JP6360954B1

JP6360954B1 - 繊維強化複合材料

Info

Publication number: JP6360954B1
Application number: JP2017182582A
Authority: JP
Inventors: 吉川　利幸; 利幸吉川
Original assignee: Yoshikawakuni Kogyosho KK
Current assignee: Yoshikawakuni Kogyosho KK
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: JP2019056088A

Abstract

【課題】樹脂及びセルロースナノファイバーの分散性が向上した繊維強化複合材料を提供することを課題とする。
【解決手段】ポリオレフィンと、セルロースナノファイバーと、酸化防止剤と、光安定化剤とを含み、前記セルロースナノファイバーを５質量％以上含む、繊維強化複合材料。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化複合材料に関する。

従来、樹脂とセルロースナノファイバーとを含む繊維強化複合材料が知られており、高強度性、軽量性などの様々な機能性を有することが知られている（特許文献１参照）。

特許第５１７０１５３号明細書

特許文献１に記載されたような繊維強化複合材料がその機能性を発揮するためには、繊維強化複合材料中において、樹脂とセルロースナノファイバーとが均一に分散している方が有利である。
しかし、このような繊維強化複合材料を調製しようとすると、樹脂とセルロースナノファイバーとが上手く分散せず、不均一な複合材料が得られる場合がある。このように不均一な複合材料は、上記のような機能性を発揮し難い。

本発明は、上記の事情に鑑み、樹脂及びセルロースナノファイバーの分散性が向上した繊維強化複合材料を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明者らが鋭意検討したところ、樹脂及びセルロースナノファイバーに加えて、酸化防止剤及び光安定化剤を含有させることによって、樹脂及びセルロースナノファイバーの分散性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る繊維強化複合材料は、
ポリオレフィンとして、エチレン、プロピレン、ブタジエン、ブテン、イソプレン、イソブチレン、ノルボルネンの単量体からなる単独重合体、又は、前記単量体どうしの共重合体と、
セルロースナノファイバーと、
酸化防止剤と、
光安定化剤とを含み、
前記セルロースナノファイバーを４０〜５０質量％含みマスターバッチとして用いられる。

かかる構成によれば、樹脂であるポリオレフィン及びセルロースナノファイバーが、良好な分散状態になっている繊維強化複合材料を提供することができる。

また、本発明に係る繊維強化複合材料においては、
前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンであってもよい。

かかる構成によれば、樹脂であるポリプロピレン及びセルロースナノファイバーが、より良好な分散状態になっている繊維強化複合材料を提供することができる。

また、本発明に係る繊維強化複合材料においては、
前記ポリオレフィンが、ホモポリマーであってもよい。

かかる構成によれば、樹脂であるポリプロピレン及びセルロースナノファイバーが、従来のものと比べて、良好な分散状態になっている繊維強化複合材料を提供することができる。

また、このような組成を有する繊維強化複合材料は、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンブロックコポリマー又はポリプロピレンランダムコポリマーによって希釈されて用いられてもよい。

希釈して用いることによって、様々な用途に応じた成形品に使用することができる。

以上の通り、本発明によれば、樹脂及びセルロースナノファイバーが良好な分散状態になっている繊維強化複合材料を提供することができる。

実施例１において取得した繊維強化複合材料の偏向顕微鏡写真。実施例２において取得した繊維強化複合材料の偏向顕微鏡写真。

以下、本発明に係る繊維強化複合材料の実施形態について説明する。

本実施形態の繊維強化複合材料は、
ポリオレフィンと、セルロースナノファイバーと、酸化防止剤と、光安定化剤とを含み、前記セルロースナノファイバーを５質量％以上含む。

ポリオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブタジエン、ブテン、イソプレン、イソブチレン、ノルボルネン等の単量体からなる単独重合体、又は、前記単量体どうしの共重合体が挙げられる。
本実施形態においては、ポリプロピレンが好ましい。ポリオレフィンがポリプロピレンであることによって、繊維強化複合材料中において、セルロースナノファイバーが、均一に分散され得る。

ポリプロピレンは、ホモポリマー、ランダムコポリマー又はブロックコポリマーのいずれであってもよい。
本実施形態においては、ホモポリマーが好ましい。ポリプロピレンが、ホモポリマーであることによって、繊維強化複合材料中において、セルロースナノファイバーが、より均一に分散され得る。

