 to 20 nm, and an aspect ratio of preferably 100 or more, more preferably 100 to 100 nm. 10,000, more preferably 100-2000. Chitosan nanofibers can be obtained, for example, by subjecting a chitin-containing raw material to deproteinization treatment and deashing treatment, further deacetylation treatment, and then defibration treatment. Deproteinization treatment, decalcification treatment, and defibration treatment can be performed according to a known method. The deproteinization treatment and the deacetylation treatment can be performed simultaneously. Chitosan nanofibers can also be obtained by subjecting a commercially available chitin powder subjected to deproteinization treatment and deashing treatment to deacetylation treatment by an alkali treatment method or the like.

また、本発明の製造方法では、ナノファイバーとして、上記した各種ナノファイバー以外に、酢酸菌などの微生物が産生するセルロース系ナノファイバー(バクテリアセルロースナノファイバー)や、電界紡糸法により得られるセルロース系ナノファイバー、キチンナノファイバーなども使用できる。本発明の製造方法において、ナノファイバーは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。   In the production method of the present invention, as nanofibers, in addition to the above-mentioned various nanofibers, cellulose nanofibers (bacterial cellulose nanofibers) produced by microorganisms such as acetic acid bacteria, and cellulose nanofibers obtained by electrospinning Fibers and chitin nanofibers can also be used. In the production method of the present invention, the nanofibers can be used alone or in combination of two or more.

次に、本発明の製造方法で用いられる合成樹脂は、水溶性又は水分散性を有するものである。水溶性合成樹脂とは水系溶媒に溶解可能な合成樹脂である。水分散性合成樹脂とは、乳化剤等により水系溶媒に分散させることができる強制乳化タイプの合成樹脂、及びその主鎖骨格の側鎖及び/又は末端に親水性基を導入することにより水系溶媒に分散させることができる自己乳化タイプの合成樹脂を含む。   Next, the synthetic resin used in the production method of the present invention has water solubility or water dispersibility. The water-soluble synthetic resin is a synthetic resin that can be dissolved in an aqueous solvent. A water-dispersible synthetic resin is a forced emulsification type synthetic resin that can be dispersed in an aqueous solvent with an emulsifier or the like, and a hydrophilic group introduced into the side chain and / or terminal of the main chain skeleton into the aqueous solvent. It contains a self-emulsifying type synthetic resin that can be dispersed.

このような合成樹脂の具体例として、水溶性又は水分散性を有する架橋性樹脂、水溶性又は水分散性を有する自己架橋性樹脂等が挙げられる。架橋性樹脂とは、架橋性基及び架橋性構造から選ばれる少なくとも1種を有し、例えば架橋剤と反応して架橋構造を形成する合成樹脂であり、好ましくは、架橋性基及び架橋性構造から選ばれる少なくとも1種を有するとともに水溶性又は水分散性を有する合成樹脂である。ここで架橋性基としては特に限定されないが、例えば、エポキシ基、ヒドロキシ基、イソシアネート基、アミノ基、アミド基、カルボキシル基、エーテル基(例えばフルオロエチレンエーテル基など)、ヒドロシリル基などが挙げられる。架橋性樹脂は、架橋性基の1種又は2種以上を有することができる。これらの架橋性基は、合成樹脂の主鎖骨格に側鎖の少なくとも一部として結合してもよく、主鎖骨格の末端に結合してもよい。   Specific examples of such synthetic resins include water-soluble or water-dispersible crosslinkable resins, water-soluble or water-dispersible self-crosslinkable resins, and the like. The crosslinkable resin is a synthetic resin having at least one selected from a crosslinkable group and a crosslinkable structure, for example, reacting with a crosslinking agent to form a crosslink structure, preferably a crosslinkable group and a crosslinkable structure. A synthetic resin having at least one selected from the group consisting of water-soluble or water-dispersible. Although it does not specifically limit as a crosslinkable group here, For example, an epoxy group, a hydroxyl group, an isocyanate group, an amino group, an amide group, a carboxyl group, an ether group (for example, fluoroethylene ether group etc.), a hydrosilyl group etc. are mentioned. The crosslinkable resin can have one or more crosslinkable groups. These crosslinkable groups may be bonded to the main chain skeleton of the synthetic resin as at least a part of the side chain, or may be bonded to the terminal of the main chain skeleton.

また、架橋性構造としては特に限定されないが、例えば、ピロリドン構造、シロキサン構造、オキセタン構造などが挙げられる。架橋性樹脂は、架橋性構造の1種又は2種以上を有することができる。これらの架橋性構造は、合成樹脂の主鎖骨格の一部を形成していてもよく、合成樹脂の主鎖骨格の側鎖及び/又は末端に結合していてもよい。   Moreover, although it does not specifically limit as a crosslinkable structure, For example, a pyrrolidone structure, a siloxane structure, an oxetane structure etc. are mentioned. The crosslinkable resin can have one or more crosslinkable structures. These crosslinkable structures may form a part of the main chain skeleton of the synthetic resin, or may be bonded to the side chain and / or the terminal of the main chain skeleton of the synthetic resin.

また、架橋性樹脂は、水溶性又は水分散性を示すために、親水性基を有していてもよい、親水性基としては特に限定されないが、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基、スルホン基、エーテル基などが挙げられる。親水性基は、合成樹脂の主鎖骨格に側鎖の一部として結合してもよく、また、主鎖骨格の末端に結合してもよい。これらの親水性基の中でも、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基、エーテル基などを有する合成樹脂は、水分散性又は水溶性を有する架橋性樹脂となる。   The crosslinkable resin may have a hydrophilic group in order to exhibit water solubility or water dispersibility, and is not particularly limited as a hydrophilic group. For example, a hydroxy group, an amino group, a carboxyl group, A sulfone group, an ether group, etc. are mentioned. The hydrophilic group may be bonded as a part of the side chain to the main chain skeleton of the synthetic resin, or may be bonded to the terminal of the main chain skeleton. Among these hydrophilic groups, a synthetic resin having a hydroxy group, an amino group, a carboxyl group, an ether group or the like becomes a crosslinkable resin having water dispersibility or water solubility.

本発明で使用する架橋性樹脂としては、架橋性基および/または架橋構造を有するものであれば特に限定されないが。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリビニルポリピロリドン樹脂、メラミン樹脂、ポリエチレンイミン樹脂、ポリエステル樹脂、(メタ)アクリル樹脂、アクリレート樹脂、ポリシロキサン樹脂、オキセタン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、フルオロエチレン・ビニルエーテル交互共重合体等が挙げられる。架橋性樹脂は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。架橋性樹脂の分子量は特に限定されるものではないが、例えば、最終的に得られるナノセルロース複合体およびその成形体の機械的特性、剛性、その他の特性の向上を図る上では、重量平均分子量として2000以上であることが好ましい。   The crosslinkable resin used in the present invention is not particularly limited as long as it has a crosslinkable group and / or a crosslinked structure. For example, epoxy resin, phenol resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinyl butyral resin, urethane resin, polyvinyl pyrrolidone resin, polyvinyl polypyrrolidone resin, melamine resin, polyethylene imine resin, polyester resin, (meth) acrylic resin, acrylate resin, polysiloxane resin Oxetane resins, polyacrylonitrile resins, fluoroethylene / vinyl ether alternating copolymers, and the like. Crosslinkable resin can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The molecular weight of the crosslinkable resin is not particularly limited. For example, in order to improve the mechanical properties, rigidity, and other properties of the finally obtained nanocellulose composite and the molded product, the weight average molecular weight is used. Is preferably 2000 or more.

本発明において、水溶性又は水分散性を有する合成樹脂として架橋性樹脂を用いる場合、架橋性樹脂が有する架橋性基及び/又は架橋性構造と反応可能な架橋剤を、架橋性樹脂と併用することが好ましい。架橋剤については後述する。   In the present invention, when a crosslinkable resin is used as the water-soluble or water-dispersible synthetic resin, a crosslinkable group and / or a crosslinkable structure capable of reacting with the crosslinkable structure is used in combination with the crosslinkable resin. It is preferable. The crosslinking agent will be described later.

また、自己架橋性樹脂とは、架橋剤を用いなくても自身の分子内に架橋構造を形成し得る合成樹脂である。自己架橋性樹脂としては、水溶性又は水分散性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ポリビニルトルエン、t−ブチルアクリレート/グリシジルアクリレート共重合体、カルボキシル基含有ビニル単量体/スルホン酸基含有ビニル単量体共重合体等が挙げられる。自己架橋性樹脂についても、架橋性樹脂と同様にして水分散性を付与することができる。また、自己架橋性樹脂と共に後述する架橋剤を用いることもできる。   The self-crosslinking resin is a synthetic resin capable of forming a crosslinked structure in its own molecule without using a crosslinking agent. The self-crosslinking resin is not particularly limited as long as it has water solubility or water dispersibility. For example, polyvinyl toluene, t-butyl acrylate / glycidyl acrylate copolymer, carboxyl group-containing vinyl monomer / sulfonic acid Examples thereof include a group-containing vinyl monomer copolymer. The self-crosslinkable resin can be imparted with water dispersibility in the same manner as the crosslinkable resin. Moreover, the crosslinking agent mentioned later can also be used with self-crosslinking resin.

本発明では、合成樹脂は好ましくは溶液又は分散液の形態で用いられる。合成樹脂が水溶性である場合、合成樹脂の溶液は、合成樹脂を水系溶媒に溶解させた溶液であることが好ましい。水系溶媒とは、水、水に溶解可能な有機溶媒、水と水に溶解可能な有機溶媒との混合溶媒等が挙げられる。また、合成樹脂が水分散性である場合、合成樹脂の分散液は、前記と同様の水系溶媒を分散媒として用いた、強制乳化型エマルジョン、自己乳化型エマルジョンなどのエマルジョン、スラリーなどであることが好ましい。強制乳化型エマルジョンは、界面活性剤やその他の乳化剤を用いて合成樹脂を水系溶媒に分散させたものである。自己乳化型エマルジョンは、合成樹脂の主鎖骨格に側鎖および/又は末端基として親水性基を導入することにより、合成樹脂を水系溶媒に分散させたものである。水系溶媒の中でも、水、水と水溶性溶媒との混合溶媒が好ましく、水がより好ましい。   In the present invention, the synthetic resin is preferably used in the form of a solution or a dispersion. When the synthetic resin is water-soluble, the synthetic resin solution is preferably a solution in which the synthetic resin is dissolved in an aqueous solvent. Examples of the aqueous solvent include water, an organic solvent soluble in water, a mixed solvent of water and an organic solvent soluble in water, and the like. When the synthetic resin is water-dispersible, the synthetic resin dispersion is an emulsion such as a forced emulsification type emulsion or a self-emulsification type emulsion or a slurry using the same aqueous solvent as the dispersion medium. Is preferred. The forced emulsification type emulsion is obtained by dispersing a synthetic resin in an aqueous solvent using a surfactant or other emulsifier. The self-emulsifying emulsion is obtained by dispersing a synthetic resin in an aqueous solvent by introducing hydrophilic groups as side chains and / or terminal groups into the main chain skeleton of the synthetic resin. Among aqueous solvents, water, a mixed solvent of water and a water-soluble solvent are preferable, and water is more preferable.

ここで、水溶性溶媒としては、例えば、1価又は多価のアルコール類(一価アルコールには例えば炭素数1〜4の低級アルコールがある)、アミド類、ケトン類、ケトアルコール類、環状エーテル類、グリコール類、多価アルコールの低級アルキルエーテル類、ポリアルキレングリコール類、グリセリン、N−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等のポリオール類、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類,エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類および多価アルコールアラルキルエーテル類、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ε−カプロラクタム等のラクタム類、1,3−ジメチルイミダゾリジノンアセトン、N−メチルー2−ピロリドン、m−ブチロラクトン、グリセリンのポリオキシアルキレン付加物、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチルスルホキシド、ジアセトンアルコール、ジメチルホルムアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどである。水溶性溶媒は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。   Examples of the water-soluble solvent include monovalent or polyhydric alcohols (monohydric alcohols include, for example, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms), amides, ketones, keto alcohols, and cyclic ethers. , Glycols, lower alkyl ethers of polyhydric alcohols, polyalkylene glycols, glycerin, N-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, glycerin, ethylene glycol, Diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1, 2,6-hexanetriol Polyols such as trimethylolpropane and pentaerythritol, polyhydric alcohol alkyl ethers such as diethylene glycol monobutyl ether and tetraethylene glycol monomethyl ether, polyhydric alcohol aryl ethers such as ethylene glycol monophenyl ether and ethylene glycol monobenzyl ether, and many Polyhydric alcohol aralkyl ethers, lactams such as 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, ε-caprolactam, 1,3-dimethylimidazolidinone acetone, N-methyl-2-pyrrolidone, m-butyrolactone, glycerol Oxyalkylene adduct, propylene glycol monomethyl ether acetate, dimethyl sulfoxide, diacetone alcohol, dimethylformamide, pro And pyrene glycol monomethyl ether. A water-soluble solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

また水としては、水は、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、または超純水を用いることができる。また、紫外線照射、または過酸化水素添加などにより滅菌した水を用いることにより、長期保存におけるカビまたはバクテリアの発生を防止することができるので好適である。   As the water, pure water such as ion exchange water, ultrafiltration water, reverse osmosis water, distilled water, or ultrapure water can be used. In addition, use of water sterilized by ultraviolet irradiation or addition of hydrogen peroxide is preferable because generation of mold or bacteria during long-term storage can be prevented.