本実施形態において使用されるポリプロピレンのメルトマスフローレイト（ＭＦＲ）は、
７．０〜１５ｇ／１０分であることが好ましく、７．０〜７．５ｇ／１０分であることがより好ましい。
尚、前記ＭＦＲは、ＪＩＳＫ６９２１−２に準拠して、試験温度２３０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定される。

本実施形態においては、ポリプロピレンの密度は、０．９０〜０．９１ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

ポリオレフィンの含有量は、繊維強化複合材料１００質量％中、９５質量％未満であることが好ましく、５０〜６０質量％であることがより好ましい。

本実施形態に係る繊維強化複合材料は、セルロースナノファイバーを含有している。
尚、該セルロースナノファイバーは、前記繊維強化複合材料に含有された状態でナノレベルのものをいう。

セルロースナノファイバーは、平均繊維径がナノレベル（１μｍ未満）であるセルロース繊維であれば特に限定されない。
ここで、ナノレベルとは、好ましくは、平均繊維径が３〜２０ｎｍのことをいう。
尚、セルロースナノファイバーの平均繊維径は、偏向顕微鏡などによってセルロースナノファイバーを撮影し、無作為に選択した数十本（例えば、５０本）の繊維の太さ（最も径の太い箇所の寸法）を測定した際の算術平均値として求めることができる。

前記セルロースナノファイバーの原料としては、例えば、天然植物である木材やコットン、海草、ホヤの被嚢等から分離されるセルロース繊維を解繊することによってナノフィブリル化したものや、バクテリアによって産生されるバクテリアセルロース等が挙げられる。
セルロース繊維の解繊方法としては、例えば、摩砕処理、叩解処理、粉砕処理又は高温高圧水蒸気処理が挙げられる。
尚、セルロースナノファイバーの原料の平均繊維径は、ナノレベルでなくてもよく、通常、２０〜５０μｍである。また、該セルロースナノファイバーの原料の形態は、パウダー状が好ましい。このような原料が、樹脂等の他の原料と溶融、混練されることによって、樹脂中でナノ解繊される。これによって、前記繊維強化複合材料が、セルロースナノファイバーを含有することとなる。

セルロースナノファイバーは、変性セルロースナノファイバーであってもよい。

変性セルロースナノファイバーは、表面が疎水化されているものであってもよい。疎水化されている変性セルロースナノファイバーは、表面が疎水的に改質されているため、水には分散しにくい。一方、アセトン、アルコール類、アミド系溶媒等の有機溶媒には容易に分散する。従って、疎水性の高い樹脂と均一に複合化され易い。

変性セルロースナノファイバーは、従来公知の方法によって製造することができる。

変性セルロースナノファイバーの原料としては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、綿、ビート、農産物残廃物、布、紙等の天然植物原料から得られるパルプ；レーヨン、セロファン等の再生セルロース繊維等が挙げられる。これらの中で、パルプが好ましい原材料として挙げられる。木材としては、例えば、シトカスプルース、スギ、ヒノキ、ユーカリ、アカシア等が挙げられ、紙としては、脱墨古紙、段ボール古紙、雑誌、コピー用紙等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

パルプとしては、植物原料を化学的、若しくは機械的に、又は両者を併用してパルプ化することで得られるケミカルパルプ（クラフトパルプ（ＫＰ）、亜硫酸パルプ（ＳＰ））、セミケミカルパルプ（ＳＣＰ）、ケミグランドパルプ（ＣＧＰ）、ケミメカニカルパルプ（ＣＭＰ）、砕木パルプ（ＧＰ）、リファイナーメカニカルパルプ（ＲＭＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、及びこれらのパルプを主成分とする脱墨古紙パルプ、段ボール古紙パルプ、雑誌古紙パルプが好ましいものとして挙げられる。これらの原材料は、必要に応じ、脱リグニン、又は漂白を行い、当該パルプ中のリグニン量を調整することができる。

変性セルロースナノファイバーは、例えば、パルプを化学修飾することによって得ることができる。該変性セルロースナノファイバーとしては、セルロースの水酸基が、アセチル化、メタクリロイル化、プロパノイル化、ブタノイル化、ｉｓｏ−ブタノイル化、ペンタノイル化、ヘキサノイル化、ヘプタノイル化、オクタノイル化、ノナノイル化、デカノイル化、ウンデカノイル化、ドデカノイル化、ミリストイル化、パルミトイル化、ステアロイル化、ピバロイル化、２−メタクリロイルオキシエチルイソシアノイル化、メチル化、エチル化、プロピル化、ｉｓｏ−プロピル化、ブチル化、ｉｓｏ−ブチル化、ｔｅｒｔ−ブチル化、ペンチル化、ヘキシル化、ヘプチル化、オクチル化、ノニル化、デシル化、ウンデシル化、ドデシル化、ミリスチル化、パルミチル化、ステアリル化されているものが挙げられる。
このような変性セルロースナノファイバーを用いることによって、前記繊維強化複合材料中において、セルロースナノファイバーが、均一に分散され得る。
尚、これらの官能基の１種が導入されていても良く、２種以上が導入されていても良い。

また、変性セルロースナノファイバーは、ジアリルアミン由来の構成単位から構成されるカチオンポリマー化合物によって、カチオン変性されていてもよい。

粉砕の方法としては、例えば、リファイナー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、一軸又は多軸混練機、ビーズミルによる機械的な摩砕若しくは叩解する方法が挙げられる。粉砕は、変性の前、変性の後又は変性の前後、いずれにおいて行われてもよい。

セルロースナノファイバーの含有量は、繊維強化複合材料１００質量％中、５質量％以上であることが好ましく、４０〜５０質量％であることがより好ましい。
セルロースナノファイバーの含有量が、上記範囲であることによって、繊維強化複合材料の高強度性、軽量性などの機能性が向上され得る。

また、前記繊維強化複合材料は、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンブロックコポリマー又はポリプロピレンランダムコポリマーによって希釈されて用いられてもよい。これによって、本実施形態に係る繊維強化複合材料は、様々な用途に応じた成形品に使用され得る。
希釈された繊維強化複合材料のセルロースナノファイバーの含有量は、該繊維強化複合材料１００質量％中、３〜２０質量％であることが好ましい。
希釈用のポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンブロックコポリマー又はポリプロピレンランダムコポリマーのＭＦＲは、１０〜６０ｇ／１０分であることが好ましく、３０〜６０ｇ／１０分であることがより好ましい。

本実施形態に係る繊維強化複合材料は、酸化防止剤を含有している。

本実施形態に使用される酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤など種々のタイプのものを使用することができるが、特にヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましい。

ヒンダードフェノール系酸化防止剤の具体例としては、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、２−ｔ−ブチル−４−メトキシフェノール、３−ｔ−ブチル−４−メトキシフェノール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレンビス［６−（１−メチルシクロヘキシル）−ｐ−クレゾール］、ビス［３，３−ビス（４−ヒドロキシ−３−ｔ−ブチルフェニル）ブチリックアシッド］グリコールエステル、４，４’−ブチリデンビス（６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、２，２’−エチリデンビス（４−ｓｅｃ−ブチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−エチリデンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，３，５−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−２，４，６−トリメチルベンゼン、２，６−ジフェニル−４−オクタデシロキシフェノール、テトラキス［メチレン−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタン、ｎ−オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、４，４’−チオビス（６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、トコフェロール、３，９−ビス［１，１−ジメチル−２−［β−（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）プロピオニルオキシ］エチル］２，４，８，１０−テトラオキサスピロ［５，５］ウンデカン、２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルチオ）−１，３，５−トリアジンなどを挙げることができる。
本実施形態においては、テトラキス［メチレン−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタンが好ましい。繊維強化複合材料に、このような酸化防止剤が含まれていることによって、樹脂及びセルロースナノファイバーが、良好な分散状態となり得る。

リン系酸化防止剤としては、３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルフォスファネートジメチルエステル、ビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジルホスホン酸エチル、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファネートなどを挙げることができる。

硫黄系酸化防止剤としては、２，４−ビス−ｎ−オクチルチオ−６−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルアニリノ）−１，３，５−トリアジン、２，２−チオジエチレンビス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、２，４−ビス［（オクチルチオ）メチル］−ｏ−クレゾールなどを挙げることができる。

酸化防止剤の含有量は、繊維強化複合材料１００質量％中、通常０．１〜１．０質量％、好ましくは０．２〜０．６質量％である。
前記繊維強化複合材料が、酸化防止剤を含むことによって、樹脂及びセルロースナノファイバーが、良好な分散状態となり得る。