また、架橋性樹脂を溶液又は分散液とした場合、架橋性樹脂の濃度は特に限定されないが、得られるナノファイバー複合体におけるナノファイバーと架橋性樹脂との均一分散性、架橋性樹脂の溶液又は分散液の取扱い性などの観点から、架橋性樹脂の溶液又は分散液全量の、好ましくは1〜50重量%、より好ましくは5〜45重量%、さらに好ましくは10〜40重量%である。   Further, when the crosslinkable resin is used as a solution or dispersion, the concentration of the crosslinkable resin is not particularly limited, but the uniform dispersion of the nanofiber and the crosslinkable resin in the obtained nanofiber composite, the solution of the crosslinkable resin or From the viewpoint of handleability of the dispersion, etc., the total amount of the solution or dispersion of the crosslinkable resin is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 5 to 45% by weight, and still more preferably 10 to 40% by weight.

本発明の製造方法で使用する分散剤は、水溶性を有する分散剤であり、好ましくはナノファイバーが表面に有する水酸基などの官能基とイオン結合可能な分散剤であり、より好ましくはナノファイバーが表面に有する水酸基などの官能基とイオン結合可能でありかつ静電反発力によりナノファイバー複合体中でのナノファイバーの分散安定性を高め得るような分散剤である。該分散剤としては、前述のように水溶性であれば特に限定されないが、陰イオン性分散剤を好ましく使用できる。陰イオン性分散剤としては、例えば、リン酸基、−COOH基、−SO3H基、これらの金属エステル基、及びイミダゾリン基から選ばれた少なくとも1種の官能基を有する化合物、アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(共)重合体などが挙げられる。陰イオン性分散剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。 The dispersant used in the production method of the present invention is a water-soluble dispersant, preferably a dispersant capable of ionic bonding with a functional group such as a hydroxyl group that the nanofiber has on the surface, more preferably nanofiber. The dispersant is capable of ionic bonding with a functional group such as a hydroxyl group on the surface and can enhance the dispersion stability of the nanofiber in the nanofiber composite by electrostatic repulsion. The dispersant is not particularly limited as long as it is water-soluble as described above, but an anionic dispersant can be preferably used. Examples of the anionic dispersant include a compound having at least one functional group selected from a phosphoric acid group, a —COOH group, a —SO 3 H group, a metal ester group thereof, and an imidazoline group, and acryloyloxyethyl. Examples include phosphorylcholine (co) polymers. An anionic dispersing agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

陰イオン性分散剤の具体例としては特に限定されないが、例えば、ポリアクリル酸とその塩、ポリメタクリル酸とその塩、ポリアクリル酸共重合体とその塩、ポリイタコン酸とその塩、オレフィン由来モノマーおよび不飽和カルボン酸(塩)由来モノマーを含む共重合体(例えば特開2015−196790号公報など)、ポリマレイン酸共重合体とその塩、ポリスチレンスルホン酸とその塩、スルホン酸基結合ポリエステルなどのカルボン酸系陰イオン性分散剤、アルキルイミダゾリン系化合物(例えば特開2015−934号公報、特開2014−118521号公報など)などの複素環系陰イオン性分散剤、、酸価とアミン価とを有する陰イオン性分散剤(例えば得開2010−186124号公報など)、ピロリン酸、ポリリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、メタリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸、ヘキサメタリン酸、ホスホン酸、これらの塩などのリン酸系陰イオン分散剤、スルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、リグニンスルホン酸、これらの塩などのスルホン酸系陰イオン分散剤、オルトケイ酸、メタケイ酸、フミン酸、タンニン酸、ドデシル硫酸、これらの塩などのその他の陰イオン性分散剤などが挙げられる。これらの中でも、リン酸、ポリリン酸、リン酸塩、ポリリン酸塩、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸共重合体、ポリアクリル酸塩、ポリアクリル酸共重合体塩などが好ましい。   Specific examples of the anionic dispersant are not particularly limited. For example, polyacrylic acid and its salt, polymethacrylic acid and its salt, polyacrylic acid copolymer and its salt, polyitaconic acid and its salt, olefin-derived monomer And a copolymer containing a monomer derived from an unsaturated carboxylic acid (salt) (for example, JP-A-2015-196790), a polymaleic acid copolymer and its salt, polystyrene sulfonic acid and its salt, sulfonic acid group-bonded polyester, etc. A heterocyclic anionic dispersant such as a carboxylic acid anionic dispersant, an alkyl imidazoline compound (for example, JP-A-2015-934, JP-A-2014-118521, etc.), an acid value and an amine value An anionic dispersant (for example, Tokukai 2010-186124), pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, Phosphoric anionic dispersants such as repolyphosphoric acid, tetrapolyphosphoric acid, metaphosphoric acid, trimetaphosphoric acid, tetrametaphosphoric acid, hexametaphosphoric acid, phosphonic acid, and salts thereof, sulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, lignin sulfonic acid, these Examples thereof include sulfonic acid anionic dispersants such as salts, and other anionic dispersants such as orthosilicic acid, metasilicic acid, humic acid, tannic acid, dodecylsulfuric acid, and salts thereof. Among these, phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphate, polyphosphate, polyacrylic acid, polyacrylic acid copolymer, polyacrylic acid salt, polyacrylic acid copolymer salt and the like are preferable.

また、陰イオン性分散剤として、アクリル酸やメタクリル酸と、他の単量体を共重合させた共重合体を用いることもできる。他の単量体としては、例えば、α−ヒドロキシアクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸などの不飽和カルボン酸およびそれらの塩、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸などの不飽和スルホン酸およびそれらの塩などが挙げられる。   Further, as an anionic dispersant, a copolymer obtained by copolymerizing acrylic acid or methacrylic acid with another monomer can be used. Other monomers include, for example, α-hydroxyacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, fumaric acid and other unsaturated carboxylic acids and their salts, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, ( Examples thereof include unsaturated sulfonic acids such as (meth) allylsulfonic acid and styrenesulfonic acid, and salts thereof.

上記した陰イオン性分散剤の塩を構成するカチオンとしては特に限定されないが、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属、カルシウムなどのアルカリ土類金属、マグネシウム、アンモニウム基などが挙げられる。水に対する溶解性の点からナトリウム、カリウム、アンモニウム基などがより好ましく、カリウムが最も好ましい。   Although it does not specifically limit as a cation which comprises the salt of an above-mentioned anionic dispersing agent, For example, alkaline-earth metals, such as sodium, potassium, lithium, alkaline earth metals, such as calcium, magnesium, ammonium group, etc. are mentioned. From the viewpoint of solubility in water, sodium, potassium, ammonium group and the like are more preferable, and potassium is most preferable.

本発明では市販の陰イオン性分散剤を用いてもよく、市販品の具体例としては、アロンA−6114(商品名、カルボン酸系分散剤、東亜合成(株)製)、アロンA−6012(商品名、スルホン酸系分散剤、東亜合成(株)製)、デモールNL(商品名、スルホン酸系分散剤、花王(株)製)、SD−10(商品名、ポリアクリル酸系分散剤、東亜合成(株)製)などが挙げられる。   In the present invention, a commercially available anionic dispersant may be used. Specific examples of commercially available products include Aron A-6114 (trade name, carboxylic acid-based dispersant, manufactured by Toagosei Co., Ltd.), Aron A-6012. (Trade name, sulfonic acid dispersant, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.), Demol NL (trade name, sulfonic acid dispersant, manufactured by Kao Corp.), SD-10 (trade name, polyacrylic acid dispersant) And Toa Gosei Co., Ltd.).

また、本発明に用いられる陰イオン性分散剤として、(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(共)重合体を用いてもよい。(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(共)重合体は、本発明により得られるナノファイバー複合体中の各成分の分散安定性、特にナノファイバーの分散安定性を高め得るとともに、例えば、生体適合性を有し、本発明のナノセルロース複合体を医療用途、食品用途などに用いる場合の分散剤として好適に使用できる。ここで、(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリンとは、メタアクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、及びアクリロイルオキシエチルホスホリルコリンを包含する。これらは、常法に従って製造される。例えば、2−ブロモエチルホスホリルジクロリドと2−ヒドロキシエチルホスホリルジクロリドと2−ヒドロキシエチルメタクリレートとを反応させて2−メタクリロイルオキシエチル−2′−ブロモエチルリン酸を得、更にこれをトリメチルアミンとメタノール溶液中で反応させて得ることができる。   In addition, as the anionic dispersant used in the present invention, a (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine (co) polymer may be used. The (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine (co) polymer can improve the dispersion stability of each component in the nanofiber composite obtained by the present invention, in particular, the dispersion stability of the nanofibers. And can be suitably used as a dispersant when the nanocellulose composite of the present invention is used for medical use, food use and the like. Here, (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine includes methacryloyloxyethyl phosphorylcholine and acryloyloxyethyl phosphorylcholine. These are produced according to conventional methods. For example, 2-bromoethyl phosphoryl dichloride, 2-hydroxyethyl phosphoryl dichloride and 2-hydroxyethyl methacrylate are reacted to obtain 2-methacryloyloxyethyl-2'-bromoethyl phosphate, which is further dissolved in trimethylamine and methanol solution. It can obtain by making it react.

本発明では(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(共)重合体の市販品を用いてもよく、市販品の具体例としては、例えば、リピジュアHM、リピジュアBL(いずれも商品名、ポリメタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン)、リピジュアPMB(商品名、メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン・メタクリル酸ブチルコポリマー)、リピジュアNR(商品名、メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン・メタクリル酸ステアリルコポリマー)などが挙げられる。これらはいずれも日油(株)製である。   In the present invention, a commercially available product of (meth) acryloyloxyethyl phosphorylcholine (co) polymer may be used. Specific examples of commercially available products include lipid HM and lipid BL (both trade names, polymethacryloyloxyethyl phosphorylcholine). ), Lipid PMB (trade name, methacryloyloxyethyl phosphorylcholine / butyl methacrylate copolymer), lipid NR (trade name, methacryloyloxyethyl phosphorylcholine / stearyl methacrylate copolymer), and the like. These are all made by NOF Corporation.

本発明の製造方法で使用する架橋剤は、主に架橋性樹脂が有する架橋性基、架橋構造や、ナノセルロースがその表面に有する官能基と架橋反応を起こすものである。該架橋反応の結果、架橋性樹脂同士、ナノファイバー同士、架橋性樹脂とナノファイバーの間の少なくとも1つが架橋され、得られるナノファイバー複合体の各物性が向上する。   The cross-linking agent used in the production method of the present invention mainly causes a cross-linking reaction with the cross-linkable group and cross-linking structure possessed by the cross-linkable resin and the functional group possessed on the surface of nanocellulose. As a result of the crosslinking reaction, at least one of the crosslinkable resins, the nanofibers, or between the crosslinkable resin and the nanofibers is crosslinked, and each physical property of the resulting nanofiber composite is improved.

架橋剤としては、架橋性樹脂が有する架橋性や架橋構造、ナノセルロースが表面に有する官能基などとの反応性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、多官能性モノマー、多官能性樹脂、有機過酸化物、重合開始剤などが挙げられる。これらの架橋剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。本発明では、得られるナノファイバー複合体の好ましい特性を損なわない範囲で、架橋剤と共に、酸触媒、酸化防止剤などの安定剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、活性剤、加硫遅延剤、金属石鹸、有機シラン、有機金属化合物、不飽和結合を有する樹脂などを併用できる。   The cross-linking agent is not particularly limited as long as it has cross-linkability and cross-linking structure possessed by the cross-linkable resin, and reactivity with functional groups possessed on the surface of nanocellulose. For example, polyfunctional monomer, polyfunctionality Resins, organic peroxides, polymerization initiators and the like can be mentioned. These crosslinking agents can be used alone or in combination of two or more. In the present invention, a stabilizer such as an acid catalyst and an antioxidant, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization accelerating agent, an activity, together with a crosslinking agent, as long as the preferable characteristics of the obtained nanofiber composite are not impaired. Agents, vulcanization retarders, metal soaps, organosilanes, organometallic compounds, resins having unsaturated bonds, and the like can be used in combination.

多官能性モノマーとしては、多官能アクリル系モノマー、多官能アリル系モノマー、およびこれらの混合モノマー等が挙げられる。   Examples of the polyfunctional monomer include polyfunctional acrylic monomers, polyfunctional allyl monomers, and mixed monomers thereof.

多官能アクリル系モノマーの具体例としては、例えば、エチレンオキシド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、トリス(メタクリロキシエチル)イソシアヌレートなどが挙げられる。これらの中でも、皮膚刺激性が低いという観点からは、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート(トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌル酸のトリアクリル酸エステル)を好ましく使用できる。多官能アクリル系モノマーは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。   Specific examples of the polyfunctional acrylic monomer include, for example, ethylene oxide-modified bisphenol A di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, dipenta Erythritol monohydroxypentaacrylate, caprolactone modified dipentaerythritol hexaacrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane triacrylate, EO modified trimethylolpropanetri (Meth) acrylate, PO-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, tris (acrylo Shiechiru) isocyanurate, tris (methacryloxyethyl) isocyanurate and the like. Among these, from the viewpoint of low skin irritation, tris (acryloxyethyl) isocyanurate (triacrylic ester of tris (2-hydroxyethyl) isocyanuric acid) can be preferably used. Polyfunctional acrylic monomers can be used alone or in combination of two or more.

多官能アリル系モノマーとしては、例えば、トリアリルシアヌレート(TAC)、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート(DA−MGIC)、ジアリルフタレート、ジアリルベンゼンホスフォネートなどが挙げられる。多官能アリル系モノマーは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる   Examples of the polyfunctional allyl monomer include triallyl cyanurate (TAC), triallyl isocyanurate (TAIC), diallyl monoglycidyl isocyanurate (DA-MGIC), diallyl phthalate, diallylbenzene phosphonate, and the like. Polyfunctional allylic monomers can be used alone or in combination of two or more

多官能性モノマーは、必要に応じて重合開始剤と併用することができ、また、酸触媒、安定剤等を併用することができる。重合開始剤、触媒、安定剤等のナノファイバー複合体への添加時期は特に限定されないが、例えば、ナノファイバー、架橋性樹脂、分散剤、水系溶媒と同時に混合される。   The polyfunctional monomer can be used in combination with a polymerization initiator as necessary, and an acid catalyst, a stabilizer and the like can be used in combination. The timing of adding the polymerization initiator, catalyst, stabilizer and the like to the nanofiber composite is not particularly limited. For example, the polymerization initiator, the catalyst, and the stabilizer are mixed simultaneously with the nanofiber, the crosslinkable resin, the dispersant, and the aqueous solvent.

多官能性モノマーの配合量は特に限定されないが、架橋性樹脂の固形分重量に対して、好ましくは0.01〜10重量%、より好ましくは0.1〜5重量%である。多官能性モノマーの配合量が0.01重量%未満の場合は、ナノファイバー複合体の機械的特性、熱的特性が顕著に向上しない傾向がある。多官能性モノマーの配合量が10重量%を上回る場合には、ナノファイバー複合体の伸びや衝撃強さなどの機械的特性に悪影響を及ぼす傾向がある。   Although the compounding quantity of a polyfunctional monomer is not specifically limited, Preferably it is 0.01 to 10 weight% with respect to the solid content weight of crosslinkable resin, More preferably, it is 0.1 to 5 weight%. When the blending amount of the polyfunctional monomer is less than 0.01% by weight, there is a tendency that the mechanical properties and thermal properties of the nanofiber composite are not significantly improved. When the blending amount of the polyfunctional monomer exceeds 10% by weight, there is a tendency to adversely affect mechanical properties such as elongation and impact strength of the nanofiber composite.

多官能性樹脂(多官能性ポリマー)の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、シアネート樹脂、マレイミド樹脂、アクリレート樹脂、メタクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、ビニルエーテル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、熱硬化性エポキシ樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート樹脂などの放射線硬化性樹脂などが好ましい。なお、多官能性樹脂としては架橋性樹脂よりも相対的に分子量の低いものである。多官能性樹脂の分子量は、重量平均分子量として1000未満のものが好ましい。多官能性樹脂は、架橋性樹脂と同様に、水酸基やカルボキシル基などの親水性基で変性された自己乳化性のもの、乳化剤により分散媒中に分散可能な強制乳化型のものが好ましい。これらの樹脂を架橋剤として用いる場合、架橋性樹脂とは樹脂種の異なるものを用いるのが好ましい。多官能性樹脂の配合量は、架橋性樹脂の固形分重量に対して好ましくは3〜20重量%、より好ましくは5〜15重量%である。   Specific examples of the polyfunctional resin (polyfunctional polymer) include, for example, epoxy resins, isocyanate resins, cyanate resins, maleimide resins, acrylate resins, methacrylate resins, unsaturated polyester resins, oxetane resins, vinyl ether resins, urea resins, A melamine resin etc. are mentioned. Among these, radiation curable resins such as thermosetting epoxy resins and epoxy (meth) acrylate resins are preferable. The polyfunctional resin has a molecular weight relatively lower than that of the crosslinkable resin. The molecular weight of the polyfunctional resin is preferably less than 1000 as the weight average molecular weight. Like the crosslinkable resin, the polyfunctional resin is preferably a self-emulsifying type modified with a hydrophilic group such as a hydroxyl group or a carboxyl group, or a forced emulsification type that can be dispersed in a dispersion medium by an emulsifier. When these resins are used as the crosslinking agent, it is preferable to use a resin having a different resin type from the crosslinkable resin. The blending amount of the polyfunctional resin is preferably 3 to 20% by weight, more preferably 5 to 15% by weight, based on the solid content weight of the crosslinkable resin.

有機過酸化物は、例えば、加熱によりフリーラジカルを発生し、これにより、架橋性樹脂同士、ナノファイバー同士、架橋性樹脂とナノファイバー間の少なくとも一部を架橋する。なお、有機過酸化物は重合開始剤の範疇にも入るものであるが、本明細書では重合開始剤とは別個に記載する。有機過酸化物の具体例としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)ヘキシン−3、1,3−ビス(tert−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(tert−ブチルパーオキシ)バレレート、ベンゾイルパーオキサイド、p−クロロベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジアセチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、tert−ブチルヒドロパーオキサイドなどが挙げられる。有機過酸化物は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。有機過酸化物の配合量は、架橋性樹脂及びナノファイバーの合計固形分量に対して好ましくは0.0001〜10重量%、より好ましくは0.01〜5重量%、さらに好ましくは0.1〜3重量%である。   The organic peroxide generates free radicals by heating, for example, and thereby crosslinks at least a part between the crosslinkable resins, between the nanofibers, and between the crosslinkable resin and the nanofibers. The organic peroxide falls within the category of the polymerization initiator, but is described separately from the polymerization initiator in this specification. Specific examples of the organic peroxide include, for example, dicumyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di- (tert-butylperoxy) hexane, 2,5- Dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexyne-3, 1,3-bis (tert-butylperoxyisopropyl) benzene, 1,1-bis (tert-butylperoxy) -3,3,5 -Trimethylcyclohexane, n-butyl-4,4-bis (tert-butylperoxy) valerate, benzoyl peroxide, p-chlorobenzoyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, tert-butylperoxybenzoate, tert -Butyl peroxyisopropyl carbonate, diacetyl peroxy Id, lauroyl peroxide, tert- butyl cumyl peroxide, benzoyl peroxide, etc. tert- butyl hydroperoxide and the like. An organic peroxide can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The compounding amount of the organic peroxide is preferably 0.0001 to 10% by weight, more preferably 0.01 to 5% by weight, and still more preferably 0.1 to 0.1% by weight with respect to the total solid content of the crosslinkable resin and nanofibers. 3% by weight.

重合開始剤は、例えば、加熱又は電離放射線照射によりフリーラジカルを発生し、これにより、架橋性樹脂同士、ナノファイバー同士、架橋性樹脂とナノファイバー間の少なくとも一部を架橋する。重合開始剤の具体例としては、例えば、アゾ化合物、過硫酸塩などが挙げられる。また、重合開始剤は水溶性のものでも、疎水性のものでもよい。   The polymerization initiator generates free radicals by, for example, heating or ionizing radiation irradiation, and thereby crosslinks at least a part between the crosslinkable resins, between the nanofibers, and between the crosslinkable resin and the nanofibers. Specific examples of the polymerization initiator include azo compounds and persulfates. The polymerization initiator may be water-soluble or hydrophobic.

重合開始剤の具体例としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)などの疎水性アゾ化合物、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]などの水溶性アゾ化合物;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩名とが挙げられる。重合開始剤の配合量は、架橋性樹脂及びナノファイバーの合計固形分量に対して、好ましくは0.0001〜5重量%、より好ましくは0.01〜3重量%、さらに好ましくは0.1〜1重量%程度である。   Specific examples of the polymerization initiator include hydrophobic azo compounds such as azobisisobutyronitrile and 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis [2- (2 -Imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane], 2,2'-azobis [2-methyl-N- (2- Water-soluble azo compounds such as hydroxyethyl) propionamide] and persulfate names such as potassium persulfate, ammonium persulfate, and sodium persulfate. The blending amount of the polymerization initiator is preferably 0.0001 to 5% by weight, more preferably 0.01 to 3% by weight, further preferably 0.1 to 0.1% by weight based on the total solid content of the crosslinkable resin and nanofibers. About 1% by weight.

なお、本発明では架橋剤と共に、酸触媒を用いてもよい。酸触媒は、例えば、架橋性性樹脂の架橋性基および/または架橋構造と架橋剤の求核性反応基との反応を促進させるために用いられる。酸触媒の具体例としては、例えば、p−トルエンスルホン酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸等の有機酸、塩酸、硫酸、スルホン酸等の無機酸、三フッ化ホウ素、塩化亜鉛、塩化スズ、塩化アルミニウムなどのルイス酸が挙げられる。酸触媒は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。酸触媒の配合量は、架橋性樹脂の固形分量100重量部に対して好ましくは0.1〜8重量部である。酸触媒の配合量が0.1重量部未満では、架橋度が低くなりすぎる恐れがあり、8重量部を超えるとナノファイバー複合体中での相溶性が悪化する恐れがある。   In the present invention, an acid catalyst may be used together with the crosslinking agent. The acid catalyst is used, for example, to promote the reaction between the crosslinkable group and / or the crosslinked structure of the crosslinkable resin and the nucleophilic reactive group of the crosslinking agent. Specific examples of the acid catalyst include, for example, organic acids such as p-toluenesulfonic acid, citric acid, acetic acid, and malic acid, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and sulfonic acid, boron trifluoride, zinc chloride, tin chloride, Examples include Lewis acids such as aluminum chloride. An acid catalyst can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The amount of the acid catalyst is preferably 0.1 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solid content of the crosslinkable resin. If the blending amount of the acid catalyst is less than 0.1 parts by weight, the degree of crosslinking may be too low, and if it exceeds 8 parts by weight, the compatibility in the nanofiber composite may be deteriorated.

本発明の製造方法で用いられる水系溶媒としては、前述のように、水、水溶性溶媒、水と水溶性溶媒との混合溶媒などである。水溶性溶媒としては、前述の水溶性溶媒と同じものをいずれも使用でき、水溶性溶媒としては、水、低級アルコール(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール)、グリコール類(エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール)、グリセリン、アセトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトアミドなどが好ましい。これらの水溶性溶媒は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。好ましい水系溶媒は、水、水と水溶性溶媒との混合溶媒などであり、特別な廃液処理設備が不要で環境汚染をしにくい水が特に好ましい。   As described above, the aqueous solvent used in the production method of the present invention is water, a water-soluble solvent, a mixed solvent of water and a water-soluble solvent, or the like. As the water-soluble solvent, any of the same water-soluble solvents as described above can be used. Water-soluble solvents include water, lower alcohols (methanol, ethanol, propanol, isopropanol), glycols (ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol). ), Glycerin, acetone, dioxane, tetrahydrofuran, acetonitrile, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetamide and the like are preferable. These water-soluble solvents can be used alone or in combination of two or more. A preferable aqueous solvent is water, a mixed solvent of water and a water-soluble solvent, or the like, and water that does not require a special waste liquid treatment facility and hardly pollutes the environment is particularly preferable.

また、本発明の製造方法では、上記各成分を一段で混合する際又は得られたナノファイバー複合体にアルカリ剤を配合し、ナノファイバー複合体のpHを弱アルカリに調整することにより、ナノファイバー複合体におけるナノファイバーの分散性をさらに向上させることができる。アルカリ剤としては特に限定されず、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどが挙げられる。アルカリ剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。   Further, in the production method of the present invention, when mixing the above-mentioned components in one step or by adding an alkali agent to the obtained nanofiber composite, and adjusting the pH of the nanofiber composite to weak alkali, nanofiber The dispersibility of the nanofibers in the composite can be further improved. It does not specifically limit as an alkali agent, For example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium hydrogencarbonate etc. are mentioned. An alkali agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

また、本発明では、得られるナノファイバー複合体の好ましい特性を損なわない範囲で、ヒンダードフェノール、リン酸エステルや亜リン酸エステルなどの酸化防止剤、耐熱安定剤、トリアジン系化合物などの耐候性付与剤、耐候性付与剤などの安定剤、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤、ガラス繊維、ガラスビーズ、金属粉末、シリカ、タルクやマイカなどの無機層状化合物等その他の無機、有機充填材、顔料、染料などの着色剤、滑剤、揆水剤、アンチブロッキング剤、柔軟性改良材、レベリング剤、消泡剤、金属石鹸、有機シラン、有機金属化合物などを配合することができる。これらの添加剤は、上記した各成分と共に同時に一段で混合してもよく、また、得られたナノファイバー複合体に添加及び混合してもよい。   Further, in the present invention, weather resistance of antioxidants such as hindered phenols, phosphate esters and phosphites, heat stabilizers, triazine compounds and the like within a range that does not impair the preferable characteristics of the obtained nanofiber composite. Stabilizers such as imparting agents and weather resistance imparting agents, plasticizers, antistatic agents, flame retardants, glass fibers, glass beads, metal powder, silica, inorganic layered compounds such as talc and mica, and other inorganic and organic fillers, Colorants such as pigments and dyes, lubricants, water-repellent agents, antiblocking agents, flexibility improvers, leveling agents, antifoaming agents, metal soaps, organosilanes, organometallic compounds, and the like can be blended. These additives may be mixed simultaneously with each of the above-described components in a single step, or may be added to and mixed with the obtained nanofiber composite.

これらの添加剤の中でも、酸化防止剤が好ましい。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤などが挙げられる。これらの中でも、フェノール系酸化防止剤が特に好ましい。酸化防止剤の配合量は、ナノファイバー及び架橋性樹脂の合計固形分量又はナノファイバー、架橋性樹脂及び分散剤の合計固形分量
に対し、通常0.1〜10重量%。好ましくは0.2〜5重量%である。
Among these additives, an antioxidant is preferable. Examples of the antioxidant include phenolic antioxidants, sulfur antioxidants, and amine antioxidants. Among these, phenolic antioxidants are particularly preferable. The blending amount of the antioxidant is usually 0.1 to 10% by weight based on the total solid content of the nanofiber and the crosslinkable resin or the total solid content of the nanofiber, the crosslinkable resin and the dispersant. Preferably it is 0.2 to 5 weight%.