本実施形態に係る繊維強化複合材料は、光安定化剤を含有している。

本実施形態に使用される光安定化剤としては、ヒンダードアミン系光安定化剤を配合することが好ましい。ヒンダードアミン系光安定化剤は、ポリマーに対して有害なラジカル種を捕捉し、新たなラジカルを発生しないようにするものである。ヒンダードアミン系光安定化剤には、低分子量のものから高分子量のものまで多くの種類の化合物があるが、従来公知のものであれば特に制限されずに用いることができる。

低分子量のヒンダードアミン系光安定化剤としては、デカン二酸ビス（２，２，６，６−テトラメチル−１（オクチルオキシ）−４−ピペリジニル）エステル、１，１−ジメチルエチルヒドロパーオキサイド及びオクタンの反応生成物（分子量７３７）７０質量％とポリプロピレン３０質量％からなるもの、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）［［３，５−ビス（１，１−ジメチルエチル）−４−ヒドロキシフェニル］メチル］ブチルマロネート（分子量６８５）、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）セバケート及びメチル−１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジルセバケート混合物（分子量５０９）、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート（分子量４８１）、テトラキス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート（分子量７９１）、テトラキス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート（分子量８４７）、２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレートとトリデシル−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレートの混合物、１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレートとトリデシル−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレートの混合物などが挙げられる。
本実施形態においては、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート（分子量４８１）が好ましい。繊維強化複合材料に、この光安定化剤が含まれていることによって、樹脂及びセルロースナノファイバーが、均一に分散され得る。

また、高分子量のヒンダードアミン系光安定化剤としては、ポリ［｛６−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）アミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル｝｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝ヘキサメチレン｛（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ｝］（分子量２，０００〜３，１００）、コハク酸ジメチルと４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジンエタノールの重合物（分子量３，１００〜４，０００）、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”‘−テトラキス−（４，６−ビス−（ブチル−（Ｎ−メチル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−イル）アミノ）−トリアジン−２−イル）−４，７−ジアザデカン−１，１０−ジアミン（分子量２，２８６）と上記コハク酸ジメチルと４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジンエタノールの重合物の混合物、ジブチルアミン・１，３，５−トリアジン・Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル−１，６−ヘキサメチレンジアミンとＮ−（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）ブチルアミンの重縮合物（分子量２，６００〜３，４００）、並びに、４−アクリロイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−アクリロイルオキシ−１，２，２，６，６−ペンタメチルピペリジン、４−アクリロイルオキシ−１−エチル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−アクリロイルオキシ−１−プロピル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−アクリロイルオキシ−１−ブチル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−メタクリロイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−メタクリロイルオキシ−１，２，２，６，６−ペンタメチルペリジン、４−メタクリロイルオキシ−１−エチル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−メタクリロイルオキシ−１−ブチル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−クロトノイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン、４−クロトノイルオキシ−１−プロピル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン等の環状アミノビニル化合物とエチレンとの共重合体などが挙げられる。
上述したヒンダードアミン系光安定化剤は、一種単独で用いられてもよく、二種以上を
混合して用いてもよい。

光安定化剤の含有量は、繊維強化複合材料１００質量％中、通常０．１〜１．０質量％、好ましくは０．１〜０．６質量％である。
前記繊維強化複合材料が、光安定化剤を含むことによって、樹脂及びセルロースナノファイバーが、良好な分散状態となり得る。

本実施形態に係る繊維強化複合材料には、紫外線吸収剤が含まれていてもよい。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、サリチル酸エステル系など各種タイプのものを挙げることができる。

ベンゾフェノン系紫外線吸収剤としては、例えば、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−２’−カルボキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−ドデシルオキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクタデシルオキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ベンジルオキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−５−スルホベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−５−クロロベンゾフェノン、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２’−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノン、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノンなどを挙げることができる。

ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては、ヒドロキシフェニル置換ベンゾトリアゾール化合物であって、例えば、２−（２−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３−メチル−５−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−アミルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２−ヒドロキシ−３−ｔ−ブチル−５−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾールなどを挙げることができる。
また、トリアジン系紫外線吸収剤としては、２−［４，６−ビス（２，４−ジメチルフェニル）−１，３，５−トリアジン−２−イル］−５−（オクチルオキシ）フェノール、２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−（ヘキシルオキシ）フェノールなどを挙げることができる。
さらに、サリチル酸エステル系紫外線吸収剤としては、フェニルサリチレート、ｐ−オクチルフェニルサリチレートなどを挙げることができる。
本実施形態においては、２−（２−ヒドロキシ−３−ｔ−ブチル−５−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾールが好ましい。