本発明の製造方法は、第1工程を含み、さらに第2工程又は第3、第4工程を含んでいてもよく、さらに後述する予備混合工程を含んでいてもよい。より具体的には、本発明の一実施形態の製造方法は、第1、第2工程を含み、さらに第3工程、予備混合工程を含んでいてもよい。また、本発明の他の実施形態の製造方法は、第1、第3、第4工程を含み、さらに予備混合工程を含んでいてもよい。   The production method of the present invention includes the first step, may further include the second step or the third and fourth steps, and may further include a premixing step described later. More specifically, the manufacturing method of one embodiment of the present invention includes first and second steps, and may further include a third step and a premixing step. In addition, the manufacturing method of another embodiment of the present invention includes first, third, and fourth steps, and may further include a premixing step.

本発明の製造方法によれば、ナノファイバーが架橋性樹脂中にほぼ均一に分散したナノファイバー複合体、ナノファイバー複合体の固形分からなる成形体、及びナノファイバー複合体の固形分の少なくとも一部を架橋させた架橋成形体などが得られる。なお、本発明では第1工程の前に、予備混合工程を実施してもよい。以下、予備混合工程、第1工程、第2工程、第3工程、第4工程の順により具体的に説明する。   According to the production method of the present invention, a nanofiber composite in which nanofibers are substantially uniformly dispersed in a crosslinkable resin, a molded body composed of a solid content of the nanofiber composite, and at least a part of the solid content of the nanofiber composite. A cross-linked molded body obtained by cross-linking is obtained. In the present invention, a preliminary mixing step may be performed before the first step. Hereinafter, the premixing step, the first step, the second step, the third step, and the fourth step will be described in detail.

〔予備混合工程〕
予備混合工程では、ナノファイバー、水溶性又は水分散性を有する合成樹脂、分散剤や他の添加剤、水系溶媒などを、機械的解繊処理を行うことなく単に混合し、予備混合物を得る。得られた予備混合物中でのナノファイバーの合成樹脂への分散性は十分ではない。しかし、予備混合物に第1工程で機械的解繊処理を施すことにより、得られるナノファイバー複合体中でのナノファイバーの合成樹脂中への分散性が、単に第1工程だけを実施した場合よりも一層向上する。なお、合成樹脂が架橋性樹脂である場合は、架橋性樹脂と共に架橋剤を用いることが好ましい。
[Preliminary mixing process]
In the premixing step, nanofibers, a synthetic resin having water solubility or water dispersibility, a dispersant or other additive, an aqueous solvent, and the like are simply mixed without performing a mechanical defibrating treatment to obtain a premix. The dispersibility of the nanofibers in the synthetic resin in the obtained premix is not sufficient. However, by applying mechanical defibration treatment to the premix in the first step, the dispersibility of the nanofibers in the synthetic resin in the resulting nanofiber composite is more than when only the first step is performed. Will be further improved. In addition, when a synthetic resin is a crosslinkable resin, it is preferable to use a crosslinking agent with a crosslinkable resin.

〔第1工程〕
第1工程では、ナノファイバー、水溶性又は水分散性を有する合成樹脂、分散剤、水系溶媒、必要に応じてその他の添加剤などを機械的解繊処理下に一段で混合する。合成樹脂が架橋性樹脂である場合は、架橋性樹脂と共に架橋剤を併用することが好ましい。また、第1工程では、予備混合工程で得られた予備混合物に機械的解繊処理を施してもよい。本明細書において、一段での混合とは、上記した各成分を同一容器に一度に投入して混合することを意味する。第1工程では、合成樹脂は、得られるナノファイバー複合体におけるナノファイバーの分散性などの観点から、溶液又は分散液の形態で用いることが好ましく、水系溶媒溶液又は水系溶媒分散液の形態で用いることがより好ましい。また、ナノファイバー、分散剤、架橋剤、その他の添加剤は、それぞれ別個に水系溶媒に溶解又は分散させた形態で用いてもよい。
[First step]
In the first step, nanofibers, a water-soluble or water-dispersible synthetic resin, a dispersant, an aqueous solvent, and other additives as necessary are mixed in one stage under mechanical defibrating treatment. When the synthetic resin is a crosslinkable resin, it is preferable to use a crosslinker together with the crosslinkable resin. In the first step, mechanical defibrating treatment may be applied to the premix obtained in the premixing step. In the present specification, mixing in one stage means that the above-described components are put into the same container at a time and mixed. In the first step, the synthetic resin is preferably used in the form of a solution or a dispersion from the viewpoint of the dispersibility of the nanofibers in the obtained nanofiber composite, and is used in the form of an aqueous solvent solution or an aqueous solvent dispersion. It is more preferable. Moreover, you may use a nanofiber, a dispersing agent, a crosslinking agent, and another additive in the form dissolved or dispersed separately in the aqueous solvent, respectively.

機械的解繊処理は、予備混合工程で得られた予備混合物又は第1工程で各成分を同一容器にほぼ同時に投入した混合物に対して、せん断力を付与できる装置を用いて実施される。このような装置としては、高圧ホモジナイザー、水中カウンターコリジョン、高速回転分散機、ビーズレス分散機、高速撹拌型メディアレス分散機などが挙げられる。これらのなかでも、ナノファイバーの合成樹脂中への分散性が一層向上するだけでなく、不純物の混入が少なく、純度の高いナノファイバー複合体が得られるという観点から、高速撹拌型メディアレス分散機が好ましい。   The mechanical defibrating treatment is carried out using an apparatus capable of applying a shearing force to the premix obtained in the premixing step or the mixture in which the components are charged almost simultaneously in the first step. Examples of such an apparatus include a high-pressure homogenizer, an underwater counter collision, a high-speed rotary disperser, a beadless disperser, and a high-speed stirring medialess disperser. Among these, high-speed agitation type medialess disperser from the viewpoint of not only further improving the dispersibility of nanofibers in synthetic resin, but also obtaining a highly pure nanofiber composite with less contamination of impurities. Is preferred.

高速攪拌型メディアレス分散機とは、分散メディア(例えば、ビーズ、サンド(砂)、ボール等)を用いず、せん断力を利用して分散処理を行う分散機である。メディアレス分散機は市販品を用いることができる。該市販品としては、例えば、DR−PILOT2000、ULTRA−TURRAXシリーズ、Dispax―Reactorシリーズ(いずれも商品名、IKA社製)、T.K.ホモミクサー、T.K.パイプラインホモミクサー(いずれも商品名、プライミクス(株)製)、ハイ・シアー・ミキサー(商品名、シルバーソン社製)、マイルダー、キャビトロン(いずれも商品名、大平洋機工(株)製)、クレアミックス(商品名、エムテクニック(株)製)、ホモミキサー、パイプラインミキサー(商品名、みずほ工業(株)製)、ジェットペースタ(商品名、日本スピンドル製造(株)製)、アペックスディスパーザー ZERO(商品名、(株)広島メタル&マシナリー製)等が挙げられる。   The high-speed agitation type medialess disperser is a disperser that uses a shearing force to perform a dispersion process without using a dispersion medium (for example, beads, sand, balls, or the like). Commercially available medialess dispersers can be used. Examples of the commercially available products include DR-PILOT2000, ULTRA-TURRAX series, Dispax-Reactor series (all trade names, manufactured by IKA), T.C. K. Homomixer, T.W. K. Pipeline homomixer (Brand name, manufactured by Primix Co., Ltd.), High Shear Mixer (Brand name, manufactured by Silverson), Milder, Cavitron (Brand name, manufactured by Taiheiyo Kiko Co., Ltd.), Clare mix (trade name, manufactured by M Technique Co., Ltd.), homomixer, pipeline mixer (trade name, manufactured by Mizuho Industry Co., Ltd.), Jet Pasta (trade name, manufactured by Nihon Spindle Manufacturing Co., Ltd.), Apex Disper The ZERO (trade name, manufactured by Hiroshima Metal & Machinery Co., Ltd.).

高速攪拌型メディアレス分散機の中でも、ステータとロータとを備える型式の高速攪拌型メディアレス分散機が好ましい。この型式の具体例としては、例えば、ステータと、ステータの内部で回転するロータとを備える型式、ステータおよびロータが多段階に設置された型式などが挙げられる。上記した市販品の中では、アペックスディスパーザー ZEROがこの型式である。この型式では、ステータとロータの間には隙間がある。この隙間の寸法を「せん断部クリアランス」とする、ロータの回転下に、ステータとロータの隙間に上記各成分の混合液を通過させることにより、該混合液にせん断力を付与でき,ナノファイバー径のさらなる微細化、ナノファイバーの合成樹脂への均一分散などを図ることができる。また、上記各成分の混合液全体に均一にせん断力を付与する観点から、字容器各成分の混合液が装置内を循環するインライン循環式高速攪拌型メディアレス分散機が好ましい。   Among the high-speed stirring medialess dispersers, a high-speed stirring medialess disperser of a type including a stator and a rotor is preferable. Specific examples of this type include, for example, a type including a stator and a rotor that rotates inside the stator, and a type in which the stator and the rotor are installed in multiple stages. Among the above-mentioned commercial products, Apex Disperser ZERO is this type. In this type, there is a gap between the stator and the rotor. This gap is defined as the “shear clearance”. By passing the mixture of the above components through the gap between the stator and the rotor while the rotor is rotating, shear force can be applied to the mixture and the nanofiber diameter can be increased. Can be further miniaturized, and nanofibers can be uniformly dispersed in a synthetic resin. In addition, from the viewpoint of uniformly applying a shearing force to the entire mixed liquid of the above components, an inline circulation type high-speed stirring medialess disperser in which the mixed liquid of the components of the character container circulates in the apparatus is preferable.

高速撹拌型メディアレス分散機を用いる場合、せん断速度、せん断部クリアランスおよびロータの回転周速、特にせん断部クリアランスおよびロータの回転周速を所定の範囲に設定することにより、ナノファイバー径のさらなる微細化や、ナノファイバーの合成樹脂へのさらなる均一分散、得られるナノファイバー複合体中でのナノファイバーの沈降防止などの優れた効果が得られることが、本発明者らの研究により判明している。   When using a high-speed agitation type medialess disperser, the nanofiber diameter can be further refined by setting the shear rate, shear clearance and rotor rotational peripheral speed, particularly the shear clearance and rotor rotational peripheral speed within a predetermined range. Research by the present inventors has revealed that excellent effects such as crystallization, further uniform dispersion of nanofibers in a synthetic resin, and prevention of nanofiber settling in the resulting nanofiber composite can be obtained. .

せん断速度は、900,000[1/sec]を超えることが好ましい。せん断速度が900,000[1/sec]以下である場合には、ナノファイバーの解繊、およびナノファイバーの合成樹脂への分散が共に不十分になる傾向がある。また、せん断速度は、2,000,000[1/sec]以下が好ましく、1,500,000[1/sec]以下が好ましく、1,200,000[1/sec]以下がより好ましい。   The shear rate preferably exceeds 900,000 [1 / sec]. When the shear rate is 900,000 [1 / sec] or less, both the defibration of the nanofiber and the dispersion of the nanofiber into the synthetic resin tend to be insufficient. The shear rate is preferably 2,000,000 [1 / sec] or less, preferably 1,500,000 [1 / sec] or less, and more preferably 1,200,000 [1 / sec] or less.

せん断部クリアランスは、せん断速度、上記各成分の混合液の粘度などに応じて適宜設定されるが、ナノファイバーの径をできるだけ小さくし、また、ナノファイバーの合成樹脂中への分散性の一層の向上を図る観点から、100μm以上が好ましく、150μm以上がより好ましく、200μm以上が更に好ましい。また、上記各成分の混合液の粘度が高くても、分散機の回転数を適正範囲に保持しつつ高分散性を確保する観点から、クリアランスは、2mm以下が好ましく、1.5mm以下がより好ましく、1.2mm以下がさらに好ましい。   The shear clearance is appropriately set according to the shear rate, the viscosity of the mixture of the above components, etc., but the diameter of the nanofiber is made as small as possible, and the dispersibility of the nanofiber in the synthetic resin is further improved. From the viewpoint of improving, it is preferably 100 μm or more, more preferably 150 μm or more, and further preferably 200 μm or more. Moreover, even if the viscosity of the liquid mixture of each of the above components is high, the clearance is preferably 2 mm or less, more preferably 1.5 mm or less from the viewpoint of ensuring high dispersibility while maintaining the rotation speed of the disperser in an appropriate range. Preferably, it is 1.2 mm or less.

ロータの回転周速は、せん断速度に応じて適宜設定されるが、ナノファイバーの径をできるだけ小さくし、また、ナノファイバーの合成樹脂中への分散性の一層の向上を図る観点から、18m/s以上が好ましく、20m/s以上がより好ましく、23m/s以上がさらに好ましい。また、最適なナノファイバー径を得る観点から、回転周速は、60m/s以下が好ましく、50m/s以下がより好ましく、45m/s以下がさらに好ましい。回転周速は、ロータの最先端部分の周速である。   The rotational peripheral speed of the rotor is appropriately set according to the shear rate. From the viewpoint of making the diameter of the nanofiber as small as possible and further improving the dispersibility of the nanofiber in the synthetic resin, it is 18 m / s or more is preferable, 20 m / s or more is more preferable, and 23 m / s or more is more preferable. Further, from the viewpoint of obtaining an optimum nanofiber diameter, the rotational peripheral speed is preferably 60 m / s or less, more preferably 50 m / s or less, and further preferably 45 m / s or less. The rotational peripheral speed is the peripheral speed of the most advanced portion of the rotor.