紫外線吸収剤の含有量は、繊維強化複合材料１００質量％中、通常０．１〜１．０質量％、好ましくは０．１〜０．６質量％である。

本実施形態に係る繊維強化複合材料は、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム又はステアリン酸亜鉛を含有していてもよい。

ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム又はステアリン酸亜鉛の含有量は、繊維強化複合材料１００質量％中、通常０．１〜２．０質量％、好ましくは０．１〜０．６質量％である。
前記繊維強化複合材料が、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム又はステアリン酸亜鉛を含むことによって、樹脂及びセルロースナノファイバーが良好な分散状態となり得る。
また、ポリオレフィン及びセルロースナノファイバーが分散し易くなるため、セルロースナノファイバーを高濃度に含有させることができる。さらに、剪断発熱を抑制することができるため、熱劣化を抑制することもできる。

また、上記繊維強化複合材料中に含まれる各成分に加え、例えば、無水マレイン酸、クエン酸、メタクリル酸グリシジルのような相溶化剤、ポリオキシエチレンラウリルアルコール、ラウリル酸ナトリウム、ステアリルアミンアセテートのような界面活性剤、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）、フタル酸ジイソノニルのような可塑剤、セラミックス、金属粉末等の無機化合物、着色剤、香料、顔料、導電剤、帯電防止剤、消臭剤等の添加剤が配合されていてもよい。

任意の添加剤の含有量としては、本実施形態の効果が損なわれない範囲で適宜含有されていてもよいが、例えば、繊維強化複合材料１００質量％中、１０質量％以下、好ましくは５質量％以下である。

次に、本実施形態に係る繊維強化複合材料の製造方法について説明する。

本実施形態に係る繊維強化複合材料は、前記ポリオレフィン、前記セルロースナノファイバー、前記酸化防止剤、前記光安定化剤を、従来公知の方法で混練することによって、製造することができる。好ましくは、二軸混練機によって混練する。
混練する際の温度は、樹脂温が２００℃を超えないことが好ましい。樹脂温が２００℃を超えると、セルロースナノファイバーが劣化し、繊維強化複合材料が黒色〜茶褐色に着色するおそれがある。
言い換えれば、本実施形態に係る繊維強化複合材料は、上記組成とすることによって、比較的低い温度で混練されて調製されても、樹脂及びセルロースナノファイバーが均一に分散され得る。また、比較的低い温度で混練されて調製されているため、本実施形態に係る繊維強化複合材料は、白色〜ベージュ色となり、上記のような望ましくない着色は生じない。従って、本実施形態に係る繊維強化複合材料は、成形品の材料として使用し易い。
尚、本実施形態における繊維強化複合材料は、酸化防止剤を含むことによって、混練時において、ポリオレフィンの短分子化を抑制することができる。また、光安定化剤を含むことによって、耐候性を向上させることができる。
本実施形態における繊維強化複合材料は、該繊維強化複合材料１００質量％中、４０〜５０質量％のセルロースナノファイバーを含有することによって、マスターバッチとして使用することができ、様々な用途に応じた成形品に使用することができる。また、該繊維強化複合材料は、ベースポリマーであるポリプロピレンの３倍以上（例えば、３〜８倍）の曲げ弾性率を示す。

本実施形態に係る繊維強化複合材料は、所望の形状に成形され、成形材料として用いることができる。例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器の内装材、外装材、構造材等；パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等の筺体、構造材、内部部品等；携帯電話等の移動通信機器等の筺体、構造材、内部部品等；携帯音楽再生機器、映像再生機器、印刷機器、複写機器、スポーツ用品等の筺体、構造材、内部部品等；建築材；文具等の事務機器等、容器、コンテナー等を形成する材料として有効に使用することができる。