予備混合工程および第1工程において、上記した各成分の配合量は特に限定されないが、例えば、配合する合成樹脂の全固形分量を100重量部に対して、ナノファイバーを好ましくは0.001〜10重量部、より好ましくは0.5〜5重量部、水系溶媒を好ましくは100〜10000重量部、より好ましくは150〜1000重量部、分散剤を好ましくは0.01〜0.5重量部、より好ましくは0.025〜0.25重量部配合すればよい。架橋剤の配合量は前述したとおりである。   In the premixing step and the first step, the amount of each component described above is not particularly limited. For example, the total solid content of the synthetic resin to be blended is 100 parts by weight, and the nanofibers are preferably 0.001 to 10 parts. Parts by weight, more preferably 0.5 to 5 parts by weight, the aqueous solvent is preferably 100 to 10,000 parts by weight, more preferably 150 to 1000 parts by weight, and the dispersant is preferably 0.01 to 0.5 parts by weight. Preferably 0.025 to 0.25 parts by weight may be blended. The amount of the crosslinking agent is as described above.

第1工程で得られるナノセルロース複合体は、水系溶媒中にナノファイバーと合成樹脂とがほぼ均一に分散し、時間を経過してもナノファイバーの沈降が非常に少ないものである。また、該複合体中には、少なくとも一部のナノファイバーの表面に分散剤がイオン結合している場合がある。ナノファイバーと分散剤とのイオン結合体は、後述する成形後および架橋処理後にも残留している場合がある。また、該複合体に含まれるナノファイバーの平均繊維径は10〜100nm程度、好ましくは10〜40nm程度、より好ましくは15〜25nm程度である。すなわち、第1工程を実施することにより、ナノファイバーの繊維径が実施前よりも実施後の方がさらに小さくなることがある。また、第1工程では一段の混合でナノファイバー複合体が得られるので、従来の二段工程に比べて、大幅な省力化(特に量産時の大幅な省力化)を達成できる。   In the nanocellulose composite obtained in the first step, the nanofibers and the synthetic resin are dispersed almost uniformly in the aqueous solvent, and the nanofibers precipitate very little over time. Further, in the composite, a dispersant may be ionically bonded to the surface of at least a part of the nanofibers. The ionic conjugate of the nanofiber and the dispersant may remain after the molding and the crosslinking treatment described later. The average fiber diameter of the nanofibers contained in the composite is about 10 to 100 nm, preferably about 10 to 40 nm, and more preferably about 15 to 25 nm. That is, by performing the first step, the fiber diameter of the nanofiber may be smaller after the implementation than before the implementation. In addition, since the nanofiber composite can be obtained by one-stage mixing in the first step, significant labor savings (particularly, significant labor saving during mass production) can be achieved as compared to the conventional two-step process.

また、第1工程で得られるナノセルロース複合体のゼータ電位は、好ましくは−20〜−50mV、より好ましくは−30〜−45mVである。ゼータ電位が−20mVよりも高い場合は、不均一分散となりナノファイバーが沈降する場合がある。一方、ゼータ電位が−50mVを下回ると、ナノファイバーが切断され、十分な架橋ネットワーク構造が形成されない場合が生じる。本発明では、製造後のナノセルロース複合体のゼータ電位を測定し、必要に応じてゼータ電位の値を調整してもよい。該ナノセルロース複合体のゼータ電位は、例えば、分散剤の配合量や種類などにより調整できる。ゼータ電池の測定方法については後述する。   Moreover, the zeta potential of the nanocellulose composite obtained in the first step is preferably −20 to −50 mV, more preferably −30 to −45 mV. If the zeta potential is higher than −20 mV, the nanofibers may settle due to non-uniform dispersion. On the other hand, when the zeta potential is less than −50 mV, the nanofiber is cut, and a sufficient crosslinked network structure may not be formed. In the present invention, the zeta potential of the nanocellulose composite after production may be measured, and the value of the zeta potential may be adjusted as necessary. The zeta potential of the nanocellulose composite can be adjusted by, for example, the blending amount and type of the dispersant. A method for measuring the zeta battery will be described later.

〔第2工程〕
第2工程では、第1工程で得られたナノセルロース複合体に対して架橋処理を施す。ナノセルロース複合体が架橋性樹脂及び架橋剤を含んでいる場合は、架橋処理により、少なくとも一部のナノファイバー間、少なくとも一部のナノファイバーと少なくとも一部の架橋性樹脂との間、および少なくとも一部の架橋性樹脂間の1又は2以上に架橋構造が形成されたナノセルロース架橋複合体が得られる。また、ナノセルロース複合体が合成樹脂として自己架橋性樹脂を含んでいる場合には、該樹脂の分子内に架橋構造が形成され、該樹脂とナノファイバーとの間にも架橋構造が形成されることのあるナノファイバー架橋構造体が得られる。
[Second step]
In the second step, the nanocellulose composite obtained in the first step is subjected to a crosslinking treatment. When the nanocellulose composite includes a crosslinkable resin and a crosslinker, at least some nanofibers, at least some nanofibers and at least some crosslinkable resins, and at least A nanocellulose cross-linked composite in which a cross-linked structure is formed in one or more of some cross-linkable resins is obtained. When the nanocellulose composite contains a self-crosslinking resin as a synthetic resin, a crosslinked structure is formed in the molecule of the resin, and a crosslinked structure is also formed between the resin and the nanofiber. A cross-linked nanofiber structure is obtained.

このナノセルロース架橋複合体を後述する第3工程と同様にして成形することにより、機械的強度、耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性、耐傷つき性、吸水性、保水性、ガスバリア性、自己修復性などが一層向上した、架橋構造を含む成形品が得られる。また本発明では、水系溶媒を分散媒として用いているので、ナノファイバー複合体にそのまま架橋処理を施しても、安全性が高いという利点がある。   By molding this nanocellulose crosslinked composite in the same manner as in the third step described later, mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, abrasion resistance, scratch resistance, water absorption, water retention, gas barrier properties, self A molded article containing a cross-linked structure with improved repairability and the like can be obtained. In the present invention, since an aqueous solvent is used as a dispersion medium, there is an advantage that even if the nanofiber composite is subjected to a crosslinking treatment as it is, the safety is high.

架橋処理の方法としては特に限定されないが、ナノファイバー複合体中に含まれる架橋剤を利用した化学的架橋法および物理的架橋法をが好ましい。   The crosslinking treatment method is not particularly limited, but a chemical crosslinking method and a physical crosslinking method using a crosslinking agent contained in the nanofiber composite are preferable.

化学的架橋法の具体例としては、例えば、加熱による架橋などが挙げられる。加熱条件は、ナノファイバー複合体の成分組成、固形分濃度、架橋性樹脂および架橋剤の種類や配合量、設定される架橋度合い、得られるナノファイバー架橋複合体に設定される各物性の値などに応じて適宜選択されるが、通常は約30℃以上の温度下での長時間加熱により架橋が形成される。架橋に要する時間を短くして工程全体としての省力化を図り、また架橋後のナノセルロース複合体の各物性をさらに向上させるという観点から、加熱条件は、好ましくは30℃〜220℃の温度下で1分以上、より好ましくは100℃〜180℃の温度下で1〜40分、さらに好ましくは125℃〜140℃で1〜20分(好ましくは5〜10分)である。   Specific examples of the chemical crosslinking method include crosslinking by heating. Heating conditions include the component composition of the nanofiber composite, the solid content concentration, the type and blending amount of the crosslinkable resin and the crosslinking agent, the degree of crosslinking set, the values of each physical property set for the resulting nanofiber crosslinked composite, etc. However, the cross-linking is usually formed by heating for a long time at a temperature of about 30 ° C. or higher. From the viewpoint of shortening the time required for crosslinking to save labor as a whole process, and further improving each physical property of the nanocellulose composite after crosslinking, the heating conditions are preferably 30 ° C to 220 ° C. For 1 to 40 minutes at a temperature of 100 ° C. to 180 ° C., more preferably 1 to 20 minutes (preferably 5 to 10 minutes) at 125 ° C. to 140 ° C.

物理的架橋の具体例としては、例えば、電離放射線の照射による架橋などが挙げられる。電離放射線の照射による架橋は、制御が容易であるという利点がある。電離放射線としては特に限定されないが、電子線、γ線、X線、荷電粒子線、紫外線、中性子線等が挙げられる。これらの中でも、電離放射線を発生させる装置の入手容易性、架橋反応の制御の容易性、安全性等の観点から、紫外線、γ線、電子線などが好ましい。   Specific examples of physical crosslinking include crosslinking by irradiation with ionizing radiation. Crosslinking by irradiation with ionizing radiation has the advantage of being easy to control. Although it does not specifically limit as ionizing radiation, An electron beam, a gamma ray, an X-ray, a charged particle beam, an ultraviolet-ray, a neutron beam etc. are mentioned. Among these, ultraviolet rays, γ rays, electron beams, and the like are preferable from the viewpoints of availability of an apparatus for generating ionizing radiation, ease of control of the crosslinking reaction, safety, and the like.

電離放射線の照射線量は、ナノファイバー複合体の成分組成、固形分濃度、架橋性樹脂および架橋剤の種類や配合量、設定される架橋度合い、得られるナノファイバー架橋複合体に設定される各物性の値などに応じて適宜選択できるが、好ましくは10kGy〜1000kGy、より好ましくは10〜50kGyである。照射線量が10kGy未満では、最終的に得られる成形品の架橋度が不足し、成形品の物性が低下する傾向がある。一方、照射欄量が1000kGyを超えると、成形品の着色が大きくなるとともに、架橋構造が形成される領域以外での分子鎖の切断などが増大することにより、成形品の物性が低下する傾向がある。   The irradiation dose of ionizing radiation depends on the component composition of the nanofiber composite, the solid content concentration, the type and blending amount of the crosslinkable resin and crosslinker, the degree of crosslinking set, and the physical properties set for the resulting nanofiber crosslinkable composite Although it can select suitably according to the value of etc., Preferably it is 10 kGy-1000 kGy, More preferably, it is 10-50 kGy. When the irradiation dose is less than 10 kGy, the degree of cross-linking of the finally obtained molded product is insufficient, and the physical properties of the molded product tend to be lowered. On the other hand, when the irradiation field amount exceeds 1000 kGy, the coloring of the molded product increases, and the physical properties of the molded product tend to decrease due to an increase in molecular chain breakage in regions other than the region where the crosslinked structure is formed. is there.

架橋の度合いは、架橋度として、通常20〜98%、好ましくは60〜98%である。架橋度が20%未満では、最終的に得られる成形品の剛性、耐クリープ性、耐摩耗性などの機械的強度や耐熱性のさらなる向上を得られない場合がある。また、架橋度が98%を超えると、架橋構造が形成される領域以外での分子鎖の切断などが増大することにより、成形品の物性が低下する場合がある。   The degree of crosslinking is usually 20 to 98%, preferably 60 to 98% as the degree of crosslinking. If the degree of cross-linking is less than 20%, it may not be possible to further improve mechanical strength and heat resistance such as rigidity, creep resistance, and wear resistance of the finally obtained molded product. On the other hand, if the degree of cross-linking exceeds 98%, the physical properties of the molded product may be deteriorated due to an increase in molecular chain breakage and the like other than in the region where the cross-linked structure is formed.

架橋度は、例えば、ゲル分率(%)として求められる。本発明の製造方法により得られるナノセルロース複合体、ナノセルロース架橋複合体などの試料の適量を100℃で2時間乾燥した後秤量し、初期乾燥重量(g)を求める。次に、このものを常温下水に24時間浸漬した後、溶解残渣を定量ろ紙でろ取し、100℃で2時間乾燥した後秤量し、不溶解分重量(g)を求める。そして下記式よりゲル分率(%)を求める。
ゲル分率(%)=[(不溶解分重量)/(初期乾燥重量)]×100
The degree of crosslinking is determined, for example, as a gel fraction (%). An appropriate amount of a sample such as a nanocellulose composite or a nanocellulose crosslinked composite obtained by the production method of the present invention is dried at 100 ° C. for 2 hours and then weighed to obtain an initial dry weight (g). Next, after immersing this in normal temperature sewage for 24 hours, the dissolution residue is filtered with a quantitative filter paper, dried at 100 ° C. for 2 hours, and weighed to determine the insoluble matter weight (g). And a gel fraction (%) is calculated | required from a following formula.
Gel fraction (%) = [(insoluble weight) / (initial dry weight)] × 100

〔第3工程〕
第3工程では、第1工程で得られた混合物(ナノファイバー複合体)を成形する。すなわち、第1工程で得られた混合物から水系溶媒を除去しながら成形し、又は前記混合物から前記水系溶媒を除去した固形分を成形することにより、成形品が得られる。また、前述のように、第2工程で得られたナノファイバー架橋複合体を同様にして成形してもよい。
ここで、成形方法としては、樹脂溶液又は樹脂分散液から成形品を得るための公知の方法を限定なく利用できるが、ナノファイバー複合体に含まれる架橋性樹脂の種類などに応じて成形方法を適宜選択することが好ましい。
[Third step]
In the third step, the mixture (nanofiber composite) obtained in the first step is molded. That is, a molded product is obtained by molding while removing the aqueous solvent from the mixture obtained in the first step, or by molding a solid content obtained by removing the aqueous solvent from the mixture. Further, as described above, the nanofiber crosslinked composite obtained in the second step may be molded in the same manner.
Here, as a molding method, a known method for obtaining a molded product from a resin solution or a resin dispersion can be used without limitation, but depending on the type of the crosslinkable resin contained in the nanofiber composite, etc. It is preferable to select appropriately.