以下、実施例によって本実施形態をさらに説明する。

本実施例において使用する原料は、特に明記しない限り、一般的に入手可能なものを使用した。

＜実施例１＞
ポリオレフィンとしてペレット状のホモポリマーポリプロピレン６０質量部、セルロースナノファイバーの原料として変性セルロースパウダー（星光ＰＭＣ株式会社製）４０質量部、ステアリン酸カルシウム１．８質量部、酸化防止剤としてテトラキス［メチレン−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタン０．２質量部及び光安定化剤としてビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート０．２質量部を配合し、マスターバッチとなる４０％のセルロースナノファイバーを含む繊維強化複合材料を作製した。
得られたマスターバッチ１０質量部を希釈用ポリプロピレンとしてのポリプロピレンブロックコポリマー３０質量部によって希釈し、１０％のセルロースナノファイバーを含む繊維強化複合材料の試験片を作製した。

＜実施例２＞
希釈用ポリプロピレンをホモポリマーポリプロピレンに変更した以外は、実施例１と同様にして、１０％のセルロースナノファイバーを含む繊維強化複合材料の試験片を作製した。

＜実施例３＞
ポリオレフィンをパウダー状のホモポリマーポリプロピレン、希釈用ポリプロピレンをポリプロピレンランダムコポリマーに変更した以外は、実施例１と同様にして、１０％のセルロースナノファイバーを含む繊維強化複合材料の試験片を作製した。

＜参考例１＞
ホモポリマーポリプロピレン、変性セルロースパウダー、無水マレイン酸で変性したポリプロピレン及びポリ乳酸を配合し、１０％のセルロースナノファイバーを含む繊維強化複合材料の試験片を作製した。

＜試験方法＞
実施例１乃至３、及び参考例１の試験片、並びに参考例２としての希釈用ポリプロピレンブロックコポリマーの試験片について、ＪＩＳＫ７１７１に準じて曲げ特性を求めた。
実施例１乃至３及び参考例２の試験片について、ＪＩＳＫ７１１０に準じてアイゾッド衝撃試験を実施した。
実施例１乃至３及び参考例１の試験片について、外観（着色の程度）を比較した。

表１に示したように、実施例１乃至３の試験片は、参考例２の試験片と比較して、曲げ弾性率及び曲げ応力が大きいことがわかった。特に、実施例３の繊維強化複合材料は、ベースポリマーであるポリプロピレンブロックコポリマーの約３倍の曲げ弾性率を有することがわかった。実施例１乃至３の試験片は、このような強度を示すことによって、ポリプロピレン及びセルロースナノファイバーが、良好な分散状態になっていることがわかった。
実施例１乃至３及び参考例１を比較すると、参考例１の方が、曲げ弾性率及び曲げ応力は大きいものの、外観において、着色の程度が強いことがわかった。参考例１のように着色の程度が強い繊維強化複合材料は、成形品の材料に適さない。従って、曲げ弾性率及び外観の両側面から判断して、実施例１乃至３の繊維強化複合材料は、上記のような組成を有することによって、参考例１のものよりも優れているといえる。
図１及び図２は、それぞれ、実施例１及び実施例２において取得した繊維強化複合材料の偏向顕微鏡写真である。これによって、本実施形態の繊維強化複合材料が、セルロースナノファイバーを含有していることがわかった。
以上から、本実施形態の繊維強化複合材料は、上記のような組成を有することによって、従来のものと比較して、樹脂及びセルロースナノファイバーの良好な分散状態を有しつつ、外観においても優れていることがわかった。

以上のように本発明の実施の形態及び実施例について説明を行なったが、各実施の形態及び実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

ポリオレフィンとして、エチレン、プロピレン、ブタジエン、ブテン、イソプレン、イソブチレン、ノルボルネンの単量体からなる単独重合体、又は、前記単量体どうしの共重合体と、
セルロースナノファイバーと、
酸化防止剤と、
光安定化剤とを含み、
前記セルロースナノファイバーを４０〜５０質量％含むマスターバッチとして用いられる繊維強化複合材料。
ポリオレフィンとして、エチレン、プロピレン、ブタジエン、ブテン、イソプレン、イソブチレン、ノルボルネンの単量体からなる単独重合体、又は、前記単量体どうしの共重合体と、
セルロースナノファイバーと、
酸化防止剤と、
光安定化剤とを含み、
ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンブロックコポリマー又はポリプロピレンランダムコポリマーによって、前記セルロースナノファイバーを３〜２０質量％含むように希釈されて用いられるマスターバッチとして用いられる繊維強化複合材料。
前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンである、請求項１又は２に記載の繊維強化複合材料。
前記ポリプロピレンが、ホモポリマーである、請求項３に記載の繊維強化複合材料。