ナノファイバー複合体又はナノファイバー架橋複合体から水系溶媒を除去しながら成形する方法としては、例えば、ナノファイバー複合体又はナノファイバー架橋複合体を用いて、各種基材表面にフィルム状成形品を形成する樹脂コーティング法が一般的である。樹脂コーティング法では、例えば、ナノファイバー複合体又はナノファイバー架橋複合体を基材表面に塗布し、加熱乾燥することにより、フィルム状成形品が得られる。ここで、塗布方法としては特に限定されず、例えば、スピンコーター法、バーコーター法、スプレーコート法、ブラシやローラーによる塗布、ディッピング法、溶液キャスト法(キャスティング法)などが挙げられる。   As a method of molding while removing the aqueous solvent from the nanofiber composite or nanofiber cross-linked composite, for example, using a nanofiber composite or nanofiber cross-linked composite, film-like molded products are formed on the surfaces of various substrates. A resin coating method is generally used. In the resin coating method, for example, a film-shaped molded article is obtained by applying a nanofiber composite or a nanofiber cross-linked composite to the surface of a substrate and drying by heating. Here, the coating method is not particularly limited, and examples thereof include a spin coater method, a bar coater method, a spray coating method, coating with a brush or a roller, a dipping method, a solution casting method (casting method), and the like.

ナノファイバー複合体又はナノファイバー架橋複合体から水系溶媒を除去しながら成形する別法としては、プリプレグを経由して成形品を得る方法が挙げられる。すなわち、ナノファイバー複合体やナノファイバー架橋複合体を各種織物、編物、不織布、綿帆布などの含浸用基材に含浸させてプリプレグを作製し、1又は複数のプリプレグに対して、プレス成形による加熱加圧、オートクレープを用いた加熱加圧などを行なうことににより、成形品が得られる。含浸用基材の材料としては、たとえぱ、炭素繊維、ガラス繊維、植物性繊維などが挙げられる。   As another method of molding while removing the aqueous solvent from the nanofiber composite or nanofiber cross-linked composite, there is a method of obtaining a molded product via a prepreg. That is, a prepreg is prepared by impregnating a nanofiber composite or a nanofiber cross-linked composite into various woven fabrics, knitted fabrics, nonwoven fabrics, cotton canvases, and the like, and heating is performed on one or a plurality of prepregs by press molding. By performing pressurization, heating and pressurization using an autoclave, etc., a molded product can be obtained. Examples of the material for the base material for impregnation include carbon fiber, glass fiber, and vegetable fiber.

ナノファイバー複合体又はナノファイバー架橋複合体から水系溶媒を除去して得られる固形分の成形方法としては、例えば、平面プレス法や、マテリアルジェッティング方式、バインダージェッティング方式、光造形3Dプリンティング方式などが挙げられる。   Examples of the solid content molding method obtained by removing the aqueous solvent from the nanofiber composite or nanofiber cross-linked composite include, for example, a plane pressing method, a material jetting method, a binder jetting method, and an optical modeling 3D printing method. Is mentioned.

第3工程では、成形と架橋とが同時に実施されることがある。例えば、注型や圧縮成形などの金型内でナノファイバー複合体を高温状態(120〜150℃程度)に保持する成形形態、得られた成形品を金型から取り出した後に熱風炉等でポストキュアする成形形態、基材表面にナノファイバー複合体の塗膜を形成し、これを熱風炉等でポストキュアする成形形態、ナノファイバー複合体をハイドロゲル化した固形物をそのままポストキュアする成形形態などでは、成形と化学的架橋とが同時に行なわれる。   In the third step, molding and crosslinking may be performed at the same time. For example, a molding form in which the nanofiber composite is held in a high temperature state (about 120 to 150 ° C.) in a mold such as casting or compression molding, and the resulting molded product is taken out from the mold and then post-heated in a hot air furnace or the like. Molding form for curing, molding form for forming nanofiber composite film on substrate surface, post-curing this in a hot air oven, etc., molding form for post-curing solid material hydrogelated from nanofiber composite as it is For example, molding and chemical crosslinking are performed simultaneously.

〔第4工程〕
第4工程では、第3工程でナノセルロース複合体を用いて作製された未架橋の成形品に対して、架橋処理を行なう。架橋処理は、第2工程と同様にして実施することができる。第4工程により、含まれる各成分の少なくとも一部が架橋した成形品が得られる。
[Fourth step]
In a 4th process, a crosslinking process is performed with respect to the uncrosslinked molded article produced using the nano cellulose composite in the 3rd process. The crosslinking treatment can be performed in the same manner as in the second step. By the fourth step, a molded product in which at least a part of each component contained is crosslinked is obtained.

こうして得られる本発明のナノセルロース複合体、ナノセルロース架橋複合体、及びこれらの成形品は、生産ロットが変わっても安定した品質を有し、主にナノファイバーと架橋性樹脂との均一分散性等に基因して、例えば、剛性、耐クリープ性、耐摩耗性、耐衝撃性などの機械的特性、柔軟性、耐熱性耐薬品性、耐候性、自己修復性、ガスバリア性、接着性等に優れたものになりやすい。。   The nanocellulose composite, nanocellulose cross-linked composite of the present invention obtained in this way, and these molded articles have stable quality even when the production lot changes, mainly uniform dispersion of nanofiber and crosslinkable resin For example, due to mechanical properties such as rigidity, creep resistance, wear resistance, and impact resistance, flexibility, heat resistance, chemical resistance, weather resistance, self-repairability, gas barrier properties, adhesiveness, etc. It tends to be excellent. .

本発明のナノファイバー複合体は、例えば、一般機械部品向けの耐候性、耐摩耗性、耐傷つき性コーティング、車両、船舶向けのコーティング、接着剤又はキャストフィルム、光学部品用コーティングや接着剤、生体適合性の必要な分野を含む医療用、介護・福祉用部材用コーティング材、キャストフィルム、さらに小型の機械部品あるいはマテリアルジェッティング方式、バインダージェッティングもしくは光造形方式の3Dプリンタ用材料などに好適に使用することができて、生体適合性の必要な分野を含む医療用、介護・福祉用部材などに、好ましく使用することができる。   The nanofiber composite of the present invention is, for example, a weather-resistant, abrasion-resistant, scratch-resistant coating for general mechanical parts, a coating for vehicles and ships, an adhesive or cast film, a coating or adhesive for optical parts, a biological Suitable for medical, nursing and welfare material coating materials, cast films, small mechanical parts or material jetting, binder jetting or stereolithography 3D printer materials including fields that require compatibility It can be used and preferably used for medical, nursing / welfare members including fields requiring biocompatibility.

以下に、実施例および比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお実施例中で用いた各成分、装置および繊維径、ゼータ電位の測定方法は下記のとおりである。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, the measuring method of each component used in the Example, an apparatus, a fiber diameter, and a zeta potential is as follows.

[合成樹脂]
ポリビニルアルコール(商品名:ポバールPVA−205、水溶性架橋性樹脂、クラレ(株)製)10重量%水溶液として用いた。以下「PVA樹脂」と呼ぶことがある。
ポリビニルブチラール(商品名:エスレックKW−1、水溶性架橋性樹脂、積水化学工業(株)製)以下{PVB樹脂」と呼ぶことがある。
ウレタン樹脂(商品名:スーパーフレックス820、自己乳化型架橋性樹脂、第一工業製薬(株)製)以下「URT樹脂」と呼ぶことがある。
[ナノファイバー]
未変性セルロースナノファイバー(商品名:BiNFi−s、(株)スギノマシン製)5重量%水分散液として用いた。以下、「未変性CNF」と呼ぶことがある。
[水溶性分散剤]
ポリメタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(商品名:リピジュアBL、日油(株)製)
[架橋剤]
両末端イソシアネート型ポリカルボジイミド(商品名:カルボジライトVS−02、多官能性樹脂、日清紡ケミカル(株)製)40重量%水溶液として用いた。以下「カルボジライト」と呼ぶことがある。
トリアリルイソシアヌレート(多官能アリル系モノマー、日本化成(株)製、以下「TAIC」と呼ぶことがある。)
[高速撹拌型メディアレス分散機]
アペックスディスパーザーZERO(商品名、(株)広島メタ&マシナリー製)
[Synthetic resin]
Polyvinyl alcohol (trade name: Poval PVA-205, water-soluble crosslinkable resin, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was used as a 10% by weight aqueous solution. Hereinafter, it may be referred to as “PVA resin”.
Polyvinyl butyral (trade name: ESREC KW-1, water-soluble crosslinkable resin, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) may hereinafter be referred to as {PVB resin}.
Urethane resin (trade name: Superflex 820, self-emulsifying type crosslinkable resin, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) may be hereinafter referred to as “URT resin”.
[Nanofiber]
Unmodified cellulose nanofiber (trade name: BiNFi-s, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) was used as a 5% by weight aqueous dispersion. Hereinafter, it may be referred to as “unmodified CNF”.
[Water-soluble dispersant]
Polymethacryloyloxyethyl phosphorylcholine (trade name: Lipidure BL, manufactured by NOF Corporation)
[Crosslinking agent]
Both terminal isocyanate type polycarbodiimide (trade name: Carbodilite VS-02, polyfunctional resin, manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.) was used as a 40 wt% aqueous solution. Hereinafter, it may be referred to as “carbodilite”.
Triallyl isocyanurate (polyfunctional allyl monomer, manufactured by Nippon Kasei Co., Ltd., hereinafter sometimes referred to as “TAIC”)
[High-speed stirring medialess disperser]
Apex Disperser ZERO (trade name, manufactured by Hiroshima Meta & Machinery Co., Ltd.)

<繊維径>
実施例および比較例で得られたナノファイバー複合体を電界放出型電子顕微鏡(FE−SEM)で観察し、電子顕微鏡写真(50000倍)を撮影した。撮影した写真上において、写真を横切る任意の位置に、20本以上のナノファイバーと交差する2本の線を引き、線と交差する全てのナノファイバーり繊維径を測定し、得られた測定値(n=20以上)の算術平均値として平均繊維径(nm)を算出した。なお、繊維径の測定値に基づいて、繊維径分布の標準偏差およびナノファイバーの最大繊維径を求めることもできる。
<Fiber diameter>
The nanofiber composites obtained in Examples and Comparative Examples were observed with a field emission electron microscope (FE-SEM), and an electron micrograph (50000 times) was taken. On the photographed photo, draw two lines intersecting 20 or more nanofibers at any position across the photograph, measure the diameter of all nanofibers intersecting the line, and the measured value obtained The average fiber diameter (nm) was calculated as the arithmetic average value of (n = 20 or more). In addition, based on the measured value of the fiber diameter, the standard deviation of the fiber diameter distribution and the maximum fiber diameter of the nanofiber can be obtained.

<ゼータ電位測定法>
実施例および比較例で得られたナノファイバー複合体1mlをディスポーザブルガラス試験管に入れ、精製水で希釈し、セルロースナノファイバー濃度を0.01重量%に調整する。次いで、30分超音波処理後、下記のゼータ電位測定に供した。使用機器および測定条件は以下のとおりである。
測定機器:ゼータ電位、粒径測定システム(大塚電子(株)製)
測定条件:ゼータ電位用 標準セルSOP
測定温度:25.0℃
ゼータ電位換算式:Smolchowskiの式
溶媒:水(溶媒の屈折率・粘度・誘電率のパラメータは、大塚電子(株)製ELSZソフトの値をそのまま適用)
システム適合性:Latex262nm標準溶液(0.001%)で規格値の範囲を超えない。
<Zeta potential measurement method>
1 ml of the nanofiber composite obtained in Examples and Comparative Examples is placed in a disposable glass test tube, diluted with purified water, and the cellulose nanofiber concentration is adjusted to 0.01% by weight. Subsequently, after the ultrasonic treatment for 30 minutes, it was subjected to the following zeta potential measurement. The equipment used and the measurement conditions are as follows.
Measuring instrument: Zeta potential, particle size measurement system (Otsuka Electronics Co., Ltd.)
Measurement conditions: Standard cell SOP for zeta potential
Measurement temperature: 25.0 ° C
Zeta potential conversion formula: Smolchowski's formula Solvent: Water (Otsuka Electronics Co., Ltd. ELSZ software values are applied as they are for the solvent refractive index, viscosity, and dielectric constant parameters)
System suitability: Latex 262 nm standard solution (0.001%) does not exceed the range of specification values.

<ゲル化の有無>
酸素プラズマで親水化処理したガラス基板上に、実施例及び比較例で得られた樹脂組成物の水分散液を速度3m/sでバーコーター塗布し、自然乾燥し、100mm×200mm×厚さ5μmのコーティング膜を形成した。このコーティング膜を170℃で20分間加熱し、化学架橋を行ない、架橋コーティング膜(コーティング膜の架橋体)を得た。得られた架橋コーティング膜の水への可溶分の有無からゲル化の有無を判定した。
<Presence / absence of gelation>
An aqueous dispersion of the resin composition obtained in Examples and Comparative Examples was applied to a glass substrate hydrophilized with oxygen plasma at a speed of 3 m / s, and then naturally dried, 100 mm × 200 mm × thickness 5 μm. The coating film was formed. This coating film was heated at 170 ° C. for 20 minutes to perform chemical crosslinking to obtain a crosslinked coating film (crosslinked body of the coating film). The presence or absence of gelation was determined from the presence or absence of the water-soluble content of the obtained crosslinked coating film.

<ゲル分率>
架橋度としてゲル分率を求めた。実施例及び比較例で得られた樹脂組成物の水分散液を、100℃で2時間乾燥した後にその重量を秤量し、初期乾燥重量(g)を求めた。初期乾燥重量を秤量した試料を常温で24時間浸漬し後、溶解残渣を定量ろ紙でろ取し、100℃で2時間乾燥した後に秤量し、不溶解分重量(g)を求めた。ゲル分率は下記式から算出される。
ゲル分率(%)=[(不溶解分重量)/(初期乾燥重量)]×100
<Gel fraction>
The gel fraction was determined as the degree of crosslinking. The aqueous dispersions of the resin compositions obtained in Examples and Comparative Examples were dried at 100 ° C. for 2 hours and then weighed to determine the initial dry weight (g). The sample with the initial dry weight weighed was immersed for 24 hours at room temperature, and then the dissolved residue was filtered with a quantitative filter paper, dried at 100 ° C. for 2 hours, and weighed to determine the insoluble matter weight (g). The gel fraction is calculated from the following formula.
Gel fraction (%) = [(insoluble weight) / (initial dry weight)] × 100

<鉛筆硬度>
本発明により得られた組成物を、スピンコーターで親水化処理したガラス基板上に厚さ5μm厚にコーティングした後に架橋(物理架橋、あるいは化学架橋)させたコーティング膜に対して、鉛筆硬度試験機(オールグッド(株)製)を用いて、JIS K5600に準じて測定した。
測定用鉛筆には、三菱鉛筆Hi−uni(硬さ10H〜10B)を使用した。
<Pencil hardness>
A pencil hardness tester is applied to a coating film obtained by coating the composition obtained by the present invention on a glass substrate hydrophilized with a spin coater to a thickness of 5 μm and then crosslinking (physical crosslinking or chemical crosslinking). (All Good Co., Ltd.) was used and measured according to JIS K5600.
Mitsubishi pencil Hi-uni (hardness 10H-10B) was used for the measurement pencil.

<耐擦傷性>
コーティング膜の表面に縦横10mmのスチールウール♯0000(日本スチールウール(株)製)を密着させ、400gの荷重下に移動距離130mm、移動速度約100mm/秒の条件で、該スチールウールをコーティング膜の長手方向に10回往復移動させた。その後、コーティング膜表面の状態を目視観察し、以下の基準に基づいて評価した。
◎:擦り傷が全くない。
○:傷の幅が非常に小さくかつ寸法が10mm以下と短い擦り傷が数本ある。
△:傷の幅は非常に小さいものの、寸法が10mmを超えるような擦り傷が10本を超えて多数存在する。
×:傷の幅が大きく、明確であり、表面には摩耗粉が散らばっている。
<Abrasion resistance>
Steel wool # 0000 (manufactured by Nippon Steel Wool Co., Ltd.) having a length and width of 10 mm is brought into close contact with the surface of the coating film, and the steel wool is coated under the conditions of a moving distance of 130 mm and a moving speed of about 100 mm / sec under a load of 400 g. Was reciprocated 10 times in the longitudinal direction. Thereafter, the state of the coating film surface was visually observed and evaluated based on the following criteria.
A: There is no scratch.
◯: There are several scratches with a very small scratch width and a dimension of 10 mm or less.
(Triangle | delta): Although the width | variety of a damage | wound is very small, many scratches with a dimension exceeding 10 mm exist in excess of 10 pieces.
X: The width | variety of a damage | wound is large and clear, and abrasion powder is scattered on the surface.

<分散性(CNF分散性)及び分散安定性(CNF分散安定性)>
得られた樹脂組成物の水分散液について、分散性(CNF分散性)及び分散安定性(CNF分散安定性)を目視観察により調べた。
分散性(CNF分散性)とは、作製直後の樹脂組成物の水分散液における未変性セルロースナノファイバー及び架橋性樹脂の分散性の目視評価結果であり、全体に均一に白濁し、白色の濃淡が生じていないもの(未変性セルロースナノファイバーや水溶性の架橋性樹脂の分散ムラや凝集は見られないもの)を「○」、全体に白濁しているものの、部分的にでも白色の濃淡が生じているものを「×」と評価した。
<Dispersibility (CNF dispersion) and dispersion stability (CNF dispersion stability)>
About the aqueous dispersion of the obtained resin composition, the dispersibility (CNF dispersibility) and the dispersion stability (CNF dispersion stability) were examined by visual observation.
Dispersibility (CNF dispersibility) is a visual evaluation result of dispersibility of unmodified cellulose nanofibers and crosslinkable resin in an aqueous dispersion of a resin composition immediately after production. “○” for those in which no non-modified cellulose nanofiber or water-soluble crosslinkable resin is dispersed or agglomerated, although white turbidity is observed even though it is entirely cloudy What was produced was evaluated as “x”.

分散安定性(CNF分散安定性)とは、24時間以上静置した後の水分散液における未変性セルロースナノファイバーや架橋性樹脂の分散性の目視評価結果であり、未変性セルロースナノファイバーの沈降が生じないものを「○」、未変性セルロースナノファイバーの沈殿が僅かでも生じるものを「×」と評価した。なお、水分散液は白濁しているものの、未変性セルロースナノファイバーが沈殿すると、その部分の白色度合いが変化し、白色の濃淡として識別可能である。   Dispersion stability (CNF dispersion stability) is the result of visual evaluation of the dispersibility of unmodified cellulose nanofibers and crosslinkable resins in an aqueous dispersion after standing for 24 hours or more. No evaluation was evaluated as “◯”, and even a slight precipitation of unmodified cellulose nanofibers was evaluated as “x”. Although the aqueous dispersion is cloudy, when the unmodified cellulose nanofiber is precipitated, the degree of whiteness of the portion changes and can be identified as white shades.

(実施例1)
以下、水溶液または水分散液として用いた成分の配合量を固形分量で示すが、もちろん水を含んでいる。。
PVA樹脂20gに、架橋剤(カルボジライト)1g(PVA樹脂に対して5重量%)、未変性CNF(BiNFi−s)0.2g(PVA樹脂に対して1重量%)、および分散剤(リピジュアBL)0.01g(未変性CNFに対して5重量%)を配合し、卓上攪拌機で予備混合し、予備混合物を調製した。
Example 1
Hereinafter, the blending amount of the components used as the aqueous solution or the aqueous dispersion is shown as a solid content, but of course water is included. .
20 g of PVA resin, 1 g of a crosslinking agent (carbodilite) (5% by weight based on PVA resin), 0.2 g of unmodified CNF (BiNFi-s) (1% by weight based on PVA resin), and a dispersant (Repidure BL) ) 0.01 g (5% by weight based on unmodified CNF) was blended and premixed with a desktop stirrer to prepare a premix.

得られた予備混合物500mlを高速回転型メディアレス分散機(アペックスディスパーザーZERO)により、せん断部クリアランス1mm、ロータの回転周速45m/sに設定し、10分間の解繊処理を5回行ない、本発明の複合ナノセルロース複合体を水分散体として製造した。   500 ml of the obtained preliminary mixture was set to a shear clearance of 1 mm and a rotational peripheral speed of the rotor of 45 m / s with a high-speed rotation type medialess disperser (Apex Disperser ZERO). The composite nanocellulose composite of the present invention was produced as an aqueous dispersion.

得られた実施例1のナノセルロース複合体は白濁液状を呈し、未変性CNFやPVA樹脂の分散ムラや凝集は目視観察では認められなかった。また、実施例1のナノセルロース複合体を24時間以上静置しても未変性CNFの沈殿は観察されず、安定した水分散体であった。また、実施例1のナノセルロース複合体のゼータ電位−40.2mVであった。ゼータ電位の絶対値が大きいことから、未変性CNFがPVA樹脂中にほぼ均一に分散していることが確認された。実施例1に含まれる未変性CNFの繊維径は20〜50nmの範囲であり、平均繊維径は18nmであった。   The obtained nanocellulose composite of Example 1 was a cloudy liquid, and dispersion unevenness and aggregation of unmodified CNF and PVA resin were not observed by visual observation. Further, even when the nanocellulose composite of Example 1 was allowed to stand for 24 hours or longer, precipitation of unmodified CNF was not observed, and the aqueous dispersion was stable. In addition, the nanocellulose composite of Example 1 had a zeta potential of −40.2 mV. Since the absolute value of the zeta potential was large, it was confirmed that unmodified CNF was almost uniformly dispersed in the PVA resin. The fiber diameter of unmodified CNF contained in Example 1 was in the range of 20 to 50 nm, and the average fiber diameter was 18 nm.

実施例1のナノファイバー複合体を、酸素プラズマで親水化処理したガラス基板上に、バーコーターにより、塗布速度速度3m/分で100×200mm×厚さ5μmのサイズでコーティングし、自然乾燥による脱溶媒後に、170℃で20分加熱することで化学的架橋を施し、ナノセルロース架橋複合体の成形品としてコーティング膜を作製した。このコーティング膜の水への可溶分の有無からゲル化の有無を判定し、さらにJIS K5600−5−4に基づいてコーティング膜の鉛筆硬度を測定し、下記の方法で耐耐擦傷性を調べた。結果を表1に示す。   The nanofiber composite of Example 1 was coated on a glass substrate hydrophilized with oxygen plasma with a bar coater at a coating speed of 3 m / min. After the solvent, chemical crosslinking was performed by heating at 170 ° C. for 20 minutes to prepare a coating film as a molded article of the nanocellulose crosslinked composite. The presence or absence of gelation is determined from the presence or absence of water soluble in the coating film, and the pencil hardness of the coating film is measured based on JIS K5600-5-4, and the scratch resistance is examined by the following method. It was. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1において、分散剤を加えない以外は、実施例1と同様に操作し、ナノセルロース複合体を調製し、コーティング膜の形成および架橋処理を行い、その後に同様の評価を行った。結果を表1に示す。また、得られたナノセルロース複合体のゼータ電位は−14.05mVであり、未変性CNFなどの均一分散性が不十分であることが確認された。また、得られたナノファイバー複合体を静置後しばらくすると未変性CNFなどの沈殿が始まり、12時間静置後には配合した未変性CNFの大部分が液量の1/2程度まで沈殿した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, except that a dispersant was not added, the same operation as in Example 1 was performed to prepare a nanocellulose composite, to form a coating film and to perform a crosslinking treatment, and thereafter, the same evaluation was performed. The results are shown in Table 1. Further, the zeta potential of the obtained nanocellulose composite was -14.05 mV, and it was confirmed that the uniform dispersibility of unmodified CNF and the like was insufficient. Moreover, after the nanofiber composite obtained was allowed to stand for a while, precipitation of unmodified CNF and the like started, and after standing for 12 hours, most of the blended unmodified CNF was precipitated to about ½ of the liquid volume.

(比較例2)
実施例1において、架橋剤を配合しない以外は、実施例1同様に操作して、未変性セルロースナノファイバー複合体の調製、コーティング膜の形成及び架橋処理を行い、その後に同様の評価を行った。結果を表1に示す。得られたナノセルロース複合体のゼータ電位は−36.8mVであった。
(Comparative Example 2)
In Example 1, except that a crosslinking agent was not blended, the same operation as in Example 1 was performed to prepare an unmodified cellulose nanofiber composite, to form a coating film, and to perform a crosslinking treatment, and thereafter, the same evaluation was performed. . The results are shown in Table 1. The resulting nanocellulose composite had a zeta potential of −36.8 mV.

(比較例3)
以下、水溶液または水分散液として用いた成分の配合量を固形分量で示すが、もちろん水を含んでいる。。
変性CNF(BiNFi−s)0.25gに、分散剤(リピジュアBL)0.01gを配合し、高速回転型メディアレス分散機(アペックスディスパーザーZERO)により、せん断部クリアランス1mm、ロータの回転周速45m/sに設定し、10分間の解繊処理を5回行ない、未変性CNFの水分散液を調製した。得られた未変性CHFの水分散液、PVA樹脂20g、架橋剤(カルボジライト)1gを配合し、卓上攪拌機で300rpm、1時間混合し、二段法により白濁液状のナノセルロース複合体を調製した。
(Comparative Example 3)
Hereinafter, the blending amount of the components used as the aqueous solution or the aqueous dispersion is shown as a solid content, but of course water is included. .
0.25 g of modified CNF (BiNFi-s) and 0.01 g of dispersant (Lipidure BL) are blended, and with a high-speed rotating medialess disperser (Apex Disperser ZERO), the shear clearance is 1 mm and the rotational peripheral speed of the rotor Set to 45 m / s, fibrillation for 10 minutes was performed 5 times to prepare an aqueous dispersion of unmodified CNF. The obtained aqueous dispersion of unmodified CHF, 20 g of PVA resin, and 1 g of a crosslinking agent (carbodilite) were blended and mixed with a table stirrer at 300 rpm for 1 hour to prepare a cloudy liquid nanocellulose composite by a two-stage method.

得られたナノセルロース複合体の分散性を目視にて評価した後、24時間静置した後の未変性CNFの沈降の有無を評価した。該ナノセルロース複合体は、製造直後および24時間静置後のいずれにも、未変性CNFの分散むら、凝集、沈降などは殆ど認められないものの、ゼータ電位が−39.67mVと、実施例1のゼータ電位−40.2mVよりもやや小さな数値であり、ゼータ電位から見た各成分の分散性は比較例3よりも実施例1の方がより優れたものになっていた。
また、比較例3のナノファイバー複合体を用い、実施例1と同様にしてコーティング膜を形成し、その物性を調べた。結果を表1に示す。
After visually evaluating the dispersibility of the obtained nanocellulose composite, the presence or absence of sedimentation of unmodified CNF after standing for 24 hours was evaluated. The nanocellulose composite was found to have a zeta potential of −39.67 mV, although dispersion, aggregation and sedimentation of unmodified CNF were hardly observed immediately after production and after standing for 24 hours. The zeta potential was slightly smaller than −40.2 mV, and the dispersibility of each component viewed from the zeta potential was better in Example 1 than in Comparative Example 3.
Moreover, the coating film was formed like Example 1 using the nanofiber composite_body | complex of the comparative example 3, and the physical property was investigated. The results are shown in Table 1.

(実施例2および比較例4〜6)
実施例1および比較例1〜3において、架橋剤としてTAICを、日本化成(株)製)をPVA樹脂の固形分に対して5重量%添加し、かつ架橋処理を化学架橋から、紫外線を1000(mJ/cm2)照射する物理架橋に代えた以外は、それぞれ実施例1および比較例1〜4と同様に操作し、ナノファイバー複合体の調製、コーティング膜の形成および架橋処理を行い、その後に同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 2 and Comparative Examples 4 to 6)
In Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, TAIC as a cross-linking agent (Nippon Kasei Co., Ltd.) was added in an amount of 5% by weight with respect to the solid content of the PVA resin, and the cross-linking treatment was performed from chemical cross-linking to 1000 UV rays. (MJ / cm 2 ) Except for the physical cross-linking to be irradiated, the same operations as in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 were performed to prepare the nanofiber composite, form the coating film, and perform the cross-linking treatment. The same evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

(実施例3、4および比較例7〜12)
実施例1および比較例1〜3において、PVA樹脂に代えてPVB樹脂の10重量%水溶液を用いる以外は、実施例1および比較例1〜3と同様に操作し、ナノファイバー複合体の調製、コーティング膜の形成および架橋処理を行い、その後に同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Examples 3 and 4 and Comparative Examples 7 to 12)
In Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, except that a 10% by weight aqueous solution of PVB resin was used instead of PVA resin, the same operation as in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 was performed to prepare a nanofiber composite, A coating film was formed and crosslinked, and then the same evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

(実施例5、6および比較例13〜18)
実施例2および比較例4〜6において、PVA樹脂に代えてURT樹脂の10重量%水分散液を用いる以外は、実施例2および比較例4〜6と同様に操作し、ナノファイバー複合体の調製、コーティング膜の形成および架橋処理を行い、その後に同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Examples 5 and 6 and Comparative Examples 13 to 18)
In Example 2 and Comparative Examples 4 to 6, except that a 10 wt% aqueous dispersion of URT resin was used instead of PVA resin, the same operation as in Example 2 and Comparative Examples 4 to 6 was performed, and the nanofiber composite Preparation, formation of a coating film, and crosslinking treatment were performed, and then the same evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

Figure 0006256644
Figure 0006256644

<実施例の効果>
以下の評価は、製造方法の異なるナノファイバー複合体からコーティング膜を形成した場合の、コーティング膜特性を比較したものであり、ナノファイバー複合体全般の特性を評価するものではない。すなわち、実施例1〜6および比較例1〜18において、ナノファイバー複合体の製造方法を一段法または二段法とした場合に、得られるナノファイバー複合体から形成されるコーティング膜の特性を比較し、さらに架橋剤の添加の有無、分散剤添加の有無、架橋の有無が、コーティング膜の物性(鉛筆硬度、耐擦傷性)に与える影響について調べた。
<Effect of Example>
The following evaluation is a comparison of coating film characteristics when a coating film is formed from nanofiber composites with different manufacturing methods, and does not evaluate the overall characteristics of the nanofiber composite. That is, in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 18, when the manufacturing method of the nanofiber composite is a one-step method or a two-step method, the characteristics of the coating film formed from the nanofiber composite obtained are compared. Further, the effects of the presence or absence of the addition of a crosslinking agent, the presence or absence of addition of a dispersant, and the presence or absence of crosslinking on the physical properties (pencil hardness, scratch resistance) of the coating film were examined.

表1から、高速回転型ビーズレス分散機により機械的解繊処理(せん断力の付与)を行ないつつ、未変性セルロースナノファイバー、水溶性架橋性樹脂。分散剤および架橋剤を
一段で混合したナノセルロース複合体は、未変性セルロースナノファイバーの分散性は良好でかつ分散安定性が高いことがわかった。これらを架橋すると、ゲル分率が90%以上であり、十分に架橋が進んでいることが確認できた。
また、これらのナノファイバー複合体の架橋体は、いずれも鉛筆硬度が2H以上であり、また耐擦傷性は非常に優れていることが判った。(実施例1〜6)。
From Table 1, unmodified cellulose nanofibers and water-soluble crosslinkable resin while performing mechanical defibrating treatment (giving shearing force) with a high-speed rotating beadless disperser. It was found that the nanocellulose composite in which the dispersant and the crosslinking agent were mixed in one stage had good dispersibility of the unmodified cellulose nanofiber and high dispersion stability. When these were cross-linked, the gel fraction was 90% or more, and it was confirmed that the cross-linking was sufficiently advanced.
Moreover, it was found that all of these crosslinked nanofiber composites have a pencil hardness of 2H or more and very excellent scratch resistance. (Examples 1-6).

一方、比較例3,6,9,12,15,18では、それぞれ実施例1〜6と同一の成分組成で各成分を用い、未変性CNFと分散剤を予め高速回転型メディアレス分散機で分散させて未変性CNF分散体を調製し、これに水溶性架橋性樹脂及び架橋剤を混合するという従来の二段工程でナノファイバー複合体を得ている。ナノファイバー複合体における、各成分特に未変性CNFの分散性、分散安定性及び沈降安定性、その架橋化物のゲル分率、鉛筆硬度、耐擦傷性などに関し、実施例1〜6は比較例3,6,9,12,15,18と同等又は物性によっては同等よりも良好な値を示す、単に工程の省力化が達成されるのみではないことが確認された。   On the other hand, in Comparative Examples 3, 6, 9, 12, 15, and 18, each component was used in the same composition as in Examples 1 to 6, and the unmodified CNF and the dispersant were previously stored in a high-speed rotation type medialess disperser. A nanofiber composite is obtained by a conventional two-stage process in which an unmodified CNF dispersion is prepared by dispersion and a water-soluble crosslinkable resin and a crosslinking agent are mixed therein. Examples 1 to 6 are comparative examples 3 regarding the dispersibility, dispersion stability and sedimentation stability of unmodified CNF, the gel fraction of the cross-linked product, pencil hardness, scratch resistance, etc. in the nanofiber composite. , 6, 9, 12, 15 and 18 or a better value depending on the physical properties, it was confirmed that not only labor saving of the process was achieved.

以上から、本発明の一段法により得られたナノファイバー複合体及びその成形体は、従来の二段法により得られたナノファイバー複合体及びその成形体と同等又はそれ以上の特性(ゲル分率、鉛筆硬度、耐擦傷性)を有している。   From the above, the nanofiber composite obtained by the one-step method of the present invention and the molded product thereof are equivalent to or better than the nanofiber composite obtained by the conventional two-step method and the molded product (gel fraction). , Pencil hardness, scratch resistance).

また、実施例1〜6において、分散剤を添加しない比較例1、4、7、10、13、16のナノファイバー複合体は、未変性CNFの分散性及び分散安定性が劣り、またこれらで作製したコーティング膜の鉛筆硬度及び耐擦傷性も、実施例1〜6に比べて劣ることがわかった。   Further, in Examples 1 to 6, the nanofiber composites of Comparative Examples 1, 4, 7, 10, 13, and 16 to which no dispersant was added were inferior in dispersibility and dispersion stability of the unmodified CNF, and It was found that the pencil hardness and scratch resistance of the prepared coating film were also inferior to those of Examples 1-6.

さらに、実施例1〜6に架橋剤を添加しない比較例のナノセルロース複合体は、未変性CNFの分散性、分散安定性は実施例1〜6と同等であるものの、これらから作製されたコーティング膜は鉛筆硬度および耐擦傷性が劣っていた。   Furthermore, although the nanocellulose composite of the comparative example which does not add a crosslinking agent to Examples 1-6 is equivalent to Examples 1-6, although the dispersibility and dispersion stability of unmodified CNF are equivalent, the coating produced from these The film was inferior in pencil hardness and scratch resistance.

実施例1〜6及び比較例1〜18において、分散剤をポリメタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(リピジュアBL)からスルホン酸系分散剤(アロンA−6012)又はカルボン酸系分散剤(アロンA―6114)に変更する以外は実施例1〜6及び比較例1〜18とそれぞれ同様に操作して、ナノファイバー複合体を調製し、セルロースナノファイバーの分散性、分散安定性ならびに、架橋処理したコーティング膜について同様の評価を行った。セルロースナノファイバー分散性、沈降安定性、ゲル化の有無、ゲル分率、鉛筆硬度、耐擦傷性は、それぞれ実施例1〜6及び比較例1〜18とほぼ同等であった。   In Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 18, the dispersant is changed from polymethacryloyloxyethyl phosphorylcholine (Lipidure BL) to a sulfonic acid dispersant (Aron A-6012) or a carboxylic acid dispersant (Aron A-6114). Except for changing, the same operation as in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 18 was carried out to prepare a nanofiber composite, and the same applies to the dispersibility and dispersion stability of cellulose nanofiber and the coating film subjected to crosslinking treatment. Was evaluated. Cellulose nanofiber dispersibility, sedimentation stability, presence or absence of gelation, gel fraction, pencil hardness, and scratch resistance were almost the same as those of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 18, respectively.

Claims (9)

ナノファイバー、水溶性又は水分散性を有する合成樹脂、水溶性分散剤、および水系溶媒を、機械的解繊処理下に一段で混合する第1工程を含み、前記合成樹脂が水溶性又は水分散性を有する架橋性樹脂であり、前記架橋性樹脂とそれに反応可能な架橋剤とを併用する、ナノファイバー複合体の製造方法。 A first step of mixing nanofibers, a water-soluble or water-dispersible synthetic resin, a water-soluble dispersant, and an aqueous solvent in one step under a mechanical defibrating process, wherein the synthetic resin is water-soluble or water-dispersible a crosslinkable resin having sex, the combined use of the crosslinkable resin and the reactive crosslinking agent thereto, a manufacturing method of the nano-fiber composite. ナノファイバー、水溶性又は水分散性を有する合成樹脂、水溶性分散剤、および水系溶媒を、機械的解繊処理下に一段で混合する第1工程を含み、前記合成樹脂が水溶性又は水分散性を有する自己架橋性樹脂である、ナノファイバー複合体の製造方法。 A first step of mixing nanofibers, a water-soluble or water-dispersible synthetic resin, a water-soluble dispersant, and an aqueous solvent in one step under a mechanical defibrating process, wherein the synthetic resin is water-soluble or water-dispersible is a self-crosslinking resin having sex, method of manufacturing the nano-fiber composite. 前記第1工程で得られた混合物に架橋処理を施す第2工程をさらに含む、請求項1又は2に記載のナノファイバー複合体の製造方法。 The method for producing a nanofiber composite according to claim 1 or 2 , further comprising a second step of subjecting the mixture obtained in the first step to a crosslinking treatment. 前記第1工程で得られた混合物から前記水系溶媒を除去しながら成形し、又は前記混合物から前記水系溶媒を除去した固形分を成形することにより、成形物を得る第3工程と、前記第3工程で得られた成形物に架橋処理を施す第4工程とをさらに含む、請求項1又は2に記載のナノファイバー複合体の製造方法。 The third step of obtaining a molded product by molding while removing the aqueous solvent from the mixture obtained in the first step, or molding the solid content obtained by removing the aqueous solvent from the mixture, and the third further comprising the molded product obtained in step and a fourth step of performing crosslinking treatment, a manufacturing method of the nanofiber composite according to claim 1 or 2. 前記ナノファイバーが、未変性セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、及びキトサンナノファイバーよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜のいずれか1項に記載のナノファイバー複合体の製造方法。 The nanofiber composite according to any one of claims 1 to 4 , wherein the nanofiber is at least one selected from the group consisting of unmodified cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, and chitosan nanofibers. Method. 前記合成樹脂が溶液又は分散液の形態で用いられる、請求項1〜のいずれか1項に記載のナノファイバー複合体の製造方法。 The method for producing a nanofiber composite according to any one of claims 1 to 5 , wherein the synthetic resin is used in the form of a solution or a dispersion. 前記分散剤が、陰イオン性分散剤である、請求項1〜のいずれか1項に記載のナノファイバー複合体の製造方法。 The method for producing a nanofiber composite according to any one of claims 1 to 6 , wherein the dispersant is an anionic dispersant. 前記陰イオン性分散剤が、リン酸基、カルボキシ基、スルホン酸基、これらの金属エステル基、及びイミダゾリン基から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する化合物、並びにアクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(共)重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項に記載のナノファイバー複合体の製造方法。 The anionic dispersant is a compound having at least one functional group selected from a phosphoric acid group, a carboxy group, a sulfonic acid group, a metal ester group thereof, and an imidazoline group, and acryloyloxyethyl phosphorylcholine (co) heavy. The manufacturing method of the nanofiber composite_body | complex of Claim 7 which is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of coalescence. 前記架橋処理が、化学的架橋処理又は物理的架橋処理である、請求項3又は4に記載のナノファイバー複合体の製造方法。
The method for producing a nanofiber composite according to claim 3 or 4 , wherein the crosslinking treatment is a chemical crosslinking treatment or a physical crosslinking treatment.
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